ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к средствам для обогрева людей, животных, помещений в качестве источника теплоты (RU 57070V1, МПК Н05В 3/14, 2006, 01, Бюл №27, 2006).
Известны брудеры и облучатели для обогрева животных и птиц (A.M.Басов и др. « Электротехнология», М., Агропромиздат, 1985), в которых в качестве источников теплоты используются инфракрасные лампы, трубчатые и керамические элементы, нагревательный провод, теплые полы, коврики. Главный недостаток этих устройств состоит в том, что они не могут создать равномерного распределения теплового потока и соответственно равномерного нагрева организма животного, т.е. не могут полноценно обеспечить зоотребования по тепловому комфорту.
Известны (А.М, Басов и др. Электротехнология, М., Агропромиздат., 1985) комбинированые системы мест обогрева животных. При этой системе животные обогреваются снизу и сверху. Для обогрева снизу используют электрообогреваемые полы, а для обогрева сверху инфракрасные облучатели. В этом случае удается создать наиболее благоприятные условия для роста и развития молодняка и появляется возможность регулировать температуру воздуха в зоне нахождения животных.
Для обогрева поросят-сосунов (A.M.Басов и др. «Электротехнология») используется установка «Комби», рассчитанная на 30 станко-мест. Она состоит из 30 одинаковых комплектов. В каждом комплекте имеется электрообогреваемая панель мощностью 120 Вт и инфракрасный облучатель «Ирис» мощностью 250 Вт. Одно станкоместо требует мощность 370 Вт, что весьма энергоемко.
Таким образом, все описанные устройства имеют два недостатка:
1. Неприспособленность конструкций к рациональному использованию потребляемой электроэнергии. Большая часть потребляемой мощности идет на тепловые потери в пространстве помещения. Полезное использование электроэнергии составляет менее 50%.
2. Применяемые облучатели потребляют из сети слишком большую мощность. Коэффициент полезного использования электроэнергии потребляемой из сети составляет менее 50%.
Для создания технологически и энергетически эффективного устройства для обогрева животных необходимо решить две задачи:
- создать энергоэффективный теплоисточник, который бы равномерно обогревал поверхность пола, находящуюся под ним.
- создать замкнутую конструкцию, обеспечивающую сосредоточение тепловой энергии вокруг объекта обогрева.
Первая задача сводится к поиску максимально эффективного варианта излучателя, обеспечивающего тепловой комфорт для животных. Вторая задача должна обеспечить высокий коэффициент использования энергии предлагаемым устройством.
Эти задачи могут быть решены низкотемпературным пленочным электронагревателем из числа известных.
Известен пленочный электронагреватель (RU 57070 U1, МПК Н05В 3/14, 2006.01, Бюл. №27, 2006 г.), содержащий плоский меандровой формы резистивный излучающий элемент из фольги, расположенный между гибкими термостойкими электроизоляционными пленками и снабженный выводами для подключения к электрической сети. Резистивный элемент намотан непрерывно без применения перемычек, соединяющих его параллельные полосы, и фольга выполнена из прецизионных токопроводящих материалов.
Известен резистивный электронагреватель (RU 22579 U1, МПК Н01В 3/16, опубл. 10.04.2002), содержащий подложку из диэлектрического материала с нанесенным на нее токопроводящим слоем, токопроводящий слой выполнен виде параллельных лент из аморфного металла, покрытых с обеих сторон полимерной пленкой. Подложка выполнена из пенополиэтилена, с одной стороны которой нанесена алюминиевая фольга, а внешняя поверхность токопроводящего слоя зафиксирована защитным тканевым полотном, в котором выполнены прорези.
Недостатком описанного выше нагревателя является то, что во включенном состоянии его поверхность нагреваются с обеих сторон. Вследствие этого инфракрасный тепловой поток, создаваемый нагревателем, излучается в обе стороны.
Известен также теплоизлучающий строительный материал, (RU 87596 U1, МПК Н05В 3/14, 2006.1, Бюл. №28, 2009 г.), взятый в качестве прототипа и содержащий отделочный лист заданного размера, на котором со стороны, противоположной лицевой, закреплен в заводских условиях плоский лучистый нагревательный элемент, при этом на лицевой стороне теплоизлучающего отделочного материала нанесена разметка его к каркасу потолка.
В теплоизлучающем строительном отделочном материале в качестве плоского лучистого нагревательного элемента использован пленочный электронагреватель с инфракрасным спектром излучения.
Конструкцией данного материала предусмотрены отражатель и теплоизоляция, которые, в некоторой степени, ограничивают распространение теплоты теплопроводностью.
