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

Предлагаемое изобретение относится к электроотопительной технике, в частности к электроконвекторам, и предназначено для обогрева воздуха жилых помещений и создания в них теплового комфорта в холодное время года.

Известны электроконвекторы фирмы "Америкен-стандард", выпускаемые в широком ассортименте (три серии, 14 моделей, габариты (915-2440) х 203 х 76 мм (длина, высота, глубина), мощность 750-2000 Вт, масса 4,54 - 9,53 кг), содержащие стальной корпус прямоугольной формы с отверстиями для входа и выхода воздуха, ножки, нагревательный элемент, секции с приборами управления и контроля. Нагревательный элемент выполнен в виде оребренного трубчатого электронагревателя (ТЭН) или спирали (Варшавский А.С. и др. Бытовые электронагревательные электроприборы, М., Энергоиздат, 1981 г., с. 102).

Недостатками этих электроконвекторов являются:
1) сложность оребренной конструкции ТЭН, требующей заводского изготовления, ожого- и пожароопасность поверхности нагревательного элемента и, как следствие, низкая эксплуатационная надежность;
2) большая материалоемкость, значительная длина (2,44 м), недостаточная удельная мощность ТЭН (при указанной длине - 0,8 кВт/м), поэтому низка эффективность электроконвектора;
3) высокая температура поверхности нагревательных элементов (450 - 500^oC), ухудшающая экологичность воздуха помещений; высокая температура вызывает явление термического разложения и сухой возгонки органической пыли, сопровождающееся выделением вредных веществ, в частности оксида (окиси) углерода CO - очень ядовитого (угарного) газа, не имеющего ни цвета, ни запаха (отравление им может произойти незаметно); оксид углерода легко соединяется с гемоглобином крови и делает его неспособным переносить кислород от легких к тканям, то есть представляет прямую угрозу для жизни. Разложение пыли начинается при температуре 65-70^oC и интенсивно протекает на поверхности, имеющей температуру более 80^oC.

Таким образом, указанные выше аналоги и подобные им электроконвекторы обладают низкими показателями надежности, эффективности и экологичности работы.

Проведенные нами патентные исследования показали, что наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является электроконвектор, содержащий корпус коробчатой формы с входными и выходными 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.

Этот электроконвектор выбран в качестве прототипа заявляемого электроконвектора (RU 2037275 C1, 09.06.95).

Недостатком прототипа является то, что верхние и нижние части нагревательных элементов закреплены при помощи стяжных шпилек, затягиваемых по концам посредством гаек. Такое соединение является недостаточно надежным, поскольку соединение постоянно находится в потоке горячего воздуха с высокой температурой, что снижает теплостойкость, надежность и долговечность электроконвектора.

Кроме того, аэродинамическое сопротивление, оказываемое соединением потоку воздуха, снижает эффективность работы электроконвектора; при работе ухудшается экологичность.

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

Технический результат достигается тем, что в электроконвекторе, содержащем кожух коробчатой формы с входными и выходными 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, на внутренних поверхностях выравнивателей над их нижними торцами на расстоянии, меньшем шага выравнивателей, в шахматном порядке установлены по одному плоскому нагревателю, боковые торцы среднего выравнивателя в верхней и нижней частях закреплены в прорезях, выполненных в выступах боковых стоек, при этом толщина выравнивателя меньше ширины прореза, снабженного термокомпенсатором, а ширина зазора, образованного между наружной поверхностью выравнивателя и внутренней стенкой кожуха, больше толщины выравнивателя.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 и фиг. 2 изображен злектроконвектор (вид сверху и спереди); - на фиг. 3 - плоский нагреватель.

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

На внутренних поверхностях выравнивателей 5, 8 и 9, над их нижними торцами на расстоянии h, меньшем шага t выравнивателей (фиг. 1), в шахматном порядке горизонтально установлены по одному плоскому нагревателю 6, состоящему, например, из пяти частей (L_н > l_н, фиг. 2).

Боковые торцы среднего выравнивателя 8 в верхней и нижней частях закреплены в прорезях 10 и 11, выполненных в выступах 12 боковых стоек 13. Толщина выравнивателя δ меньше ширины прореза b₁, снабженного термокомпенсатором, т.е. δ < b₁.

Между наружной поверхностью каждого из выравнивателей 5 и 9 и внутренней стенкой кожуха 1 образованы прямоточные зазоры 14. Ширина зазора Δ (фиг. 1) больше толщины выравнивателя δ, т.е. Δ > δ.
Между выравнивателями 5 и 8, 8 и 9 образованы прямоточные камеры 15 (фиг. 1), соединенные с входными 2 и выходными 3 отверстиями.

Входные отверстия 2 открыты, а выходные 3 - закрыты сверху декоративной решеткой (на чертеже условно не показана).

