НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ (ВАРИАНТЫ)

Предлагаемая группа полезных моделей относится к области строительства и отопления, касается вариантов нагревательного элемента, который может быть использован для предотвращения обледенения тротуаров, лестничных площадок, крыш зданий и образования сосулек, для нагрева жидкости в открытых и закрытых емкостях.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели является нагревательный элемент, защищенный патентом RU 132820 U1, кл. E04D 13/00, опубл. 27.09.2013 г., принятый за ближайший аналог (прототип).
Нагревательный элемент по прототипу содержит один или несколько проводников теплоносителя, установленных между слоями полимерной пленки, при этом проводник или проводники выполнены в виде трубы или труб, а слои полимерной пленки выполнены из пластифицированного поливинилбутираля.
Преимуществом и общим признаком с предлагаемой полезной моделью является выполнение проводника теплоносителя между слоями полимерной пленки, что способствует упрощению изготовления, монтажа, обслуживания и ремонта нагревательного элемента.
Недостатком нагревательного элемента по прототипу является использование труб в качестве проводника (проводников), которые утяжеляют конструкцию, уменьшают ее функциональные возможности, снижают теплоотдачу.
В задачу полезной модели положено усовершенствование нагревательного элемента.
Технический результат от использования группы полезных моделей заключается в повышении теплоотдачи, снижении веса, расширении функциональных возможностей.
Это достигается тем, что в нагревательном элементе, содержащем, по меньшей мере, один проводник теплоносителя, выполненный между слоями полимерной пленки, проводник теплоносителя выполнен в виде герметичной полости, образованной соединенными между собой слоями полимерной пленки, в которую установлена спираль, снабженная элементами соединения с источником тепла; спираль выполнена из металлической проволоки диаметром 0,2-4 мм; спираль выполнена с межвитковым шагом 1-50 мм, диаметром 5-100 мм; слои полимерной пленки выполнены из пластифицированного поливинилбутираля; герметичная полость, образованная соединенными между собой слоями полимерной пленки, выполнена с внутренним диаметром равным внешнему диаметру установленной спирали; элементы соединения выполнены в виде полимерных трубок, с одной стороны надевающихся на спираль, а с другой стороны соединенных с источником тепла; нагревательный элемент содержит контрольно-измерительную аппаратуру; нагревательный элемент содержит элементы крепления к поверхности; нагревательный элемент содержит защитный слой поверхности; защитный слой поверхности выполнен в виде покрытия из металла, или из дерева, или из камня, или из полимерного материала; в качестве пластификатора используют изоборнилксиленол, или 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол, триэтиленгликоль-ди-н.гептаноата, триоктилтримелитат (TOTM), триэтиленгликоль-ди-2-этилгексаноат (3G8), DOTP; нагревательный элемент содержит 2-10 слоев полимерной пленки.
Это достигается также тем, что в нагревательном элементе, содержащем проводники теплоносителя, выполненные между слоями полимерной пленки, проводники теплоносителя выполнены в виде герметичных полостей, образованных соединенными между собой слоями полимерной пленки, в которые установлены спирали, снабженные элементами соединения с источником тепла; спирали выполнены из металлической проволоки диаметром 0,2-4 мм; спирали выполнены с межвитковым шагом 1-50 мм, диаметром 5-100 мм; слои полимерной пленки выполнены из пластифицированного поливинилбутираля; герметичные полости, образованные соединенными между собой слоями полимерной пленки, выполнены с внутренним диаметром равным внешнему диаметру установленной спирали; элементы соединения выполнены в виде полимерных трубок, с одной стороны надевающихся на спирали, а с другой стороны соединенных с источником тепла; проводники выполнены параллельно на расстоянии 10-500 мм друг от друга; нагревательный элемент содержит 2-10 слоев полимерной пленки; проводники выполнены между слоями полимерной пленки друг над другом; нагревательный элемент содержит контрольно-измерительную аппаратуру; нагревательный элемент содержит элементы крепления к поверхности; нагревательный элемент содержит защитный слой поверхности; защитный слой поверхности нагревательного элемента выполнен в виде покрытия из металла, или из дерева, или из камня, или из полимерного материала; в качестве пластификатора используют изоборнилксиленол, или 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол, триэтиленгликоль-ди-н.гептаноата, триоктилтримелитат (TOTM), триэтиленгликоль-ди-2-этилгексаноат (3G8), DOTP.
На фиг. 1 представлен общий вид проводника нагревательного элемента по 1 и 2 вариантам, где d - диаметр проволоки, L - межвитковый шаг, D - диаметр пружины.
На фиг. 2 представлен рисунок нагревательного элемента по 1 варианту.
