Универсальный электрический греющий модуль реечного типа

Полезная модель относится к теплотехнике, в частности, к автономным электрическим отопительным приборам систем отопления, и предназначена для использования в качестве модуля для самостоятельной сборки распределенных электрических отопительных систем произвольной конфигурации, а также для использования в качестве комплектующей детали в теплых плинтусах, тепловых конверторах и других отопительных приборах, а также для непосредственного использования с целью локального прогрева и принудительной циркуляции воздуха в местах помещения с недостаточной естественной вентиляцией, приводящей к появлению на стенах конденсата и образованию плесени.
Из уровня техники известен автономный отопительный прибор, (патент РФ №2304256, МПК F24D 19/00, дата публикации 10.11.2013), состоящий из отдельных секций или групп секций с верхним и нижним сквозными отверстиями и теплоноситель, циркулирующий в корпусе. Верхние отверстия с двух сторон заглушены пробками. Он снабжен нагревательным прибором и регулятором температуры, которые установлены диаметрально противоположно и закреплены посредством резьбового соединения в нижнем отверстии, а теплоноситель циркулирует в замкнутом контуре корпуса. К недостаткам отопительного прибора относятся большие габариты, неравномерный обогрев помещения.
Из уровня техники известна автономная система отопления, (патент РФ №2177586, МПК F24D 13/00, F24D 19/10, дата публикации 27.12.2001), содержащая один или несколько локальных участков по числу отапливаемых помещений с установленными в них электрическими масляными радиаторами с двумя электрическими нагревательными элементами, а также блок управления системой. К недостаткам системы отопления относятся сложность конструкции и неравномерный обогрев помещения.
Прототипом заявленной полезной модели может служить плинтусный конвертор МЕГАДОР (www.megador/Q-produkcii), представляющий собой перфорированный корпус из оцинкованной стали, внутри которого расположена спираль накаливания (ТЭН), находящаяся в металлической оребренной трубке, заполненной кварцевым песком. В корпус, с торца, встроен блок управления с регулятором мощности. Несколько конверторов могут объединяться в единую греющую систему, учитывающую разные формы помещения. Недостатком прототипа является отсутствие возможности непрерывного соединения конверторов друг с другом в произвольной конфигурации, что приводит к прерывистости теплого конвенционного воздушного потока. Следующим недостатком прототипа являются его габариты, т.к. они не позволяют использовать его между мебелью и стеной помещения, где, как правило, имеет место недостаточная естественная вентиляция, приводящая к появлению на стенах конденсата и образованию плесени. Недостатком прототипа является также то, что он представляет собой самостоятельный законченный продукт, имеющий узкую специфическую область применения.
Задачей заявляемой полезной модели является создание универсального электрического греющего модуля реечного типа, позволяющего максимально расширить сферу его применения:
- в качестве самостоятельного обогревателя для локального прогрева и принудительной циркуляции воздуха в местах с недостаточной естественной вентиляцией, приводящей к появлению на стенах конденсата и образованию плесени;
- в качестве элемента самостоятельного конструирования и облегченной сборки распределенных электрических отопительных систем произвольной конфигурации в трех измерениях;
- в качестве комплектующей детали (нагревательного элемента) в теплых плинтусах, тепловых конверторах и других бытовых отопительных приборах и системах.
Указанный технический результат достигается конструкцией электрического греющего модуля реечного типа, который состоит из полого металлического корпуса прямоугольного сечения, боковые стенки которого выполнены в виде поверхности с мультиплицированными выемками, образующими два внутренних продольных канала, соединенных между собой несколькими поперечными каналами. Каналы корпуса заполнены минеральным маслом. В первом продольном канале проложен электрический греющий кабель, фазный провод которого последовательно соединен с терморегулятором, а концы греющего кабеля соединены с контактами пластиковых заглушек электрического соединителя, герметично запрессованными в отверстия полого металлического корпуса с обоих концов. Во втором продольном канале проложен термостойкий кабель питания, концы которого также соединены с контактами заглушек электрического соединителя. В качестве электрического греющего кабеля служит электрический греющий кабель с постоянной мощностью СРС или саморегулирующийся греющий кабель, нагревательный элемент которых соединен с токоведущими жилами кабеля параллельно. Каждая из двух пластиковых заглушек электрического соединителя имеет несколько разъемов, при этом заглушки могут иметь однотипные разъемы типа "папа" либо комбинацию разъемов разного типа "папа" и "мама".
