Електронагрівальний пристрій

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструкциям электронагревательных приборов, и может быть использовано для организации местного обогрева в бытовых целях. Известен электронагревательный прибор [Квятковский С.Ф. Бытовые нагревательные электроприборы. М.: Энерго-атомиздат, 1987. - С. 45-46], содержащий корпус и размещенный в нем нагревательный блок с резистивным элементом. Корпус представляет собой металлический кожух и наружный деревянный кожух. Прибор оснащен отражателем и узлом имитации горения дров. В известном электронагревательном приборе (электрокамине) реализуется механизм теплообмена, основанный преимущественно на инфракрасном излучении. Доля конвективного теплообмена невелика. Металлический кожух выполняет в основном ограждающую функцию, а деревянный кожух исключительно декоративную функцию. При этом оба кожуха оказывают лишь незначительное влияние на механизм теплопередачи. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому те хническому результату к заявляемому является электронагревательный прибор [Авт. св. СССР №1811035, кл. Н 05 В 3/14, опублик. 23.04.93], содержащий корпус и размещенный в нем нагревательный блок с резистивным элементом из материала на основе углерода. Корпус представляет собой металлическую обшивку с излучающим покрытием. Нагревательный блок размещен на металлической обшивке и содержит резистивный элемент, выполненный из углеткани сатинного или полотнянного плетения с пироуглеродным покрытием, размещенный между электроизоляционными слоями. В известном электронагревательном приборе (нагревательной панели) реализуется механизм теплообмена, в котором доминирует лучистая составляющая. В связи с этим известный прибор обладает недостаточно высокими эргономическими характеристиками, т.к. при работе такого прибора происходит облучение материалов, оборудования, мебели и других предметов, находящихся в обогреваемом помещении, что может снизить срок их службы. Кроме того, такой прибор обладает большой тепловой инерцией. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования электронагревательного прибора, в котором путем нового выполнения известных элементов обеспечивается повышение конвективной составляющей теплообмена при работе прибора, что позволяет повысить его эргономические характеристики при одновременном обеспечении высокой эффективности работы прибора. Поставленная задача решается тем, что в известном электронагревательном приборе, содержащем корпус и размещенный в нем нагревательный блок с резистивным элементом из материала на основе углерода, согласно предлагаемому изобретению, новым является то, что корпус выполнен перфорированным из дерева твердых пород и размещен так, что расстояние между нагревательным блоком и корпусом составляет 20-40 мм, а площадь перфорации корпуса составляет 20-60% от его площади поверхности. Новым является также то, что площадь перфорации, выполненной в верхней части корпуса, составляет 15-30% от общей площади перфорации. Между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь. Одновременное выполнение корпуса прибора из дерева твердых пород при его размещении так, что расстояние между нагревательным блоком и корпусом составляет 20-40 мм, и выполнение перфорации корпуса площадью 20-60% от площади поверхности корпуса обеспечивают повышение конвективной составляющей теплообмена при работе прибора, что позволяет повысить его эргономические характеристики при одновременном обеспечении высокой эффективности работы прибора. Выполнение корпуса прибора перфорированным из дерева твердых пород обеспечивает экранирование излучения нагревательного блока на окружающие предметы, при этом за счет увеличения конвективной составляющей теплообмена температура наружной поверхности прибора не превышает 80°С, что предотвращает возгонку органической пыли и исключает возможность ожога человека при касании (в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями к бытовым нагревательным приборам температура наружной поверхности прибора, устанавливаемого в зоне до 1 м от уровня пола, не должна превышать 95°С). Температура самовозгорания дерева твердых пород превышает 120°С, следовательно заявляемая конструкция электронагревательного прибора исключает создание пожароопасных ситуаций, Кроме того, заявляемое конструктивное выполнение прибора обеспечивает режим "мягкого" нагрева, что исключает пересушивание воздуха и, следовательно, способствует созданию благоприятного для человека микроклимата, т.е. обеспечивает оптимальную, температуру и оптимальную влажность в помещении. Изготовление корпуса прибора из дерева твердых пород предупреждает возникновение нештатных ситуаций, т.