НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2007 года по МПК F24H3/04 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к теплонагреву воздушной или жидкой среды, и может быть использовано для обогрева помещений или нагрева жидкости, например воды, для технологических нужд. Известны нагревательные устройства (электроконвекторы), содержащие корпус с отверстиями для входа и выхода воздуха, между которыми внутри корпуса на опорах из электроизоляционного материала расположен нагреватель, выполненный в виде спирали и подключенный через коммутатор к электросети [1. Варшавский А.С., Волкова Л.В., Костылев В.А. и др. Бытовые нагревательные электроприборы: конструкции, расчеты, испытания. М., Энергоиздат, 1981, с.111, рис.8].

Недостатком таких устройств является то, что нагреватель, выполненный в виде спирали из высокоомного материала, нагревается до температуры 450-500°С и более, а это приводит к сгоранию кислорода воздуха, термическому разложению пыли и влаги с выделением вредных примесей в атмосферу обогреваемого помещения. При этом требуемые комфортные условия в помещении не обеспечиваются, поскольку качество воздуха ухудшается: он становится более сухим и негигиеничным с низким содержанием кислорода.

Кроме того, эти устройства обладают большим потреблением электроэнергии на единицу выделяемого тепла. Количество потребляемой электроэнергии в 1,3 раза больше, чем выделяемой тепловой. Потери электроэнергии имеют место, в том числе и за счет наличия токов утечки и недостаточной чистоты используемых материалов.

Кроме того, эти устройства обладают низкой надежностью. При перегорании спирали электроконвектор теряет работоспособность, а концы оборванной спирали создают опасность поражения электрическим током.

Известны также широко выпускаемые промышленностью маслонаполненные электрорадиаторы, содержащие корпус, заполненный трансформаторным маслом, трубчатый электронагревательный элемент, расположенный в нижней части корпуса, выключатель, термовыключатель и бытовую арматуру [2. Электрорадиатор ЭРМПТ-0,5/220/П/ "Луч". Дата выпуска 17 августа 1989 г. Руководство по эксплуатации].

К недостаткам маслонаполненных электрорадиаторов относится прежде всего наличие промежуточного теплоносителя - масла, которое обуславливает:

- значительно больший расход электроэнергии на единицу выделяемого тепла в сравнении со спиральным нагревателем;

- значительно большую массу маслонаполненных электрорадиаторов по сравнению с электроконвекторами - около 20 кг на каждый киловатт мощности;

- большую инерционность, низкую эффективность; установившийся температурный режим наступает лишь через 25-35 мин после включения;

- опасность перегрева масла и нарушения герметичности;

- из-за небольшого температурного напора размеры и масса электрорадиаторов велики.

Наиболее близким аналогом по своему назначению и принципу работы является нагревательное устройство [1].

Задачей изобретения является снижение потребления электроэнергии на единицу выделяемого тепла, повышение тепловой мощности, эксплуатационной надежности и эффективности работы нагревательного устройства.

Поставленная техническая задача решается тем, что в известном нагревательном устройстве, содержащем корпус с отверстиями для входа и выхода теплоносителя, теплоноситель и нагревательный элемент, расположенный внутри корпуса, нагревательный элемент выполнен в виде электрического источника света, помещенного в тепловыделяющую камеру, выполненную из теплопроводного светонепроницаемого материала.

Кроме того, при использовании в качестве теплоносителя воздуха тепловыделяющая камера выполнена в виде пустотелого цилиндра, открытого с торцевых сторон.

Кроме того, при использовании жидкого теплоносителя тепловыделяющая камера выполнена в виде пустотелого цилиндра, закрытого с одной или двух торцевых сторон.

Кроме того, нагревательное устройство содержит светорассеиватель.

Кроме того, нагревательное устройство содержит вентилятор.

Новые признаки, обеспечивающие решение поставленной задачи - нагревательный элемент выполнен в виде электрического источника света, помещенного в тепловыделяющую камеру из теплопроводного светонепроницаемого материала.