Предлагаемый универсальный электрический греющий модуль реечного типа иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-10.
Фиг. 1 - общий вид модуля.
Фиг. 2 - конструкция модуля в разобранном виде.
Фиг. 3 - конфигурация внутренней полости корпуса.
Фиг. 4 - конструкция и график теплоотдачи кабеля с постоянной мощностью.
Фиг. 5 - конструкция и график теплоотдачи саморегулирующегося кабеля.
Фиг. 6 - обобщенная электрическая схема греющих кабелей.
Фиг. 7 - электрическая схема модуля без терморегулятора.
Фиг. 8 - электрическая схема модуля с терморегулятором.
Фиг. 9 - типы соединителей модулей между собой.
Фиг. 10 - примеры конфигураций отопительных систем.
Универсальный электрический греющий модуль представляет собой длинномерный обогреватель реечного типа, длина которого может варьироваться от 50 см до 200 см с шагом 50 см, толщина - от 1,6 см до 3,0 см, а высота - от 4 см до 8 см. (см. фиг. 1).
Модуль состоит из герметичного металлического корпуса 1 (см. фиг. 2), заполненного минеральным маслом 2. Боковые стенки корпуса 1 представляют собой поверхность с мультиплицированными выемками. Корпус 1 модуля может быть изготовлен методом штамповки (выдавливания) из тонкого листового металла с высокой теплопроводностью, например, из меди, алюминия, латуни и других металлов или их сплавов. Для понимания конструктивной особенности корпуса на фиг. 2 показаны два поперечных сечения корпуса: в месте отсутствия выемки 3 и в месте выемки 4 корпуса 1. Такая конструкция корпуса усиливает жесткость корпуса и увеличивает площадь поверхности теплообмена, что способствует повышению эффективности теплоотдачи в окружающую среду. Корпус 1 модуля имеет два параллельных продольных сквозных канала 5, соединенных между собой поперечными полыми каналами 6 (см. фиг. 3). Этим обеспечивается улучшенная циркуляция теплоносителя в корпусе 1 модуля и его равномерный прогрев. В простейшем случае в качестве корпуса может быть использована профильная труба с прямоугольным сечением, изготовленная из металла с высокой теплопроводностью. Внутри первого продольного канала 5 (см. фиг. 3) корпуса 1 проложен гибкий электрический греющий кабель 7, выполняющий функцию электрического нагревателя. Внутри второго продольного канала 5 может находиться термостойкий кабель питания 8. Провода кабеля 7 и 8 с обоих концов соединены с выводами 9 разъемов 10 пластиковых заглушек электрического соединителя 11, герметично запрессованных в корпус модуля. Каждая из заглушек 11 имеет несколько разъемов 10, предназначенных для подключения к электрической сети помещения, а также механического соединения греющих модулей между собой. Масло 2 полностью покрывает греющий кабель 7 и термостойкий кабель 8. Для упрощения конструкции возможен вариант модуля без теплоносителя. В этом случае эффективность нагрева корпуса модуля может быть ниже.
