Тэн с защитой от первичной накипи (варианты)

ТЭНы с собственной защитой от первичной накипи относятся к области теплотехники и обладают свойством предупреждения образования солевых отложений (накипи) на его оболочке при нагреве и кипячении воды. ТЭН может быть использован при производстве различных электрических водонагревателей, использующих ТЭНы. Изобретение обеспечивает повышенный срок службы ТЭНов с существенным увеличением температуры их применения. ТЭН с собственной защитой от первичной накипи содержит нагревательный элемент в виде изогнутой спирали, концы которой соединены с контактными стержнями, запрессованной вместе с ними и наполнителем в ферромагнитную оболочку, герметизированную в торцах и снабженную на концах электрическими изоляторами и элементами крепления к корпусу водонагревателя, и генератор магнитного поля, в качестве которого используется спираль нагревательного элемента, указанная спираль нагревательного элемента выполнена, по крайней мере, из двух смежных одинаковых секций, смежные секции спирали имеют противоположные направления навивки. В другом варианте исполнения смежные секции имеют одинаковые направления навивки и отделены друг от друга прямолинейным или зигзагообразно изогнутым участком из того же проводника, что и спираль. Внутрь витков каждой из секций спирали введен ферромагнитный прямолинейный стержень. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области теплотехники и предназначено для предупреждения образования солевых отложений (накипи) на оболочках трубчатых электронагревателей (ТЭНов) при нагреве и кипячении воды, а также может быть использовано при производстве различных электрических водонагревателей, использующих ТЭНы.

Первичная накипь, образующаяся на оболочках ТЭНов, в 3-5 раз уменьшает срок их службы за счет перегрева их спиралей и оболочек. Особенно большие проблемы с первичной накипью возникают при непрерывном нагреве и кипячении жесткой проточной воды, когда скорость ее образования на оболочках достигает 0,2-0,4 мм в сутки, а срок службы ТЭНов не превышает одного месяца.

Для оболочек ТЭНов (малых поверхностей нагрева) задача борьбы с первичной накипью решается в промышленности не так часто и в основном за счет предварительной химической водоподготовки или магнитной обработки воды. Но эта проблема сегодня становится актуальной, т.к. в последние годы резко увеличивается количество потребителей, использующих электроэнергию для нагрева и кипячения воды в бытовых и промышленных условиях. Поэтому решение проблемы защиты оболочек ТЭНов от первичной накипи с начала их эксплуатации без дополнительного сложного оборудования водоподготовки, а за счет простых электротехнических устройств, позволило бы в несколько раз увеличить срок их службы, сэкономить сотни миллионов киловатт электроэнергии и уменьшить влияние на природу.

Известны способы и устройства защиты от первичной накипи за счет предварительной водоподготовки, основанные на пропускании воды через магнитное поле, вектор индукции которого перпендикулярен направлению движения воды (см. Авторские свидетельства СССР №№544616, 626044, 565883, 1066674, 1537647, книги Магнитная обработка воды, изд. Судостроение, Ленинград, 1969 г. Авт. П.С.Стукалов, Е.В.Васильев, Н.А.Глебов; Омагничивание водных систем, изд. Химия, Москва, 1978 г. Авт. В.И.Классен; Электромагнитная обработка воды в теплоэнергетике, изд. Вища школа, Харьков, 1981 г. Авт. В.И.Миненко; Обработка воды магнитным полем в теплоэнергетике, изд. Энергия, Москва, 1970 г. Авт. Е.Ф.Тебенихин, Б.Т.Гусев, АИНФ 146 (ОБ), изд. ЦНИИ информатики и технико-экономических исследований по атомной науке и технике, Москва, 1973 г.). Указанные способы и устройства предусматривают разнесение во времени процессов обработки воды магнитным полем и ее нагрева, т.е. магнитная обработка воды осуществляется до попадания ее в бак для нагрева. При этом антинакипные свойства обработанной магнитным полем воды существенно зависят от многих факторов, включая время года, климатические условия, время между магнитной обработкой воды и ее нагревом, химический состав воды, время обработки воды магнитным полем и т.д. Поэтому в настоящее время нет общей теории магнитной обработки воды для теплоэнергетики и нет универсальных устройств, пригодных для магнитной обработки воды с меняющимся химическим составом.

