ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 1994 года по МПК H05B3/20 

Изобретение относится к устройствам для подогрева газа и жидкостей и может быть использовано в быту, в различных технологических процессах, на транспорте и в других областях техники.

В настоящее время все более широкое развитие получают ленточные электронагреватели, в которых нагревательные элементы выполнены из тонкой металлической ленты, так как металлическая лента имеет значительно большую теплоизлучающую поверхность, чем круглый провод равного поперечного сечения. При этом, чем тоньше лента, тем больше ее теплоизлучающая поверхность, а следовательно, и больше эффективность подогрева текучей среды. Однако малая жесткость тонкой ленты ограничивает возможности создания достаточно эффективных жестких конструкций ленточных электронагревателей. Поэтому в настоящее время представляют интерес конструкции ленточных электронагревателей, обладающих предельной простотой и высокой технологичностью при возможно меньшей толщине металлической ленты.

Известен электронагреватель воздуха (авт. св. N 1083415, кл. Н 05 В 3/24, 1981), содержащий корпус, в котором размещен электронагревательный элемент в виде многократно изогнутой с изгибами в форме треугольника ленты, которая своими четными изгибами закреплена по периметру корпуса.

Указанное техническое решение при определенных условиях обеспечивает возможность получения достаточно жесткой конструкции, обеспечивающей надежную работу электронагревателя, так как треугольник из тонкой ленты является наиболее жестким конструктивным элементом из числа других геометрических фигур, выполненных из такой же ленты. Этими определенными условиями является толщина ленты и длина стороны треугольника. При уменьшении толщины ленты с целью повышения эффективности электронагревателя необходимо для сохранения достаточной жесткости конструкции уменьшить и длины сторон треугольника, что при конструировании электронагревателя той же мощности вынуждает предусматривать увеличение числа изгибов ленты и числа мест их крепления, что в свою очередь вынуждает увеличивать габариты электроизоляционного корпуса и ухудшает технологичность конструкции.

Кроме того, эффективность нагревателя-аналога невелика, так как ламинарный поток текучей среды при движении вдоль гладкой ленты обеспечивает хороший теплосъем только в начале контакта нагретой поверхности и потока. Затем температура пограничного слоя становится близкой к температуре поверхности нагревательного элемента, а, как правило, тепло переносится только от горячего тела к холодному. Все это позволяет применять указанное техническое решение только в весьма ограниченных случаях.

Известен электронагреватель (Заявка ФРГ N 3706601, кл. Н 05 В 3/24, 1987), содержащий жаростойкий электроизоляционный опорный корпус с пазами и закрепленный на нем электронагревательный элемент в виде многократно изогнутой металлической ленты, имеющей между местами ее поворотов продольные гофры.

Это устройство является наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату, в связи с чем оно рассматривается в материалах заявки в качестве прототипа.

В конструкции электронагревателя данного устройства продольные гофры на участках ленты выполняют функции ребер жесткости, применение которых позволяет применять более тонкую ленту, не прибегая к уменьшению длины участков, расположенных между поворотами ленты, и, следовательно, позволяет повышать эффективность электронагревателя без увеличения габаритов опорного корпуса. Кроме того, продольные гофры повышают эффективность теплоотдачи от нагретой поверхности к текучей среде, так как гофры способствуют турбулизации потока текучей среды, т. е. интенсивному ее перемешиванию, вследствие чего интенсифицируется теплоотдача. Однако, в данном устройстве лента прикреплена к корпусу своими поворотными участками, не имеющими продольных гофров, т. е. ребра жесткости не имеют жесткого крепления к корпусу и представляют собой жесткие элементы на упругой подвеске, роль которой выполняют участки ленты, не усиленные упомянутыми гофрами. Это делает конструкцию недостаточно жесткой, существенно ограничивает возможность необходимого уменьшения толщины металлической ленты и вынуждает увеличивать число точек крепления ленты, т. е. все это создает дополнительные сложности при конструировании. Кроме того, в конструкции предусматривается применение дополнительных фиксирующих элементов, имеющих малые размеры и требуемых в сравнительно больших количествах, но не относящихся к стандартизированному крепежу.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности и упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в электронагревателе текучей среды, содержащей жаростойкий электроизоляционный опорный корпус с пазами и закрепленный в них электронагревательный элемент в виде многократно изогнутой металлической ленты с продольными гофрами, согласно изобретению продольные гофры выполнены по всей длине металлической ленты, а крепление ленты в пазах выполнено ее упругой деформацией.

Кроме того, при выполнении паза прямоугольной формы на опорном корпусе со стороны пазов установлена дополнительная планка.

Кроме того, одним из вариантов опорного корпуса с пазами является выполнение его в виде двух, находящихся в зацеплении зубчатых реек, а указанные пазы образованы боковыми поверхностями зубьев.

Вышеперечисленные признаки заявляемого электронагревателя текучей среды, которые отличают его от известного, позволяют:
во-первых, обеспечить увеличение суммарной площади гофрированных участков нагревательного элемента и, следовательно, повысить эффективность теплоотдачи, так как турбулизация текучей среды при обтекании гофров существенно увеличивает интенсивность теплообмена между нагретой поверхностью электронагревательного элемента и нагреваемой текучей средой;
во-вторых, упростить конструкцию, так как крепление ленты путем фиксации гофрированных участков в пазах силой упругой деформации ленты позволяет обойтись без специальных фиксирующих элементов.

