электроконвектор

Формула изобретения

Электроконвектор, содержащий кожух коробчатой формы с входными и выходными отверстиями, опоры, параллельно размещенные внутри кожуха вертикальные элементы, представляющие каждый в отдельности выравниватель с закрепленными на нем электроизоляционной подложкой и плоским нагревателем, и токоподводящее устройство, отличающийся тем, что в нем на внутренних поверхностях выравнивателей над их нижними торцами на расстоянии h, меньшем шага t выравнивателей, в шахматном порядке установлены по одному плоскому нагревателю, боковые торцы среднего выравнивателя в верхней и нижней частях закреплены в прорезях, выполненных в выступах боковых стоек, при этом толщина выравнивателя меньше ширины b₁ прореза, снабженного термокомпенсатором, а ширина зазора, образованного между наружной поверхностью выравнивателя и внутренней стенкой кожуха, больше толщины выравнивателя.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к электроотопительной технике, в частности к электроконвекторам, и предназначено для обогрева воздуха жилых помещений и создания в них теплового комфорта в холодное время года.

Известны электроконвекторы фирмы "Америкен-стандард", выпускаемые в широком ассортименте (три серии, 14 моделей, габариты (915-2440) х 203 х 76 мм (длина, высота, глубина), мощность 750-2000 Вт, масса 4,54 - 9,53 кг), содержащие стальной корпус прямоугольной формы с отверстиями для входа и выхода воздуха, ножки, нагревательный элемент, секции с приборами управления и контроля. Нагревательный элемент выполнен в виде оребренного трубчатого электронагревателя (ТЭН) или спирали (Варшавский А.С. и др. Бытовые электронагревательные электроприборы, М., Энергоиздат, 1981 г., с. 102).

Недостатками этих электроконвекторов являются:

1) сложность оребренной конструкции ТЭН, требующей заводского изготовления, ожого- и пожароопасность поверхности нагревательного элемента и, как следствие, низкая эксплуатационная надежность;

2) большая материалоемкость, значительная длина (2,44 м), недостаточная удельная мощность ТЭН (при указанной длине - 0,8 кВт/м), поэтому низка эффективность электроконвектора;

3) высокая температура поверхности нагревательных элементов (450 - 500^oC), ухудшающая экологичность воздуха помещений; высокая температура вызывает явление термического разложения и сухой возгонки органической пыли, сопровождающееся выделением вредных веществ, в частности оксида (окиси) углерода CO - очень ядовитого (угарного) газа, не имеющего ни цвета, ни запаха (отравление им может произойти незаметно); оксид углерода легко соединяется с гемоглобином крови и делает его неспособным переносить кислород от легких к тканям, то есть представляет прямую угрозу для жизни. Разложение пыли начинается при температуре 65-70^oC и интенсивно протекает на поверхности, имеющей температуру более 80^oC.

Таким образом, указанные выше аналоги и подобные им электроконвекторы обладают низкими показателями надежности, эффективности и экологичности работы.

Проведенные нами патентные исследования показали, что наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является электроконвектор, содержащий корпус коробчатой формы с входными и выходными отверстиями, опоры, параллельно размещенные внутри корпуса вертикальные нагревательные элементы, представляющие каждый в отдельности выравниватель с закрепленными на нем электроизоляционной подложкой и плоским нагревателем, и токоподводящее устройство.

Этот электроконвектор выбран в качестве прототипа заявляемого электроконвектора (RU 2037275 C1, 09.06.95).

Недостатком прототипа является то, что верхние и нижние части нагревательных элементов закреплены при помощи стяжных шпилек, затягиваемых по концам посредством гаек. Такое соединение является недостаточно надежным, поскольку соединение постоянно находится в потоке горячего воздуха с высокой температурой, что снижает теплостойкость, надежность и долговечность электроконвектора.

Кроме того, аэродинамическое сопротивление, оказываемое соединением потоку воздуха, снижает эффективность работы электроконвектора; при работе ухудшается экологичность.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности, эффективности и экологичности работы электроконвектора.

Технический результат достигается тем, что в электроконвекторе, содержащем кожух коробчатой формы с входными и выходными отверстиями, опоры, параллельно размещенные внутри кожуха вертикальные элементы, представляющие каждый в отдельности выравниватель с закрепленными на нем электроизоляционной подложкой и плоским нагревателем, и токоподводящее устройство, согласно изобретению, на внутренних поверхностях выравнивателей над их нижними торцами на расстоянии, меньшем шага выравнивателей, в шахматном порядке установлены по одному плоскому нагревателю, боковые торцы среднего выравнивателя в верхней и нижней частях закреплены в прорезях, выполненных в выступах боковых стоек, при этом толщина выравнивателя меньше ширины прореза, снабженного термокомпенсатором, а ширина зазора, образованного между наружной поверхностью выравнивателя и внутренней стенкой кожуха, больше толщины выравнивателя.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 и фиг. 2 изображен злектроконвектор (вид сверху и спереди); - на фиг. 3 - плоский нагреватель.

