Резистивный нагреватель текучих сред

Изобретение относится к нагревательным приборам, преобразующим электрическую энергию в тепловую, и может быть использовано для нагревания различных жидкостей, газов или мелкодисперсных порошков в технологических процессах, отопительных системах, системах горячего водоснабжения бытовых, производственных помещений и др. Нагреватель текучих сред включает оболочку, имеющую внутреннюю полость, в которой с зазором расположена спираль из электропроводящего материала с возможностью соединения с источником напряжения, а названный зазор заполнен электроизолирующим теплопроводящим материалом, по меньшей мере, один нагревательный элемент, у которого оболочка и расположенная в ее полости спираль выполнены плоской формы, причем он снабжен средством транспорта нагреваемой текучей среды через нагреватель, имеющим вход и выход и выполненным таким образом, что при прохождении через него нагреваемая текучая среда контактирует с наружной поверхностью плоской оболочки. Изобретение решает задачу создания нагревателя текучих сред, оптимизированного по энергопотреблению, теплопередаче и по реализации тепловых режимов. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к нагревательным приборам, преобразующим электрическую энергию в тепловую, и может быть использовано для нагревания различных жидкостей, газов или мелкодисперсных порошков в технологических процессах, отопительных системах, системах горячего водоснабжения бытовых, производственных помещений и др.

Хорошо известен и широко применяется трубчатый электронагреватель (ТЭН), содержащий металлический трубчатый корпус, проволочный нагревательный резистор в виде спирали и изолирующую засыпку. Поверхности теплообмена таких нагревателей небольшая, что обеспечивает компактность нагревателя, но за это приходится платить увеличением его мощности для создания необходимого теплового напора, получаемого за счет высокой температуры спирали, которая доходит до 750°С. Для обеспечения большей производительности нагревателя его мощность увеличивается по экспоненте, и увеличивается расход электроэнергии. При этом высокая температура нагревания спирали приводит к ее активному окислению и вследствие этого снижению отдаваемой мощности. Кроме того, высокая температура на поверхности нагревательного элемента - более 100°С, инициирует образование накипи и шлаков на поверхности трубчатого корпуса, что препятствует эффективной теплопередаче и снижает пропускную способность трубок. По мере обрастания нагревателя накипью температура внутри него растет, и он перегорает, то есть он имеет непродолжительный срок эксплуатации. Кроме того, возможны межвитковые замыкания спирали и замыкания на корпус, обусловленные высокой рабочей температурой нагревателя, что приводит к его пожароопасности.

Известен, например, трубчатый электронагреватель, в котором, вследствие выполнения на корпусе установочного фланца с наружной и внутренней резьбой, узла герметизации контактных стержней в виде цилиндрического штуцера с наружной резьбой и закрепления его в установочном фланце с помощью гайки, выполнения в штуцере двух отверстий параллельно оси штуцера, размещения изоляторов с одного торца штуцера, а с другого торца оболочек трубчатого электронагревательного элемента, расположения контактных стержней в отверстиях штуцера и изоляторах и фиксации их в отверстиях смесью алебастра, цемента и кварцевого песка, обеспечивается возможность осевого перемещения установочного фланца относительно штуцера, установки электронагревательного элемента практически на любом посадочном месте, имеющем подходящую резьбу, эффективное "дыхание" нагревателя, и за счет этого существенно расширяются функциональные возможности тэнов, а также повышается их надежность и долговечность [Патент РФ №2239958].

Известно также нагревательное устройство для установки в проточном радиаторе, содержащее трубчатый электронагреватель, установленный в держателе-заглушке и снабженный специальной рубашкой с закрытым концом, соответствующим внутреннему профилю ниппеля радиатора, для установки в нем, при этом длина рубашки кратна ширине секции радиатора [Патент РФ №2240477].

