ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК H05B3/64 F24H3/04 

Изобретение относится к средствам нагрева твердых, жидких и газообразных сред и может быть использовано в отопительных, сушильных и других теплотехнических системах.

Известен нагреватель воздуха, в котором для нагрева воздуха используется электронагревательная лента, намотанная на каркас с помощью изоляторов в несколько слоев. При этом в зазорах между слоями ленты установлены диэлектрические пластины, играющие роль вторичных излучателей (Авторское свидетельство СССР N 731212, МКИ F 24 H 3/10, 1980) [1].

Однако при такой конструкции каркаса нагревателя воздуха и способе намотки электронагревательной ленты образуются концентрические вертикальные контуры нагрева с дополнительными пластинами, что значительно затрудняет прохождение потока воздуха через щелевые каналы. В результате этого снижается эффективность съема тепла с поверхности электронагревательной ленты. Применение диэлектрических пластин приводит к усложнению конструкции в целом. Неэффективность этой конструкции подтверждается также и тем, что воздух проходит практически только вдоль одной ширины ленты, которая не может быть достаточно широкой, так как увеличение ее ширины ведет к падению омического сопротивления. В этом случае время прохождения воздуха вдоль ленты настолько мало, что он практически не успевает прогреться. Это значительно увеличивает время нагрева помещения. Кроме того, электронагревательная лента, навитая в несколько слоев, взрывоопасна, так как пыль и осадки, собирающиеся между слоями, практически нельзя удалить.

Известен электроконвектор, в котором греющие секции установлены в защитном кожухе (вертикально) с образованием между ними зазоров для прохода воздуха. Нагревательные секции выполнены из гибкой нагревательной ленты, закрепленной на решетчатом каркасе. Секции образованы и состыкованы между собой вертикально установленными рамками с закрепленными на них и расположенными на электроизоляционном материале ленточными нагревателями с образованием замкнутых поверхностей, размещенных одна в другой и имеющих переменную высоту, увеличивающуюся от внутренней секции к наружной (Авторское свидетельство СССР N 1749641, МКИ F 24 H 3/04, 1992) [2].

Однако конструкция этого нагревателя сложна по исполнению и ненадежна в работе, так как расположение нагревательных секций замкнутыми одна в другую ведет к перегреву и, как следствие, к разрушению нагревательной ленты из-за дополнительного ее нагрева со всех сторон. В описании этой конструкции не указано какой применен изоляционный материал, необходимый для защиты корпуса от нагревательной ленты, как и где он расположен. Кроме того, при необходимости изготовления данного электроконвектора с различными мощностями, а также для однофазной или трехфазной электрической сети, требуется не только электрический перерасчет всех нагревательных секций, но и конструктивная переработка всей конструкции в целом.

Была поставлена задача создания электронагревателя, который позволил бы обеспечить высокую эффективность и надежность работы, а также обладал бы расширенными функциональными возможностями.

Эта задача была решена настоящим изобретением.

В электронагревателе, содержащем греющие секции, установленные в защитном кожухе с образованием между собой зазоров для прохода воздуха и образованные вертикально установленными рамками с закрепленными на них и расположенными на электроизолирующем материале ленточными нагревателями, согласно изобретению каркас каждой из секций выполнен в виде жесткой рамки с пружинным компенсатором теплового линейного расширения нагревательной ленты, электроизоляционный материал выполнен из формового термостойкого фарфора или минеральной ваты, поверх которого навита нагревательная лента с зазорами между витками, а между секциями расположены теплоотражающие экраны.

Над секциями предпочтительно размещены водосливные экраны, сверху закрытые решеткой.

В верхней части секций наклонно размещены предпочтительно патрубки для конвективного прохода рабочей среды.

Верхняя часть защитного кожуха предпочтительно выполнена в виде расширяющегося раструба для размещения теплоаккумулирующих элементов.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения электронагреватель снабжен выносным автоматическим электронным пультом управления и дистанционным датчиком температуры.

Рамки предпочтительно выполнены составными с возможностью сборки и разборки.

Минеральная вата, в частности, может быть использована в виде простеганных полотен.

На фиг. 1 изображен электронагреватель, общий вид; на фиг.2 - то же, продольный разрез; на фиг. 3 - то же, поперечный разрез; на фиг.4 - узел фиксации ленты в изоляторах; на фиг.5 - тепловые компенсаторы (варианты а и б); на фиг. 6 - узел крепления секций между собой; на фиг.7 - водосливной экран для варианта бани-сауны.

Электронагреватель состоит из нагревательных секций 1, защитного кожуха 2, выносного автоматического электронного пульта управления 3 и дистанционного датчика температуры 4.

Каркас каждой секции 1 выполнен в виде жесткой рамки, состоящей из двух горизонтальных стержней 5, закрепленных по краям в стенках 6. На горизонтальных стержнях 5 расположены изоляторы 7, выполненные из формового термостойкого фарфора. Нагревательная лента 8 навита поверх изоляторов 7 с зазорами, образованными выступающими фланцами изоляторов, которые надежно фиксируют нагревательную ленту от горизонтальных смещений и короткого замыкания между витками. Для компенсации вертикального провиса нагревательной ленты при тепловом линейном расширении в нижней части стенок 6 сделаны вертикальные пазы, в которых размещаются торцы нижних горизонтальных стержней 5, снабженные ленточным или пружинным компенсатором 9. Между секциями 1 расположены теплоотражающие экраны 10, а над секциями водосливные экраны 11, которые сверху закрыты решеткой 12. В верхней части секции 1 наклонно размещены патрубки 13. В верхней расширяющейся части защитного кожуха 2 размещены термоаккумулирующие элементы 14 (для варианта бани-сауны).

