Нагревательная панель
Изобретение предназначено для теплообмена и может быть использовано в системах водяного отопления жилых зданий. Нагревательная панель выполнена в виде двух параллельных листов из пластмассы, расположенных на расстоянии друг от друга и соединенных между собой при помощи ребер жесткости, выполненных из той же пластмассы с образованием множества параллельных каналов, смежные открытые концы которых объединены при помощи коллекторов. Коллекторы выполнены электрическими и предназначены для подвода электрического тока к электропроводной жидкости, заполняющей каналы. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции и снижении гидравлического сопротивления движению жидкости. 2 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к пластинчатым нагревательным элементам в форме пустотелых панелей с каналами, отличающихся использованием пластмасс.
Уровень техники
Известна секция теплообменника, содержащая две жестко соединенные по периферии гофрированные пластины и окна для входа и выхода теплоносителя, при этом окна расположены по диагонали на противоположных боковых сторонах секции, а пластины в направлении, перпендикулярном волнам, имеют выштамповки, образующие сплошные перегородки, смещенные одна относительно другой на ширину гофра и разделяющие полость секции на Z-образные каналы равной длины (Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №369364, МПК F28F 3/12, опубликовано 08.11.1973, Бюл. №10).
Признаки известной секции теплообменника, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в наличии двух жестко соединенных друг с другом пластин с образованием каналов между ними для прохождения текучей среды.
Причина, препятствующая получению в известной секции технического результата, который обеспечивается заявленным изобретением, заключается в выполнении пластин из металла, т.е. материала, который можно штамповать и варить, а также в выполнении каналов Z-образными. Использование металла увеличивает себестоимость секции, так как является дорогим сам металл, а также необходимы операции его сварки, антикоррозионной обработки, покраски; выполнение каналов Z-образными создает значительное гидравлическое сопротивление движению жидкости.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является нагревательная панель, содержащая верхнюю и нижнюю плиты, сформированные как единое целое напротив друг друга с образованием внутреннего прохода для текучей среды, по которому протекает горячая вода, множество соединительных элементов, каждый из которых проходит симметрично от верхней и нижней плиты в направлении нижней и верхней плиты соответственно и соединяет верхнюю и нижнюю плиты друг с другом, внутренний проход для текучей среды, образованный внутри плиты с помощью множества соединительных элементов, и две соединительные части для среды для подачи и отвода горячей воды, при этом один или более соединительных элементов вблизи соединительных частей пробиты с образованием отверстий. Отверстия заполняются расплавленной пластичной смолой, и расплавленная пластичная смола образует единое целое с соединительными элементами с помощью давления (Патент RU №2278339, МПК F28F 3/12, опубликовано 20.06.2006, Бюл. №17).
Признаки известной нагревательной панели (прототипа), совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в наличии двух плит, сформированных из пластмассы как единое целое и расположенные напротив друг друга с образованием внутреннего прохода для текучей среды, по которому протекает горячая вода, и множества соединительных элементов.
Причина, препятствующая получению в известной нагревательной панели технического результата, который обеспечивается заявленным изобретением, заключается в том, что каждый соединительный элемент панели вблизи соединительных частей пробит с образованием отверстий так, что отверстия заполняются расплавленной смолой и расплавленная пластичная смола образует единое целое с соединительными элементами с помощью давления. Такая конструкция панели является сложной в изготовлении.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в упрощении конструкции и технологии ее изготовления.
Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в прямолинейной форме каналов, обеспечивающей возможность изготовления нагревательной панели методом экструзии и в фактическом отсутствии движения жидкости в этих каналах благодаря нагреванию этой жидкости проходящим через нее электрическим током.
Достигается технический результат тем, что нагревательная панель выполнена в виде двух параллельных листов из пластмассы, расположенных на расстоянии друг от друга и соединенных между собой при помощи ребер жесткости, выполненных из той же пластмассы с образованием множества параллельных каналов, смежные открытые концы которых объединены при помощи коллекторов, выполненных электрическими и предназначенных для подвода электрического тока к электропроводной жидкости, заполняющей упомянутые каналы.
Новые признаки заявленного изобретения заключаются в соединении пластмассовых листов между собой при помощи ребер жесткости, выполненных из той же пластмассы с образованием множества параллельных каналов, смежные открытые концы которых объединены при помощи коллекторов, выполненных электрическими и предназначенных для подвода электрического тока к электропроводной жидкости, заполняющей упомянутые каналы.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показана схема нагревательной панели в поперечном сечении, на фиг.2 - то же, в продольном сечении.
