Энергосберегающая электрическая конфорка
Полезная модель относится к нагревательным устройствам. Электрическая энергосберегающая конфорка содержит рабочую поверхность, нагревательный элемент и теплоизолятор, причем конфорка дополнительно содержит подложку, нагревательный элемент выполнен на теплоизоляторе с помощью токопроводящей углеродосодержащей резистивной пасты, сверху которой нанесена диэлектрическая паста, причем на концах нагревательного элемента с помощью токопроводящей контактной пасты выполнены контактные площадки, а теплоизолятор выполнен из кремнекерамического волокна и находится на подложке. Рабочая поверхность конфорки может быть выполнена из стального листа толщиной не более 10 мм. Подложка конфорки может быть выполнена из стали или из керамики и имеет толщину 10-12 мм. Технический результат - снижение расхода электроэнергии при одновременном обеспечении равномерности рассеяния тепла, повышение скорости разогрева конфорки до рабочей температуры, а также повышение безопасности работы.
Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к электротермии, в частности к нагревательным устройствам, используемым на предприятиях общественного питания, в пищевой промышленности и в быту.
Уровень техники
Из уровня техники известна электроконфорка к тепловым аппаратам (авторское свидетельство СССР на изобретение 
1136328, кл. МПК Н05В 3/68, опубл. 23.01.1985), содержащая верхнее основание с гладкой рабочей поверхностью, нижнюю опорную плиту с каналами, в которых размещены трубчатые электронагреватели.
Недостатком известной конфорки является наличие зазора между электронагревателями и основанием, который создает дополнительное термосопротивление при теплопередаче к рабочей поверхности.
Известна электрическая конфорка (патент РФ на изобретение 2309556, кл. МПК Н05В 3/68, опубл. 27.10.2007), содержащая чугунную плиту, установленную на ней внутреннюю крышку с выложенным на ней слоем тепловой изоляции, наружную крышку, размещенные между плитой и внутренней крышкой трубчатые электронагреватели и наполнительный элемент для рассеяния тепла, выполненный в виде чугунной дроби диаметром предпочтительно не более 2 мм.
Недостатком известной электрической конфорки является длительный разогрев конфорки до рабочей температуры, вследствие значительной тепловой инерции конфорки, связанной с ее большой массой.
Известна электрическая конфорка (патент РФ на полезную модель 66874, кл. МПК Н05В 3/68, опубл. 27.09.2007), содержащая верхнее основание и опорную крышку с образованием между ними пространства. Трубчатые электронагреватели установлены в плотном контакте с внутренней поверхностью верхнего основания с применением средства крепления, включающего швеллер. Средства крепления трубчатого электронагревателя выполнены в виде крепежной пластины с отверстием и клина, размещенного в отверстии крепежной пластины с возможностью поджатая швеллера. Опорная крышка также закреплена с помощью другого клина, установленного в другом отверстии крепежной пластины с возможностью поджатая опорной плиты. Пространство, образованное верхним основанием и опорной крышкой заполнено чугунной дробью.
Недостатком данной конфорки является сложность конструкции и ее относительно низкая надежность, обусловленная наличием крепежных элементов.
Известна электрическая конфорка (патент РФ на изобретение 2056701, кл. МПК Н05В 3/68, F24C 7/08, опубл. 20.03.1996), содержащая настил с размещенным под ним электронагревателем, причем настил выполнен в виде оболочки, внутри которой размещен гофрированный ленточный элемент, поставленный ребром.
Недостатком известного изобретения является недостаточная равномерность рассеяния тепла, образование зон с различной температурой нагрева.
Известна конфорка электроплиты (патент РФ на изобретение 1268891, МПК F24C 7/00, F24C 7/04, опубл. 07.11.1986), содержащая нагревательную камеру с каналом для циркуляции нагретого воздуха, нагреватель, опору для теплоприемника, вентилятор, а также заслонку. Опора выполнена перфорированной в форме усеченного конуса, обращенного основанием вверх и установленного в нагревательной камере с зазором относительно ее боковой стенки. При этом нагреватель размещен в нижней части опоры.
Недостатком известного изобретения является относительно высокое энергопотребление известной конфорки электроплиты.
Известна электрическая конфорка (патент РФ на полезную модель 6295, МПК Н05В 3/68, опубл. 16.03.1998), содержащая основание со сплошной рабочей поверхностью, выполненное из композиционного материала, а также установленные под ним электрический нагреватель, теплоизолятор и корпус, между основанием и электрическим нагревателем без зазора установлена пластина из керамики с высокой теплопроводностью.
Недостатком известной конфорки является недостаточно быстрый разогрев конфорки до рабочей температуры.
