ЭЛЕКТРОКОНВЕКТОР (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2000 года по МПК H05B3/20 F24H3/04 

Изобретение относится к электроотопительной технике, в частности к бытовым электроотопительным приборам, и предназначено для нагрева воздуха в помещении путем естественной конвекции.

Известно электонагревательное устройство на базе высокотемпературного источника тепла /а.с. СССР N 219708, МКИ: H 05 B 3/24, 1968 г./.

Однако из-за большой разницы /градиента/ температур между обогреваемой средой и тепловым источником снижается общая эффективность нагрева, что является существенным недостатком известного устройства. Кроме того, данное устройство имеет высокую пожароопасность и возможность ожогов открытых частей тела пользователя.

Известно электроотопительное устройство на основе низкотемпературного источника тепла - резистивного материала, размещенного между слоями стеклопластика /а.с. СССР N 1793564, МКИ: H 05 B 3/14, 1993 г./.

При всей надежности, безопасности и экологичности известное устройство по своей конструкции, а именно взаимному расположению тепловыделяющих поверхностей, не может обеспечить максимальную производительность теплового воздуха в единицу времени.

Известен также сотовый нагреватель, в котором тепловыделяющие поверхности, заключенные в корпус, образуют ячеистую структуру, создавая тепловые каналы /патент США N 5399841, 1995 г./.

К недостаткам сотового нагревателя можно отнести небольшие размеры поперечного сечения каналов, что приводит к низкой эффективности естественной тепловой конвекции, поэтому требуется применение принудительной системы их обдува, что усложняет конструкцию нагревателя и снижает его коэффициент полезного действия /КПД/. Кроме того, в известном сотовом нагревателе площадь поперечного сечения тепловых каналов одинакова по всей высоте, что не позволяет оптимизировать естественную тепловую конвекцию.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является электроконвектор, содержащий электроизолирующие опоры, между которыми размещен предназначенный для подключения к электросети набор плоских нагревательных элементов, образующих щелевые каналы для формирования конвекционного потока, при этом края нагревательных элементов параллельны друг другу в горизонтальной плоскости /пат. РФ N 2037275, H 05 B 3/26, 1995 г./.

Задачей настоящего изобретения является создание конвектора с максимальной производительностью теплового воздуха в единицу времени за счет максимальной эффективности естественных тепловых конвекционных потоков, с повышенной безопасностью.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном электроконвекторе, содержащем электроизолирующие опоры, между которыми размещен предназначенный для подключения к электросети набор плоских нагревательных элементов, образующих щелевые каналы для формирования конвекционного потока, при этом края нагревательных элементов параллельны друг другу в горизонтальной плоскости, плоскости нагревательных элементов ориентированы под углом друг к другу так, что расстояние между нижними краями меньше, чем между верхними.

Согласно изобретению каждая изолирующая опора может быть выполнена в виде прямоугольной пластины, на одной стороне которой выполнены пазы в соответствии с углом ориентации плоскостей нагревательных элементов относительно друг друга.

По второму варианту плоскости нагревательных элементов ориентированы во взаимопересекающихся направлениях под углом друг к другу с образованием раструбов, причем расстояние между нижними краями раструбов меньше, чем между верхними.

Согласно изобретению по второму варианту электроизолирующая опора может быть выполнена в виде пластины со сквозным отверстием.

В предпочтительном примере осуществления изобретения по второму варианту каждый из нагревательных элементов имеет прорези, выполненные с определенным шагом и в соответствии с углом ориентации относительно друг друга.

В обоих вариантах предлагаемых изобретений совпадают их назначения - нагрев воздуха в помещении путем естественной конвекции и полученные технические результаты - достижение максимальной производительности электроконвектора в единицу времени, максимальной эффективности естественных конвекционных потоков, повышенной безопасности.

При этом решение поставленной задачи осуществляется одним и тем же путем - с использованием набора плоских нагревательных элементов, но с разной ориентацией их плоскостей относительно друг друга.

На фиг. 1 изображен общий вид электроконвектора /1-й вариант/; на фиг. 2 - общий вид электроконвектора /2-й вариант/; на фиг. 3 - нагревательный элемент с прорезями.

Электроконвектор содержит наборы плоских нагревательных элементов 1 - 3, электроизолирующие опоры 4 с пазами 5, электроизолирующую опору 6 со сквозным отверстием 7 и пазами 8, электропровода 9, штанги 10, элементы наборов 2 и 3 имеют прорези 11.

В первом варианте исполнения изобретения нагревательные элементы в наборе 1 установлены в пазах 3 электроизолирующих опор 4, которые стянуты друг с другом штангами 10.

В этом случае нагревательные элементы в наборе 1 ориентированы друг к другу под углом α, а расстояние "a" между их нижними краями меньше, чем расстояние "b" между их верхними краями.

Нагревательные элементы наборов 2 и 3 во втором варианте исполнения изобретения благодаря прорезям 11 соединены во взаимоперпендикулярных направлениях и установлены в пазы 8 электроизолирующей опоры 6.

При этом нагревательные элементы в каждом наборе /2 и 3/ также ориентированы друг к другу под углом α, а расстояние "a" между их нижними краями меньше, чем расстояние "b" между их верхними краями.

В результате электроконвектор представляет собой объемную фигуру.

Электроконвектор работает следующим образом.

После подключения устройства к электросети происходит нагревание нагревательных элементов. Холодный воздух, нагреваясь, проходит снизу через сквозное отверстие в электроизолирующей опоре или напрямую через щелевые пространства между элементами кверху. При этом толщина слоя горячего воздуха вблизи нагревательного элемента /теплая зона/ зависит от температуры поверхности элемента и воздушного потока, а температура в этой зоне уменьшается с увеличением расстояния от его поверхности по экспонентоциальному закону.

