RU106478U1

RU106478U1 - RADIATED HEAT GENERATOR

Info

Publication number: RU106478U1
Application number: RU2011103386/07U
Authority: RU
Inventors: Егор Николаевич Епишков; Андрей Михайлович Бердышев; Николай Егорович Епишков
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2011-07-10

Abstract

Лучистый теплогенератор, содержащий плоский лучистый электронагреватель, закрепленный на листе из диэлектрического материала заданного размера, и металлический отражатель, отличающийся тем, что лист из диэлектрического материала с электронагревателем и отражатель установлены внутри герметичного каркаса-крышки с зазором от водоотталкивающей антиконвективной пленки, служащей основанием каркаса, между электронагревателем и отражателем размещен слой теплоизолятора, а отражатель установлен на таком расстоянии от верхней стенки каркаса, которое позволяет создать воздушный слой, обладающий высоким термосопротивлением. A radiant heat generator comprising a flat radiant heater mounted on a sheet of dielectric material of a given size, and a metal reflector, characterized in that the sheet of dielectric material with an electric heater and a reflector are installed inside a sealed cover frame with a gap from the water-repellent anticonvection film serving as the base of the frame, a layer of heat insulator is placed between the electric heater and the reflector, and the reflector is installed at such a distance from the top wall of the frame CA, which allows you to create an air layer with high thermal resistance.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к средствам для обогрева людей, животных, помещений в качестве источника теплоты (RU 57070V1, МПК Н05В 3/14, 2006, 01, Бюл №27, 2006).The utility model relates to electrical engineering, in particular to means for heating people, animals, and premises as a source of heat (RU 57070V1, IPC Н05В 3/14, 2006, 01, Bull №27, 2006).

Известны брудеры и облучатели для обогрева животных и птиц (A.M.Басов и др. « Электротехнология», М., Агропромиздат, 1985), в которых в качестве источников теплоты используются инфракрасные лампы, трубчатые и керамические элементы, нагревательный провод, теплые полы, коврики. Главный недостаток этих устройств состоит в том, что они не могут создать равномерного распределения теплового потока и соответственно равномерного нагрева организма животного, т.е. не могут полноценно обеспечить зоотребования по тепловому комфорту.Known brooders and irradiators for heating animals and birds (A.M. Basov et al. "Electrotechnology", M., Agropromizdat, 1985), in which infrared lamps, tubular and ceramic elements, a heating wire, heated floors, rugs are used as heat sources. The main disadvantage of these devices is that they cannot create a uniform distribution of the heat flux and, accordingly, uniform heating of the animal’s body, i.e. can not fully provide zoobogovaniya thermal comfort.

Известны (А.М, Басов и др. Электротехнология, М., Агропромиздат., 1985) комбинированые системы мест обогрева животных. При этой системе животные обогреваются снизу и сверху. Для обогрева снизу используют электрообогреваемые полы, а для обогрева сверху инфракрасные облучатели. В этом случае удается создать наиболее благоприятные условия для роста и развития молодняка и появляется возможность регулировать температуру воздуха в зоне нахождения животных.Known (A.M. Basov and others. Electrotechnology, M., Agropromizdat., 1985) combined systems of places for heating animals. Under this system, animals are heated from below and above. For heating from below, electrically heated floors are used, and for heating from above, infrared irradiators. In this case, it is possible to create the most favorable conditions for the growth and development of young animals and it becomes possible to regulate the air temperature in the zone of animals.

Для обогрева поросят-сосунов (A.M.Басов и др. «Электротехнология») используется установка «Комби», рассчитанная на 30 станко-мест. Она состоит из 30 одинаковых комплектов. В каждом комплекте имеется электрообогреваемая панель мощностью 120 Вт и инфракрасный облучатель «Ирис» мощностью 250 Вт. Одно станкоместо требует мощность 370 Вт, что весьма энергоемко.For heating piglets-suckers (A.M. Basov et al. “Electrotechnology”), the “Combi” installation is used, designed for 30 machine places. It consists of 30 identical sets. Each set has an electric heated panel with a power of 120 watts and an infrared irradiator "Iris" with a power of 250 watts. One machine site requires a power of 370 watts, which is very energy intensive.

Таким образом, все описанные устройства имеют два недостатка:Thus, all the described devices have two disadvantages:

1. Неприспособленность конструкций к рациональному использованию потребляемой электроэнергии. Большая часть потребляемой мощности идет на тепловые потери в пространстве помещения. Полезное использование электроэнергии составляет менее 50%.1. Inadequacy of structures to the rational use of energy consumed. Most of the power consumed goes to heat loss in the space of the room. The useful use of electricity is less than 50%.

