RU2507455C1

RU2507455C1 - Cell of energy-saving heating element

Info

Publication number: RU2507455C1
Application number: RU2012135388/06A
Authority: RU
Inventors: Юрий Иванович Рязанцев; Владимир Иванович Ушаков; Андрей Николаевич Демаков; Леонид Владимирович Журавель
Original assignee: Юрий Иванович Рязанцев
Priority date: 2012-08-17
Filing date: 2012-08-17
Publication date: 2014-02-20

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: cell of a heating element comprises radiators with heat transfer surfaces and bases, electrodes and heating elements placed between the latter, at the same time heating elements are made in the form of thermistors, installed between electrodes, and between bases of radiators and electrodes there are electric insulating layers.

EFFECT: creation of electric heating devices making it possible to considerably save consumed electric energy with similar heat transfer compared to existing devices.

5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, а в частности, к электрическим приборам и устройствам, используемым в холодное время года для отопления бытовых и производственных помещений, а также салонов и кабин подвижного состава пассажирского и индивидуального транспорта.The invention relates to the field of electrical engineering, and in particular, to electrical appliances and devices used in the cold season for heating domestic and industrial premises, as well as salons and cabins of rolling stock of passenger and individual vehicles.

Известен нагревательный элемент, содержащий узел нагревательного тела, включающий в себя нагревательный элемент, элемент электрода, наложенный на нагревательный элемент, изолирующий лист и радиатор (RU 2435335 С1 27.11.2011).Known heating element containing a node of the heating body, including a heating element, an electrode element superimposed on a heating element, an insulating sheet and a radiator (RU 2435335 C1 11/27/2011).

Недостатком известной конструкции является то, что форма и малая масса радиатора при естественной и принудительной конвекции способствуют значительному охлаждению нагревательных элементов, следствием чего является высокое потребление устройством электрической энергии.A disadvantage of the known design is that the shape and low mass of the radiator during natural and forced convection contribute to a significant cooling of the heating elements, resulting in a high consumption of electrical energy by the device.

Задачей изобретения является расширение арсенала технических средств -нагревательных приборов.The objective of the invention is to expand the arsenal of technical means-heating devices.

Техническим результатом изобретения является создание электроотопительных устройств, позволяющих, значительно (от 4 до 10 раз) экономить потребляемую электроэнергию при аналогичной теплоотдаче по сравнению с существующими устройствами (бытовыми конвекторами, отопителями салонов трамваев и троллейбусов и т.п.).The technical result of the invention is the creation of electric heating devices that can significantly (4 to 10 times) save energy consumption with similar heat transfer compared to existing devices (household convectors, heaters for trams and trolley buses, etc.).

Технический результат достигается, что ячейка нагревательного элемента содержит радиаторы с теплопередающими поверхностями и основаниями, размещенные между последними электроды и нагревательные элементы, при этом нагревательные элементы выполнены в виде терморезисторов, установленных между электродами, а между основаниями радиаторов и электродами выполнены электроизоляционные слои.The technical result is achieved that the cell of the heating element contains radiators with heat transferring surfaces and bases located between the last electrodes and heating elements, while the heating elements are made in the form of thermistors installed between the electrodes, and between the bases of the radiators and electrodes made insulating layers.

Теплообменная поверхность может быть выполнена в виде конусных штырей, установленных рядами в шахматном порядке.The heat exchange surface can be made in the form of conical pins installed in rows in a checkerboard pattern.

Теплообменная поверхность может быть выполнена в виде ребер.The heat exchange surface can be made in the form of ribs.

Электроизоляционные слои могут быть выполнены из слюды или высокотемпературной эмали (лака).The insulating layers can be made of mica or high-temperature enamel (varnish).

Ячейка может быть снабжена стягивающими элементами в виде зажимов или винтовых соединений.The cell may be provided with tightening elements in the form of clamps or screw connections.

На фиг.1 представлен общий вид нагревательного элемента.Figure 1 presents a General view of the heating element.

На фиг.2 - вид элемента сбоку.Figure 2 is a side view of the element.

Электронагревательный элемент, в зависимости от конструкции и требованию по тепловой отдаче, предъявляемых к конкретному отопительному устройству, собирается из ячеек, имеющих между собой параллельное электрическое соединение. Причем, он может состоять как из одного, так и нескольких рядов соединенных между собой ячеек.An electric heating element, depending on the design and the requirement for heat output, presented to a specific heating device, is assembled from cells having a parallel electrical connection to each other. Moreover, it can consist of either one or several rows of interconnected cells.

Ячейка электронагревательного энергосберегающего элемента состоит из двух металлических радиаторов 1 и 2, изготовленных из алюминия силумина, меди или стали. Основание радиатора может иметь толщину от 1,5 мм до 6,0 мм. Теплоотдающая поверхность радиатора может иметь ребристую или штыревую игольчатую форму. Плоские поверхности радиаторов и соприкасающиеся с ними поверхности электродов 3 и 4 разделены электроизоляционным слоем 5 и 6, выполненным из слюды или высокотемпературной эмали (лака). С помощью электродов 3 и 4 электрическое напряжение подводится к терморезистору 7, материал которого имеет положительный коэффициент электрического сопротивления (РТС-резистор или позистор). Вся конструкция стягивается с помощью специальных зажимов или винтовыми соединениями, обеспечивающими надежный контакт между электродами 3 и 4 и электродами терморезистора 7. Гидроизоляция ячейки обеспечивается с помощью высокотемпературного герметизирующего материала 8.The cell of the electric heating energy-saving element consists of two metal radiators 1 and 2, made of aluminum silumin, copper or steel. The base of the radiator may have a thickness of 1.5 mm to 6.0 mm. The radiating surface of the radiator may have a ribbed or pin-shaped needle. The flat surfaces of the radiators and the surfaces of the electrodes 3 and 4 in contact with them are separated by an electric insulating layer 5 and 6 made of mica or high-temperature enamel (varnish). Using electrodes 3 and 4, the electric voltage is supplied to the thermistor 7, the material of which has a positive coefficient of electrical resistance (PTC resistor or resistor). The whole structure is pulled together with special clamps or screw connections, providing reliable contact between the electrodes 3 and 4 and the electrodes of the thermistor 7. The cell is waterproofed using high-temperature sealing material 8.

