Электронагреватель текучей среды

 

Изобретение относится к электронагревателям текучей среды. Резистивный элемент в форме спирали Архимеда разделен фиксаторами из теплопроводного материала , его витки изолированы друг от друга. Фиксаторы в виде гофрированной ленты имеют на вершинах гофр углубления, повторяющие форму сечения резистивного элемента . Углубления выполнены глубиной менее половины толщины резистивного элемента с изоляцией. Конструкция обеспечивает повышение эффективности электронагревателя . Кроме того, улучшена технология изготовления. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 05 В 3/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4807218/07 (22) 29.03.90 (46) 23,07.92. Бюл. Q 27 (71) Специальное конструкторское бюро по механизации и автоматизации технологических операций при транспорте и хранении нефтепродуктов "Транснефтеавтоматика" (72) В.А.Медведев, В.M,Áeïîðóíîâ и Е,Г,Каплун (56) Бытовые нагревательные приборы (конструкции, расчеты, исследования). — M.:

Эйергоиздат, 1981.

Электрокалориферы серии СФО. ТУ 16531,686-80. . Авторское свидетельство СССР

f4 1206974, кл. Н 05 В 3/22, 1980.

Изобретейие относится к электронагревательным приборам резистивного типа "и может использоваться в качестве электронагревательного элемента для электрокалориферов, воэдухонагревателей, электронагревателей для подогрева жидкостей и газообразных сред.

Известны электротепловентиля1.оры с использование@ в качестве.нагревательно. го элемента зигзагообразной ленты или проволоки из сплава с высоким электрическим сопротивлением (отечественные электротепловентиляторы типа 3К-2, ЭК-4, Ветерок и др.).

Недостатком такого типа приборов является наличие открытого нагревательного элемента с вйсокой температурой на поверхности элемента, что может привести к возГорднию пыли, обескислороживднию воздуха и требует дополнительных мероприятий по пожарной безопасности, . Ж 1750063 А1 (54) ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ ТЕКУЧЕЙ

СРЕДЫ (57) Изобретение относится к электронагревателям текучей среды. Резистивный элемент в форме спирали Архимеда разделен фиксаторами из теплопроводного материала, его витки изолированы друг от друга, Фиксаторы в виде гофрированной ленты имеют на вершинах гофр углубления, повторяющие форму сечения резистивного элемента, Углубления выполнены глубиной менее половины толщйны резистивного элемента с изоляцией, Конструкция обеспечивает повышение эффективности электронагревателя. Кроме того, улучшена технология изготовления. 6 ил.

Известен промышленный электрокалорифер серии СФО, в котором в качестве нагревательного элемента использованы трубчатые электронагреватели (ТЭ Н ы).

Наряду с указанными недостатками„ присущими этому типу, следует отнести и слаборазвитую" поверхность теплоотдачи, что приводит к неравномерности прогреваемого объема воздуха.

Известны конструкции электроводонагревателей типа УНС, где в качестве нагревательного элемента исполЬзуются ТЭНы.

Недостатком таких конструкций является то, что на поверхности ТЭНов постепенно образуются накипеобразования при нагреве жидкостей, происходит снижение теплопередачи, а следовательно, и снижение срока службы, Наиболее близким пО технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является электронагреватель

1750063

3 текучей среды, содержащий реэистивный элемент в форме спирали Архимеда, витки которого разделены фиксаторами и изолированы один от другого. Фиксаторы выполнены в виде язычков, вырезанных вдоль ленты резистивного элемента в два ряда в шахматном порядке и отогнутых от прорезей на угол 90, а изоляция между витками выполнена в виде клеящего покрытия, нанесенного на концы язычков.

Недостатком является следующее: поскольку резистивный элемент выполнен из ленты, толщина которой для таких целей выбирается в пределах десятых долей миллиметра, то язычки при такой толщине не будут обладать достаточной жесткостью и при намотке в спираль Архимеда с определенным натягом они могут изгибаться на разный угол, следовательно, расстояние между спиралями может изменяться, а при значительном изгибе — вызывает касание спиралей. Естественно, там, где это расстояние меньше, температура — выше, а может быть и перегрев. Необходимо учитывать и

То, что в рабочем режиме происходит отжиг резистивного элемента (e том числе и язычков) и, в результате, они еще больше теряют сВОю жесткость, Не обеспечивают язычки и фиксацию спиралей от смещения относительно друг друга вдоль оси диска (рулона), поскольку опорная поверхность язычка ложится на поиерхность реэистивной ленты и от малейших осевых нагрузок язычок. может соскочить в

empoxy, что приведет к распадению всего диска (рулона). Для предотвращения этого возникает необходимость в дополнитель ных элементах, выполненных из керамического жесткого электроизоляционного материала, позволяющих фйксировать спирали по всему диаметру намотки.

