карбоновым слоем

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим отопительным приборам со слоем углепластика (карбона), преимущественно сплошным, которые могут быть использованы как отдельные обогреватели или как основные или дополнительные экономичные и эффективные источники тепла в зависимости от характеристик в отопительных системах помещений любого назначения, частных домов, детских садов, больниц, спортивных тренировочных залов, офисных и промышленных сооружений и прочего.

Известно много электрических устройств и систем, предназначенных для обогрева различных помещений, в том числе жилых, производственных и других, и отдельных домов. Среди них такие, как электрообогреватели радиаторного типа, например масляные или другие, в которых носителем тепла является жидкость, тепловентиляторы, конвекторы, кондиционеры, выполненные с возможностью подогрева воздуха, и инфракрасные электрические обогреватели.

Известные масляные радиаторы имеют невысокую температуру корпуса - до 60 °С и не "сжигают" кислород в помещении, являются пожаробезопасными и бесшумными.

Недостатками масляных радиаторов является большая энергоемкость, потребляемая мощность составляет от 0,5 до 2 кВт. При этом при использовании известных радиаторов нужно много времени для прогрева помещения, что делает известное устройство не удобным в использовании, не достаточно эффективным, и исключает возможность его использования в качестве основного отопительного устройства в системе отопления. При этом масляный радиатор является громоздким, материалоемким и сложным в изготовлении. Тепловентиляторы имеют небольшую стоимость, но являються низкоэффективными, недостаточно надежными, энергозатратными, пожароопасными и вредными для воздуха, что также делает невозможным их использование в качестве основного источника тепла для отопления помещений.

При этом мощность тепловентиляторов (найдено в Интернет 23.03.2018, getoptim.com/uk/teploventilyator-obigrivach.html), находится в пределах от 800 Вт до 3 кВт.

Тепловентилятор мощностью 2000 Вт рассчитан на обогрев помещения площадью до 20 кв.м и для обеспечения тепла в помещении он должен постоянно работать, поскольку после его отключения помещение мгновенно остывает, что делает известные устройства малоэффективными, требующими повышенного расхода электрической энергии при низком КПД.

К тому же тепловентиляторы не всегда являются экологически чистыми за счет выполнения недобросовестными производителями конструктивных элементов из пластиков, которые при повышенных температурах выделяют в воздух вредные вещества, что особенно опасно для здоровья пользователей, поскольку тепловентиляторы используют в закрытых помещениях.

При этом известные устройства являются пожароопасными за счет того, что на нагревательные элементы могут попадать частицы пыли, материи, которые за счет высокой температуры нагрева могут вспыхнуть, что может привести к пожару.

Также известны конвекторы электрические.

Недостатком известных устройств является их высокая энергоемкость и низкая эффективность.

Конвектор электрический мощностью 1 кВт может обогревать комнату площадью 10-12 кв.м, что не позволяет использовать его в качестве основного источника тепла и, соответственно создавать системы отопления с использованием таких устройств, поскольку это приведет к большим затратам энергии, материалов и созданию очень дорогостоящих систем. Кондиционеры с функцией обогрева также малоэффективны и энергозатратны, при этом имеют высокую стоимость и сложную конструкцию, ограничения использования по климатическим условиям.

Потребляемая мощность кондиционеров обычно лежит в пределах от 1 ,6 кВт до 7 кВт. Известны также исполнения с потребляемой мощностью 9 кВт.

При этом при использовании кондиционеров для обогрева помещений их нужно включать на длительное время, а после их отключения помещение через короткий промежуток времени остывает, то есть для обеспечения тепла в помещении кондиционер, который имеет высокую потребляемую мощность, должен постоянно работать, что приводит к высоким энергозатратам и высокой стоимости эксплуатации.

Исходя из выше изложенного использование кондиционера в качестве основного отопительного устройства является високоенергоемким, дорогостоящим, ненадежным и малоэффективным.

