МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНВЕКТОР С КЛИМАТ-КОНТРОЛЕМ
MULTIFUNCTION ELECTRICAL CONVECTOR WITH CLIMATE CONTROL

Область техники
Предлагаемое изобретение относится к электрическим обогревательным системам, а именно к мелкогабаритным электроотопительным приборам конвективного типа, использующимся, как правило, дополнительно к основному центральному отоплению для точечного обогрева небольших участков различных помещений, таких как квартиры жилых домов, загородные дома, рестораны, офисные и административные здания, санатории, гостиничные и туристические комплексы и т.п.
Уровень техники
Из уровня техники известно устройство конвективного нагрева (см. RU 134725, кл. Н05В 3/14, публ. 2013 г.).
Известное устройство конвективного нагрева выполнено в виде корпуса и размещенного в нем нагревательного элемента.
При этом нагревательный элемент выполнен в виде саморегулирующегося позисторного нагревателя, а внутренний объем корпуса, в который он помещен, заполнен кварцевым песком, что обеспечивает повышенную пожарную безопасность. Однако данный вариант исполнения устройства с дополнительно присоединенным к нему радиатором обладает сравнительно большим весом со смещенным центром тяжести, что может создавать неудобства и затруднения при перемещении и установке прибора в бытовых условиях.
Кроме того, по истечении времени у позистора может наблюдаться изменение исходных термоэлектрических характеристик, таких как номинальное электрическое сопротивление и температурный коэффициент сопротивления, что, в свою очередь, снижает надежность данного электрического прибора при его долгосрочной эксплуатации.
Из уровня техники известен электрический обогреватель плинтусного типа (см. RU 109272, кл. F24D 13/02, публ. 2011 г.).
Известный электрический обогреватель содержит корпус, внутри которого помещены нагревательный элемент и регулятор нагрева.
В качестве регулятора нагрева использован фазовый регулятор мощности.
Данный обогреватель может использоваться как основной источник тепла в помещениях и обладает рядом преимуществ, заключающихся в отсутствии скачков напряжения и в пониженном расходе электроэнергии.
Однако важно заметить, что в обогревателе такого типа эффекта конвекции как такового не происходит, а выделяется тепловое излучение от нагревательного элемента, мощности которого может быть недостаточно для основного эффективного обогрева помещения, что, в свою очередь, потребует установки дополнительных плинтусных обогревателей либо привлечения иных отопительных приборов.
Помимо этого у известного плинтусного обогревателя весьма узкая область применения, ограниченная возможностью его стационарного монтажа к нижним участкам стенок помещений с исключением возможности оперативной перестановки прибора и установки его в другом выбранном месте.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является электрический конвекторный обогреватель инверторного типа (см. RU 156192, кл. Н05В 1/02, публ. 2015 г.).
Известный обогреватель инверторного типа содержит корпус с воздухозаборными отверстиями, расположенными в нижней части, и воздухозаборными отверстиями, расположенными в верхней части, при этом внутри корпуса установлены нагревательный элемент и блок управления, содержащий электронную плату с соединенными друг с другом исполнительным элементом и элементом контроля.
Известным средством решается задача в создании возможности автоматической регулировки мощности, что исключает появление нагара на контактах и негативное влияние сильных скачков напряжения.
Недостатком данного обогревателя является присутствие прямой электрической связи между элементами, что приводит к возникновению помех в сети и снижению надежности электронной схемы управления.
Дополнительным недостатком данного обогревателя можно указать низкую функциональность устройства, не производящую ионизацию воздуха и не обеспечивающую возможность просмотра количества потребляемой энергии за время работы прибора.
Раскрытие изобретения
Предлагаемое изобретение решает задачу, заключающуюся в создании многофункциональной конвекционной системы, обладающей технической возможностью плавной регулировки ее мощности как в ручном, так и в автоматических режимах.
Техническим результатом предлагаемого изобретения, который объективно проявляется при его использовании, а именно при непосредственной плавной регулировке мощности как в ручном, так и в автоматическом режиме, является снижение количества потребляемой электроэнергии, предотвращение возникновения помех в электросети, а также повышение надежности эксплуатации блока управления.
