электроконвектор

Формула изобретения

Электроконвектор, содержащий корпус коробчатой формы с входным и выходным отверстиями, опоры из электроизоляционного материала, связанные с опорами параллельно размещенные основные нагревательные элементы с электроизолированной подложкой, покрытой с одной из сторон резистивным материалом, объединенные по контактным шинам в группы и подключенные через коммутатор к электросети, отличающийся тем, что в нем над каждым основным нагревательным элементом на расстоянии l, меньшем шага t нагревательных элементов, последовательно установлены дополнительные нагревательные элементы, вертикальные оси геометрической симметрии которых совпадают с вертикальными осями геометрической симметрии основных нагревательных элементов, а отношение шага t нагревательных элементов к общей высоте H основного и дополнительного нагревательных элементов составляет t / H = 1/15 ... 1/45, отношение общей высоты H к ширине B нагревательного элемента равно H/B = 3 ... 6, при этом нижняя и верхняя стенки корпуса выполнены в виде крышек с прямоугольными отверстиями и с отверстиями в виде двухрядных прорезей, причем каждая крышка имеет эллипсоидную форму с малой и большой осями, эллиптические контуры которой выполнены сопряжением дуг окружностей различных радиусов, а по концам большой оси - сопряжением дуг окружностей с прямыми линиями, параллельными малой оси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроотопительной технике, в частности к электроконвекторам, и предназначено для нагрева воздуха в помещениях путем естественной конвекции.

Известны электроконвекторы, содержащие корпус с отверстиями для входа и выхода воздуха, между которыми внутри корпуса на опорах из электроизоляционного материала расположен нагреватель, выполненный в виде спирали и подключенный через коммутатор к электросети [1].

Недостатком таких электроконвекторов является то, что нагреватель, выполненный в виде спирали из высокоомного материала, нагреваются до температуры 450 - 500^oC и более [1], а это приводит к термическому разложению пыли и влаги с выделением вредных примесей в атмосферу обогреваемого помещения.

При этом требуемые комфортные условия в помещении не обеспечиваются, поскольку качество воздуха ухудшается: он становится более сухим и негигиеничным.

Для создания в помещениях теплового комфорта в холодное время года воздух должен быть чистым, достаточно нагретым и умеренно влажным.

Кроме того, известные электроконвекторы обладают низкой надежностью.

При перегорании спирали электроконвектор теряет работоспособность, а концы раскаленной оборванной спирали создают опасность в пожарном отношении.

Известны также широко выпускаемые промышленностью маслонаполненные электрорадикаторы, содержащие корпус, заполненный трансформаторным маслом, трубчатый электронагревательный элемент, расположенный в нижней части корпуса, выключатель, термовыключатель и бытовую арматуру [2].

К недостаткам маслонаполненных электрорадиаторов относятся следующие:

- наличие промежуточного теплоносителя-масла обусловливает значительно большую массу маслонаполненных электрорадиаторов по сравнению с электроконвекторами - около 20 кг на каждый киловатт мощности [1];

- большая инерционность, низкая эффективность; установившийся температурный режим наступает лишь через 25 - 35 мин после включения [1];

- опасность перегрева масла и нарушения герметичности;

- из-за небольшого температурного напора размеры и масса электрорадиаторов велики [1].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является электроконвектор [3], содержащий корпус коробчатой формы с входным и выходным отверстиями, между которыми внутри корпуса на опорах из электроизоляционного материала размещен нагреватель, подключенный через коммутатор к электросети.

Нагреватель этого электроконвектора выполнен в виде набора отдельных нагревательных элементов, каждый из которых содержит прямоугольную электроизолированную подложку.

На одной из плоскости подложки на контактные шины, размещенные по ее коротким противоположным сторонам, нанесен резистивный материал, занимающий всю поверхность плоскости подложки между шинами.

При этом отдельные элементы набора соединены механически между собой последовательно и ориентированы своими плоскостями параллельно друг другу, а электрически по контактным шинам объединены между собой в группы с параллельным соединением элементов в группах, причем группы через коммутатор подключены к электросети с возможностью последовательного, параллельного или последовательно-параллельного соединения между собой. Этот электроконвектор принимается за прототип.

К недостаткам прототипа моно отнести то, что из-за ограниченной его тепловой мощности в помещениях, имеющих большие объемы (например, V 150 м³, где V - обогреваемый объем помещения), за короткое время достичь теплового комфорта не удается. Применение же для этой цели нескольких электроконвекторов экономически нецелесообразно.

Задачей изобретения является повышение тепловой мощности и эффективности работы электроконвектора.

