Патент на изобретение №2224386

(54) ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве гибкого электрообогревателя в промышленности и в быту. В основу изобретения положено решение задачи упрощения, удешевления устройства, повышения его надежности и электромагнитной безопасности, а также обеспечения возможности отделения от электронагревательного элемента части любой длины и использования этой части в том же режиме, что электронагревательного элемента в целом. Эта задача решается за счет того, что в электронагревательном устройстве, устанавливаемом в конструкциях жилых и нежилых помещений, в частности в полах, содержащем электронагревательный элемент и токоподводящие шины, электронагревательный элемент выполнен из неметаллического материала с объемным электрическим сопротивлением от 110⁵ до 110⁸ Омсм, в частности полиэтилена высокого давления, при этом токоподводящие шины сопряжены с противоположными поверхностями электронагревательного элемента; электронагревательный элемент может быть выполнен в виде цилиндрической трубки, а токоподводящие шины могут быть выполнены в виде слоев электропроводящего материала, нанесенных соответственно на внутреннюю и наружную поверхности цилиндрической трубки; токоподводящие шины могут быть выполнены с прорезями. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве гибкого электрообогревателя в промышленности и в быту, например, для обогрева помещений при размещении на полу, стенах или потолке.

Известно устройство, предназначенное для электрообогрева помещений, преимущественно, через пол, см. RU 2121772, кл. Н 05 В 3/5, 27.11.1997. Устройство включает нагревательный кабель, токоподводящие соединительные шины, термочувствительный датчик, устройство для регулирования.

Его недостатком является сложность и низкая надежность.

Известно электронагревательное устройство, устанавливаемое в полах, стенах, потолке, содержащее тепловыделяющий элемент в виде графитовых полосок и токоподводящей шины; электронагревательные элементы выполнены из тонкой металлической резистивной пленки, см. RU 2163422, кл. Н 05 В 3/36, 23.03.2000.

Недостатком этого устройства является его конструктивная сложность и весьма высокая стоимость, обусловленная ценой металлической резистивной пленки. Нагреватель не может быть разделен на части и должен выпускаться с определенными типоразмерами (толщина и площадь металлической пленки) для каждого значения выходной мощности.

Известно также электронагревательное устройство, устанавливаемое в конструкциях жилых и нежилых помещений, в частности в полах, содержащее электронагревательный элемент в виде кабеля, имеющего центральный проводник из металла с удельным омическим сопротивлением 10-20 Ом/м.

К электронагревательному элементу подводится напряжение 220 В через токоподводящие шины; электронагревательный элемент окружен изоляционной полиэтиленовой оболочкой, а также может быть снабжен дополнительной защитной (изоляционной) оболочкой; также имеется металлическая экранная оплетка для заземления в случае, если устройство используется в помещениях с повышенной влажностью, см. буклет ЗАО “Сейлит Норд”, Санкт-Петербург, 1999 (копия прилагается).

Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.

Его недостатком является невысокая надежность вследствие того, что центральный проводник довольно тонкий и непрочный и может легко переломится в любом месте, которые весьма сложно обнаружить; материал центрального проводника имеет высокую стоимость, так как для обеспечения относительно большого омического сопротивления используются сплавы, содержащие дорогостоящие материалы: вольфрам, никель, хром и т.д.; кроме того, следует отметить, что мощность электронагревательного устройства прямо зависит от величины тока, определяемой сопротивлением всей токоведущей магистрали как единого, неделимого целого. Если отделить от общей магистрали какую-либо часть, то ток в оставшейся части и соответственно теплоотдача возрастут, что может вызвать быстрый выход ее из строя; в устройстве-прототипе токоведущая магистраль может быть схематически представлена как совокупность множества последовательно между собой соединенных фрагментов, например, наподобие гирлянды низковольтных электрических лампочек, соединенных между собой последовательно с тем, чтобы гирлянда в целом могла питаться от сетевого напряжения.

Поэтому технические условия монтажа и эксплуатации такого рода электронагревательных элементов запрещают изменять длину токоведущей магистрали. Нагреватели для каждого значения выходной мощности имеются различных типоразмеров (по длине и диаметру центрального проводника), что весьма усложняет процесс их производства.

Существенным недостатком прототипа является также то обстоятельство, что по всей магистрали и через каждый отдельный фрагмент протекает одинаково большой по величине ток, что обусловливает интенсивное электромагнитное поле в месте расположения устройства и соответственно связанное с ним вредное влияние на организм человека.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи упрощения и удешевления устройства, повышения его надежности; кроме того, решается задача обеспечения возможности отделения от электронагревательного элемента части любой длины и использование этой части в том же режиме (напряжение, величина тока, удельная теплоотдача), что электронагревательного элемента в целом; а также решается задача повышения электромагнитной безопасности устройства.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в электронагревательном устройстве, устанавливаемом в конструкциях жилых и нежилых помещений, в частности в полах, содержащем электронагревательный элемент и токоподводящие шины, электронагревательный элемент выполнен из неметаллического материала с объемным электрическим сопротивлением от 110⁵ до 110⁸ Омсм, в частности полиэтилена высокого давления, при этом токоподводящие шины сопряжены с противоположными поверхностями электронагревательного элемента; при этом электронагревательный элемент может быть выполнен в виде цилиндрической трубки, а токоподводящие шины могут быть выполнены в виде слоев электропроводящего материала, нанесенных соответственно на внутреннюю и наружную поверхности цилиндрической трубки; токоподводящие шины могут быть выполнены с прорезями.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию “новизна”.

