RU105556U1 - ELECTRIC INFRARED HEATER - Google Patents

Abstract

1. Электрический инфракрасный нагреватель, включающий керамический корпус, снабженный множеством сквозных каналов, в которых размещены нагревательные элементы, соединенные с источником электрического тока, отличающийся тем, что керамический корпус выполнен в виде толстостенного полого цилиндра, каналы расположены в стенках цилиндрического корпуса параллельно его продольной оси, а нагревательные элементы, размещенные в указанных каналах, выполнены из углеродсодержащего материала и имеют форму гибкой ленты или жгута. ! 2. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что его корпус имеет длину в пределах 300-500 мм, внешний диаметр в пределах 60-100 мм, толщину стенки в пределах 12-20 мм, а диаметр каналов 0,3-0,5 от толщины стенки и расстояние между каналами 0,5-2,0 от их диаметра. ! 3. Нагреватель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что с торцевых сторон корпуса выполнены пазы, соединяющие каналы. ! 4. Нагреватель по пп.1-3, отличающийся тем, что кольцеобразные торцевые стороны корпуса покрыты защитным покрытием, изолирующим внутреннее пространство каналов от внешней среды. ! 5. Нагреватель по пп.1-4, отличающийся тем, что нагревательные элементы выполнены из композиционного углеродсодержащего материала. 1. An electric infrared heater comprising a ceramic body provided with a plurality of through channels in which heating elements are placed connected to an electric current source, characterized in that the ceramic body is made in the form of a thick-walled hollow cylinder, the channels are located in the walls of the cylindrical body parallel to its longitudinal axis and the heating elements placed in these channels are made of carbon-containing material and have the form of a flexible tape or bundle. ! 2. The heater according to claim 1, characterized in that its body has a length in the range of 300-500 mm, an outer diameter in the range of 60-100 mm, a wall thickness in the range of 12-20 mm, and a channel diameter of 0.3-0, 5 from the wall thickness and the distance between the channels of 0.5-2.0 from their diameter. ! 3. The heater according to claims 1 and 2, characterized in that the grooves connecting the channels are made from the end sides of the housing. ! 4. The heater according to claims 1 to 3, characterized in that the annular end faces of the housing are coated with a protective coating that isolates the internal space of the channels from the external environment. ! 5. The heater according to claims 1 to 4, characterized in that the heating elements are made of composite carbon-containing material.

Description

Изобретение относится к электротехнике, более конкретно к инфракрасным нагревательным элементам, применяемым для производственных и бытовых нужд. Изобретение может быть использовано для обогрева производственных и бытовых помещений и создания в них комфортных условий, благоприятных для человека.The invention relates to electrical engineering, and more particularly to infrared heating elements used for industrial and domestic needs. The invention can be used to heat industrial and domestic premises and create comfortable conditions favorable for humans.

Известен инфракрасный излучатель /Патент Российской Федерации №2237946, кл. Н01К 1/04, 2004/, содержащий вакуумированную оптически прозрачную трубчатую колбу, размещенное в ней тело накала из нетканого углеродного волокнистого материала с токовыводами по концам. При подаче на токовыводы напряжения 220 В, потребляемая мощность устройства составляет 1000 Вт и температура тела накала достигает 1000°С. Известное устройство обеспечивает мощный тепловой поток, однако к его недостаткам относится необходимость размещения тела накала в вакуумированном пространстве, а также высокую температуру тела накала, что требует использования огнеупорных и термоизолирующих материалов в его конструкции, а также высокая потребляемая мощность.Known infrared emitter / Patent of the Russian Federation No. 2237946, class. H01K 1/04, 2004 /, containing a vacuum optically transparent tubular flask placed in it a filament body of a non-woven carbon fiber material with current leads at the ends. When a voltage of 220 V is applied to the current outputs, the power consumption of the device is 1000 W and the temperature of the glow body reaches 1000 ° C. The known device provides a powerful heat flow, however, its disadvantages include the need to place the filament body in a vacuum space, as well as the high temperature of the filament body, which requires the use of refractory and thermally insulating materials in its design, as well as high power consumption.