Известно устройство для предпускового подогрева топлива в подогревателе двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус с полостью, снабженной электронагревательным элементом, подключенным при помощи подводящего штуцера к питающему топливопроводу [АС СССР №973910, МПК F02N 17/04]. Устройство позволяет повысить надежность воспламенения топлива в предпусковой период. Однако использование описанного выше устройства не может обеспечить устойчивую работу двигателя в целом при низких температурах, поскольку нагревательный элемент работает в ограниченном объеме и его работа не сказывается на подаче топлива из бака по топливопроводу.

Известно также устройство для нагрева текучей среды, содержащее цилиндрический корпус с отверстиями для подачи и отвода среды, внутри которого коаксиально ему с зазором установлен трубчатый нагреватель [АС СССР №1677878, МПК Н05В 3/60]. Устройство предназначено для подогрева углеводородного топлива перед его подачей в двигатель в условиях низких температур. Оно позволяет повысить интенсивность теплообмена на 20-30%. Однако конструкция описанного выше устройства сложна, поскольку предполагает использование специальных гофрированных труб и их дополнительную обработку. Кроме того, конструкция предполагает установку устройства непосредственно в топливопроводе, что может быть бесполезно, если топливо в баке обладает значительной вязкостью при низких температурах.

Известен трубчатый электронагреватель, который содержит оболочку, внутри которой смонтированы контактные стержни, спираль, электроизолирующий наполнитель и узел герметизации контактных стержней с изоляторами и герметизирующим веществом [Патент РФ №2286653]. Этот трубчатый электронагреватель дополнительно снабжен герметичной гильзой, внутри которой расположена оболочка трубчатого электронагревателя, а пространство между стенками оболочки и герметичной гильзы заполнено солью. Например, в качестве соли в реакторе твердофазной поликонденсации при производстве полиэтилентерефталата используют соль нитрозония ([NO]2 S2O7). Недостатками данного устройства являются: большое энергопотребление, невозможность поддерживать постоянную температуру.

Наиболее близким аналогом предлагаемого является трубчатый электронагреватель для текучих сред, содержащий корпус в виде трубки с электроизоляционным наполнителем, токоввод для подачи питания и нагревательный элемент в виде спирали, выполненный с возможностью образования разных зон выделяемой мощности от 2,0 до 25 Вт/см, при этом один конец спирали закреплен на токовводе, а второй на противоположном конце трубки прикреплен к ее заземленному корпусу [Патент РФ №2242096]. Этот нагреватель принят за прототип изобретения. Он обеспечивает безопасную работу трубчатого электронагревательного устройства в агрессивных средах, поскольку исключает возникновение искры. Однако он обладает рядом перечисленных выше недостатков, к которым, в частности, относятся высокие энергозатраты при заданной производительности нагревателя.

Изобретение решает задачу создания нагревателя текучих сред, оптимизированного по энергопотреблению, теплопередаче и по реализации тепловых режимов, а кроме того, ремонтопригодного, обеспечивающего возможность проведения профилактических работ и возможность получения большого диапазона мощностей.

Поставленная задача решается тем, что предлагается нагреватель текучих сред, включающий параллельно установленные нагревательные элементы с зазором между соседними нагревательными элементами и снабженный парой внешних экранов, установленных с зазором относительно крайних нагревательных элементов, причем каждый нагревательный элемент имеет плоскую оболочку с внутренней полостью, в которой с зазором расположена плоская спираль из электропроводящего материала с возможностью соединения с источником напряжения, а названный зазор заполнен электроизолирующим теплопроводящим материалом, при этом зазоры между соседними нагревательными элементами и между крайними нагревательными элементами и экранами соединены между собой таким образом, что совместно они образуют средство транспорта нагреваемой текучей среды через нагреватель, снабженное входом и выходом, расположенными с противоположных сторон нагревателя.

Наиболее простой и удобной формой для оболочки является форма параллелепипеда. Оболочка нагревательного элемента для удобства ее монтажа и проведения ремонтно-профилактических работ может быть выполнена сборной.

Внешний экран целесообразно выполнять в форме пластины.

