ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ ПРОТОЧНЫХ ТЕКУЩИХ СРЕД Российский патент 2013 года по МПК H05B3/34 

Предлагаемый нагреватель может быть использован в любой отрасли народного хозяйства где необходим низкотемпературный нагрев жидких и газообразных сред типа воды, жидких технических сред, масел, воздуха и тому подобных сред в проточном режиме.

Известно гибкое нагревательное устройство содержащее гибкий ленточный нагревательный элемент прикрепленный к гибкому основанию, расположенный в карманах основания. Нагревательный элемент выполнен в виде секций, соединенных между собой параллельно и изолированных друг от друга. (См. патент РФ №2118070 по кл. H05B 3/34 за 1996 г.)

Также известен гибкий электронагреватель содержащий токонепроводящую основу, на которой за счет адгезии закреплены нагревательные проводники в виде токопроводящей пасты в виде смеси полимерной проводниковой пасты и полимерной резисторной пасты с элементами подключения к источнику питания (См. свидетельство на ПМ №21991 по кл. H05B 3/34 за 2002 г.)

Недостатком известных гибких нагревательных элементов это низкий КПД нагрева среды из-за небольшой площади контакта с нагреваемой средой и расположения самого нагревательного элемента на одном участке нагреваемой среды, что увеличивает время нагрева среды и приводит к увеличенному потребления электроэнергии.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату является гибкий электронагреватель содержащий два слоя электоизоляционного основания, между которыми размещен токопровродящий резисторный слой выполненный из углеродистых жгутов, концы которых закреплены в токоподводах, расположенных с двух сторон и выполненных в виде пары металлических полос, наложенных друг на друга. Металлические полосы токоподводов в паре соединены между собой точечной сваркой, а слои изоляционного основания соединены с резисторным слоем с помощью клея. (См. патент РФ на изобретение №2213432 по кл. H05B 3/34 за 2001 г.)

Недостатки описанного гибкого электронагревателя аналогичны недостаткам вышеописанных нагревателям, а именно малая нагревательная поверхность, низкий КПД нагрева, местное расположение нагревателя в среде и значительно большой промежуток времени, требуемый на нагрев текучей среды.

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранения указанных недостатков, снижения электроэнергии при нагреве среды за счет увеличения площади контакта текучей среды с нагревательным элементом и повышение срока службы самого нагревательного элемента путем исключения отложений из среды на нагревательном элементе.

Указанная техническая задача достигается тем, что в электронагревателе для проточных текущих сред с гибким нагревательным элементом, содержащий жесткий корпус, преимущественно цилиндрической формы, внутри которого установлен плоский фольгированный резистивный элемент, покрытый со всех сторон защитной электроизоляционной оболочкой фольгированный резистивный элемент установлен в жестком корпусе под углом к направлению движения среды и расположен витками по всей площади поперечного сечения жесткого корпуса с гарантированным зазором между смежными витками, а максимальная температура нагрева резитивного элемента ниже температуры кипения нагреваемой среды.

На фиг.1 - изображен предлагаемый электронагреватель, продольное сечение

На фиг2 - сечение по А-А фиг.1 согласно п.3 формулы

На фиг3 - сечение по А-А фиг.1 согласно п.4 формулы

Как показано на графических материалах предлагаемый электронагреватель содержит жесткий корпус 1 преимущественно круглой формы. Внутри корпуса 1 закреплен фольгированный резисторный элемент 2 (далее ФРЭ). Тело ФРЭ выполнено из алюмосодержащего сплава и может быть свернуто по спирали или в форме змейки, витки 3 которого расположены с гарантированным зазором 4 между каждыми смежными витками 3 по всей площади полости 5 корпуса 1. На боковых поверхностях ФРЭ 2 нанесена токонепроводящая поверхность в виде оксидной пленки, являющаяся изолятором (не показано). Противоположные стороны ФРЭ снабжены контактами 6 и 7, соединенными с источником питания 8. Все витки 3 расположены под углом =0-90 к направлению движения нагреваемой среды 9. По торцам корпус 1 закрыт крышками 10 и 11 с отверстиями 12 и 13 для соединения с подающей 14 и отводящей 15 магистралями нагреваемой среды 9.

Тело ФРЭ 2 выполнено в виде плоской пластины преимущественно из алюмосодержащего сплава, а защитная оболочка на поверхности тела выполнена в виде тонкого покрытия из оксида алюминия, согнутой в спираль или выполненная в виде змейки и установлено во всей площади поперечного сечения полости 5 корпуса 1, по которой движется нагреваемая среда 9. Каждый из витков 3 расположен с соседними витками с гарантированным зазором 4.

Работа предлагаемого электронагревателя осуществляется следующим образом. Из подающей магистрали 14 через отверстие 12 текучая среда 9 подается в полость 5 корпуса 1 и заполняет ее. После заполнения полости 5 текучая среда удаляется из нее через отверстие 13 в отводящую магистраль 15. Одновременно с подачей в полость 5 текучей среды 9 от источника питания 8 подается электрический ток на контакты 6 и 7 ФРЭ 2. Под воздействием электроэнергии вся поверхность ФРЭ 2 нагревается и это тепло передает нагреваемой среде 9 например жидкости. Весь поток среды 9 разделяется на отдельные потоки, сечение которых равны сечению зазоров 4 витков спирали или змейки 3 нагревательного элемента 2.