Осуществление изобретения
Нагревательная панель 1 содержит два параллельно расположенных на расстоянии друг от друга листа 2 и 3 из пластмассы, соединенных между собой при помощи множества ребер жесткости 4, расположенных параллельно друг другу и перпендикулярно листам 2 и 3 и выполненных из той же пластмассы как одно целое с упомянутыми листами 2 и 3. Благодаря параллельному расположению ребер жесткости 4 изготовление панели 1 возможно при помощи экструзии, что упрощает технологию ее изготовления. Расположение ребер жесткости 4 перпендикулярно листам 2 и 3 целесообразно для повышения прочности панели. Однако ребра могут быть расположены и под иными углами к листам 2 и 3, причем не обязательно эти углы для всех ребер должны быть одинаковыми. Такое расположение ребер жесткости 4 (под непрямыми углами к листам 2 и 3) может привести к некоторому уменьшению прочности панели, но может и не привести, если эти углы будут выбраны так, чтобы обеспечивался эффект фермы. Параллельное расположение ребер жесткости 4 образует множество параллельных каналов 5, в которых находится электропроводная жидкость-теплоноситель (обычно это вода). Количество ребер жесткости 4 не ограничено и определяется требованиями к прочности панели 1 (ее способности выдерживать давление). Прочность панели 1 в определенной мере зависит также от толщины листов 2 и 3. Однако необходимая прочность может быть достигнута и при малой толщине листов 2 и 3 благодаря большому количеству ребер жесткости 4. Малая толщина листов 2 и 3 желательна, так как при этом помимо экономии материала повышается передача тепла наружу от жидкого теплового агента.
Смежные открытые концы каналов 5 объединены при помощи коллекторов 6 и 7, которые выполнены электрическими (фиг.2). Нагрев жидкого агента в каналах 5 обеспечивается при помощи указанных коллекторов, выполненных в виде множества электрических контактов 8, расположенных по концам каналов 5. При этом данные контакты одновременно могут выполнять функцию заглушек этих каналов. Каналы 5 заполняются любой электропроводной жидкостью (например, подсоленной водой), а контакты 8 каждого коллектора могут быть соединены параллельно или последовательно; возможны также комбинации этих двух типов электрических соединений.
Работа нагревательной панели заключается в следующем.
Сначала каналы 5 заполняют электропроводной жидкостью, а затем электроды 8 указанных коллекторов подключают к источнику электрического тока (не показан). Ток проходит через жидкость, находящуюся в каналах 5, и нагревает эту жидкость. Нагретая таким образом жидкость отдает свое тепло наружу через листы 2 и 3.
Преимуществами предлагаемой нагревательной панели является, во-первых, отказ от дорогостоящего металла при изготовлении самой панели, во-вторых, значительное уменьшение веса панели и, в-третьих, простота изготовления панели с помощью экструзии.
Другие преимущества нагревательной панели обусловлены электродным способом нагрева электропроводной жидкости в каналах панели. К ним относятся, во-первых, практически полная пожаробезопасность, обусловленная тем, что температура жидкости внутри каналов не может превысить порога ее кипения (так как процесс кипения резко увеличивает электрическое сопротивление жидкости, что приводит к уменьшению тока через жидкость; другими словами, панель работает в режиме «саморегулирования»), что обусловливает возможность «безнадзорной» эксплуатации панелей; во-вторых, прямой нагрев электропроводной жидкости электрическим током подразумевает высокий КПД этого способа нагрева, который, как известно, доходит до 98% (для сравнения: КПД обычного электрического ТЭНа находится в пределах 82-85%); в-третьих, конструктивные особенности предлагаемого электрического варианта панели имеют существенное преимущество перед традиционными способами электродного нагрева, заключающееся в отсутствии опасности поражения электрическим током при обрыве нулевого провода благодаря полной электрической изолированности электропроводной жидкости и невозможности появления электрического потенциала на пластмассовой поверхности панели (в то время как в обычных системах электродного нагрева воды обрыв нулевого провода приводит к появлению электрического потенциала на корпусе нагревательного прибора).
Перечисленные достоинства панели обусловливают следующие сферы ее применения: 1) при изготовлении мобильных бытовых и промышленных электрообогревателей, 2) при изготовлении теплого пола (отопление жилых и промышленных зданий, отопление животноводческих комплексов, нагрев грунта в теплицах), 3) при изготовлении стационарных электрических радиаторов отопления (главных образом для инвентарных помещений: дома-вагоны, строительно-монтажные вагончики, коммерческие и т.п. киоски, дачи, гаражи и т.д.), 4) при необходимости технологического нагрева любого оборудования в пределах пожароопасных отраслей промышленности (нефтяная, газовая промышленность и т.д.), 5) при использовании в качестве неперегораемых и не образующих накипи «ТЭНов» в условиях невысоких (до 55-60°С) требований к величине температуры нагреваемой «ТЭНом» среды: животноводческие комплексы, подогрев воды для бытовых нужд и т.д.
Нагревательная панель, которая выполнена в виде двух параллельных листов из пластмассы, расположенных на расстоянии друг от друга и соединенных между собой при помощи ребер жесткости, выполненных из той же пластмассы с образованием множества параллельных каналов, смежные открытые концы которых объединены при помощи коллекторов, выполненных электрическими и предназначенных для подвода электрического тока к электропроводной жидкости, заполняющей упомянутые каналы.
