ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к области пищевого технологического оборудования, а именно к электрическим нагревательным устройствам - электрическим конфоркам с регулируемой площадью и мощностью нагрева.
Из уровня техники известны различные конструкции электрических нагревательных устройств с регулируемой площадью и мощностью нагрева. Например, технические решения, раскрытые в патентах GB 539141, СА 2188002, GB 642264, RU 2246804, RU 2035011, US 691587, опубликованных заявках JP 2006-100067, JP 2003-106537, JP 2000-340344, JP 08-045649, JP 2000-150119, JP 2000-223246, JP 2006-005095, WO 2004/041643.
Существующие известные конструкции нагревательных устройств работают либо постоянно на полную мощность, либо при ступенчатой регулировке нагрева, при этом градиент температур в разных частях поверхности заметно отличается. Для регулирования площади нагрева используют раздельное выполнение спиральных нагревательных элементов в одной плоскости, при этом нагревательный элемент также может состоять из нескольких секций.
Общими недостатками известных конструкций нагревательных устройств являются ограничения по регулированию параметров нагрева (площади, мощности и т.д.), недостаточная равномерность нагрева поверхности, что в итоге существенно ограничивает их промышленное использование.
Наиболее близким аналогом предложенного устройства является решение по патенту GB 539141.
В патенте GB 539141 описана усовершенствованная электрическая конфорка. В основе патента лежит утверждение, что при нагревании ТЭНа (трубчатый электронагреватель) происходит его удлинение. В результате удлинения нагревательного элемента, при жесткой фиксации его на корпусе, произойдет деформация греющей поверхности. Предлагаются различные варианты крепления, позволяющие зафиксировать ТЭН неподвижно и одновременно дать ему небольшую свободу для перемещения при нагревании. В решении по патенту GB 539141 предлагается использовать два нагревательных элемента, выполненных в виде спирали, также рассматривается вариант со вложенным расположением ТЭНов (внешний выполнен в виде окружности, внутренний в виде плотной спирали). При этом не рассматривается такой аспект, как нагревание больших поверхностей, когда возникнет вопрос равномерного прогрева всей поверхности с возможностью регулирования мощности нагрева.
К недостаткам решения, известного из патента GB 539141, можно отнести существенное усложнение конструкции при нагреве больших поверхностей, сложность изготовления данной модели, а также сложность ремонта при выходе из строя одного из нагревательных элементов.
Задача, на решение которой направлено предложенное решение, заключается в создании надежного нагревательного устройства, обеспечивающего возможность равномерного регулируемого нагрева больших поверхностей.
Для решения поставленной задачи предложено электрическое нагревательное устройство, содержащее нагреваемую поверхность с, по меньшей мере, тремя параллельно расположенными электрическими нагревательными элементами, каждый из которых выполнен по форме в
виде спирали и смещен относительно соседнего нагревательного элемента в одной плоскости на заданное расстояние для обеспечения равномерной площади нагрева всей нагреваемой поверхности при работе даже одного нагревательного элемента и компенсации эффекта удлинения и расширения нагревательных элементов при повышенных температурах. При этом каждый нагревательный элемент подключен к блоку питания и управления нагревательным устройством и имеет возможность независимой регулировки мощности нагрева.
Для обеспечения плотного контакта с нагреваемой поверхностью нагревательные элементы могут быть прижаты к ней посредством кронштейнов.
Возможно расположение нагревательных элементов в канавках на нагреваемой поверхности, повторяющих форму нагревательных элементов, и имеющих зазоры, предназначенные для беспрепятственного расширения и удлинения нагревательных элементов при повышенных температурах.
Для обеспечения равномерного нагрева целесообразно, чтобы нагревательные элементы были смещены друг относительно друга на угол равный отношению 360° к количеству нагревательных элементов.
Для равномерной площади нагрева соседние концы нагревательных элементов также должны быть смещены друг относительно друга на равное заданное расстояние.
Учитывая использование минимум трех нагревательных элементов, возможно подключение их в трехфазную сеть с равномерным распределением нагрузки между фазами. При этом каждый нагревательный элемент, как правило, подключен в отдельную фазу.
Блок питания и управления обеспечивает ступенчатую регулировку мощности с последовательным включением нагревательных элементов.
Нагревательные элементы выполнены одинаковыми, что позволяет упростить их производство, монтаж и ремонт.
Нагревательные элементы целесообразно выполнять по форме в виде спирали Архимеда.
Технический результат, обеспечиваемый предложенным решением, заключается в обеспечении равномерного нагрева поверхности большой площади при ступенчатом регулировании мощности нагревательного устройства.
Для достижения указанного технического результата в устройстве предусмотрены нагревательные элементы, выполненные в форме спиралей, смещенные друг относительно друга на угол, необходимый для равномерного заполнения площади поверхности.