Поэтому интенсивность тепловых конвекционных потоков существенно зависит от взаимного расположения тепловыделяющих поверхностей. Очевидно, что конвекционные потоки у поверхности одиночной нагревательной пластины значительно слабее, чем, например для двух пластин, установленных параллельно друг другу с некоторым зазором. Образующееся при этом щелевое пространство создает эффект тепловой тяги, значительно интенсифицируя тепловую конвекцию.

Однако при малых размерах щелей тепловой поток может задерживаться из-за перекрытия тепловых зон вблизи поверхностей нагревательных элементов. Это будет приводить к перегреву элементов и еще большему запиранию потока. Для исключения этого эффекта необходимо будет использовать принудительный продув щелей с помощью вентилятора.

В предлагаемом техническом решении поставленная задача решается за счет оптимального взаиморасположения нагревательных элементов, благодаря которому создаются тепловые каналы определенного профиля для беспрепятственного прохождения конвекционных потоков и не требующих принудительного продува.

В первом варианте реализации изобретения геометрия тепловых каналов создается продольным расположением плоских нагревательных элементов в наборе и представляет собой щелевые каналы, расширяющиеся от низа к верху, что исключает замедление воздушного потока из-за перекрытия зон горячего воздуха вблизи поверхностей плоских элементов.

Во втором варианте геометрия тепловых каналов создается продольно-поперечным расположением наборов плоских нагревательных элементов и представляет собой сотовую систему вертикальных каналов с переменным поперечным сечением каждого канала. При этом площадь поперечного сечения канала на входе /внизу/ меньше, а на выходе /вверху/ больше.

Для каждого конкретного случая величины угла α и расстояний "a" и "b" рассчитываются из условий обеспечения максимальной эффективности тепловых конвекционных потоков.

В качестве нагревательных элементов могут быть использованы пластинчатые нагреватели с резистивным нагревом неорганических волокон /углеродных, металлокерамических/, изготовленных по известным технологиям.

С целью сравнительной оценки преимуществ предлагаемого изобретения по отношению к прототипу был изготовлен электроконвектор в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения. Он состоял из трех плоских композитных нагревательных элементов размером 300х500 мм каждый. Рабочая температура поверхности элемента составляла 80^oC. Нагревательные элементы были изготовлены методом прямого прессования пакета-заготовки, состоящего из слоя резистивного материала в виде мата на основе рубленных углеродных волокон, помещенного между слоями стеклоткани марки Т-13, пропитанной эпоксидным связующим на основе эпоксидиановой смолы, отвержденной отвердителем аминного типа.

Расчетные величины составляли: угол α = 0,6^o, a = 20 мм, b = 22 мм. Суммарная электрическая мощность равнялась 430 Вт, общая тепловыделяющая поверхность равнялась 7200 см².

Одновременно был воспроизведен электроконвектор по патенту РФ N 2037275 /прототип/.

Для корректной оценки обоих устройств были установлены одинаковые параметры суммарной площади тепловыделяющей поверхности, рабочей температуры этой поверхности, суммарной электрической мощности и ширина щелевого канала, равная расстоянию "a" между нижними краями нагревательных элементов по изобретению.

Эффективность сравниваемых электроконвекторов оценивалась по кинетике нагрева воздушной среды в специальной камере. Результаты сравнительных испытаний представлены в таблице.

Как следует из приведенных данных, электроконвектор по изобретению позволяет повысить скорость нагрева и температуру воздуха при одинаковой мощности по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к электроотопительной технике, в частности к бытовым электроотопительным приборам, и предназначено для нагрева воздуха в помещении путем естественной конвекции. Задача изобретения - повышение максимальной производительности теплого воздуха в единицу времени, повышение эффективности естественных тепловых конвекционных потоков, повышение безопасности. Электроконвектор содержит электроизолирующие опоры, между которыми размещен набор ориентированных плоских нагревательных элементов, предназначенных для подключения к электросети. В первом варианте нагревательные элементы ориентированы под углом друг к другу. Во втором варианте исполнения изобретения нагревательные элементы ориентированы одновременно во взаимоперпендикулярных направлениях и под углом друг к другу. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Электроконвектор, содержащий электроизолирующие опоры, между которыми размещен предназначенный для подключения электросети набор плоских нагревательных элементов, образующих щелевые каналы для формирования конвекционного потока, при этом нижние и верхние края нагревательных элементов параллельны друг другу, отличающийся тем, что нагревательные элементы ориентированы под углом друг к другу так, что расстояние между нижними краями меньше, чем между верхними. 2. Электроконвектор по п.1, отличающийся тем, что каждая электроизолирующая опора выполнена в виде прямоугольной пластины, на одной стороне которой выполнены пазы в соответствии с углом ориентации плоскостей нагревательных элементов относительно друг друга. 3. Электроконвектор, содержащий электроизолирующую опору, на которой размещен предназначенный для подключения к электросети набор плоских нагревательных элементов, образующих щелевые каналы для формирования конвекционного потока, при этом нижние и верхние края нагревательных элементов параллельны друг другу, отличающийся тем, что нагревательные элементы ориентированы во взаимоперпендикулярных направлениях и под углом друг к другу так, что расстояние между нижними краями меньше, чем между верхними, образуя сотовую систему вертикальных каналов с переменным поперечным сечением каждого канала. 4. Электроконвектор по п.3, отличающийся тем, что электроизолирующая опора выполнена в виде пластины со сквозным отверстием. 5. Электроконвектор по п.3, отличающийся тем, что каждый из нагревательных элементов имеет прорези, выполненные с определенным шагом и в соответствии с углом ориентации относительно друг друга.