PL192885B1 - Układ grzejny - Google Patents

Abstract

1. Uk lad grzejny, zawieraj acy przynajmniej jeden element grzejny w postaci elementu p la- skiego z dwoma przeciwleg lymi, rozmieszczo- nymi w pewnej odleg lo sci wzajemnej przewo- dami elektrycznymi i znajduj aca si e mi edzy nimi pow lok a do wytwarzania fal elektromagnetycz- nych, znamienny tym, ze zawiera przynajmniej jedno urz adzenie steruj ace (7) z generatorem harmonicznych zawieraj acym element elek- tryczny (11) do wytwarzania wysokich sk lado- wych harmonicznych, przy czym generator har- monicznych do laczony jest do obu przewodów elektrycznych (14, 15) elementu grzejnego (3). PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ grzejny.

Znany jest układ grzejny, zawierający przynajmniej jeden element grzejny w postaci elementu płaskiego z dwoma przeciwległymi, rozmieszczonymi w pewnej odległości wzajemnej przewodami elektrycznymi i znajdującą się między nimi powłoką do wytwarzania fal elektromagnetycznych.

W szczególności, z opisu patentowego EP 0 777 524 B1 znany jest sposób i urządzenie do zmiany temperatury materii cząsteczkowej, które nadają się do wykorzystywania zwłaszcza do podwyższania temperatury materii cząsteczkowej, to znaczy do celów grzejnych.

Dla podwyższania temperatury materii cząsteczkowej wykorzystuje się wielkopowierzchniową antenę nadawczą, za pomocą której odbywa się wysyłanie promieniowania elektromagnetycznego o takiej częstotliwości, która jest bliska częstotliwoś ci drgań własnych nagrzewanej materii cząsteczkowej, bez nakładania tej częstotliwości na jakąś modulowaną częstotliwość nośną. Nagrzewana materia cząsteczkowa wprowadzana jest w obszar promieniowania tej anteny nadawczej, przy czym w materii czą steczkowej występuje rezonans cząsteczkowych drgań własnych powodujący jej nagrzewanie. Przy umieszczeniu urządzenia w przestrzeni zamkniętej, która poza materią cząsteczkową dodatkowo wypełniona jest pewnym czynnikiem, można przez odpowiedni dobór widma promieniowania tego czynnika wzmocnić efekt nagrzewania rezonansowego.

Urządzenie grzejne do podwyższania temperatury materii cząsteczkowej zawiera wielkopowierzchniową antenę nadawczą, która po jednej stronie ograniczona jest pierwszym doprowadzeniem, a po drugiej stronie drugim doprowadzeniem z materiału dobrze przewodzącego elektrycznie. Doprowadzenia są połączone z generatorem do wytwarzania energii promieniowania, przy czym nagrzewana materia cząsteczkowa wprowadzana może być w obszar promieniowania anteny nadawczej. Emitowana przez antenę nadawczą częstotliwość mieści się w zakresie częstotliwości własnej materii cząsteczkowej i/lub pewnego umieszczonego w określonej przestrzeni czynnika ciekłego lub gazowego.

W wyniku wzajemnego oddział ywania wielkopowierzchniowej anteny nadawczej w charakterze promiennika z materią w obszarze częstotliwości rezonansowej osiąga się, zwłaszcza w wyniku rezonansów pasmowych, duży współczynnik sprawności układu grzejnego.

Układ grzejny, zawierający przynajmniej jeden element grzejny w postaci elementu płaskiego z dwoma przeciwległymi, rozmieszczonymi w pewnej odległoś ci wzajemnej przewodami elektrycznymi i znajdują c ą się mię dzy nimi powł oką do wytwarzania fal elektromagnetycznych, wedł ug wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera przynajmniej jedno urządzenie sterujące z generatorem harmonicznych zawierającym element elektryczny do wytwarzania wysokich składowych harmonicznych. Generator harmonicznych dołączony jest do obu przewodów elektrycznych elementu grzejnego.

Element elektryczny stanowi triak, albo podwójny MOSFET, połączony, za pośrednictwem rezystora z multiwibratorem.

Przewody elektryczne są ukształtowane na elemencie grzejnym w postaci biegnących w zasadzie równolegle pasków folii miedzianej. Kontakt elektryczny z powłoką jest zapewniony przez sprzężenie pojemnościowe i/lub indukcyjne. Powłoka znajduje się pod lub nad paskami folii miedzianej, lub też są one zatopione w powłoce.

