КЕРАМИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНАЯ ПАНЕЛЬ

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, точнее, к устройствам для электрического нагрева воздуха, и может быть использована для отопления помещений любого типа, технологического оборудования, а также для промышленных, бытовых и иных целей.
Известна электронагревательная панель, выполненная в виде установленного на опорах каркаса из реек, между которыми размещен проволочный электронагревательный элемент с воздухопроницаемым экраном [см. пат. Украины №77 по классам F24H 3/04, Н05 В 3/12, опубликованный 31.10.1997 года в Бюл. №5].
Основным недостатком этой известной электронагревательной панели является низкий уровень эффективности и комфортности ее использования, обусловленные тем, что большая часть выделенной тепловой энергии отбирается за счет конвенционного теплообмена: нагретый воздух поднимается от пола, оставляя в зоне нахождения людей холодный воздух. Одновременно с этим, электронагревательная панель такой конструкции имеет довольно низкий коэффициент полезного действия и не соответствует санитарно-гигиеническим нормам, поскольку сжигает кислород, сушит воздух, вместе с восходящим конвекционным потоком поднимает пыль, оседающую на легких человека и вызывающую заболевания дыхательной системы.
Известна также электронагревательная панель, содержащая металлический корпус, внутри которого расположен электронагревательный элемент [см. пат. России №19986 по классу Н05В 1/00, опубликованный 10.10.2001 года].
Благодаря исключению контакта электронагревательного элемента непосредственно с нагреваемым воздухом, известная электронагревательная панель «мягче», в сравнении с предыдущем аналогом, влияет на микроклимат помещений (но меньшей мере, не сжигает кислород). Однако остаются проблемы осушки воздуха и неравномерного распределения нагретой воздушной массы (вследствие естественной конвекции), а также низкого коэффициента полезного действия. Кроме того, использование этой электронагревательной панели связано с повышенными требованиями пожарной безопасности: металлический корпус в данной конструкции непосредственно выполняет роль тепловыделяющей панели (электронагревательный элемент расположен на внутренней поверхности корпуса), вследствие чего при интенсивном режиме отопления поверхность металлического корпуса разогревается до высокой температуры, следовательно, возникает риск получения ожогов, и даже возникновения пожара. Учитывая это, из соображений безопасности, не рекомендуется устанавливать электронагреватели подобной конструкции в жилых помещениях. Следует также отметить, что известная электронагревательная панель является не экономичной: металлическая поверхность ее корпуса быстро отдает тепло, поэтому для эффективного обогрева помещений с высокими теплопотерями панель должна работать не выключаясь, постоянно поддерживая процесс конвекции, что негативно сказывается на количестве потребляемой электроэнергии.
Наиболее близкой по своей сущности и достигаемому эффекту, принимаемой за прототип, является электронагревательная панель, состоящая из теплоемкой панели с закрепленными на ее внутренней стороне электронагревательным элементом и отражающей панели с зеркальной внутренней поверхностью, соединенных между собой, при этом теплоемкая панель выполнена из природного камня, а на поверхности обоих панелей выполнены смещенные сквозные отверстия для крепления их болтами [см. пат. Германии №3711035 по классам F24H 13/02, F24H 3/00, опубликованный 27.10.1988 года].
Преимуществом данной конструкции является наличие теплоемкой панели, хорошо удерживающей тепло и равномерно отдающей его в воздушное пространство помещения, а также наличие отражающей панели, направляющей тепловую энергию в сторону теплоемкой панели, повышая эффективность последней. Однако известная электронагревательная панель имеет и ряд существенных недостатков.
Основным недостатком известной электронагревательной панели является то, что в ней используется лишь один принцип обогрева помещений - инфракрасный. Источником инфракрасного тепла выступает разогретая каменная панель. Учитывая конструктивные особенности (наличие отражающей панели, дополнительно направляющей тепловую энергию на ту же самую каменную панель), конвекционный теплообмен практически отсутствует, вследствие чего ощутимо снижается общая эффективность работы электронагревателя - инфракрасное тепловое излучение максимально нагревает, в первую очередь, наиболее близкое пространство около обогревателя (предметы, стены, пол), поэтому для полного обогрева помещения, в частности, воздуха в нем, требуется больше времени.