Известны инфракрасные электрические обогреватели (http://sovet- ingenera.com/otoplenie/radiator-obogrev/kak-vybrat-karbonovy i-obogrevatel.html. http.7/aqueo.ru/otoplenie/obogrevateli/obzor-plenochnykh-obo grevateleii.html. http://www.teploline.com.ua/infraervoni-obihrivai.html ), (патент Украины на полезную модель ЛЬ 44667, МПК Н05В 1/00, Н05В 3/00, опубл. 12.10.2009, бюл. JSfg 19; патент Украины на полезную модель М> 115979, МПК Н05В 3/16, опубл. 10.05.2017, бюл. N° 9, патент Украины на полезную модель ЛЬ 65885, МПК Н05В 3/00, опубл. 12.12.2011) являются отопительными приборами, которые обеспечивают отдачу тепла в окружающую среду посредством инфракрасного излучения.

С использованием известных инфракрасных обогревателей имеется возможность образовывать локальные зоны обогрева.

Известные инфракрасные обогреватели нагревают предметы, находящиеся в помещении, которые затем отдают тепло

(https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D 1 %84%D 1 %80%D0%B0% D0%B A%D 1 %80%D0%B0%D 1 %81 %D0%BD%D 1 %8B%D0%B9 %D0%BE%

D0%B 1 %D0%BE%D0%B3%D 1 %80%D0%B5%D0%B2%D0%B0%D 1 %82%D 0%B5%D0%BB%D 1 %8C, htp://www.teploline.com.ua/infraervoni- obihrivai/teplov/the-princmle-of-infrared-heaters.html. htp://sovet- ingenera.com/otoplenie/radiator-obogrev/kak-vybrat-karbonowi - obogrevatel.html).

Известные инфракрасные обогреватели являются более экономичными по сравнению с перечисленными выше при их использовании в небольших помещениях, но не могут быть использованы в каких либо системах отопления в качестве основного источника тепла.

При этом к недостаткам следует отнести направленное действие известного инфракрасного обогревателя, что не всегда обеспечивает комфортные условия пребывания пользователя в помещении и сужает круг пользователей.

При направлении волн на человека он, с одной стороны находится в теплой зоне за счет отдачи тепла нагретыми предметами мебели, пола, стены и других предметов и вещей, а с другой стороны нагревается сама под влиянием лучистой энергии (энергии излучения). При выполнении обогревателя длинноволновым в лучшем случае, что не всегда так и обогреватель может излучать средние и короткие вредные для человека инфракрасные лучи в зависимости от мощности, нагревается кожа человека, одежда, одетая на нем. Такой эффект не является желательным и полезным для любого человека и может приводить к негативным для здоровья последствиям, родственным последствиям нахождения человека под лучами солнца, а также может вызвать неприятные ощущения.

При этом, когда обогреватель установлен стационарно на потолке или на стене и невозможно изменить направленность его излучения, которое может быть направлено на рабочее место пользователя, которое невозможно перемещать (рабочее место кассира в магазине, рабочее место со специально установленным оборудованием в производственном помещении, рабочее место ученика в ограниченном пространстве комнаты и др.), длительное нахождение пользователя на таком рабочем месте при постоянном нагреве может вызвать у пользователя неприемлемые ощущения и приводить к непредвиденным последствиям, вредным для здоровья реакциям.

Также к недостаткам использования известных инфракрасных обогревателей следует отнести нагрев вследствие работы известных инфракрасных обогревателей предметов и вещей в помещении.

Для отделки и оформления помещений на сегодняшний день используют много искусственных материалов и химических веществ. Также известно, что большинство современной мебели и других предметов выполнено с применением искусственных материалов, пластиков и, в некоторых случаях, химических веществ. При нагревании таких материалов и предметов возможно выделение ими с загрязнением воздуха вредных веществ, опасных для здоровья человека, особенно при использовании инфракрасных обогревателей большой мощности, которые могут излучать короткие инфракрасные волны.

Из уровня техники известен электрический нагреватель (патент РФ N° 132662, МПК Н05В 3/30, опубл. 20.09.2013 г.), содержащий кожух, размещенные в нем нагреватели и узел рассеивания тепла, выполненный в виде объемного элемента с внутренними каналами, и в котором использованы два пленочных нагревателя, которые расположенны с внутренней части передней и задней стенок кожуха, и плотно прилегают к вышеуказанным стенкам и к узлу рассеивания тепла, расположенном между пленочными нагревателями, а над узлом рассеивания тепла расположена пластина, которая перекрывает сверху от 20 до 30% его площади.

