Электронагреватель для нагрева помещений

Предлагаемое техническое решение относится к электроэнергетике, в частности к созданию средств для отопления жилых, общественных и производственных помещений, и предназначено для удовлетворения жизненных потребностей человека. Оно может быть использовано при проектировании, строительстве и реконструкции систем отопления жилых, общественных и производственных зданий.
В настоящее время все большее распространение находит электрический обогрев жилых, общественных и производственных помещений. Как показали экспериментальные исследования, использование электрического обогрева открывает новые возможности качественного улучшения санитарно-гигиенических условий и повышения уровня комфорта среды обитания человека. Перевод жилых, общественных и производственных помещений на электрическое отопление тесно связан с разработкой новых, высокоэффективных отопительных средств, удовлетворяющих современным техническим, эстетическим, экологическим и экономическим требованиям. Особое внимание уделяется экологическим требованиям, согласно которым как при изготовлении, так и при практическом использовании, новые отопительные средства не должны создавать электромагнитные поля и излучения, которые по длине волны и интенсивности отличаются от тех, к воздействию которых человек адаптировался на протяжении всего исторического процесса биологической эволюции.
1
Известна электронагревательная стеновая панель, содержащая плоский нагреватель и плоские отражатели, проставки для крепления нагревателя и отражателей, корпус, выполненный предпочтительно в виде сетки, либо из материала, слабо поглощающего инфракрасное излучение, имеющий отверстия в верхнем и нижнем основаниях, при этом плоский Нагреватель выполнен в виде панели отражательные панели, количество которых равно одной или двум, установленные также на расстоянии Δ от нагревательных панелей, а проставки для крепления нагревательных и отражательных панелей к корпусу и нагревательных панелей между собой выполнены из изоляционных материалов (см. патент РФ №2141177 по кл. H05B 3/26 за 1999 г). Конструктивно электронагревательная панель выполняется многослойной. Она содержит основание, обеспечивающее механическую прочность панели и имеющее слой теплоизоляции с тыльной стороны, плоский нагревательный элемент, электромагнитный экран и наружное (лицевое) покрытие. Питание электронагревательной панели осуществляется от электросети. Регулирование температуры нагрева панели осуществляется термостатом.
Недостатком такого технического решения является сложность технологического процесса его реализации, требующего применения специального технологического оборудования, которое накладывает ограничения на геометрические размеры изготавливаемых обогревателей. Поэтому оно может использоваться для изготовления главным образом высокотемпературных инфракрасных излучателей небольших размеров, работающих в коротковолновой части инфракрасного диапазона на длинах волн, которые не оптимальны с точки зрения физиологического воздействия на человека. Кроме того, эти нагреватели выполняются в виде отдельного устройства, и при использовании требуется место для их расположения и создания условий техники безопасности и противопожарных мероприятий.
Известна электронагревательная стеновая панель содержащая основание, выполненное, например, из гипсокартона, гипсоволокна, асбоцемента и пр., на тыльной поверхности основания закрепляется теплоизоляция, а на рабочей поверхности размещают плоский резистивный электронагревательный элемент, в виде электрического экранированного провода с термостойкой электрической изоляцией, уложенный в виде спирали, меандра или зигзагообразной плоской обмотки, пространство между витками электрического экранированного провода заполнена массой, обладающей хорошими теплопроводными и адгезионными свойствами, мелкоячеистая сетка, нанесенная поверх массы, а поверх сетки наносят слой штукатурки по всей лицевой поверхности панели, причем начало и конец электрического экранированного провода снабжают выводами для подключения к питающей электрической сети, а его оплетку и мелкоячеистую сетку снабжают выводами для подключения к контуру электрического заземления здания. Лицевую поверхность панели либо покрывают минеральной краской, либо облицовывают естественным или искусственным камнем, кафельной или керамической плиткой. По периметру панели устанавливают декоративный бордюр, который выполняют из дерева, металла, естественного или искусственного камня, а также кафельной или керамической плитки, причем каждый из этих материалов используют как отдельно, так и в различных сочетаниях с другими материалами. Подключение электрических выводов оплетки электрического экранированного провода и мелкоячеистой сетки к контуру электрического заземления здания гарантирует отсутствие электрических и магнитных полей за пределами поверхности электронагревательной панели (См. патент РФ N 2043700, Н05В 3/00, F24H 3/04, за 1995 г.).