Вторым существенным недостатком известной электронагревательной панели является локальное тепловое воздействие на стену помещения в месте расположения нагревателя. Данный недостаток поясняется следующим. Несмотря на теплоизоляционные свойства отражающей панели, с течением времени происходит постепенный нагрев стены за указанной панелью, поскольку, в соответствии с заявленным техническим решением, изготовляется она преимущественно из алюминиевой фольги, имеющей высокую теплопроводность, и быстро отдающей тепло. Систематический и долговременный нагрев стены приводит к локальным ее повреждениям (обсыпанию штукатурки, пожелтению обоев и проч.).
Третьим важным недостатком известной электронагревательной панели является то, что ее теплоемкая панель изготовлена из природного камня. Во-первых, это существенно усложняет и удорожает технологию изготовления такой панели, поскольку известно, что резка камня, даже в промышленных масштабах, является труднейшей операцией, требующей длительного времени и использования дорогостоящего качественного оборудования. Отдельно следует остановиться на сложности выполнения идеально ровной внутренней поверхности каменной панели, что особенно важно для надежного закрепления на ней электронагревательного элемента и, естественно, равномерного нагрева. Во-вторых, это повышает себестоимость всего электронагревательного прибора. В-третьих, каменная панель чрезмерно массивная и тяжелая, вследствие чего возникает большая нагрузка на настенные крепления и непосредственно на стену, в результате чего появляются различные ее повреждения. В-четвертых, каменная панель, как элемент декора помещения, сужает сферу применения электронагревательной панели, поскольку подходит далеко не к каждому интерьеру.
Четвертым недостатком известной электронагревательной панели является несовершенство крепления ее составных частей между собой, в частности, теплоемкой и отражающей панелей. Они соединяются болтами. Такой тип соединения является вполне логичным и обоснованным для данной конструкции, однако в целом не может считаться эффективным, учитывая сложность выполнения совмещенных угловых сквозных отверстий в обеих панелях, а также использование довольно мощных металлических болтов, что усложняет конструкцию и вес панели.
Пятым недостатком известной электронагревательной панели является то, что в ее конструкции не предусмотрена система настенного крепления, которая позволяла бы более эффективно использовать тепловую энергию прилегающей к стене панели, в частности, поддерживая режим конвекции.
Шестым недостатком известной электронагревательной панели является отсутствие в ее конструкции какого-либо защитного корпуса. Это затрудняет уход за ней и снижает ресурс эксплуатации, поскольку во время удаления пыли и иных загрязнений с поверхности возможно повреждение отражающей панели из алюминиевой фольги. Отсутствие защитного корпуса также существенно ограничивает сферу применения известной электронагревательной панели - исключительно для бытового использования.
В основу полезной модели поставлена задача повышения функциональности и эффективности работы электронагревательной панели с одновременным снижением ее электропотребления за счет обеспечения двойного конвективно-инфракрасного принципа обогрева путем комплексного конструктивного усовершенствования с использованием высокотехнологических деталей и материалов.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в электронагревательной панели, состоящей из теплоемкой панели с закрепленными на ее внутренней стороне электронагревательным элементом и отражающей панели с зеркальной внутренней поверхностью, соединенных между собой, согласно предложения, теплоемкая панель выполнена из керамики и размещена в защитном металлическом корпусе, закрывающем заднюю и торцевые части электронагревательной панели, при этом на внешней поверхности корпуса нанесено полимерное теплоаккумулирующее покрытие, а на внешней поверхности корпуса установлены рейлинги, с помощью которых электронагревательная панель крепится к настенным крепежным элементам любой известной конструкции.
Благодаря двойному конвективно-инфракрасному принципу обогрева предложенная электронагревательная панель является более экономичной, в сравнении с прототипом, меньше потребляет электроэнергии и одновременно имеет более высокий коэффициент полезного действия.
Двойной конвективно-инфракрасный принцип обогрева обеспечивается благодаря наличию в конструкции предложенного технического решения одновременно керамической панели и полимерного теплоаккумулирующего покрытия.
Источником мягкого инфракрасного теплового излучения является нагретая керамическая панель, благотворно влияющая на организм человека (по биофизическому влиянию соответствует лечебному эффекту русской печи), поэтому создает исключительный тепловой комфорт в помещении. При этом керамическая панель имеет ряд функциональных преимуществ перед каменной: является более технологичной в изготовлении и обработке, более дешевой, легкой, практичной и подходит к любому интерьеру благодаря возможности придания ей любого цвета по заказу пользователя.
