ЭЛЕКТРООБОГРЕВАТЕЛЬ

Назначение и область применения
Полезная модель относится к электронагревательным устройствам и предназначена для обогрева помещений различного назначения.
Предшествующий уровень техники
Известна панель электронагревательная (см. свидетельство RU 13416 U1, МПК F24H 3/04), которая содержит две теплоизлучающие плиты и электронагревательный и теплоаккумулирующий элементы, расположенные между теплоизлучающими плитами. В известной панели теплоаккумулирующий элемент представляет собой слой ячеистого бетона, размещенного в каркасе, а электронагревательный элемент расположен в пазах, выполненных в теплоаккумулирующем элементе. После размещения в каркасе теплоаккумулирующий элемент с обеих сторон облицовывается теплоизлучающими керамическими плитами.
Недостатком известного решения является пониженная надежность эксплуатации панели, так как в случае неосторожного обращения с прибором, например удара или падения панели, из-за повышенной хрупкости ячеистого бетона возможно образование трещин в теплоаккумулирующем элементе, а также его отставание от теплоизлучающих плит, что приводит к нарушению процесса теплообмена, а попадание влаги на электронагревательный элемент через трещины в теплоаккумулирующем элементе может привести к короткому замыканию. Кроме того, известная панель имеет сложную конструкцию и трудоемка в изготовлении, что обусловлено необходимостью формирования теплоаккумулирующего элемента с пазами для размещения электронагревательного элемента, изолирования электронагревательного элемента и облицовки теплоаккумулирующего элемента.
Известна керамическая электронагревательная панель (см. патент UA 57399 U, МПК F24H 3/04, F24H 9/06), содержащая теплоизлучающую плиту, корпус, закрывающий теплоизлучающую плиту сзади и плотно облегающий ее по периметру, и электронагревательный и теплоаккумулирующий элементы. В известном решении теплоаккумулирующий элемент представляет собой покрытие, нанесенное на внутреннюю поверхность корпуса, электронагревательный элемент закреплен на внутренней поверхности теплоизлучающей плиты, а между теплоаккумулирующим и электронагревательным элементами расположена отражающая панель.
Недостатком известного решения является сниженный коэффициент полезного действия электронагревательной панели и повышенный расход электроэнергии, обусловленные конструктивным выполнением и размещением теплоаккумулирующего элемента, которые не способствуют накоплению теплоаккумулирующим элементом тепловой энергии и полной отдаче тепла теплоизлучающей плите. Кроме того, известная электронагревательная панель имеет пониженную эксплуатационную надежность, так как в случае разрушения теплоизлучающей плиты открытый электронагревательный элемент может нанести вред здоровью человека или стать причиной пожара. Риск механических повреждений возрастает в результате сопряжения конструктивных материалов с разным тепловым расширением, что при нагреве вызывает напряжения, приводящие в дальнейшем к деформации или разрушению мест соединения и сопрягаемых поверхностей.
Известен электронагреватель по патенту на полезную модель RU 173514 (МПК H05B3/10). Электронагреватель содержит встроенный в отражатель тепла нагревательный элемент, оборудованный автоматическим датчиком регулирования температуры, блоком соединения с источником тока и оснащенный отражателем с изоляционным слоем, при этом отражатель выполнен в виде теплонакопительного слоя, в состав которого входит талькомагнезит, а отражатель тепла выполнен из материалов на основе кварца и расположен перед нагревательным элементом. При этом изоляционный слой может дополнительно содержать частицы наносеребра. А в качестве материалов на основе кварца содержит, например, стекло с толщиной в диапазоне от 3 до 15 мм. В качестве изоляционного слоя содержит гидроизолирующую мастику или жидкое стекло.
Материалы, используемые в отражателе, отражателе тепла и изоляционном слое не обладают достаточной теплопередачей для снижения потребляемой энергии. Кроме того, данное решение подвержено риску механических повреждений возрастающему в результате сопряжения конструктивных материалов с разным тепловым расширением, что при нагреве вызывает напряжения, приводящие в дальнейшем к деформации или разрушению мест соединения и сопрягаемых поверхностей. Конструкция сложна в производстве и не пригодна к эксплуатации, например, в условиях повышенной влажности.