На фиг. 3 представлен рисунок нагревательного элемента по 2 варианту.
Конструктивно нагревательный элемент по 1 и 2 вариантам на фиг. 1-3 содержит:
1 - слои полимерной пленки;
2 - герметичная полость;
3 - спираль;
4 - элементы соединения с источником тепла.
Нагревательный элемент по 1 варианту содержит, по меньшей мере, один проводник теплоносителя, выполненный между слоями полимерной пленки 1.
Проводник теплоносителя выполнен в виде герметичной полости 2, образованной соединенными между собой слоями полимерной пленки 1, в которую установлена спираль 3, снабженная элементами соединения с источником тепла 4.
Спираль 3 выполнена, например, из металлической проволоки диаметром 0,2-4 мм.
Спираль 3 выполнена, например, с межвитковым шагом 1-50 мм, диаметром 5-100 мм.
Слои полимерной пленки 1 выполнены, например, из пластифицированного поливинилбутираля.
Герметичная полость 2, образованная слоями полимерной пленки 1, выполнена с внутренним диаметром равным внешнему диаметру установленной спирали 3.
Элементы соединения 4 выполнены в виде полимерных трубок, с одной стороны надевающихся на спираль 3, а с другой стороны соединенных с источником тепла.
Нагревательный элемент по 1 варианту может содержать контрольно-измерительную аппаратуру.
Нагревательный элемент по 1 варианту может содержать элементы крепления к поверхности.
Нагревательный элемент по 1 варианту может содержать защитный слой поверхности.
Защитный слой поверхности выполнен, например, в виде покрытия из металла, или из дерева, или из камня, или из полимерного материала.
В качестве пластификатора поливинилбутираля используют, например, изоборнилксиленол, или 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол, триэтиленгликоль-ди-н.гептаноата, триоктилтримелитат (TOTM), триэтиленгликоль-ди-2-этилгексаноат (3G8), DOTP.
Нагревательный элемент по 1 варианту содержит, например, 2-10 слоев полимерной пленки 1.
Нагревательный элемент по 2 варианту содержит проводники теплоносителя, установленные между слоями полимерной пленки 1.
Проводники теплоносителя выполнены в виде герметичных полостей 2, образованных соединенными между собой слоями полимерной пленки 1, в которые установлены спирали 3, снабженные элементами соединения с источником тепла 4.
Спирали 3 выполнены, например, из металлической проволоки диаметром 0,2-4 мм.
Спирали выполнены, например, с межвитковым шагом 1-50 мм, диаметром 5-100 мм.
Слои полимерной пленки 1 выполнены, например, из пластифицированного поливинилбутираля.
Герметичные полости 2, образованные слоями полимерной пленки 1, выполнены с внутренним диаметром равным внешнему диаметру установленной спирали 3.
Элементы соединения 4 выполнены в виде полимерных трубок, с одной стороны надевающихся на спирали 3, а с другой стороны соединенных с источником тепла.
Проводники установлены, например, параллельно на расстоянии 10-500 мм друг от друга.
Нагревательный элемент по 2 варианту содержит, например, 2-10 слоев полимерной пленки 1.
Проводники могут быть установлены между слоями полимерной пленки 1 друг над другом.
Нагревательный элемент по 2 варианту может содержать контрольно-измерительную аппаратуру.
Нагревательный элемент по 2 варианту может содержать элементы крепления к поверхности.
Нагревательный элемент по 2 варианту может содержать защитный слой поверхности.
Защитный слой поверхности выполнен в виде покрытия из металла, или из дерева, или из камня, или из полимерного материала.
В качестве пластификатора поливинилбутираля используют, например, изоборнилксиленол, или 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол, триэтиленгликоль-ди-н.гептаноата, триоктилтримелитат (TOTM), триэтиленгликоль-ди-2-этилгексаноат (3G8), DOTP.
Сборку предлагаемой полезной модели осуществляют следующим образом.
Слои полимерной пленки 1 изготавливают из полимерного материала, например, из пластифицированного поливинилбутираля на экструдере. В качестве пластификатора используют, например, изоборнилксиленол, или 2,6-ди-трет-бутил по п. 1-4-метил-фенол, триэтиленгликоль-ди-н.гептаноат, триоктилтримелитат (TOTM), триэтиленгликоль-ди-2-этилгексаноат (3G8), DOTP.
Спираль 3 изготавливают, например, из проволоки диаметром 0,2-4 мм, с межвитковым шагом 1-50 мм, диаметром 5-100 мм.
На концы спирали 3 надевают элементы соединения с источником тепла 4, выполненные, например, в виде полимерных трубок. Свободные концы трубок соединяют с источником тепла.
