ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к электротехнике и, может широко использоваться в производстве резистивных электронагревателей и устройств для нагрева, в частности, нагревательных устройств в виде нагревательных панелей.
Известно электронагревательное устройство, содержащее панель из магнитомягкого материала, например, стали, на одной из сторон которой расположен зигзагообразно резистивный элемент, в качестве которого используют провод в силиконовой оболочке. Провод прикреплен к панели из магнитомягкого материала с помощью алюминиевой клеящей ленты (см. патент RU 94398, М.кл. Н05В 3/28, опубл. 20.05.2010 г.).
В известном устройстве в качестве нагревательного провода используется нихромовая проволока в силиконовой оболочке.
Задачей, на решение которой направлено известное устройство, является исключение коробления и вспучивания центральной части лицевой стороны электронагревательного устройства, что обеспечивает возможность нанесения на лицевую сторону устройства различных декоративных материалов, а также расширение области применения известного устройства, например, для использования его в греющей мебели, в подоконниках и тому подобных предметах. Техническим результатом известного устройства является упрощение и удешевление конструкции и технологии изготовления устройства.
Авторами известного устройства установлено, что наилучшие результаты по соотношению эффективность/мощность средства для теплового излучения достигаются, если нагревательный провод выполнен из нихромовой проволоки, длина и сечение которой выбраны из определенных, рассчитываемых по специальным формулам, соотношений.
Однако, известная конструкция достаточно сложна, поскольку предусматривает выполнение большого количества технологических переходов, таких, например, как закрепление каждого из зигзагов резистивного элемента с помощью клеящей алюминиевой ленты. При этом, для обеспечения плотного контакта провода с панелью из магнитомягкого материала, при креплении требуется плотно прижимать провод.
Помимо этого, для уменьшения потерь тепла такого провода требуется применение дополнительной его изоляции.
Кроме того, использование провода, покрытого силиконовой изоляцией, наличие дополнительного технологического перехода по креплению с помощью клеящей алюминиевой ленты значительно повышают стоимость готового изделия.
Известен электрический нагреватель, выбранный в качестве ближайшего аналога, содержащий два металлических листа, между которыми расположен резистивный элемент, изолированный от каждого из металлических листов электроизоляционным слоем и оснащенный питающими проводами для подключения к источнику питания, при этом, один или оба металлических листа расположены вплотную с электроизоляционным слоем резистивного элемента (см. патент GB №2204220, М.кл. Н03 3/30, опубл. 05.04.1988 г.).
Известный электронагреватель имеет прямоугольной формы каркас из алюминия или белой жести, поперечным сечением U-образной формы, который обеспечивает возможность размещения множества слоев, сохраняя при этом жесткость собранной конструкции.
В пределах тела корпуса нагревателя располагается резистивный элемент в виде спирально намотанной проволоки или плоского листа. Имеются выводы для связи с внешними структурами. Резистивный элемент заключен в покрытие из изолирующего материала, способного противостоять высоким температурам и обеспечивать защиту от потерь электрического тока. С каждой стороны резистивного элемента, защищенного электроизоляцией, расположен слой теплопроводного и электропроводного листового материала, такого как алюминий или медь. Данные листы могут располагаться как в непосредственной близости (в тесном контакте) с изоляционным слоем резистивного элемента, или располагаться с некоторым зазором к нему (отсутствует контакт между вышеуказанными слоями).
Известный электрический нагреватель предназначен как для нагрева окружающего воздуха, так и жидкости.
Однако, при использовании качестве варианта в известной системе резистивного элемента в виде спирально намотанного проволоки, не обеспечивает достаточной теплоотдачи, за счет неравномерного распределения тепла по всей площади и, необходимости, для устранения данного недостатка, использовать в известной конструкции, дополнительные конструктивные элементы.
Кроме того, данная известная конструкция остается достаточно сложной за счет того, что дополнительно содержит пакет из слоев металлической фольги, расположенные один над другим, при этом, слои металлической фольги отстоят друг от друга на расстоянии, обеспечивающего термическую конвекцию между ними. Вышеуказанные слои из металлической фольги в известном нагревателе расположены с двух сторон от металлических листов, между которыми размещен резистивный элемент. Количество данных слоев с той и другой стороны может быть одинаковым и различным.
Известная конструкция за счет наличия значительного количества конструктивных элементом имеет достаточно большой вес, что способствует значительному повышению нагрузок на потолочные строительные конструкции при потолочном размещении нагревателя. Кроме того, известная конструкция имеет достаточно большую толщину готового изделия, что значительно ограничивает ее использование его в качестве элемента теплого пола.
