ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к электротехнике и, может широко использоваться в производстве резистивных электронагревателей и устройств для нагрева, в частности, нагревательных устройств в виде нагревательных электрических панелей.
Известна электронагревательная панель, содержащая корпус, в котором закреплен плоский резистивный элемент, размещенный между теплоотводами и отделенный от последних электроизоляцией, при этом теплоотводы выполнены эквидистантой резистивному элементу конфигурации и вместе с ним и электроизоляцией уложены в рулон или буклет с образованием многослойного резистивного элемента, а торцовые грани теплоотвода, образующие тепловой концентратор, предназначены для сопряжения с нагреваемым объектом (см. патент RU №2014760, Мкл. Н05В 3/30, опубл. 15.06.1994 г.).
Задачей, на решение которой направлено известное устройство, является повышение КПД устройства в целом, за счет более эффективного отвода тепла от электронагревателя, его концентрации в требуемом направлении к нагреваемому объекту.
В известном устройстве нагревательный узел содержит резистивную часть, объем которой занимает в общем объеме, по крайней мере, 33%.
Плоский нагревательный элемент изолирован электроизоляционным материалом от теплоотвода и все вместе помещено в корпус, закрытый крышкой, из-под которой наружу выведены токоподводы, подключенные к электросети. Плоский нагревательный элемент может быть выполнен из известных резистивных материалов, например, нихрома, фехрали. Теплоотводы выполняют из материалов, обладающих высоким коэффициентом теплопроводности, например, медь, латунь, алюминий и т.д.
Однако известная конструкция достаточно сложна.
Известен электрический нагреватель, выбранный в качестве ближайшего аналога, содержащий два металлических листа, между которыми расположен резистивный элемент, изолированный от каждого из металлических листов электроизоляционным слоем и оснащенный питающими проводами для подключения к источнику питания, при этом, один или оба металлических листа расположены вплотную с электроизоляционным слоем резистивного элемента (см. патент GB №2204220, М.кл. Н03 3/30, опубл. 05.04.1988 г.).
Известный электронагреватель имеет прямоугольной формы каркас из алюминия или белой жести, поперечным сечением U-образной формы, который обеспечивает возможность размещения множества слоев, сохраняя при этом жесткость собранной конструкции.
В пределах тела корпуса нагревателя располагается резистивный элемент в виде спирально намотанной проволоки или плоского листа. Имеются выводы для связи с внешними структурами. Резистивный элемент заключен в покрытие из изолирующего материала, способного противостоять высоким температурам и обеспечивать защиту от потерь электрического тока. С каждой стороны резистивного элемента, защищенного электроизоляцией, расположен слой теплопроводного и электропроводного листового материала, такого как алюминий или медь. Данные листы могут располагаться как в непосредственной близости (тесном контакте) с изоляционным слоем резистивного элемента, или располагаться с некоторым зазором к нему (отсутствует контакт между вышеуказанными слоями).
Известный электрический нагреватель предназначен как для нагрева окружающего воздуха, так и жидкости.
Кроме того, данная известная конструкция остается достаточно сложной и не технологичной в изготовлении, за счет того, что дополнительно содержит пакет из слоев металлической фольги, расположенных один над другим, при этом, вышеуказанные слои из металлической фольги в известном нагревателе расположены с двух сторон от металлических листов, между которыми размещен резистивный элемент и отстоят друг от друга на расстоянии, обеспечивающем термическую конвекцию между ними.
Наличие термической циркуляции между слоями, свидетельствует о том, что известный электрический нагреватель относится к конвективным устройствам для распределения тепла. При этом конвективные источники распределения тепла имеют один очень важный недостаток: температура воздуха при конвективном обогреве, изменяется по высоте.
При использовании качестве варианта в известной системе резистивного элемента, в виде спирально намотанного проволоки, не обеспечивает достаточной теплоотдачи, за счет неравномерного распределения тепла по всей площади и, необходимости, для устранения данного недостатка, использовать в известной конструкции, дополнительные конструктивные элементы.
Известная конструкция за счет наличия значительного количества конструктивных элементом имеет достаточно большой вес, что способствует значительному повышению нагрузок на потолочные строительные конструкции при потолочном размещении нагревателя. Кроме того, известная конструкция имеет достаточно большую толщину готового изделия, что значительно ограничивает ее использование его в качестве элемента теплого пола.
Выполнение известной конструкции каркасной и многослойной, а также наличие промежутков между конструктивными элементами не исключает возможности несанкционированного доступа к элементам, находящимся под напряжением, что делает конструкцию потенциально не электробезопасной.
