ЭЛЕКТРОКОНВЕКТОР Российский патент 1999 года по МПК H05B3/26 F24D13/02 

Предполагаемое изобретение относится к электроотопительной технике, в частности к электроконвекторам, и предназначено для обогрева воздуха жилых помещений в холодное время года.

Известны электроконвекторы, содержащие корпус, состоящий из наружной и внутренней оболочек, расположенных одна в другой и соединенных перемычками, общее выходное отверстие в верхней части корпуса и нагреватель, выполненный в виде магнитопровода (RU 2047053 C1, 1996).

Основной недостаток этих электроконвекторов - сложность конструкции, снижающая надежность работы.

Кроме того, высокая температура наружной поверхности электроконвектора, достигающая 90 - 100^oC, усложняет его эксплуатацию из-за возможности ожога при случайном соприкосновении и ведет к сокращению срока службы элементов конструкции, снижению долговечности и надежности работы.

С другой стороны, высокая температура наружной поверхности вызывает явление термического разложения и сухой возгонки органической пыли, сопровождающееся выделением вредных веществ, в частности оксида углерода CO - очень ядовитого (угарного) газа, не имеющего ни цвета, ни запаха, легко соединяющегося с гемоглобином крови и делающего его неспособным переносить кислород от легких к тканям организма.

Исследования показывают, что термическое разложение пыли начинается при температуре 65 - 70^oC и интенсивно протекает на поверхности, имеющей температуру более 80^oC.

Таким образом, рассматриваемые электроконвекторы, а также подобные им не отвечают санитарно-гигиеническим требованиям из-за нарушения экологичности воздуха жилых помещений.

Проведенные нами патентные исследования показали, что наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является электроконвектор, содержащий корпус коробчатой формы с входным и выходным отверстиями, опоры, параллельно размещенные внутри корпуса вертикальные нагревательные элементы, представляющие каждый в отдельности выравниватель с закрепленными на нем электроизоляционной подложкой и плоским нагревателем, и токоподводящее устройство (RU 2037275 C1,1995).

Этот электроконвектор выбран в качестве прототипа предлагаемого электроконвектора.

Недостатком прототипа является достаточно высокая температура наружной поверхности корпуса, при которой может начинаться разложение пыли и нарушение экологичности воздуха помещения. Кроме того, как показали исследования, при очень близком расположении входного отверстия электроконвектора к поверхности пола проявляется отрицательное влияние "эффекта близости пола", при котором электроконвектор работает в "пылесосном" режиме, то есть засасывает пыль с поверхности пола, разлагает ее и подает в обогреваемое помещение, нарушая тем самым экологичность воздуха помещения. При этом режиме резко возрастает сопротивление входного отверстия, что снижает эффективность и надежность работы электроконвектора. Еще одним недостатком прототипа является то, что поверхность плоского нагревателя приближается к модели "абсолютно черного тела" и обладает максимальной излучательно-поглощательной способностью, вызывающей локальное (местное) повышение температуры электроизоляционной подложки, нагревателя и выравнивателя под ними. Это обстоятельство при эксплуатации электроконвектора со временем может привести к местным тепловым деформациям и разрушениям.

Указанные недостатки в целом снижают надежность, долговечность и экологичность работы электроконвектора.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности, долговечности и экологичности работы электроконвектора.

Технический результат достигается тем, что в электроконвекторе, содержащем кожух коробчатой формы с входным и выходным отверстиями, опоры, параллельно размещенные внутри кожуха вертикальные элементы, представляющие каждый в отдельности выравниватель с закрепленными на нем электроизоляционной подложкой и плоским нагревателем, и токоподводящее устройство, согласно изобретению, внешняя поверхность плоского нагревателя каждого выравнивателя через термостойкий изолятор покрыта слоем материала, отражающего лучистую энергию не менее чем на 90 - 95%, при этом выравниватели выполнены с отношением высоты H к ширине В в оптимальных пределах, определяемых неравенством 0,5 < H/В < 1,5, отношением ширины В к расстоянию между выравнивателями t в пределах 5 ≤ B/t ≤ 18, а отношение площади поверхности каждого выравнивателя F_в к площади поверхности нагревателя f_н составляет 5 < F/f < 15, притом отношение высоты H выравнивателя к расстоянию h от пола до среза входного отверстия выбрано в пределах 3,5 < H/h < 35.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 и фиг. 2 изображен электроконвектор (вид сверху и спереди);
- на фиг. 3 - нагреватель с покрытием.

Электроконвектор содержит кожух коробчатой формы 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, опоры 4, параллельно размещенные внутри кожуха вертикальные элементы, представляющие каждый в отдельности выравниватель 5 с закрепленными на нем электроизоляционной подложкой и плоским нагревателем 6, и токоподводящее устройство 7.