Электронагреватель работает следующим образом. При подаче напряжения на ленту 8 за счет ее электросопротивления, она нагревается до определенной температуры. По всей высоте секции 1 образуются вертикальные нагретые поверхности, соприкасаясь с которыми, воздух, находящийся в зазорах между секциями 1, нагревается и поднимается вверх. На смену нагретому воздуху, выходящему из электронагревателя, снизу, через пространство под нагревательными секциями 1, поступает холодный воздух. Таким образом, создается естественная циркуляция воздуха через электронагреватель.

Конструкция каждой секции унифицированная, что позволяет собирать электронагреватели любых мощностей из N-го числа секций, причем при включении электронагревателя в трехфазную сеть количество секций должно быть кратное трем, а при включении в однофазную сеть - любое.

Расчет мощности нагревательной ленты 8 в одной унифицированной секции производится по формуле

где P_с - мощность, выделяемая на ленте;
U - напряжение, подведенное к ленте;
S - площадь поперечного сечения ленты;
ρ - удельное сопротивление материала ленты;
l - длина ленты;
cosϕ - коэффициент мощности.

Суммарная мощность электронагревателя, состоящего из N секций
P_Σ = NP_c.
Нагревательные секции в предлагаемом электронагревателе не образуют замкнутого контура, поэтому зазор между ними можно легко регулировать так, чтобы проходящий воздух свободно их охлаждал. Чтобы избежать перекрестного перегрева одной секции от другой, а также для увеличения скорости конвекционного потока, между секциями расположены теплоотражающие экраны 10.

При использовании электронагревателя для нагрева жидких и газообразных сред, в секциях 1 предусмотрены наклонные патрубки 13, у которых при соединении нескольких секций могут объединяться входные и выходные отверстия как внутри защитного кожуха 2, так и снаружи.

При использовании электронагревателя для обогрева помещений (в том числе бань и саун), на решетку 12 возможна укладка теплоаккумулирующих элементов 14, например камней талько-хлоритовых, а в варианте бани поливание камней водой. Для защиты нагревательной ленты от попадания воды предусмотрены водосливные экраны 11, отводящие излишки воды в сторону боковых стенок защитного кожуха 2.

Наличие выносного автоматического электронного пульта управления 3 с дистанционным датчиком температуры 4 существенно расширяет функциональные возможности электронагревателя, так как позволяет автоматически поддерживать заданную на пульте температуру в обогреваемом помещении.

Наиболее эффективно можно использовать данный электронагреватель для обогрева помещения бани или сауны, так как кроме непосредственно обогрева парного помещения бани-сауны и получения пара возможен подогрев воды через патрубки 13, например для душа.

В электронагревателе имеются греющие секции, установленные в защитном кожухе с образованием между собой зазоров для прохода воздуха и образованные вертикально установленными рамками с закрепленными на них и расположенными на электроизолирующем материале ленточными нагревателями. Каркас каждой из секций выполнен в виде жесткой рамки с пружинным компенсатором теплового линейного расширения нагревательной ленты. В качестве электроизоляционного материала использован формовой термостойкий фарфор или минеральная вата, поверх материала навита нагревательная лента с зазорами между витками. Между секциями расположены теплоотражающие экраны. Над секциями могут быть размещены водосливные экраны, сверху закрытые решеткой. В верхней части секций могут быть наклонно размещены патрубки для конвективного прохода рабочей среды. Верхняя часть защитного кожуха может быть выполнена в виде расширяющегося раструба для размещения теплоаккумулирующих элементов. Электронагреватель может быть снабжен выносным автоматическим электронным пультом управления и дистанционным датчиком температуры. Рамки могут быть выполнены составными с возможностью сборки и разборки. Техническим результатом является повышение надежности и расширение функциональных возможностей нагревателя. 5 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Электронагреватель, содержащий греющие секции, установленные в защитном кожухе с образованием между собой зазоров для прохода воздуха и образованные вертикально установленными рамками с закрепленными на них и расположенными на электроизолирующем материале ленточными нагревателями, отличающийся тем, что каркас каждой из секций выполнен в виде жесткой рамки с пружинным компенсатором теплового линейного расширения нагревательной ленты, электроизоляционный материал выполнен из формового термостойкого фарфора или минеральной ваты, поверх которого навита нагревательная лента с зазорами между витками, а между секциями расположены теплоотражающие экраны. 2. Электронагреватель по п.1, отличающийся тем, что над секциями размещены водосливные экраны, сверху закрытые решеткой. 3. Электронагреватель по п.1, отличающийся тем, что в верхней части секций наклонно размещены патрубки для конвективного прохода рабочей среды. 4. Электронагреватель по п.1, отличающийся тем, что верхняя часть защитного кожуха выполнена в виде расширяющего раструба для размещения теплоаккумулирующих элементов. 5. Электронагреватель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен выносным автоматическим электронным пультом управления и дистанционным датчиком температуры. 6. Электронагреватель по п.1, отличающийся тем, что рамки выполнены составными с возможностью сборки и разборки.