При этом в нижней и верхней части кожуха могут быть выполнены отверстия, причем диаметр отверстий в нижней части кожуха больше диаметра отверстий в верхней части кожуха. Кроме того, узел рассеивания тепла может быть выполнен в виде радиатора, внутри которого с помощью параллельно расположенных пластин выполнены вертикальные каналы.

Пленочный нагреватель содержит резистивный нагревательный элемент в виде контура меандровий формы, расположенный между двумя гибкими термостойкими электроизоляционными пленками и снабжен выводами для подключения к электрической сети, нагревательный элемент выполнен в виде единой токопроводящей нити, при этом меандры образованы изгибами нити.

Известный электрический нагреватель относится к нагревателям конверторного типа и имеет следующие недостатки.

Нагрев воздуха происходит при его прохождении между пленочными нагревателями, при этом за счет конструктивных особенностей возможно «сжигание» кислорода в воздухе, выпаривание влаги, возможен чрезмерный нагрев воздуха, загрязнение узла рассеивания тепла с выделением вредных веществ из загрязняющих частиц, что исключает возможность постоянного длительного и круглосуточного использования такого нагревателя, а также возможность закрепления такого нагревателя в любом месте на стене, потолке и другом с обеспечением эффективного и быстрого обогрева всего помещения, поскольку осуществляется направленный поток воздуха, который циркулирует в пределах нагревателя с частичным разбавлением холодным воздухом и не обеспечивается рассеивание воздуха по всему помещению. При этом известный нагреватель энергоемкий, недостаточно эффективен и безопасен.

Из уровня техники известна потолочная инфракрасная система электрообогрева (патент РФ N° 126098, МПК F24D 10/00, опубл. 20.03.2013, бюл. N» 8), в которой использован выбранный ближайшим аналогом инфракрасный пленочный электронагреватель, выполненный в виде элемента гибкого карбонового электрообогревателя. Известная потолочная инфракрасная система электрообогрева включает в себя подвесной потолок, содержащий пристенный угловой профиль, подвесы, которые имеют и поперечные профили и декоративные потолочные плитки, установленные в ячейках подвесного потолка, теплоизоляционный мат, теплоотражающую пленку и инфракрасные пленочные электронагреватели. Инфракрасные пленочные электронагреватели выполнены размером, не превышающим размера лицевой стороны потолочной плитки, установленной в ячейку, и установлены на части потолочных плиток, поверх которых укреплены теплоотражающая пленка и теплоизолирующий мат, при этом каждый пленочный электронагреватель снабжен штепсельным разъемом типа «штырь», а на несущих профилях проложены токопроводы со штепсельными разъемами типа «гнездо» для подключения пленочных электронагревателей.

Инфракрасный пленочный электронагреватель выполнен в виде элемента гибкого карбонового электрообогревателя.

Теплоизолирующий мат и теплоотражающая пленка выполнены единым целым - материалом пенофол.

Инфракрасный нагреватель выполнен в виде элемента гибкого карбонового электрообогревателя, например фирмы HEAT PLUS (Carbon Heating Film).

К недостаткам известного инфракрасного пленочного электронагревателя (инфракрасной нагревательной пленки) следует отнести следующее.

Одним из недостатков является направленность действия, что сужает круг пользователей, которые не могут находиться под влиянием инфракрасных волн с постоянным нагревом их по меньшей мере кожи, также приводит к нежелательному нагреву вещей и предметов в помещении, которые могут в результате такого нагрева разлагаться и осуществлять выделение вредных веществ в воздух, и не обеспечивает нагрев воздуха в необходимой мере, что делает известное устройство низко эффективным, опасным и энергоемким.

При этом известный инфракрасный пленочный электронагреватель не может быть использован как основной отопительный прибор в системах отопления домов, квартир, производственных, торговых и других помещений по указанным выше причинам.

Также недостатком является пониженная эффективность за счет выполнения инфракрасного пленочного электронагревателя с не сплошным карбоновым слоем, а с карбоновыми полосами, расположенными на расстоянии друг от друга, что не обеспечивает максимальное использование площади электронагревателя для повышения его эффективности.