Multiwibrator jest połączony z potencjometrem.

Materiał podłoża elementu grzejnego ma postać stabilnych płyt, lub jest zwijany w rodzaju tapety.

Układ grzejny zawiera wiele elementów grzejnych wykonanych jako elementy płaskie. Wszystkie elementy płaskie mają jednakową, prostokątną powierzchnię, i są połączone równolegle w układ symetryczny, korzystnie z doprowadzeniami o niewielkiej długości.

Materiał podłoża elementu grzejnego ukształtowany jest w postaci rury i stanowi część składową ogrzewania cieczowego, przy czym ciecz korzystnie wypełnia rurę i/lub przepływa przez rurę.

Układ grzejny według wynalazku jest prosty pod względem konstrukcyjnym i pozwala na jego niedrogie wytwarzanie, zapewniając jednocześnie dodatkowe zwiększenie współczynnika sprawności układu grzejnego.

Za pomocą materiału powłokowego złożonego ze środka izolacyjnego, grafitu i środka wiążącego możliwe jest wytwarzanie i wypromieniowywanie fal elektromagnetycznych. Objaśnia się to występowaniem struktur dipolowych w materiale powłokowym.

Szczególnie wysoki współczynnik sprawności układu grzejnego osiąga się przy zastosowaniu powłoki ze specjalnego materiału.

PL 192 885 B1

Dla zapewnienia naniesienia równomiernej powłoki, środek wiążący zawiera jako składnik główny wodę destylowaną, która zależnie od dodanej ilości zapewnia przynajmniej lekkopłynną konsystencję środka wiążącego. Dzięki temu możliwe jest dobre wymieszanie się wzajemne poszczególnych składników środka wiążącego. Olej sulfonowany i ewentualnie środek technologiczny, służą w charakterze rozpuszczalników pośrednich i powodują równomierny i stabilny rozkład poszczególnych substancji w środku wiążącym, jak również ułatwiają tworzenie cienkiej warstewki materiału powłoki na materiale podłożowym.

Zawarty w środku wiążącym fenol lub benzoizotiazolinon już w niewielkich ilościach ułatwia nawarstwianie się cząstek. Kazeina służy w charakterze lepiszcza środka wiążącego i powoduje utrzymywanie poszczególnych składników w środku wiążącym. Mocznik w środku wiążącym służy również za rozpuszczalnik pośredni, to znaczy ułatwia równoczesne rozprowadzanie poszczególnych składników w środku wiążącym. Ponadto w środku wiążącym zawarty jest rozcieńczalnik służący za środek homogenizujący, jak również kaprolaktam w charakterze substancji strukturalnej.

W skład substancji podstawowej wchodzi w charakterze składnika głównego ś rodek wiążący, w którym gromadzą się cząstki środka izolacyjnego pełniące funkcje części dipola elektrycznego. Środek dyspergujący ułatwia przy tym rozpraszanie i tym samym równomierne rozprowadzenie środka wiążącego wraz z cząstkami środka izolacyjnego w substancji podstawowej. Dodany grafit odkłada się na koniec w postaci oddzielnych cząstek na środku wiążącym już związanym ze środkiem izolacyjnym, i razem ze środkiem izolacyjnym tworzy bardzo wiele bardzo małych dipoli, które rozmieszczone są równomiernie w materiale powłokowym i następnie w gotowej, już naniesionej powłoce.

Dzięki temu, osiąga się wysoki stopień emisji promieniowania elektromagnetycznego przy wzbudzeniu wielkoczęstotliwościowym. Równocześnie możliwe jest, poza zakresem częstotliwości własnej materii cząsteczkowej nagrzewanego materiału, osiągnięcie również częstotliwości odpowiedniej dla rozmieszczonego dodatkowo w przestrzeni czynnika ciekłego lub gazowego.

W charakterze olejów sulfonowanych moż na stosować na przykład siarczanowany olej z oliwek, siarczanowany olej sezamowy lub siarczanowany olej palmowy, jednakowoż korzystne jest, jeżeli olejem sulfonowanym jest siarczanowany olej rycynowy, znany jako olej rycynowy sulfonowany lub olej turecki. Ten siarczanowany olej rycynowy jest korzystny zwłaszcza ze względu na właściwości substancji powierzchniowo czynnej.

Korzystne jest zastosowanie fenoli karbonizowanych, wytwarzanych w procesie krakingu, które charakteryzuje szczególna zdolność przyłączania cząstek. Zamiast fenoli korzystne jest zastosowanie benzoizotiazolinonu.