Поставленная техническая задача решается тем, что в известном электроконвекторе, содержащем корпус коробчатой формы с входным и выходным отверстиями, опоры из электроизоляционного материала, связанные с опорами параллельно размещенные основные нагревательные элементы с электроизолированной подложкой, покрытой с одной из сторон резистивным материалом, объединенные по контактным шинам в группы и подключенные через коммутатор к электросети, над каждым основным нагревательным элементом на расстоянии, меньшем шага нагревательных элементов, последовательно установлены дополнительные нагревательные элементы, у которых вертикальные оси геометрической симметрии расположены на одной прямой с основными, а отношение шага нагревательных элементов t к общей высоте H основного и дополнительного нагревательных элементов составляет t/H = 1/15...1/45, отношение общей высоты H к ширине B нагревательного элемента равно H/B = 3 ... 6, при этом нижняя и верхняя стенки корпуса выполнены в виде крышки с двухрядными прямоугольными отверстиями, имеющей эллипсообразную форму с малой и большой осями, эллиптические контуры которой выполнены сопряжением друг окружностей различных радиусов, а по концам большой оси - сопряжением дуг окружностей с прямыми линиями, параллельными малой оси.

Авторам предлагаемого изобретения не известным аналогичные технические решения, в связи с чем, по мнению авторов, предлагаемый электроконвектор обладает существенными отличиями.

На фиг. 1 изображен предлагаемый электроконвектор с частичным выровом, облегчающим пояснение сущности предложения.

На фиг. 2 приведена схема нагревательных элементов электроконвектора.

На фиг. 3 показана схема нижней и верхней крышек корпуса электроконвектора.

Предлагаемый электроконвектор (фиг. 1) содержит установленный на электроизоляционных опорах 1 корпус 2, расположенные внутри корпуса основные нагревательные элементы 3, над которыми на расстоянии l, меньшем шага t нагревательных элементов, последовательно установлены дополнительные нагревательные элементы 4, ограничители 5 шага и соединительные детали 6.

Вертикальная ось 7 геометрической симметрии дополнительного нагревательного элемента 4 (фиг. 2) и вертикальная ось 8 геометрической симметрии основного нагревательного элемента 3 расположены на одной вертикальной прямой, то есть оси симметрии 7 и 8 совпадают.

Верхняя и нижняя крышки корпуса с отверстиями выполнены идентичными (фиг. 3) и имеют эллипсообразную форму с большой и малой осями (на фиг. 3 длина большой оси обозначена буквой Б, а длина малой оси - буквой М).

Эллиптические контуры 9 и 10 (фиг. 3) выполнены сопряжением дуг окружностей различных радиусов (R, r), а по концам большой оси - сопряжением дуг окружности (радиусов r) с прямыми линиями 11, параллельными малой оси эллипса.

На крышке (фиг. 3) выполнены прямоугольные 12 и двухрядные отверстия 13 в виде прорезей. На фиг. 3 позиция 13 относится к нижней крышке, а позиция 14 - к верхней крышке корпуса.

Электроконвектор работает следующим образом.

После подключения электроконвектора к электросети с помощью коммутатора задают режим работы, получая определенные группы нагревательных элементов. После нагрева основных 3 и дополнительных 4 нагревательных элементов (фиг. 1) холодный воздух через отверстия 12 и 13 нижней крышки (фиг. 3) поступает к нагревательным элементам 3 и 4. При этом за счет теплообмена воздух подогревается и через отверстия 12 и 14 верхней крышки (фиг. 3) выходит в обогреваемое помещение.

Исследования показывают, что важнейшими параметрами, от которых существенно зависят тепловая мощность и эффективность работы электроконвектора, являются:

- вертикальное расстояние l (фиг. 1) между основными 3 и дополнительными 4 нагревательными элементами, которое, согласно изобретению, должно быть меньше шага t нагревательных элементов 3, 4, например, в 3...10 раз. Это является необходимым условием сохранения температурных полей дополнительных и основных нагревательных элементов на одинаковом уровне, т.е. практически без градиента температуры при переходе от основного к дополнительному нагревательному элементу. При этом теплоотдающие поверхности основных 3 и дополнительных 4 нагревательных элементов (фиг. 2) в тепловом отношении функционируют как единое целое без провалов температуры, отдавая воздуху, подаваемому в обогреваемое помещение, необходимое количество теплоты, что повышает эффективность работы электроконвектора;

- относительный шаг основных 3 и дополнительных 4 нагревательных элементов t/H (фиг. 2),

где t - шаг, с которым установлены нагревательные элементы 3 и 4 (фиг. 1);

H - общая (суммарная) высота основного 3 и дополнительного 4 нагревательных элементов (фиг. 1, 2).

Отношением t/H определяются густота, взаимное облучение, эффективность и тепловая мощность нагревательных элементов;

- относительная высота нагревательных элементов H/B (фиг. 2),

где B - ширина нагревательного элемента.