Основным недостатком данных способов и устройств защиты от первичной накипи является нестабильность результатов при изменении химического состава воды, результат может быть как положительным, так и отрицательным.

Известен трубчатый электронагреватель с собственной защитой от первичной накипи, представленный в патенте РФ на полезную модель №52994. Трубчатый электронагреватель, описанный в указанном патенте, содержит нагревательный элемент, выполненный в виде спирали, соединенной своими концами с контактными стержнями и запрессованной вместе с ними и наполнителем в ферромагнитную оболочку. Оболочка герметизирована в торцах и снабжена на концах электрическими изоляторами и элементами крепления к баку водонагревателя, при этом на концах оболочки с внешней, торцовой или внутренней стороны закреплены постоянные магниты или электромагниты. Указанные магниты обеспечивают в обычных ТЭНах намагничивание их оболочек, которые формируют собственное магнитное поле, обеспечивающее обработку воды магнитным полем в зоне ее нагрева и во время нагрева. Воздействие на нагреваемую воду относительно сильным магнитным полем обеспечивает кристаллизацию солей из воды практически полностью в ее объеме (в зоне нагрева) и защиту оболочек ТЭНов от первичной накипи.

Недостатком данного технического решения является необходимость применения дополнительных постоянных магнитов, например из редкоземельных материалов, предельная температура применения которых не превышает 150°С, что существенно ограничивает область их практического применения. Любой перегрев ТЭНа и указанных постоянных магнитов приводит к потере магнитных свойств постоянных магнитов и ликвидации системы защиты оболочки ТЭНа от первичной накипи. Применение дополнительных электромагнитов, обмотки которых включены последовательно с нагревательным элементом, существенно усложняет конструкцию ТЭНа и изменяет технологию их изготовления.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является ТЭН, представленный в патенте РФ на полезную модель №78023.

ТЭН с защитой оболочки от первичной накипи, в указанном патенте, устанавливаемый на неферромагнитный бак водонагревателя при помощи элементов крепления, содержит нагревательный элемент в виде спирали, концы которой соединены с контактными стержнями, запрессованной вместе с ними и наполнителем в ферромагнитную оболочку, герметизированную в торцах и снабженную на концах электрическими изоляторами и элементами крепления к баку водонагревателя, и генератор магнитного поля, намагничивающий оболочку ТЭНа. В качестве генератора магнитного поля используется спираль нагревательного элемента, которая при протекании по ней электрического тока является соленоидом, формирующим магнитное поле, которое может быть использовано для намагничивания ферромагнитной оболочки ТЭНа.

Для этого введен, по крайней мере, один дополнительный ферромагнитный элемент, расположенный так, что общее магнитное сопротивление цепи, включающей спираль и оболочку, и/или параметры магнитного поля, формируемого спиралью, обеспечивали намагничивание оболочки, по крайней мере, до технического насыщения.

Недостатком указанного технического решения является ограниченное его применение, т.к. ТЭН по указанной полезной модели сохраняет «антинакипные» свойства только при креплении его на неферромагнитный бак водонагревателя. При креплении на ферромагнитный бак водонагревателя защитные свойства у ТЭНа исчезают. Обусловлено это тем, что магнитный поток, формируемый спиралью нагревательного элемента, замыкается в этом случае не через оболочку ТЭНа, а через ферромагнитный бак водонагревателя, и это исключает формирование собственного магнитного поля оболочки, обеспечивающего обработку воды в зоне нагрева и во время ее нагрева.

Целью предлагаемого изобретения является создание ТЭНов с минимальными изменениями их конструкции, обеспечивающих простую, надежную и эффективную защиту их оболочек от первичной накипи, и, следовательно, с повышенным КПД и сроком службы, с сохранением существующей технологии изготовления, с существенным увеличением температуры их применения, устанавливаемых на бак водонагревателя из любого материала.