Środek rozcieńczający jest rozpuszczalnikiem na bazie związków aromatycznych i/lub na bazie alkoholu i/lub na bazie estru i/lub na bazie ketonu, na przykład terpenów.

W charakterze środka izolacyjnego możliwe jest zastosowanie pewnej liczby znanych izolatorów, jednakowoż korzystne jest, jeżeli środek izolacyjny stanowi izolująca sadza. Korzystne jest, jeżeli ta sadza wprowadzana jest w stanie zmielonym z cząstkami o bardzo małych rozmiarach. Sprzyja to równomiernemu rozprowadzeniu sadzy w substancji podstawowej, w sumie utworzeniu wielu dipoli elektrycznych w materiale powłokowym.

Dyspersję, a zatem równomierne rozprowadzenie środka wiążącego wraz z cząstkami środka izolacyjnego osiąga się za pomocą substancji organicznej, monomerowej i/lub polimerowej.

Materiał powłoki w korzystnej odmianie wykonania zawiera środek tiksotropowy. Ten środek tiksotropowy powoduje, że materiał powłoki ma konsystencję gęstopłynną, to znaczy podczas nanoszenia jest łatwy w rozprowadzaniu po powierzchni promieniującej, natomiast w stanie bezruchu jest tak lepki, że nie ma niebezpieczeństwa powstawania kropel czy zacieków kroplistych na powierzchni. Dzięki temu możliwe jest dokładnie zgodne z konturami nanoszenie materiału powłokowego na powierzchnię promieniującą.

Do pobudzania wielkoczęstotliwościowego proponuje się generator harmonicznych zawierający element elektryczny, który przy sterowaniu drganiem pobudzającym wykazuje dużą prędkość narastania prądu i strome zbocze narastające, a dzięki temu nadaje się do wytwarzania wysokich składowych harmonicznych, na przykład do pięćdziesiątej harmonicznej.

Ten generator harmonicznych dołączony jest do obu przewodów elektrycznych elementu grzejnego, dla pobudzania tego elementu grzejnego w celu wypromieniowywania widma drgań w zakresie cząsteczkowych częstotliwości własnych, które korzystnie, tworzą pasma rezonansowe w zakresie terahercowym.

PL 192 885 B1

Jako element szczególnie dobrze nadający się do wytwarzania wysokiej zawartości harmonicznych proponuje się triak, który, korzystnie, przy odcięciu fazowym ma kąt narastania między 87° a prawie 90°. Moż liwe jest jednak stosowanie innych znanych zespołów elektrycznych o podobnych właściwościach ze znanymi ich częściami sterującymi, jak na przykład podwójny MOSFET.

Należy przy tym zaznaczyć, że części elektryczne o tak dużych prędkościach narastania prądu, a zatem o tak duż ej zawartości harmonicznych nie są odpowiednie dla zwykłych sieci zasilających właśnie ze względu na ich dużą zawartość harmonicznych. W niniejszej konstrukcji ogólnej takiego generatora harmonicznych w połączeniu z przynajmniej jednym dołączonym do niego elementem grzejnym otrzymuje się jednakże pewne stłumienie składowych harmonicznych w wyniku pobudzania elementu grzejnego. Dzięki temu możliwa jest eksploatacja tego układu ogólnego w połączeniu ze zwykłą siecią zasilającą, bez niebezpieczeństwa skażenia tej sieci dużą zawartością harmonicznych.

Zatem z punktu widzenia potrzebnych części konstrukcyjnych taka konstrukcja generatora harmonicznych zapewnia otrzymanie bardzo korzystnego ekonomicznie układu grzejnego. Dodatkowa znaczna zaleta ekonomiczna w przypadku takiego układu grzejnego wynika z bardzo niewielkich kosztów instalacyjnych i niewielkiego zapotrzebowania powierzchni w porównaniu ze znanymi układami grzejnymi z gorącym powietrzem lub gorącą wodą, jak również z bardzo niskich kosztów eksploatacji.

W konkretnej odmianie wykonania elementu grzejnego proponuje się rozwią zanie polegaj ą ce na tym, że każdy z przewodów elektrycznych jest ukształtowany na elemencie grzejnym w postaci pasków folii miedzianej. Kontakt elektryczny z powłoką odbywa się przez bezpośrednie nałożenie, lub przez zatopienie w niej, i stanowi sprzężenie pojemnościowe i/lub indukcyjne.