Ширина B и шаг t нагревательных элементов определяют площадь поперечного сечения канала (тракты), по которому течет воздух. Эта площадь прямо пропорциональна расходу воздуха, которым, по существу, и определяется количество теплоты, подаваемое в обогреваемое помещение, то есть она связана с эффективностью работы электроконвектора.

Высота H нагревательных элементов 3 и 4 (фиг. 1, 2) существенно влияет на тягу электроконвектора (чем больше H, тем больше тяга), расход воздуха, количество теплоты, подаваемое в помещение в единицу времени, и на температуру воздуха при выходе из электроконвектора. Произведение BH определяет теплообменную поверхность нагревательного элемента, то есть непосредственно влияет на тепловую мощность и эффективность работы электроконвектора.

Выполнение нижней и верхней крышек корпуса электроконвектора в виде эллипсообразной формы с взаимной перпендикулярными малой и большой осями, контуры которых выполнены сопряжением (плавным переходом) дуг окружностей различных радиусов, а по концам большой оси 0- сопряжением дуг окружностей с прямыми линиями, параллельными малой оси, позволяет рационально расположить на каждой из крышек прямоугольные 12 и двухрядные 13, 14 отверстия, выполненные в виде прорезей. Выполнение этих прорезей на нижней крышке дает возможность свободно засасываться воздуху в электроконвектор, т.е. обеспечивает подачу воздуха в электроконвектор в необходимом количестве.

Выполнение этих отверстий-прорезей на верхней крышке позволяет равномерно подавать подогретый воздух в обогреваемое помещение.

Таким образом, все отличительные признаки предлагаемого изобретения связаны воедино и направлены на достижение единой цели - повышение тепловой мощности и эффективности работы электроконвектора.

Исходя из изложенного, в предлагаемом электроконвекторе отношение шага t к общей высоте H основного и дополнительного нагревательных элементов выбрано в пределах t/H = 1/15...1/45, а отношение общей высоты H к ширине B нагревательного элемента - в диапазоне H/B = 3...6.

Кроме того, над каждым основным нагревательным элементом на расстоянии l, меньшем шага t нагревательных элементов, последовательно установлены дополнительные нагревательные элементы, у которых вертикальные оси геометрической симметрии расположены на одной вертикальной прямой.

Такое расположение основных и дополнительных нагревательных элементов позволяет увеличить высоту H нагревательных элементов, теплообменную поверхность, тягу электроконвектора, расход воздуха и температуру его на выходе.

Расположение вертикальных осей геометрической симметрии основного и дополнительного нагревательных элементов на одной вертикальной прямой, проходящей через их центры тяжести, позволяет придать им большую устойчивость, которая является критерием работоспособности электроконвектора, повышает точность их установки, надежность и долговечность. Кроме того, при этом создается проточный канал правильных размеров, без выступающих частей и смещений, что обеспечивает безотказность, высокую работоспособность и эффективность работы электроконвектора.

Выполнение нижней и верхней стенок корпуса в виде разъемной крышки, имеющей эллипсообразную форму с малой и большой осями, позволяет рационально расположить прямоугольные и двухрядные отверстия на них, которые обеспечивают засасывание воздуха и подачу его в обогреваемое помещение, т.е. обеспечивает функционирование электроконвектора. При этом соотношение длины большей оси Б крышки к длине малой оси М составляет Б/М = 1,5...2,5, а соотношение длины малой оси М к длине прямой линии П находится в интервале М/П = 1,8... 2,5.

Кроме того, такое выполнение крышек улучшает внешний вид, повышает эстетичность конструкции электроконвектора.

Все пределы оптимальных значений относительных параметров t/H, H/B, входящие в формулу изобретения, а также Б/М и М/П определены на основании данных разработанного, изготовленного и испытанного электроконвектора, показавшего при малой массе и небольших габаритах большую тепловую мощность, высокую эффективность, надежность и безотказность при многочисленных экспериментальных исследованиях, позволивших получить богатый статистический экспериментальный материал.

Проведенные испытания полностью подтвердили высокую эффективность, большую тепловую мощность и надежность работы предлагаемого электроконвектора.

Масса электроконвектора в 3,5 раза меньше массы маслонаполненного электрорадиатора и электрообогревателей сухого типа, а темп нагрева воздуха за первые 30 мин работы выше в 2,8 раза.

Таким образом, как показали испытания, предлагаемый электроконвектор благодаря оптимальному сочетанию совокупности существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, обеспечивает при малой массе и небольших габаритах большую тепловую мощность, высокую эффективность, надежность и безопасность работы, что делает его конкурентоспособным на мировом рынке.

С учетом вышеизложенного предлагаемое изобретение будет внедрено в ближайшее время.