Електронагрівальний пристрій

Реферат: UA 72894 U UA 72894 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі теплоенергетики або теплопостачання, а саме - до пристроїв для електричного нагріву повітря, та може бути використана для опалення приміщень будь-якого типу, в технологічному устаткуванні, а також для промислових, побутових та інших цілей. Відома електронагрівальна панель, що містить встановлений на опорах каркас із рейок, між якими розміщений дротяний електронагрівальний елемент з повітропроникним екраном [Патент України № 77 з класів F24H 3/04, Н05В 3/12 опублікований 31.10.1997 року в Бюл. № 5]. Основним недоліком відомої електронагрівальної панелі є її низький коефіцієнт корисної дії, а також її невідповідність санітарно-гігієнічним нормам, оскільки під час роботи вона спалює кисень та сушить повітря, що неприйнятно для закритих приміщень, тобто з обмеженим доступом свіжого повітря у приміщення (зазвичай електрообігрівачі використовують взимку, коли двері й вікна ущільнені для зберігання тепла). Цей недолік усунений у відомій електронагрівальній панелі, що містить розташований на опорах металевий корпус, всередині якого знаходиться електронагрівальний елемент [Патент Росії № 19986 U1 з класу Н05В 1/00 опублікований 10.10.2001 року в Бюл. № 15]. Завдяки виключенню контакту електронагрівального елемента безпосередньо з повітрям, яким воно нагрівається, відома електронагрівальна панель декілька "м'якше", порівняно з попереднім аналогом, впливає на мікроклімат приміщень, принаймні не спалює кисень. Проте, залишається проблема досить низького коефіцієнта корисної дії, що обумовлено наступною обставиною. Лише невелика частина із загальної площі металевого корпусу контактує безпосередньо з електронагрівальним елементом. Останній в змозі розігрівати металевий корпус за вузькою смужкою, що знаходиться безпосередньо під ним. Решта металевого корпусу постійно відбиратиме тепло від розігрітої смужки. Тобто цілком корпус здатний нагріватися через перерозподіл тепла від розігрітих смужок на інші ділянки панелі. Отже, вагома частина теплової енергії витрачається на підтримання високої температури самого металевого корпусу та лише частина тепла, що відходить від нього, гріє повітря в приміщенні. Крім того, використання відомої електронагрівальної панелі такої конструкції вимагатиме додержання підвищених заходів протипожежної безпеки: металевий корпус в даній конструкції безпосередньо торкається електронагрівального елемента, внаслідок чого, при інтенсивному режимі експлуатації панелі, її корпус локально розігрівається до занадто високих температур, а отже виникає ризик отримання опіків, навіть виникнення пожежі у приміщенні. Зважаючи на те, з міркувань безпеки, не рекомендовано використовувати електрообігрівачі подібної конструкції у житлових будинках та побутових приміщеннях, що обмежує область їх використання. Слід також зауважити, що відома електронагрівальна панель є неекономічною з точки зору вживання електроенергії: металева поверхня її корпусу швидко віддає тепло через високу теплопровідність матеріалу (металу), з якого вона виготовлена. Тому для ефективного обігріву приміщень через тепловтрати корпусу, відома електронагрівальна панель повинна працювати, майже безперервно, що негативно позначається на споживанні нею електроенергії та загального ресурсу експлуатації - він, природно, скорочується. Найбільш близьким є електронагрівальний пристрій, що складається із теплоємної панелі із закріпленим зовні на її тильній (задній) гладкій поверхні дротяним електронагрівальним елементом, вкритим відбиваючою панеллю із дзеркальною внутрішньою поверхнею для спрямування теплової енергії на передню теплоємну панель, виготовлену з природного каменю, причому обидві панелі (теплоємна та відбиваюча) скріплені між собою роз'ємним болтовим з'єднанням через наскрізні отвори, які виконані в них по кутах [Патент Німеччини № 3711035 з класів F24H 13/02, F24H 3/00 опублікований 27.10.1998 року]. Основним