Известен панельный инфракрасный нагреватель /Патент США №5028760, кл. Н05В 3/84, 1991/, содержащий электрический нагревательный элемент, размещенный в плоском горизонтально расположенном корпусе и контактирующий с горизонтальной пористой металлической панелью, внешняя поверхность которой покрыта керамикой на основе оксидов алюминия, титана, хрома, магния, циркония и кремния, причем источником инфракрасного излучения является именно керамика. Электрический нагревательный элемент из металлического сплава в процессе работы нагрет до высокой температуры, что снижает его срок службы. Кроме того, конструкция данного нагревателя не обеспечивает возможности внесения заметной конвективной составляющей в процесс теплообмена при его работе.Known panel infrared heater / US Patent No. 5028760, class. Н05В 3/84, 1991 /, comprising an electric heating element placed in a flat, horizontally positioned housing and in contact with a horizontal porous metal panel, the outer surface of which is coated with ceramics based on oxides of aluminum, titanium, chromium, magnesium, zirconium and silicon, and a source of infrared radiation is precisely ceramics. The metal alloy electric heating element is heated to a high temperature during operation, which reduces its service life. In addition, the design of this heater does not provide the possibility of introducing a noticeable convective component in the heat transfer process during its operation.

В качестве прототипа заявленного устройства принят электронагреваемый инфракрасный керамический излучатель /Патент Великобритании №1509148, кл. Н05В 3/00, 1978/, включающий керамический корпус, снабженный множеством сквозных каналов, в которых размещены нагревательные элементы, выполненные в виде металлических нитей накала, соединенных с источником электрического тока, а также средства контроля и регулирования температуры. Известный излучатель предусматривает использование металлических нагревательных элементов, нагретых до высоких температур, что приводит к увеличению потребляемой мощности и снижает срок их службы. Кроме того, инфракрасное излучение высокотемпературных источников по своим характеристикам не позволяет использовать их в течение длительного времени для воздействия на человеческий организм. Известная конструкция излучателя может быть использована, например, для нагрева сауны, но для обогрева жилых помещений пригодность этой конструкции ограничена.As a prototype of the claimed device adopted electrically heated infrared ceramic emitter / British Patent No. 1509148, CL. Н05В 3/00, 1978 /, including a ceramic case equipped with many through channels in which heating elements are placed, made in the form of metal filaments connected to a source of electric current, as well as temperature control and regulation means. The known emitter provides for the use of metal heating elements heated to high temperatures, which leads to an increase in power consumption and reduces their service life. In addition, the infrared radiation of high-temperature sources in terms of their characteristics does not allow their use for a long time to affect the human body. The known design of the emitter can be used, for example, for heating a sauna, but for heating residential premises the suitability of this design is limited.

Задачей изобретения является разработка конструкции электрического инфракрасного нагревателя, пригодного для длительного использования в жилых и производственных помещениях и позволяющего создать в них комфортные условия для человека. Техническим результатом изобретения является снижение энергопотребления, повышение срока службы нагревательных элементов, обеспечение возможности санирования помещений, а также обеспечение безопасности использования устройства.The objective of the invention is to develop the design of an electric infrared heater, suitable for prolonged use in residential and industrial premises and allowing them to create comfortable conditions for humans. The technical result of the invention is to reduce energy consumption, increase the service life of heating elements, provide the possibility of sanitation of premises, and also ensure the safety of using the device.

Указанный технический результат достигается тем, что в электрическом инфракрасном нагревателе, включающем керамический корпус, снабженный множеством сквозных каналов, в которых размещены нагревательные элементы, соединенные с источником электрического тока, керамический корпус предложено выполнять в виде толстостенного полого цилиндра, в стенках которого сквозные каналы размещены параллельно продольной оси цилиндрического корпуса, а размещенные в каналах нагревательные элементы предложено выполнять из углеродсодержащего материала в виде гибкой ленты или жгута.The indicated technical result is achieved in that in an electric infrared heater including a ceramic body provided with a plurality of through channels, in which heating elements are placed connected to an electric current source, it is proposed that the ceramic body be made in the form of a thick-walled hollow cylinder, in whose walls the through channels are arranged parallel the longitudinal axis of the cylindrical body, and the heating elements placed in the channels are proposed to be made of a carbon-containing material la in the form of a flexible belt or harness.

Керамический корпус нагревателя предпочтительно имеет длину в пределах 300-500 мм, внешний диаметр в пределах 60-80 мм, толщину стенок 15-20 мм, диаметр каналов 0,3-0,5 от толщины стенки и расстояние между каналами в пределах 0,5-2,0 от диаметра каналов.The ceramic heater body preferably has a length in the range of 300-500 mm, an outer diameter in the range of 60-80 mm, a wall thickness of 15-20 mm, a channel diameter of 0.3-0.5 of the wall thickness and a channel spacing of 0.5 -2.0 of the diameter of the channels.

