ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к электроприборам, в частности, к отопительным устройствам для нагревания жидкости, воздуха, жидкостных и воздушных сред бытового и промышленного назначения с помощью инфракрасного излучения.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В настоящее время на рынке отопительных приборов устройства с метал- лической нитью накала вытесняются новыми, экологически чистыми, энергосбе- регающими отопительными устройствами, в которых тепло от теплоносителя или неметаллического нагревательного элемента передается в отапливаемое по- мещение инфракрасным излучением. Благодаря такому конструктивному реше- нию такие устройства не генерируют вредного магнитного поля и ионов метал- лов. В качестве нагревательного элемента в указанных устройствах часто ис- пользуют углеродсодержащие токопроводящие элементы, которые размещаются в корпусе устройства и обычно плотно зажаты между его стенками. Такое распо- ложение нагревательных элементов приводит к тому, что при постоянном сопри- косновении часть тепла (около 20% от максимальной температуры нагреватель- ного элемента) передается стенкам, и температура нагревательного элемента все- гда ниже максимально возможной, что в целом обусловливает снижение интен- сивности теплового потока устройства. В связи с указанными выше особенно- стями постоянно проводятся соответствующие технические разработки, которые позволяют путем конструктивных усовершенствований обогревателей добиться улучшения их потребительских свойств, в том числе энергосбережения.

Известен электрический лучистый обогреватель, состоящий из корпуса, в котором расположена теплоизлучающая панель [патент РФ Jfe 2168115, МПК F24D13 / 00, опубл. 27.05.01, бюл. N° 15], с закрепленными на них трубчатыми электронагревателями, которые в процессе работы передают тепло через держа- тель на теплоизлучаюшую алюминиевую панель. Обращенная к полу нижняя по- верхность панели, нагреваясь до 200 ⁰ С, излучает лучистую энергию в виде ин- фракрасного излучения. Этот обогреватель снабжен также теплоизоляционным и отражающим элементами, расположенными над теплоизлучающей панелью.

Недостатком указанного обогревателя является то, что источником излуче- ния является алюминиевая панель, которая разогревается трубчатым нагрева- тельным элементом, который не обеспечивает равномерный нагрев панели и не передает полностью тепловую энергию на теплоизлучаюшую поверхность, так как сказываются, например, потери в соединении "трубчатый електронагрива- тель- С-образный канал пластины ". Поэтому КПД обогревателя не превышает 70%. Инерционность разогрева панели также добавляет потери и снижает КПД.

Вышеописанное электронагревательное устройство предполагает исполь- зование в качестве электронагревательного элемента углеродные волокна. Такие электронагревательные устройства имеют достаточно узкий спектр применения, то есть их использование ограничено. Также для этих устройств характерна ма- лая мощность. А главным недостатком их является низкие потребительские ха- рактеристики.

Известно электронагревательное устройство (патент РФ 2304367, Н05ВЗ /

34, опубл. 10.08.2007), содержащее два слоя электроизоляционного основания, между которыми размещен электропроводящий резистивный слой на основе уг- леродных волокон и электрически связанные с ним токоподводы, выполненные в виде гибкой токоподводящей цепи из мягкой проволоки, причом электропрово- дящий резистивный слой выполнен в виде зигзагообразных секций резистивной цепи из углеродных волокон толщиной 0,45 ± 0,05 мм и длиной 7-8 м, концы ка- ждой секции резистивной цепи металлизированы медью и намотаны на токопод- воды, причем все секции резистивной цепи выполнены из непрерывных однона- правленных углеродных волокон, состоящих из элементарных волокон, каждое из которых аппретировано пропиточной смесью. Недостатком этого обогревателя является его высокое энергопотребление при низкой эффективности работы.

Известна низкотемпературная конвекционная обогревательная панель, описанная в патенте Украины j\b 47962 (Н05В 3/00 опубл. 25.02.2010 р.), содер- жащая передний и задний теплоизлучающие элементы, между которыми распо- ложен нагревательный элемент в виде углеродной нити, выполненный с возмож- ностью подключения к электрической сети.

Недостатком указанной панели является относительно низкая эффектив- ность использования нагревательного элемента ввиду снижения его температуры из-за наличия значительной контактной плоскости с теплоизлучающими элемен- тами.

РАСКРЫТИЕ ИЗОРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является усовершенствование инфракрасного отопительного устройства путем использования такой совокупности конструктивных элементов и материалов, что в резуль- тате обеспечивает достижение максимально высокой степени энерго- сбережения при максимальной теплоотдаче в сочетании с высокими потребительскими свойствами.

Поставленная задача решается тем, что инфракрасное отопитель- ное устройство, согласно изобретению, содержит две теплоизлучаю- щие панели, которые соединены между собой с образованием по меньшей мере одного канала, выполненного углублением в одной из панелей, в котором размещен по меньшей мере один нагревательный элемент в виде углеродных нитей, сплетенных в шнур плетением типа "косичка" и выполнены с возможностью подключения к источнику на- пряжения, при этом нагревательный элемент выполнен таким образом, что не соприкасается со стенками канала, а стенки каналов и плетения дополнительно обработаны веществом с максимальным коэффициен- том поглощения инфракрасного излучения.