Известен электронагреватель (патент РФ на изобретение 2117219, кл. МПК F24C 7/00, опубл. 10.08.1998), содержащий теплоизолирующий корпус, нагревательный элемент инфракрасного излучения, керамическое стекло, выполненное в форме нагревательного элемента, а теплоизолирующий корпус нагревательного элемента выполнен с отбортовкой кромок и установлен на выступы корпуса электроплиты.
Недостатком известного изобретения является недостаточно удобная конструкция нагревательного элемента и как следствие высокое энергопотребление электронагревателя.
Известна электрическая конфорка (патент РФ на полезную модель 62215, кл. МПК F24C 15/00, Н05В 3/68, опубл. 27.09.2007), которая содержит литой металлический с ручьями корпус со сплошной рабочей поверхностью, электрический нагреватель, размещенный в канавках корпуса, теплоизолятор, причем электрический нагреватель состоит, по крайней мере, из двух ТЭНов, а теплоизолятор выполнен плоским и жестко зафиксирован крышкой.
Недостатком известной модели является длительный разогрев конфорки до рабочей температуры и относительно высокое энергопотребление.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту, принятый авторами за прототип является энергосберегающая электрическая конфорка (http://Spooo.ru, Энергосберегающая технология «Эконик», Электрические плоские нагреватели эконик - альтернатива ТЕНам [он-лайн], найдено из Интернет: <URL:http://spooo.ru/post/article/36817. опубликовано 28.12.2012 в соответствии с информацией сайта http://web.archive.org,) включающая рабочую поверхность, выполненную из стали, нагревательный элемент, выполненный на теплоизоляторе с помощью токопроводящей углеродосодержащей резистивной пасты, сверху которой нанесена диэлектрическая паста, причем на концах нагревательного элемента с помощью токопроводящей контактной пасты выполнены контактные площадки, теплоизолятор выполнен на подложке, изолирующий нагревательный элемент, причем подложка выполнена из стали или керамики.
Недостатком известной конфорки является относительно высокая инерционность разогрева конфорки до рабочей температуры, и как следствие достаточно высокое энергопотребление.
Раскрытие полезной модели
Задача полезной модели - создание надежной, экологичной и экономичной конструкции конфорки, имеющей быстрый разогрев и безопасные условия работы для обслуживающего персонала.
Технический результат - снижение расхода электроэнергии при одновременном обеспечении равномерности рассеяния тепла, повышение скорости разогрева конфорки до рабочей температуры, а также повышение безопасности работы.
Указанный технический результат достигается тем, что электрическая энергосберегающая конфорка содержит рабочую поверхность, нагревательный элемент и теплоизолятор, причем конфорка дополнительно содержит подложку, нагревательный элемент выполнен на теплоизоляторе с помощью токопроводящей углеродосодержащей резистивной пасты, сверху которой нанесена диэлектрическая паста, причем на концах нагревательного элемента с помощью токопроводящей контактной пасты выполнены контактные площадки, а теплоизолятор выполнен из кремнекерамического волокна и находится на подложке, причем толщина теплопередающего слоя материала рабочей поверхности составляет не более 10 мм, а подложка конфорки выполнена из стали или из керамики и имеет толщину 10-12 мм.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 изображена схема энергосберегающей электрической конфорки (вид сверху).
На фиг.2 показана схема переноса тепла от нагревателя в окружающую среду.
Осуществление полезной модели
Конфорка электрическая содержит рабочую поверхность 1, нагревательный элемент 2 с контактными площадками 5 на концах, диэлектрический слой 3 и подложку 4.
Рабочая поверхность 1 представляет собой защитный слой электрической конфорки, может быть выполнен из стали, толщина слоя, как правило, до 10 мм. При толщине теплопередающего слоя материала рабочей поверхности 1 свыше 10 мм, значительно повышается инерционность электрической конфорки, то есть время выхода на рабочий режим существенно увеличивается.
Нагревательный элемент 2 выполнен на диэлектрическом слое 3 с помощью токопроводящей углеродосодержащей резистивной пасты. Такой материал обладает достаточно высокой прочностью, теплопроводностью и огнеупорностью. Сверху на токопроводящую резистивную пасту наносят диэлектрическую пасту.
На концах нагревательного элемента 2 с помощью токопроводящей контактной пасты выполнены контактные площадки 5.
Диэлектрический слой 3 находится на подложке 4 и представляет собой теплоизолятор, выполненный из кремнекерамического волокна. Использование этого материала позволяет защитить человека от поражения электрическим током. Кремнекерамическое волокно обладает теплоотражающим свойством и имеет низкий коэффициент теплоотдачи (коэффициент черноты углерода составляет 0,77-0,81), что предотвращает передачу тепла наружу и защищает помещение и обслуживающий персонал от вредного теплового излучения (см. фиг.2). Диэлектрический слой 3 предназначен также для герметизации нагревательных элементов от попадания кислорода, он выдерживает температуры до 800°C, обладает механической прочностью, достаточной для использования в подобных приборах, а также высокой теплопроводностью. Слой однороден по всей поверхности.