Техническая задача изобретения - использовать для защиты от первичной накипи оболочки ТЭНа собственное магнитное поле, создаваемое спиралью нагревательного элемента, по которой протекает электрический ток, независимо от материала бака водонагревателя. Для этого необходимо организовать такую магнитную цепь, в которой материал бака водонагревателя не влиял бы на параметры внешнего намагничивающего магнитного поля оболочки, формируемого спиралью нагревательного элемента.

Поставленная задача решается тем, что в ТЭНе с собственной защитой от первичной накипи, содержащем нагревательный элемент в виде спирали, концы которой соединены с контактными стержнями, запрессованной вместе с ними и наполнителем в ферромагнитную оболочку, герметизированную в торцах и снабженную на концах электрическими изоляторами и элементами крепления к корпусу водонагревателя, а также генератор магнитного поля, в котором в качестве генератора магнитного поля используется спираль нагревательного элемента, указанная спираль нагревательного элемента выполнена, по крайней мере, из двух смежных приблизительно одинаковых секций, которые имеют противоположные направления навивки.

В другом варианте выполнения изобретения поставленная задача решается тем, что в ТЭНе с собственной защитой от первичной накипи, содержащем нагревательный элемент в виде спирали, концы которой соединены с контактными стержнями, запрессованной вместе с ними и наполнителем в ферромагнитную оболочку, герметизированную в торцах и снабженную на концах электрическими изоляторами и элементами крепления к корпусу водонагревателя, а также генератор магнитного поля, в котором в качестве генератора магнитного поля используется спираль нагревательного элемента, указанная спираль нагревательного элемента выполнена, по крайней мере, из двух смежных приблизительно одинаковых секций, имеющих одинаковые направления навивки, разделенных прямолинейным, или зигзагообразно изогнутым, или имеющим противоположное направление навивки участком, длиной не менее трех внутренних диаметров оболочки, выполненным из того же проводника, что и спираль нагревательного элемента.

Для гарантированного технического насыщения оболочки независимо от относительной магнитной проницаемости оболочки, внутрь витков каждой из секций спирали введен ферромагнитный прямолинейный стержень, изолированный от витков спирали, имеющий длину, равную (0,01-0,1) общей длины спирали, и диаметр, равный (0,2-0,9) внутреннего диаметра спирали. Указанный стержень может быть частью ферромагнитного контактного стержня.

Изобретение основано на том факте, что если по оболочке ТЭНа пропустить незначительный магнитный поток, сформированный спиралью нагревательного элемента, по которой протекает постоянный или переменный электрический ток промышленной сети, то оболочка не покрывается первичной накипью даже при непрерывном нагреве проточной воды при температуре 65-85 град.С и удельной поверхностной мощности оболочки 20-25 Вт/см² (обычно предельная величина для оболочек ТЭНов составляет 15 Вт/см²). Это объясняется тем, что оболочка намагничивается и создает собственное магнитное поле, параметры которого могут в тысячи раз превышать параметры внешнего намагничивающего магнитного поля. Собственное магнитное поле оболочки и обеспечивает магнитную обработку воды непосредственно в зоне ее нагрева и во время нагрева. Поскольку удельную поверхностную мощность оболочки обычно ограничивают 15 Вт/см² с учетом будущей накипи, то в нашем случае указанный показатель можно довести до 20-25 Вт/см², т.к. на оболочке не будет первичной накипи, что позволит повысить технико-экономические показатели оборудования, использующего предлагаемые ТЭНы. Как показали наши исследования, этого магнитного поля спирали вполне достаточно для борьбы с первичной накипью на оболочках, выполненных из ферромагнитного материала.

В существующих обычных ТЭНах магнитные потоки, которые определяются магнитным полем, формируемым спиралью нагревательного элемента, замыкаются практически не по оболочке, а по воздуху между концами контактных стержней U-образного ТЭНа, и/или ферромагнитному корпусу водонагревателя, и/или ферромагнитному шунту (крышке), который может находиться на малом расстоянии от концов контактных стержней и т.д.