Известен электронагреватель по патенту на полезную модель RU 178336 (МПК F24H3/00, H05B3/28 ) содержащий электрообогреватель, выполненный из двух панелей, скрепленных между собой, и между которыми уложен зигзагообразно изолированный нагревательный элемент, плотно прилегающий к тыльным стенкам панелей и соединенный с проводом электропитания, отличающийся тем, что панели скреплены между собой посредством термостойкого клеевого состава на основе кварцевого песка, цемента и полимерных добавок, образующих изоляционный слой нагревательного элемента, при этом на торцевые поверхности склеенных между собой панелей приклеены термостойким клеем марки КС рамка с конвектором, расположенным с тыльной стороны электрообогревателя. По совокупности существенных признаков данное решение может быть принято за прототип.
К числу недостатков данного решения, как и рассмотренных выше аналогов, можно отнести недостаточную эффективность обогревателя, сложность конструкции и пониженная надежность эксплуатации электрообогревателя, так как разность применяемых в конструкции материалов греющих элементов приводит к неравномерному прогреву, возникновению напряжений и деформаций конструкции, нарушению процесса теплообмена, и даже к короткому замыканию, что может нанести вред здоровью человека или стать причиной пожара. Кроме того, неравномерный прогрев ведет к повышенному энергопотреблению, что является общим недостатком решений аналогов и прототипа.
Сущность полезной модели.
Технической проблемой полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик электрического обогревателя.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является создание электрообогревателя, с повышенными эксплуатационными возможностями, обеспечивающего совместно снижении потребления энергии, энергосбережении, связанным с одновременным повышением безопасности и длительности эксплуатации.
Указанный технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков заявленной полезной модели за счет применения электрообогревателя, выполненного из установленной в корпус, сборки скрепленных между собой панелей, между которыми уложен нагревательный элемент, соединенный с проводом электропитания, отличающийся от прототипа тем, что сборка панелей состоит из трех соединенных между собой термостойким, теплопроводным клеевым составом панелей, средняя из которых сопряжена с термопредохранителем и снабжена проволочным нагревательным элементом, уложенным спиральной намоткой проволоки вокруг средней панели, с равномерным распределением витков намотки по поверхности оснований и смежным по ходу намотки боковым поверхностям средней панели, при этом смежные поверхности сборки панелей выровнены термостойким покрытием, а корпус снабжен точечно размещенными демпферами компенсации разности теплового расширения сопрягаемых материалов корпуса и сборки панелей.
Согласно заявленной полезной модели, сопрягаемые поверхности панелей сборки дополнительно, предпочтительно, сопряжены со смежной поверхностью витков проволоки нагревательного элемента.
При этом, в предпочтительном варианте осуществления, смежные поверхности сборки панелей соединены термостойким, теплопроводным силиконовым клеем, а в другом варианте, термостойкое покрытие выполнено из термостойкой алюмосиликатной мастики. Причем нагревательный элемент может быть выполнен из нихромовой проволоки, а в другом варианте – из фехралевой проволоки.
В еще одном, возможном варианте осуществления заявленной полезной модели, термопредохранитель может быть установлен в дополнительно выполненный паз на боковой поверхности средней панели, при этом температура срабатывания термопредохранителя определяется по температуре нагрева смежной панели сборки выше 150°С.
Причем, в другом варианте, корпус может быть снабжен световым индикатором включения электрообогревателя, соединенного через резистор с одним из витков нагревателя.
В возможных вариантах осуществления заявленного решения панели могут быть выполнены из натурального камня, искусственного камня, термостойкого стекла, керамогранита.
Согласно заявленному решению, средняя панель сборки может быть выполнена меньшего типоразмера по сравнению со смежными панелями сборки.
При этом, при любом варианте осуществления, корпус, предпочтительно, выполнен металлическим и снабжен средством ввода/вывода провода электропитания, соединенного с нагревательным элементом. В возможном варианте осуществления корпус выполнен из стали и снабжен кронштейнами для закрепления его на стену. Причем, в другом варианте осуществления, корпус также может быть покрыт термостойкой полимерной краской, а в другом варианте конструктивные элементы корпуса электрообогревателя в сборе неразъемно соединены клепкой.
Краткое описание чертежей.
Сущность заявленного решения поясняется следующим иллюстративными материалами.
Фиг. 1 – общий вид электрообогревателя
Фиг. 2 – схемное представление задней стороны электрообогревателя с вырезом в нижней части.