Внешняя поверхность нагревателя 6, близкая к модели "абсолютно черного тела", через термостойкий изолятор, например термостойкое стекло, покрыта слоем 8 материала, отражающего лучистую энергию не менее чем на 90-95%. В качестве такого материала могут быть использованы: серебро, золото, медь, анодированный алюминий и др. Между двумя выравнивателями 5 образована прямоточная камера 9, соединенная с входным 2 и выходным 3 отверстиями. Входное 2 отверстие открыто, а выходное 3 закрыто сверху декоративной решеткой (на чертеже условно не показана). Решетка имеет минимальное сопротивление проходу нагретого воздуха.

Между наружной поверхностью выравнивателя и внутренней стенкой кожуха образованы периферийные прямоточные камеры 10 и 11. Кожух 1 закреплен на боковых стойках 12 и 13 электроконвектора.

Электроконвектор работает следующим образом.

После подключения электроконвектора к электросети посредством токоподводящего устройства 7 в начальный момент нагреваются нагреватели 6 и выравниватели 5. Затем холодный воздух обогреваемого помещения через входное отверстие 2 под действием свободной конвекции засасывается в прямоточную камеру 9, где в результате теплообмена излучением, конвекцией и теплопроводностью воздух нагревается, поднимается вверх и через выходное отверстие 3 электроконвектора поступает в обогреваемое помещение, где через некоторое время создается тепловой комфорт с наилучшими санитарно-гигиеническими и экологическими условиями.

По мере повышения температуры выравнивателей воздух обогреваемого помещения засасывается в периферийные прямоточные камеры 10 и 11.

Передача тепла от наружной нагретой поверхности каждого выравнивателя к воздуху осуществляется главным образом излучением и конвекцией. При этом воздух нагревается и, поднимаясь вверх, из периферийных прямоточных камер 10 и 11 поступает в обогреваемое помещение.

Движущей силой, вызывающей засасывание воздуха в прямоточную и периферийные прямоточные камеры, является тепловой гравитационный напор, возникающий за счет разности плотностей поступающего снизу через входное отверстие холодного и теплого, выходящего их выходного отверстия воздуха, поступающего в обогреваемое помещение.

Периферийные прямоточные камеры позволяют с оптимальной скоростью отводить тепло с наружной поверхности каждого выравнивателя и передавать это тепло вместе с нагретым воздухом в обогреваемое помещение.

Такое конструктивное выполнение электроконвектора позволяет получить тройной положительный эффект:
- во-первых, достигается оптимальное охлаждение наружной поверхности выравнивателя, поскольку осуществляется отвод тепла;
- во-вторых, снимаемое с поверхности выравнивателя тепло передается в обогреваемое помещение, что повышает эффективность и надежность работы электроконвектора;
- в-третьих, из-за малой теплопроводности воздуха, движущегося по периферийным прямоточным камерам, наружная стенка кожуха нагревается меньше, поэтому имеет низкую температуру, что резко повышает экологичность работы электроконвектора.

При низких температурах наружной поверхности кожуха, например 55 - 60^oC, термического разложения органической пыли не происходит, сухая возгонка не возникает, воздух не пережигается, создается тепловой комфорт и обеспечиваются наилучшие санитарно-гигиенические и экологические условия, необходимые для человека.

Кроме того, при низкой теплонапряженности элементов конструкции надежность и долговечность электроконвектора повышаются.

То, что поверхность плоского нагревателя каждого выравнивателя через термостойкий изолятор, например термостойкое стекло, нанесенное по пленочной технологии, покрыта слоем материала, отражающего лучистую энергию, например, анодированного алюминия, позволяет:
- создать выравниватель с поверхностью, отражающей не менее 95% всей падающей лучистой энергии и поглощающей не более 5%.

Это обеспечивает равномерное температурное поле на поверхности каждого выравнивателя, при этом вся поверхность выравнивателя приближается к изотермической, что повышает эффективность, надежность и долговечность работы электроконвектора;
- обеспечить оптимально быстрый нагрев выравнивателей без теплового удара, способного вывести выравниватели из строя, что повышает долговечность и надежность электроконвектора;
- полностью избегать возникновение локальных перегревов, тепловых деформаций и разрушений нагревателей и выравнивателей;
- обеспечить высокую термостойкость, работоспособность, долговечность и надежность предлагаемого электроконвектора.

Покрытие нагревателей и выравниватели могут быть выполнены также из различных материалов, обладающих термостойкостью, но с близкими поглощательно-излучательными способностями, теплопроводностями и температурными расширениями.

К числу таких материалов могут быть отнесены, например, анодированный алюминий, золото, медь (неокисленная), олово, серебро, платина и др.

Применение разных материалов с близкими теплофизическими и оптическими свойствами обеспечивает лишь приближенное моделирование того случая, когда покрытие и выравниватели выполнены из одного и того же материала, например анодированного алюминия.

Покрытие на нагреватель наносится через слой термостойкого изолятора известными способами.