В основу изобретения поставлена задача создания нового с повышенной эффективностью экономичного и безопасного электрического обогревателя с по меньшей мере одним карбоновым слоем, который за счет нового конструктивного решения обеспечил бы получение дешевого тепла и отопления с уменьшением расходов электрической энергии на его обеспечение, который бы при этом характеризовался простотой конструкции и технологии изготовления, а также легкостью эксплуатации и технического обслуживания.

Поставленная задача достигается тем, что электрический обогреватель с по меньшей мере одним карбоновым слоем, который выполнен с возможностью подключения к сети энергоснабжения, включает инфракрасную нагревательную пленку, согласно предложению, выполнен с металлическим корпусом, в котором расположены по меньшей менее теплоотражающий, греющий и заземляющий слой, греющий слой состоит из одного или больше слоев инфракрасной нагревательной пленки, которая выполнена со сплошным карбоновым нагревательным слоем, с одной стороны греющего слоя расположен теплоотражающий слой, а с другой стороны после выполненного с возможностью пропускания инфракрасного излучения заземляющего слоя находится передняя стенка металлического корпуса обогревателя.

Также согласно предложению выполненный с возможностью пропускания инфракрасного излучения заземляющий слой является внешним слоем инфракрасной нагревательной пленки или выполнен в виде отдельного слоя.

Также согласно предложению электрический обогреватель с по меньшей мере одним карбоновым слоем снабжен терморегулятором, например выносным терморегулятором.

Также согласно предложению корпус имеет переднюю, заднюю, верхнюю, нижнюю и боковые стенки.

Также согласно предложению электрический обогреватель с по меньшей мере одним карбоновым слоем выполнен с возможностью закрепления на потолке и/или на стене, и/или установки на полу.

Перечисленные признаки предложенного технического решения являются существенными признаками заявленого изобретения, а их совокупность позволяет получить ожидаемый технический результат - повышение эффективности, экономичности с повышением КПД и улучшение функциональности обогревателя, в частности обеспечение возможности получения дешевого тепла, обеспечение интенсивной теплоотдачи со снижением расхода электроэнергии, с обеспечением возможности использования заявленного устройства в качестве основного источника тепла для отопления любых помещений как отдельно, так и образовывать из нескольких обогревателей отопительные системы домов, квартир, производственных, торговых и других помещений и зданий, обеспечение безопасности для пользователей с расширением круга пользователей и со значительным повышением их количества.

Также обеспечивается упрощение конструкции и технологии изготовления, легкость и безопасность эксплуатации и технического обслуживания. Причинно-следственная связь существенных признаков предложенного решения с достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

В заявленном электрическом обогревателе с карбоновым слоем греющий слой, состоящий из не менее одной инфракрасной нагревательной пленки, ограничен металлическими стенками корпуса, инфракрасное излучение нагревает прежде всего переднюю стенку корпуса, при этом нагреваются все остальные стенки корпуса, чем обеспечивается эффективный нагрев металла и эффективная теплоотдача с исключением прохождение через металлические составляющие инфракрасного излучения.

При этом с интенсивным нагревом металла осуществляется интенсивный нагрев воздуха в помещении, где установлен заявленный обогреватель.

Нагрев металла, расположенного рядом с инфракрасной нагревательной пленкой, обеспечивает повышение КПД обогревателя, направление инфракрасного излучения только на металлический слой, поскольку металл является непроницаемым для инфракрасного излучения, обеспечивает конвекционное движение воздуха и интенсивный теплообмен. При этом, поскольку металл является барьером для инфракрасного излучения, обеспечивается исключение направления инфракрасного излучения на предметы, материалы и пользователей.

Учитывая высокий КПД инфракрасной нагревательной пленки с инфракрасным излучающим слоем с высоким КПД - сплошным карбоновым слоем, высокую теплопроводность металла и безопасность заявленного обогревателя в совокупности признаков достигается возможность получить высокоэффективный безопасный с повышенным КПД обогреватель, что позволяет расширить круг пользователей, повысить безопасность использования с исключением направления на пользователя и на предметы инфракрасного излучения, исключением перегрева пользователя и возможности выделения из нагретых материалов и предметов в результате нагрева вредных веществ. При этом обеспечивается возможность использования заявленного обогревателя как основного источника тепла при создании отопительных систем как отдельных частных домов, так и квартир многоэтажных жилых домов, а также производственных помещений, в которых отопительные устройства могут быть не связаны между собой, а их количество и мощность рассчитаны для каждого дома, квартиры или любого помещения с возможностью установки на любой поверхности и в любом месте для обеспечения наиболее эффективного обогрева объекта.

