Електрична батарея опалення

Реферат: Електрична батарея опалення містить радіатор, модуль для нагріву з нагрівальним елементом, що має спіраль з вивідними кінцями, котрий розташований в каналі, що сполучає секції радіатора, електронне забезпечення пускових параметрів процесу нагріву. В модулі для нагріву нагрівальний елемент виконаний у вигляді інфрачервоного кварцового випромінювача, розташованого в центрі модуля, для передачі тепла. UA 85129 U (12) UA 85129 U UA 85129 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до засобів і технологій енергозберігаючого опалення житлових, виробничих та інших приміщень, а також може встановлюватися в діючі системи опалення. Відомий індукційний водонагрівач, що має корпус і індуктор всередині нього, причому вторинною обмоткою у вигляді короткозамкненого витка є металева труба з водою. В результаті протікання значних за величиною електричних струмів високої частоти, від індуктивно наведеної в ній електричної напруги, труба інтенсивно розігрівається і нагріває воду. Підтримка заданої температури теплоносія, захист від екстремальних режимів роботи здійснюється автоматичною системою управління. Контроль температурних режимів здійснюється за допомогою датчиків температури, встановлених на патрубку подачі нагрітої води, і датчиком захисту від перегріву (Патент RU № 2191954, МПК F24H1/20, від 03.01.2001). Індукційні нагрівачі застосовуються тільки в замкнених системах теплопостачання, де як теплоносій використовується вода. Вони мають високий рівень електромагнітних випромінювань. Аналогом є водогрійний модуль для електродного котла, який має металевий корпус з суцільнотягнутої труби, покритої товстим шаром діелектрика з поліаміду. Перпендикулярно до осі труби вварені вхідний і вихідний патрубки для підведення теплоносія. З одного торця труби через ізолятор вкручений по різьбі електрод із спеціального сплаву, а з іншого торця труба заглушена спеціальною гайкою з поліаміду з металізованою різьбою. Посередині труби перпендикулярно до її осі через додатковий товстий шар поліаміду приварені клеми нуль і заземлення (Інтернет. Сайт. Http://teplodoma.com.ua/magazin.php?t=14, стор.1, від 27.04.2013). Недоліком аналога є складність конструкції, значна трудомісткість у виготовленні, матеріаломісткість і висока вартість. Можливі струми витоку, що небезпечно. Вимагає обслуговування високої кваліфікації. У них висока вартість і великі габарити. Аналогом є трубчастий електронагрівач (ТЕН), який виконаний у вигляді металевої трубки, заповненої теплопровідним ізолюючим матеріалом - периклазом (мінерал, оксид магнію). Точно по центру ізолятора проходить струмопровідна спіраль з дроту високого опору, наприклад ніхрому, для передачі необхідної потужності на поверхню ТЕНа. Трубки для ТЕНів виготовляють із сталі, нержавіючої сталі та міді (Інтернет. Сайт. Http://teplodoma.com.ua/magazin.php?t=14, стор.1, від 27.04.2013). Найближчим аналогом (прототипом) є електричний радіатор, який містить радіатор, модуль для нагріву з нагрівальним елементом у вигляді ТЕНа, який має спіраль з вивідними кінцями, який розташований в каналі, що сполучає секції радіатора. Використовується теплоносій, який не замерзає при -10 °C. Автономна система опалення застосовується як основне або додаткове опалення, простота в монтажі - не вимагається труб і котла, електронне забезпечення пускових параметрів процесу нагрівання. (Інтернет. Сайт. Http://ekonomteplokom.uaprom.Net/p5971193elektroradiator-bytovoj-energopro.html, стор.1, від 02.05.2013). До загальних недоліків останнього аналога і прототипу слід віднести високу металоємність і вартість ТЕНів через використання дорогих матеріалів (нержавіюча сталь, мідь), не дуже високий термін служби (корозійне порушення оболонки, розрив спіралі через перегрів), так як периклаз створює додатковий тепловий опір, що призводить також до збільшення часу нагріву та споживання електроенергії. Неможливість ремонту при перегорання спіралі. Крім того, можливі струми витоку, які нормуються, так в характеристиці периклазу вказується, що струм 2 витоку при питомій потужності 10 Вт/см повинен бути не більше 4-5 мА (тобто при потужності 1000 Вт струм витоку буде 400-500 мА), що небезпечно і вимагає обов'язкового заземлення системи (радіатора). В основу корисної моделі поставлено задачу створити таку електричну батарею опалення, в якій використання нових конструктивних елементів, нове їх поєднання і розташування, новий підхід до використання теплоносія дозволив би забезпечити їй малу