При этом, каркасное выполнение известной конструкции и наличие воздушных промежутков между многочисленными ее слоями, за счет доступности к конструктивным элементам, не исключает возможности механического повреждения, что не исключает возникновения процесса горения. Помимо этого, известная конструкция из-за неравномерности распределения тепла по поверхности, не исключает возможности нагрева электроизоляционного горючего материала до температуры его возгорания. А наличие воздушных зазоров способствует процессу горения.
Таким образом, техническим результатом, на решение которого направлена заявляемая полезная модель, является создание конструктивно простого и технологичного в изготовлении электронагревателя, имеющего достаточно высокую степень электро- и пожаробезопасности.
Дополнительной задачей, которая достигается заявляемой полезной моделью, является расширение арсенала технических средств заявляемого назначения. Дополнительный технический результат, на решение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в реализации данного назначения.
Указанный технический результат достигается тем, что в электронагревателе, содержащем резистивный элемент, расположенный между двумя металлическими листами, изолированный от каждого из них электроизоляционным слоем и оснащенный питающими проводами для подключения к источнику питания, согласно полезной модели, дополнительно между резистивным элементом и каждым из электроизоляционных слоев, а также между каждым из электроизоляционных слоев и каждым металлическим листом, расположен клеящий слой, при этом, толщина металла металлических листов, составляет от 10 микрон до 5 мм, причем, толщина каждого из двух металлических листов может быть как одинаковой, так и отличающейся.
В качестве материала резистивного элемента используют резистивный материал или в виде проволоки, или в виде нити, или в виде жгута, или в виде жилы, или в виде ленты, или в виде волокна.
А один или оба металлических листа выполнены или плоскими, или U-, или L-, или С-, или П-образной формы, или их комбинаций.
Резистивный элемент в плане при этом может быть уложен или в виде меандра, или зигзагообразно, или волнообразно, или в виде, по меньшей мере, одного отрезка, или одной плоской спирали с постоянным или переменным шагом, или комбинировано.
А электроизоляционный материал выполнен в виде одного или нескольких слоев пленки, или пасты, либо их комбинаций.
При этом, резистивный элемент может быть выполнен как непрерывным, так и из отрезков, соединенных между собой или сваркой, или клеем, или пайкой, или заклепками.
Подобная конструкция нагревателя позволяет получить панельный нагреватель с экранированными со всех сторон токоведущими элементами, что исключает возможность излучения электромагнитной индукции и дает возможность оборудовать нагреватель заземляющим проводом и автоматикой защиты, что позволяет обеспечить высокую степень защиты при механической попытке нарушить целостность нагревателя либо пробое, что делает заявляемую конструкцию электробезопасной.
Отсутствие в заявляемой конструкции большого количества конструктивных элементов, присущих ближайшему аналогу (каркас, пакет из слоев металлической фольги, расположенных один над другим с двух сторон от металлических листов) значительно упрощает конструкцию заявляемого электронагревателя и делает его более технологичным в изготовлении.
Кроме того, подобная конструкция нагревателя позволяет равномерно распределить температуру от резистивных элементов по всей поверхности металлических листов и, соответственно, поверхности нагревателя. При этом, площадь проекции резистива может составлять от 0,5%, что позволяет использовать очень незначительное его количество, что значительно упрощает конструкцию заявляемого электронагревателя и делает его более технологичным в изготовлении.
Наличие между резистивным элементом и каждым из электроизоляционных слоев, а также между каждым из электроизоляционных слоев и каждым металлическим листом, клеящего слоя, позволяет просто и надежно соединить все слои заявляемой конструкции, исключая наличие дополнительных крепежных элементов, что в свою очередь упрощает не только конструкцию электронагревателя, но и упрощает технологию ее сборки и, как следствие, делает конструкцию более технологичной. Наличие дополнительного клеевого слоя расположенного в заявляемых местах, также позволяет полностью исключить контакт резистивного элемента с воздухом и, как следствие, исключить поддержание горения в случае его возникновения. Это, в свою очередь, значительно повышает пожаробезопасность заявляемого электронагревателя.
Использование в конструкции металлических листов, с толщиной от 10 мкм до 5 мм, позволяет варьировать модельный ряд нагревателей в зависимости от поставленных целей. Например, в качестве использования для подогрева полов будут использоваться листы толщиной 0,02-0,5 мм для того, чтобы обеспечить минимальную толщину панели и при этом достаточную механическую защиту от проколов во время монтажа и эксплуатации. В случае подогрева подъездных путей в зимний период с целью освобождения их от наледи необходимо использовать более толстые листы, для того чтобы обеспечить защиту от разрушения от воздействия на них многотонных нагрузок и при этом листы должны обладать антикоррозионными свойствами, например, быть оцинкованными либо лужеными.