Подложка 4 может быть выполнена из стали или из керамики. Форма подложки 4 может быть круглой или прямоугольной. Толщина подложки 4, как правило, составляет 10-12 мм. Оптимальная толщина подложки определена опытным путем: при нагревании под воздействием высокой температуры, при толщине подложки менее 10 мм, происходит недопустимая деформация (коробление) подложки. Если же толщина подложки превышает 12 мм, то значительно увеличивается инерционность, подложка забирает на себя часть тепловой энергии, и соответственно, снижается как время выхода на рабочий режим, так и энергоэффективность конфорки.
Устройство работает следующим образом.
На контактные площадки 5 нагревательного элемента 2 подается ток, происходит разогрев нагревательного (резистивного) элемента 2 и распространяется тепло, которое далее передается на рабочую поверхность 1 конфорки. Тепловая энергия выделяется в виде инфракрасного излучения заданного диапазона.
Защитный слой рабочей поверхности 1 при этом равномерно распределяет температуру по поверхности. В результате увеличивается коэффициент полезного действия нагревательного элемента 2 и, как следствие, происходит экономия электроэнергии.
Используемые в технике нагревательные элементы различного назначения выделяют тепловую энергию с большой интенсивностью и сдвигом пика излучения в область более коротких волн. Естественным природным фильтром для обеспечения излучения инфракрасных волн в оптимальном диапазоне (5-15 мкм) является кремнекерамическое волокно, которое в данном устройстве служит футляром нагревательного элемента 2.
Все материалы, входящие в состав энергосберегающей конфорки, являются экологически чистыми, а расчетные температурные и электротехнические режимы не позволяют получать вредные для человека эффекты.
Энергосберегающая конфорка может работать без внешней регуляции, поскольку резистивные пасты обладают так называемым позисторным эффектом (высоким положительным температурным коэффициентом сопротивления). С повышением температуры возрастает электрическое сопротивление нагревательного элемента, которое ограничивает ток и, следовательно, мощность. С другой, при интенсивном отборе тепла падает температура, а с ней и сопротивление нагревательного элемента, что ведет к возрастанию мощности. Свойство саморегулирования предохраняет конфорку от перегрева и недостаточного нагрева, обеспечивая стабильность температурных параметров во время работы. Применяя соответствующий номинал резистивной пасты, можно заранее задавать необходимый температурный режим работы нагревательного элемента.
Непосредственная передача тепла от нагревательного элемента, образованного с помощью пленочных технологий, на рабочую поверхность обуславливает чрезвычайно низкую тепловую инерционность конструкции, которая обеспечивает быстрый выход конфорки на рабочий режим.
Технические параметры конфорки (напряжение питания, мощность, рабочая температура) можно изменять в широких пределах без изменения конструкции нагревательного элемента, лишь путем изменения номинала резистивной пасты. Причем качество нанесенных резистивных, диэлектрических и контактных пленок легко контролируется визуально на всех этапах производства, и в случае обнаружения дефектов нагревательный элемент может быть заранее отбракован и отреставрирован.
Экспериментальные исследования заявленного устройства показали, что по сравнению с устройством аналогичного назначения, предлагаемое устройство обладает лучшими техническими характеристиками, а именно:
- время до максимального нагрева рабочей поверхности (380-400°C) уменьшается в 2 раза;
- при достижении одинакового теплового эффекта номинальная потребляемая мощность снижается на 30-40%, что обеспечивает значительную экономию электроэнергии;
- температура задней стенки (подложки) конфорки снижается в 2-2,5 раза.
Применение природных материалов в сочетании с недорогими технологическими приемами с целью улучшения его качественных показателей позволяет создать экологически чистое и экономное устройство по преобразованию электроэнергии в инфракрасное излучение.
Сопоставительный анализ заявляемой полезной модели показал, что совокупность существенных признаков заявленного устройства не известна из уровня техники и значит, соответствует условию патентоспособности «Новизна».
Приведенные сведения подтверждают возможность применения заявленного устройства в качестве нагревательного устройства, которое может быть использовано на предприятиях общественного питания, в пищевой промышленности и в быту, и поэтому соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».
Энергосберегающая электрическая конфорка, содержащая рабочую поверхность, выполненную из стали, нагревательный элемент, выполненный на теплоизоляторе с помощью токопроводящей углеродосодержащей резистивной пасты, сверху которой нанесена диэлектрическая паста, на концах нагревательного элемента с помощью токопроводящей контактной пасты выполнены контактные площадки, причем теплоизолятор выполнен на подложке из стали или керамики, отличающаяся тем, что теплоизолятор выполнен из кремнекерамического волокна, причем толщина теплопередающего слоя материала рабочей поверхности составляет не более 10 мм, а подложка электрической конфорки имеет толщину 10-12 мм.