При этом в случае использования в качестве теплоносителя воздуха, тепловыделяющая камера выполнена в виде пустотелого цилиндра, открытого с торцевых сторон.

При этом в случае использовании жидкого теплоносителя тепловыделяющая камера выполнена в виде пустотелого цилиндра, закрытого с одной или двух торцевых сторон.

Кроме того, нагревательное устройство содержит светорассеиватель.

Кроме того, нагревательное устройство содержит вентилятор. Таким образом, заявляемое изобретение отвечает критерию "новизна".

Так как из уровня техники не известны решения, обладающие представленной совокупностью существенных признаков, следует считать изобретение соответствующим критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 представлен общий вид обогревателя. На фиг.2-5 представлены частные случаи реализации заявляемого технического решения.

Обогреватель (фиг.1) состоит из корпуса 1, внутри которого помещен нагревательный элемент, выполненный из электрического источника света - лампы 2, помещенного в тепловыделяющую камеру 3, выполненную из теплопроводного светонепроницаемого материала. Лампа 2 через патрон 4 и кабель 5 подключается к источнику электроэнергии 6.

Устройство работает следующим образом. При подключении к источнику переменного тока 6 электрический источник света (электрическая лампа) 2 начинает испускать лучи видимого спектра, которые попадают на стенки тепловыделяющей камеры 3, выполненной из светонепроницаемого теплопроводного материала, и преобразуются в тепловую энергию, то есть короткие световые волны преобразуются в длинные тепловые. Тепловая энергия снимается с тепловыделяющей поверхности посредством теплоносителя газообразного, например воздуха, или жидкого, например воды. В качестве источника света может быть использована любая лампа. Количество выделяемого устройством тепла пропорционально величине светового потока, излучаемого лампой.

Образцы заявляемого устройства изготовлены и проверены в работе. При их изготовлении и в процессе опытной эксплуатации подтвердились преимущества заявляемого устройства в сравнении с прототипом: более чем в 2 раза снижены затраты электроэнергии на единицу выделяемого тепла; пожаробезопасен; не сжигает кислород; надежен в эксплуатации; при этом прост в изготовлении; состоит из простых комплектующих; прост и доступен в ремонте.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1.

На фиг.2 представлен частный случай исполнения заявляемого изобретения с использованием теплоносителя - воздуха.

Обогреватель состоит из корпуса 1, внутри которого размещен нагревательный элемент, выполненный из электрического источника света - лампы 2, помещенного в тепловыделяющую камеру 3, выполненную из теплопроводного материала, патрона 4 лампы 2, электрического кабеля 5, крышки 7 корпуса 1, грузового сопротивления 8, помещенного в корпус 9 из теплопроводного материала, соединительной муфты 10. Крышка 7 установлена на корпус 1 с учетом вентиляционного зазора 11. Торцевая сторона 12 корпуса 1 имеет вентиляционные отверстия 13. Торцевая сторона 14 корпуса 9 имеет вентиляционные отверстия 15.

В качестве источника светового излучения 2 использована лампа ДРЛ-125. Тепловыделяющая камера 3 выполнена из оцинкованного железа, имеет цилиндрическую форму и открыта с торцевых сторон. Камера 3 подвешена в корпусе 1 устройства с помощью фиксаторов 16. Корпус 1 цилиндрической формы выполнен из стали Ст.3.

Посредством теплоносителя, в частности воздуха, тепло передается на корпус 1, который отдает его окружающей среде. При этом корпус по всей длине нагревается до температуры 90-100°С. Так как конструкция нагревателя предусматривает сообщение теплоносителя - воздуха с внешней средой, то нагревающими являются как наружная поверхность тепловыделяющей камеры, так и внутренняя и наружная поверхности корпуса устройства. Общая площадь нагревающей поверхности данной конструкции составляет примерно 0,3 м². Потребляемая мощность 125 Вт. Количество выделенного тепла превышает тепло, выделенное нагревателем спирального типа мощностью 250 Вт.

Пример 2.

На фиг.3 представлена фотография общего вида устройства - частного случая исполнения заявляемого изобретения с использованием теплоносителя - воздуха.

