ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩАЯ ПАНЕЛЬ ЭЛЕКТРООБОГРЕВАТЕЛЯ

Полезная модель относится к устройствам для отопления, а именно к теплоаккумулирующим панелям электрообогревателей, и может быть использована в качестве основного или дополнительного источника тепла в жилых, офисных и производственных помещениях, дачных домиках, автоприцепах и на других объектах.
Известна теплоаккумулирующая панель электрообогревателя (патент RU №160287, МПК (2006.01): F24H 3/04; дата публикации 10.03.2016), содержащая панель из термостойкого материала и закрепленный в ней электронагревательный элемент, выполненный с возможностью соединения с источником питания. В качестве термостойкого материала используют композицию, состоящую из вяжущего материала в виде полиуретановой клеевой композиции и неорганического наполнителя в виде шамотного порошка. Электрообогреватель выполнен моноблочной конструкции и содержит также коробчатый металлический корпус и теплоизлучающую панель из керамогранита. Изготавливают электронагреватель посредством формования. Для этого на внутренней поверхности корпуса раскладывают электронагревательный элемент, заливают его полиуретановой клеевой композицией с добавлением к ней шамотного порошка и сверху накладывают теплоизлучающую панель. После затвердевания полиуретановая композиция образует теплоаккумулирующий элемент, жестко соединенный с внутренними поверхностями теплоизлучающей панели и корпуса.
Недостатками известной теплоаккумулирующей панели являются:
- повышенное потребление электроэнергии и сравнительно невысокий коэффициент его полезного действия (КПД) в связи с расположением теплоаккумулирующей панели между массивной теплоизлучающей панелью и корпусом, что приводит к потерями электроэнергии на поддержание рабочей температуры этих элементов при работе электрообогревателя;
- недостаточное удобство использования в связи с большой массой теплоаккумулирующей панели и электрообогревателя в целом.
Известна теплоаккумулирующая панель электрообогревателя (патент RU №184993, МПК (2006.01): Н05В 1/00; дата публикации 16.11.2018) монолитной конструкции, содержащая панель из термостойкого материала и электронагревательный элемент из нихромового провода в оболочке из кремнийорганической резины, расположенный внутри панели и выполненный с возможностью соединения с источником питания. В качестве термостойкого материала используют композицию, состоящую из вяжущего материала в виде полимербетона с добавками и неорганического наполнителя в виде смеси кристалов горного кварца фракции 5-20 мм при следующем их соотношении, соответственно, мас. %: 30,0 и 70,0. Панель изготавливают методом формования в опалубке. Для этого опалубку частично заполняют композицией термостойкого материала, уплотняют слой посредством вибратора, закрепляют на противоположных сторонах уплотненного слоя монтажные стержни и между ними зигзагообразно натягивают электронагревательный элемент, концы которого жестко соединяют с питающим проводом. После этого упомянутой композицией заполняют оставшуюся часть объема опалубки и повторно уплотняют ее посредством вибратора. По мере затвердевания композиции стержни извлекают и продолжают уплотнять заполненный объем. После полного затвердевания композиции панель извлекают из опалубки.
Недостатками известной теплоаккумулирующей панели являются:
- сравнительно высокая трудоемкость изготовления в связи с необходимостью выполнения в процессе формования панели операций по уплотнению материала и монтажу электронагревательного элемента;
- повышенное потребление электроэнергии и сравнительно невысокий его КПД в связи с потерями электроэнергии на поддержание температуры накаливания электронагревательного элемента из нихромового провода.
2
Известна теплоаккумулирующая панель электрообогревателя (патент UA №117136, МПК (2006): F24H 7/06; Н05В 3/14; Н05В 3/34; F24D 13/00; дата публикации 25.06.2018) моноблочной конструкции, содержащая две соединенные между собой панели из термостойкого материала и электронагревательный элемент из волокнистого материала на основе углерода в термостойкой оболочке, расположенный в каналах на внутренней поверхности одной из панелей. В качестве термостойкого материала используют монокристаллическую каолиновую керамику. Каналы в панели выполнены с образованием зазора с электронагревательным элементом для компенсации теплового расширения. Панели при их соединении содержат систему микроканалов, выполненных с возможностью вентиляции каналов с электронагревательным элементом. Длину и высоту теплоаккумулирующей панели выбирают из условия размещения электронагревательного элемента длиной 8,5 м на каждые 0,18 м площади боковой поверхности. В качестве волокнистого материала на основе углерода используют непрерывные вискозные волокна или готовые углеродные волокна, сплетенные в шнур объемным плетением типа "чулок". Термостойкая оболочка выполнена из пироуглерода и дополнительно покрыта лампадной копотью с коэффициентом излучения (степенью черноты) не менее 0,9, что позволяет увеличить тепловой поток. Диаметр сечения электронагревательного элемента составляет 2 мм или более. Выполнение теплоаккумулирующей панели из монокристаллической каолиновой керамики в сочетании с выполнением электронагревательного элемента из волокнистого материала на основе углерода позволяет существенно уменьшить потребление электроэнергии и увеличить ее КПД по сравнению с известными панелями.