2. Применяемые облучатели потребляют из сети слишком большую мощность. Коэффициент полезного использования электроэнергии потребляемой из сети составляет менее 50%.2. Used irradiators consume too much power from the network. The energy efficiency of the electricity consumed from the network is less than 50%.

Для создания технологически и энергетически эффективного устройства для обогрева животных необходимо решить две задачи:To create a technologically and energy-efficient device for heating animals, it is necessary to solve two problems:

- создать энергоэффективный теплоисточник, который бы равномерно обогревал поверхность пола, находящуюся под ним.- create an energy-efficient heat source that would evenly heat the surface of the floor beneath it.

- создать замкнутую конструкцию, обеспечивающую сосредоточение тепловой энергии вокруг объекта обогрева.- create a closed structure, providing the concentration of thermal energy around the heating object.

Первая задача сводится к поиску максимально эффективного варианта излучателя, обеспечивающего тепловой комфорт для животных. Вторая задача должна обеспечить высокий коэффициент использования энергии предлагаемым устройством.The first task is to search for the most effective version of the emitter, providing thermal comfort for animals. The second task is to provide a high coefficient of energy use of the proposed device.

Эти задачи могут быть решены низкотемпературным пленочным электронагревателем из числа известных.These problems can be solved by a low-temperature film electric heater from among the known.

Известен пленочный электронагреватель (RU 57070 U1, МПК Н05В 3/14, 2006.01, Бюл. №27, 2006 г.), содержащий плоский меандровой формы резистивный излучающий элемент из фольги, расположенный между гибкими термостойкими электроизоляционными пленками и снабженный выводами для подключения к электрической сети. Резистивный элемент намотан непрерывно без применения перемычек, соединяющих его параллельные полосы, и фольга выполнена из прецизионных токопроводящих материалов.Known electric film heater (RU 57070 U1, IPC Н05В 3/14, 2006.01, Bull. No. 27, 2006), containing a flat meander-shaped resistive radiating element made of foil located between flexible heat-resistant electrical insulating films and equipped with leads for connection to the electric network . The resistive element is wound continuously without the use of jumpers connecting its parallel strips, and the foil is made of precision conductive materials.

Известен резистивный электронагреватель (RU 22579 U1, МПК Н01В 3/16, опубл. 10.04.2002), содержащий подложку из диэлектрического материала с нанесенным на нее токопроводящим слоем, токопроводящий слой выполнен виде параллельных лент из аморфного металла, покрытых с обеих сторон полимерной пленкой. Подложка выполнена из пенополиэтилена, с одной стороны которой нанесена алюминиевая фольга, а внешняя поверхность токопроводящего слоя зафиксирована защитным тканевым полотном, в котором выполнены прорези.A resistive electric heater is known (RU 22579 U1, IPC Н01В 3/16, publ. 04/10/2002) containing a substrate of a dielectric material with a conductive layer deposited on it, the conductive layer is made in the form of parallel tapes of amorphous metal coated on both sides with a polymer film. The substrate is made of polyethylene foam, on one side of which aluminum foil is applied, and the outer surface of the conductive layer is fixed with a protective fabric, in which slots are made.

Недостатком описанного выше нагревателя является то, что во включенном состоянии его поверхность нагреваются с обеих сторон. Вследствие этого инфракрасный тепловой поток, создаваемый нагревателем, излучается в обе стороны.The disadvantage of the heater described above is that in the on state its surface is heated on both sides. As a result, the infrared heat flux generated by the heater is radiated in both directions.

Известен также теплоизлучающий строительный материал, (RU 87596 U1, МПК Н05В 3/14, 2006.1, Бюл. №28, 2009 г.), взятый в качестве прототипа и содержащий отделочный лист заданного размера, на котором со стороны, противоположной лицевой, закреплен в заводских условиях плоский лучистый нагревательный элемент, при этом на лицевой стороне теплоизлучающего отделочного материала нанесена разметка его к каркасу потолка.Also known is heat-emitting building material, (RU 87596 U1, IPC Н05В 3/14, 2006.1, Bull. No. 28, 2009), taken as a prototype and containing a finishing sheet of a given size, on which from the side opposite to the front one is fixed in In the factory, there is a flat radiant heating element, while on the front side of the heat-emitting finishing material, its marking is applied to the ceiling frame.

В теплоизлучающем строительном отделочном материале в качестве плоского лучистого нагревательного элемента использован пленочный электронагреватель с инфракрасным спектром излучения.In a heat-emitting building decoration material, a film electric heater with an infrared radiation spectrum is used as a flat radiant heating element.