Анализ результатов экспериментальных исследований предлагаемого электроконвектора показал, что выполнение каждого выравнивателя с отношением его высоты H к ширине B в пределах 0,5 < H/В < 1,5 и отношением ширины В к расстоянию t между выравнивателями в пределах 5 ≤ B/t ≤ 18 позволяет создать компактный электроконвектор с малыми габаритами, с высокой надежностью, долговечностью, экологичностью и отвечающий требованиям современных мировых стандартов.

При этом оптимальное соотношение площади поверхности каждого выравнивателя F_в к площади f_н поверхности нагревателя, лежащее в пределах 5 < F_вd/f_н < 15, обеспечивает исключение возможных местных перегревов и тепловых разрушений, в то же время снижает тепловую инерционность и повышает быстродействие электроконвектора, в результате последний быстро выходит на номинальный режим работы.

Это повышает надежность электроконвектора.

Выполнение электроконвектора с отношением высоты H выравнивателя к расстоянию h от пола до среза входного отверстия или входных сечений прямоточной и периферийных прямоточных камер в пределах 3,5 < H/h < 35 позволяет исключить отрицательное влияние близости пола к работе электроконвектора: устранить "пылесосный" режим его работы и чрезмерное нагревание пола.

Все это обеспечивает высокую гигиеничность, экологичность, надежность, пожаробезопасность и долговечность работы электроконвектора.

Таким образом, из приведенных обоснований существенных признаков заявляемого изобретения следует, что предлагаемая совокупность признаков обеспечивает получение существенного положительного эффекта - повышение надежности, долговечности и экологичности работы электроконвектора. Этот вывод подтверждается положительными результатами испытания заявляемого электроконвектора.

Сравнительная оценка надежности, долговечности и экологичности предлагаемого электроконвектора по сравнению с известными типами маслонаполненных электрорадиаторов, электрокалориферов, электронагревателей воздуха и электроконвекторов, созданных за последние годы в таких странах, как СНГ, Россия, Украина, США, Великобритания, ФРГ, Франция, Швейцария, Норвегия, Канада, Австралия, Япония и др. показывает, что предлагаемый электроконвектор по достигнутому уровню значительно превышает уровень современного мирового стандарта.

Таким образом, заявляемый электроконвектор, благодаря сочетанию совокупности существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, как показали исследования, обеспечивает высокую надежность, долговечность и экологичность работы, отвечает критериям изобретения. Все это при ожидаемом серийном выпуске предлагаемого электроконвектора, безусловно, делает его весьма конкурентоспособным на мировом рынке, а это повышает приоритет Российской Федерации в данной области техники.

С учетом всего изложенного серийный выпуск заявляемого электроконвектора предполагается в ближайшее время.

Изобретение относится к электроотопительной технике, в частности к электроконвекторам, и предназначено для обогрева воздуха жилых помещений в холодное время года. Электроконвектор содержит кожух коробчатой формы 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, опоры 4, параллельно размещенные внутри кожуха вертикальные элементы, представляющие каждый в отдельности выравниватель 5 с закрепленными на нем электроизоляционной подложкой и плоским нагревателем 6, и токоподводящее устройство 7. Внешняя поверхность плоского нагревателя 6 каждого выравнивателя 5 через термостойкий изолятор покрыта слоем 8 материала, отражающего лучистую энергию не менее чем на 90-95%, при этом выравниватели выполнены с отношением высоты Н к ширине В в оптимальных пределах, определяемых неравенством 0,5<Н/В<1,5, отношением ширины В к расстоянию между выравнивателями t в пределах 5≤В/t≤18, а отношение площади поверхности каждого выравнивателя F_в к площади поверхности нагревателя f_н составляет 5<F_в/f_н<15, причем отношение высоты Н выравнивателя к расстоянию h от пола до среза входного отверстия выбрано в пределах 3,5<Н/h<35. Техническим результатом является повышение надежности, долговечности и экологичности работы электроконвектора. 2 ил.

Электроконвектор, содержащий кожух коробчатой формы с входным и выходным отверстиями, опоры, параллельно размещенные внутри кожуха вертикальные элементы, представляющие каждый в отдельности выравниватель с закрепленными на нем электроизоляционной подложкой и плоским нагревателем, и токоподводящее устройство, отличающийся тем, что в нем внешняя поверхность плоского нагревателя каждого выравнивателя чрез термостойкий изолятор покрыта слоем материала, отражающего лучистую энергию не менее чем на 90 - 95%, при этом выравниватели выполнены с отношением высоты Н к ширине В в оптимальных пределах, определяемых неравенством 0,5 < Н/В < 1,5, отношением ширины В к расстоянию между выравнивателями t в пределах 5 ≤ B/t ≤ 18, а отношение поверхности каждого выравнивателя F к площади поверхности нагревателя f_н составляет 5 < F_в/f_н < 15, притом отношение высоты Н выравнивателя к расстоянию h от пола до среза входного отверстия выбрано в пределах 3,5 < H/h < 35.