недоліком відомого електронагрівального пристрою є обмеженість його функціональних можливостей через те, що він пристосований для продукування тепла для обігріву повітря лише за одним принципом, а саме, інфрачервоним, що обумовлено його конструктивною невдосконаленістю, зокрема плоскою формою теплоємної панелі, яка, власно кажучи, і виступає як інфрачервоне джерело постачання тепла. Як відомо, плоска форма теплоємної панелі практично виключає можливість конвективного обігріву повітря, внаслідок чого відчутно знижується ефективність використання відомого (а також подібних) плоских електронагрівальних пристроїв. Інфрачервоне теплове випромінювання, яке відтворює розігріта плоска теплоємна панель, здатна нагрівати, у першу чергу, лише речі та предмети, які її оточують (стіни, підлогу, меблі), а для нагріву повітря потужності такої панелі украй не вистачатиме, або потрібна безперервна тривала у часі робота електронагрівальних пристроїв такої конструктивної компоновки. 1 UA 72894 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Другим, не менш суттєвим, недоліком відомого електронагрівального пристрою є те, що її теплоємна панель виготовлена з природного каменю. Цей недолік пояснюється наступним. Поперше, суттєво ускладнюється та здорожується технологія виготовлення такої панелі, оскільки, окрім того, що цілісні камені великих розмірів треба видобувати у родовищах і доставляти їх до місця обробляння, сам процес різання каменю у промислових масштабах є надзвичайно трудомісткою операцією з великою кількістю відходів та браку, яка до того ж вимагає багато часу та використання якісного та досить дорогого обладнання. Окремо слід наголосити про складність отримання ідеально рівної задньої (тильної) сторони теплоємної кам'яної панелі, що дуже важливо для забезпечення якісного та найбільшого контакту панелі з електронагрівальним елементом для передачі тепла останній. Зрозуміло, така якісна обробка задньої поверхні лише збільшує собівартість теплоємної панелі. По-друге, кам'яна панель, як елемент декору приміщення, звужує сферу використання відомого електронагрівального пристрою, адже, через обмеженість різноманітності фактури природних каменів, він підходить далеко не до кожного інтер'єру. В цьому плані природні камені поступаються штучним, фактура та колір яких майже не обмежується ніяким чином. Третім недоліком відомого електронагрівального пристрою є використаний в ній тип з'єднання між собою відбиваючої та теплоємної панелей. Справа в тому, що для застосування болтового з'єднання в обох панелях треба виконати співвісні отвори, що складно (особливо, у кам'яній панелі). Проте, використаний тип з'єднання у найближчому аналозі є логічним та сповна обґрунтованим для даної конструкції електронагрівального пристрою, але, в цілому, він не може бути визнаний як ефективний, зважаючи на складність попередньої підготовки двох панелей для його застосування. Ще одним суттєвим недоліком відомого електронагрівального пристрою слід вважати невдосконаленість кріплення електронагрівального елемента до задньої поверхні теплоємної кам'яної панелі. Суть цього недоліку полягає у наступному. Задня (тильна) поверхня теплоємної панелі виконана плоскою та гладкою, що робить обов'язковим застосування допоміжних засобів для кріплення до неї електронагрівального елемента. Чи то клеєне (нероз'ємне), чи різьбове (роз'ємне) з'єднання за допомогою гвинтів, проте, яким-би воно не було, сам факт прикріплення елемента до панелі додає проблем, а саме: як загальновідомо, будь-яка клейка речовина з часом втрачає свої функціональні властивості, зокрема через висихання становиться крихкою, а враховуючи складні умови експлуатації пристрою (циклічні перепади температур), термін зберігання властивостей такою речовиною швидко скорочується. Те ж саме негативне явище відбувається і при застосуванні різьбового з'єднання - через різні коефіцієнти теплового розширення матеріалів взаємосполучених матеріалів (метал гвинтів та камінь