Отопитель салона электротранспорта
Полезная модель относится к классу оборудования для отопления и нагрева воздуха, а также поддержания на заданном уровне температур внутри салона электротранспорта. Отопитель имеет корпус, который имеет помещенный в кожух и электрически изолированный от корпуса нагревательный блок, блок подачи воздуха, преобразователь напряжения, последовательно соединенные термодатчики системы защиты. Нагревательный блок выполнен в виде ряда электрически соединенных нагревательных элементов, закрепленных через изоляторы на держателях. Блок подачи воздуха выполнен в виде электродвигателя, соединенного с крыльчаткой и формирователем воздушного потока. Термодатчики системы защиты установлены внутри кожуха нагревательного блока со стороны блока подачи воздуха. В одной из стенок корпуса выполнены вводы высокого и низкого питающего напряжения. Технический результат заключается, в первую очередь, в понижении акустического давления до 40-45 дБА при высокой электробезопасности и повышении срока службы до нескольких десятков тысяч часов.
Полезная модель относится к технике отопления, а именно к воздухонагревателям с электронагревающим элементом. Может быть использована для усовершенствования теплового оборудования салонов трамваев, троллейбусов, а также вагонов электропоездов.
Известен нагревательный элемент для установки в электрические печи обогрева салонов троллейбусов изготовителя ЗАО «Деловое сотрудничество ДЕЛСОТ», г.Миасс Челябинской обл. [Паспорт - Элемент нагревательный троллейбусный ПЭТ-75, 2006, прилагается]. Данный нагревательный элемент представляет собой каркас, внутри которого размещены трубчатые электронагреватели. Выводы последних соединены между собой перемычками в группы. Выводы групп соединены с клеммной колодкой печи, на которой может быть подключена одна из групп или все группы сразу, чем обеспечивается переключение мощности нагревательного элемента. Количество электронагревателей в одном исполнении 10 штук, в другом исполнении - 18 штук.
Известна также электропечь трамвайная для обогрева салона трамваев изготовителя ЗАО «Деловое сотрудничество ДЕЛСОТ», г.Миасс Челябинской обл. [Паспорт - Электропечь трамвайная ПЭТ-11, 2006, прилагается]. Данная электропечь представляет собой каркас, внутри которого размещены электронагреватели на напряжение 110 В. Последовательное их соединение позволяет получить напряжение питания электропечи - 220 В, а параллельное их соединение - 110 В. Количество трубчатых электронагревателей в одном исполнении 10 штук, в другом исполнении - 18 штук. Потребителем выводы соединяются между собой перемычками в зависимости от требуемого рабочего напряжения.
Обе описанные конструкции пригодны для размещения снаружи салона электротранспорта с высоким уровнем размещения пола от земли, но не пригодны для размещения внутри салона.
С развитием тенденции повышения комфортности транспортных средств и снижения с этой целью пола для удобства выхода и входа пассажиров, а также увеличения высоты и объема салона задача размещения электрического отопителя с наружной стороны пола салона транспортного средства, что имело место в прошлые десятилетия, сменилась на задачу максимально удобного размещения отопителя внутри салона. В современных отечественных конструкциях транспортных средств электрические отопители располагают, как правило, под сидением, что предъявляет требования не только к их компактности, но и надежности, эффективности, безопасности пассажиров и возможности максимально целесообразного совмещения этих требований одновременно к одному устройству.
Известен также отопитель подвесной изготовителя ООО «Этон», г.Смолевичи, Минская обл., Республика Беларусь [Рекламный лист прилагается], предназначенный для обогрева воздуха и поддержания температуры в салонах троллейбусов, трамваев и железнодорожных вагонов. Отопитель помещается внутри салона. Он состоит из блока нагревателей, выполненных на трубчатых оребренных нагревательных элементах. Корпус бесколлекторного вентилятора - металлический. Отопитель имеет двойную электроизоляцию. Внутренние детали отопителя имеют гальваническое цинковое покрытие. Внешние поверхности покрыты порошковой эмалью. Защита от перегрева обеспечивается встроенными термодатчиками.
Известно устройство для нагрева воздуха [авторское свидетельство SU №302852], состоящее из полого корпуса с размещенными в нем нагревательными элементами и валом с крыльчатками на обоих концах. Одна из крыльчаток расположена в сопловом аппарате, примыкающем к корпусу.