В качестве источника светового излучения 2 используют лампу ДнАТ-250. Тепловыделяющая камера 3 выполнена в виде цилиндра из меди. Корпус 1 выполнен из нержавеющей стали марки 12Х18 M10Т.

В отличие от устройства, рассмотренного в Примере 1, в качестве крышки 7 на корпусе 1 установлен светорассеиватель. При этом незначительная часть светового потока с торцевой части лампы идет на освещение. Температура корпуса обогревателя в зависимости от температуры окружающей среды колеблется от 70 до 100°С.

Количество выделяемого тепла превышает тепло, выделяемое нагревателем спирального типа мощностью 500 Вт.

Нагревательное устройство можно использовать в качестве ночника, настольной лампы, дежурного освещения, совмещенного с обогревом.

Пример 3.

На фиг.4 представлена фотография общего вида устройства, представляющего собой частный случай исполнения заявляемого изобретения, с использованием теплоносителя - воздуха.

В качестве источника светового излучения 2 используют лампу ДнАТ-400. Тепловыделяющая камера 3 выполнена в виде цилиндра из меди. Корпус 1 выполнен из нержавеющей стали марки 12Х18 M10Т. На корпусе 1 в качестве крышки 7 установлен светорассеиватель. В отличие от рассмотренного устройства по Примеру 2 нагреватель дополнительно содержит вентилятор, размещенный ниже корпуса 1. Незначительная часть светового потока с торцевой части лампы идет на освещение. Температура корпуса зависит от производительности вентилятора. Разница температур воздуха на входе и выходе составляет 30-40°С.

Количество выделяемого тепла превышает тепло, выделяемое нагревателем спирального типа мощностью 700 Вт.

На фиг.5 представлен частный случай исполнения заявляемого изобретения с использованием жидкого теплоносителя.

В качестве источника светового излучения 2 используют две лампы ДнАТ-400. Общая электрическая мощность устройства составляет 800 Вт. Тепловыделяющая камера 3 выполнена в виде цилиндра из меди. Корпус 1 выполнен из нержавеющей стали марки 12Х18 M10Т. Корпус устройства заполнен водой. Проводились испытания образцов заявляемого устройства с объемом воды от 2,4 до 20 литров. Нагрев воды осуществляли с 10°С до температуры кипения. Испытания показали, что тепловая мощность заявляемого устройства превышает потребляемую активную электрическую.

Изобретение предназначено для нагрева воздушной или жидкой среды и может быть использовано в теплоэнергетике. Нагревательное устройство содержит корпус с отверстиями входа и выхода теплоносителя, теплоноситель, размещенные внутри корпуса источник света и преобразователь световой энергии в тепловую, выполненный из светонепроницаемого материала и имеющий цилиндрическую форму. Преобразователь световой энергии в тепловую выполнен пустотелым, источник света размещен внутри преобразователя световой энергии в тепловую. В качестве источника света используют лампы с преобладающим излучением в ультрафиолетовой и видимой областях оптического диапазона, а преобразователь световой энергии в тепловую выполнен закрытым с одной или двух торцевых сторон. Изобретение обеспечивает снижение потребления электроэнергии на единицу выделяемого тепла, повышение тепловой мощности, эксплуатационной надежности и эффективности работы нагревательного устройства. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Нагревательное устройство, содержащее корпус с отверстиями входа и выхода теплоносителя, теплоноситель, размещенные внутри корпуса источник света и преобразователь световой энергии в тепловую, выполненный из светонепроницаемого материала и имеющий цилиндрическую форму, при этом преобразователь световой энергии в тепловую выполнен пустотелым, источник света размещен внутри преобразователя световой энергии в тепловую, а в качестве источника света используют лампы, отличающееся тем, что в качестве источника света используют лампы с преобладающим излучением в ультрафиолетовой и видимой областях оптического диапазона, а преобразователь световой энергии в тепловую выполнен закрытым с одной или двух торцевых сторон.2. Нагревательное устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит жидкий теплоноситель.3. Нагревательное устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит светорассеиватель.