Наличие термической циркуляции между слоями, свидетельствует о том, что известный электрический нагреватель относится к конвективным устройствам для распределения тепла. При этом конвективные источники распределения тепла имеют один очень важный недостаток: температура воздуха при конвективном обогреве, изменяется по высоте.
Выполнение известной конструкции каркасной и многослойной, а также наличие промежутков между конструктивными элементами не исключает возможности несанкционированного доступа к элементам, находящимся под напряжением, что делает конструкцию потенциально не электробезопасной.
При этом, каркасное выполнение известной конструкции и наличие воздушных промежутков между многочисленными ее слоями, за счет доступности к конструктивным элементам, не исключает возможности механического повреждения, что способствует возникновению процесса горения. Помимо этого, известная конструкция из-за неравномерности распределения тепла по поверхности, не исключает возможности нагрева электроизоляционного горючего материала до температуры его возгорания. А наличие воздушных зазоров способствует процессу горения.
Таким образом, техническим результатом, на решение которого направлена заявляемая полезная модель, является создание простой конструктивно и технологичной в изготовлении и эксплуатации конструкции электронагревателя, имеющей незначительный вес и толщину и, достаточно высокую степень электробезопасности и пожаробезопасности.
Дополнительной задачей, которая достигается заявляемой полезной моделью, является расширение арсенала технических средств заявляемого назначения. Дополнительный технический результат, на решение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в реализации данного назначения.
Указанный технический результат достигается тем, что в электронагревательном устройстве, содержащем резистивный элемент, расположенный между двумя слоями из металлического материала и изолированный от каждого из них электроизоляционным слоем, и оснащенном конструктивными элементами для подключения к источнику питания или к другому электронагревателю, согласно полезной модели, дополнительно между резистивным элементом и каждым из электроизоляционных слоев, а также между каждым из электроизоляционных слоев и каждым металлическим листом, расположен клеящий слой, электроизоляционный материал, выполнен в виде, одно -или многослойной пленки.
При этом, в качестве материала для металлических слоев используют тонколистовой металл, или фольгу, или жесть.
А в качестве материала резистивного элемента используют резистивный материал в виде проволоки, или в виде нити, или в виде жгута, или в виде жилы, или в виде ленты, или в виде волокна.
Причем резистивный элемент в плане уложен или в виде меандра, или зигзагообразно, или волнообразно, или в виде, по меньшей мере, одного отрезка, или одной плоской спирали с постоянным или переменным шагом, или комбинировано.
Отсутствие в заявляемой конструкции большого количества конструктивных элементов, присущих ближайшему аналогу (каркас, пакет из слоев металлической фольги, расположенных один над другим с двух сторон от металлических листов) значительно упрощает конструкцию заявляемого электронагревателя и делает его более технологичным в изготовлении и эксплуатации.
Дополнительное наличие между резистивным элементом и каждым из электроизоляционных слоев, а также между каждым из электроизоляционных слоев и каждым слоем из металлического материала клеящих слоев, позволяет надежно и прочно и, в то же самое время, просто, соединить все слои заявляемой конструкции, что делает готовую конструкцию простой, за счет отсутствия крепежных элементов, а изготовление готового изделия более простым и, как следствие, более технологичным.
Наличие клеевых слоев и наличие на внешних сторонах изделия металлических слоев (тонколистового металла, или фольги, или жести) позволяют полностью изолировать горючий электроизоляционный материал от контакта с воздухом, практически герметично разместить горючие компоненты между металлическими листами, полностью исключая возможность их горения, чем достигается повышение пожаробезопасности готового изделия.
Использование в качестве электроизоляционного материала, электроизоляционного материала, выполненного в виде одно- или многослойной пленки, в качестве материала резистивного элемента материала или в виде проволоки, или в виде нити, или в виде жгута, или в виде жилы, или в виде ленты, или в виде волокна, заявляемая укладка резистивного элемента в плане, позволяет в зависимости от поставленных целей расширить модельный и типоразмерный ряд электронагревательных устройств.
Это достигается за счет того, что использование электроизоляционного материала, выполненного в виде одно- или многослойной пленки, в качестве материала резистивного элемента материала или в виде проволоки, или в виде нити, или в виде жгута, или в виде жилы, или в виде ленты, или в виде волокна, заявляемая укладка резистивного элемента в плане, позволяет изготавливать электронагревательные устройства, которые можно устанавливать в труднодоступных местах или на поверхности сложной конфигурации, поскольку, такие электронагреватели допускают изгибы по длине, вплоть до сворачивания в петлю или спираль. Благодаря использованию различных видов резистивного, электроизоляционного материалов, различных материалов для металлических листов, а также вида укладки резистивного элемента в плане, электронагревательные устройства можно изготавливать или в виде гибкой ленты, или полосы, или полотна, или объемных электронагревательных устройств цилиндрической, прямоугольной, сферической формы.