к. вследствие неэлектропроводности дерева исключается возможность пробоя на корпус в случае повреждения изоляции. Кроме того, дерево не накапливает статическое электричество, а при нагревании ароматизирует воздух в помещении. Установление деревянного перфорированного корпуса прибора на заявляемом расстоянии от нагревательного блока и выполнение в корпусе перфорации заявляемой площади обеспечивает повышение конвективной составляющей теплообмена, что позволяет повысить эргономические характеристики прибора при одновременном обеспечении высокой эффективности работы прибора. Заявляемое расстояние между корпусом и нагревательным блоком и заявляемая площадь перфорации корпуса были установлены экспериментально. При снижении расстояния между корпусом и нагревательным блоком ниже 20 мм возможен перегрев наружной поверхности корпуса из дерева, при коротком замыкании может произойти самовозгорание дерева, Увеличение расстояния между корпусом и нагревательным блоком свыше 40 мм нецелесообразно вследствие увеличения габаритов прибора. Кроме того, в этом случае снижается естественная тяга прибора, что ухудшает условия конвективного теплообмена и, следовательно, снижает эффективность работы прибора. При снижении площади перфорации корпуса ниже 20% его площади поверхности ухудшаются условия конвективного теплообмена, что может привести к перегреву корпуса из дерева и даже к его самовозгоранию. Увеличение площади перфорации корпуса свыше 60% площади поверхности корпуса приводит к снижению естественной тяги прибора, что ухудшает эффективность его работы. Кроме того, в этом случае не обеспечивается достаточное экранирование излучения нагревательного блока на окружающие предметы. Выполнение перфорации в верхней части корпуса площадью 15-30% от общей площади перфорации при соблюдении всех остальных условий обеспечивает оптимальные условия для конвективного обмена, что позволяет достичь высоких эргономических характеристик прибора при одновременном обеспечении высокой эффективности его работы. Заявляемое расстояние между корпусом и нагревательным блоком, а также заявляемая общая площадь перфорации корпуса и заявляемая площадь перфорации, выполненной в верхней части корпуса; были определены экспериментально на натурных образцах. Для этого изготавливали нагревательный блок: резистивный элемент из углеродной ткани "ЭТАН-1", вырезанной в виде зигзагообразной ленты, упаковывали в стеклоткань и крепили на каркасе из полосовой стали 10x2мм либо круглой стали диаметром 4-5мм в виде двух панелей габаритными размерами 400x600 мм. С каждой панели монтажным проводом делали выводы для подключения на устройство управления и защиты. Каркас с панелями устанавливали в перфорированном корпусе из дерева твердых пород (дуб, бук, лиственница). При этом изготавливали несколько корпусов, размеры которых обеспечивали заявляемое расстояние между корпусом и нагревательным блоком (см. таблицу, опыты №№2-4), а также корпуса, с расстоянием между ним и нагревательным блоком, большим и меньшим, чем заявляемое (опыты №№5, 1). В указанных опытах общая площадь перфорации корпуса соответствовала оптимальной заявляемой (40% от площади поверхности корпуса) при оптимальной заявляемой площади перфорации, выполненной в верхней части корпуса (20% от общей площади перфорации). Были также изготовлены корпуса, общая площадь перфорации которых соответствовала предельным заявляемым значениям (опыты №№7, 8), а также была ниже или выше заявляемых пределов (соответственно опыты №№6, 9), при оптимальном заявляемом расстоянии между корпусом и нагревательным блоком и оптимальной площади перфорации, выполненной в верхней части корпуса. Кроме того, были изготовлены корпуса с предельными заявляемыми значениями площади перфорации, выполненной в верхней части корпуса (№№ 11,12), и корпуса, площадь перфорации верхней части которых меньше и больше заявляемой (опыты №№ 10, 13 соответственно). Изготовленные электронагревательные приборы были подвергнуты испытаниям, при которых определяли температуру наружной поверхности корпуса и коэффициент теплопередачи. Результаты испытаний приведены в таблице. Из таблицы видно, что оптимальные параметры были достигнуты при заявляемом расстоянии между корпусом и нагревательным блоком и заявляемой общей площади перфорации (опыты №2-4, 7, 8), т.к. в этих случаях был достигн ут достаточно высокий коэффициент теплопередачи, характеризующий эффективность работы прибора, при оптимальной температуре наружной поверхности корпуса. Испытания нагревательных приборов с заявляемым расстоянием между корпусом и нагревательным блоком и заявляемой общей площадью перфорации корпуса при выполнении в верхней части корпуса перфорации различной площадью (опыты №№10-13) показали, что наилучшие результаты были достигнуты при заявляемой площади перфорации, выполненной в верхней части корпуса (опыты №11,12, 3).