Керамический нагреватель для инфракрасных кабин (саун)

 

Керамический инфракрасный нагреватель предназначен для проведения оздоровительных тепловых процедур путем нагрева человека инфракрасным (ИК) излучением в инфракрасных кабинах (саунах). Керамический инфракрасный нагреватель для инфракрасной кабины (сауны) состоит из корпуса, нагревательного элемента и защитной сетки. Корпус нагревателя выполнен совместно с отражателем в виде единой конструкции, и химически обработан для получения матовой поверхности. Нагревательный элемент закрыт защитной сеткой, и декоративными пластинами, закрывающими изоляторы нагревательного элемента. Нагревательный элемент выполнен в виде керамической трубки диаметром 18 мм с двумя керамическими изоляторами на концах и нихромовой спиралью, расположенной внутри керамической трубки.

Полезная модель предназначена для проведения оздоровительных тепловых процедур путем нагрева человека инфракрасным (ИК) излучением в инфракрасных кабинах (сауна).

В традиционных банях и саунах, для нагрева человека используется косвенный метод нагрева с помощью промежуточного теплоносителя - воздуха. Такой способ нагрева весьма не эффективен, т.к. обладает целым рядом недостатков:

высокие температуры воздуха внутри парной, необходимость хорошей теплоизоляции помещения, ограничения на принятие процедур по состоянию здоровья и т.д.

Этих недостатков лишены инфракрасные кабины (сауны), в которых для нагрева человека применяется метод прямого нагрева инфракрасным излучением от специальных нагревателей, минуя нагрев воздуха (фиг.1). В этом случае температура воздуха не играет принципиального роли в нагреве человека и может находиться в пределах комфортных значений 37-47°С. Однако, для нормального проведения процедуры, требуется создать равномерное поле инфракрасного излучения вокруг человека, без провалов, зон слабого прогрева или зон перегрева. Уровень инфракрасного излучения на поверхности кожи человека должен быть на уровне 500-800 Вт/м2.

Уровень техники

Из уровня техники известны следующие нагреватели, устанавливаемые в инфракрасных кабинах:

1. нагреватели, выпускаемые фирмой «ИнфраСаунаСервис» http://infrass.ru, представляющие собой прямоугольный металлический в корпус, в который закреплен алюминиевый полированный отражатель и установлен керамический трубчатый нагревательный элемент. Сверху нагреватель закрыт проволочной защитной решеткой;

2. нагреватели, выпускаемые фирмой «Семьсот» http://www.ik-sauna.ru/, представляющие собой металлический корпус, совмещенный с защитной решеткой и установленным трубчатым нагревательным элементом, к которому сзади прикреплен отражатель из полированного алюминия;

3. нагреватели, производства EOS Werke GmbH http://www.eos-werke.ru/, представляющие собой корпус нагревателя из нержавеющей стали, в который установлен трубчатый нагревательный элемент и закрытый сверху защитной решеткой из нержавеющей стали, изготовленной из пластины с отверстиями.

Нагреватели во всех выше перечисленных примерах устанавливаются внутри деревянной кабины вокруг сидящего человека и направлены в его сторону. Все нагреватели представляют собой керамический трубчатый нагревательный элемент, установленный в корпус с отражателем. Питающее напряжение 220 В подводиться с двух концов нагревательного элемента.

Нагревательный элемент представляет собой полую трубку, внутри которой расположена спираль из проволоки с высоким удельным сопротивлением (нихром или фехраль) толщиной 0.1 мм. При такой толщине спираль обладает малой механической прочностью и для предотвращения межвиткового замыкания внутренняя полость трубки засыпана диэлектриком (кварцевый песок или окись магния). Засыпка оказывает большое термическое сопротивление, на преодоление которого тратиться дополнительная энергия.

Под действием протекающего тока, нагревательный элемент разогревается и начинает испускать инфракрасное излучение. Для защиты человека от возможного соприкосновения с горячим нагревательным элементом, устанавливается защитная решетка.