інерційність, економічність, виключити струми витоку, підвищивши тим самим електричну безпеку, забезпечити можливість тривалих перевантажень і великий термін служби. Поставлена задача вирішується тим, що електрична батарея опалення, що включає радіатор, модуль для нагріву з нагрівальним елементом, який має спіраль з вивідними кінцями, який розташований в каналі, що сполучає секції радіатора, електронне забезпечення пускових параметрів процесу нагріву, згідно з корисною моделлю, в модулі для нагріву нагрівальний елемент виконаний у вигляді інфрачервоного кварцового випромінювача, розташованого в центрі модуля, для передачі тепла. Додатково поверх випромінювача може бути встановлена трубка з прозорого для інфрачервоного випромінювання матеріалу. Радіатор додатково може бути принаймні частково заповнений теплоносієм. 1 UA 85129 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Модуль для нагріву може бути додатково забезпечений теплообмінником, який розміщений навколо інфрачервоного випромінювача і виконаний щодо нього герметичним, а радіатор принаймні частково заповнений теплоносієм. Завдяки тому, що в модулі для нагріву нагрівальний елемент виконаний у вигляді інфрачервоного кварцового випромінювача, який розташований в центрі модуля, і передає виділюване тепло, переважно, інфрачервоного випромінювання короткохвильового і/або середньохвильового діапазонів, в радіальному напрямку в теплообмінник і в теплоносій або в корпус радіатора, досягається цілий ряд переваг в порівнянні з аналогом і прототипом: мала інерційність, тому що нагрів інфрачервоним випромінюванням безконтактний і передача енергії від випромінювача до об'єкта відбувається дуже швидко (зі швидкістю світла); великий термін служби і збереження протягом усього періоду роботи стабільного променистого потоку; висока ефективність, економічність; висока термостійкість, можливість тривалих перевантажень і стійкість до впливу різних середовищ (вода, пил і т.д.); виключення струмів витоку, що підвищує електричну безпеку; спрощення монтажу та експлуатації. Інфрачервоні промені - це електромагнітне випромінювання, що підкоряється законам оптики. Залежно від довжини хвилі інфрачервону область спектра умовно розділяють на короткохвильову (0,74-2,5 мкм), середньохвильову (2,5-50 мкм) і довгохвильову (50-2000 мкм) частини. Короткохвильові випромінювачі з максимальною температурою (вище 800 °C), у середньохвильових випромінювачів температура поверхні нижче (до 600 °C). Спектральний склад випромінювання кварцової лампи визначається температурою кварцової трубки. Наприклад: при температурі кварцової трубки близько 500 °C, основна частина променистого потоку тіла напруження лежить в області спектра з довжиною хвилі   34 мкм. Відомо, що шар води завтовшки 1 см практично не прозорий для інфрачервоного випромінювання з довжиною хвилі більше 1 мкм, тому вода товщиною в кілька сантиметрів використовується як теплозахисний фільтр. Найвища теплопровідність в нормальному діапазоні температур може бути досягнута шляхом перенесення теплоти випаровування. Якщо десь випарувати рідину, а потім її конденсувати в іншому місці, то теплота випаровування забере частину тепла від нагрітої ділянки і передасть його при конденсації в іншому місці. Це еквівалентно теплопровідності між цими ділянками. Причому еквівалентна теплопровідність перевищує теплопровідність міді приблизно в 5000 разів. Додатково поверх випромінювача може бути встановлена трубка з прозорого для інфрачервоного випромінювання матеріалу, щоб посилити випромінювач. Радіатор додатково принаймні частково може бути заповнений теплоносієм, щоб найбільш інтенсивну теплоту, отриману випаровуванням теплоносія, більш рівномірно і швидко розподіляти по всьому об'єму радіатора. Модуль для нагріву може бути додатково забезпечений теплообмінником, який розміщений навколо інфрачервоного випромінювача і виконаний щодо нього герметичним, що значно підвищує ефективність знімання тепла і збільшує електробезпеку модуля для нагріву, а радіатор принаймні частково заповнений теплоносієм, щоб потужну теплоту, отриману випаровуванням теплоносія, більш рівномірно і швидко розподіляти по всьому об'єму радіатора. Інфрачервоний випромінювач може бути виконаний у вигляді кварцової трубки, що має спіраль, яка додатково забезпечена каркасом у вигляді смуги або трубки, причому каркас виконаний з прозорого для інфрачервоного випромінювання матеріалу, а вивідні кінці заармовані в один цоколь з порцеляни або кераміки, що дозволяє підводити напругу