Главным законом, определяющим зависимость теплового потока излучающей поверхности тела (нагревательного элемента) от ее тем- пературы, является закон Стефана-Больцмана:

q = ε σ ₀ Т

где: q - тепловой поток излучающей поверхности;

ε - степень черноты тела

σο - константа излучения Стефана-Больцмана "абсолютно черного тела"; Т - температура поверхности.

Благодаря тому, что углеродный шнур расположен в центральной части канала таким образом, что не соприкасается с его стенками, обеспечивается воз- можность поддержания максимальной температуры углеродного шнура без по- тери ее на нагрев поверхности канала, что в свою очередь, согласно закону Сте- фана-Больцмана, приводит к достижению технического результата, который за- ключается в увеличении интенсивности теплового потока заявляемого отопи- тельного устройства, при этом мощность, которую потребляет отопительное устройство, не увеличивается из-за отсутствия значительных потерь температу- ры. Кроме того, использование сажи в качестве вещества, имеющего коэффици- ент поглощения ИК-излучения близкий к 1 , обеспечивает максимальную интен- сивность и равномерность нагрева.

В результате многочисленных испытаний автором изобретения доказано, что углеродное волокно, заплетенное именно в виде шнура плетением типа "ко- сичка", имеет лучшие свойства ИК-излучения, а именно, требует меньше элек- трической энергии на разогрев до заданной температуры, чем углеродное волок- но в других конфигурациях. Кроме того, такая форма значительно продлевает срок работы нагревательного элемента. Целесообразным является выполнение по меньшей мере в одной теплоиз- лучающей панели углубления для образования при соединении теплоизлучаю- щих панелей канала для размещения углеродного плетеного шнура. При этом преимущественно указанное углубление выполнено в задней теплоизлучающей панели.

Автором настоящего изобретения доказано, что лучшими теплоизлучаю- щими панелями для достижения технического результата являются керамиче- ские монокристаллические или стеклокерамические панели благодаря их хоро- шим свойствам пропускать ИК-излучения.

Целесообразным является размещение углеродного шнура в канале в ва- кууме, что минимизирует потери теплового потока.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Суть полезной модели объясняется следующими чертежами, где:

Фиг. 1 - инфракрасное отопительное устройство, вид сбоку;

Фиг. 2 - инфракрасное отопительное устройство, вид сверху;

Фиг. 3 - график сравнения рабочих характеристик заявляемого устройства с другими нагревателями.

1 - панели обогревателя, 2 - канал, 3 - плетеный из углеродных волокон на- гревательный элемент, 4 - сажа, 5 - точки подключения к источнику напряжения.

В Техническом Университете г. Кошице (Словакия) был проведен сравни- тельный анализ заявляемого устройства с другими отопительными приборами. Из диаграммы (фиг.З) видно, что заявляемое устройство излучает больше тепло- вой энергии при одинаковом потреблении электроэнергии, чем другие отопи- тельные устройства.

ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Заявляемое устройство работает следующим образом:

Отопительное устройство подключают к электрической сети через точки подключения 5 и запитывают напряжением, например 220 В. При этом нагрева- тельный элемент 3 в виде шнура из углеродной нити нагревает теплоизлучающие элементы 1, представляющие собой керамические пластины, которые, в свою очередь, излучают тепловой поток по всей поверхности. Поскольку углеродная нить размещена преимущественно в центральной части канала 2 с отсутствием контакта со стенками канала, нагревательный элемент характеризуется постоян- ной, приближенной к максимальной, температурой. Благодаря наличию не менее одного канала 2 при нагревании переднего теплоизлучающего элемента 1 обес- печивают конвекцию, за счет которой образуется дополнительный тепловой по- ток, кроме того обработка углеродного шнура и стенок канала сажей а также об- разование в канале вакуума обеспечивает более быстрый и равномерный обогрев помещения с минимальным рассеиванием ИК излучения.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Изобретение объясняется примером конкретного применения.

Пример.

Инфракрасное устройство подключают точками подключения 5 к источни- ку напряжения 220 В, причем устройство помещают в жидкость (вода), при этом используют 2 нагревательных углеродных элемента 3 в виде плетеного шнура, заплетенного сложной "косичкой", и нагревательный элемент 3 разогревают до температуры 312 ⁰ С, при этом потребление электроэнергии составило 205 Вт, а 15 л воды разогрелись до температуры 60 ° С за 35 минут.

При мощности потребления 330 Вт нагревательный элемент нагревается до температуры 96 ° С, а устройство имеет температуру 72 ° С.

Таким образом, специальная конструкция заявляемого инфракрасного ото- пительного устройства обеспечивает достижение технического результата, кото- рый заключается в увеличении интенсивности теплового потока без увеличения мощности, потребляемой отопительным устройством.

Заявляемое устройство обладает высокой надежностью, удобством, дли- тельным сроком службы, экономичностью и эксплуатационной безопасностью.