СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ ПАССАЖИРСКОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА И ТЕПЛОГЕНЕРАТОР Российский патент 2004 года по МПК B61D27/00 F25B29/00 B60H3/00 

Изобретение относится к оборудованию железнодорожных вагонов, а именно к системам отопления пассажирских вагонов.

Известна электрическая система отопления железнодорожного вагона, состоящая из электронагревательных приборов (электрические печи, калориферы), непосредственно подогревающих внутренний и поступающий в вагон наружный воздух [1].

Однако такая система отопления имеет мощность около 40 кВт и ею можно оборудовать только вагоны, электрическое питание которых осуществляется централизованно от вагона-электростанции или от контактной сети через электровоз. Такой вагон невозможно использовать в составе поездов с другими источниками электроэнергии, что ограничивает применение вагонов с электрическим отоплением.

Известна система комбинированного (электроугольного) отопления вагонов, принятая за прототип, содержащая водогрейный котел с установленными внутри него высоковольтными нагревательными элементами, расширитель, выполненный в виде отдельного бака, водяной пластинчатый калорифер, верхнюю и нижнюю разводку труб и высоковольтный генератор [2]. Верхние разводящие и нижние отопительные трубы образуют замкнутую сеть отопления. Основной принцип работы - естественная циркуляция воды при ее нагреве в водогрейном котле. Горячая вода из расширителя поступает в верхние разводящие трубы и вертикальные стояки, затем в нижние обогревательные трубы, где, отдавая тепло окружающему воздуху, охлаждается и вследствие разности температур в котле и стояках возвращается обратно в котел. Для усиления циркуляции воды при низких температурах наружного воздуха на входе в водогрейный котел установлен циркуляционный насос.

Однако данная система отопления обладает, с одной стороны, низким КПД в случае использования угля для отопления вагона, а с другой стороны, требует особых мер безопасности с использованием автоматических устройств при эксплуатации потенциально опасных для жизни человека высоковольтных нагревательных элементов.

Известен теплогенератор, принятый за прототип, содержащий корпус с размещенными внутри него ускорителем движения жидкости, выполненным в виде циклона, тормозным устройством, соединенным с выходным патрубком, а последний соединен с циклоном посредством перепускного патрубка, и торсионным устройством, установленным между ускорителем движения жидкости и тормозным устройством [3]. Торсионное устройство выполнено в виде последовательно размещенных узлов, каждый из которых представляет собой комбинацию двух и более геликоидов. Данный теплогенератор работает по принципу прямого преобразования кинетической энергии потока циркулирующей через него жидкости в тепловую энергию жидкости.

Основным недостатком описанного теплогенератора является недостаточно высокая интенсивность процессов преобразования энергии, что снижает КПД теплогенератора и увеличивает его габаритные размеры.

При создании изобретения решалась задача повышения эффективности системы отопления пассажирского железнодорожного вагона и, как следствие, снижения энергозатрат на отопление вагона с одновременным повышением безопасности обслуживания за счет исключения из системы отопления потенциально опасных для жизни человека высоковольтных электронагревательных элементов.

Поставленная задача решена за счет того, что в известной системе отопления пассажирского железнодорожного вагона, содержащей замкнутый контур отопления, состоящий из радиаторов водяного отопления, устройства для нагрева воды и водяного насоса, и систему электропитания, согласно изобретению в качестве устройства для нагрева воды использован теплогенератор, работающий по принципу прямого преобразования кинетической энергии потока жидкости в тепловую энергию жидкости, причем выход теплогенератора соединен байпасной линией со входом водяного насоса, а на байпасной линии по ходу движения воды установлен эжектор низкого давления.

Также поставленная задача может быть решена за счет того, что в известном теплогенераторе, содержащем ускоритель движения жидкости и тормозное устройство, соединенное с выходным патрубком, согласно изобретению между ускорителем движения жидкости и тормозным устройством установлен диффузор, а ускоритель движения жидкости выполнен в виде эжектора высокого давления, причем выход эжектора высокого давления и вход диффузора размещены с зазором относительно друг друга и помещены в герметичную камеру, которая сообщена с окружающей средой с помощью натекателя воздуха.

Применение в качестве устройства для нагрева жидкости теплогенератора, выход которого соединен байпасной линией с установленным на ней эжектором низкого давления со входом насоса, позволяет повысить эффективность системы отопления путем увеличения скорости движения воды в контуре отопления пассажирского вагона за счет создания эжектором низкого давления дополнительного перепада давления между входом и выходом потребителей тепловой энергии.

Дополнительная установка на байпасной линии перед эжектором низкого давления дросселя позволяет осуществлять регулировку соотношения расходов воды через байпасную линию и через потребители тепловой энергии и тем самым управлять скоростью потока воды в контуре отопления.

Использование в конструкции теплогенератора эжектора высокого давления и диффузора, помещенных в герметичную камеру, сообщенную с окружающей средой, позволяет в целом интенсифицировать процессы преобразования энергии в теплогенераторе и тем самым увеличить эффективность его работы.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 схематично изображена система отопления пассажирского вагона; на фиг.2 схематично показана конструкция теплогенератора.