С торцевых сторон корпуса выполнены пазы, соединяющие каналы, кроме того, кольцеобразные торцевые стороны корпуса покрыты защитным покрытием, изолирующим внутреннее пространство каналов от внешней среды.The grooves connecting the channels are made from the end sides of the casing, in addition, the annular end faces of the casing are coated with a protective coating that isolates the internal space of the channels from the external environment.

Частным случаем выполнения устройства является использование нагревательных элементов из композиционного углеродсодержащего материала.A special case of the device is the use of heating elements made of composite carbon-containing material.

В связи с тем, что заявленное устройство предназначено для использования, в том числе и в жилых помещениях, т.е. имеется возможность контакта человека с нагревателем, важным является обеспечение безопасности использования нагревателя и предотвращение возможности ожогов. В связи с этим температура на поверхности нагревателя не должна превышать 80°С, а преимущественно должна находиться в пределах 60-70°С. Выполнение корпуса нагревателя в виде керамического толстостенного полого цилиндра и размещение нагревательных элементов, выполненных из углеродсодержащего материала, имеющих форму гибкой ленты или жгута с большой поверхностью теплоотдачи, внутри каналов, расположенных в стенках цилиндрического корпуса позволяет иметь небольшой градиент температуры между поверхностью нагревательного элемента и внешней поверхностью нагревателя. Температура нагревательных элементов не превышает 80-85°С, что обеспечивает высокий срок службы нагревателя, поскольку при этой температуре окисление углерода несущественно, а так же обеспечивает безопасность использования нагревателя. Наличие пазов, расположенных на торцевых сторонах корпуса, позволяет утопить гибкую ленту или жгут внутри керамического корпуса, а размещение покрытия на торцевых частях корпуса предназначено для изоляции нагревательных элементов от окисляющего воздействия внешней среды.Due to the fact that the claimed device is intended for use, including in residential premises, i.e. there is the possibility of human contact with the heater, it is important to ensure the safety of the heater and prevent the possibility of burns. In this regard, the temperature on the surface of the heater should not exceed 80 ° C, but should preferably be in the range of 60-70 ° C. The implementation of the heater body in the form of a ceramic thick-walled hollow cylinder and the placement of heating elements made of carbon-containing material in the form of a flexible tape or bundle with a large heat transfer surface inside the channels located in the walls of the cylindrical body allows you to have a small temperature gradient between the surface of the heating element and the outer surface heater. The temperature of the heating elements does not exceed 80-85 ° C, which ensures a high service life of the heater, since carbon oxidation is not essential at this temperature, and it also ensures the safety of the heater. The presence of grooves located on the ends of the housing allows you to recess a flexible tape or bundle inside the ceramic housing, and the placement of the coating on the ends of the housing is designed to isolate the heating elements from the oxidizing effects of the external environment.

Использование металлических нагревательных элементов, например, выполненных из нихрома, не позволяет получить низкую температуру поверхности нагревательного элемента и одновременно снизить потребляемую мощность. При размещении в канале нихромовой нити накаливания требуется разогрев ее до высокой температуры для соответствующего нагрева массивного керамического корпуса и это приводит к возможности быстрого выхода нагревательного элемента из строя. Размещение в канале нихромовой спирали позволяет обеспечить нагрев керамического корпуса до требуемой температуры, однако, это ведет к увеличению мощности нагревателя и, соответственно, к повышению расхода электроэнергии.The use of metal heating elements, for example, made of nichrome, does not allow to obtain a low surface temperature of the heating element and at the same time reduce power consumption. When placing a nichrome filament in the channel, it is necessary to heat it to a high temperature for the corresponding heating of the massive ceramic body and this leads to the possibility of a quick failure of the heating element. Placing a nichrome spiral in the channel allows heating the ceramic case to the required temperature, however, this leads to an increase in heater power and, consequently, to an increase in energy consumption.

Углеродсодержащие нагревательные элементы, в том числе и композиционные углеродсодержащие элементы, могут быть выполнены в широком диапазоне размеров, состава, электрических характеристик (Патент РФ №2124612, №2114942), при этом нагреватель может использовать как последовательное включение нагревательных элементов, так и их параллельное подключение, что расширяет возможности по обеспечению различных режимов его работы.Carbon-containing heating elements, including composite carbon-containing elements, can be made in a wide range of sizes, composition, electrical characteristics (RF Patent No. 2144612, No. 21114942), while the heater can use both series connection of heating elements and their parallel connection , which expands the ability to provide various modes of its operation.