Помимо этого, использование в конструкции в качестве материала для металлических слоев тонколистового металла или фольги или жести обеспечивает значительное уменьшение толщины готового изделия и, как следствие, снижению его веса, что значительно улучшает эксплуатационные показатели готового изделия. При этом, именно наличие металлических слоев с двух сторон устройства позволяет организовать заземляющий экран на всей его поверхности (как сверху, так и снизу), что защищает пользователя от поражения электрическим током, то есть, способствует значительному повышению электробезопасности. Наличие клеевых слоев, обеспечивающих надежное соединение всех слоев изделия и наличие с внешней стороны изделия металлических слоев, исключает возможность несанкционированного доступа к конструктивным элементам, находящимся под напряжением, что еще в большей степени повышает электробезопасность готового изделия.
Заявляемое изделие, имеет малый вес, за счет применения в качестве материалов для своего производства, металлических материалов, имеющих незначительный вес в связи с малой их толщиной (фольга, или жесть, или тонколистовой металл, клей, пленка и т.п.), что позволяет при потолочном размещении нагревателя в качестве инфракрасного источника тепла, не нагружать дополнительно потолочные строительные конструкции.
Заявляемая конструкция готового изделия, за счет использования материалов, имеющих незначительную толщину (фольга или жесть, или тонколистовой металл, пленка, клей и т.п.), имеет малую толщину, что позволяет применить готовое изделие в качестве элемента теплого пола.
Все это делает производство и эксплуатацию готового изделия технологичными.
Помимо этого, размещение резистивного элемента или в виде меандра, или зигзагообразно, или волнообразно, или в виде, по меньшей мере, одного отрезка, или в виде одной плоской спирали с постоянным или переменным шагом, или в виде любой другой ломаной линии, или комбинировано, позволяет еще в большей степени упростить монтаж (например, если в электронагревательном устройстве необходимо сделать отверстия для крепежа), что значительно улучшает эксплуатационные показатели готового изделия.
Помимо этого, заявляемая конструкция за счет использования в качестве слоев из металлического материала - тонколистового металла, или фольги, или жести, позволяет избежать неравномерного распределения температуры по поверхности нагревателя, поскольку фольга не дает возможности перегреть пленку в районе залегания резистивного нагревающего элемента, а равномерно распределяет ее в стороны от него. Кроме того, заявляемая конструкция благодаря тому, что резистивный элемент с двух своих сторон прилежит к металлическому слою (тонколистовому металлу, или фольге, или жести) (через изоляционный слой и слой клея), что позволяет хорошо отводить тепло и равномерно распределяет его по все поверхности нагревателя, появляется возможность повысить силу тока протекающего по резистивному элементу, а, следовательно, и увеличить его удельную мощность, без негативных последствий для готового изделия. Все это значительно улучшает эксплуатационные показатели электронагревательного устройства.
Изделие может быть применено как для потолочного, так и напольного расположения, в том числе и одновременно для напольного и потолочного нагрева помещения при расположении данного устройства между этажами здания, в частности, между полом первого этажа и подвальным помещением здания, позволяет одновременно осуществлять нагрев как помещений, расположенных на первом этаже, так и подвального помещения.
Конструкция проста, так как включает только простые конструктивные элементы. Конструкция проста и в изготовлении, поскольку при ее производстве в отличие от технологии производства ближайшего аналога, не требуется выполнения большого количества технологических переходов.
Конструкция пожаро- и электробезопасна, поскольку наличие металлических слоев полностью исключает ее горючесть, а при наличии заземляющего контура - электробезопасна.
Заявляемый плоский электронагреватель представлен на чертежах.
На фиг.1 представлена принципиальная схема заявляемого устройства (разрез) (с сечением резистивного элемента - окружность (в виде проволоки); на фиг.2 - варианты использования различных форм сечений резистивного элемента: а) в виде овала; б) в виде квадрата; на фиг.3 -сечение А-А на фиг.1; на фиг.4 варианты размещения резистивного элемента: а) в виде зигзага (с острым углом); б) в виде меандра (прямоугольного зигзага); в) волнообразно; г) в виде плоской спирали.