Недостатками известной теплоаккумулирующей панели являются:
- сравнительно высокая трудоемкость изготовления в связи с использованием термостойкого материала на основе монокристаллической каолиновой керамики, требующей специального оборудования для приготовления ее композиции, формования заготовок, их термической обработки и последующей сборки;
- недостаточное удобство использования в связи с большой массой теплоаккумулирующей панели и электрообогревателя в целом.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования конструкции теплоаккумулирующей панели за счет иного выполнения панелей из термостойкого материала и иного их соединения между собой, а также использования иных термостойких материалов, обладающих большей технологичностью при изготовлении.
Технический результат от реализации поставленной задачи заключается в существенном снижении трудоемкости изготовления теплоаккумулирующей панели за счет использовании термостойких материалов, позволяющих осуществлять формование изделия без использования сложного технологического оборудования и термической обработки. Указанный технический результат обеспечивается одновременно с повышением удобства использования за счет существенного снижения массы панели и электрообогревателя в целом.
Поставленная задача решается тем, что в теплоаккумулирующей панели электрообогревателя, содержащей две соединенные между собой панели из термостойкого материала и электронагревательный элемент из волокнистого материала на основе углерода в термостойкой оболочке, расположенный между панелями и выполненный с возможностью соединения с источником питания, согласно полезной модели она выполнена монолитной, упомянутые панели выполнены в виде внешней и внутренней панелей, жестко соединенных между собой методом формования, при этом в качестве термостойкого материала для внутренней панели используют гипсоволокнистый листовой материал, в качестве термостойкого материала для внешней панели используют композицию, состоящую из вяжущего материала и неорганического наполнителя, не требующих термической обработки при изготовлении, а в качестве термостойкой оболочки электронагревательного элемента используют эластичный материал.
Целесообразно, чтобы термостойкая оболочка электронагревательного элемента была выполнена из силикона.
Целесообразно также, чтобы сечение и длину электронагревательного элемента выбирали с учетом заданной тепловой мощности электрообогревателя.
Совокупность существенных отличительных признаков заявляемого технического решения позволяет решить поставленную задачу. В частности, выполнение теплоаккумулирующей панели монолитной и состоящей из внешней и внутренней панелей, жестко соединенных между собой методом формования, позволяет существенно уменьшить трудоемкость ее изготовления и массу по сравнению с известным техническим решением. Использование в качестве термостойкого материала для внутренней панели гипсоволокнистого листового материала, а для внешней панели - композиции, состоящей из вяжущего материала и неорганического наполнителя, не требующих термической обработки при изготовлении, позволяют существенно уменьшить трудовые и материальные затраты за счет исключения трудоемких операций, связанных с приготовлением пластичной композиции, термической обработкой заготовок и последующей их сборкой. Использование в качестве термостойкой оболочки для электронагревательного элемента эластичного материала позволяет эффективно компенсировать тепловое расширение материала панели при нагревании.
Сущность заявляемого технического решения поясняется на примере теплоаккумулирующих панелей электрообогревателя, разработанных ООО «ХИТЕРСОН» (г. Краснодар).
На фигурах чертежа представлены: на фиг. 1 - вид спереди; на фиг. 2 -сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема монтажа электронагревательного элемента на внутренней панели.
Теплоаккумулирующая панель выполнена монолитной и состоит (фиг. 1, 2) из внешней 1 и внутренней 2 панелей и электронагревательного элемента 3. Внешняя панель 1 является формообразующей и выполнена из композиции термостойких материалов, состоящей из вяжущего материала и неорганического наполнителя, не требующих термической обработки при изготовлении. В композиции могут использоваться вспомогательные материалы, например, пластификаторы и/или красители. Внутренняя панель 2 выполнена из гипсоволокнистого листового материала (ГВЛ). Электронагревательный элемент 3 выполнен из волокнистого материала на основе углерода в силиконовой оболочке и смонтирован зигзагообразно на поверхности внутренней панели 2 перед выполнением формования (фиг. 3). Зигзагообразное расположение электронагревательного элемента 3 позволяет обеспечить равномерный нагрев теплоаккумулирующей панели по ее площади и поперечному сечению при работе электронагревателя. Силиконовая оболочка обеспечивает защиту волокнистого материала на основе углерода от механических повреждений при монтаже и позволяет компенсировать воздействие на него монолитной конструкции панели в результате теплового расширения.
Теплоаккумулирующую панель изготавливают следующим образом.
Пример 1. Теплоаккумулирующая панель из термостойкой композиции минеральных материалов.
Габаритные размеры теплоаккумулирующей панели составляют 700×400×25 мм, масса панели - 9,0 кг. Термостойкая композиция для внешней панели 1 содержит в качестве вяжущего материала - полугидрат гипса и гидрат извести, в качестве наполнителя - кварцевый песок, а также технологические присадки при следующем их соотношении в сухом виде, мас.%: вяжущее - 80,0-90,0; наполнитель - 8,0-19,0; присадки - 1,0-2,0. Для приготовления композиции в консистенции однородной пластичной массы на 1 кг сухих компонентов используют от 1000 до 1200 мл воды. Для изготовления внутренней панели 2 используют лист ГВЛ толщиной 12,0 мм по ГОСТ Р 51829-2001 «Листы гипсоволокнистые. Технические условия».
