Электроконвектор

 

Сущность изобретения: в электроконвекторе, содержащем 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 выполнен в виде набора отдельных нагревательных элементов, каждый из которых содержит прямоугольную электроизолированную подложку, на одной из плоскостей которой 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 определенным образом в группы. 3 з. п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электроотопительной технике, в частности к бытовым электроотопительным приборам, и предназначено для нагрева воздуха в помещении путем естественной конвекции.

Известны электроконвекторы, содержащие нагревательный элемент закрытого типа [1] Такие устройства характеризуются большой металлоемкостью и развитой поверхностью теплосъема, что значительно увеличивает их вес. Поэтому такие приборы обычно выполняются стационарными.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является электроконвектор, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, между которыми внутри корпуса на электроизоляционных опорах размещен набор, ориентированных параллельно друг другу и перпендикулярно плоскости выходного отверстия, плоских нагревательных элементов, предназначенных для подключения к электросети [2] Такое устройство характеризуется большой массой и металлоемкостью. Кроме этого, набор таких плоских нагревательных элементов создает большое аэродинамическое сопротивление потоку проходящих газов. Более того, конструкцией устройства не предусмотрена возможность замены вышедших из строя нагревательных элементов без разрушения корпуса. Отсутствует возможность дистанционного управления тепловой мощностью нагревательных элементов, а, следовательно, и управление температурой потока нагреваемых газов.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание электроконвектора с повышенным ресурсом работы и повышение безотказности его работы при длительной эксплуатации.

Другой задачей изобретения является создание электроконвектора, позволяющего повысить комфортность и экологичность его применения, за счет сохранения микроклимата в обогреваемом помещении, в частности, влажности, и устранение возможности образования вредных примесей при его работе.

Поставленная техническая задача решается тем, что в известном электроконвекторе, содержащем корпус с входным и выходным отверстиями, между которыми внутри корпуса на электроизоляционных опорах, размещен набор ориентированных параллельно друг другу и перпендикулярно плоскости выходного отверстия, плоских нагревательных элементов, предназначенных для подключения к электросети, каждый из нагревательных элементов выполнен в виде прямоугольной электроизолированной подложки, на одной из плоскостей которой по ее коротким противоположным сторонам расположены контактные шины, на которые на всю поверхность плоскости подложки между шинами, нанесен резистивный материал, а подключение к электросети нагревательных элементов осуществлено через введенный коммутатор, путем электрического соединения нагревательных элементов в группы с последовательным, параллельным или параллельно-последовательным соединением групп между собой, при этом корпус выполнен коробчатой формы.

Согласно изобретения в качестве резистивного материала применена полупроводниковая композиция на основе эпоксиноволачной смолы с наполнителем в виде частиц углерода размером 1-10 мкм в количестве до 50 мас.

Согласно изобретения наружная поверхность резистивного материала изолирована полиимидной пленкой.

Согласно изобретения толщина t подложки выбирается из условия t > 10 δ, где δ толщина слоя резистивного материала.

На фиг. 1 изображен предлагаемый электроконвектор; на фиг. 2 узел I на фиг. 1; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 вариант электрической схемы соединения отдельных нагревательных элементов предлагаемого электроконвектора.

Сущность изобретения заключается в том, что в пространстве коробчатого корпуса известного устройства размещается система элементарных электроконвекторов, которые взаимосвязаны между собой как с электрической стороны, так и с тепловой. Такая система элементарных электроконвекторов образована соединенными механически между собой параллельно расположенных равновеликих нагревательных элементов. Каждый из нагревательных элементов представляет собой электроизолированную подложку, на одной из поверхностей которой нанесен слой резистивного материала, например, толщиной 20-30 мкм, а по его краям две полоски электропроводного материала. Материалом резистивного и электропроводного элементов может служить любой из ряда известных, наносимый по известной технологии (например, газотермическим напылением или по толстопленочной технологии нанесения полупроводниковых композиций из паст и т.п.).

Взаимосвязь как тепловая, так и электрическая между отдельными элементами обеспечивает повышенную надежность работы заявляемого электроконвектора и в случае отказа одного из его нагревательных элементов.