Решетка имеет минимальное сопротивление проходу нагретого воздуха.

Электроконвектор работает следующим образом.

После подключения электроконвектора к электросети посредством токоподводящего устройства 7 в начальный момент нагреваются нагреватели 6 и выравниватели 5.

В результате теплообмена излучением, конвекцией и теплопроводностью воздух внутри электроконвектора нагревается, становится легче, и, поднимаясь вверх, через выходные отверстия 3 поступает в обогреваемое помещение. Затем холодный воздух обогреваемого помещения под действием свободной конвекции через входные отверстия 2 засасывается в электроконвектор, где он в проточных камерах нагревается и через выходные отверстия 3 выходит в обогреваемое помещение, в котором через некоторое время создается тепловой комфорт с наилучшими санитарно-гигиеническими и экологическими условиями, необходимыми для человека.

По мере нагревания выравнивателей 5 и 9 (фиг. 1) холодный воздух помещения засасывается также в прямоточные зазоры 14. В результате теплообмена с наружными поверхностями выравнивателей и кожухом воздух в зазорах 14 нагревается и поступает в обогреваемое помещение.

Движущей силой, вызывающей засасывание холодного воздуха в электроконвектор, является тепловой гравитационный напор, возникающий за счет разности плотностей холодного и нагретого воздуха соответственно на входе и на выходе электроконвектора.

Согласно изобретению на внутренних поверхностях выравнивателей, над их нижними торцами на расстоянии, меньшем шага выравнивателей, в шахматном порядке установлены по одному плоскому нагревателю, состоящему из нескольких частей (фиг. 1). Установка нагревателя на наружной поверхности выравнивателя не имеет смысла, так как ухудшает надежность, эффективность и экологичность работы. Поэтому каждый нагреватель расположен на внутренней поверхности выравнивателя. Такое конструктивное выполнение электроконвектора с шахматным расположением нагревателей на выравнивателях позволяет исключить локальный перегрев, существенно повысить местную и общую термоустойчивость выравнивателей, устранить возможность появления на их поверхностях тепловых деформаций и разрушений, что повышает надежность, работоспособность, эффективность и долговечность электроконвектора.

То, что на фиг. 1 выравниватели 5 и 9 расположены друг против друга через средний выравниватель 8, перегрева последнего не вызывает, так как расстояние между этими нагревателями практически равно двойному шагу выравнивателей, то есть достаточно велико. С другой стороны, теплообмен между воздухом и выравнивателями достаточно интенсивен, что позволяет с оптимальной скоростью отводить тепло с поверхности каждого выравнивателя и передать это тепло вместе с нагретым воздухом в обогреваемое помещение.

Взаимное расположение выравнивателей 5 и 9 позволяет уменьшить габариты электроконвектора примерно на 250 - 350 мм, что снижает материалоемкость.

То, что нагреватели установлены над нижними торцами выравнивателей на расстоянии, меньшем шага выравнивателей, позволяет, во-первых, оптимально расположить нагреватели, увеличить поверхность теплообмена для нагреваемого воздуха, во-вторых, получить требуемую температуру воздуха на выходе из электроконвектора.

С другой стороны, при таком оптимальном расположении нагревателей не нагревается пол и не увлекается пыль с поверхности пола, что повышает пожаробезопасность, экологичность, надежность и эффективность работы электроконвектора.

То, что каждый нагреватель состоит из нескольких частей, вызвано удобством наклеивания их при помощи жаропрочной клеющей эмали.

С другой стороны, это повышает надежность клеевого соединения нагревателя с выравнивателем.

Боковые торцы среднего выравнивателя в верхней и нижней частях закреплены в прорезях, выполненных в выступах боковых стоек. При этом ширина каждого прореза b₁ больше толщины δ выравнивателя (b₁> δ), что позволяет установить компенсаторы, поглощающие температурные деформации соединяемых элементов и защищающие их от тепловых деформаций, выпучивания, коробления и разрушений.

Такое соединение является простым и надежным. Оно обеспечивает высокую прочность, термостойкость, долговечность, работоспособность и надежность элементов конструкции, от которых зависят надежность и эффективность работы электроконвектора.

Зазор, образованный между наружной поверхностью выравнивателя и внутренней стенкой кожуха, позволяет получить тройной положительный эффект:
- во-первых, достигается оптимальное охлаждение наружной поверхности выравнивателей 5 и 9, поскольку осуществляется отвод тепла воздухом;
- во-вторых, снимаемое с наружной поверхности выравнивателей тепло передается в обогреваемое помещение, что повышает эффективность и надежность работы электроконвектора;
- в-третьих, из-за малой теплопроводности воздуха, поднимающегося по зазору, наружная стенка кожуха нагревается значительно меньше, поэтому имеет низкую температуру, что резко повышает экологичность предлагаемого электроконвектора.