Эффективный режим конвекции становится возможным, главным образом, благодаря наличию полимерного теплоаккумулирующего покрытия: часть тепловой энергии, накапливающейся с его помощью, нагревает окружающую воздушную массу, способствуя естественному теплообмену. При этом созданный конвективный поток за счет взаимодействия с инфракрасными потоками имеет мягкий равномерный характер, поэтому не поднимает пыль и не создает дискомфортной разницы температур между потолком и полом. Конвекцию поддерживает также рейлинговая система настенного крепления электронагревательной панели, которая создает промежуток между стеной и обогревателем, в котором свободно циркулирует воздух.
Одновременно с этим, использование полимерного теплоаккумулирующего покрытия и рейлинговой системы настенного крепления панели полностью решает проблему локального нагрева стены в месте установки обогревателя: между стеной и панелью всегда имеется прослойка циркулирующего воздуха, в результате чего стена не нагревается, следовательно, нет предпосылок для ее повреждения.
Наличие предложенной системы настенного крепления в виде рейлингов обеспечивает удобную установку (монтаж) электронагревательной панели в любой части помещения, при этом является довольно простым, надежным и практичным.
Наличие металлического корпуса существенно улучшает функциональность предложенной керамической электронагревательной панели. Во-первых, металлический корпус защищает поверхность электронагревательной панели от различных загрязнений; во-вторых, снимает с нее вредное электромагнитной излучение; в-третьих, устраняет необходимость в соединении составных частей панели между собой болтами; в-четвертых, способствует безопасности эксплуатации. В результате этого повышается ресурс эксплуатации, расширяется сфера использования, улучшаются санитарно-гигиенические показатели, снижается вес, упрощается конструкция, обеспечивается высокая степень и класс защиты.
Таким образом, вся совокупность существенных признаков предложенного решения, полученных благодаря внесенным изменениям в конструкции электронагревательной панели, обеспечивает достижение желаемого технического результата.
Дальнейшая сущность предложенной полезной модели поясняется совместно с иллюстрационным материалом, на котором изображено следующее: фиг.1 - вид сбоку на керамическую электронагревательную панель, закрепленную на стере помещения; фиг.2 - тоже самое, вид в плане, но с условно увеличенной толщиной деталей для лучшего объяснения конструкции.
Предложенная керамическая электронагревательная панель содержит керамическую панель 1, к внутренней поверхности которой с помощью термостойкого клеящего компаунда присоединен электронагревательный элемент 2, и отражающую панель 3 из алюминиевой фольги. Металлический корпус 4 на задней части панели обращен к отражающей панели 3, имеет полимерное теплоаккумулирующее покрытие 5. К внешней поверхности металлического корпуса 4 присоединены рейлинги 6 для прикрепления панели к настенным крепежным элементам 7.
Предложенную керамическую электронагревательную панель эксплуатируют следующим образом.
Электронагревательный прибор монтируют на стене в выбранном для нее месте, для чего к поверхности металлического корпуса 4 присоединяют рейлинги 6 с последующим закреплением в заранее установленные настенные крепежные элементы 7 любой конструкции, например, обычных трубчатых держателей рейлингов 6, зафиксированных на стене с помощью дюбелей или саморезов. Затем панель подключают к источнику электроэнергии (к резетке) и заземляют (в случае необходимости).
Под действием электрического тока электронагревательный элемент 2 выделяет тепловую энергию, нагревая керамическую панель 1, которая, в свою очередь, излучает инфракрасное тепло, нагревая воздух в помещении. Отражающая панель 3 дополнительно направляет часть тепловой энергии от электронагревательного элемента 2 на керамическую панель 1, повышая эффективность работы последней. Оставшаяся часть неотраженной тепловой энергии аккумулируется полимерным покрытием 5 и через поверхность металлического корпуса 4 нагревает воздух в промежутке между установленным электронагревателем и стеной, обеспечивая режим естественной конвекции. Указанный промежуток образуется за счет неплотного прилегания электронагревателя к стене, что достигается благодаря наличию рейлингов 6. Металлический корпус 4 закрывает заднюю и боковые части предложенной электронагревательной панели, защищая ее от загрязнений и пыли, способствуя повышению безопасности эксплуатации.