Dla dopasowania działania grzejnego do różnych warunków przestrzennych i zmieniających się relacji temperaturowych sterowanie i/lub regulacja odbywa się przez zmianę amplitudy i/lub częstotliwości drgań sterujących po prostu za pomocą znanych elektronicznych środków sterujących.

Materiał podłoża elementu grzejnego może być wykonany w postaci stabilnych płyt, z otrzymaniem panelowych elementów grzejnych, które montowane są na przykład za pomocą zwykłych zamocowań ściennych. Możliwe jest jednak również wykonanie materiału podłożowego zwijanego w rolkę, jak tapeta, naklejanego następnie na ścianę.

Dobranie wymiarów i dopasowanie układu grzejnego według wynalazku jest łatwe do wykonania, przy czym wiele elementów grzejnych wykonanych jako elementy optycznie płaskie łączy się w zwarty ukł ad. Dla utrzymania stosunkowo niewielkiej pojemnoś ci przewodów, korzystne jest zwracanie uwagi na utrzymanie niewielkiej długości doprowadzeń.

Korzystne jest, jeżeli układ grzejny jest stosowany do ogrzewania pomieszczeń w przypadku mieszkań, pomieszczeń przemysłowych i pomieszczeń publicznych, na przykład kościołów. Ponadto ten układ grzejny szczególnie nadaje się dla suszarni, na przykład komór suszarniczych instalacji lakierniczych lub do suszenia drewna, przy czym znacznie zmniejsza się zużycie energii w porównaniu ze zwykłym ogrzewaniem.

Możliwe jest takie dobranie materiału podłożowego lub jego części, bądź też ułożonych na nim lub połączonych z nim materiałów, aby pobudzane one były za pośrednictwem cząsteczkowych częstotliwości własnych, a zatem nagrzewane bezpośrednio, w sposób wyjątkowo efektywny.

Za pomocą rurowego elementu podłożowego, pokrytego powłoką, korzystnie od zewnątrz, ewentualnie również od wewnątrz, można nagrzewać zawartą w nim ciecz wykazującą cząsteczkowe częstotliwości własne. Pozwala to na wytwarzanie łatwo zakładanego grzejnika przepływowego o niewielkim zużyciu energii, na przykład domowej przepływowej nagrzewnicy wody.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniona na załączonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w widoku perspektywicznym układ grzejny do ogrzewania pomieszczeń, a fig. 2 - układ sterowania.

Na fig. 1 w widoku perspektywicznym przedstawiono narożnik 1 pomieszczenia, w którym zainstalowany jest układ grzejny 2. Układ grzejny 2 składa się tutaj z połączenia dwunastu elementów grzejnych 3, pogrupowanych w poziome grupy po cztery elementy grzejne 3 ukształtowane w postaci elementów płaskich, połączonych swoimi węższymi stronami między sobą, w punktach połączenia 4 jako zespoły równoległe. Elementy grzejne 3 mogą mieć albo płytowy materiał podłożowy, albo materiał podłoża zwijany w rolkę, przy czym wtedy są, odpowiednio, przykręcane śrubami lub naklejane. Każde trzy pionowe znajdujące się na brzegu elementy grzejne 3 są połączone kablem połączeniowym z puszką rozdzielczą 6 i połączeniami równoległymi z innymi elementami grzejnymi 3, bądź ich przewodami elektrycznymi 14, 15 w postaci pasków folii miedzianej.

PL 192 885 B1

Urządzenie sterujące 7 zawiera w szczególności jeden generator harmonicznych z elementem elektrycznym 11, na przykład z triakiem o dużej szybkości narastania prądu oraz ze sterowaniem lub regulacją amplitudy drgań. Urządzenie sterujące 7 za pośrednictwem puszki rozdzielczej 6 połączone jest z jednej strony z elementami grzejnymi 3 a z drugiej strony zasilane jest za pośrednictwem transformatora 8 z przyłącza sieciowego 9.

Na fig. 2 przedstawiono konkretny układ sterujący 10 urządzenia sterującego, w którym elementem elektrycznym 11 jest podwójny tranzystor MOSFET.