Для более эффективной работы нагревателя оболочка нагревательного элемента может быть снабжена рельефом, обеспечивающим турбулентное движение текучей среды при ее прохождении через средство транспорта нагреваемой текучей среды.

С целью предотвращения возможности короткого замыкания между витками плоской спирали может быть помещен электроизолирующий материал.

Предлагаемый нагреватель изображен на прилагаемых чертежах.

На фиг.1 показан внешний вид отдельного нагревательного элемента.

На фиг.2 показано внутреннее устройство нагревательного элемента.

На фиг.3 показано поперечное сечение нагревательного элемента.

На фиг.4 показан внешний вид нагревателя, выполненного в виде батареи нагревательных элементов.

На фиг.5 показаны вид со стороны входного (выходного) патрубка и продольное сечение нагревателя, выполненного в виде батареи из трех нагревательных элементов.

На приведенных чертежах следующие позиции означают:

1 - боковая пластина сборной оболочки нагревательного элемента;

2 - турбулизаторы;

3 - прокладка между нагревательными элементами;

4 - отверстия в нагревательном элементе для прохождения текучей среды;

5 - плоская электрическая спираль с выводами;

6 - электрический изолятор вывода спирали;

7 - рамка сборной оболочки нагревательного элемента;

8 - электроизолирующий теплопроводный материал;

9 - боковой экран нагревателя;

10 - нагревательный элемент;

11, 12 - входной и выходной патрубки нагревателя;

13 - зазор средства транспорта нагреваемой текучей среды.

Оболочка нагревательного элемента может быть цельной в виде трубы прямоугольного сечения. Но более технологично выполнять ее сборной, как изображено на фиг. 2 и 3, состоящей из рамки 7 и боковых пластин 1. Внутри оболочки - в ее полости, располагается плоская электрическая спираль 5 с электрическими выводами для подсоединения к источнику переменного напряжения. Полость оболочки заполнена электроизолирующим теплопроводным материалом 8, например слюдой, которая заполняет как зазор между спиралью и оболочкой, так и межвитковое пространство спирали. Нагреватель имеет внешние экраны 9, которые устанавливаются через уплотнитель по обе стороны батарей нагревательных элементов. Нагревательные элементы 10 соединяются между собой через уплотнитель и снабжаются боковыми экранами 9, установленными также через уплотнитель, и двумя патрубками для текучей среды - входным и выходным - 11 и 12.

Предлагаемый нагреватель работает следующим образом.

Через выводы на плоскую спираль 5 подается переменное напряжение, в результате чего через нее протекает электрический ток. Величина и размер спирали рассчитываются и подбираются в соответствии с желаемой мощностью нагревателя и создания равномерного температурного поля. Через электроизолирующий теплопроводящий материал 8 тепло передается оболочке нагревательного элемента, в том числе ее боковым пластинам 7. Через зазоры средства транспорта 13 проходит нагреваемая текучая среда, поступая в отверстия 4 средства транспорта нагреваемой текучей среды. При прохождении через нагреватель нагреваемая текучая среда соприкасается с нагретой поверхностью пластины 7 оболочки нагревательного элемента и нагревается. Так происходит работа одного нагревательного элемента. Когда нагревательные элементы собраны в батарею, нагреваемая текучая среда, поступая в нагреватель через патрубок 12, контактирует с оболочками всех нагревательных элементов, проходя через сообщающиеся между собой зазоры 13, и выходит из него через патрубок 11 в нагретом виде.