Известен также воздухоподогреватель [авторское свидетельство SU №1767300], который содержит цилиндрический корпус с входным и выходным проемами, в полости которого размещены по ходу потока крыльчатка вентилятора, соединенная с приводом вращения и нагревательные элементы. Соосно с корпусом и с зазором относительно него установлен между приводом вращения и крыльчаткой вентилятора отражатель потока чашеобразной формы, который образует входной проем. Воздухоподогреватель имеет основание, на котором закреплен привод вращения. Отражатель потока имеет ручку. К днищу отражателя
с внутренней стороны посредством болтов через втулки прикреплен цилиндрический корпус с образованием зазоров для забора воздуха между днищем отражателя и боковыми стенками цилиндрического корпуса. При неправильном подключении воздухоподогревателя воздух засасывается в корпус через входной проем и нагревается. Горячий поток воздуха устремляется в обратном направлении. Благодаря отражателю поток воздуха изменяет свое направление и выходит через зазоры воздухозаборного устройства. Таким образом предотвращается сгорание привода. Это повышает надежность в эксплуатации и увеличивает срок службы. Эффективность воздухоподогревателя возрастает за счет того, что в процессе его работы наружная поверхность корпуса нагревается, холодный воздух, омывая наружную поверхность корпуса, охлаждает его и сам предварительно подогревается. Данный воздухоподогреватель повышает надежность и эффективность работы в сравнении с другими аналогичными приборами данного класса.
Известен также воздухонагреватель [патент RU №2072064], который содержит корпус с электродвигателем и крыльчатку с лопастями. Крыльчатка выполнена из термостойкого диэлектрического материала, а нагревательный элемент выполнен из электропроводного покрытия, размещенного на поверхностях лопастей.
Известны также различные воздухоподогреватели [авторские свидетельства SU №620755, №787815, №1523860, №1672153, а также патенты на ПМ RU №11871, №16305, №56988, патенты на ИЗ RU №2105250 и US №3176117]. Они, как правило, содержат размещенные в корпусе электродвигатель, крыльчатку и нагревательный элемент.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является термоэлектровентилятор [авторское свидетельство SU №1645790]. Устройство содержит корпус, в проточной части которого размещены крыльчатка центробежного компрессора и нагреватель, выполненный в виде цилиндрической спирали, а также соединенный с крыльчаткой электродвигатель, размещенный в проточной части корпуса, выполненный в виде цилиндрической обечайки, заглушенной со стороны электродвигателя. Электродвигатель и нагреватель размещены по разные стороны крыльчатки.
В указанном изделии отсутствует необходимая электрическая изоляция для обеспечения в салоне электротранспорта электробезопасности, например, в виде двойной изоляции. Отсутствуют также средства, исключающие проникновение из салона электротранспорта посторонних металлических предметов внутрь корпуса отопительного устройства к его токоведущим поверхностям. Наиболее близкий аналог характеризуется также достаточно высоким уровнем акустического давления и малой надежностью.
Задачей заявляемой полезной модели является разработка отопителя с пониженным уровнем акустического давления до 40-45 дБА при высокой электробезопасности и с повышенным сроком службы до нескольких десятков тысяч часов для размещения внутри салона современного городского электротранспорта.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что отопитель салона электротранспорта имеет корпус, в котором - нагревательный блок, помещенный в электрически изолированный от корпуса кожух, блок подачи воздуха, выполненный в виде электродвигателя, соединенного с крыльчаткой и формирователем воздушного потока, преобразователь напряжения бортовой сети электротранспорта в напряжение питания электродвигателя, в торцевой близлежащей к блоку подачи воздуха стенке корпуса (задней) выполнены вводы высокого и низкого питающего напряжения и выводы последовательно включенных термодатчиков системы защиты, помещенных внутри кожуха нагревательного блока со стороны блока подачи воздуха, причем нагревательный блок выполнен в виде ряда соединенных, например последовательно, нагревательных элементов, собранных через изоляторы на металлических держателях.