Инфракрасное излучение, от нагревателя попадая на человека, приводит к его нагреву и повышению температуры тела человека, чем и достигается терапевтический эффект.

Общим недостатком указанных нагревателей является:

1. Сложность конструкции нагревателя, которая выражается в наличии двух компонентов: жесткого корпуса нагревателя, в который закрепляется нагревательный элемент, и расположенного под ним отражателя. Такая конструкция сложна в производстве, т.к. имеет много элементов.

2. Применение полированного отражателя, который создает неравномерные по плотности потоки инфракрасного излучения. Как известно, полированные поверхности хорошо отражают падающее излучение. Однако если поверхность искривлена, то отраженное излучение будет иметь места концентрации или рассеяния излучения, что приводит к большой не однородности поля ИК излучения.

3. Применяются тонкие трубчатые нагревательные элементы диаметром 12-14 мм, что обуславливает необходимость их разогрева до 280-320°С, для получения требуемого уровня ИК излучения. Повышение температуры нагревательного элемента приводит к повышению конвекционных тепловых потоков, что в свою очередь, требует выполнения дополнительных мер термобезопасности.

4. В нагревателях применяются толстые защитные решетки, которые экранируют инфракрасное излучение от нагревательного элемента. Относительное отверстие излучения этих нагревателей составляет порядка 60-70% от максимально возможной площади излучения. Это приводит к уменьшению общего уровня инфракрасного излучения и увеличению конвекционной составляющей теплопередачи, т.е. приводит к дополнительному паразитному нагреву воздуха.

5. Отражатели нагревателей имеют малый угол раскрытия порядка 105-110°, что приводит к сужению диаграммы излучения нагревателя. В этом случае диаграммы соседних нагревателей не перекрываются, т.е. появляются зоны слабого прогрева или неравномерность инфракрасного излучения. Кроме того концентрированное инфракрасное излучение в малом объеме по оси нагревателя воспринимается как обжигающее и некомфортное.

6. Трубки нагревательных элементов содержат засыпку для предотвращения межвитковых замыканий, что увеличивает термическое сопротивление, и как следствие увеличивается потребляемая мощность нагревателя.

Сущность полезной модели

Задачей настоящей полезной модели является создание конструкции инфракрасного нагревателя, которая обеспечивает высокие характеристики излучения, обладает широкой диаграммой рассеянного излучения, низкими затратами в производстве и повышенной термобезопасностью.

Технический результат достигается за счет применения оригинальной конструкции корпуса нагревателя, совмещенного с отражателем, в специальной обработке отражателя для получения матовой поверхности, а так же улучшенной конструкции нагревательного элемента.

Сущность полезной модели раскрывается следующими рисунками:

Фиг.1 - Вид инфракрасной кабины (сауны) с нагревателями;

Фиг.2 - Конструкция инфракрасного нагревателя;

Фиг.3 - Инфракрасные нагреватели в сборе с углами раскрытия 120° и 90°;

Фиг.4 - Профили отражателей;

Фиг.5 - Влияние угла раскрытия нагревателя на равномерность инфракрасного излучения;

Фиг.6 - Отражение излучения от полированной поверхности;

Фиг.7 - Отражение излучения от матовой поверхности;

Фиг.8 - Конструкция нагревательного элемента

Для достижения технического результата, корпус (1) и отражатель нагревателя изготавливается в виде единой конструкции (фиг.2). Внутренняя поверхность корпуса служит отражателем инфракрасного излучения. Корпус представляет собой пластину из алюминия, согнутую по длине для получения V- образного профиля (1) с двумя отогнутыми плоскостями в верхней части, и двумя установленными боковыми треугольными панелями (2), в которых проделаны с отверстия для крепления нагревательного элемента (4). Такая пространственная конструкция корпуса нагревателя позволяет выдерживать большие механические нагрузки, и тоже время является очень экономичной по затратам материалов и труда. Сверху корпус накрывается защитной сеткой (5) и пластинами (6), закрывающими места крепления нагревательного элемента. На фиг.3 показаны нагреватели в сборе с углами раскрытия отражателя 120° и 90° соответственно.