В предлагаемом нагревателе можно получить достаточно большую поверхность теплопередачи при минимальных энергозатратах и при заданной производительности. При этом конструкция получается простой, ремонтопригодной, так как оболочка выполняется сборной. Конструкция также позволяет наращивать мощность простым добавлением нагревательных элементов. Такие нагревательные элементы работают при собственной температуре спирали до 150-200°С, что существенно снижает вероятность образования накипи и шлаков, а сам процесс образования накипи становится медленнее на несколько порядков. Этому дополнительно способствует турбулизация потока нагреваемой текучей среды, преимущественно жидкости, которая одновременно повышает эффективность теплопередачи от поверхности оболочки нагревателя к жидкости. Таким образом, предлагаемый нагреватель оптимизирован по энергопотреблению, теплопередаче и по реализации тепловых режимов, а именно имеет низкие энергозатраты при заданной производительности, высокий КПД, длительный срок службы за счет снижения рабочей температуры и практически исключения процессов образования накипи. Кроме того, его достоинствами являются ремонтопригодность и возможность проведения профилактических работ, а также возможность получения большого диапазона мощностей на одном типоразмере плоского нагревательного элемента путем набора необходимого количества нагревательных элементов.

1. Нагреватель текучих сред, включающий нагревательный элемент, имеющий оболочку с внутренней полостью, в которой с зазором расположена спираль из электропроводящего материала с возможностью соединения с источником напряжения, а названный зазор заполнен электроизолирующим теплопроводящим материалом, отличающийся тем, что он содержит параллельно установленные нагревательные элементы с зазором между соседними нагревательными элементами и снабжен парой внешних экранов, установленных с зазором относительно крайних нагревательных элементов, причем оболочка и расположенная в ее полости спираль каждого нагревательного элемента выполнены плоской формы, а зазоры между соседними нагревательными элементами и между крайними нагревательными элементами и экранами соединены между собой таким образом, что совместно они образуют средство транспорта нагреваемой текучей среды через нагреватель, снабженное входом и выходом, расположенными с противоположных сторон нагревателя.

2. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что оболочка нагревательного элемента выполнена в форме параллелепипеда.

3. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что внешний экран выполнен в форме пластины.

4. Нагреватель по п.2, отличающийся тем, что оболочка нагревательного элемента выполнена сборной.

5. Нагреватель по п.1 или 2, отличающийся тем, что оболочка нагревательного элемента снабжена рельефом, обеспечивающим турбулентное движение текучей среды при ее прохождении через средство транспорта нагреваемой текучей среды.

6. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что между витками плоской спирали помещен электроизолирующий материал.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к кабельным изделиям, предназначенным для использования в основном в атомной энергетике. .

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.

Изобретение относится к области электротермии, в частности к способам производства трубчатых электронагревателей с односторонним расположением выводов, применяемых для нагрева различных сред.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к нагревательным устройствам, и может быть использовано в производственных установках, например в реакторе твердофазной поликонденсации при производстве полиэтилентерефталата.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам изготовления трубчатых электронагревателей, предназначенных для нагрева различных сред. .

Изобретение относится к автотранспортным нагревательным устройствам. .

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим нагревательным элементам, предназначенным для оснащения трубчатых электрических нагревателей (ТЭНов), защищенных от перегрева.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к нагревательным устройствам, и может быть использовано для нагрева жидкости различного назначения, например, для подогрева масла или топлива с целью улучшения пуска двигателя внутреннего сгорания в зимнее время года.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к трубчатым электронагревателям (ТЭНам), и может быть использовано как в бытовых нагревательных приборах, так и в производственных установках.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим нагревательным элементам, предназначенным для оснащения трубчатых электрических нагревателей (ТЭНов), защищенных от перегрева
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении трубчатых электронагревателей