Электроконвектор содержит кожух коробчатой формы 1 с входными 2 и выходными 3 отверстиями, опоры 4, параллельно размещенные внутри кожуха вертикальные нагревательные элементы, представляющие каждый в отдельности выравниватель 5 с закрепленными на нем электроизоляционной подложкой и плоским нагревателем 6, и токоподводящее устройство 7.

На внутренних поверхностях выравнивателей 5, 8 и 9, над их нижними торцами на расстоянии h, меньшем шага t выравнивателей (фиг. 1), в шахматном порядке горизонтально установлены по одному плоскому нагревателю 6, состоящему, например, из пяти частей (L_н > l_н, фиг. 2).

Боковые торцы среднего выравнивателя 8 в верхней и нижней частях закреплены в прорезях 10 и 11, выполненных в выступах 12 боковых стоек 13. Толщина выравнивателя меньше ширины прореза b₁, снабженного термокомпенсатором, т.е. < b₁.

Между наружной поверхностью каждого из выравнивателей 5 и 9 и внутренней стенкой кожуха 1 образованы прямоточные зазоры 14. Ширина зазора (фиг. 1) больше толщины выравнивателя , т.е. > .

Между выравнивателями 5 и 8, 8 и 9 образованы прямоточные камеры 15 (фиг. 1), соединенные с входными 2 и выходными 3 отверстиями.

Входные отверстия 2 открыты, а выходные 3 - закрыты сверху декоративной решеткой (на чертеже условно не показана).

Решетка имеет минимальное сопротивление проходу нагретого воздуха.

Электроконвектор работает следующим образом.

После подключения электроконвектора к электросети посредством токоподводящего устройства 7 в начальный момент нагреваются нагреватели 6 и выравниватели 5.

В результате теплообмена излучением, конвекцией и теплопроводностью воздух внутри электроконвектора нагревается, становится легче, и, поднимаясь вверх, через выходные отверстия 3 поступает в обогреваемое помещение. Затем холодный воздух обогреваемого помещения под действием свободной конвекции через входные отверстия 2 засасывается в электроконвектор, где он в проточных камерах нагревается и через выходные отверстия 3 выходит в обогреваемое помещение, в котором через некоторое время создается тепловой комфорт с наилучшими санитарно-гигиеническими и экологическими условиями, необходимыми для человека.

По мере нагревания выравнивателей 5 и 9 (фиг. 1) холодный воздух помещения засасывается также в прямоточные зазоры 14. В результате теплообмена с наружными поверхностями выравнивателей и кожухом воздух в зазорах 14 нагревается и поступает в обогреваемое помещение.

Движущей силой, вызывающей засасывание холодного воздуха в электроконвектор, является тепловой гравитационный напор, возникающий за счет разности плотностей холодного и нагретого воздуха соответственно на входе и на выходе электроконвектора.

Согласно изобретению на внутренних поверхностях выравнивателей, над их нижними торцами на расстоянии, меньшем шага выравнивателей, в шахматном порядке установлены по одному плоскому нагревателю, состоящему из нескольких частей (фиг. 1). Установка нагревателя на наружной поверхности выравнивателя не имеет смысла, так как ухудшает надежность, эффективность и экологичность работы. Поэтому каждый нагреватель расположен на внутренней поверхности выравнивателя. Такое конструктивное выполнение электроконвектора с шахматным расположением нагревателей на выравнивателях позволяет исключить локальный перегрев, существенно повысить местную и общую термоустойчивость выравнивателей, устранить возможность появления на их поверхностях тепловых деформаций и разрушений, что повышает надежность, работоспособность, эффективность и долговечность электроконвектора.

То, что на фиг. 1 выравниватели 5 и 9 расположены друг против друга через средний выравниватель 8, перегрева последнего не вызывает, так как расстояние между этими нагревателями практически равно двойному шагу выравнивателей, то есть достаточно велико. С другой стороны, теплообмен между воздухом и выравнивателями достаточно интенсивен, что позволяет с оптимальной скоростью отводить тепло с поверхности каждого выравнивателя и передать это тепло вместе с нагретым воздухом в обогреваемое помещение.

Взаимное расположение выравнивателей 5 и 9 позволяет уменьшить габариты электроконвектора примерно на 250 - 350 мм, что снижает материалоемкость.

То, что нагреватели установлены над нижними торцами выравнивателей на расстоянии, меньшем шага выравнивателей, позволяет, во-первых, оптимально расположить нагреватели, увеличить поверхность теплообмена для нагреваемого воздуха, во-вторых, получить требуемую температуру воздуха на выходе из электроконвектора.

С другой стороны, при таком оптимальном расположении нагревателей не нагревается пол и не увлекается пыль с поверхности пола, что повышает пожаробезопасность, экологичность, надежность и эффективность работы электроконвектора.

То, что каждый нагреватель состоит из нескольких частей, вызвано удобством наклеивания их при помощи жаропрочной клеющей эмали.

С другой стороны, это повышает надежность клеевого соединения нагревателя с выравнивателем.