Ширина зазора 14, которая, согласно изобретению, больше толщины δ выравнивателя, является величиной, определяющей вместе с длиной расход воздуха, от которого зависит количество тепла, поступающего в обогреваемое помещение, а от высоты зазора зависит естественная тяга воздуха и скорость его течения, влияющая на интенсивность теплообмена.

Условие, при котором ширина зазора Δ (фиг. 1) больше толщины δ выравнивателя, обеспечивает эффективную работу зазора: максимальный расход и минимальное сопротивление движению воздуха, что в целом повышает надежность и эффективность работы электроконвектора.

При температурах наружной поверхности кожуха 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 работы электроконвектора повышаются.

Решающим фактором, повышающим эффективность работы электроконвектора, является образование двух прямоточных камер 15 шириной, равной шагу t выравнивателей, и длиной L (фиг. 1), равной расстоянию между противоположными выступами боковых стоек.

Площадь поперечного сечения одной камеры равна F₁=Lt, а двух камер F-2F₁=2Lt.

Так как величина F прямопропорциональна расходу воздуха G=FV ρ, /кг/с, где V - средняя скорость течения воздуха в камере, м/с; ρ - средняя плотность воздуха в электроконвекторе, кг/м³, а расход G, кг/с, и теплосодержание воздуха прямо пропорциональны количеству тепла, поступающего в обогреваемое помещение, то отсюда вытекает, что выполнение предлагаемого электроконвектора двухкамерным повышает его эффективность работы в 2 раза, а если учесть влияние проточных зазоров 14 (фиг. 1), то эффективность электроконвектора еще больше возрастает.

В качестве примера отметим, что при мощности одного нагревателя 0,5 кВт, общая мощность трех нагревателей (фиг. 1) составит 1,5 кВт, а эффективность работы электроконвектора при этом повышается более чем в 2 раза, удельная мощность составляет 3,3 кВт/м.

Такая высокая эффективность свидетельствует о максимальной совершенности конструкции предлагаемого электроконвектора при минимальных его габаритах, составляющих, например, порядка 450 х 450 х 120 мм.

Таким образом, из приведенных обоснований существенных признаков заявляемого изобретения следует, что предлагаемая совокупность признаков обеспечивает получение существенного положительного эффекта - одновременное повышение надежности, эффективности и экологичности работы электроконвектора.

Этот вывод, имеющий радикальное значение при создании электроконвекторов, подтверждается положительными результатами испытания опытного образца заявляемого электроконвектора.

Сравнительная оценка надежности, эффективности и экологичности работы предлагаемого электроконвектора по сравнению с известными электроконвекторами, а также с различными типами маслонаполненных электрорадиаторов, электрокалориферов и электронагревателей воздуха, созданных за последние годы в таких странах, как Россия, Украина, США, Великобритания, ФРГ, Франция, Норвегия, Швейцария, 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, эффективность и экологичность работы и отвечает критериям изобретения.

Все это при ожидаемом серийном выпуске предлагаемого электроконвектора, безусловно, делает его весьма конкурентноспособным на мировом рынке, а это повышает приоритет Российской Федерации в данной прогрессирующей области техники, связанной с преобразованием электрической энергии в тепловую энергию.

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 и создания в них теплового комфорта в холодное время года. Электроконвектор содержит кожух коробчатой формы с входными и выходными 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. На внутренних поверхностях выравнивателей над их нижними торцами на расстоянии h, меньшем шага t выравнивателей, и в шахматном порядке установлено по одному плоскому нагревателю, боковые торцы среднего выравнивателя в верхней и нижней частях закреплены в прорезях, выполненных в выступах боковых стоек, при этом толщина δ выравнивателя меньше ширины b₁ прореза, снабженного термокомпенсатором, а ширина Δ зазора, образованного между наружной поверхностью выравнивателей и внутренней стенкой кожуха, больше толщины δ выравнивателя. Техническим результатом является повышение надежности, эффективности и экологичности работы электроконвектора. 3 ил.

Электроконвектор, содержащий кожух коробчатой формы с входными и выходными 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 на внутренних поверхностях выравнивателей над их нижними торцами на расстоянии h, меньшем шага t выравнивателей, в шахматном порядке установлены по одному плоскому нагревателю, боковые торцы среднего выравнивателя в верхней и нижней частях закреплены в прорезях, выполненных в выступах боковых стоек, при этом толщина δ выравнивателя меньше ширины b₁ прореза, снабженного термокомпенсатором, а ширина Δ зазора, образованного между наружной поверхностью выравнивателя и внутренней стенкой кожуха, больше толщины δ выравнивателя.