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам преобразования электрической энергии в тепловую, и позволяет повысить ресурс и эксплуатационную надежность трубчатого нагревателя за счет увеличения теплопроводности в направлении от тепловыделяющего элемента к поверхности теплообмена с внешним теплоносителем. Трубчатый электронагреватель содержит защитную металлическую оболочку 1 с фланцевым уплотнением 2 и подсоединительный элемент 3 для подвода питающего напряжения, диэлектрические шайбы 4, внутренняя и внешняя цилиндрические поверхности 5 и 6 металлизированы, а плоские цилиндрические поверхности покрыты резистивным слоем 7 с возрастающим сопротивлением в радиальном направлении, резистивный слой 7 имеет электрический контакт с металлизацией на внутренней цилиндрической поверхности 5 и внешней цилиндрической поверхности 6 шайб 4, металлизация на внутренней цилиндрической поверхности 5 шайб имеет электрический контакт с внутренним трубчатым токоподводом 8, металлизация на внешней цилиндрической поверхности 6 шайб имеет электрический контакт с оболочкой 1. Электронагреватель монтируется в емкость с нагреваемой жидкостью таким образом, чтобы защитная металлическая оболочка 1 и сама емкость были заземлены, что соответствует требованиям Правил устройства электроустановок (ПУЭ). При подаче питающего напряжения на подсоединительный элемент 3 от сети, выполненной по схеме «с глухозаземленной нейтралью», это напряжение через внутренний трубчатый токоподвод 8 оказывается приложенным к резистивному слою 7 всех диэлектрических шайб, где происходит тепловыделение. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и позволяет повысить ресурс и эксплуатационную надежность трубчатого нагревателя. Трубчатый электронагреватель содержит тепловыделяющий элемент 1, например, в виде токопроводящей спирали, расположенный внутри защитной металлической оболочки 2, имеющей внешнее поперечное оребрение 3, на концах металлической оболочки 2 выполнены герметизированные токоподводы 4, присоединенные к выводам токопроводящей спирали, пористые керамические шайбы 5, имеющие каплевидную форму, во внутреннем отверстии которых размещен тепловыделяющий элемент 1, а по внешнему обводу шайбы заключены в защитную металлическую оболочку 2, пористые керамические шайбы имеют переменную по высоте толщину, от полностью закрывающей тепловыделяющий элемент 1 до минимальной в верхней части, внутренняя полость трубчатого электронагревателя, включая поры керамических шайб, частично заполнена жидкостью. При подаче напряжения на токоподводы 4, присоединенные к выводам токопроводящей спирали, ее температура повышается, поскольку теплопроводность пористых керамических шайб 5 невелика, нагрев спирали тепловыделяющего элемента 1 происходит быстро, однако температура защитной оболочки 2 и оребрения 3 определяется температурой внешнего теплоносителя. Так как внутренняя полость нагревателя и поры шайб заполнены жидкостью, то при определенной температуре эта жидкость закипает, пар через поры попадает в пространство между пористыми шайбами 5, где конденсируется на внутренней поверхности защитной оболочки 2, отдавая ей запасенную теплоту парообразования. Сконденсировавшийся пар в виде жидкости попадает на поверхность пористых шайб 5 и за счет эффекта капиллярности впитывается внутрь шайб 5, опускаясь к нагретой спирали, где вновь закипает, запасая теплоту парообразования и замыкая тем самым цикл теплопереноса и контур циркуляции. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам преобразования электрической энергии в тепловую, выполненным в виде прямолинейных или изогнутых трубчатых элементов, используемых, в частности, в конструкциях термокомпрессоров, обеспечивающих необходимое давление в контуре циркуляции теплоносителя АЭС, и позволяет повысить ресурс и эксплуатационную надежность нагревателя. Электронагреватель содержит защитную металлическую оболочку 1, отделенную от нагревательной спирали 2 слоем 3 порошкового электроизолирующего материала, токоподвод 4, отделенный от защитной металлической оболочки изолирующим элементом 5, и фланец 6, имеющий механическое и электрическое соединение с защитной металлической оболочкой 1, слой порошкового электроизолирующего материала 3 имеет переменную по длине нагревательной спирали толщину, линейно уменьшающуюся от толщины, обеспечивающей электрическую прочность слоя порошкового электроизолирующего материала при амплитудном значении напряжения питания, до нулевой на противоположном конце нагревательной спирали. 2 ил.