Конструкцией данного материала предусмотрены отражатель и теплоизоляция, которые, в некоторой степени, ограничивают распространение теплоты теплопроводностью.The design of this material provides a reflector and thermal insulation, which, to some extent, limit the spread of heat by thermal conductivity.

Недостатком является то, что в данном решении не создан механизм отражения лучистого теплового потока. Предусмотренный в конструкции отражатель укладывается непосредственно на электронагреватель и, приобретая ту же температуру, что и нагреватель, сам становится излучателем теплового потока, направляя его вверх через теплоизолятор. Данный строительный материал, выбранный нами в качестве прототипа, решает задачу снижения трудоемкости монтажных работ, но распространение инфракрасного теплового потока остается двухсторонним: как вниз, так и вверх.The disadvantage is that this solution does not create a mechanism for reflecting radiant heat flux. The reflector provided in the design is laid directly on the electric heater and, acquiring the same temperature as the heater, itself becomes the radiator of the heat flux, directing it upward through the heat insulator. This building material, which we have chosen as a prototype, solves the problem of reducing the complexity of installation work, but the distribution of infrared heat flux remains bilateral: both down and up.

Задача предлагаемого решения состоит в создании устройства ограниченных пространственных размеров (ширина-длина-высота), которое при том же значении потребляемого тока выделяет равномерно распределенный по излучающей поверхности тепловой поток повышенной плотности.The objective of the proposed solution is to create a device of limited spatial dimensions (width-length-height), which, at the same value of the current consumption, emits a high-density heat flux evenly distributed over the radiating surface.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемом лучистом теплогенераторе, содержащем лучистый электронагреватель, закрепленный на листе из диэлектрического материала заданного размера, и металлический отражатель, в отличие от прототипа лист из диэлектрического материала с электронагревателем и отражатель установлены внутри герметичного каркаса-крышки с зазором от водоотталкивающей антиконвективной пленки, служащей основанием каркаса-крышки. Причем между электронагревателем и отражателем размещен слой теплоизолятора, а отражатель установлен на таком расстоянии от верхней стенки каркаса-крышки, которое позволяет создать воздушный слой, обладающий высоким термосопротивлением.The problem is solved in that the proposed radiant heat generator containing a radiant heater mounted on a sheet of dielectric material of a given size, and a metal reflector, unlike the prototype sheet of dielectric material with an electric heater and a reflector are installed inside a sealed skeleton-cover with a gap from the water-repellent anti-convection a film serving as the base of the cover frame. Moreover, between the electric heater and the reflector there is a layer of a heat insulator, and the reflector is installed at such a distance from the upper wall of the frame-cover that allows you to create an air layer with high thermal resistance.

Предлагаемая полезная модель - лучистый теплогенератор - представлена на фиг. Он включает замкнутый каркас-крышку 1, внутри которой расположены пленочный лучистый электронагреватель 2, закрепленный на листе 3 из диэлектрического материала, слой теплоизолятора 4, металлический отражатель 5. Комплект элементов 2-5 формирует теплоисточник, излучающий направленный на объект обогрева тепловой поток. Этот комплект элементов закреплен таким образом, что между металлическим отражателем 5 и каркасом-крышкой 1 образован зазор 6 с неподвижным воздухом, что обеспечивает ему высокое термосопротивление. Установленная в нижней части каркаса-крышки водоотталкивающая пленка 7 делает герметичным все пространство внутри каркаса-крышки, образуя между электронагревателем и пленкой антиконвективный воздушный зазор 8 с неподвижным воздухом.A proposed utility model, a radiant heat generator, is shown in FIG. It includes a closed frame-cover 1, inside of which there is a film radiant electric heater 2, mounted on a sheet 3 of dielectric material, a layer of heat insulator 4, a metal reflector 5. A set of elements 2-5 forms a heat source emitting a heat flux directed to the heating object. This set of elements is fixed in such a way that a gap 6 with fixed air is formed between the metal reflector 5 and the frame-cover 1, which provides it with high thermal resistance. The water-repellent film 7 installed in the lower part of the lid frame makes the entire space inside the lid frame tight, forming an anticonvection air gap 8 with stationary air between the electric heater and the film.

Известно (В.П.Иванченко, В.А.Осипова, А.С.Сукомел «Теплопередача», М., 1978, с.5), что передача теплоты от более нагретого тела к менее нагретому осуществляется тремя способами:It is known (V.P. Ivanchenko, V.A. Osipova, A.S. Sukomel “Heat Transfer”, M., 1978, p.5) that heat is transferred from a more heated body to a less heated one in three ways:

теплопроводностью, излучением и конвекцией (с помощью подвижного воздуха). Герметизация внутреннего пространства каркаса-крышки полностью исключает использование конвекции в процессе теплопередач внутри теплогенератора.thermal conductivity, radiation and convection (using moving air). Sealing the internal space of the cover-frame completely eliminates the use of convection in the process of heat transfer inside the heat generator.

