Электронагревательная панель

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.
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 А1 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. Н05В 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.
Известна электронагревательная стеновая панель, содержащая основание, выполненное, например, из гипсокартона, гипсоволокна, асбоцемента и пр., на тыльной поверхности основания закрепляется теплоизоляции, 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 заполнено массой, обладающей хорошими теплопроводными и адгезионными свойствами, мелкоячеистая сетка нанесена 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.
Так же известен плоский электронагреватель, у которого нагревательный элемент, выполнен, по меньшей мере, из одного пленочного резистивного элемента и расположенные на одной стороне подложки внутренний электроизоляционный слой, нанесенный на резистивный слой нагревательного элемента, один защитный слой, выполненный из композиционного материала на основе алюмофосфатного связующего, модифицированного частицами оксида железа в качестве наполнителя, кроме того, токоподводящие элементы размещены на внутреннем электроизоляционном слое и имеют протяженный контакт с резистивным слоем, при этом пленочный резистивный элемент включает, по меньшей мере, один формообразующий элемент (см. патент на полезную модель №55241, Н05В 3/20 за 2006 г.)
Недостатком этого вида нагревателя является то, что его невозможно устанавливать вблизи к мебели и стене из-за наличия высокотемпературных участков, применять при установке в плоскость стены и закрывать отделочным слоем самой стены. Кроме того, КПД данных нагревателей невысокий из-за отсутствия преобразователя лучистой энергии.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту с предлагаемым является плоский электрический нагреватель, в котором нагревательный элемент выполнен из углеродных нанотрубок, расположен в углублении матрицы, на наружной ее стороне. Матрица закреплена на основе, а нагревательный элемент соединен с токоподводящими элементами (см. патент US 2010122980 по кл. Н05В 3/26 за 2010 г.)
Недостатком этого вида нагревателя является то, что его невозможно устанавливать вблизи к мебели и стене из-за наличия высокотемпературных участков, применять при установке в плоскость стены и закрывать отделочным слоем самой стены. Кроме того, КПД данных нагревателей невысокий из-за отсутствия преобразователя тепла в лучистую энергию.
Техническим результатом заявляемого объекта является упрощение конструкции, снижение температуры нагрева нагревательного элемента и повышение КПД нагревателя за счет лучистой тепловой энергии в виде инфракрасного излучения, обогрева.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой электронагревательной панели, преимущественно для стен, содержащей основу из неметаллического материала, на лицевой стороне которой нанесены послойно нагреватель с электроизоляционным слоем на основе композиционных керамических материалов, токоподводящие элементы и декоративная влагостойкая облицовка, нагреватель выполнен в виде композиционного углеродно-керамического покрытия, расположен на лицевой стороне основы, токоподводящие элементы выполнены в виде плоских шин, соединенных с нагревателем равномерно по длине, теплоизоляционная панель размещена с обратной стороны плоской основы, а тело основы выполнено из гибких материалов. Нагреватель расположен на всей площади лицевой стороны основы без выхода на ее периферию, а узел закрепления токоподводящих элементов расположен плоских шинах
Еще предлагаемая панель может быть выполнена таким образом, что нагреватель, теплоизоляционная панель теплоизоляции размещены на обратной стороне плоской основы, а лицевая поверхность основы обращена в сторону от стены, на которую можно наноситься декоративный слой.
На графической части изображено:
на фиг. 1 - общий вид предлагаемой панели;
на фиг. 2 - сечение по А-А фиг. 1;
на фиг. 3 - сечение по А-А фиг. 1 согласно п. 5 формулы.
Как показано на графической части предлагаемая электронагревательная панель содержит плоскую основу 1 из неметаллического материала, на лицевой стороне 6 которой послойно закреплены нагреватель 2, выполненный в виде композиции углеродно-керамического материала, электроизоляционный слой 3 в виде покрытия, плоские шины 4? прикрепленные к нагревателю 2 по длине, и декоративная отделка 5. На обратной стороне 11 основы 1 закреплен плоский теплоизоляционный слой 10. Нагреватель 2 наносится в виде жидкого раствора с использованием лакокрасочной технологии, а его габаритные размеры 7 выполнены меньше габаритных размеров 8 основы 1. Узел крепления 9 токоподводящих элементов 12 (может быть выполнен, например, в виде штекерного разъема, резьбового соединения и т.д.). Узлы крепления 9 расположены преимущественно на шинах 4 и располагаются попарно в разных местах нагревателя 2.