Недостатком такого технического решения является сложность технологического процесса его реализации, требующего применения специального технологического оборудования, которое накладывает ограничения на геометрические размеры изготавливаемых обогревателей. Поэтому оно может использоваться для изготовления главным образом высокотемпературных инфракрасных излучателей небольших размеров, работающих в коротковолновой части инфракрасного диапазона на длинах волн, которые не оптимальны с точки зрения физиологического воздействия на человека. Кроме того, эти нагреватели выполняются в виде отдельного устройства, и при использовании требуется место для их расположения и создания условий техники безопасности и противопожарных мероприятий.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту с предлагаемым является нагревательный элемент, выполненный из основы из неметаллического материала, на одной стороне которой нанесены послойно нагревательный элемент,
электроизоляционный слой, токоподводящие элементы и декоративная облицовка, нагревательный элемент выполнен в виде композиционного углерод-керамического покрытия, выполняющего роль одновременного получения тепловой энергии и ее преобразование в лучевую энергию, расположенный на всей площади лицевой стороны основы, габариты основы выполнены больше размера нагревательного элемента, токоподводящие элементы выполнены в виде плоских шин, закрепленных на нагревательном элементе равномерно по всей его длине, с узлом закрепления токоподводящих элементов, а теплоизоляционная панель размещена с обратной стороны плоской основы. Основа и нагревательный элемент выполнены из гибкого материала, токоподводящие элементы к шинам выполнены в виде штекеров, тепловой элемент и теплоизоляционная панель размещены на обратной стороне плоской основы, а на лицевую плоскость основы нанесен декоративный слой (см. патент на полезную модель №178397 Н05В 3/00, за 2017 г.).
При всех преимуществах описанного в патенте нагревательного элемента недостатком этого вида нагревательного элемента является то, что его невозможно применять при установке в плоскость стены и закрывать отделочным слоем самой стены т.к. в его конструкции защитный и теплоизоляционный слои выполнены одинаковыми по размерам с подложкой и торцы нагревательного резистивного элемента не электрозащитного слоя. Кроме того, можно изготавливать это единым изделием и невозможно соединение нескольких изделий вместе на одной плоскости стены, а нанесение на наружную поверхность отделочного слоя под цвет и интерьер стены, в которой встраивается нагревательный элемент, приводит к его разрушению из-за локального разрушения при перегреве.
Техническим результатом заявляемого объекта является то, что нагревательное устройство возможно размещать и совмещать непосредственно с несущей стеной самого здания или в межкомнатных перегородках без выступа и впадины по отношению к плоскости стены, не нарушать визуальную целостность плоскости стены, повысить КПД обогрева и увеличить срок службы самого нагревателя.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом электронагревателе помещений, содержащем жесткую основу с нагревателем в виде композиционного углерод-керамического покрытия, канал для циркуляции воздуха и плоский отражатель, нагреватель жестко закреплен на наружной поверхности жесткой основы, боковая поверхность основы совмещена с отражателем, сама жесткая основа изготовлена из термоаккумулирующего материала, а канал для прохождения воздуха выполнен внутри тела жесткой основы. Другим отличием предлагаемого нагревателя является то, что жесткая основа выполнена из нескольких частей, соединенных между собой, как обычная кладка стены, жесткая основа выполнена в виде прямоугольника, преимущественно в форме кирпича, а канал для прохождения воздуха выполнен в виде нескольких сквозных отверстий, расположенных параллельно наружной поверхности жесткой основы.
На графической части изображено.
На фиг. 1 - общий вид составного нагревателя.
На фиг. 2 - общий вид нагревателя как одно целое.
На фиг. 3 - сечение по А-А фиг 1.
На фиг. 4 - сечение по Б-Б фиг. 1.