Использование для изготовления электронагревателей металлических листов как одинаковой, так и разной толщины, в качестве материала резистивного элемента материала или в виде проволоки, или в виде нити, или в виде жгута, или в виде жилы, или в виде ленты, или в виде волокна, металлических листов, один или оба из которых выполнены или плоскими, или U-, или L-, или С-, или П-образной формы, или их комбинаций, укладка резистивного элемента в плане или в виде меандра или зигзагообразно, или волнообразно, или в виде, по меньшей мере, одного отрезка, или одной плоской спирали с постоянным или переменным шагом, или комбинировано, выполнение электроизоляционного материала в виде одного или нескольких слоев пленки, или пасты, либо их комбинаций, выполнение резистивного элемента как непрерывным, так и из отрезков, соединенных между собой или сваркой,
или клеем, или пайкой, или заклепками, позволяет в зависимости от поставленных целей еще в большей степени расширить модельный и типоразмерный ряд электронагревателей.
Так, использование в заявляемой конструкции металлических листов как одинаковой, так и разной толщины, в качестве материала резистивного элемента материала или в виде проволоки, или в виде нити, или в виде жгута, или в виде жилы. или в виде ленты, или в виде волокна, заявляемая укладка резистивного элемента в плане, использование в качестве электроизоляционного материала, изолирующего резистивный элемент в виде одного или нескольких слоев пленки, или одного или нескольких слоев пасты, либо их комбинации, а также выполнение резистивного элемента как непрерывным, так и из отрезков, соединенных между собой заявляемым образом, позволяет создавать электронагреватели любой формы, любого размера, любой сложности и различной мощности.
В зависимости от толщины, используемых в заявляемой конструкции металлических листов (одинаковой и разной толщины), в зависимости от вида используемого резистивного и электроизоляционного материалов, от вида укладки резистивного элемента в плане, а также от вида выполнения резистивного элемента (непрерывным, или из отрезков) и вида их соединения между собой, можно изготавливать электронагреватели, которые можно устанавливать в труднодоступных местах или на поверхности сложной конфигурации, поскольку, такие электронагреватели допускают изгибы по длине, вплоть до сворачивания в петлю или спираль.
Благодаря использованию различных видов резистивного, электроизоляционного материалов, различной толщины и формы металлических листов, различного вида выполнения резистивного элемента и вида соединения их между собой, а также вида укладки резистивного элемента в плане, электронагреватель можно изготавливать или в виде гибкой ленты, или полосы, или полотна, или жестких прочных пластин, или объемных электронагревателей цилиндрической, прямоугольной, сферической формы.
Использование в качестве металлических листов, листов заявляемого профиля и толщины, позволяют выбрать для сборки электронагревателя те из них, которые обеспечивают наиболее удобную сборку электронагревателя для того или иного вида резистивного элемента. Так при использовании в электронагревателе в качестве материала резистивного элемента нити, или волокна или ленты, наиболее целесообразным является использование в качестве металлических листов плоские или С- или L-образные профили или их комбинации, поскольку в этом случае из-за низкой жесткости укладываемого резистивного элемента из этих видов материала, удобнее их укладывать между металлическими листами, с открытым контуром. И наоборот, при использовании в качестве резистивного элемента жилы, или жгута, или проволоки, образующих при укладке достаточно жесткую конструкцию, целесообразным в этом случае является использовать в качестве металлических листов U- или П-образную форму металлического листа, поскольку в этом случае укладывать внутрь таких профилей жесткую конструкцию резистивного элемента удобнее. При этом, при малой толщине металлических листов U- или П-образной формы, благодаря возможности отгибать одну из сторон данных металлических листов, возможна укладка между листами и резистивного элемента из других заявленных видов материала (нить, волокно, лента).
Кроме того, заявляемые формы металлических листов обеспечивают достаточную жесткость конструкции, исключая необходимость наличия в конструкции дополнительных конструктивных элементах, повышающих жесткость и, как следствие, способствуют упрощению конструкции электронагревателя.
Помимо этого, металлические листы или U-, или L-, или С-, или П-образной формы, или их комбинации как друг с другом, так и с плоскими листами, за счет наличия у данных форм сплошного контура с одной или с двух сторон, обеспечивают дополнительную герметичность изделия с одной или с обеих сторон, что еще в большей степени улучшает их электро- и пожаробезопасность.
Заявляемый плоский электронагреватель представлен на чертежах.
На фиг.1 представлена принципиальная схема заявляемого устройства (разрез) (с резистивным элементом в виде проволоки с сечением в виде окружности между двумя плоскими металлическими листами); на фиг.2 - схема выполнения нагревателя с расположением резистивного элемента между металлическими листами а) П-образной формы; б) U-образной формы; на фиг.3 - варианты использования различных форм сечений резистивного элемента: а) в виде овала; б) в виде квадрата; на фиг.4 - варианты размещения резистивного элемента: а) в виде зигзага (с острым углом); б) в виде меандра (прямоугольного зигзага); в) волнообразно; г) в виде плоской спирали.