Для крепления нагревательного элемента к боковым панелям (2) используются дополнительные съемные фальшь-панели (3) с отверстиями, которые накладываются на боковые панели с внутренней стороны нагревателя. Отверстия в закрепленных боковых панелях (2) и фальшь-панелях (3) совпадают. Нагревательный элемент устанавливается между боковых панелей (2) и фальшь-панелей (3) с зазором для компенсации теплового расширения.

Угол раскрытия V- образного профиля (фиг.4) определяет ширину излучения нагревателя и может быть в пределах 110-130° для нагревателей, устанавливаемых в стенки кабины. Наиболее эффективным является угол раскрытия 117-120°, т.к. позволяет получить перекрывающиеся зоны инфракрасного излучения от соседних нагревателей (фиг.5). В этом случае обеспечивается непрерывность инфракрасного излучения внутри кабины. В случае применения нагревателей с углом раскрытия менее 110° появляются зоны, где инфракрасное излучение ослаблено или вовсе отсутствует. Для нагревателей, предназначенных для установки в углы кабины, угол раскрытия выбирается равный 90°.

Защитная сетка изготовлена из цельнометаллической просечно-вытяжной сетки, чешуйчатой или ромбической формы с размером ячеек 20-25×10-15 мм и толщиной проволоки 1-2 мм. Такие размеры ячейки сетки и толщины проволоки обеспечивают наименьшее сопротивление прохождению инфракрасного излучения, т.к. относительное отверстие в этом случае составляет 88-90% от площади излучения.

Места, где расположены токоведущие части изоляторов нагревательных элементов, сверху корпуса закрываются декоративными пластинами (6), покрытыми искусственным бархатом (флоком) или покрашены краской.

Корпус нагревателя подвергается химической обработке для создания на поверхности отражателя микроскопических неровностей (матовой структуры) и защиты от коррозии. Обработанная таким образом поверхность корпуса нагревателя, позволяет создать рассеянное и более равномерное поле инфракрасного излучения.

Известно, что полированные поверхности лучше отражают падающее на них инфракрасное излучение, чем матовые. Падающее излучение отражается под тем углов, под которым оно упало. Если поверхность (фиг.6) имеет дефекты в виде вогнутостей или выпуклостей, то излучение в отдельных местах может, либо концентрироваться (фокусироваться), либо рассеиваться излучения, что в свою очередь приведет образованию участков на теле человека, либо чрезмерного прогрева, либо слабого прогрева. Получить ровную поверхность довольно сложно, поэтому нагреватели с полированными пластинами могут доставлять дискомфорт.

Решением этой проблемы является применение матовых отражателей, которые значительно повышает равномерность инфракрасного излучения. Матовая поверхность состоит из микроскопических неровностей, которые отражают падающее излучение в разных направлениях. Таким образом, излучение рассеивается в разные стороны и не имеет остро выраженного вектора, как в случае с полированной (зеркальной) поверхностью. На фиг.7 показано, что даже в случае неровностей отражателя, инфракрасное излучение не может фокусироваться в определенных точках. Такое рассеянное «мягкое» излучение воспринимается человеком значительно легче и комфортнее.

Нагревательный элемент (4) представляет собой (фиг.8) керамическую трубку (7) диаметром 18 мм, закрытую с двух сторон керамическими изоляторами (10), внутри которой расположена нихромовая спираль (8). Внутри изоляторов расположены токоподводящие стержни (11), к которым подсоединены термостойкие провода (12) питания. Для предотвращения попадания воздуха внутрь керамической трубки, место соединения трубки с керамическим изолятором проклеено термостойким герметиком (9).