В предпочтительном варианте количество электрических нагревательных элементов кратно трем, а угол смещения нагревательных элементов 120°. В этом случае возможно подключение устройства в трехфазную сеть с равномерным распределением нагрузки между фазами, при работе устройства на полную мощность.
Отличие предложенного решения от известного из GB 539141 заключается в наличие трех нагревательных элементов в форме спирали. В этом случае появляется возможность подключить каждый нагревательный элемент в отдельную фазу, что важно при большой потребляемой мощности. Кроме того, в случае работы не всех нагревательных элементов (одного или двух) все равно получается равномерно прогретая поверхность, даже при меньшей мощности. Предложенная конструкция также позволяет ступенчато регулировать мощность с последовательным включением нагревательных элементов, что отсутствует у прототипа. Спиральная форма нагревательных элементов, выполненных одинаковыми, позволяет плотно покрыть всю поверхность. При этом форма нагревательных элементов остается относительно простой и
одинаковой у всех элементов, что упрощает их производство, монтаж и ремонт.
Эффект удлинения нагревательных элементов вследствие увеличения температуры, которому особое внимание уделяется в патенте GB 539141, будет компенсироваться за счет подбора расстояния между нагревательными элементами, который не составляет особого труда. Кроме того, в предложенном решении учитывается также и эффект расширения нагревательных элементов при повышенных температурах.
Ниже приводятся варианты выполнения предложенного нагревательного устройства.
Предпочтительной формой нагреваемой поверхности является окружность, так как в этом случае спиральные нагревательные элементы максимально полно покроют ее. Форма нагреваемой поверхности может быть также прямоугольной и любой другой. Чтобы свести к минимуму деформации нагреваемой поверхности, вследствие температурного расширения, толщина ее должна быть значительной, т.е. не менее 10-15 мм при диаметре поверхности от 500 до 800 мм.
В качестве нагревательных элементов могут выступать трубчатые электронагреватели (ТЭНы). Количество витков и расстояние между витками нагревательного элемента подбирается опытным путем, исходя из диаметра нагревательной поверхности, ее толщины и мощности нагрева.
На фиг.1 представлено размещение трубчатых электронагревателей спиральной формы (2) на поверхности круглой формы (1).
На фиг.2 представлен вариант конструкции нагревательного устройства круглой формы, где 3 - защитный кожух; 4 - нагреваемая поверхность; 5 - шпилька; 6 - швеллер; 7 - стойка; 8 - картон термостойкий; 9 - металлический диск; 10 - кронштейн; 11 - термоизоляционный материал; 12 - трубчатый электронагреватель (ТЭН).
Защитный кожух (3) служит для защиты ТЭНов (12) от воздействия внешних факторов, например, случайно пролитая жидкость и т.п.
Нагревательные элементы ТЭНов (12) выполнены в форме спирали Архимеда. Располагаются нагревательные элементы как можно плотнее к поверхности и закрепляются при помощи кронштейнов (10).
Защитные и изоляционные слои идут в следующей последовательности: картон термостойкий (8), металлический диск (9) - они прижимают ТЭНы к нагреваемой поверхности (4) при помощи шпилек (5) и стандартных гаек; термоизоляционный материал (11), в качестве которого может выступать минеральная вата, металлический диск (9) - служат для уменьшения теплопотерь, крепятся при помощи швеллеров (6) на шпильки (5) и стандартных гаек.
Для более эффективного прогревания поверхности нагревательные элементы с обратной стороны закрыты термоизоляцией. В данном варианте, для увеличения срока эксплуатации устройства контактные стержни нагревательных элементов необходимо выводить за пределы термоизоляционного материала.
При установке устройства на станину для того, чтобы свести к минимуму площадь контакта нагреваемой поверхности с корпусом, предусмотрены стойки (7).
На фиг.3 представлен вариант компоновочного решения с использованием предложенного нагревательного устройства, где 13 - станина сварная; 14 - нагревательная поверхность; 15 - корпус; 16 - панель передняя; 17 - панель боковая; 18 - дно; 19 - полка; 20 - блок управления.
Указанные на фиг.3 габаритные размеры дают представление о размере изделия.
Нагревательная поверхность (14) ставится на станину (13) с предварительно закрепленным на ней корпусом (15). Станина (13)
представляет собой сварную раму из профильной трубы. Со всех сторон плита закрыта панелями. На передней панели (16) размещается блок управления (20).
Конструктивное выполнение блока управления и других элементов плиты могут быть обычными, широко известными из уровня техники.
Устройством, регулирующим мощность нагревательной поверхности, выступает 3-х групповой 3-х полюсный выключатель с нулевым положением.
Блок питания и управления нагревательным устройством может быть выполнен с сенсорным экраном, с кнопочным или иным управлением ввода команд.