Электрический модульный обогреватель с концентрическим расположением секций
ELECTRIC MODULAR HEATER WITH CONCENTRIC ARRANGEMENT OF SECTIONS

Изобретение относится к теплотехнике, в частности, к автономным электрическим отопительным приборам систем отопления, и предназначено для отопления жилых и нежилых помещений. Технический результат: создание автономного безопасного модульного обогревателя с эффективной теплоотдачей, с возможностью самостоятельной модернизации и с высокой степенью ремонтопригодности.
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 малая теплоэффективность и низкая ремонтопригодность.
Прототипом заявленного изобретения может служить классический масляный радиатор (https://market.yandex.ru/product--maslianyi-radiator-resanta-omm-7n/7717282?show-uid=15677109322213258153516013&nid=54977&lr=39&context=search) (фиг. 1).
Масляный радиатор представляет собой герметичный резервуар, заполненный минеральным маслом, внутри которого установлен ТЭН. Ребристая конфигурация металлического корпуса позволяет увеличить площадь поверхности, отдающей тепло при помощи излучения, а также способствует формированию воздушных потоков - часть тепловой энергии радиатор отдает за счет конвекции. Соотношение двух видов передачи тепла составляет практически 70/30. Электрический трубчатый нагреватель снабжен терморегулятором, который позволяет контролировать температурный режим работы. Подключается прибор к розетке бытовой электросети с напряжением 220 В.
По сравнению с заявляемым изобретением прототип имеет следующие недостатки:
• небольшая эффективность теплоотдачи;
• отсутствие возможности модернизации радиатора;
• высокая вероятность получения ожогов при касании радиатора;
• низкая ремонтопригодность.
Задачей заявляемого изобретения является создание электрического обогревателя, обладающего по сравнению с существующими в настоящее время масляными радиаторами и конвекторами существенными функциональными преимуществами, особенно в части формирования тепловых воздушных потоков. На фиг. 2 изображена сравнительная схема формирования тепловых потоков конвектора, радиатора и заявляемого обогревателя.
Как видно из схемы, по сравнению с конвектором и радиатором, обогреватель обеспечивает более широкий спектр тепловых потоков. Обогреватель отдает тепло как при помощи излучения, так и за счет конвекции. Кроме высокой тепловой отдачи обогреватель также имеет следующие преимущества:
• возможность самостоятельного улучшения тепловых характеристик обогревателя за счет апгрейда существующих секций и (или) установки дополнительных секций;
• абсолютная безопасность за счет комфортной для человека и домашних животных температуры по всему внешнему контуру обогревателя;
• возможность самостоятельной замены вышедших из строя секций новыми работоспособными секциями;
• высокая живучесть, то есть сохраняет функциональность до тех пор, пока работоспособна хотя бы одна секция.
Указанный технический результат достигается модульной конструкцией и размещением греющих металлических секций внутри друг друга по типу русской «матрешки». Обогреватель представляет собой конструкцию из отдельных, физически несвязанных между собой металлических секций одинаковой формы и разного размера. Каждая секция имеет форму полой геометрической пространственной фигуры, за счет чего достигается возможность концентрического вложения секций внутри друг друга. Такая конструкция увеличивает общую площадь поверхности теплообмена, что способствует повышению эффективности теплоотдачи в окружающую среду. Каждая секция представляет собой полый корпус, образованный фронтальными и внутренними параллельными поверхностями, а также нижними и верхними торцевыми поверхностями по периметру секции. Внутри корпуса, заполненного жидким теплоносителем, расположен электрический нагревательный элемент, который соединен с контактами термостойкого пластикового электрического соединителя, герметично запрессованного в торцевую часть металлического корпуса. Таким образом, каждая секция конструктивно выполнена в виде отдельного самостоятельного независимого греющего модуля с электрическим разъемом, предназначенным для автономного механического соединения и разъединения модуля с источником электрического напряжения.
Предлагаемый электрический модульный обогреватель с концентрическим расположением секций иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-8.
Фиг. 1 - классический масляный радиатор.