панелі), різьбове з'єднання поступово розбовтується та перестає виконувати свої функції. І все це відбувається через гладку задню поверхню кам'яної теплоємної панелі відомого пристрою. І останнім, проте не менш важливим, недоліком відомого електронагрівального пристрою є його досить низький коефіцієнт корисної дії, що обумовлено наступним. Електронагрівальний елемент розташований (просто лежить притиснутий) на задній поверхні теплоємної кам'яної панелі, тобто між цими деталями відбувається крапковий або нитковий контакт, через що відбувається мінімальне передавання тепла від електронагрівального елемента теплоємній панелі. Решта тепла, що випромінює з інших боків нагрітий елемент, не потрапляє на панель, а просто у простір між теплоємною та відбиваючою панеллю і не приймає участі у нагріві кам'яної панелі. Можна було б відшукати ще недоліки, проте зупинимося на перелічених, оскільки їх сповна достатньо щоб зробити впевнений обґрунтований висновок про те, що відомий електронагрівальний пристрій ще дуже далекий від вдосконалення, яке повинно мати сучасне теплоелектричне обладнання. В основу корисної моделі поставлена задача покращення фізико-технічних характеристик та розширення функціонально-споживчих властивостей електронагрівального пристрою з одночасним підвищенням безпечності його експлуатації та підвищенням коефіцієнта корисної дії за рахунок зміни принципу кріплення електронагрівального елемента, принципу з'єднання вузлів між собою та забезпечення двох видів одночасного випромінювання тепла для обігріву приміщень шляхом принципової зміни просторової форми панелей та конструкції внутрішніх поверхонь панелей електронагрівального пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що в електронагрівальному пристрої, що складається з теплоємної деталі з дротяним електронагрівальним елементом, згідно з пропозицією, теплоємна деталь виконана із штучного матеріалу неорганічного походження - бетону, кераміки, спеченої глини тощо, - та має циліндричну форму з гвинтовою напівканавкою на внутрішній поверхні цього циліндра, а також всередину цієї теплоємної деталі встановлена друга 2 UA 72894 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 теплоємна деталь з такого ж матеріалу і також циліндричної форми з відповідною гвинтовою напівканавкою на зовнішній поверхні, причому обидві напівканавки на вказаних двох теплоємних деталях при збиранні у єдину конструкцію разом утворюють повноцілісний циліндричний гвинтовий канал, в якому вільно (без будь-якого кріплення) розташований електронагрівальний елемент, одинарний чи складений удвічі, який одночасно утворює замкове з'єднання для скріплення двох теплоємних деталей між собою. Заміна відбиваючої панелі (наявної у аналозі) на другу теплоємну деталь збільшує у два рази загальну корисну площу пристрою, через яку відбувається інфрачервоне випромінювання тепла. Виконання теплоємних деталей у вигляді циліндрів дозволяє автоматично залучити в процес нагріву повітря у приміщенні конвекційний теплообмін, тобто пристрій матиме подвійний конвекційно-інфрачервоний принцип роботи, що збільшує його коефіцієнт корисної дії. Розташування електронагрівального елемента у гвинтових напівканавках теплоємних деталей забезпечує максимальне передавання тепла від електронагрівального елемента останнім. Розташування щільно між двома теплоємними деталями електронагрівального елемента виключає будь-яку втрату теплової енергії, яку випромінює електронагрівальний елемент. Виконання на сполучених поверхнях теплоємних деталей гвинтових напівканавок, у які закладається електронагрівальний елемент, дозволяє відмовитися від будь-яких металовиробів для збирання пристрою в єдину конструкцію. Коли теплоємні деталі розташовують одна в одній, а в утворену гвинтову вже канавку просовують (запасовують) дротяний електронагрівальний елемент, останній виконує функцію замкового з'єднання за рахунок того, що він частково належить кожній теплоємній деталі. При спробі висунути внутрішню деталь