Нагревательные элементы рассчитаны на питание переменным током и напряжением 73 В и 110 В. При этом, для питания от сети напряжением 220 В, необходимо включить последовательно три элемента напряжением 73 В или последовательно два элемента напряжением 110 В. Снижение питающего напряжения позволило увеличить толщину нихромового проводника спирали с 0,1 мм (при питании 220 В) до 0,8-0,9 мм. Для нагревательных элементов с напряжением питания 73 В применяется нихромовая спираль диаметром 0,8 мм, а для элементов с напряжением питания 110 В - 0,9 мм.

Увеличение толщины проводника увеличивает механическую прочность спирали. Диаметр намотки спирали рассчитан таким образом, чтобы натянутая спираль даже в нагретом состоянии не могла бы иметь межвитковых замыканий. Такое решение позволяет обойтись без применения внутренней засыпки, что снижает температуру разогрева спирали, уменьшает энергопотребление и увеличивает срок службы нагревательного элемента.

Использование керамической трубки большего диаметра, чем у аналогов позволяет понизить температуру нагрева трубки с 300-320°С до 230-250°С.Такое снижение температуры приводит к снижению теплопередачи конвекцией, т.е. снижению температуры воздуха внутри инфракрасной сауны с 55-60°С до 47-50°С, что благоприятно сказывается на самочувствии человека во время терапевтического сеанса.

1. Керамический инфракрасный нагреватель для инфракрасной кабины (сауны), состоящий из корпуса, нагревательного элемента и защитной сетки, отличающийся тем, что корпус нагревателя выполнен совместно с отражателем в виде единой конструкции, и химически обработанный для получения матовой поверхности, с защитной сеткой и декоративными пластинами, закрывающими изоляторы нагревательного элемента.

2. Керамический нагреватель по п.1, отличающийся тем, что угол раскрытия отражателя составляет 117-120°.

3. Керамический нагреватель по п.1, отличающийся тем, что угол раскрытия отражателя составляет 90°.

4. Керамический нагреватель по п.1, отличающийся тем, что нагревательный элемент выполнен в виде керамической трубки диаметром 18 мм с двумя керамическими изоляторами на концах и нихромовой спиралью, расположенной внутри керамической трубки.

5. Нагревательный элемент по п.4, отличающийся тем, что спираль нагревательного элемента изготовлена из нихрома диаметром 0,9 мм и имеет питание 73 В.

6. Нагревательный элемент по п.4, отличающийся тем, что спираль нагревательного элемента изготовлена из нихрома диаметром 0,7 мм и имеет питание 110 В.

7. Нагревательный элемент по п.4, отличающийся тем, что внутри изоляторов расположены токоподводящие стержни, к которым подсоединены термостойкие провода питания.

8. Керамический нагреватель по п.1, отличающийся тем, что в качестве защитной сетки используется цельнометаллическая просечно-вытяжная сетка с размером ячеек 20-25×10-15 мм и толщиной проволоки 1-2 мм.

9. Керамический нагреватель по п.1, отличающийся тем, что изоляторы установленных нагревателей закрываются декоративными пластинами, покрытыми искусственным текстильным материалом или краской.



 

Похожие патенты:

Инфракрасный электрический настенный обогреватель-панно конвекторного типа относится к электротехнике, а именно к электронагревателям, которые могут быть использованы для обогрева воздуха в домах, в жилых и административных помещениях. Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности теплоотдачи вследствие комбинирования теплового излучения и конвекции и упрощение конструкции.

Полезная модель представляет собой обогреватель электрический взрывозащищенный, являющийся стационарным сухим электрорадиатором напольного/настенного типа, предназначенным для обогрева помещений.

Керамический инфракрасный нагреватель (ик-нагреватель) для сауны и бани относится к отопительной технике, а именно к конструктивным элементам, используемым в электрообогревателях, а именно к обогревателям с инфракрасным (ИК) излучением.

Банная печь с газовой дутьевой горелкой относится к области теплотехники, а именно к бытовым банным печам и предназначена для прогрева парильного помещения бани, нагрева воды и получения пара, используемая преимущественно в банях общественного пользования
Наверх