Заявляется также конкретный вариант выполнения, в котором преобразователь напряжения представляет собой преобразователь постоянного напряжения бортовой сети электротранспорта в переменное напряжение питания асинхронного электродвигателя. Преобразователь напряжения закреплен изнутри в верхней части корпуса между торцевой (задней) стенкой и блоком подачи воздуха и электрически соединен с асинхронным электродвигателем. Вход преобразователя постоянного напряжения бортовой сети электротранспорта электрически соединен
с вводом питания постоянного напряжения бортовой сети электротранспорта.
Кроме того, заявляется выполнение преобразователя напряжения в виде делителя напряжения, выполненного в виде спирального элемента, закрепленного на формирователе воздушного потока, причем спиральный элемент включен последовательно с обмоткой якоря электродвигателя постоянного тока.
Заявляется выполнение передней стенки корпуса в виде жалюзи из набора параллельно расположенных и закрепленных на рамке пластин, имеющих двойной перегиб и конфигурацию, препятствующую проникновению внутрь посторонних металлических и других предметов.
Кожух нагревательного блока со стороны, обращенной к крыльчатке, имеет направляющие воздушного потока в виде зафиксированных закрылок, расположенных под углом к смежной продольной стенке кожуха.
Заявляется и конкретизируется один из видов выполнения нагревательного блока, который выполнен в виде ряда последовательно соединенных спиральных элементов, установленных на рамках через керамические изоляторы.
По крайней мере, в одной из стенок корпуса, кроме торцевых, выполнены отверстия для прохода воздушного потока.
Технический результат заявляемой полезной модели. Решение проблемы максимального повышения комфортности пассажиров в салоне электротранспорта с пониженным уровнем пола, большей высотой и объемом салона в данной конструкции выражается такими техническими результатами, как существенное снижение уровня создаваемого акустического давления до 40-45 дБА и высокая электробезопасность. Важным техническим результатом является также значительное, многократное повышение срока службы отопителя до нескольких десятков тысяч часов. Вышеназванные преимущества являются следствием синергетического эффекта совокупности признаков полезной модели. И высокий уровень акустического давления, и малый срок службы существующих отопителей транспортных средств связаны с использованием электродвигателей постоянного тока, запитываемых от низковольтной электрической сети транспортного средства. В данной конструкции, с одной стороны, удается снизить напор потока воздуха, и, соответственно, мощность электродвигателя за счет снижения аэродинамического
сопротивления нагревательного блока, за счет отверстий в стенках и прозрачного, выполненного из отдельных элементов, нагревателя, и отопителя в целом. С другой стороны, переход на низкошумные режимы с большим сроком службы электродвигателя постоянного тока, либо, на низкошумный, с большой долговечностью асинхронный электродвигатель переменного тока, удается за счет введения дополнительного элемента - преобразователя напряжения. Технический результат усиливается также за счет ряда технических усовершенствований заявляемых элементов, в совокупности выраженных в формуле в зависимых пунктах. Так в целях дополнительной безопасности и исключения попадания посторонних предметов в корпус отопителя предусмотрены жалюзи определенной конфигурации и отверстия в стенках корпуса отопителя с определенной формой, которые одновременно должны обеспечить задаваемую температуру нагрева воздуха в салоне и поддержание ее.
Заявляемая полезная модель поясняется с помощью фиг., на которой позициями 1-20 обозначены:
1 - корпус,
2 - кожух,
3 - нагревательный блок,
4 - блок подачи воздуха,
5 - электродвигатель,
6 - крыльчатка,
7 - формирователь воздушного потока,
8 - изоляторы кожуха,
9 - изоляторы спиральных элементов,
10 - рамки,
11 - нагревательные элементы,
12 - спиральный элемент на формирователе воздушного потока,
13 - преобразователь напряжения,
14 - вводы высокого и низкого питающих напряжений,
15 - термодатчики системы защиты,
16 - выводы термодатчиков системы защиты,
17 - отверстия,
18 - направляющие воздушного потока,
19 - металлическая сетка,
20 - внешние поверхности стенки корпуса.
