Пристрій для електричного нагріву

Изобретение относится к устройствах для резистивного нагрева газообразных сред, преимущественно воздуха, и может использоваться в электроотопительных приборах. Известна нагревательная панель для электрического обогревательного оборудования, в которой в качестве резистивных нагревательных элементов используется металлическая арматура, установленная в железобетонные панели [Заявка Франции № 2566985, кл. Η 01 В 3/28]. Концы металлических элементов панели соединены друг с другом и располагаются в виде гармошки таким образом, что образуется непрерывная электрическая цепь, концы которой подключены к клеммам сварочного трансформатора. Недостатком этого прибора является его низкая надежность, обусловленная возможностью рассоединения элементов металлической арматуры и прерывания электрической цепи, что приводит к выходу устройства из сети. Второй недостаток заключается в низкой эффективности теплопередачи из-за того, что обогрев помещения может осуществляться только за счет теплоотдачи от бетонных стенок панели, температура которых ограничена по соображениям безопасности. И, кроме того, это устройство не обеспечивает достаточной конвекции воздуха, необходимой для эффективного отопления помещения. Известна электронагревательная панель, содержащая твердый электроизоляционный теплоаккумулирующий материал, с установленными в нем арматурными связями, между которыми размещены петлеобразные нагревательные элементы [Авт.св. СССР № 1684938, кл. Η 01 В 3/20]. В панели фиксаторы расположены по торцам и выполнены в виде зигзагообразных элементов со стержневыми ограничителями, а каждая петля электронагревателя закреплена изгибом фиксатора; при этом весь электронагреватель уложен в двух параллельных плоскостях панели. Это,(устройство имеет более высокую надежность, чем аналог, описанный выше, поскольку стабильность фиксации электрической цепи, образованной электронагревательными элементами, значительно повышается. Однако, во первых, рассматриваемое устройство имеет достаточно сложную конструкцию, обусловленную большим количеством вспомогательных элементов, а, во вторых, не устраняет главного недостатка предыдущего аналога, связанного с низкой эффективностью теплопередачи. Известно устройство для электрического нагрева, содержащее коробчатый корпус и установленные в нем резистивные нагревательные элементы. Корпус снабжен сквозными вертикальными каналами [Заявка Великобритании № 2183978, кл. Η 05 В 3/00], Данное устройство по технической сущности и достигаемым результатам является наиболее близким к заявляемому, поэтому в материалах заявки оно рассматривается в качестве прототипа. Внутри корпуса устройства расположена термозащитная перфорированная панель, на которой расположены резистивные нагреватели. Панель удерживается вертикальными опорными элементами, закрепленными в основании корпуса. В боковых стенках и в дне корпуса, а так же в его крышке выполнены щели. Холодный воздух поступает в устройство через щели в боковых стенках и основании корпуса, проходит к термозащитной панели с резистивными нагревателями в результате конвекции через каналы, образованные опорными элементами и стенками корпуса, а затем нагретый воздух поступает в верхнюю часть прибора и выходит в отапливаемое помещение через щели в крышке. Данное устройство имеет более высокую эффективность теплопередачи, чем ранее описанные аналоги, поскольку наличие сквозных вертикальных каналов для прохождения воздуха значительно усиливает процесс его конвекции, а, следовательно, и эффективность теплопередачи. Однако, эффективность теплопередачи в устройстве-прототипе все же недостаточно высока. Это объясняется следующим. Тепловыделяющими элементами в данном устройстве являются протяженные резистивные нагреватели, а теплоизоляционными - они же и термостойкая пластина в центре корпуса, которая нагревается от соприкосновении є резистивными нагревателями, и, в свою очередь, передает тепло обтекающему ее воздуху. Корпус устройства полезного участия в теплообмене не принимает, поскольку не является ни тепловыделяющим, ни теплоотводящим элементом. Он нагревается от воздуха, нагретого от соприкосновения с резистивными нагревателями и термостойкой пластиной, после чего отдает теплоту опять же воздуху. Кроме того, корпус поглощает излучение, которое от резистивных элементов ушло бы в помещение на его обогрев, и вторично излучает в помещение тепло в результате происходящего из-за этого нагрева. Т.е. роль корпуса в теплообмене пассивна. Таким образом, причиной, препятствующей достижению в устройстве-прототипе технического результата, заключающегося в повышении эффективности теплопередачи, является то, что согласно вышеизложенному, корпус устройства выполняет только функции ограждения и не принимает полезного участия в процессе теплообмена. В основу изобретения поставлена задача разработать такое устройство для электрического нагрева, в котором, за счет изменения конструкции корпуса и размещение в нем протяженных резистивных нагревательных элементов, увеличилась бы удельная эффективность теплопередачи на единицу поверхности, что позволило бы уменьшить габариты нагревательного прибора без снижения безопасности пользования устройством. Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для электрического нагрева, содержащем коробчатый корпус и установленные в нем протяженные резистивные нагревательные элементы, согласно изобретению, корпус выполнен из теплостойкого материала и снабжен внутри вертикальными перегородками, а резистивные нагревательные элементы размещены в стенках корпуса и вертикальных перегородках, при этом плотность размещения протяженных нагревательных элементов в перегородках превышает плотность их размещения в стенках корпуса. Причинно-следственная связь между заявляемыми пунктами формулы и достигаемым техническим результатом заключается в следующем. Размещение протяженного резистивного нагревательного элемента в корпусе приводит к использованию его поверхности для активного теплообмена с окружающей средой, а наличие внутри коробчатого корпуса поперечных перегородок с большей плотностью размещения нагревателя, чем в самом корпусе, приводит к большему выделению теплоты на единицу поверхности перегородки, чем на единицу поверхности корпуса, и, соответственно, к большей температуре нагрева поверхности перегородки. Это, в свою очередь, приводит к более интенсивной теплопередаче в окружающий воздух с поверхности перегородки по сравнению с теплопередачей с более холодной поверхности корпуса электронагревательного прибора. Если учесть, что температура корпуса электронагревательного прибора ограничена из соображений безопасности эксплуатации, чем и поставлен предел эффективности теплопередачи с его поверхности, то перегородки, расположенные внутри корпуса и закрытые от непосредственного доступа, нагреваются до более высокой температуры, что в целом повышает тепловую эффективность прибора без снижения безопасности эксплуатации. Выполнение резистивных элементов в виде спиралей, расположенных вокруг каналов, образованных соседними перегородками и расположенными между ними участками корпуса обеспечивает технологичность изготовления и прочность корпуса нагревательного прибора. Таким образом, совокупность заявляемых признаков позволяет значительно увеличить эффективность теплопередачи и без снижения безопасности эксплуатации устройства. Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображено устройство для электрического нагрева, продольный разрез; на фиг.2 - то же, вид сверху. Устройство для электрического нагрева содержит коробчатый корпус 1 и установленные в нем протяженные резистивные нагревательные элементы 2. Корпус 1 снабжен перегородками 3, расположенными сверху вниз, и образующими совместно с участками стенок корпуса 1, расположенными между ними, сквозные вертикальные каналы 4. Протяженные резистивные нагревательные элементы 2 выполнены в виде спиралей, расположенных вокруг каналов 4, образованных соседними перегородками 3 и расположенными между ними участками корпуса 1, в результате чего плотность укладки резистивных нагревательных элементов 2 в перегородках 3 выше, чем в стенках корпуса 1 (в изображенном случае - в два раза). В преимущественном варианте исполнения устройство может быть дополнительно снабжено вертикальными каналами 5, расположенных в местах примыкания перегородок 3 к стенкам корпуса 1. Корпус 1 может быть выполнен из электропроводящего материала, но при этом протяженные резистивные нагревательные элементы 2 должны быть снабжены по всей длине надежной электроизоляцией. Устройство работает следующим образом. При прохождении электрического тока по резистивным нагревательным элементам 2 равномерно по всей их длине выделяется теплота. При этом количество теплоты выделяемое в перегородках на единицу поверхности в два раза больше, чем в стенках корпуса 1, в результате чего перегородки· 3 разогреваютсядо более высокой температуры, чем стенки корпуса 1. Холодный воздух поступает снизу (показано стрелкой) в сквозные вертикальные каналы 4, охлаждает перегородки 3 и стенки корпуса 1, и, нагреваясь, выходит в отапливаемое помещение. При этом интенсивность теплообмена пропорциональная разности температур. воздуха и охлаждаемой поверхности, и поэтому теплообмен на перегородках 3 более эффективный, чем на стенках корпуса 1. Учитывая, что для безопасной и комфортабельной эксплуатации нагревательного прибора, его температура не должна превышать 105°С, а в детских учреждениях - 85°С (СН 419-70), температура перегородки может быть равной 150-190°С, а при определенных условиях и выше. При этом они не представляют опасности, поскольку каналы 5 предотвращают появление перегретых участков на поверхности стенок корпуса 1 за счет дополнительного отвода теплоты протекающим воздухом в месте примыкания перегородки 3 к корпусу 1 (фиг.2). Предложенное техническое решение позволяет значительно (в 1,5-1,8 раза) увеличить эффективность теплопередачи (и соответственно, уменьшить вес и габариты) электронагревательного прибора без ухудшения безопасности эксплуатации устройства.