В качестве греющего кабеля 7 в модуле может быть использован греющий кабель с постоянной мощностью СРС, либо саморегулирующийся греющий кабель. Каждый из этих видов кабелей имеет свои особенности и схожие характеристики. Кабель с постоянной мощностью СРС - это разновидность кабелей зонально-резистивного типа. Тепло выделяется в нагревательной спирали, имеющей через равные расстояния контакт с токоведущими жилами, благодаря чему формируются зоны тепловыделения, соединенные параллельно. На фиг. 4 показаны конструкция и график теплоотдачи кабеля с постоянной мощностью СРС в зависимости от температуры окружающей среды. Греющий кабель с постоянной мощностью СРС состоит из двух параллельных проводников 12 (см. фиг. 4) в силиконовой изоляции 13, вокруг которых обмотана проволока из резистивного никель-хромового сплава 14. Резистивная проволока 14 последовательно соединена с проводниками 12 в контактных точках 15, расположенных через каждые 500 мм. Таким образом, получается ряд параллельных сопротивлений с одним и теми же значениями сопротивления (R). Внешняя оболочка кабеля, выполненная из фторполимера 16, обеспечивает защиту кабеля 7 от повреждений механического рода. При подаче напряжения с одного конца нагревательной цепи и оставляя другой конец открытым, все сопротивления вырабатывают одинаковую мощность на каждом участке 17 цепи длиной 500 мм. Мощность, вырабатываемая на одном метре кабеля, будет всегда постоянной при любой температуре, вне зависимости от длины цепи. Принцип действия греющего кабеля 4 постоянной мощности СРС наглядно отображает график 18 на фиг. 4. Независимо от температуры окружающей среды выделяемая мощность кабеля не изменяется. Модификации кабеля отличаются значением мощности (в ваттах), выделяемой на единицу длины кабеля (метр). Саморегулирующий греющий кабель (см. фиг. 5) - это разновидность нагревательных кабелей, которые способны изменять свое выделение тепла самостоятельно в зависимости от температуры окружающей среды. Это считается его главной особенностью. Кабель греется сильнее, если температура окружающей среды будет ниже.
Саморегулирующийся греющий кабель 7 состоит из двух параллельных проводников 19, которые обеспечивают напряжение по всей длине провода. Основным устройством в конструкции кабеля 7 является нагревательная проводящая матрица 20 (см. фиг. 5). Применение такой матрицы позволяет регулировать и нагревать сам элемент. Каждая деталь матрицы 20 подключается между двумя проводниками 19 параллельно. Для большей степени термозащиты электрическая конструкция обернута в несколько слоев термопластической изоляции 21. Внешнее защитное покрытие 22 обеспечивает защиту конструкции от повреждений механического рода. У греющего кабеля 7 может быть выполнена защитная экранирующая оплетка 23. Принцип действия саморегулирующего нагревательного кабеля наглядно отображает график 24 фиг. 5. С уменьшением температуры на любом участке матрицы, проводимость тока и, соответственно, выделяемая мощность увеличивается, и как результат нагревательный элемент нагревается больше.
Благодаря этому температуру можно регулировать без применения различных терморегуляторов. Таким образом, достигается терморегуляция. Модификации кабеля отличаются значением мощности (в ваттах), выделяемой на единицу длины кабеля (метр).
На фиг. 6 отображена обобщенная электрическая схема рассмотренных выше греющих кабелей. Главной общей особенностью рассмотренных двух разновидностей греющего кабеля является то, что их нагревательный элемент R соединен с токоведущими проводниками 25 и 26 параллельно. Эта особенность греющих кабелей является определяющей для их использования в качестве электрического нагревателя в греющем модуле. Благодаря этой особенности в греющем модуле можно использовать отрезки кабелей произвольной длины (начиная с 50 см).
На фиг. 7 отображена электрическая схема греющего модуля. Красным цветом обозначен фазный L-провод, черным - нулевой N-провод. Для упрощения электрической схемы на ней не указан провод заземления. В работающей схеме провод заземления соединен с металлическим корпусом модуля. Сплошными линиями показаны токоведущие проводники 25 и 26 греющего кабеля 7, пунктирными - токоведущие проводники 27 термостойкого кабеля питания 8. Целесообразность применения термостойкого кабеля 8 определяется сложностью конфигурации распределенной системы отопления, собранной на базе греющего модуля. Концы токоведущих проводников кабелей 7 и 8 (см. фиг. 2) соединены с выводами 9 разъемов 10 заглушек электрического соединителя 11. Посредством гибкого электрического соединительного шнура на выводы 9 разъемов 10 подается питающее напряжение 220 вольт.