Указанный технический результат достигается благодаря тому, что электрический конвектор с электронным управлением содержит корпус с расположенными внутри нагревательным элементом и блоком управления, имеющим исполнительный элемент и электронную плату с установленным на ней элементом контроля, электрически соединенным с температурным датчиком, при этом исполнительный элемент выполнен на основе симистора, обеспечивающего плавное регулирование мощности нагревательного элемента посредством изменения в зависимости от разницы установленной пользователем и текущей температуры окружающей среды количества полных периодов (синусоиды) сетевого напряжения, подаваемого на нагревательный элемент, причем связь симистора с элементом контроля выполнена с использованием оптоэлектронного соединения, исключающего прямую электрическую связь между элементом контроля и исполнительным элементом.
Электрический конвектор может быть выполнен с дисплеем электронного управления.
Электрический конвектор может быть выполнен с ионизатором воздуха.
Температурный датчик может быть размещен с внешней стороны корпуса.
Блок управления может быть выполнен с возможностью регистрации потребленной конвектором электрической энергии.
Блок управления может быть выполнен с возможностью регистрации и сигнализации о предельных отклонениях параметров электрической сети.
Элемент контроля может быть выполнен с возможностью перехода из автоматического режима регулирования мощностью в ручной режим.
Элемент контроля может быть оснащен программным электронным таймером включения/выключения.
В качестве элемента контроля может быть использован процессор.
В качестве элемента контроля может быть использован микропроцессор.
Таким образом, в результате того, что внутри электрического конвектора расположен нагревательный элемент и блок управления, имеющий исполнительный элемент и электронную плату с установленным на ней элементом контроля, электрически соединенным с температурным датчиком, а также в результате того, что исполнительный элемент выполнен на основе симистора, обеспечивающего плавное регулирование мощности нагревательного элемента посредством изменения в зависимости от разницы установленной пользователем и текущей температуры окружающей среды количества полных периодов (синусоиды) сетевого напряжения, подаваемого на нагревательный элемент, обеспечивается снижение количества потребляемой электроэнергии предлагаемого конвектора.
Поскольку включение и выключение симистора происходит в момент прохождения сетевого напряжения через "0", при этом в схеме устройства контроля реализован детектор нуля, то переключение симистора происходит при нулевой силе тока, что, в свою очередь, предотвращает возможное возникновение помех в электросети.
В результате того, что связь симистора с элементом контроля выполнена с использованием оптоэлектронного соединения, исключающего прямую электрическую связь между элементом контроля и исполнительным элементом, предотвращается прохождение высоковольтных импульсов от симистора к элементу контроля, тем самым повышается надежность работы всего блока управления.
Указанные признаки предлагаемого электрического конвектора инверторного типа с электронным управлением образуют совокупность существенных признаков, необходимых и достаточных для достижения технического результата, заключающегося в снижении количества потребляемой электроэнергии, предотвращении возможного возникновения помех в электросети при непосредственной плавной регулировке мощности как в автоматическом, так и в ручном режиме, а также повышении надежности эксплуатации всего блока управления.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена симисторная схема управления конвектора и плавной регулировки мощности нагревательного элемента;
На фиг. 2 продемонстрирован принцип регулирования мощности нагревательного элемента предлагаемого электрического конвектора.
Осуществление изобретения
Предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядным образом демонстрирует достижение данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.
На фиг. 1 показаны:
1 - преобразователь переменного тока напряжением в 12 В в постоянный ток напряжением 5 В;
2 - детектор прохождения синусоиды сетевого напряжения через "0";
3 - детектор напряжения. Линия замера напряжения электросети. Напряжение электросети пропорционально уменьшается до напряжения, достаточного для проведения вычислений, но не превышающего максимально допустимое напряжение микроконтроллера;
4 - детектор тока. Линия вычисления тока в силовой цепи. Напряжение на этой линии прямо пропорционально току в силовой цепи. Значение напряжения, необходимого для проведения вычислений, достигается операционным усилителем.
На фиг. 2 показаны:
а) продемонстрирован вариант функционирования электрического конвектора при 100% мощности, потребляемой нагревательным элементом, без пропусков периодов сетевого напряжения;
б) продемонстрирован вариант функционирования электрического конвектора при 80% мощности, потребляемой нагревательным элементом, с пропуском двух из десяти периодов сетевого напряжения;
в) продемонстрирован вариант функционирования электрического конвектора при 50% мощности, потребляемой нагревательным элементом, с пропуском пяти из десяти периодов сетевого напряжения.