Из листа ГВЛ вырезают внутреннюю панель 2 размером 650×350 мм и укладывают ее в опалубку, внутренние размеры которой соответствуют габаритным размерам теплоаккумулирующей панели. На обращенной вверх поверхности внутренней панели 2 посредством пинов 4 монтируют электронагревательный элемент 3, размещая его равномерными зигзагами. Свободные концы электронагревательного элемента 3 жестко соединяют с электрическим шнуром 5 для подключения к источнику питания и изолируют место их соединения. Сечение и длину электронагревательного элемента 3, а также шаг зигзага выбирают с учетом заданной расчетной величины электрического сопротивления, определяющего тепловую мощность электрообогревателя.
Подготовленную таким образом внутреннюю панель 2 с закрепленным на ней электронагревательным элементом 3 заполняют пластичной консистенцией термостойкой композиции, формирующей внешнюю панель 1. После заполнения опалубки лицевую поверхность внешней панели 1 выравнивают и выдерживают ее в опалубке в течение 72 часов для затвердевания и сушки при комнатной температуре. Далее заготовку теплоаккумулирующей панели извлекают из опалубки и складируют на стеллаж для последующего использования в настенном или напольном электронагревателе. Перед монтажом электронагревателя все поверхности теплоаккумулирующей панели шлифуют наждачным кругом. В зависимости от исполнения электронагревателя на теплоаккумулирующей панели закрепляют элементы для ее навешивания на стенку или для установки на полу помещения. В дальнейшем электронагреватель используют известным способом.
Использование в качестве вяжущего материала полугидрата гипса позволяет повысить ее тепловую эффективность за счет большей удельной теплоемкости этого материала по сравнению с другими минеральными материалами. Одновременно этот материал создает новые потребительские качества, позволяющие использовать теплоаккумулирующую панель в качестве декоративного элемента в интерьере помещений, например, посредством ее окраски и/или выполнения графики на лицевой стороне, что расширяет область применения электронагревателя.
Пример 2. Теплоаккумулирующая панель из термостойкой композиции полимерно-минеральных материалов.
Габаритные размеры теплоаккумулирующей панели составляют 700×400×25 мм, масса панели - от 9,0 до 12,0 кг. Термостойкая композиция для внешней панели 1 содержит в качестве вяжущего материала - двухкомпонентный эпоксидный клеевой состав и в качестве наполнителя - каменную крошку или мелкую гальку, при следующем их соотношении в сухом весе, мас.%: вяжущее - 1,5-2,0; наполнитель - 98,0-98,5. Для изготовления внутренней панели 2 используют лист ГВЛВ толщиной 10,0 мм по ГОСТ Р 51829-2001.
Подготовку и формование панелей 1 и 2 и монтаж электронагревательного элемента 3 выполняют аналогично примеру 1. Выдержку теплоаккумулирующей панели в опалубке для затвердевания осуществляют в течение 72 часов при комнатной температуре.
Использование в качестве наполнителя каменной крошки или мелкой гальки позволяет придать теплоаккумулирующей панели оригинальный внешний вид и использовать ее в качестве декоративного элемента в помещении, что расширяет область применения электронагревателя.
Заявляемые соотношения компонентов термостойкого материала в примерах 1 и 2 определены опытным путем. Уменьшение содержания вяжущего материала в композициях приводит к снижению прочностных характеристик, а увеличение - к образованию трещин в результате усадки. Содержание наполнителя в композициях также является оптимальным, поскольку его уменьшение приводит к снижению прочности, а увеличение - к повышению хрупкости. При обеспечении указанных соотношений компонентов теплоаккумулирующая панель обладает достаточной механической прочностью и тепловой эффективностью. Максимальная температура нагрева теплоаккумулирующей панели составляет 95°С, а КПД - до 98%.
Представленная на фигурах и в описании конструкция теплоаккумулирующей панели не исчерпывает все возможные варианты ее исполнения, обеспечивающие достижение заявленного технического результата. Внешняя панель 1 может быть выполнена из иных композиций термостойкого материала, не требующих термической обработки при изготовлении. В частности, в качестве вяжущего материала могут использоваться полимербетон и различные быстротвердеющие полимерные смолы, а в качестве наполнителя - широкая группа минеральных материалов соответствующего фракционного состава.
Заявляемое техническое решение апробировано в разных условиях эксплуатации и подтвердило свои преимущества по сравнению с известными электрообогревателями. Теплоаккумулирующая панель сочетает в себе простую конструкцию, небольшую массу и высокую тепловую эффективность. При этом обеспечиваются широкие возможности для разнообразия внешнего вида панелей, позволяющие органично использовать их в качестве элементов интерьера разных по назначению помещений.