Вторым вариантом панель может быть выполнена таким образом, что на обратной стороне 11 основы 1 установлены нагреватель 2, электроизоляционный слой 3, плоские шины 4 и теплоизоляционный слой 10. На лицевой стороне 6 не размещено никаких элементов, а ее поверхность выполнена под установку на ней декоративной отделки 5, совпадающей с отделкой стены, в которой размещается панель.
Сборка предлагаемой панели осуществляется следующим образом. Берется лист из неметаллического материала, преимущественно прямоугольной формы, который будет основой 1 панели. Затем на лицевую сторону 6 наносится методом лакокрасочной технологии (распылителем, валиком) нагреватель 2 с последующей сушкой. После полного твердения нагревателя 2 на его наружной поверхности закрепляются не менее двух плоских шин 4 с токоподводящими элементами 12. Затем на всю поверхность лицевой стороны 6 основы 1 наносится электроизоляционный слой 3, а затем вся поверхность покрывается декоративной влагозащитной отделкой 5. Декоративная отделка 5 может быть нанесена как покрытием, так и закреплена на ней в виде отдельных элементов типа обои. После этого собранная панель обратной стороной 11 закрепляется на теплоизоляционной панели 10 и сборка панели заканчивается.
Работа предлагаемой панели осуществляется следующим образом. Собранная панель закрепляется на стене помещения в нужном месте. После этого в крепежные элементы вставляются штекеры 12 и подается электрический ток. Под действием электрического тока нагреватель 2 нагревается до нужной температуры, а встроенный к него излучатель преобразует тепловую энергию в инфракрасное излучение длиной волны 8,5-10,5 мкм. За счет нагрева лицевой стороны 6 основы 1 и создания лучевой энергии производится нагрев всего объема помещения, а человек, находящийся внутри помещения, комфортно чувствует себя.
Пример 1.
Берется лист гипсокартона (либо стекломагнезитовый лист) толщиной 6-14 мм и из него вырезается основа размером 1200×600 мм. С последующей обработкой и зачисткой торцов, а так же лицевой и обратной поверхностей. Затем на лицевую поверхность распылителем наносится слой нагревателя, представляющий собой смесь углерода и керамического материала в определенной пропорции, и производится его сушка при температуре 40-600°С до полного его твердения. После твердения в концевых частях нагревателя приклеиваются по всей длине алюминиевые (либо медные) шины с узлами крепления в них токоподводящих элементов. Затем таким же способом наносится электроизоляционный слой, представляющий собой композицию керамических материалов. После этого вся поверхность покрывается лаком и наносится декоративное покрытие типа краски. Затем к обратной стороне основы прикрепляется теплоизоляционная панель типа фольги с полимерным материалом. В узлах крепления токоподводящих элементов закрепляются штекеры или концы проводов и панель готова к работе. Для некоторых материалов основы требуется применение неметаллической армирующей сетки, плотно прилегающей к основе.
Пример 2.
Берется гибкий рулонный материал (например, лист ватмана), вырезается из него необходимый размер основы и с ним повторяют все операции по нанесению на него всех необходимых элементов как в примере 1. На последней операции основа может быть изогнута в одной плоскости, вплоть до цилиндрической формы, затем производят подключение токоподводящих элементов и устанавливают на место размещения панели в стене.
Пример 3.
Все перечисленные слои и элементы нагревателя могут быть нанесены непосредственно на ровную внутреннюю поверхность стены помещения, например на штукатурный слой кирпичной стены, либо бетонную поверхность. Твердение и высыхание слоев происходит при температуре не ниже +20°С. Затем нагревательный элемент подсоединяют к источнику электрического тока, а поверх изоляционного слоя наносится декоративная отделка с влагостойким покрытием.
Использование предлагаемой электронагревательной панели при обогреве бытовых и производственных помещений позволяет не нарушать интерьер путем размещения панели в нише стены в углах помещения на неровных участках стены ее выступах и впадинах и располагать вблизи панели любые предметы, увеличить КПД за счет преобразования тепловой энергии в лучистую непосредственно в нагревателе и увеличить площади нагрева, снизить расход электроэнергии за счет размещения узла преобразования тепловой энергии в лучевую непосредственно в нагревательном элементе, а расположение токоподводящих элементов в различных местах нагревателя позволяет изменять мощность нагревателя, не производя никаких доработок. Кроме того, выполнение нагревательного элементы в виде жидкой композиционной смеси с последующим твердением на поверхности основы позволяет снизить затраты на изготовление и повысить надежность электронагревателей в процессе эксплуатации. Выполнение нагревательного элемента без выхода на торцевую поверхность основы панели позволяет соединять параллельно либо последовательно множество аналогичных элементов, кратно увеличивая площадь излучения.