Предлагаемый электрический конвектор с электронным управлением работает следующим образом.
Прибор подключается к электросети, на LED-дисплее выбирается желаемая температура, например 25°C, начинает происходить эффект конвекции.
Плавная регулировка мощности нагревательного элемента электрического конвектора в автоматическом режиме работы (режим AUTO) производится путем изменения в зависимости от разницы установленной пользователем и текущей температуры окружающей среды количества полных периодов (синусоиды) сетевого напряжения, подаваемого на нагревательный элемент (см. фиг. 1 и 2).
Основной исполнительный элемент схемы - симистор, пропускает синусоиду электрического тока только при наличии сигнала на его управляющем электроде.
Управляющий сигнал поступает через оптоэлектронную развязку с микроконтроллера, который выдает управляющий сигнал только в необходимые периоды колебаний сетевого напряжения.
Включение и выключение симистора происходит в момент прохождения сетевого напряжения в электросети через "0", поскольку в схеме устройства контроля реализован детектор нуля.
При этом переключения симистора происходят при нулевой силе тока и не приводят к возможному возникновению помех в электросети.
Программа микропроцессора рассчитывает количество периодов, необходимое для достижения и поддержания указанной пользователем температуры и выдает управляющие сигналы только на требуемое количество периодов колебаний сетевого напряжения, переключая симистор в открытое состояние и тем самым замыкая цепь нагревательного элемента.
В зависимости от температуры, указанной пользователем, и от постоянно меняющихся окружающих температурных условий, блок управления определяет необходимую для достижения требуемой температуры мощность нагрева (потребляемой электроэнергии).
Примеры
При мощности 100% управляющий сигнал на симистор с микропроцессора включен непрерывно и симистор постоянно находится открытом состоянии.
При мощности 90% микропроцессор прерывает подачу на симистор управляющего сигнала каждый 10-ный период колебания сетевого напряжения, тем самым снижая время работы нагревательного элемента и соответственно его потребляемую мощность на 10%.
При мощности 80% микропроцессор переключает симистор в закрытое состояние каждые два периода из десяти колебаний сетевого напряжения.
Аналогичный алгоритм работы применяется при любом уровне необходимой мощности прибора от 0 до 100%.
Силовые цепи и цепи управления имеют оптическую и гальваническую развязки, тем самым осуществляя передачу энергии или сигнала между электрическими цепями без электрического контакта между ними, что повышает точность измерений и повышает надежность всего блока управления.
Определение перехода синусоиды напряжения через "0" необходимо для правильного "обрезания" периодов синусоиды при регулировании мощности нагревательного элемента предлагаемого электрического конвектора.
При функционировании прибора автоматически вычисляются текущие значения напряжения сети и потребляемого тока для последующей сигнализации в случае некорректного значения напряжения электросети и расчета потребляемой мощности конвектором как мгновенного значения, так и за определенный промежуток времени.
Таким образом, заданный технический результат, достигается благодаря сформулированной совокупности существенных признаков, наглядным образом представленной ниже:
- электрический конвектор содержит корпус с расположенными внутри нагревательным элементом и блоком управления, имеющим исполнительный элемент и электронную плату с установленным на ней элементом контроля, электрически соединенным с температурным датчиком;
- исполнительный элемент выполнен на основе симистора, обеспечивающего плавное регулирование мощности нагревательного элемента посредством изменения в зависимости от разницы установленной пользователем и текущей температуры окружающей среды количества полных периодов сетевого напряжения, подаваемого на нагревательный элемент;
- связь симистора с элементом контроля выполнена с использованием оптоэлектронного соединения, исключающего прямую электрическую связь между элементом контроля и исполнительным элементом.
Предлагаемым электрическим конвектором обеспечивается снижение количества потребляемой электроэнергии, предотвращение возникновения помех в электросети, а также повышение надежности эксплуатации блока управления, что собственно решает задачу создания многофункционального электрического конвектора с электронным управлением, обладающим технической возможностью плавной регулировки мощности в автоматическом и ручном режимах, что собственно позволяет создать более точное и комфортное поддержание температуры в обогреваемом помещении.
Предлагаемое изобретение сможет найти широкое применение в сфере обогрева различных помещений, в частности квартир в многоэтажных домах, загородных домов, офисов, складских помещений, ангаров, гаражей и т.п.