Недостатком является то, что в данном решении не создан механизм отражения лучистого теплового потока. Предусмотренный в конструкции отражатель укладывается непосредственно на электронагреватель и, приобретая ту же температуру, что и нагреватель, сам становится излучателем теплового потока, направляя его вверх через теплоизолятор. Данный строительный материал, выбранный нами в качестве прототипа, решает задачу снижения трудоемкости монтажных работ, но распространение инфракрасного теплового потока остается двухсторонним: как вниз, так и вверх.
Задача предлагаемого решения состоит в создании устройства ограниченных пространственных размеров (ширина-длина-высота), которое при том же значении потребляемого тока выделяет равномерно распределенный по излучающей поверхности тепловой поток повышенной плотности.
Поставленная задача решается тем, что предлагаемом лучистом теплогенераторе, содержащем лучистый электронагреватель, закрепленный на листе из диэлектрического материала заданного размера, и металлический отражатель, в отличие от прототипа лист из диэлектрического материала с электронагревателем и отражатель установлены внутри герметичного каркаса-крышки с зазором от водоотталкивающей антиконвективной пленки, служащей основанием каркаса-крышки. Причем между электронагревателем и отражателем размещен слой теплоизолятора, а отражатель установлен на таком расстоянии от верхней стенки каркаса-крышки, которое позволяет создать воздушный слой, обладающий высоким термосопротивлением.
Предлагаемая полезная модель - лучистый теплогенератор - представлена на фиг. Он включает замкнутый каркас-крышку 1, внутри которой расположены пленочный лучистый электронагреватель 2, закрепленный на листе 3 из диэлектрического материала, слой теплоизолятора 4, металлический отражатель 5. Комплект элементов 2-5 формирует теплоисточник, излучающий направленный на объект обогрева тепловой поток. Этот комплект элементов закреплен таким образом, что между металлическим отражателем 5 и каркасом-крышкой 1 образован зазор 6 с неподвижным воздухом, что обеспечивает ему высокое термосопротивление. Установленная в нижней части каркаса-крышки водоотталкивающая пленка 7 делает герметичным все пространство внутри каркаса-крышки, образуя между электронагревателем и пленкой антиконвективный воздушный зазор 8 с неподвижным воздухом.
Известно (В.П.Иванченко, В.А.Осипова, А.С.Сукомел «Теплопередача», М., 1978, с.5), что передача теплоты от более нагретого тела к менее нагретому осуществляется тремя способами:
теплопроводностью, излучением и конвекцией (с помощью подвижного воздуха). Герметизация внутреннего пространства каркаса-крышки полностью исключает использование конвекции в процессе теплопередач внутри теплогенератора.
Устройство работает следующим образом. После включения в электрическую сеть пленочного электронагревателя 2 по его токоведущим частям протекает электрический ток, разогревающий поверхность электронагревателя до номинальной температуры. С его поверхности начинает выделяться теплота теплопроводностью и излучением. Теплопроводная составляющая равномерно нагревает всю площадь поверхности нагревателя, формируя внешнюю температуру излучающей поверхности нагревателя. Передаче теплоты с поверхности нагревателя вверх препятствует слой теплоизолятора 4, а вниз - антиконвективный воздушный зазор 8.
1
2
1
тг
2
20
Под влиянием температуры нагревателя формируется тепловой поток, который излучается как вниз E и так и вверх Е. Тепловой поток Е формирует прямую составляющую результирующего потока теплогенератора Е, направленную на объект обогрева. Тепловой поток Е проходит через диэлектрический слой 3 и слой теплоизолятора 4 и доходит до поверхности металлического отражателя 5, формируя отраженную составляющую теплового потока Е.
20
2
n
n
2
20
2
n
2
n
n
2
Отраженная составляющая Е меньше, чем тепловой поток Е на величину, поглощенной части теплового потока (Е=кЕ). Таким образом, Е=(Е-кE), где к - коэффициент поглощения отражателя, Е - поглощенная отражателем часть теплового потока E.
n
n
20
2
Однако коэффициент поглощения к металлов составляет весьма малую величину, близкую к нулю (к≤0,01). Поэтому практически можно считать величину теплового потока Е равным потоку Е. Передаче теплоты от отражателя к каркасу-крышке препятствует воздушный слой 6.
Каркас-крышка и водоотталкивающая антиконвективная пленка образуют внутри теплогенератора герметичное пространство, чем исключается в процессе теплопередачи внутри теплогенератора конвекция. При этом образуется воздушный антиконвекционный слой.
2
С целью эффективного отражения потока Е между электронагревателем и отражателем установлен слой теплоизолятора.
Предложенная полезная модель для формирования теплового потока заданной величины позволят уменьшить потребляемый ток на 30-35% по сравнению с известными пленочными электронагревателями.