К недостаткам следует отнести и то, что при сворачивании в рулон язычки должны быть расположены в продольном направлении (вдоль резистивной ленты) довольно часто, Это необходимо, в особенности, для малого диаметра, с KoTopoto начинается на. мотка, где изгиб наиболее крутой, иначе участки ленты между язычками могут вытягиваться в хорду, что может привести к касанию витков друг друга и неизбежному перегреву в этих местах, Одновременно, частое расположение язычков приводит к большей вероятности того, что при намотке в спираль Архимеда практически невозмож но достичь такого расположения витков, чтобы какой-нибудь из язычков одного витка не попал. в прорезь, образованную на другом витке (окно, образовавшееся при просечке и отгибке язычка}. В данном случае торец язычка с электроизоляционным покрытием провалится в окно, в этом месте произойдет замыкание спиралей через язычок и часть резистивного элемента окажется

5 выключенной из работы. Общее электрическое сопротивление снизится, увеличится мощность и может произойти выход из строя нагревателя.

Не исключается и такой недостаток—

10 при возможной деформации язычков, число витков при одной и той же длине резистивного элемента при сворачивании в спираль может измениться, что приведет к изменению .наружного диаметра диска (рулона) и, 15 естественно, потянет за собой введение в конструкцию дополнительных устройств, Следует обратить внимание и на такой элемент, как клеящее изоляционное покрытие на конце язычков. Операция нанесения

20 клея крайне нетехнологичная: требуется хорошая зачистка металла, подготовка поверхности для механизированного нанесения клея и температурой обработки, требуется разработка специальной технологической

25 оснастки, К тому же, торец язычка имеет слаборазвитую поверхность для того, чтобы покрытие надежно на ней удерживалось.

Учитывая, что металл и клей имеют разные коэффициенты температурного расшире30 ния — клей не может надежно удерживаться на поверхности металла при.работе в таких жестких условиях, .И, наконец, все нагреватели с открытой спиралью обладают одним общим недостат35 ком; при работе в среде воздуха происходит активное окисление поверхности нагревательного элемента, уменьшается живое сечение нагревательного элемента, в особенности, это касается работы нагрева40 теля при высоких температурах, что сокращает срок службы нагревателя, Цель изобретения — повышение эффективности и технологичности изготовления электронагревателя.

45 Цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем резистивный элемент в форме спирали Архимеда, витки которой разделены фиксаторами, выполненными из теплопроводного материала и изолиро50 ваны друг от друга, фиксаторы выполнены в виде гофрированной ленты, на вершинах гофр которой выполнены углубления по форме сечения нагревательного элемента глубиной менее половины толщины нагре55 вательного элемента с изоляцией, Выполнение фиксаторов в виде гофрированной ленты, на вершинах гофр которой . выполнены углубления по форме сечения нагревательного элемента, позволяет наиболее полно произвести охват нагреватель1750063 ного элемента (НЭ) и тем самым способствовать увеличению поверхности теплосъема гофрированного элемента (ГЭ).

Увеличение же поверхности теплосъема позволяет повысить эффективность теплопередачи на ГЗ, снизить температурные нагрузки на поверхности НЭ, избежать перегрева, повысить пожарную безопасность.

В случае подогрева, например, воздуха исключается его обескислороживайие, что 10 способствует созданию нормального микроклимата.

Одновременно, снижение температурных нагрузок и наличие тонкого слоя изоляции позволяет снизить влияние окис- 15 лительных процессов на поверхности НЗ и продлить срок его службы.. Углубления на гнутом ГЭ превращают его фактически в штампованный элемент, что позволяет придать ему достаточную жесткость и не потерять форму при намотке в

° спираль, когда гофры испытывают усилия растяжения, что позволяет между. всеми витками спирали Архимеда сохранить постоянйое расстояние, Одновременно, нали- 25. чием гофр исключается и смещение витков относительно друг друга вдоль осй диска (рулона), поскольку при совместном сворачйвании НЭ входит одной сторойой в углуб30 ление йаружного витка ГЭ, а другой — в углубление внутреннего витка и тем самым играет роль запирающего элемента, что и не позволяет виткам спиралей сместиться друг относительно друга вдоль оси рулона; Понятие внутренний и наружный виток ГЭ должны рассматриваться относительно витка

НЭ. Величина углубления менее половины толщиньг НЭ с изоляцией должна сохраняться из тех соображений, чтобы при совместной намотке вершина гофры 40 внутреннего витка не могла опираться на вершину гофры наружного витка, В случае несоблюдения этого условия, т.е. когда вершины гофр наружного и внутреннего витков попадут друг на друга, НЭ будет находиться

45 в углублении с зазором, что не обеспечит прилегание НЭ.к гофрам, чем .будет снижена эффективность теплосъема.

Наличие углублений позволяет создать греву.: . 55

Повышение технологичности обеспечивается тем, что наличие углублений по вершинам гофр обеспечивает фиксированное положение НЭ относительно ГЭ при совместной намотке, т.е. возникает эффект фиксаи дополнительный эффект — режим турбу- 50 лентного движения воздуха или газа, Турбу. лентность будет возникать за счет переменного сечения гофры, что способствует перемешиванию потока и лучшему проции витков t 3 и НЭ относительно друг друга не только в радиальном направлении, но и вдоль оси витков. Наличие таких углублений позволяет освободиться от различных дополнительных элементов в конструкции.