Заявленные размеры корпуса нагревателя обеспечивают возможность использования нагревателя в жилых помещениях, позволяют получить небольшую разницу температур между нагревательными элементами и внешней поверхностью корпуса, обеспечивают размещение в корпусе нагревательных элементов с размерами, позволяющими получить требуемую мощность нагревателя.The stated dimensions of the heater casing provide the possibility of using the heater in residential premises, they allow to obtain a small temperature difference between the heating elements and the outer surface of the casing, provide placement of heating elements in the casing with dimensions that allow to obtain the required heater power.

Помимо этого, выполнение корпуса нагревателя в виде полого цилиндра позволяет при его вертикальной ориентации обеспечить теплообмен в помещении не только за счет излучения, но и за счет конвекции.In addition, the implementation of the heater body in the form of a hollow cylinder allows for its vertical orientation to provide heat transfer in the room not only due to radiation, but also due to convection.

Инфракрасное излучение от поверхности керамического корпуса при его температуре 60-70°С имеет длину волны 8-9 мкм, что близко к длине волны излучения организма человека и поэтому оно не оказывает на человека вредного воздействия. В то же время это излучение оказывается губительным для патогенных микроорганизмов (см., например. Патент Японии №7274919), поэтому при работе нагревателя происходит санация помещений. Создание благоприятных условий при работе нагревателя обеспечивается и тем, что влажность в помещении поддерживается на уровне, не превышающем 53-55% при более высокой относительной влажности наружного воздуха. Зигзагообразное размещение нагревательных элементов внутри сквозных каналов нейтрализует магнитное поле переменного электрического тока, что создает дополнительный положительный эффект при использовании устройства.Infrared radiation from the surface of the ceramic body at its temperature of 60-70 ° C has a wavelength of 8-9 μm, which is close to the wavelength of radiation from the human body and therefore it does not have a harmful effect on humans. At the same time, this radiation is detrimental to pathogenic microorganisms (see, for example, Japan Patent No. 7274919), therefore, when the heater is in operation, the rooms are rehabilitated. The creation of favorable conditions during the operation of the heater is ensured by the fact that the humidity in the room is maintained at a level not exceeding 53-55% with a higher relative humidity of the outside air. The zigzag arrangement of the heating elements inside the through channels neutralizes the magnetic field of the alternating electric current, which creates an additional positive effect when using the device.

Конструкция нагревателя представлена на чертежах, где на фиг.1 представлен вид сбоку, на Фиг.2 разрез по А-А, на Фиг.3 разрез по В-В.The design of the heater is shown in the drawings, where FIG. 1 is a side view, FIG. 2 is a section along A-A, and FIG. 3 is a section along BB.

Нагреватель включает керамический корпус 1, в котором выполнены сквозные каналы 2 с размещенными внутри них нагревательными элементами 3, выводы 7 которых соединены с источником электрического тока (условно не показан). С торцевых сторон корпуса выполнены пазы 4, предназначенные для удобства размещения нагревательных элементов в корпусе 1. Торцевые стороны корпуса закрыты защитным покрытием 5. Внутреннее пространство 6 корпуса 1 соединено с внешней средой.The heater includes a ceramic body 1, in which through channels 2 are made with heating elements 3 located inside them, the terminals 7 of which are connected to an electric current source (not shown conditionally). Grooves 4 are made on the ends of the housing, designed to facilitate the placement of heating elements in the housing 1. The ends of the housing are covered with a protective coating 5. The inner space 6 of the housing 1 is connected to the external environment.

Устройство работает следующим образом. Нагревательные элементы 3 размещенные в сквозных каналах 2 корпуса 1 подключаются через выводы 7 к источнику электрического тока, в результате чего происходит их нагрев. Подаваемое на выводы 7 напряжение, электрическое сопротивление нагревателей, соединение их в электрической цепи выполняются таким образом, чтобы температура на поверхности корпуса 1 нагревателя была в пределах 60-70°С и не более 80°С. Защитное покрытие 5 предотвращает контакт нагревательных элементов с кислородом воздуха, что способствует увеличению срока их службы. При вертикальном расположении нагревателя теплообмен с внешним пространством обеспечивается как за счет инфракрасного излучения от нагретой поверхности керамического корпуса, так и за счет конвекции от внешней и внутренней поверхности полого цилиндрического корпуса.The device operates as follows. The heating elements 3 placed in the through channels 2 of the housing 1 are connected via terminals 7 to an electric current source, as a result of which they are heated. The voltage supplied to the terminals 7, the electrical resistance of the heaters, their connection in the electrical circuit are performed so that the temperature on the surface of the heater body 1 is in the range of 60-70 ° C and not more than 80 ° C. The protective coating 5 prevents contact of the heating elements with oxygen in the air, which helps to increase their service life. With a vertical arrangement of the heater, heat exchange with the external space is ensured both due to infrared radiation from the heated surface of the ceramic body, and due to convection from the external and internal surface of the hollow cylindrical body.