Za pomocą multiwibratora 12 w postaci półprzewodnikowego układu scalonego (typu CD 4047 B), za pośrednictwem rezystora 13, element elektryczny 11, czyli podwójny tranzystor MOSFET jest sterowany ze stosunkowo wysoką częstotliwością wynosząca ok. 20 kHz. Multiwibrator 12 jest połączony w sposób przedstawiony na fig. 2. W obwodzie prądowym podwójnego tranzystora MOSFET znajduje się (przedstawiony w uproszczeniu) element grzejny, bądź jego, rozstawione na pewną odległość, przewody elektryczne 14, 15 w postaci pasków z folii miedzianej. Za pomocą potencjometru 16 połączonego z multiwibratorem 12 można regulować amplitudę i częstotliwość drgań sterujących elementem elektrycznym 11, czyli podwójnym tranzystorem MOSFET w zakresie Ueff od około 20 V do 30 V i od 18 kHz do 22 kHz, w wyniku czego moż na sterowa ć energią grzejną , a zatem i ogrzewaniem.

Dla działania i wypromieniowywania widma drgań w zakresie częstotliwości własnych materii cząsteczkowych jest istotna szybkość narastania prądu podwójnego tranzystora MOSFET, przy czym otrzymywane za jego pomocą składowe harmoniczne działają skutecznie aż do pięćdziesiątej harmonicznej oscylacji.

Schemat elektryczny o podobnym działaniu, jak na fig. 2 może być zestawiony z zastosowaniem triaka. Podczas, gdy sterowanie podwójnego tranzystora MOSFET odbywa się już ze stosunkowo wysoką częstotliwością w zakresie około 20 kHz, to triak w układzie o podobnej skuteczności może być sterowany bezpośrednio częstotliwością sieci wynoszącą około 50 Hz.

Przykładowy skład materiału powłokowego podano poniżej.

Materiał powłokowy zawiera:

60% wagowych substancji podstawowej oraz

40% wagowych grafitu.

Substancja podstawowa zawiera:

44,2% wagowych środka wiążącego,

20,7% wagowych sadzy izolacyjnej,

21,0% wagowych środka dyspergującego oraz

14,1% wagowych wody destylowanej.

Środek wiążący zawiera:

71,4% wagowych wody destylowanej,

5,0% wagowych sulfonowanego oleju rycynowego,

0,2% wagowych fenoli karbonizowanych, wytworzonych przez krakowanie,

16,9% wagowych kazeiny,

1,0% wagowych mocznika,

2,5% wagowych rozcieńczalnika oraz

3,0% wagowych kaprolaktamu.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ grzejny, zawierający przynajmniej jeden element grzejny w postaci elementu płaskiego z dwoma przeciwległymi, rozmieszczonymi w pewnej odległoś ci wzajemnej przewodami elektrycznymi i znajdująca się między nimi powłoką do wytwarzania fal elektromagnetycznych, znamienny tym, że zawiera przynajmniej jedno urządzenie sterujące (7) z generatorem harmonicznych zawierającym element elektryczny (11) do wytwarzania wysokich składowych harmonicznych, przy czym generator harmonicznych dołączony jest do obu przewodów elektrycznych (14, 15) elementu grzejnego (3).
2. 2. Układ grzejny według zastrz. 1, znamienny tym, że element elektryczny (11) stanowi triak.
3. 3. Układ grzejny według zastrz. 1, znamienny tym, że element elektryczny (11) stanowi podwójny MOSFET, połączony, za pośrednictwem rezystora (13) z multiwibratorem (12).

   PL 192 885 B1
4. 4. Układ grzejny według zastrz. 1, znamienny tym, że przewody elektryczne (14, 15) są ukształtowane na elemencie grzejnym (3) w postaci biegnących w zasadzie równolegle pasków folii miedzianej, zaś kontakt elektryczny z powłoką jest zapewniony przez sprzężenie pojemnościowe i/lub indukcyjne, przy czym powłoka znajduje się pod lub nad paskami folii miedzianej, lub też są one zatopione w powłoce.
5. 5. Układ grzejny według zastrz. 3, znamienny tym, że multiwibrator (12) jest połączony z potencjometrem (16).
6. 6. Układ grzejny według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał podłoża elementu grzejnego (3) ma postać stabilnych płyt, lub jest zwijany w rodzaju tapety.
7. 7. Układ grzejny według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera wiele elementów grzejnych (3) wykonanych jako elementy płaskie, przy czym wszystkie elementy płaskie mają jednakową, prostokątną powierzchnię, i są połączone równolegle w układ symetryczny, korzystnie z doprowadzeniami o niewielkiej dł ugoś ci.
8. 8. Układ grzejny według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał podłoża elementu grzejnego (3) ukształtowany jest w postaci rury i stanowi część składową ogrzewania cieczowego, przy czym ciecz korzystnie wypełnia rurę i/lub przepływa przez rurę.