Действительно, тепловой поток, идущий от нагревательного элемента, рассеивается тремя путями: теплопроводностью тепло идет на нагрев подложки, конвекцией тепло идет на нагрев окружающего воздуха, излучением тепло поглощается соседними элементами. При этом конвективный и радиационный тепловые потоки приблизительно равны.

Если один из нагревательных элементов по какой либо причине выходит из строя, то его нагрев будет осуществляться за счет тепла, передаваемого ему излучением от соседних нагревательных элементов. Нагрев будет идти до тех пор, пока между ними не установится равновесная температура. Нагретый таким образом отказавший элемент вновь становится работоспособным и осуществляет нагрев окружающего воздуха в режиме свободной конвекции на своих поверхностях.

Таким образом, тепловая связь по излучению соседних нагревательных элементов обеспечивает поддержание равновесной температуры заявляемого электроконвектора в целом, т.е. обеспечивается надежная работа заявляемого устройства при отказе одного из его нагревательных элементов.

С электрической стороны надежная работа обеспечивается тем, что нагревательные элементы объединены в группы, с параллельным соединением элементов в каждой из групп. За счет такого резервирования нагревательных элементов обеспечивается надежность работы каждой такой группы элементов в целом.

Действительно, при таком соединении выход из строя по какой либо причине одного из элементов группы не нарушает подвода электроэнергии к остальным элементам группы. При этом выбор числа элементов группы осуществляется из условия, чтобы выход одного из элементов группы не вызывал бы перегрузок по току больших, чем перегрузки, возникающие при колебаниях напряжения в электросети (до ±30%).

Кроме этого, надежность заявляемого устройства обеспечивается и тем, что предлагается использовать низкотемпературный нагревательный элемент (температура на его поверхности не более 100^оС). Это позволяет снизить скорость окислительных процессов, возникающих при работе нагревателя в воздушной среде по сравнению с прототипом. Кроме того, обеспечивается пожаробезопасность заявленного устройства, а также не происходит термического разложения пыли и осушения нагреваемого воздуха по сравнению с прототипом. Более того, это позволяет обеспечить в обогреваемом помещении более комфортный микроклимат.

В качестве резистивного материала предлагается использовать полупроводниковую композицию на основе эпоксиноволачной смолы с наполнителем в виде частиц углерода размером 1-10 мкм типа С-2 в количестве до 50 мас. Этот материал по коэффициенту линейного расширения хорошо согласуется с широким классом электроизоляционных материалов. Материал не содержит дефицитных компонентов. Достаточно хорошо отработан процесс его нанесения по технологии толстопленочных паст. Применение такого материала позволяет обеспечить изготовление нагревательных элементов с малым разбросом их параметров в партии, обеспечить стабильность их свойств в процессе эксплуатации. При работе нагревательных элементов с таким резистивным материалом в группах с параллельным соединением элементов гарантируются одинаковые нагрузки по току на каждый из элементов, что обеспечивает надежность работы и длительность ресурса их эксплуатации.

Кроме этого, материал характеризуется повышенной влагостойкостью, а потому обеспечивает необходимую надежность работы в воздушной среде с повышенной влажностью.

Предложенная в заявленном устройстве дополнительная защита резистивного материала полиимидной пленкой предохраняет его как от воздействия влаги, так и от вредных примесей в ней содержащихся, что продлевает срок службы нагревательных элементов. Кроме этого, такая защитная пленка позволяет удалять влажным механическим способом пыль, неизбежно осаждающуюся на элементах внутри корпуса электроконвектора такого класса. Это позволяет, помимо повышения эффективности теплоотдачи конвекцией с поверхностей нагревательных элементов, улучшить микроклимат в обогреваемом помещении.

В заявленном устройстве для повышения ресурса его работы, толщина t подложки нагревательных элементов выбирается из условия t > 10 δ, где δ толщина слоя резистивного материала. При выполнении этого условия, подложка нагревательного элемента остается достаточно жесткой, чтобы исключить ее коробление от термомеханических напряжений, возникающих при переходных (включение-выключение) режимах работы нагревательных элементов. Поэтому слой резистивного материала не будет испытывать разрушающих изгибных нагрузок, способных привести к разрушению слоя резистива (его отрыву от подложки или растрескиванию).