В целом конструкция предложенного обогревателя является простой и технологичной в изготовлении, включает в свой состав простые и доступные элементы и при этом не имеет ограничений по габаритным размерам, а следовательно и мощности. При этом мощность обогревателя можно менять использованием нескольких слоев инфракрасной нагревательной пленки, что не приводит к значительному утолщению устройства за счет незначительной толщины самой инфракрасной нагревательной пленки.

Дальнейшая сущность изобретения объясняется в описании, приведенном ниже как не ограничивающий пример со ссылкой на иллюстративный материал, на котором изображено:

фиг. 1, 2 - общий вид сзади вариантов выполнения электрического обогревателя с по меньшей мере одним карбоновым слоем;

фиг. 3 - общий вид спереди варианта выполнения электрического обогревателя с по меньшей мере одним карбоновым слоем;

фиг. 4 - общий вид сзади варианта исполнения и/или установки электрического обогревателя с по меньшей мере одним карбоновым слоем с вертикальной ориентацией;

фиг. 5 - схематическое изображение общего строения варианта выполнения предложенного электрического обогревателя с по меньшей мере одним карбоновым слоем. фиг. 6 - схематическое изображение варианта выполнения предложенного электрического обогревателя в разобранном состоянии с условно не показанными верхней крышкой корпуса и кабелем питания;

фиг. 7 - фрагмент поперечного сечения варианта выполнения электрического обогревателя с по меньшей мере одним карбоновым слоем.

Также для объяснения сути заявленного изобретения как дополнение к другим графическим материалам приложены фотографические изображения варианта выполнения заявленного кронштейна, на которых:

фиг. 8, 9 - общий вид электрического обогревателя с по меньшей мере одним карбоновым слоем.

Предложенный электрический обогреватель с по меньшей мере одним карбоновым слоем в варианте исполнения, который не является ограничительным, включает металлический корпус 1, имеющий заднюю стенку 2, переднюю стенку 3, боковые стенки 4 и верхнюю стенку 5, и нижнюю стенку.

Между стенками корпуса 1 расположены следующие слои в указанной последовательности, начиная от задней стенки 2 корпуса 1 : по меньшей мере теплоотражающий слой 6, греющий слой 7 и заземляющий слой 8. Греющий слой 7 состоит из одного или больше слоев инфракрасной нагревательной пленки, которая выполнена со сплошным карбоновым нагревательным слоем.

Теплоотражающий слой 6 в варианте исполнения может быть выполнен в виде теплоизоляционной подложки Изолон с теплоотражающим покрытием, или как ламинированная армированная алюминиевая пленка- теплоотражатель с дополнительным защитным эффектом - Strotex 90А1, либо другое.

Как инфракрасная нагревательная пленка в варианте исполнения может быть использована Heat Plus Premium, в которой выполнено сплошное нанесение карбонового слоя. Она имеет структуру из 9-ти слоев, в том числе ионизирующий слой, имеет повышенную безопасность, прочность и надежность. При этом указанная инфракрасная нагревательная пленка имеет ширину 50, 100 см, максимальную мощность 110-220 Вт/шт, повышенную температуру плавления 280 °С.

Карбоновый (углеродный) нагревательный слой выполнен сплошным. Это дает возможность выполнять фигурные и косые срезы инфракрасной пленки при выполнении обогревателей разной конфигурации. За счет сплошного нанесения карбонового слоя КПД таких инфракрасных нагревательных пленок выше чем у пленки Standart и составляет около 98%, и при этом обеспечивается полное исключение «мертвых зон нагрева», а при случайных механических воздействиях или повреждениях продолжает работать, не выходит из строя.

Кабель питания 9 для подключения обогревателя к сети энергоснабжения соединен с греющим слоем 7.

После выполненного с возможностью пропускания инфракрасного излучения заземляющего слоя 8 находится передняя стенка 3 металлического корпуса 1 обогревателя.