В прототипе указанные потоки замыкаются по оболочке, но только для случая крепления ТЭНов на неферромагнитном баке водонагревателя. Для устранения влияния ферромагнитного бака водонагревателя на параметры внешнего намагничивающего оболочку магнитного поля спирали нагревательного элемента достаточно исключить подключение двух магнитных полюсов (концов спирали) к баку водонагревателя за счет организации нескольких электромагнитов (участков спирали) и намагничивания отдельных участков оболочки магнитными полями, сформированными смежными секциями спирали. На практике достаточно иметь две секции спирали, выполненные с различным направлением навивки либо одинаковым направлением навивки, разделенные коротким прямолинейным, зигзагообразным или с противоположным направлением навивки участком. Зигзагообразный участок спирали, выполненный в одной плоскости, и иные указанные участки имеют большое магнитное сопротивление, исключающее протекание магнитного потока в контуре секций спирали.

Разбиение спирали, например, на две секции с противоположным направлением навивки обеспечивает образование двух электромагнитов с независимыми контурами протекания магнитных потоков. Тогда приблизительно одинаковые по амплитуде векторы индукции магнитных полей, формируемых этими участками спирали, будут направлены навстречу друг другу. В этом случае магнитному потоку, определяемому магнитным полем, формируемому каждой из секций, независимо от полярности питающего напряжения, остается практически одна единственная цепь замыкания - по своей прилегающей части ферромагнитной оболочки. По отношению к ферромагнитной оболочке рассматриваемые магнитные поля являются внешними и обеспечивают формирование собственных магнитных полей участков ферромагнитной оболочки, параметры которых в тысячи раз могут превышать параметры магнитных полей, создаваемых указанными секциями спирали нагревательного элемента. Этот принцип положен в основу изобретения.

Аналогичным образом работает защита оболочки от первичной накипи и при одинаковом направлении навивки секций спирали и дополнительных участков спирали нагревательного элемента. Вода, окружающая оболочку ТЭНа, находится под действием собственных магнитных полей оболочки. Воздействие магнитных полей на воду приводит к изменению кинетики кристаллизации солей из воды при ее нагреве и обеспечивает исключение образования первичной накипи на поверхности всей ферромагнитной оболочки.

Собственное магнитное поле оболочки (и других ферромагнитных элементов), силовой характеристикой которого является вектор магнитной индукции, создается молекулами ферромагнитной оболочки, находящейся во внешнем намагничивающем магнитном поле указанной спирали, и обусловлено существованием у молекул магнитных моментов. Вектор индукции результирующего магнитного поля в оболочке (или отдельных ее участках) равен векторной сумме векторов магнитных индукций намагничивающего и внутреннего магнитных полей. Магнитный поток в рассматриваемой магнитной цепи будет определяться в основном воздушными зазорами, а также ферромагнитными элементами (контактными стержнями, оболочкой, штуцерами, гайками и шайбами, дополнительными кольцами, полосами, стержнями и т.д.), входящими по аналогии с прототипом в состав этой цепи.

Техническим результатом такого решения является увеличение в сотни раз времени обработки воды собственным магнитным полем оболочки при относительно высокой температуре и сокращение до нулевого значения интервала времени между обработкой воды и ее нагревом. При этом обработка воды магнитным полем в каждый момент времени осуществляется не в полном ее объеме, а только в ее части, попадающей в зону нагрева, а защита от накипи включается автоматически в момент подачи питающего напряжения на контактные стержни и работает без сбоя в течение всего срока службы ТЭНа.

Возможный механизм защиты от первичной накипи поверхности оболочки ТЭНа может протекать следующим образом. Поскольку граница раздела двух сред (поверхность нагрева - вода) находится в собственном магнитном поле, создаваемом ферромагнитной оболочкой ТЭНа, то выделение накипеобразователей происходит не на поверхности теплообмена (оболочке) в виде первичной накипи, а в объеме воды на границе двух сред в виде подвижного мелкодисперсного шлама. Кроме того, одним из продуктов коррозии ферромагнитных подводящих труб является гидроокись железа Fe(OH)₃*nH₂O, которая в результате дегидратации при повышенной температуре может переходить в подкласс сложных оксидов железа Fe₃O₄ (магнетит). В отсутствие магнитного поля слой гидроокиси железа с поверхности теплообмена постоянно смывается водой. Если же поверхность теплообмена находится в магнитном поле, то гидроокись железа образует на ней изолирующий слой, препятствующий проникновению кислорода в более глубокие слои без снижения ее теплопроводности. В этих условиях на поверхности оболочки образуется слой магнетита, который защищает ее дополнительно от коррозии.