На ровной поверхности укладывают первый слой полимерной пленки 1, на него укладывают спираль 3, или спирали 3 на заданном согласно техническому заданию расстоянии друг от друга, сверху укладывают второй слой полимерной пленки 1. При этом слои полимерной пленки 1, предварительно подогретые до температуры 30-60°C для ускорения процесса полимеризации, склеиваются между собой в местах не закрытых спиралью 3, или спиралями 3, образуя герметичную полость 2, внутренний диаметр которой равен внешнему диаметру спирали 3, фиксируя спираль 3 в нужном положении.
Для ускорения изготовления могут использовать ламинатор и органические растворители, например, растворители на эфирах, спиртах, кетонах, бензолах, которые наносят тонким слоем на соединяемые слои полимерной пленки 1 и прижимают друг к друг.
Количество слоев полимерной пленки 1 в нагревательном элементе могут выполнять более двух.
При этом в нагревательном элементе по 2 варианту спирали 3 могут укладывать между слоями полимерной пленки 1 друг над другом.
Нагревательный элемент могут выполнять с контрольно-измерительной аппаратурой (с датчиками температуры, с датчиками давления, с электромагнитными клапанами), которую устанавливают, например, между слоями полимерной пленки 1 в свободном пространстве между спиралями 3, или внутри спиралей 3.
Нагревательный элемент могут выполнять с элементами крепления к поверхности и защитным слоем, который выполняют, например, в виде покрытия из металла, или из дерева, или из камня, или из полимерного материала.
Нагревательный элемент могут выполнять любой формы, например, в виде пластины прямоугольной, круглой, фигурной формы, или в виде трубы.
При изготовлении нагревательного элемента в виде трубы используют готовый плоский нагревательный элемент, который сворачивают в трубу внахлест, предварительно нанеся на его соединяемые края растворитель, прижимая их друг к другу до склеивания (полимеризации). Такой нагревательный элемент могут использовать, например, в трубах для отвода ливневых вод.
Нагревательный элемент выполняют, например, толщиной 0,8-100 мм, шириной 10-10000000 мм, длиной 10-10000000 мм, радиусом 1-10000000 мм.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.
Нагревание поверхности посредством нагревательного элемента происходит за счет теплоносителя (вода, рассол, другие незамерзающие жидкости, не содержащие спиртов), циркулирующего внутри герметичной полости 2 со спиралью 3, снабженной элементами соединения 4 с различными системами нагрева (источником тепла).
Предлагаемые варианты нагревательного элемента могут использоваться:
- как нагревающий элемент;
- как нагреваемый элемент;
- в паре, когда один нагревательный элемент используют как нагревающий, а другой - как нагреваемый.
При замкнутой системе теплообмена (нагревательный элемент и источник тепла) предлагаемый нагревательный элемент используют как нагревающий элемент. Нагревательный элемент крепят к нагреваемой поверхности, посредством элементов соединения 4 соединяют его с источником тепла. Систему заполняют теплоносителем. В соединительные трубы врезают насос. Запускают систему циркуляции теплоносителя. Устанавливают температурный режим нагревательного элемента, путем изменения параметров источника тепла или нагревательного элемента.
При прохождении теплоносителя от источника тепла по герметичной полости 2, или по герметичным полостям 2, часть тепла передается на контактирующие поверхности и нагревает их.
В нагревательном элементе поддерживают необходимую температуру, для предотвращение образования сосулек, наледи используют теплоноситель температурой +1°C и выше.
При использовании солнечного, рекуперативного тепла предлагаемый нагревательный элемент используют как нагреваемый для нагрева теплоносителя в герметичных полостях 2.
Нагревательные элементы могут использовать в паре, когда один нагревательный элемент используют в качестве источника тепла, укладывая его, например, на пол отапливаемого чердачного помещения, где он нагревается от температуры окружающей среды до плюсовой температуры, а другой нагревательный элемент устанавливают на крыше, где он отдает, полученное тепло поверхности крыши, предотвращая образование наледи и сосулек. При этом нагревательные элементы соединяют между собой трубами. Насос, для циркуляции теплоносителя, устанавливают на подающую трубу (или обратку) к нагреваюшему элементу на крыше. Соединительные трубы выполняют с теплоизоляцией для уменьшения теплопотерь при передаче тепла.
Конструктивное выполнение проводника теплоносителя в виде герметичной полости, образованной соединенными между собой слоями полимерной пленки, с установленной в ней спиралью, способствует снижению веса нагревательного элемента, повышению теплоотдачи, обеспечивает большую гибкость нагревательного элемента по сравнению с конструкцией, в которой проводники выполнены в виде труб, что способствует расширению функциональных возможностей нагревательного элемента, поскольку позволяет легко и быстро подключать/отключать его практически к/от любой системе(ы) теплоснабжения с любым теплоносителем, выполнять любой формы и использовать для любых поверхностей независимо от их рельефа.