з одного кінця модуля, підвищити його надійність і можливість використовувати у вертикальному положенні, що значно розширює сферу застосування. Теплообмінник може бути виконаний у вигляді циліндра, виготовленого з алюмінію, внутрішня поверхня якого виконана шорсткою, що дозволяє більш ефективно поглинати променисту енергію без втрат на відбиття. Теплообмінник може бути виконаний у вигляді циліндра, виготовленого з алюмінію і забезпеченого по всій довжині на внутрішній та/або зовнішній поверхні ребрами жорсткості і/або циліндричними або спіралеподібними канавками, що значно збільшує його поверхню, а значить і знімання тепла. Оскільки теплоносію забезпечують циркуляцію по зовнішній поверхні теплообмінника, досягається потужне знімання тепла з великою поверхні, що дозволяє виробляти більш швидкий нагрів теплоносія. 2 UA 85129 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Як теплоносій може бути використана незамерзаюча рідина, що підвищує надійність і термін служби, а також розширює сфери застосування в різних кліматичних зонах. Перед заповненням теплоносієм радіатор може бути підданий вакуумуванню, що значно підвищує ефективність роботи, тому що найбільш інтенсивна передача теплоти випаровуванням відбувається в умовах вакууму або розрідження. Пропонована корисна модель схематично представлена на фіг. 1 і 2. На фіг. 1 показаний модуль нагріву з інфрачервоним випромінювачем в корпусі радіатора опалення, де 1 інфрачервоний випромінювач, 2 - корпус радіатора опалення. На фіг. 2 показаний модуль нагріву з інфрачервоним випромінювачем і теплообмінником в корпусі радіатора опалення, що має теплоносій, де 1 - інфрачервоний випромінювач, 2 - корпус радіатора опалення, 3 теплообмінник, 4 - теплоносій. Електрична батарея опалення, що включає радіатор 2, модуль для нагріву з нагрівальним елементом, що має спіраль з вивідними кінцями, який розташований в каналі, що сполучає секції радіатора 2, електронне забезпечення пускових параметрів процесу нагріву. У модулі для нагріву нагрівальний елемент виконаний у вигляді інфрачервоного кварцового випромінювача 1, розташованого в центрі модуля, для передачі тепла. Додатково поверх випромінювача 1 встановлена трубка з прозорого для інфрачервоного випромінювання матеріалу (на кресл. умовно не показана). Радіатор 2 принаймні частково заповнений теплоносієм 4. Модуль для нагріву додатково забезпечений теплообмінником 3, який розміщений навколо інфрачервоного випромінювача 1 і виконаний щодо нього герметичним, а радіатор 2 принаймні частково заповнений теплоносієм 4. Приклад 1. Електрична батарея опалення (фіг. 1) містить алюмінієвий радіатор 2, модуль для нагріву з нагрівальним елементом, що має спіраль з вивідними кінцями, який розташований в каналі, що сполучає секції радіатора 2, електронне забезпечення пускових параметрів процесу нагріву (на кресл. умовно не показане). У модулі для нагріву нагрівальний елемент виконаний у вигляді інфрачервоного кварцового випромінювача 1, розташованого в центрі модуля, для передачі тепла. Інфрачервоний випромінювач 1 виконаний у вигляді кварцової трубки, що має спіраль, яка забезпечена каркасом у вигляді кварцової трубки, а вивідні кінці спіралі заармовані в один цоколь з кераміки. Робота модуля полягає в наступному. Кварцовий випромінювач 1 випускає потік променевої енергії, переважно інфрачервоного випромінювання короткохвильового і/або середньохвильового діапазонів, і передає виділюване тепло в радіальному напрямку. При цьому вся енергія інфрачервоного випромінювання безперешкодно проходить кварцову трубку і поглинається алюмінієвим корпусом радіатора 2 і його ребрами, які нагріваються і віддають тепло теплопередачею і конвекцією всьому радіатору і повітрю, яке циркулює по каналах радіатора 2. Крім того, променеві потоки інфрачервоного випромінювання миттєво передаються по прилеглих до випромінювача 1 вертикальних каналах у верхню частину радіатора 2 і нагрівають його. Приклад 2. Електрична батарея опалення (фіг. 2) містить алюмінієвий радіатор 2, модуль для нагріву з нагрівальним елементом, що має спіраль з вивідними кінцями, який розташований в каналі, що сполучає секції радіатора 2, електронне забезпечення пускових параметрів процесу нагріву (на кресл. умовно не показане). У модулі для нагріву нагрівальний елемент виконаний у вигляді інфрачервоного кварцового випромінювача 1, розташованого в центрі модуля, для передачі тепла. Інфрачервоний випромінювач 1 виконаний у вигляді кварцової трубки, що має спіраль, яка забезпечена