Далее изобретение поясняется чертежами, на которых представлены примеры возможных выполнений «безнакипного» ТЭНа в соответствии с изобретением.

На Фиг.1 схематически изображен U-образный ТЭН со спиралью нагревательного элемента, состоящей из двух секций, имеющих противоположные направления навивки (точки возле концов секций спирали указывают на противоположное направление навивки).

На Фиг.2 представлена схема магнитной цепи U-образного ТЭНа, показанного на Фиг.1.

На Фиг.3 схематически изображен U-образный ТЭН со спиралью нагревательного элемента, состоящей из двух секций, разделенных прямолинейным участком провода и имеющих одинаковые направления навивки (точки возле концов секций спирали указывают на одинаковое направление навивки).

На Фиг.4 представлена схема магнитной цепи ТЭНа, показанного на Фиг.3.

На Фиг.5 и 6 схематически показано расположение дополнительного ферромагнитного элемента внутри секции спирали и его выполнение, когда он является составной частью ферромагнитного контактного стержня.

U-образный ТЭН на Фиг.1 состоит из нагревательного элемента 1, выполненного в виде спирали, разбитой на две секции 1а и 1b, имеющие противоположные направления навивки, что на чертеже схематически показано точками, как встречное включение двух секций. Концы спирали соединены с контактными стержнями 2, с помощью которых нагревательный элемент соединяется с питающей сетью. Спираль нагревательного элемента 1 вместе с контактными стержнями 2 и наполнителем 3 запрессована в ферромагнитную оболочку 4. С помощью штуцеров 5 с крепежными гайками 6 ТЭН крепится к баку 7 водонагревателя. Выступающие концы контактных стержней 2 помещены в электрические изоляторы 8, закрепленные шайбами 9 с гайками 10. Ферромагнитная оболочка 4 ТЭНа находится в контакте с нагреваемой водой 11.

Магнитная цепь такого ТЭНа, представленная на Фиг.2, содержит генератор магнитного поля, состоящий из двух секций спирали нагревательного элемента 1а и 1b, имеющих внутренние магнитные сопротивления Rmc1 и Rmc2, магнитные сопротивления Rm1 и Rm2 воздушных зазоров между концами ферромагнитных контактных стержней 2 и оболочкой 4, магнитное сопротивление Rm3 воздушного зазора между концами ферромагнитных контактных стержней, выступающих за пределы оболочки (если контактные стержни выполнены из неферромагнитного материала, то сопротивление Rm3 равно 0, а магнитные сопротивления Rm1 и Rm2 определяются воздушными зазорами между концами спирали 1 и оболочкой 4). Разбиение спирали на две секции обеспечивает образование двух электромагнитов и введение в магнитную цепь магнитных сопротивлений Rm4, Rm5 (магнитные сопротивления воздушного зазора между концами секций 1а и 1b спирали и оболочкой 4) и магнитного сопротивления Rm6 (магнитного сопротивления воздушного зазора между концами встречно включенных секций 1а и 1b). Такое построение магнитной цепи ТЭНа позволяет образовать два практически независимых контура протекания магнитных потоков, генерируемых секциями спирали нагревательного элемента при протекании по ней электрического тока:

Первый контур:

- первый полюс (с точкой) левой секции спирали 1а - ферромагнитный контактный стержень 2 - магнитное сопротивление Rm1 воздушного зазора - оболочка 4 - магнитное сопротивление Rm4 воздушного зазора - второй полюс левой секции спирали 1а;

Второй контур:

- первый полюс правой секции спирали 1b - ферромагнитный контактный стержень 2 - магнитное сопротивление Rm2 воздушного зазора - оболочка 4 - магнитное сопротивление Rm5 воздушного зазора - второй полюс правой секции спирали 1b.