Система отопления включает в себя теплогенератор 1, вход которого соединен с выходом водяного электронасоса 2, байпасную линию 3, соединяющую выход теплогенератора 1 со входом насоса 2, радиаторы водяного отопления 4, подключенные параллельно-последовательно по направлению циркуляции потока воды, и систему электропитания (на чертеже не показана). На байпасной линии 3 по ходу потока воды установлен дроссель 5, выполненный в виде по меньшей мере одной шайбы с отверстием, диаметр которого значительно меньше проходного сечения магистрали подачи воды 6, и эжектор низкого давления 7. Теплогенератор 1 содержит ускоритель движения воды, выполненный в виде эжектора высокого давления 8, на выходе которого с зазором установлен диффузор 9, причем выход эжектора 8 и вход диффузора 9 размещены в герметичной камере 10, а камера 10 сообщена с окружающей средой через натекатель воздуха 11. Выход диффузора 9 соединен со входом тормозного устройства 12, выход которого подключен к магистрали подачи воды 6.

Система отопления работает следующим образом.

При включении водяного электронасоса 2 на вход в теплогенератор 1 подается под давлением вода. В эжекторе высокого давления 8 скорость движения воды возрастает, что создает пониженное давление (относительно давления окружающей среды) в герметичной камере 10. При подаче воздуха внутрь камеры 10 через натекатель 11 происходит смешивание ускоренного потока воды с дозированной порцией воздуха, что обеспечивает интенсификацию процесса турбулизации потока воды. Далее турбулизированный поток воды поступает в диффузор 9, где происходит резкое повышение давления в потоке воды до величины, при которой температура насыщения паров воды достигает температуры окружающей среды. При этом внутри потока воды образуются пузырьки паров, которые при поступлении потока воды в тормозное устройство 12 начинают конденсироваться (охлопываться) с выделением энергии на нагрев воды, поступающей в магистраль подачи 6. Основная часть нагретой воды поступает к радиаторам водяного отопления 4, а часть потока воды направляется по байпасной линии 3 и поступает в насос 2. При этом происходит увеличение скорости движения воды в контуре отопления за счет создания эжектором низкого давления 7 дополнительного перепада давления между входом и выходом радиаторов водяного отопления 4. С помощью дросселя 5 производится регулировка соотношения расходов воды через байпасную линию и радиаторы водяного отопления 4 и соответственно изменение скорости движения потока воды в контуре отопления.

Источники информации

1. Под ред. Л.Д.Кузьмича. Вагоны: проектирование, устройство и методы испытаний. - М.: Машиностроение, 1978, с.267, 268.

2. Болотин З.М. и др. Электрическое и комбинированное отопление пассажирских вагонов. - М.: Транспорт, 1989, с.92 - (прототип).

3. Патент РФ № 2125215, МПК F 25 B 29/00 (прототип).

Изобретение относится к области машиностроения, более конкретно - к устройствам отопления транспортных средств, в том числе железнодорожных вагонов. Система отопления включает в себя теплогенератор, вход которого соединен с выходом водяного электронасоса, байпасную линию, соединяющую выход теплогенератора со входом насоса, радиаторы водяного отопления и систему электропитания. На байпасной линии по ходу потока воды установлены дроссель и эжектор низкого давления. Теплогенератор содержит ускоритель движения воды, выполненный в виде эжектора высокого давления, на выходе которого с зазором установлен диффузор. Выход эжектора высокого давления и вход диффузора размещены в герметичной камере, а камера сообщена с окружающей средой через натекатель воздуха. Выход диффузора соединен со входом тормозного устройства, выход которого подключен к магистрали подачи воды. Техническим результатом является повышение эффективности системы отопления, снижение энергозатрат и повышение безопасности обслуживания. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система отопления пассажирского железнодорожного вагона, содержащая замкнутый контур отопления, состоящий из радиаторов водяного отопления, устройства для нагрева воды и водяного насоса, и систему электропитания, отличающаяся тем, что в качестве устройства для нагрева воды использован теплогенератор, работающий по принципу прямого преобразования кинетической энергии потока жидкости в тепловую, причем выход теплогенератора соединен байпасной линией со входом водяного насоса, а на байпасной линии по ходу движения воды установлен эжектор низкого давления.2. Система отопления пассажирского железнодорожного вагона по п.1, отличающаяся тем, что на байпасной линии по потоку воды перед эжектором низкого давления установлен дроссель.3. Теплогенератор, содержащий ускоритель движения жидкости и тормозное устройство, соединенное с выходным патрубком, отличающийся тем, что между ускорителем движения жидкости и тормозньм устройством установлен диффузор, а ускоритель движения жидкости выполнен в виде эжектора высокого давления, причем выход эжектора высокого давления и вход диффузора размещены с зазором относительно друг друга и помещены в герметичную камеру, которая сообщена с окружающей средой с помощью натекателя воздуха.