ТМ
Описанное выше техническое решение проверено на практике. Предложенная керамическая электронагревательная панель реализована, например, в модели нагревателя ЭПНК 375/220, серийно изготовляемой под торговой маркой Hybrid, соответствует требованиям ГОСТ 27570.15-96(МЕК 335-2-30-90), ГОСТ 23511-79, ГОСТ 30320-95 (ДСТУ CISPR 14-1:2004) и не содержит в своем составе ни одной детали или материала, которые невозможно было бы создать на современном этапе развития науки и техники, в частности, в области электрической тепловой энергетики, поэтому является приемлемой для промышленного применения. При этом предложенный промышленный объект имеет технические и иные преимущества в сравнении с имеющимися аналогами, что подтверждает возможность достижения технического результата заявляемым объектом. В известных источниках информации не выявлено подобных электронагревательных панелей с указанной в предложении совокупностью существенных отличий, а потому предложенное техническое решение считается таковым, что может получить правовую защиту.
Существенное отличие предложенной керамической электронагревательной панели, от ранее известных, состоит в двойном конвективно-инфракрасном принципе обогрева помещений, что обеспечивается за счет комплексного конструкторского усовершенствования. Ни одна из известных электронагревательных панелей не может одновременно обладать всеми перечисленными преимуществами, поскольку вообще в их конструкциях не предусмотрено наличие керамических панелей с металлическими корпусами, покрытыми полимерным теплоаккумулирующем покрытием, а также системы функционального настенного крепления в виде рейлингов.
К техническим преимуществам предложенной керамической электронагревательной панели, в сравнении с прототипом, можно отнести следующее:
- расширение функциональных возможностей отдельных элементов конструкции за счет использования в качестве теплопроводного материала керамики вместо природного камня;
- снижение веса, стоимости и повышение технологичности изготовления по той же причине;
- отсутствие локального теплового воздействия на стену помещения в месте установки обогревателя за счет использования теплоаккумулирующего покрытия, нагревающего воздух, а не поверхность стены, а также за счет наличия промежутка заполненного постоянно циркулирующим воздухом между обогревателем и стеной благодаря наличию рейлингов;
- поддержка эффективного режима конвекции по той же причине;
- обеспечение удобства, надежности, простоты и практичности установки обогревателя в любой части помещения за счет использования рейлинговой системы настенного крепления;
- упрощение конструкции за счет отсутствия болтового соединения деталей обогревателя, в частности, теплоемкой панели с электронагревательным элементом и отражающей панелью, что обеспечивается за счет их размещения в металлическом корпусе;
- повышение ресурса эксплуатации, расширение области использования, улучшение санитарно-гигиенических показателей, обеспечение высокой степени и класса защиты по той же причине.
К экономическим преимуществам предложенной керамической электронагревательной панели, по сравнению с прототипом, можно отнести следующее:
- экономия электропотребления и высокий коэффициент полезного действия, достигаемые за счет использования принципа двойного конвективно-инфракрасного обогрева помещений;
- уменьшение времени нагрева помещения по той же причине.
Социально-потребительский эффект от внедрения предложенной керамической электронагревательной панели, по сравнению с использованием прототипа, получают за счет наиболее полного удовлетворения эстетических потребностей пользователей и обеспечения более комфортного теплового режима в помещении.
После описания предложенной керамической электронагревательной панели, специалистам в данной области знаний должно быть очевидным, что все вышеописанное является лишь иллюстративным, а не ограничительным, будучи представленным данным примером. Многочисленные возможные варианты изменения конфигурации рабочих панелей, типов соединений между ними, а также разновидности выполнения корпуса, настенных креплений и нагревательных элементов могут изменяться в зависимости от желаемых параметров и характеристик электронагревательных панелей и конкретных условий их эксплуатации, и, понятно, находятся в пределах объема одного из обычных и естественных подходов в данной области знаний, и рассматриваются находящимися в пределах объема предложенного технического решения.
Квинтэссенцией предложенного технического решения является то, что конвективно-инфракрасный обогрев помещений обеспечивается благодаря комплексному использованию конструктивных нововведений в виде керамической панели, металлического корпуса с полимерным теплоаккумулирующим покрытием и рейлинговой системы настенного крепления обогревателя, благодаря чему достигается технический результат, изменение отдельных элементов в предложенной керамической электронагревательной панели на иные, естественно, ограничивает спектр преимуществ, перечисленных выше, и не могут считаться новыми техническими решениями в данной области знаний, поскольку другие подобные конструкции уже не требуют какого-либо творческого подхода от инженеров и конструкторов, и не могут считаться результатами их творческой деятельности или новыми объектами промышленной собственности, соответствующими защите охранными документами в соответствии с действующим законодательством.