В качестве предпочтительного варианта является устройство согласно изобретению, в котором предусмотрена сопрягаемая с корпусом деталь, закрывающая пазы с помещенными в них деформированными участками ленты.

Возможен также вариант устройства согласно изобретению, в котором корпус выполнен в виде двух зубчатых реек, находящихся в зацеплении при обеспечении заданного люфта, а деформированные участки профиля ленты зафиксированы между боковыми поверхностями зубьев.

В известных технических решениях заявителем не обнаружено совокупности признаков, присущих предлагаемому изобретению, на основании чего сделан вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия" (изобретательский уровень).

На фиг. 1 представлен пример исполнения электронагревателя согласно изобретению; на фиг. 2, 3 и 4 - варианты исполнения устройства согласно изобретению.

Электронагреватель (фиг. 1) содержит опорный корпус 1, выполненный из жаростойкого электроизоляционного материала, например из керамики. Корпус 1 имеет форму бруска, по обе стороны которого предусмотрены пазы, размещенные в шахматном порядке, пазы могут иметь поперечное сечение в виде, например, ласточкина хвоста (паз 2а), треугольника с закраинами (паз 2б), прямоугольника (паз 2в) и т. п. Нагревательный элемент, представляющий собой многократно изогнутую металлическую резистивную ленту 3 с продольными гофрами по всей ее длине, участки 6 крепления, более широкие, чем пазы 2, установлены в указанные пазы и удерживаются в них за счет сил, возникающих в результате упругой деформации контура поперечного сечения ленты. Если паз имеет прямоугольное сечение или другое подобное сечение, то необходимо предусмотреть еще и сопряженную с корпусом 1 планку 7, которая закрывает все прямоугольные пазы и обеспечивает деформацию контура поперечного сечения ленты.

На фиг. 2 представлен вариант устройства согласно изобретению. В этом устройстве корпус 1 выполнен в виде двух находящихся в зацеплении зубчатых реек 1а и 1б, выполненных с обеспечением заданного люфта, а участки 6 крепления зафиксированы между боковыми стенками зубьев.

На фиг. 3 представлен вариант устройства с корпусом 1, выполненным в виде двух сопряженных колец с радиальными пазами 8а и 8б, в которых за счет упругих деформаций ленты зафиксированы соответствующие ее участки.

На фиг. 4 представлен вариант устройства, в котором нагреватель имеет вид многократно изогнутой по своей высокой кромке ленты 3 (в этом случае плоскость изгибов совпадает с плоскостью ленты), с продольным гофром, проходящим по всему контуру многократно изогнутой ленты.

Работа электронагревателя осуществляется в приборе или в устройстве, для которых он предназначен (например электрокамин или тепловентилятор). Обычно он подключается в электросеть через электросхему указанного прибора или устройства и используется по назначению. Включение и выключение электронагревателя осуществляется обычными элементами управления.

Благодаря получаемой с применением достаточно тонкой металлической ленты жесткой конструкции электронагревательного элемента предлагаемый электронагреватель может обеспечить эффективность теплоотдачи, существенно превышающую эффективность теплоотдачи известных электронагревателей.

Технология изготовления подобного электронагревателя сравнительно проста, так как она включает в себя изготовление довольно простого опорного корпуса, формирование продольного гофра и многократных изгибов путем прокатки или штамповки и очень простую сборку, которая осуществляется простым "защелкиванием" ленты в соответствующие пазы. Все это обеспечивает возможность изготовления подобных электронагревателей большими сериями при сравнительно малых трудозатратах. (56) Авторское свидетельство СССР N 1083415, кл. Н 05 В 3/24, 1981.

Заявка ФРГ N 3706601, кл. Н 05 В 3/24, 1987.

Сущность изобретения: электронагреватель содержит опорный корпус, выполненный из жаростойкого электроизоляционного материала, например из керамики. Корпус имеет, например форму бруска, по обе стороны которого предусмотрены пазы, размещенные в шахматном порядке, пазы могут иметь поперечное сечение в виде, например, ласточкиного хвоста, треугольника с закраинами, прямоугольника и т. п. Нагревательный элемент, представляет собой многократно изогнутую металлическую ленту с местами поворота и с продольными гофрами, выполненными по всей длине металлической ленты. Участки в местах крепления ленты более широкие, чем пазы, установлены в указанные пазы и удерживаются в них за счет сил, возникающих в результате упругой деформации контура поперечного сечения ленты. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ, содержащий жаростойкий электроизоляционный опорный корпус с пазами и закрепленный в них электронагревательный элемент в виде многократно изогнутой металлической ленты с продольными гофрами, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса теплоотдачи и упрощения конструкции, продольные гофры выполнены по всей длине металлической ленты, а крепление ленты в пазах выполнено ее упругой деформацией. 2. Электронагреватель по п. 1, отличающийся тем, что в случае выполнения паза прямоугольной формы на опорном корпусе со стороны пазов установлена дополнительная планка. 3. Электронагреватель по п. 1, отличающийся тем, что опорный корпус выполнен в виде находящихся в зацеплении двух зубчатых реек, а указанные пазы образованы боковыми поверхностями зубьев.