Электронагревательное устройство содержит резистивный элемент 1, в качестве материала которого используют материал, типа проволоки. В качестве материала резистивного элемента 1 помимо проволоки, может использоваться или нить, или жгут, или жила, или лента, или волокно (углеродная нить, нити из синтетического или натурального волокна с углесодержащей оболочкой, углеродный жгут, углеродный жгут крученный, жила, лента из алюминия, легированной стали, материала с низким содержанием хрома и никеля, волокно углеродное). Данный резистивный элемент 1 - проволока (или жгут, или нить, или жила, или лента, или волокно) расположен между двумя слоями металлического материала 2 -фольги (или тонколистового металла, или жести). Резистивный элемент 1 - проволока (или жгут, или нить, или жила, или лента, или волокно) изолирован от каждого из слоев металлического материала 2, например, фольги 2 с помощью, например, однослойной электроизоляционной пленки 3. Между резистивным элементом 1 - проволокой (или жгутом, или нитью, или жилой, или лентой, или волокном) и каждой из пленок электроизоляционного материала 3 расположен слой клея 4. Между пленками электроизоляционного материала 3 и каждым из слоев металлического материала 2 (тонколистового металла, или фольги, или жести) расположен слой клея 5. Резистивный элемент 1 - проволока (или жгут, или нить, или жила, или лента, или волокно) может быть уложен, например, в виде меандра, или зигзага или волнообразно или в виде, по меньшей мере, одного отрезка, или одной плоской спирали с постоянным или переменным шагом, или в виде любой другой ломаной линии, или комбинировано. При этом, резистивный элемент 1 по поверхности нагревательного элемента должен быть размещен равномерно. Резистивный элемент 1 может занимать от 0,5 до 50% от общей площади нагревателя. При использовании в качестве материала для резистивного элемента ленты, и при их количестве, большем одного отрезка, формирование меандровидной или зигзагообразной, или волнообразной или спиралевидной формы или иной ломанной линии или их комбинаций возможно последовательным соединением полос с помощью Г-образного загиба в сторону соседней полосы поочередно с одной и другой стороны полотна, перемычками или непрерывной укладкой непрерывной полосы. Соединение полос в местах стыковки или загиба осуществляют с помощью точечной сварки, осуществляемой на молекулярном уровне, например, термокомпрессионной сваркой. В качестве материала резистивного элемента 1 типа проволоки может использоваться любая проволока из любого электропроводного металла. Диаметр проволоки 1, используемой в качестве резистивного элемента может быть различным, например от 0,05 мм до 5 мм.
В качестве материала металлических слоев 2 используют тонколистовой материал, или фольгу алюминиевую, или медную или жесть. В качестве тонколистового металла можно использовать листы металла из стали, латуни, меди, алюминия, и других металлов и сплавов. В качестве жести - черную и белую жесть (горячего лужения или электролитического лужения). Толщина фольги 2 может варьировать от 10 до 500 микрон. Толщина жести может варьировать от 0,2 до 0,5 мм. Тонколистовой металл - толщиной до 2 мм.
В качестве электроизоляционного материала может использоваться как одно-, так и многослойная пленка. В качестве материала пленки может использоваться: полиэтилен, полиэтилентерефталат (лавсан), полихлорвинил, винилпласт, поливинихлорид и др. Возможет вариант использования одно- или многослойной пленки, имеющей с одной или обеих сторон клеящий (-е) слой (-и). В качестве примера таких пленок могут быть использованы пленки: лавсановая пленка с клеящим слоем, клеящая поливинилбутиральная пленка и др.
В качестве материала для клеевого слоя используют различные известные на сегодняшний день высокотемпературные клеи, предназначенные для соединения металла и пластика, в частности, эпоксидный клей.
Электронагревательное устройство содержит выводы 6 для подключения к электрической сети или другому электронагревательному устройству.
Электронагревательное устройство содержит заземляющий контур (не изображен).
Устройство работает следующим образом. Выводы 6 электронагревательного устройства подключают к электрической сети постоянного или переменного тока напряжением до 380. По резистивному элементу - проволоке 1 (или нити, или жгуту, или жиле, или ленте, или волокну) протекает ток, вызывая его нагревание в диапазоне температур от 5 до 100°С, превышения над температурой окружающей среды. Оба слоя металлического материала 2 (тонколистового металла, или фольги, или жести), отбирая данное тепло, распределяют его по всей поверхности одновременно с двух сторон нагревателя. Нагреватель может быть применен как элемент системы отопления: теплого пола, настенный обогреватель, потолочный обогреватель. Кроме того, изделие может быть использовано для удаления наледи с дорог, путепроводов, мостов, тротуаров, тропинок и подъездных путей, для удаления снежного покрова с крыш зданий, в качестве системы удаления сосулек с кромок крыш, обогрева трубо- или продуктопроводов.