Ниже приведены примеры конкретного исполнения предлагаемой группы полезных моделей.
Пример 1.
Изготовили слои полимерной пленки нагревательного элемента прямоугольной формы шириной 700 мм, толщиной 600 мкм, длиной 12000 мм из пластифицированного поливинилбутираля следующего состава:
- 76% поливинилбутираля.
- 24% пластификатор триэтиленгликоль-ди-2-этилгексаноат (3G8). Между слоями полимерной пленки из пластифицированного
поливинилбутираля в продольном направлении на расстоянии 60 мм друг от друга уложили шесть спиралей, выполненных из пружины (сталь 65Г) диаметром 8 мм, с толщиной проволоки 1,5 мм. Собранный нагревательный элемент прогнали через ламинатор для фиксации спиралей, подали на намотчик, упаковали с разделительной подложкой из ПЭ пленки.
Использовали нагревательные элементы с пленкой толщиной 1.8 мм, расстоянием между спиралями 90 мм, диаметром спиралей 8 мм, шагом витков спиралей 4 мм, диаметром проволоки 1.5 мм для установки на карнизе двускатной крыши, покрытой металлочерепицей (работы проводили при температуре воздуха не ниже 0°C).
2
Прикрепили кровельными саморезами нагревательный элемент площадью 20 м. кв, шириной 600 мм по периметру (нижний край опустили в желоб водосливной трубы). Элементы соединения проводников с помощью теплоизолированной гофрированной металлической трубы диаметром 16 мм завели в чердачное помещение и подсоединили к источнику тепла. В качестве источника тепла использовали теплообменник из нагревательного элемента площадью 45 м, уложенного на пол чердачного помещения и сверху закрытого теплоизоляцией и деревянной решеткой. К выходящей трубе врезали электронасос «Циркуль 25/40» P=30-60 вт и подключили к электросети. Систему заполнили теплоносителем - рассолом (вода 85% + хлорид кальция 15%) до полного выхода воздуха.
В расширительном бачке установили оптимальный уровень. Включили насос. Проверили все соединения на протечки и циркуляцию рассола. Использовали теплоноситель с температурой не ниже 0°C при температуре воздуха до -15°C. Нагревательный элемент на карнизе по всей длине сверху закрыли оцинкованной металлической полосой толщиной 0,5 мм на расстоянии 4-20 мм от верхнего слоя полимерной пленки.
Монтажные работы по установке указанного нагревательного элемента выполняли в течение 5-7 часов.
2
Потребление электроэнергии за отопительный сезон (130 суток) на обеспечение функционирования указанной системы 100-150 квт или 2.5 вт/м х час.
Осуществляют периодическое обслуживание, связанное с контролем уровня теплоносителя.
Примерный срок службы указанного нагревательного элемента составляет 10-30 лет.
Пример 2.
Изготовили слои полимерной пленки шириной 1300 мм, толщиной 0.9 мм, длиной 86 м.п. из пластифицированного поливинилбутираля следующего состава:
- 82% поливинилбутираля
- 18% пластификатор - триэтиленгликоль-ди-2-этилгексаноат (3G8);
Разложили на ровной поверхности первый слой полимерной пленки. На него уложили спирали из проволоки (сталь 65Г) диаметром 16 мм, длинной 43 м, толщина проволоки 2 мм, по всей длине полимерной пленки. Установили датчики температуры на входе и выходе, спирали из металлической проволоки и датчики сверху закрыли вторым слоем полимерной пленки и соединили слои по всей площади при температуре 30-40°C.
Собранный нагревательный элемент разместили вдоль бассейна на солнечной стороне, закрыв сверху по всей площади террасной доской.
Воду из бассейна посредством насоса «Циркуль 25/40» подавали в нагревательный элемент, а из нагревательного элемента подогретая вода поступала в бассейн. Потребляемая мощность насоса «Циркуль 25/40» 30-60 вт.
3
При производительности 2,5-3 м /час, в солнечный день с температурой воздуха 20°C в течение дня нагревательный элемент прогревался до 35-68°C, протекающая через нагревательный элемент вода нагревалась на 1-9°C, т.о. вода в бассейне 20 м за день прогревалась дополнительно на 2-5°C.
Время монтажа указанного нагревательного элемента составило 20 часов.
Осуществляют периодическое обслуживание указанной системы, связанное с чисткой бассейна.
Примерный срок службы указанного нагревательного элемента 10-30 лет.