Несколько электрических инфракрасных нагревателей, выполненных в соответствии с данным изобретением, могут быть объединены в батарею, при этом батарея снабжается средствами крепления нагревателей и блоком управления, включающим средства контроля и регулирования температуры.Several electric infrared heaters, made in accordance with this invention, can be combined into a battery, while the battery is equipped with fastening means for the heaters and a control unit including means for monitoring and controlling the temperature.

Эксплуатация опытного образца подобной батареи, состоящей из шести электрических инфракрасных нагревателей, в помещении площадью 20 м² при температуре воздуха за пределами помещения 8-12°С показала следующие результаты.The operation of a prototype of such a battery, consisting of six electric infrared heaters, in a room with an area of 20 m ² at an air temperature outside the room of 8-12 ° C showed the following results.

1. Режим нагрева.1. Heating mode.

- Потребляемая мощность - 0,3 кВт- Power consumption - 0.3 kW

- Продолжительность нагрева помещения от +15 до +21°С - 5 час- Duration of heating the room from +15 to + 21 ° С - 5 hours

2. Режим поддержания.2. Maintenance mode.

- Потребляемая мощность - 0,15 кВт- Power consumption - 0.15 kW

- Температура в помещении +21°С- Room temperature + 21 ° C

- Относительная влажность воздуха, %- Relative humidity, %

- через 24 часа - 63- after 24 hours - 63

- через 48 часов - 60- after 48 hours - 60

- через 72 часа - 55- after 72 hours - 55

- через 96 часов - 53- after 96 hours - 53

- Влияние работающего нагревателя на патогенную микрофлору- The effect of a working heater on pathogenic microflora

Время работы, час;Working hours; Общее микробное число в 1 м³ The total microbial number in 1 m ³ Содержание патогенных микроорганизмов в 1 м³ The content of pathogenic microorganisms in 1 m ³ Содержание условно-патогенных микроорганизмов в 1м³ The content of opportunistic microorganisms in 1 m ³ 00 353353 4242 100one hundred 2424 196196 2525 20twenty 4848 1717 2,52.5 2,52.5 7272 1212 -- -- 9696 15fifteen -- --

Claims (5)

1. Электрический инфракрасный нагреватель, включающий керамический корпус, снабженный множеством сквозных каналов, в которых размещены нагревательные элементы, соединенные с источником электрического тока, отличающийся тем, что керамический корпус выполнен в виде толстостенного полого цилиндра, каналы расположены в стенках цилиндрического корпуса параллельно его продольной оси, а нагревательные элементы, размещенные в указанных каналах, выполнены из углеродсодержащего материала и имеют форму гибкой ленты или жгута.1. An electric infrared heater comprising a ceramic body provided with a plurality of through channels in which heating elements are placed connected to an electric current source, characterized in that the ceramic body is made in the form of a thick-walled hollow cylinder, the channels are located in the walls of the cylindrical body parallel to its longitudinal axis and the heating elements placed in these channels are made of carbon-containing material and have the form of a flexible tape or bundle. 2. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что его корпус имеет длину в пределах 300-500 мм, внешний диаметр в пределах 60-100 мм, толщину стенки в пределах 12-20 мм, а диаметр каналов 0,3-0,5 от толщины стенки и расстояние между каналами 0,5-2,0 от их диаметра.2. The heater according to claim 1, characterized in that its body has a length in the range of 300-500 mm, an outer diameter in the range of 60-100 mm, a wall thickness in the range of 12-20 mm, and a channel diameter of 0.3-0, 5 from the wall thickness and the distance between the channels of 0.5-2.0 from their diameter. 3. Нагреватель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что с торцевых сторон корпуса выполнены пазы, соединяющие каналы.3. The heater according to claims 1 and 2, characterized in that the grooves connecting the channels are made from the end sides of the housing. 4. Нагреватель по пп.1-3, отличающийся тем, что кольцеобразные торцевые стороны корпуса покрыты защитным покрытием, изолирующим внутреннее пространство каналов от внешней среды.4. The heater according to claims 1 to 3, characterized in that the annular end faces of the housing are coated with a protective coating that isolates the internal space of the channels from the external environment. 5. Нагреватель по пп.1-4, отличающийся тем, что нагревательные элементы выполнены из композиционного углеродсодержащего материала.

5. The heater according to claims 1 to 4, characterized in that the heating elements are made of composite carbon-containing material.