Электронагревательное устройство содержит резистивный элемент 1. В качестве материала резистивного элемента 1 может использоваться резистивный материала в виде проволоки, или нити, или жгута, или жилы, или ленты, или волокна (углеродная нить, нити из синтетического или натурального волокна с углесодержащей оболочкой, углеродный жгут, углеродный жгут крученный, жила, лента из алюминия, легированной стали, материала с низким содержанием хрома и никеля, волокно углеродное). Резистивный элемент 1 - проволока, или нить, или жгут, или жила, или лента, или волокно расположен между двумя металлическими листами 2. Резистивный элемент 1 - проволока или нить, или жгут, или жила, или лента, или волокно изолирован от каждого из металлических листов 2 с помощью, например, электроизоляционной пленки 3. Между резистивным элементом 1 - проволокой или нитью, или жгутом, или жилой, или лентой, или волокном и каждой из пленок электроизоляционного материала 3 расположен слой клея 4. Между пленками 3 электроизоляционного материала и каждым из металлических листов 2 также расположен слой клея 5. Резистивный элемент 1 - проволока, или нить, или жгут, или жила, или лента, или волокно, может быть уложен, например, в виде меандра, или зигзага или волнообразно или в виде, по меньшей мере, одного отрезка, или одной плоской спирали с постоянным или переменным шагом, или в виде любой другой ломаной линии, или комбинировано. При этом, резистивный элемент по поверхности нагревательного элемента должен быть размещен равномерно. Резистивный элемент 1 может занимать от 0,5 до 50% от общей площади нагревателя.
Резистивный элемент 1 может быть выполнен как непрерывным (из сплошного, непрерывного резистивного материала, без соединений, не составной), так и из соединенных любым известным способом отрезков (содержащий соединения, составной из отдельных отрезков). При этом, соединение отдельных отрезков резистивного материала, может осуществляться любым известным из уровня техники способом (сварное, клеевое, паяное, заклепочное и др.).
При использовании в качестве материала для резистивного элемента ленты, и при их количестве, большем одного отрезка, формирование меандровидной или зигзагообразной, или волнообразной или спиралевидной формы или иной ломанной линии или их комбинаций возможно последовательным соединением полос с помощью Г- образного загиба в сторону соседней полосы поочередно с одной и другой стороны полотна, перемычками или непрерывной укладкой непрерывной полосы. Соединение полос в местах стыковки или загиба осуществляют с помощью точечной сварки, осуществляемой на молекулярном уровне, например, термокомпрессионной сваркой.
В качестве материала резистивного элемента 1 в виде проволоки может использоваться любая проволока из любого электропроводного металла. Диаметр проволоки, используемой в качестве резистивного элемента, может быть различным, например от 0,05 мм до 5 мм.
В качестве материала металлических листов 2 используют, например, алюминий, сталь, и др. и сплавы различных металлов. Толщина металлических листов 2 может варьировать от 10 микрон до 5 мм.
В качестве электроизоляционного материала может использоваться как одно-, так и многослойная пленка, или паста, либо их комбинации. В качестве материала пленки может использоваться: полиэтилен, полиэтилентерефталат (лавсан), полихлорвинил, винилпласт, поливинихлорид и др. Возможет вариант использования одно- или многослойной пленки, имеющей с одной или обеих сторон клеящий (-е) слой (-и). В качестве примера таких пленок могут быть использованы пленки:
лавсановая пленка с клеящим слоем, клеящая поливинилбутиральная пленка и др. В качестве материала для электроизоляционного материала можно использовать любые теплопроводные электроизоляционные материалы в виде пасты, например кремнийорганические пасты, фторопласты и др.
В качестве материала для клеевого слоя используют различные известные на сегодняшний день высокотемпературные клеи, предназначенные для соединения металла и пластика, или металла и электроизоляционных материалов в виде пасты. В качестве одного из вариантов такого клея можно использовать для этих целей эпоксидный клей.
Электронагревательное устройство содержит выводы 6 для подключения к электрической сети или другому электронагревательному устройству.
Электронагревательное устройство содержит заземляющий контур (не показан).
Устройство работает следующим образом.
Выводы 4 электронагревательного устройства подключают к электрической сети постоянного или переменного тока напряжением до 380. По резистивному элементу 1 - протекает ток, вызывая его нагревание. Оба металлических листа 2, отбирая данное тепло, распределяют его по всей поверхности одновременно с двух сторон, равномерно излучают инфракрасный тепловой поток, обеспечивающий прогрев пола и предметов, находящихся в помещении, выделяющих тепло внутрь помещения.