Заявляемый отопитель салона электротранспорта включает ряд блоков, помещенных в корпус 1. К ним относятся нагревательный блок 3, который помещен в кожух 2, электрически изолированный от корпуса 1 отопителя с помощью изоляторов 8, причем нагревательный блок 3 выполнен в виде ряда последовательно соединенных нагревательных элементов 11, закрепленных через керамические изоляторы 9 на держателях, например, рамках 10. В частном случае электрически соединенные нагревательные элементы 11 могут быть выполнены в виде спиралей. Блок подачи воздуха 4 выполнен в виде электродвигателя 5, приводящего в движение крыльчатку 6 и имеющего формирователь воздушного потока 7. Внутри корпуса 1 размещен также преобразователь напряжения 13 бортовой сети электротранспорта в напряжение питания электродвигателя 5. Он может быть выполнен в разных видах. Один из них рекомендуется выполнять в виде делителя напряжения, представляющего собой дополнительно введенный спиральный элемент 12, крепящийся на формирователе воздушного потока 7. С внешней стороны кожуха 2 нагревательного блока 3 с той стороны отопителя, где размещена крыльчатка 6, выполнены направляющие воздушного потока 18, например, в виде зафиксированных закрылок. На корпусе 1 с одной из внешних ее поверхностей 20, удобнее всего со стороны, где расположена крыльчатка 6, размещены вводы высокого и низкого питающего напряжений 14, а также выводы системы защиты от перегрева 16, построенной на последовательно включенных термодатчиках 15, которые находятся в кожухе 2 нагревательного блока 3. Для прохода воздушного потока в стенках отопителя корпуса 1 выполнены отверстия 17. В торцевой (задней) стенке их роль играет металлическая сетка 19 с высоким коэффициентом прозрачности. Рекомендуемая форма отверстий в передней стенке - в виде параллельно выполненных щелей жалюзи, предотвращающих попадание предметов внутрь корпуса 1 из салона электротранспорта. В верхней, нижней или боковых стенках корпуса могут быть, как правило, выполнены отверстия 17, расположение которых зависит от мощности отопителя, например, в одних конструкциях в виде системы рядов, сдвинутых к задней стороне корпуса 1 между местом расположения
блока подачи воздуха 4 и задней стенкой отопителя. Необходимый расход воздуха через отопитель обеспечивает электродвигатель 5 постоянного или переменного тока с крыльчаткой 6 и формирователем воздушного потока 7.
Отопитель салона электротранспорта работает следующим образом.
При включении электрического отопителя указанной конструкции в схему электропитания транспортного средства: трамвая, троллейбуса на низковольтные вводы питания 14 отопителя подается постоянное напряжение 28 В, а на высоковольтные вводы 14 - постоянное напряжение 550 В. Напряжение 28 В в схеме отопителя поступает на последовательную цепь, представляющую собой делитель напряжения и состоящую из обмотки якоря электродвигателя 5 постоянного тока и дополнительного спирального элемента 12, закрепленного на формирователе воздушного потока 7. При этом на обмотку якоря электродвигателя 5 постоянного тока подается напряжение, составляющее примерно 40÷60% от номинального. При таком напряжении снижаются относительно номинального режима скорость вращения - обороты электродвигателя 5 постоянного тока и уровень создаваемого им акустического давления и существенно повышается его срок службы. При этом закрепленный на формирователе воздушного потока 7 дополнительный спиральный элемент 12 находится в создаваемом блоком подачи воздуха 4 воздушном потоке, снимающем с этого элемента тепловую энергию и добавляющим ее к тепловой энергии, генерируемой в нагревательном блоке 3.
Вращая крыльчатку 6, электродвигатель 5 обеспечивает создание необходимого расхода воздуха, причем формирователем 7 обеспечиваются требуемые параметры воздушного потока. Этот воздушный поток направляется внутрь нагревательного блока 3 с помощью расположенных на кожухе 2 нагревательного блока 3 со стороны, обращенной к крыльчатке 6 направляющих воздушного потока 18 в виде зафиксированных закрылок, расположенных под углом, образованным плоскостью закрылок и смежной продольной стенкой кожуха 2. Там он снимает тепловую энергию с входящих в состав нагревательного блока 3 нагревательных элементов 11.
При подаче на высоковольтные вводы 14 отопителя постоянного напряжения 550 В от сети транспортного средства температура нагревательных элементов 11 нагревательного блока 3 повышается, и создаваемое ими тепло уносится из
отопителя воздушным потоком, создаваемым крыльчаткой 6, формирователем 7 и закрылками кожуха 2 нагревательного блока 3.