Предлагаемый электроконвектор (фиг. 1) содержит корпус 1 коробчатой формы с нижним и верхним, соответственно, входным и выходным отверстиями. Для повышения безопасности и исключения попадания посторонних предметов внутрь корпуса 1, эти отверстия могут быть закрыты декоративными решетками. Корпус 1 закрепляется на электроизоляционных опорах 2 известным способом; например, с помощью винтов. Между опорами установлены стяжные шпильки 3, на которых размещается набор пластин отдельных нагревательных элементов 4 через дистанцирующие втулки 5. При затяжке гаек шпилек 3 образуется единая секция нагревателя, состоящая из набора механически скрепленных друг с другом пластин отдельных нагревательных элементов 4 своими плоскостями параллельными друг другу. При этом вся секция нагревателя закреплена на опорах 2. Каждый из нагревательных элементов 4 содержит электроизолированную подложку 6, например, из текстолита или анодированного алюминия, на которой нанесены токоведущие шины 7. Шины 7 могут быть изготовлены, например, из медной фольги или сетки, и нанесены на подложку 6 любым из известных способов, например, термокомпpессионным способом. К токоведущим шинам 7 механически прикреплены контактные лепестки 8, например, с помощью заклепок, с обеспечением надежного электрического контакта с шинами 7. Между токоведущими шинами 7 на подложку 6 наносится слой резистивного материала 9. Слой резистивного материала 9 покрыт полиимидной пленкой 10.

По контактным лепесткам 8 отдельные нагревательные элементы 4 электрически соединены в отдельные группы с параллельным соединением элементов в каждой из групп и через коммутатор подключены к электросети. На фиг. 1 коммутатор и электрическая разводка нагревательных элементов 4 не показана. Отдельные группы нагревательных элементов 4 могут быть подключены друг к другу или параллельно, или последовательно, или последовательно-параллельно (см. фиг. 4).

Электроконвектор работает следующим образом.

После подключения электроконвектора к электросети с помощью коммутатора задают режим работы, подключая определенные группы нагревательных элементов 4 между собой или параллельно, или последовательно, или последовательно-параллельно. После нагрева нагревательных элементов 4, холодный воздух через расположенное внизу электроконвектора входное отверстие поступает к их пластинам, подогревается и выходит наружу через верхнее выходное отверстие. Температура подогрева воздуха регулируется числом и схемой подключения отдельных групп нагревательных элементов (см. фиг. 4).

Устройство можно изготовить практически на любом предприятии, имеющем оборудование для механической обработки и участок нанесения полупроводниковых композиций по технологии толстопленочных паст.

Формула изобретения

1. ЭЛЕКТРОКОНВЕКТОР, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, между которыми внутри корпуса на электроизоляционных опорах размещен набор ориентированных параллельно друг другу и перпендикулярно плоскости выходного отверстия плоских нагревательных элементов, предназначенных для подключения к электросети, отличающийся тем, что корпус выполнен коробчатой формы, каждый из нагревательных элементов выполнен в виде прямоугольной электроизолированной подложки, на одной из плоскостей которой по ее коротким противоположным сторонам расположены контактные шины, на которые и на всю поверхность плоскости подложки между шинами нанесен резистивный материал, а подключение к электросети нагревательных элементов осуществляется через введенный коммутатор путем электрического соединения нагревательных элементов в группы с последовательным, параллельным или параллельно-последовательным соединением групп между собой.

2. Электроконвектор по п.1, отличающийся тем, что в качестве резистивного материала применена полупроводниковая композиция на основе эпоксиноволачной смолы с наполнителем в виде частиц углерода размером 1 10 мкм в количестве до 50 мас.

3. Электроконвектор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что наружная поверхность резистивного материала изолирована полиимидной пленкой.

4. Электроконвектор по пп.1 3, отличающийся тем, что толщина подложки выбирается из условия t>10δ где t толщина подложки, d толщина слоя резистивного материала.