Фиг. 3 – средняя панель сборки панелей: а) общий вид; б) вырез с увеличенным видом паза для установки термопредохранителя
Фиг.4 – электрическая схема подключения светового индикатора
Фиг.5 – схема компоновки сборки панелей и нагревательного элемента.
Следует отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только один из наиболее предпочтительных вариантов выполнения полезной модели и не могут рассматриваться в качестве ограничения ее содержания, которое включает и другие варианты осуществления.
Осуществимость полезной модели.
В соответствии с представленным на иллюстративных материалах фиг.1-5 вариантом осуществления заявленной полезной модели, электрообогреватель состоит из корпуса 1 и сборки 2 панелей 3, 4 и 5, наложенных одна на другую в вертикальном направлении, где средняя 4 панель является каркасом для установки нагревательного элемента 6, выполненного в виде спиральной намотки витками на панель 4 нихромовой в одном варианте осуществления, фехралевой, в другом варианте осуществления, проволоки 7. В представленном на чертежах фиг. 1, 3 и 5 примере осуществления, панели 3-5 сборки выполнены прямоугольными в плане, а витки  спиральной намотки проволоки нагревательного элемента расположены параллельно большей стороне средней 4 панели и равномерно распределены по поверхности верхнего и нижнего основания панели 4 и смежных с ними по походу намотки проволоки боковыми сторонами панели 4. Таким образом, витки спирали нагревательного элемента размещены со стороны обоих, оппозитно расположенных оснований средней панели, а равномерное распределение витков спирали нагревательного элемента по поверхности оснований средней панели обеспечивают одновременный равномерный нагрев по объему сборки 2 панелей, с выходом на требуемый температурный режим обогрева в существенно более короткий срок, чем это возможно при одностороннем размещении нагревательного элемента в известных из уровня техники решений, обеспечивая тем самым снижение энергопотребления на одной из самым затратных фаз работы электрообогревателя.
Обмотка нагревательного элемента имеет отвод 8 от первого витка для организации питания светодиодного индикатора 9 включения электрообогревателя.
Согласно заявленному решению, сборка панелей состоит из панелей, выполненных из однородных материалов и формы. Однако, средняя панель, предпочтительно, выполнена меньшего размера, как в длину, так и в ширину, и смещена в сборке к одной из торцевых сторон, противоположной стороне подводки питания электрообогревателя, для обеспечения снижения температуры в области размещения монтажа проводки, в частности для ввода питающего провода, размещения выключателя питания и элементов индикации рабочего состояния электрообогревателя. При этом уменьшение габаритов вдоль других сторон сборки панелей обеспечивает кроме снижения температуры в данной области также и возможность крепления корпуса к сборке панелей, в том числе, том числе с обеспечением неразъемного крепления клепкой.
Панели 3-5 выполнены из однородных материалов в качестве которых в возможных вариантах осуществления, предпочтительно, могут быть использованы натуральный или искусственный камень, термостойкое стекло, керамогранит, т.е материалы обладающие высокой теплопроводностью и тепловой инертностью, а также механической прочностью и устойчивостью к различным воздействиям внешней среды, что существенно повышает безопасность эксплуатации электрообогревателя, и снижает энергозатраты на поддержание температурного режима в процессе эксплуатации.
Поскольку панели, изготовленные из вышеуказанных материалов, могут иметь не вполне ровные поверхности, что может оказать негативное воздействие на прочностные характеристики соединения панелей между собой и нагревательным элементом, а также на характеристики теплообмена  конструкции сборки панелей. Во избежание данных проблем, смежные стороны панелей сборки выравнивают для создания плоской поверхности, необходимой для создания условий равномерного теплообмена между нагревательным элементом и смежными поверхностями панелей. Выравнивание смежных поверхностей сборки 2 панелей осуществляют нанесением термостойкого покрытия, например, выполненным из термостойкой алюмосиликатной мастики, в качестве которой, в частном случае применения может быть использована жаростойкая мастика «Терракот», применяемая для облицовки каминов. Термостойкое покрытие заполняет полости и иные неровности сопрягаемых друг с другом и нагревательным элементом поверхностей панелей 3-5, обеспечивая плотное прилегание и равномерный теплообмен между смежными поверхностями сборки 2 панелей. На чертеже фиг.5 представлено схемное представление фрагмента компоновки сборки 2 панелей, на котором схемно представлен возможный пример заполненных термостойким покрытием полостей неровности 20 смежных поверхностей панелей.