Фиг. 2 - схема тепловых воздушных потоков.
Фиг. 3 - разновидности модульного обогревателя.
Фиг. 4 - обогреватель в форме прямоугольного параллелепипеда.
Фиг. 5 - электрические нагреватели.
Фиг. 6 - конструкция секции.
Фиг. 7- электрическая схема обогревателя.
Фиг. 8 - принцип функционирования обогревателя.
На фиг. 3 изображены пять разновидностей обогревателя в зависимости от геометрической пространственной формы секций:
- прямоугольный параллелепипед (1);
- квадратный параллелепипед (2);
- цилиндр (3);
- эллиптический цилиндр (4);
- треугольная призма (5).
На фиг. 4 отдельно представлена одна из разновидностей обогревателя в виде прямоугольного параллелепипеда, состоящего из одной внешней секции (6) и нескольких (7) внутренних секций. Общее количество секций в обогревателе зависит от геометрических габаритов самого обогревателя, толщины секций и расстояния между ними. С учетом небольшого диаметра современных нагревательных элементов, размещаемых внутри секции, секция может иметь толщину в 8-12 мм. Расстояние между секциями может быть в пределах 4-10 мм. Чем меньше расстояние между секциями, тем эффективнее прогрев воздуха между поверхностями секций и эффективнее формирование тепловых конвекционных потоков.
На фиг. 5 представлены две разновидности нагревательных элементов в виде гибкого греющего кабеля 8 и обычного трубчатого нагревателя 9. «Глухой» конец греющего кабеля 8 изолируется посредством электроизоляционного колпачка 11. Контакты обоих нагревателей соединены с контактами термостойкого пластикового электрического соединителя 10.
На фиг. 6 представлен один из вариантов конструкции секции, где в качестве нагревательного элемента используется гибкий греющий кабель 8. Греющий кабель проложен внутри корпуса секции между внутренней 12 и внешней 13 поверхностями корпуса, огибая по спирали стенки внутренней поверхности 12. Термостойкий пластиковый электрический соединитель 10 герметично запрессован в торцевую часть металлического корпуса секции. В зависимости от мощности используемого кабеля прямо пропорционально меняется температура нагрева корпуса секции. Таким образом, подбором мощности используемого нагревательного элемента можно получить секции обогревателя с разными рабочими температурами. Наружная секция 6 обогревателя (фиг. 4) имеет температуру, безопасную и комфортную для людей и домашних животных. Температура внутренних секций 7 может быть достаточно высокой, поскольку секции «спрятаны» внутри обогревателя и прямой контакт с ними невозможен.
На фиг. 7 отображена электрическая схема обогревателя. Для упрощения электрической схемы на ней не указан провод заземления. В работающей схеме провод заземления соединен с металлическим корпусом обогревателя. Причем достаточно соединения только с внешней секцией обогревателя, поскольку остальные внутренние секции не имеют прямого контакта с людьми. Как видно, все нагревательные элементы 14 секций подключаются к токопроводящим жилам 16 обогревателя посредством разъемных соединений 15. Схема запитывается от стандартной электрической сети 17 жилых и нежилых помещений.
Электрический модульный обогреватель с концентрическим расположением секций работает следующим образом. Теплоотдача происходит посредством конвекции имеющегося воздуха в помещении, а также теплового излучения внешней поверхностью корпуса обогревателя. При подключении обогревателя к питающей электрической сети помещения начинается нагрев электрического нагревательного элемента. Нагреватель передает тепло теплоносителю, который в последствии нагревает секции обогревателя. Нагретые секции отдают свое тепло окружающему воздуху. На фиг. 8 показан принцип функционирования обогревателя.
Конфигурация обогревателя со вложенным размещением секций позволяет увеличить площадь поверхности, отдающей тепло посредством конвекции, а также способствует формированию тепла, излучаемого внешней секцией обогревателя. Температура поверхности корпуса обогревателя не превышает 100 градусов, поэтому осушения воздуха и сжигания кислорода практически не происходит.