Внутри кожуха 2 со стороны блока подачи воздуха 4 располагаются последовательно включенные термодатчики системы защиты 15, включаемые через соответствующие выводы 16 системы защиты отопителя в цепь пусковой обмотки контактора транспортного средства, подающего высокое напряжение на нагревательный блок 3. При наличии воздушного потока температура термодатчиков не превышает критической, они находятся в нормально замкнутом состоянии и высокое напряжение поступает на нагревательные элементы 11. При отключении напряжения электродвигателя 5, либо при выходе из строя двигателя блока подачи воздуха, либо перекрытии входных и выходных отверстий корпуса внешними предметами, температура термодатчиков 15 поднимается выше критического значения, контакты термодатчиков 15, хотя бы одного из них, размыкаются, цепь пусковой обмотки контактора размыкается, и подача высокого напряжения на нагревательный блок 3 прекращается.
Пример.
Описанный отопитель салона электротранспорта является апробируемым устройством организации - заявителя, надежно зарекомендовавшим себя в экстремальных условиях эксплуатации во время испытаний. Готовится в качестве экспоната на российские выставки с целью выяснения спроса и потенциального объема выпуска. Габаритные размеры апробируемого отопителя: длина - 500 мм, ширина - 350 мм, высота - 260 мм. Вес изделия при данных габаритах может быть, например, 18 или 20 кг в зависимости от мощности.
1. Отопитель салона электротранспорта, характеризующийся тем, что он имеет корпус, в котором - нагревательный блок, помещенный в электрически изолированный от корпуса кожух, блок подачи воздуха, выполненный в виде электродвигателя, соединенного с крыльчаткой и формирователем воздушного потока, преобразователь напряжения, в торцевой со стороны блока подачи воздуха - задней стенке корпуса выполнены вводы высокого и низкого питающего напряжения и выводы последовательно включенных термодатчиков системы защиты, установленных в кожухе нагревательного блока со стороны блока подачи воздуха, причем нагревательный блок выполнен в виде ряда соединенных нагревательных элементов, собранных через изоляторы на металлических держателях.
2. Отопитель салона электротранспорта по п.1, характеризующийся тем, что преобразователь напряжения представляет собой преобразователь постоянного напряжения бортовой сети электротранспорта в переменное напряжение питания асинхронного электродвигателя.
3. Отопитель салона электротранспорта по п.2, характеризующийся тем, что преобразователь напряжения закреплен изнутри в верхней части корпуса между блоком подачи воздуха и ближайшей торцевой стенкой корпуса (задней).
4. Отопитель салона электротранспорта по п.2, характеризующийся тем, что преобразователь напряжения электрически соединен с асинхронным электродвигателем.
5. Отопитель салона электротранспорта по п.2, характеризующийся тем, что вход преобразователя постоянного напряжения бортовой сети электротранспорта электрически соединен с вводом питания постоянного напряжения бортовой сети электротранспорта.
6. Отопитель салона электротранспорта по п.1, характеризующийся тем, что преобразователь напряжения представляет собой делитель напряжения, выполненный в виде спирального элемента, закрепленного на формирователе воздушного потока, причем спиральный элемент включен последовательно с обмоткой якоря электродвигателя постоянного тока.
7. Отопитель салона электротранспорта по п.1, характеризующийся тем, что вторая торцевая стенка корпуса (передняя) выполнена в виде жалюзи из набора параллельно расположенных и закрепленных на рамке пластин, имеющих двойной перегиб и конфигурацию, препятствующую проникновению внутрь посторонних металлических и других предметов.
8. Отопитель салона электротранспорта по п.1, характеризующийся тем, что в торцевой стенке корпуса (задней) со стороны блока подачи воздуха отверстия для прохода воздушного потока выполнены с помощью металлической сетки.
9. Отопитель салона электротранспорта по п.1, характеризующийся тем, что кожух нагревательного блока со стороны, обращенной к крыльчатке, имеет направляющие воздушного потока в виде зафиксированных закрылок, расположенных под углом к смежной продольной стенке кожуха.
10. Отопитель салона электротранспорта по п.1, характеризующийся тем, что нагревательный блок выполнен в виде ряда последовательно соединенных спиральных элементов, установленных на рамках, через керамические изоляторы.
11. Отопитель салона электротранспорта по п.1, характеризующийся тем, что по крайней мере в одной из стенок, кроме торцевых, выполнены отверстия для прохождения потоков воздуха.