Боковые торцы среднего выравнивателя в верхней и нижней частях закреплены в прорезях, выполненных в выступах боковых стоек. При этом ширина каждого прореза b₁ больше толщины выравнивателя (b₁> ), что позволяет установить компенсаторы, поглощающие температурные деформации соединяемых элементов и защищающие их от тепловых деформаций, выпучивания, коробления и разрушений.

Такое соединение является простым и надежным. Оно обеспечивает высокую прочность, термостойкость, долговечность, работоспособность и надежность элементов конструкции, от которых зависят надежность и эффективность работы электроконвектора.

Зазор, образованный между наружной поверхностью выравнивателя и внутренней стенкой кожуха, позволяет получить тройной положительный эффект:

- во-первых, достигается оптимальное охлаждение наружной поверхности выравнивателей 5 и 9, поскольку осуществляется отвод тепла воздухом;

- во-вторых, снимаемое с наружной поверхности выравнивателей тепло передается в обогреваемое помещение, что повышает эффективность и надежность работы электроконвектора;

- в-третьих, из-за малой теплопроводности воздуха, поднимающегося по зазору, наружная стенка кожуха нагревается значительно меньше, поэтому имеет низкую температуру, что резко повышает экологичность предлагаемого электроконвектора.

Ширина зазора 14, которая, согласно изобретению, больше толщины выравнивателя, является величиной, определяющей вместе с длиной расход воздуха, от которого зависит количество тепла, поступающего в обогреваемое помещение, а от высоты зазора зависит естественная тяга воздуха и скорость его течения, влияющая на интенсивность теплообмена.

Условие, при котором ширина зазора (фиг. 1) больше толщины выравнивателя, обеспечивает эффективную работу зазора: максимальный расход и минимальное сопротивление движению воздуха, что в целом повышает надежность и эффективность работы электроконвектора.

При температурах наружной поверхности кожуха 55-60^oC термического разложения органической пыли не происходит, сухая возгонка не возникает, воздух не пережигается, создается тепловой комфорт и обеспечиваются наилучшие санитарно-гигиенические и экологические условия, необходимые для человека.

Кроме того, при низкой теплонапряженности элементов конструкции надежность и долговечность работы электроконвектора повышаются.

Решающим фактором, повышающим эффективность работы электроконвектора, является образование двух прямоточных камер 15 шириной, равной шагу t выравнивателей, и длиной L (фиг. 1), равной расстоянию между противоположными выступами боковых стоек.

Площадь поперечного сечения одной камеры равна F₁=Lt, а двух камер F-2F₁=2Lt.

Так как величина F прямопропорциональна расходу воздуха G=FV , /кг/с, где V - средняя скорость течения воздуха в камере, м/с; - средняя плотность воздуха в электроконвекторе, кг/м³, а расход G, кг/с, и теплосодержание воздуха прямо пропорциональны количеству тепла, поступающего в обогреваемое помещение, то отсюда вытекает, что выполнение предлагаемого электроконвектора двухкамерным повышает его эффективность работы в 2 раза, а если учесть влияние проточных зазоров 14 (фиг. 1), то эффективность электроконвектора еще больше возрастает.

В качестве примера отметим, что при мощности одного нагревателя 0,5 кВт, общая мощность трех нагревателей (фиг. 1) составит 1,5 кВт, а эффективность работы электроконвектора при этом повышается более чем в 2 раза, удельная мощность составляет 3,3 кВт/м.

Такая высокая эффективность свидетельствует о максимальной совершенности конструкции предлагаемого электроконвектора при минимальных его габаритах, составляющих, например, порядка 450 х 450 х 120 мм.

Таким образом, из приведенных обоснований существенных признаков заявляемого изобретения следует, что предлагаемая совокупность признаков обеспечивает получение существенного положительного эффекта - одновременное повышение надежности, эффективности и экологичности работы электроконвектора.

Этот вывод, имеющий радикальное значение при создании электроконвекторов, подтверждается положительными результатами испытания опытного образца заявляемого электроконвектора.

Сравнительная оценка надежности, эффективности и экологичности работы предлагаемого электроконвектора по сравнению с известными электроконвекторами, а также с различными типами маслонаполненных электрорадиаторов, электрокалориферов и электронагревателей воздуха, созданных за последние годы в таких странах, как Россия, Украина, США, Великобритания, ФРГ, Франция, Норвегия, Швейцария, Канада, Австралия, Япония и др. показывает, что предлагаемый электроконвектор по достигнутому уровню значительно превышает уровень современного мирового стандарта.

Таким образом, заявляемый электроконвектор, благодаря сочетанию совокупности существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, как показали исследования, обеспечивает высокую надежность, эффективность и экологичность работы и отвечает критериям изобретения.

Все это при ожидаемом серийном выпуске предлагаемого электроконвектора, безусловно, делает его весьма конкурентноспособным на мировом рынке, а это повышает приоритет Российской Федерации в данной прогрессирующей области техники, связанной с преобразованием электрической энергии в тепловую энергию.

С учетом всего изложенного серийный выпуск заявляемого электроконвектора предполагается в ближайшее время.