Под воздействием разделения всего объема жидкости на множество отдельных потоков площадь проходного сечения каждого отдельного потока уменьшается, движется между двумя смежными витками 3 тела ФРЭ 2 и нагревается с двух сторон. Время нагрева рабочей среды 9 определяется длиной тела ФРЭ 2, а нагрев среды осуществляется с двух сторон одновременно во всех зазорах 4 между каждым из витков 3. После нагрева среда 9 направляется к потребителю, например для обогрева зданий. После прохода ФРЭ 2 по всей длине поток среды 9 соединяется в один и через отверстие 12 удаляется из нагревателя в отводящую магистраль 15. За счет увеличения площади контакта нагревателя 2 с нагреваемой средой снижается время нагрева среды 9, а температура нагрева тела нагревателя 2 может быть меньше температуры кипения текучей среды, например воды но достаточной для ее нагрева до необходимой температуры. Как правило, в системах отопления зданий и сооружений температура воды колеблется от 40 до 70 градусов и температура нагревательного элемента в зависимости от нужд потребителя находится в тех же температурных пределах, что и нагреваемая среда. При этом витки спирали 3 или змейки ФРЭ 2 расположены параллельно внутренней стенки жесткого корпуса 1 но и могут быть установлены под углом по отношению к направлению к нему. Направление движения текучей среды 9 в полости формируется внутренней поверхностью корпуса 1. Предлагаемый угол наклона витков спирали колеблется от нуля до 60 градусов. Дальнейшее увеличение угла наклона возможно но не целесообразно из-за резкого увеличения давления и снижения скорости движения нагреваемой среды, что приводит к снижению производительности нагревателя.

Благодаря выполнению нагревательного элемента в виде тонкой фольгированной полосы, свернутой в рулон и установленной внутри корпуса позволяет производить нагрев жидкости или воздуха непосредственно при его движении между поверхностями нагревательного элемента за счет контакта с нагревательным элементом без конвекции, что позволяет во много раз увеличить площадь контакта нагреваемой среды с нагревательным элементом и снизить время нагрева среды в проточном режиме и увеличить производительность электронагревателя. Кроме того за счет увеличения площади нагрева появлятся возможность снизить температуру нагрева самого нагревательного элемента, что полностью исключает образование отложений на самом нагревательном элементы, улучшает теплопередачу от нагревателя к среде независимо от срока эксплуатации и..

Использование предлагаемого технического решения в нагревательных системах позволит снизить затраты электроэнергии, уменьшить время нагрева среды непосредственно в проточном режиме без конвекционного эффекта и снизить температуру нагрева самого нагревательного элемента в зависимости от требуемой температуры нагреваемой среды, что дает возможность увеличить срок службы всего нагревателя и существенно снизить мощность нагревательного элемента по сравнению с известными конструкциями электронагревателей.

Изобретение относится к нагревателям для текучих сред. Нагреватель может быть использован в любой отрасли народного хозяйства, где необходим низкотемпературный нагрев жидких и газообразных сред типа воды, жидких технических сред, масел, воздуха и тому подобных сред в проточном режиме. Техническим результатом является снижение электроэнергии при нагреве среды за счет увеличения площади контакта с нагревательным элементом и повышение срока службы самого нагревательного элемента путем исключения отложений из среды на нагревательном элементе. Электронагреватель для проточных текущих сред с гибким нагревательным элементом содержит жесткий корпус, преимущественно цилиндрической формы, внутри которого установлен плоский фольгированный резистивный элемент под углом к направлению движения среды, корпус элемента выполнен изогнутым по форме корпуса и расположен витками по всей его площади поперечного сечения с гарантированным зазором между смежными витками. Поверхность фольгированного резистивного элемента расположена параллельно внутренней стенке жесткого корпуса. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электронагреватель для проточных текущих сред с гибким нагревательным элементом, содержащий жесткий корпус преимущественно цилиндрической формы, внутри которого установлен плоский фольгированный резистивный элемент, покрытый со всех сторон защитной электроизоляционной оболочкой, отличающийся тем, что фольгированный резистивный элемент установлен в жестком корпусе под углом к направлению движения среды и расположен витками по всей площади поперечного сечения жесткого корпуса с гарантированным зазором между смежными витками.

2. Электронагреватель для проточных текущих сред по п.1, отличающийся тем, что поверхность фольгированного резистивного элемента расположена параллельно внутренней стенки жесткого корпуса.

3. Электронагреватель для проточных текущих сред по п.1, отличающийся тем, что витки фольгированного резистивного элемента внутри корпуса расположены по спирали.

4. Электронагреватель для проточных текущих сред по п.1, отличающийся тем, что витки фольгированного резистивного элемента расположены в форме змейки.

5. Электронагреватель для проточных текущих сред по п.1, отличающийся тем, что фольгированный резистивный элемент выполнен из алюмосодержащего сплава.

6. Электронагреватель для проточных текущих сред по п.1, отличающийся тем, что защитная оболочка фольгированного резистивного элемента выполнена в виде оксидного слоя материала резитивного элемента.

7. Электронагреватель для проточных текущих сред по п.1, отличающийся тем, что температура фольгированного резистивного элемента меньше температуры кипения нагреваемой среды.