Видно, что магнитные потоки обоих контуров замыкаются через прилегающие к ним участки ферромагнитной оболочки 4 ТЭНа и участки оболочки намагничиваются соответственно в направлениях индукции В1 и В2, представленных на Фиг.2. В этом заключается основное отличие заявляемого ТЭНа от известных ТЭНов, с обычной спиралью, представляющей один электромагнит, полюса которого расположены на концах одной спирали, и магнитный поток замыкается не по оболочке, а по ферромагнитному баку водонагревателя либо по воздушному зазору между концами ферромагнитных контактных стержней, минуя оболочку. Это является причиной того, что магнитное поле спирали обычного ТЭНа и прототипа не оказывает влияния на образование накипи на его ферромагнитной оболочке.

В заявляемом изобретении секции спирали нагревательного элемента 1а и 1b образуют два электромагнита, одни полюса которых расположены у концов оболочки 4, а вторые полюса расположены приблизительно в середине оболочки, и разделены между собой относительно большим магнитным сопротивлением, что в конечном итоге исключает шунтирование ферромагнитным баком водонагревателя магнитного потока, формируемого отдельными секциями спирали нагревательного элемента.

Поскольку выполнение описанного варианта требует некоторого изменения технологии изготовления спирали за счет изменения направления навивки спирали, далее предложен вариант с одинаковым направлением навивки спирали смежных секций.

На Фиг.3 представлена схема ТЭНа с двумя секциями спирали, имеющими одинаковое направление навивки и разделенными прямолинейным участком, приближенным к оболочке для улучшения теплоотвода от него. Длина этого прямолинейного участка составляет не менее 3-х внутренних диаметров оболочки. Это обусловлено тем, что магнитные сопротивления Rm4, Rm5 пропорциональны радиусу внутреннего диаметра оболочки и внутреннему периметру оболочки, а магнитное сопротивление Rm6 - внутреннему диаметру спирали и длине указанного участка. Прямолинейный участок проводника образует магнитное сопротивление Rm6 большой величины. В этом случае каждый участок спирали нагревательного элемента также представляет собой автономный соленоид (электромагнит). Векторы магнитной индукции В1 и В2 этих соленоидов направлены согласно (по оболочке в одну сторону). На Фиг.4 показана схема магнитной цепи для случая согласного включения секций спирали. В этом варианте магнитные потоки участков спирали протекают по следующим цепям:

- первый полюс левой секции спирали 1а - ферромагнитный контактный стержень 2 - магнитное сопротивление воздушного зазора Rm1 - левая часть оболочки 4 - магнитное сопротивление воздушного зазора Rm4 - второй полюс левой секции спирали 1b;

- первый полюс правой секции спирали 1b (находящийся рядом с сопротивлением Rm6) - магнитное сопротивление воздушного зазора Rm5 - правая часть оболочки 4 - магнитное сопротивление воздушного зазора Rm2 - ферромагнитный контактный стержень 2 - второй полюс правой секции спирали 1b.

Направления векторов намагниченности участков оболочки совпадают между собой и обеспечивают получение полюсов суммарного собственного магнитного поля оболочки на ее концах. Относительно большое магнитное сопротивление Rm6 исключает протекание магнитного потока в контуре секций и создает условия для организации практически двух независимых цепей протекания магнитных потоков.

При изготовлении ТЭНа на операции обжима, при которой происходит удлинение оболочки, особенно при малых диаметрах провода спирали, могут возникнуть проблемы с ее механической прочностью. Поэтому для устранения этого недостатка, особенно при малых диаметрах провода спирали, в изобретении предусмотрено изготовление рассматриваемого участка зигзагообразной формы, приближенного к оболочке для улучшения теплоотвода от него.

Еще следует рассмотреть вариант изготовления рассматриваемого участка в виде нескольких витков, навитых в противоположную сторону относительно секций спирали, что является лучшим решением, но усложняющим технологию изготовления спирали.