Заземляющий слой 8 в варианте исполнения может быть выполнен, например из гибкого полиэстера или иного материала с соответствующими свойствами. Заземляющий слой 8 применяют для снятия статического напряжения, для повышения уровня безопасности. Заземляющий слой 8 может быть выполнен как отдельный слой или быть составной частью инфракрасной нагревательной пленки как, например ее внешний слой.

В вариантах исполнения исходя из потребностей обогреватель может быть выполнен с дополнительными слоями, в том числе с декоративным.

Также в варианте исполнения с задней стороны электрического обогревателя с по меньшей мере одним карбоновым слоем выполнена кнопка включения/выключения 10.

Электрический обогреватель с по меньшей мере одним карбоновым слоем может быть снабжен терморегулятором, например выносным терморегулятором . В варианте исполнения на задней стенке корпуса закреплены кронштейны 11 для стационарной установки обогревателя на стене помещения.

Кроме этого заявленный обогреватель может быть снабжен съемными опорными элементами 12 для установки на полу.

Дальнейшая сущность изобретения объясняется примером конкретного использования.

Заявителем были выполнены электрические обогреватели с по меньшей мере одним карбоновым слоем в количестве пяти единиц с общей мощностью 1100 Вт, которые были установлены в доме общей площадью 60 кв.м и обогревали этот дом в течение зимы без использования дополнительных систем обогрева.

С использованием заявленного обогревателя достигнуто увеличение прогрева помещения, уменьшение расходов на потребление электроэнергии. Заявленный обогреватель не сушит воздух, его использование не приводит к возгоранию и приводит к экономии энергопотребления примерно в пять раз.

При использовании заявленного электрического обогревателя с по меньшей мере одним одним карбоновым слоем с целью отопления, исходя из практики реализованных заявителем проектов, установлено, что расход электроэнергии в жилом помещении составит:

• в качестве основного отопления: ~ 200-250 Вт / 10 кв. м;

• в качестве дополнительного отопления: ~ 150 Вт / 10 кв. м

с обеспечением нагрева воздуха в помещении до температуры +25 °С при температуре окружающей среды -20 °С

Заявленный электрический обогреватель с по меньшей мере одним карбоновым слоем является уникальным продуктом, имеет высокий КПД - 98%, может быть выполнен с широким спектром мощностей и типоразмеров, имеет повышенную температуру плавления 260 °С, и имеет высокую надежность и безопасность. Сравнительный анализ вышеуказанного технического решения с наиболее близким аналогом показал, что реализация совокупности существенных признаков, характеризующих предложенное изобретение, приводит к появлению качественно новых технических свойств, указанных в техническом результате и объяснениях причинно-следственной связи.

При условии эксплуатации предложенного обогревателя в помещениях, благодаря выполнению с расположенными в соответствующем порядке заявленными слоями в металлическом корпусе обеспечивается возможность эффективного отопления помещений без использования дополнительных устройств для отопления, удешевление отопления домов и помещений с экономией энергопотребления почти в пять раз по сравнению с традиционными системами отопления, связанными с потреблением электроэнергии.

В различных модификациях заявленный обогреватель может быть применен для получения дешевых безопасных источников тепла различной мощности и отопительных систем зданий и помещений с учетом их параметров и климатических условий.

Благодаря возможности использования нескольких слоев инфракрасной нагревательной пленки и изменения габаритов возможно выполнение заявленного обогревателя в различных модификациях с различной мощностью, что делает заявленное устройство универсальным и таким, что будет пользоваться большим спросом у широкого круга пользователей.

В известных источниках патентной и другой научно-технической информации не обнаружено электрических обогревателей с по меньшей мере одним карбоновым слоем с указаннной в предложении совокупностью существенных признаков, поэтому предложенное техническое решение считается соответствующим критерию «новизна».

Кроме того, по результатам проверки на практике, предложенный электрический обогреватель с по меньшей мере одним карбоновым слоем пригоден для промышленного применения, поскольку не содержит в своем составе никаких конструктивных элементов, материалов или технологических операций, которые невозможно было бы воспроизвести на современном этапе развития науки и техники, в частности, в области электроэнергетики, а следовательно данное техническое решение считается соответствующим критерию «промышленная применимость».