Например, ячейка электронагревательного энергосберегающего элемента высотой А равной 90 мм, шириной В равной 61 мм и длиной Е равной 100 мм, состоит из двух радиаторов из силумина с толщиной основания Д равной 3 мм. Радиаторы имеют по семнадцать рядов конусных штырей, расположенных в шахматном порядке, как показано на рисунке. Данное расположение штырей обеспечивает более эффективный нагрев воздуха при конвекции, за счет увеличения площади контакта воздуха с нагретой поверхностью. Электроды изготовлены из листового алюминия толщиной 1,5 мм. В конструкции ячейки использовано два терморезистора прямого нагрева марки РТС-НТ, серийно выпускаемых Витебским заводом радиодеталей (РУНПП «ВЗРД»). Данная ячейка в установившемся режиме (через 10 минут после подключения напряжения 220 В переменного тока), имеет потребляемую мощность не более 50 Вт.For example, a cell of an electric heating energy-saving element with a height A equal to 90 mm, a width B equal to 61 mm, and a length E equal to 100 mm consists of two radiators from silumin with a base thickness D equal to 3 mm. Radiators have seventeen rows of conical pins arranged in a checkerboard pattern, as shown in the figure. This arrangement of the pins provides a more efficient heating of air during convection, by increasing the area of contact of air with a heated surface. The electrodes are made of sheet aluminum 1.5 mm thick. Two direct-heating RTS-NT thermistors, commercially available from the Vitebsk Radio Parts Plant (RNPP VZRD), were used in the cell design. This cell in the steady state (10 minutes after connecting the voltage of 220 V AC), has a power consumption of not more than 50 watts.

Установленный в корпусе бытового конвектора, собранный из четырех ячеек нагревательный элемент, при температуре окружающего воздуха 16 градусов Цельсия, на расстоянии 4 см от выходного отверстия конвектора, позволил получить температуру воздуха равную 92,5 градусов Цельсия. Потребляемая электрическая мощность составила 190-210 Вт. При этом, до замены спирального нагревательного элемента, потребляемая мощность конвектора составляла 2000 Вт, а температура воздуха на выходе, при прочих равных условиях, составляла 87 градусов Цельсия. Таким образом, при практически одинаковой теплоотдаче, имеет место десятикратное снижение потребляемой электрической энергии.A heating element assembled from four cells in a housing of a household convector, at an ambient temperature of 16 degrees Celsius, at a distance of 4 cm from the outlet of the convector, made it possible to obtain an air temperature equal to 92.5 degrees Celsius. Power consumption was 190-210 watts. At the same time, before replacing the spiral heating element, the power consumption of the convector was 2000 W, and the outlet air temperature, ceteris paribus, was 87 degrees Celsius. Thus, with almost the same heat transfer, there is a tenfold decrease in the consumed electric energy.

Конструкция ячейки электронагревательного энергосберегающего элемента, при 30-40% повышении потребляемой мощности, позволяет использовать принудительную конвекцию с помощью вентилятора, что до трех раз увеличивает объем теплого воздуха, выходящего из конвектора. Указанные эффекты достигаются, прежде всего тем, что использование массивных радиаторов не позволяет воздуху при конвенции охлаждать непосредственно поверхность терморезистора. В данном случае, его рабочий температурный диапазон находится вблизи Температуры Кюри керамического материала, из которого изготовлен терморезистор. Следует также отметить, что сборная из ячеек конструкция электронагревательного элемента, позволяет в одном типоразмере корпуса получить отопительные приборы различной тепловой мощности, что дает возможность их унифицировать и удешевить производство.The design of the cell of an electric heating energy-saving element, with a 30-40% increase in power consumption, allows the use of forced convection with a fan, which increases the volume of warm air leaving the convector up to three times. These effects are achieved, first of all, by the fact that the use of massive radiators does not allow air under the convention to cool directly the surface of the thermistor. In this case, its operating temperature range is near the Curie temperature of the ceramic material from which the thermistor is made. It should also be noted that the design of the electric heating element, made of cells, allows one to obtain heating appliances of different thermal power in one frame size, which makes it possible to unify and reduce the cost of production.

Claims

1. The cell of the heating element, characterized in that it contains radiators with heat-transferring surfaces and bases, located between the last electrodes and heating elements, while the heating elements are made in the form of thermistors installed between the electrodes, and between the radiator bases and electrodes made insulating layers.

2. The cell according to claim 1, characterized in that the heat exchange surface is made in the form of conical pins installed in rows in a checkerboard pattern.

3. The cell according to claim 1, characterized in that the heat exchange surface is made in the form of ribs.

4. The cell according to claim 1, characterized in that the insulating layers are made of mica or high-temperature enamel (varnish).

5. The cell according to claim 1, characterized in that it is equipped with tightening elements in the form of clamps or screw connections.