При изготовлении оболочек ТЭНов применяются различные марки сталей с различным направлением прокатки и различной технологией отжига, поэтому величина максимальной относительной магнитной проницаемости µ материала оболочки может изменяться в широком диапазоне (200-7000). Кроме того, µ зависит от величины магнитной индукции оболочки (см. кривую Столетова). Поэтому для обеспечения гарантированного намагничивания оболочки независимо от используемых материалов, при любом из вышеописанных вариантов изготовления спирали нагревательного элемента, дополнительно введен ферромагнитный прямолинейный стержень внутрь витков каждой секции спирали на ее прямолинейном участке, изолированный от витков спирали. На Фиг.5 показан отрезок спирали 1 с наполнителем 3. Внутри витков спирали помещен ферромагнитный прямолинейный стержень 12. На Фиг.6 указанный ферромагнитный прямолинейный стержень 12 укреплен на конце контактного стержня 2 или является его элементом.

Введение указанного стержня обеспечивает увеличение магнитной индукции спирали (индукции внешнего намагничивающего поля) в К раз, где

µ - относительная магнитная проницаемость материала стержня 12, d - диаметр стержня, D - внутренний диаметр спирали. Например, при d=0,2 D, для µ=250, К=10. При d=0,8 D, для µ=250, К=160. Коэффициент К характеризует увеличение индукции магнитного поля спирали за счет введения указанного ферромагнитного стержня внутрь спирали, что, в свою очередь, обеспечивает гарантированное техническое насыщение оболочки 4.

Длина стержня 12 определяется в основном технологией производства и принимается обычно величиной в несколько сантиметров. Кроме того, в качестве материала стержня 12 следует применять материал, точка Кюри которого превышает максимальную рабочую температуру стержня 12, в противном случае исчезает доменная структура ферромагнитных материалов, способность намагничиваться и создавать собственное магнитное поле. Указанный стержень 12 может быть размещен на любом прямолинейном участке спирали 1a, 1b, включая место у торца контактного стержня 2. Кроме того, стержень 12 может быть изготовлен как элемент самого контактного стержня 2, если контактные стержни выполнены из ферромагнитного материала.

Предлагаемое изобретение позволяет производить ТЭНы с собственной защитой от первичной накипи, независимо от материала бака водонагревателя, при этом не требуется химводоподготовки или предварительной обработки воды магнитным полем, и в 3-5 раз увеличивается срок службы ТЭНа даже при увеличении его удельной поверхностной мощности.

1. ТЭН с защитой оболочки от первичной накипи, содержащий нагревательный элемент в виде спирали, концы которой соединены с контактными стержнями, запрессованной вместе с ними и наполнителем в ферромагнитную оболочку и снабженной на концах электрическими изоляторами и элементами крепления к корпусу водонагревателя, и снабженный генератором магнитного поля, в качестве которого используется спираль нагревательного элемента при протекании по ней электрического тока, отличающийся тем, что спираль нагревательного элемента выполнена, по крайней мере, из двух секций, причем смежные секции имеют противоположные направления навивки.

2. ТЭН по п.1, отличающийся тем, что внутрь витков каждой из секций спирали введен ферромагнитный прямолинейный стержень, изолированный от витков спирали, имеющий длину, равную (0,01÷0,1) общей длины спирали, и диаметр, равный (0,2÷0,9) внутреннего диаметра спирали.

3. ТЭН с защитой оболочки от первичной накипи, содержащий нагревательный элемент в виде спирали, концы которой соединены с контактными стержнями, запрессованной вместе с ними и наполнителем в ферромагнитную оболочку и снабженной на концах электрическими изоляторами и элементами крепления к корпусу водонагревателя, и снабженный генератором магнитного поля, в качестве которого используется спираль нагревательного элемента при протекании по ней электрического тока, отличающийся тем, что спираль нагревательного элемента выполнена, по крайней мере, из двух секций, имеющих одинаковые направления навивки, отделенных друг от друга прямолинейным или зигзагообразно-изогнутым участком, из того же проводника, что и спираль.

4. ТЭН по п.2, отличающийся тем, что внутрь витков каждой из секций спирали введен ферромагнитный прямолинейный стержень, изолированный от витков спирали, имеющий длину, равную (0,01÷0,1) общей длины спирали, и диаметр, равный (0,2÷0,9) внутреннего диаметра спирали.