каркасом у вигляді кварцової трубки, а вивідні кінці спіралі заармовані в один цоколь з кераміки для підведення напруги з одного торця. Модуль для нагріву додатково забезпечений теплообмінником 3, який розміщений навколо інфрачервоного випромінювача 1, виконаний щодо нього герметичним і встановлений з зазором щодо корпусу радіатора 2. Теплообмінник 3 виконаний у вигляді циліндра з алюмінію, зовнішня поверхня якого виконана з ребрами жорсткості і з циліндричними канавками для збільшення поверхні, а внутрішня поверхня виконана шорсткою для зменшення відображення інфрачервоного випромінювання. Радіатор 2 частково заповнений теплоносієм 4. Робота модуля полягає в наступному. Кварцовий випромінювач 1 випускає потік променевої енергії, переважно інфрачервоного випромінювання короткохвильового і/або середньохвильового діапазонів, і передає виділюване тепло в радіальному напрямку в теплообмінник 3. При цьому вся енергія інфрачервоного випромінювання безперешкодно проходить кварцову трубку і поглинається теплообмінником 3, який нагрівається і віддає тепло 3 UA 85129 U 5 10 15 теплопередачею і конвекцією теплоносію 4. Оскільки кількість теплоносія 4 невелика, він швидко нагрівається і закипає. При цьому теплота випаровування забирає частину тепла від нагрітої ділянки теплообмінника 3 і дуже швидко передає його при конденсації теплоносія 4 у верхні ділянки радіатора 2. Віддавши тепло, конденсат теплоносія 4 стікає вниз до нагрітого теплообмінника 3 і далі процес повторюється. Завдяки тому, що теплообмінник 3 виконаний у вигляді циліндра, забезпеченого по зовнішній поверхні ребрами жорсткості і циліндричними канавками, відбувається більш швидкий нагрів теплоносія 4, поліпшуються умови експлуатації і монтажу (випромінювач 1 легко витягувати з теплообмінника 3 та корпусу алюмінієвого радіатора 2). Завдяки використанню багатофункціонального цифрового управління процесом терморегулювання роботи модуля для нагріву з інфрачервоним кварцовим випромінювачем пропонована корисна модель належить до нового виду високоефективних енергозберігаючих електронагрівачів і є альтернативою традиційним системам опалення, централізованого опалення і автономним котлам опалення (газовим, електричним, електродним та ін.), за витратами пропонована система опалення є самою економічною з усіх відомих. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 40 1. Електрична батарея опалення, що містить радіатор, модуль для нагріву з нагрівальним елементом, що має спіраль з вивідними кінцями, котрий розташований в каналі, що сполучає секції радіатора, електронне забезпечення пускових параметрів процесу нагріву, яка відрізняється тим, що в модулі для нагріву нагрівальний елемент виконаний у вигляді інфрачервоного кварцового випромінювача, розташованого в центрі модуля, для передачі тепла. 2. Електрична батарея за п. 1, яка відрізняється тим, що додатково поверх випромінювача встановлена трубка з прозорого для інфрачервоного випромінювання матеріалу. 3. Електрична батарея за п. 1, яка відрізняється тим, що радіатор додатково принаймні частково заповнений теплоносієм. 4. Електрична батарея за п. 1, яка відрізняється тим, що модуль для нагріву додатково забезпечений теплообмінником, який розміщений навколо інфрачервоного випромінювача і виконаний щодо нього герметичним, а радіатор принаймні частково заповнений теплоносієм. 5. Електрична батарея за п. 1, яка відрізняється тим, що інфрачервоний випромінювач виконаний у вигляді кварцової трубки, що має спіраль, яка додатково забезпечена каркасом у вигляді смуги або трубки, причому каркас виконаний з прозорого для інфрачервоного випромінювання матеріалу, а вивідні кінці заармовані в один цоколь з порцеляни або кераміки. 6. Електрична батарея за п. 4, яка відрізняється тим, що теплообмінник виконаний у вигляді циліндра, виготовленого з алюмінію, внутрішня поверхня якого виконана шорсткою. 7. Електрична батарея за п. 4, яка відрізняється тим, що теплообмінник виконаний у вигляді циліндра, виготовленого з алюмінію і забезпеченого по всій довжині на внутрішній та/або зовнішній поверхні ребрами жорсткості і/або циліндричними або спіралеподібними канавками. 8. Електрична батарея за пп. 3, 4, яка відрізняється тим, що як теплоносій використана незамерзаюча рідина. 9. Електрична батарея по кожному з пп. 3, 4, 8, яка відрізняється тим, що перед заповненням теплоносієм радіатор підданий вакуумуванню. 4 UA 85129 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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