із зовнішньої, цьому заважатиме електронагрівальний елемент, який наполовину знаходиться у напівканавці зовнішньої деталі. Щоб роз'єднати теплоємні деталі між собою, попередньо треба висунути електронагрівальний елемент з гвинтової канавки. Заміна природного каменю теплоємних панелей на штучний матеріал неорганічного походження, наприклад бетон, кераміка, спечена глина, дозволяє спростити технологію виготовлення панелей будь-якого розміру та форми, знизити їх вартість, зробити більш легкими. Такі теплоємні панелі більш практичні і пасують до будь-якого інтер'єру через можливість зробити їх будь-якого кольору на замовлення споживача. Отже, уся сукупність перелічених суттєвих ознак, які отримані завдяки внесенню відповідних конструктивних змін та разом характеризують представлену корисну модель, забезпечує досягнення певного позитивного технічного результату, сформульованого у постановці задачі. Фахівцю зрозуміло, що вищезазначені лише суттєві ознаки запропонованого електронагрівального пристрою. Їх можна доповнювати і/або уточнювати скільки завгодно без зміни суті пропозиції, сформульованої у формулі об'єкта промислової власності, що заявляється. Подальша суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленням, на якому зображене наступне: фіг. 1 - перша (зовнішня) теплоємна деталь, переріз; фіг. 2 - друга (внутрішня) теплоємна деталь, переріз; фіг. 3 - електронагрівальний пристрій в зборі з одинарним електронагрівальним елементом, переріз; фіг. 4 - те ж саме, з подвійним електронагрівальним елементом. Запропонований електронагрівальний пристрій складається з першої (зовнішньої) теплоємної деталі 1, яка має циліндричну форму з гвинтовою напівканавкою 2 на внутрішній поверхні цього циліндра, та з другої (внутрішньої) теплоємної деталі 3, яка також має циліндричну форму з гвинтовою напівканавкою 4 на зовнішній поверхні цього циліндра. Внутрішній діаметр першої теплоємної деталі 1 дорівнює зовнішньому діаметру другої теплоємної деталі 4, що дозволяє вставляти теплоємні деталі 1 і 3 щільно одна у одну. При збиранні теплоємних деталей 1 і 3 у єдину конструкцію, обидві напівканавки 2 і 4 відповідно опиняються напроти одна одної та разом утворюють повноцілісний циліндричний гвинтовий канал, в якому вільно (без будь-якого кріплення) розташований дротяний електронагрівальний елемент 5, одинарний (фіг. 3) чи складений удвічі (фіг. 4). Електронагрівальний елемент 5 одночасно утворює замкове з'єднання для скріплення двох теплоємних деталей 1 і 3 між собою. Теплоємні деталі 1 і 3 виконані із штучного матеріалу неорганічного походження - бетону, кераміки, спеченої глини тощо з використанням відомих технологій. Додаючи барвники різних кольорів у суміші для виготовлення теплоємних деталей 1 і 3, можна підібрати загальний колір електронагрівального пристрою до будь-якого інтер'єру. Запропонований електронагрівальний пристрій збирається та працює у такий спосіб. 3 UA 72894 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Спочатку теплоємну деталь 1 розташовують вертикально (лише для зручності) та в її отвір встановлюють теплоємну деталь 3, повертаючи останню до тих пір, поки напівканавки 2 і 4 не співпадатимуть, утворюючи циліндричний гвинтовий канал. Це зробити досить просто: адже напівканавки виступають на торцеві поверхні теплоємних деталей 1 і 3. У гвинтовий канал встановлюють (заштовхують, запасовують) гнучкий дротяний електронагрівальний елемент 5 то тих пір, поки його кінець не вийде з протилежного торця теплоємних деталей 1 і 3. Кінці дротяного електронагрівального елемента 5 підключають до мережі електроструму і електронагрівальний пристрій готовий до експлуатації. Якщо гвинтовий канал виконаний подвійним, то можна зігнути удвічі дротяний електронагрівальний елемент 5 та вставити у канал. У цьому випадку обидва кінці електронагрівального елемента опиняться з одного боку теплоємних деталей 1 і 3. Після підключення пристрою до джерела живлення, під дією електричного струму дротяний