Нагреватель патронного типа предназначен к использованию на объектах ядерной энергетики для нагрева жидкометаллического теплоносителя и содержит оболочку, заполненную минеральной изоляцией, внутри которой помещен изолированный от оболочки нагревательный элемент U-образной формы, заканчивающийся контактными токовыводами, также содержит узел герметизации, через который проходят оба токовывода нагревательного элемента, и заглушку торцевой части сферической формы, нагревательный элемент содержит греющую зону, выполненную из металла с высоким электросопротивлением, и «холодные» выводы, выполненные из металла с низким электросопротивлением, при этом сечение холодного вывода превышает сечение вывода на участке греющей зоны не менее чем в 2 раза; в нагревательном элементе имеется переход между «горячей» греющей зоной и «холодными» выводами, а нагреватель на участке между греющей зоной и «холодными» токовыводами имеет плавный переход с меньшего диаметра на больший; оболочка может быть выполнена одно или многослойной и состоять из коррозионно- и жаростойких сплавов: минеральная изоляция уплотнена до 3,1 г/см3. Модификации нагревателей, основанные на указанных конструктивных решениях, могут быть использованы и в других отраслях промышленности. Данное техническое решение позволяет изготавливать различные варианты нагревателей патронного типа по габаритам и мощности. 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к производству устройств типа плоских электронагревателей излучающего типа. Описана конструкция тонкопленочного электронагревателя, содержащего резистивный элемент, в виде матовой полимерной пленки с токопроводящим покрытием в виде наноразмерного слоя, который расположен между двумя термостойкими электроизоляционными пленками и снабжен выводами для подключения к электрической сети, выводы присоединены к выполненным в виде двухсторонних гребенок контактам, нанесенным по ширине токопроводящего покрытия и выполненным в виде сплошных узких лент из электропроводного материала, закреплены вдоль всей поверхности каждой из гребенок таким образом, что их концы с каждой из сторон расположены выходящими за пределы ширины резистивного элемента, но не выходящими за пределы ширины электроизоляционных пленок, количество зубцов с каждой из сторон гребенки составляет от 1 до 5 на одном сантиметре длины гребенки, количество зубцов, расположенных на одном сантиметре наружной стороны гребенки, меньше количества зубцов, расположенных на одном сантиметре внутренней стороны гребенки, а наружная поверхность лент выводов выполнена шероховатой. Технический результат: повышение надежности, эффективности и обеспечение удобства монтажа. 2 ил., 3 пр.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам преобразования электрической энергии в тепловую. Трубчатый электронагреватель содержит внешнюю трубчатую оболочку (1), центральный токопроводящий электрод (2), герметизирующий фланец (3) с электрически изолированным от трубчатой оболочки выводом (4) центрального токопроводящего электрода, тепловыделяющий элемент (5) в виде скрученного вокруг оси центрального токопроводящего электрода металлического листа, образующего в разрезе неплотную спираль, пространство между витками которой заполнено порошковым диэлектриком (6). К выводу присоединяется питающий проводник с линейным потенциалом. Трубчатая оболочка через герметизирующий фланец заземляется (N). В этом случае через тепловыделяющий элемент 3 протекает ток и в нем происходит выделение тепла. При этом по длине спирального тепловыделяющего элемента происходит падение напряжения, пропорциональное длине участка. Изобретение позволяет повысить ресурс и эксплуатационную надежность нагревателя. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к трубчатым электронагревателям, и может быть использовано для нагрева различных сред, например, воздуха, воды или других жидкостей. Трубчатый электронагреватель содержит корпус (1), стержень (2) из диэлектрического материала и спираль (3) из токопроводящего материала, навитую на стержень, при этом пространство между стержнем и корпусом заполнено диэлектрическим материалом. Стержень выполнен полым, спираль проходит через внутреннее пространство стержня и навита на его внешнюю поверхность, при этом корпус и стержень выполнены из металлокерамики или кварцевого стекла, а пространство внутри стержня, между стержнем и корпусом заполнено кварцевым песком или жидким стеклом. Изобретение обеспечивает снижение потребляемой энергии при снижении общего времени нагрева среды, а также снижение вероятности выхода из строя. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Наверх