Технологически предоставляется воэ можность сборки электронагревателя на механизированном стенде: НЭ (ленточный или кабельный) и ГЭ смотанные в отдельные рулоны и посаженнйе на отдельные оси сборочного стенда; одновременно йаматываются на третью ьсь — приводную, таким образом формируется третий рулон — электронагреватель.

По окончании длины НЭ. ГЭ обрезается и происходит заправка последующего НЭ.

Одновременно, профиль ГЭ позволяет . соединить между собой немерные отрезки путем наложения концов друг йа друга с перекрытием (20-30 мм) и тем самым избежать отходов ГЭ.

Следует отметить, что место перекры-. тия надежно фиксируется от разъединения в направлении намотки - гофрами. а за счет наличия углублений по вершинам гофр и от перемещения вдоль оси рулона.

Что касается одновременности формирования гофр и углублений, это достигается за счет изготовления шестерен с определенным профилем зуба, через которые и пропускается, например, алюминиевая полоса толщиной 0,5 — 0,8 мм..

На фиг,1 показан электродвйгатель с ленточным. нагревательным элементом, общий вид; на фйг .2 — то же, вид сбоку; на фиг.3 — электронагреватель с круглйм нагревательным элементом, общий вид; на фиг.4 — узел t на фиг,2; на фиг.5 — пример использования электронагревателя в качестве электрокалорифера; на фиг.6 — пример использования электронагревателя в качестве электроводонагревателя.

Электронагреватель (фиг.1) состоит из 1

НЭ (ленточный нагреватель). В качестве НЭ может быть использован элемент нагревательный гибкий ленточйый ЭНГЛ180 или

Э Н ГЛУ400.

НЭ 1 одновременно с ГЭ 2 (напрймер, алюминиевая фольга) свернут в рулон 3, который и образует собственно электронагреватель. . Ячейки 4, образованные между поверхностью НЭ 1 и гофрами ГЭ 2, служат для протока обогреваемой среды (воздух, газы, жидкости), Для использования электронагревателя

ЭН в качестве подогревателя жидких сред используется элемент ЭНГЛ180, обладающий герметичной оболочкой из кремнийорганической резины с высокими

1750063 диэлектрическими свойствами, Глухой конец 5 НЭ 1 располагается во внутреннем диаметре рулона, намотанного на оправку

6, а выводной конец 7(низкотемпературные выводы) служит для подключения к сети на наружном диаметре рулона. Выводной конец 7 может быть зафиксирован на хомуте

8, охватывающем наружный диаметр, при помощи скобки 9.

На фиг,2 показан вид сбоку на ЭН и взаимное расположение элементов 1 и 2 при намотке на спираль и поясняется необходимостью соблюдения величины углубления I < 1/2 д, где д — толщина элемента 1, На фиг.3 общий вид электронагревателя с круглым НЭ 1. Углубление на вершинах гофр имеет профиль элемента и глубину1не более половины диаметра НЭ d, На фиг.4 показано положение элемента 1 в углублении ГЭ 2 с обеих сторон от элемента 1 и возможйое расположение вершин гофр друг отйосительно друга.

На фиг,5 показан пример использования ЭН в количестветрех штук для подогрева воздуха в качестве электрокалорифера.

ЭН вставлены в металлическое обрамление — кожух 10, который закреплен на входном всасывающем патрубке 11, вентилятора 12 путем фланцевого соединейия"при-помощи болтов 13, Крыльчаткой вентилятора 12 воздух засасывается через ячейки ЭН и прогревается.

Прогретый воздух выбрасывается через напорный патрубок 14 в помещение или в какой-то вентиляционный канал. В данной конструкции имеется возможность производить регулирование режиМа подогрева путем включения различного количества ЭН под напряжение.

На фиг,б показан пример использования ЭН в качестве электроводонагревателя, 5 ЭН укладывается на рамку 15. обеспечивающую зазор t между днищем емкости 16 и торцовой плоскостью ЭН. Зазор обеспечивает циркуляцию жидкости через ячейки

ЭН. Подключение к сети осуществляется че10 рез выводы 17.

Конфигурация ЭН должна быть максимально приближена к форме сечения емкости для более равномерного прогрева жидкости.

15 Принцип работы ЭН сводится к выделеwe тепла нагревательными элементами 1, обладающими высоким электрическим со- противленйем при прохождении по ним электрического тока. Нагреваемая среда

20 (воздух или жидкость), проходя через ячейки, образуемые между НЭ и ГЭ, снимает с них tenno ii подогревается.

Формула изобретения.

25 Электронагреватель текучей среды, содержащий резистивный элемент в форме спирали Архимеда, витки которой разделены фиксаторами,.выполненными из теплопроводного материала и изолированы друг

30 от друга, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и технологичности изготовления, фиксаторы выполнены в виде гофрированной ленты, на вершинах гофр которой выполнены углубле35 ния по форме сечения резистивного элемента глубиной менее половины толщины резистивного элемента с изоляцией.

1750063

1750063

1750063

7б

Шихаб

Составитель В. Медведев

Техред М.Моргентал Корректор Т. Палий

Редактор H. Химчук

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Заказ 2606 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Гмударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-З5, Рэушская наб,. 4/S.