електронагрівальний елемент 5 виділяє теплову енергію, яка нагріває теплоємні деталі 1 і 3. Теплоємна деталь 1, у свою чергу, випромінює інфрачервоне тепло, нагріваючи середовище приміщення. Теплоємна деталь 3, у свою чергу, нагріває повітря в осьовому отворі, викликаючи режим природної конвекції - циркуляцію повітря у приміщенні, прискорюючи процес його нагріву та підтримання певного температурного режиму. Заявлена корисна модель перевірена на практиці. Запропонований електронагрівальний пристрій не містить у своєму складі жодних конструктивних елементів чи вузлів, які неможливо було б відтворити на сучасному етапі розвитку науки і техніки, зокрема у галузі теплоенергетики, а отже є придатним для промислового застосування, має технічні та інші переваги перед відомими аналогами, що підтверджує можливість досягнення технічного результату об'єктом, що заявляється. Суттєва відмінність запропонованого електронагрівального пристрою від раніше відомих полягає у конструктивному забезпеченні можливості застосування разом двох принципів обігріву завдяки виконанню теплоємних деталей циліндричними з утворенням внутрішньої порожнини для проходження повітря крізь теплоємні деталі, а також в тому, що дротяний електронагрівальний елемент знаходиться у напівканавках поміж теплоємними деталями та водночас є елементом механічного з'єднання всіх основних елементів пристрою у єдину конструкцію. Вказані відмінності у сукупності дозволяють стрибкоподібно збільшити коефіцієнт корисної дії пристрою з одночасним зниженням споживання електроенергії. Жоден з відомих електронагрівальних пристроїв не може мати вказані властивості, оскільки не мають у своєму складі всіх тих суттєвих ознак, що притаманні заявленому технічному рішенню. До основних технічних переваг запропонованої корисної моделі, у порівнянні з найближчим аналогом, можна віднести наступне: - підвищення функціональності теплоємних деталей за рахунок зміни їхньої форми, яка забезпечує два види випромінювання тепла: інфрачервоного та конвекційного; - прискорення обігріву приміщення з цієї жпричини; - підвищення коефіцієнта корисної дії за рахунок розташування дротового електронагрівального елемента поміж теплоємними деталями; - спрощення конструкції пристрою та технології збирання за рахунок того, що як елемент з'єднання теплоємних деталей (як "металовиріб") використаний дротовий електронагрівальний елемент, закладений у напівканавки; - спрощення технології виготовлення теплоємних деталей за рахунок заміни природного каменю на штучні матеріали. Економічний ефект від використання запропонованої корисної моделі, у порівнянні з найближчим аналогом, отримують за рахунок зниження вартості внаслідок відмови від природного каменю та спрощення конструкції. Соціальний ефект від використання пропозиції, у порівнянні з найближчим аналогом, отримують за рахунок покращення естетичних характеристик пристрою більш швидкого обігріву приміщення, тобто досягнення комфортного стану. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Електронагрівальний пристрій, що складається з теплоємної деталі з дротяним електронагрівальним елементом, який відрізняється тим, що теплоємна деталь виконана із штучного матеріалу неорганічного походження - бетону, кераміки, спеченої глини тощо, - та має циліндричну форму з гвинтовою напівканавкою на внутрішній поверхні цього циліндра, а також всередину цієї теплоємної деталі встановлена друга теплоємна деталь з такого ж матеріалу і такої ж циліндричної форми з відповідною гвинтовою напівканавкою на зовнішній поверхні, 4 UA 72894 U 5 причому обидві напівканавки на вказаних двох теплоємних деталях при збиранні у єдину конструкції разом утворюють повноцілісний циліндричний гвинтовий канал, в якому вільно (без будь-якого кріплення) розташований електронагрівальний елемент, одинарний чи складений удвічі, який одночасно утворює замкове з'єднання для скріплення двох теплоємних деталей між собою. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5