В качестве электронагревательного элемента применен материал, который имеет на несколько порядков большее удельное сопротивление в сравнении с любыми металлическими сплавами; этот материал можно считать “полуизолятором”; при этом принципиально меняется схема токоведущей магистрали, которая представляет собой совокупность параллельно соединенных между собой фрагментов. Если снова обратиться к аналогам, то токоведущую магистраль можно в этом случае представить как гирлянду электрических лампочек, соединенных между собой параллельно, при этом каждая рассчитана на напряжение питающей сети; поэтому можно использовать, практически, любую по длине часть электронагревательного элемента в зависимости от того, какова потребная выходная мощность. Таким образом, исключается необходимость создания различных типоразмеров для каждого значения мощности, как это имеет место в прототипе.

Кроме того, следует отметить, что от одной токопроводящей шины к другой через электронагревательный элемент протекает сравнительно небольшой ток; если обратиться к условной электрической схеме (фиг.6), где электронагревательный элемент представлен в виде параллельно соединенных фрагментов, то видно, что по каждому фрагменту идет небольшой ток, и создаваемое при этом электромагнитное поле соответственно невелико.

Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию “изобретательский уровень”.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:
на фиг.1 – фрагмент устройства в аксонометрии;
на фиг.2 – поперечный разрез;
на фиг.3 – вариант устройства по п.2 формулы изобретения;
на фиг.4 – поперечный разрез варианта устройства по п.2 формулы;
на фиг.5 – условное представление электрической схемы прототипа;
на фиг.6 – условное представление электрической схемы заявляемого устройства;
на фиг.7 – токоведущая шина, вид в плане, вариант по п.3 формулы.

Электронагревательное устройство содержит электронагревательный элемент 1, который выполнен в виде полосы из неметаллического материала, в частности полимера высокого давления марки П2ЭС-5 с объемным электрическим сопротивлением v = 510⁵Омсм. Токоподводящие шины 2 и 3 выполнены в конкретном примере в виде полос из тонкой медной фольги, которые плотно примыкают соответственно к верхней и нижней поверхностям электронагревательного элемента 1. В варианте по п. 3 формулы токопроводящие шины могут быть выполнены с прорезями (перфорацией) круглого, прямоугольного или иного очертания; в конкретном примере на фиг.7 токопроводящие шины имеют решетчатую форму, а прорези представляют собой квадратные окна 4, при этом будет происходить локальный нагрев элемента 1 в местах, где отсутствуют окна 4.

Изоляция и металлический заземленный экран на чертежах условно не показаны. В варианте по п.2 формулы электронагревательный элемент выполнен в виде цилиндрической трубки, а токоподводящие шины выполнены в виде слоев проводящего материала, нанесенных соответственно на внутреннюю и внешнюю поверхности цилиндрической трубки.

Устройство размещается в обогреваемой конструкции, в частности в полу; к токоподводящим шинам подается напряжение, при этом электрический ток проходит от одной шины к другой, пересекая электронагревательный элемент по всей площади его контакта с шинами, при этом выделяется тепло, отдаваемое обогреваемой конструкции и рассеиваемое в окружающую среду.

Устройство имеет весьма простую и недорогую конструкцию, исключается необходимость использования дорогостоящих металлических сплавов. Возможно отделение и использование отрезка любой длины; существенно повышается надежность эксплуатации устройства ввиду исключения тонкого и непрочного центрального проводника; резко снижается интенсивность создаваемого электромагнитного поля.

По мнению заявителя, изобретение соответствует критерию “промышленная применимость”.

Формула изобретения

1. Электронагревательное устройство, устанавливаемое в конструкциях жилых и нежилых помещений, в частности, в полах, содержащее электронагревательный элемент и токоподводящие шины, отличающееся тем, что электронагревательный элемент выполнен из неметаллического материала с объемным электрическим сопротивлением от 110⁵ до 110⁸ Омсм, при этом токоподводящие шины сопряжены с противоположными поверхностями электронагревательного элемента.

2. Электронагревательное устройство по п.1, отличающееся тем, что электронагревательный элемент выполнен из полиэтилена высокого давления.

3. Электронагревательное устройство по любому из пп.1, 2 или 3, отличающееся тем, что электронагревательный элемент выполнен в виде цилиндрической трубки, а токоподводящие шины выполнены в виде слоев электропроводящего материала, нанесенных, соответственно, на внутреннюю и наружную поверхности цилиндрической трубки.

4. Электронагревательное устройство по любому из пп.1-3 или 4, отличающееся тем, что токоподводящие шины выполнены с прорезями.

РИСУНКИ