Устройство работает следующим образом. После включения в электрическую сеть пленочного электронагревателя 2 по его токоведущим частям протекает электрический ток, разогревающий поверхность электронагревателя до номинальной температуры. С его поверхности начинает выделяться теплота теплопроводностью и излучением. Теплопроводная составляющая равномерно нагревает всю площадь поверхности нагревателя, формируя внешнюю температуру излучающей поверхности нагревателя. Передаче теплоты с поверхности нагревателя вверх препятствует слой теплоизолятора 4, а вниз - антиконвективный воздушный зазор 8.The device operates as follows. After the film electric heater 2 is included in the electric network, electric current flows through its current-carrying parts, heating the surface of the electric heater to the rated temperature. From its surface, heat begins to be released by heat conduction and radiation. The heat-conducting component evenly heats the entire surface area of the heater, forming the external temperature of the radiating surface of the heater. The transfer of heat from the surface of the heater upward is prevented by the layer of heat insulator 4, and downward - by the anti-convection air gap 8.

Под влиянием температуры нагревателя формируется тепловой поток, который излучается как вниз E₁ и так и вверх Е₂. Тепловой поток Е₁ формирует прямую составляющую результирующего потока теплогенератора Е_тг, направленную на объект обогрева. Тепловой поток Е₂ проходит через диэлектрический слой 3 и слой теплоизолятора 4 и доходит до поверхности металлического отражателя 5, формируя отраженную составляющую теплового потока Е₂₀.Under the influence of the temperature of the heater, a heat flux is formed, which is emitted both down E ₁ and up E ₂ . The heat flux E ₁ forms a direct component of the resulting flow of the heat generator E _tg directed to the heating object. The heat flux E ₂ passes through the dielectric layer 3 and the heat insulator layer 4 and reaches the surface of the metal reflector 5, forming the reflected component of the heat flux E ₂₀ .

Отраженная составляющая Е₂₀ меньше, чем тепловой поток Е₂ на величину, поглощенной части теплового потока (Е_n=к_nЕ₂). Таким образом, Е₂₀=(Е₂-к_nE₂), где к_n - коэффициент поглощения отражателя, Е_n - поглощенная отражателем часть теплового потока E₂.The reflected component E _{20 is} less than the heat flux E ₂ by the amount absorbed by the part of the heat flux (E _n = k _n E ₂ ). Thus, E ₂₀ = (E ₂ -k _n E ₂ ), where k _n is the absorption coefficient of the reflector, E _n is the part of the heat flux E ₂ absorbed by the reflector.

Однако коэффициент поглощения к_n металлов составляет весьма малую величину, близкую к нулю (к_n≤0,01). Поэтому практически можно считать величину теплового потока Е₂₀ равным потоку Е₂. Передаче теплоты от отражателя к каркасу-крышке препятствует воздушный слой 6.However, the absorption coefficient for _n metals is very small, close to zero (to _n ≤ 0.01). Therefore, in practice, the heat flux E ₂₀ can be considered equal to the flux E ₂ . The transfer of heat from the reflector to the cover frame is prevented by the air layer 6.

Каркас-крышка и водоотталкивающая антиконвективная пленка образуют внутри теплогенератора герметичное пространство, чем исключается в процессе теплопередачи внутри теплогенератора конвекция. При этом образуется воздушный антиконвекционный слой.The frame-cover and water-repellent anticonvection film form a tight space inside the heat generator, which eliminates convection during heat transfer inside the heat generator. In this case, an air anticonvection layer is formed.

С целью эффективного отражения потока Е₂ между электронагревателем и отражателем установлен слой теплоизолятора.In order to effectively reflect the flow of E ₂ between the electric heater and the reflector, a layer of heat insulator is installed.

Предложенная полезная модель для формирования теплового потока заданной величины позволят уменьшить потребляемый ток на 30-35% по сравнению с известными пленочными электронагревателями.The proposed utility model for the formation of a heat flux of a given value will reduce the current consumption by 30-35% compared with the known film electric heaters.

Claims

A radiant heat generator comprising a flat radiant heater mounted on a sheet of dielectric material of a given size, and a metal reflector, characterized in that the sheet of dielectric material with an electric heater and a reflector are installed inside a sealed cover frame with a gap from the water-repellent anticonvection film serving as the base of the frame, a layer of heat insulator is placed between the electric heater and the reflector, and the reflector is installed at such a distance from the top wall of the frame CA, which allows you to create an air layer with high thermal resistance.