Крепление панелей сборки 2 между собой осуществляется посредством теплостойкого теплопроводного электротехнического силиконового клея, например, «Силагерм 2112», предназначенным для работы в диапазоне температур -60 – + 300°С. Применение данного клеевого соединения эффективно как для отвода тепла в местах с повышенным тепловыделением, так и для сохранения конструктивного единства сборки без деформаций и повреждений в условиях меняющегося режима нагрева сборки панелей в процессе эксплуатации и в режиме хранения электрообогревателя, в том числе, в условиях повышенной влажности, обеспечиваемых за счет эластичности указанных клеевых соединений и их повышенной гидрофобности. При этом клеевое соединение 21 выполнено слоем, обеспечивающим прямой контакт витков проволоки нагревательного элемента со смежным поверхностями панелей сборки 2. В данном случае клеевой слой не является изолирующим для нагревательного элемента, толщина слоя не превышает толщину используемой в составе нагревательного элемента проволоки, что позволяет передавать тепло от нагревательного элемента к панелям непосредственно, увеличивая тем самым эффективность теплообмена и снижая энергопотребление, одновременно повышая безопасность эксплуатации.
На боковой поверхность панели 4 при помощи термостойкого теплопроводного эпоксидного клея, например, СТЭП-Т2 , предназначенного для работы в диапазоне температур -40 – +200°С,  закреплен термопредохранитель 10, необратимо разрушающийся и разрывающий цепь питания нагревателя при повышении температуры панелей свыше 150°С, препятствуя создания пожароопасной ситуации, например, в случае накрывания на длительное время нагревателя плотным материалом (шторой, одеялом и т.п.). В качестве термопредохранителя может быть использован, например, ZH103-150 15A, или любой иной, известный из уровня техники и используемый в устройствах данного назначения. Для его закрепления  в панели 4, в месте крепления термопредохранителя,  выполнен паз 11 для исключения электрического контакта корпуса термопредохранителя с витком спирали.
Размещенные в полости  между панелями сборки 2 элементы электрического монтажа светодиодного индикатора 9 включения электрообогревателя (элемент индикации рабочего состояния электрообогревателя) обеспечивают включение свечения индикатора только при работе нагревательного элемента, а не при простом включении в сеть, поскольку напряжение для питания индикатора снимается с одного из витков катушки нагревателя через резистор 13 (фиг.4), что позволяет отслеживать работу нагревательного элемента, а не наличие напряжения в сети, тем самым обеспечивая контроль ее состояния, что повышает безопасность работы электрообогревателя и снижает энергопотребление.
Корпус конструкции электрообогревателя, согласно представленному примеру осуществления, выполнен металлическим, предпочтительно из стали и покрыт термостойкой полимерной краской. корпус, состоящий из двух сварных крашеных термостойкой краской. В представленном варианте осуществления, корпус выполнен сборным, состоящим из наружной 14 и внутренней 15 рамок, в частном случае осуществления, неразъемно скрепленных между собой вытяжными заклепками 16, что позволяет снизить риски эксплуатации с нарушением правил. Между панелями и стенками наружной рамки проложены демпферы 12 из тонкого листового силикона для компенсации разных коэффициентов теплового расширения стали и материала панелей и снятия механических напряжений в конструкции при монтаже, транспортировке и эксплуатации. Боковые стенки наружной рамки 14 также служат кронштейнами 19 для стенового крепления навеской типа «замочная скважина» 17. На одной из стенок находятся отверстия для вывода сетевого шнура 18 и светодиодного индикатора 9. При этом заземление металлического корпуса электрообогревателя осуществляется прямым подключением к проводу заземления вилки шнура питания, таким образом, в отличие от известных аналогов нагревательный элемент обогревателя максимально электрически изолирована от корпуса, существенно повышая тем самым безопасность эксплуатации электрообогревателя и исключая риск избыточной нагрузки на электросеть.
Таким образом, заявленная конструкция позволяет обеспечить создание электрообогревателя, с повышенными эксплуатационными возможностями, обеспечивающего совместно повышение длительности и безопасности эксплуатации при одновременном снижении потребления энергии, энергосбережении.