На фиг. 8 отображена электрическая схема греющего модуля с контролем температуры нагрева модуля при помощи терморегулятора. Красным цветом обозначен фазный L-провод, черным - нулевой N-провод. Для упрощения электрической схемы на ней не указан провод заземления. В работающей схеме провод заземления соединен с металлическим корпусом модуля. В основном электрическая схема модуля с терморегулятором дублирует схему модуля без терморегулятора за исключением некоторых принципиальных отличий:
• С одного конца греющего кабеля 7 фазный токоведущий проводник 25 кабеля соединен с выводами 9 разъемов 10 заглушки 11 электрического соединителя через терморегулятор 28. Нулевой токоведущий проводник 26 соединен с выводами 9 разъемов непосредственно.
• С другого «глухого» конца кабеля оба токоведущих проводника 25 и 26 кабеля изолируются посредством электроизоляционных колпачков 29.
• Применение термостойкого кабеля 8 питания носит обязательный характер. Концы токоведущих проводников 27 термостойкого кабеля 8 соединены с выводами 9 разъемов 10 заглушек 11 электрического соединителя.
Конструкция модуля с терморегулятором позволяет автоматически отключать греющий кабель модуля от напряжения питания при достижении температуры модуля порогового значения терморегулятора. При этом сам модуль сохраняет функцию токопроводящей среды за счет использования термостойкого кабеля 8 питания. Таким образом, сложная распределенная система отопления, построенная на базе модуля с терморегулятором, может гибко реагировать на температуру локальных участков помещения без ущерба функционирования всей системы в целом.
Для соединения модулей друг с другом при построении отопительной системы используются различные электрические соединители. На фиг. 9 представлены соединители различных типов. Для линейного соединения модулей используется одинарный 30 или сдвоенный 31 жесткий соединитель. Для соединения модулей в углу помещения используется универсальный угловой соединитель 32. Для напольного размещения греющего модуля предназначена ножка-соединитель 33. Если нет необходимости жесткого непрерывного соединения модулей, может быть использован гибкий соединитель 34. Для подключения модуля или всей отопительной системы к электрической сети помещения используется гибкий шнур питания 35.
На фиг. 10 в качестве примеров показаны три возможных варианта конфигураций отопительной системы, построенных на основе модуля.
Универсальный электрический греющий модуль реечного типа работает следующим образом. Перенос тепла осуществляется путем конвекции теплоносителем, а теплоотдача происходит посредством конвекции имеющегося воздуха в помещении, а также последующего излучения основной поверхностью корпуса модуля. При подключении греющего модуля к питающей электрической сети помещения начинается нагрев электрического греющего кабеля. Кабель передает тепло теплоносителю, который впоследствии нагревает корпус. Благодаря конструкции корпуса модуля обеспечивается улучшенная циркуляция теплоносителя и равномерный прогрев корпуса. Нагретый корпус отдает свое тепло окружающему воздуху. Помещение прогревается благодаря эффекту конвекции. Температура поверхности корпуса не превышает 100 градусов, поэтому осушения воздуха и сжигания кислорода практически не происходит.
Предлагаемый модуль может быть использован как отдельно, так и в качестве детали конструктора для самостоятельного конструирования и сборки распределенных электрических отопительных систем произвольной конфигурации, а также в качестве комплектующей детали (электрического нагревателя) в теплых плинтусах, тепловых конверторах и других отопительных приборах и системах. Модуль предоставляет возможность построения произвольных непрерывных систем отопления в трех измерениях: в длину, в высоту и в ширину, что способствует равномерному обогреву помещения по всему периметру. Причем наращивание системы отопления может происходить в «горячем» режиме, на конкретных участках отопительной системы, без отключения используемой системы.