Как показано на графической части предлагаемый электронагреватель для нагрева помещений содержит объемную жесткую основу 1 из неметаллического материала, резистивный нагревательный элемент 2, выполненный из токопроводящего материала с высоким сопротивлением, канал 3 для циркуляции воздуха, расположенного внутри тела основы 1 и направлены параллельно боковой поверхности 4, а сама поверхность 4 основы 1 является отражателем тепла. Нагреватель 2 закреплен на боковых поверхностях 4 основы 1 по большей мере равной размерам основы 1. Основа 1 может быть выполнена из нескольких отдельных частей 5 соединенных между собой, например клеем или кладочным швом 6. Форма основы 1 выполнена преимущественно в виде строительного кирпича или в форме прямоугольника. Само тело основы 1 выполнено из жаропрочного материала с термоаккумулирующими свойствами (например глина, керамика и т.д.). Нагревательный элемент 2 снабжен контактами 7, 8 для подключения к электросети. В случае, когда основа 1 выполнена из нескольких частей, каждая часть 5 соединена со смежной частью 5 промежуточными контактами 9, которые располагаются в шве 6, а сам шов 6 после укладки контактов 9 заполняется раствором или клеем и производится сушка. Затем укладываются и закрепляются аналогичным образом все части 5 нагревателя 2. После установки нагревателя в стене 10 ее оставшаяся часть закладывается обычным кирпичом. Затем собранный электронагреватель закрепляется в стене 10 самого здания или в межкомнатных перегородках. Ширина основы 1 (А) нагревателя по большей мере выполнена равной толщине стены (Т) 10. В стене 10 за пределами основы 1 нагревателя выполнены каналы 11 и 12, соединяющиеся с каналами 3 основы 1.
Пример конкретного выполнения.
Предлагаемый электронагреватель (составной вариант) выполнен после определения места установки в стене 10 следующим образом. На боковую поверхность 4 каждой из частей 5 наносится нагревательный элемент 2, например кисточкой, с последующей сушкой. После сушки нагреватель 2 прочно закрепляется на основе 1 и не требуется дополнительного крепления. После этого крепятся контакты 7 и 8, которые могут быть любой формы, например в виде выступов или отверстий. Изготовленные описанным способом части 5 устанавливаются на плоскость стены 10. После установки смежные части 5 соединяются между собой промежуточными контактами 9, а шов 6 заполняется раствором или клеем и производится его твердение. После установки основы 1 в стене делаются каналы 11 и 12, соединенные с каналами 3. На этом изготовление, сборка и закрепление электронагревателя заканчивается и он готов к работе. Работа предлагаемого электронагревателя осуществляется следующим образом. К контактам 7 и 8 подается электрический ток, который образует единую электрическую цепь всех частей 5 через промежуточные контакты 9. Под воздействием электрического тока производится нагрев нагревателя 2. От нагревателя 2 тепло и инфракрасное излучение передается одновременно как в наружную так и во внутреннюю стороны. Наружная сторона нагревателя контактирует непосредственно с воздушной массой помещения, циркуляция которой производится естественным способом. Внутренняя сторона нагревателя 2 нагревает аналогичным способом само тело основы 1 и аккумулируется в ней. Избыточная часть тепла из основы 1 так же направляется внутрь помещения. Это происходит в виде перемещения воздуха по каналам 3 основы 1 и каналам 11 и 12 стены 10. Под действием электрического тока нагревательный элемент 2 нагревается до нужной температуры, а встроенный в него излучатель преобразует тепловую энергию в инфракрасное излучение с длиной волны 8,5-10,5 мкм. За счет нагрева наружной стороны 4 основы 1 и создания лучевой энергии производится нагрев всего объема помещения, а человек, находящийся внутри помещения, комфортно чувствует себя. При отключении электроэнергии аккумулированное тепло передается внутрь помещения длительное время, до полного остывания. Сборка нагревательного элемента осуществляется следующим образом. Берется сырец строительного кирпича. На лицевую поверхность распылителем наносится слой нагревателя, представляющий собой смесь углерода и керамического материала в определенной пропорции, и производится его сушка при температуре 80-100°С до полного его твердения. После твердения боковых поверхностей нагревателя закрепляются токоподводящие элементы типа штекерного разъема или концы проводов, которые соединяются между собой или к ним производится подключение источника электроэнергии. После этого вся поверхность покрывается лаком и сборка заканчивается. Дополнительно боковая поверхность после укладки кирпичей в стенку на них можно нанести декоративное покрытие типа краски.
Использование предлагаемого электронагревателя при обогреве бытовых и производственных помещений позволяет размещать их непосредственно в стене здания или в межкомнатных перегородках. Это дает возможность не занимать внутреннее пространство самим нагревателем. Кроме того, выполнение основы нагревателя из того же материала, что и стены зданий позволяет производить передачу его внутрь здания постепенно даже при отключении электроэнергии, а температура нагрева самого нагревателя производится при низких температурах, превышающих на 10-20% температуры внутри здания. Выполнение нагревателя составным из множества одинаковых частей позволяет получать нагреватель различной мощности в зависимости от размера стен здания, а расположение нагревателя в перегородках производить обогрев смежных комнат одновременно.