Электронагреватель текучей среды Советский патент 1992 года по МПК H05B3/30 

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

Известны электротепловентиляторы с использованием в качестве нагревательного элемента зигзагообразной ленты или проволоки из сплава с высоким электрическим сопротивлением (отечественные электротепловентиляторы типа ЭК-2, ЭК-4, Ветерок и др.).

Недостатком такого типа приборов является наличие открытого нагревательного элемента с высокой температурой на поверхности элемента, что может привести к возгоранию пыли, обескислороживанию воздуха и требует дополнительных мероприятий по пожарной безопасности.

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

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

ч

сл о о о

W

текучей среды, содержащий резистивный 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 (в 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 поверхность резистивной ленты и от малейших осевых нагрузок язычок может соскочить в сторону, что приведет к распадению всего диска (рулона). Для предотвращения этого возникает необходимость в дополнительных элементах, выполненных из керамического жесткого электроизоляционного материала, позволяющих фиксировать спирали по всему диаметру намотки.

К недостаткам следует отнести и то, что при сворачивании б рулон язычки должны быть расположены в продольном направлении (вдоль резистивной ленты) довольно часто. Это необходимо, в особенности, для малого диаметра, с которого начинается на-f мртка, 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 невозможно 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

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

Не исключается и такой недостаток 0 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,

5 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

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

5 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 расшире0 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 недостат5 ком: при работе в среде воздуха происходит активное окисление поверхности нагревательного элемента, уменьшается живое сечение нагревательного элемента, в особенности, это касается работы нагрева0 теля при высоких температурах, что сокращает срок службы нагревателя,

Цель изобретения - повышение эффективности и технологичности изготовления электронагревателя.

5 Цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем резистивный элемент в форме спирали Архимеда, витки которой разделены фиксаторами, выполненными из теплопроводного материала и изолиро0 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 нагре5 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 нагревательного элемента (НЭ) и тем самым способствовать увеличению поверхности теплосъе- ма гофрированного элемента (ГЭ), Увеличение же поверхности теплосъема позволяет повысить эффективность теплопередачи на ГЭ, снизить температурные нагрузки на поверхности НЭ, избежать перегрева, повысить пожарную безопасность, В случае подогрева, например, воздуха исключается его обескислороживание, что способствует созданию нормального микроклимата.

Одновременно, снижение температурных нагрузок и наличие тонкого слоя изоляции позволяет снизить влияние окислительных процессов на поверхности НЭ 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 постоянное расстояние. Одновременно, наличием гофр исключается и смещение витков относительно друг друга вдоль оси диска (рулона), поскольку при совместном сворачивании НЭ входит одной стороной в углубление наружного 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 толщины НЭ с изоляцией должна сохраняться из тех соображений, чтобы при совместной намотке вершина гофры 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 в углублении с зазором, что не обеспечит прилегание НЭ-к гофрам, чем будет снижена эффективность теплосъема.

Наличие углублений позволяет создать и дополнительный эффект - режим турбулентного движения воздуха или газа. Турбулентность будет возникать за счет переменного сечения гофры, что способствует перемешиванию потока и лучшему прогреву.

Повышение технологичности обеспечивается тем, что наличие углублений по вершинам гофр обеспечивает фиксированное положение НЭ относительно ГЭ при совместной намотке, т.е. возникает эффект фиксации витков ГЭ и НЭ относительно друг друга не только в радиальном направлении, но и вдоль оси витков. Наличие таких углублений позволяет освободиться от различных до- 5 полнительных элементов в конструкции.

Технологически предоставляется возможность сборки электронагревателя на механизированном стенде: НЭ (ленточный или кабельный) и ГЭ смотанные в отдельные

0 рулоны и посаженные на отдельные оси сборочного стенда, одновременно наматываются на третью ось - приводную, таким образом формируется третий рулон - электронагреватель.

5 По окончании длины НЭ ГЭ обрезается

и происходит заправка последующего НЭ.

Одновременно, профиль ГЭ позволяет

соединить между собой немерные отрезки

путем наложения концов друг на друга с

0 перекрытием (20-30 мм) и тем самым избежать отходов ГЭ.

Следует отметить, что место перекрытия надежно фиксируется от разъединения в направлении намотки - гофрами, а за счет

5 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 определен0 ным профилем зуба, через которые и пропускается, например, алюминиевая полоса толщиной 0,5-0,8 мм.,

Нз фиг.1 показан электродвигатель с ленточным нагревательным элементом,

5 общий вид; на фиг.2 - то же, вид сбоку; на фиг.З - электронагреватель с круглым нагревательным элементом, общий вид; на фиг.4 - узел I на фиг.2; на фиг.5 - пример использования электронагревателя в каче0 стве электрокалорифера; на фиг.6 - пример использования электронагревателя в качестве электроводонагревателя.

Электронагреватель (фиг. 1) состоит из 1 НЭ (ленточный нагреватель). В качестве НЭ

5 может быть использован элемент нагревательный гибкий ленточный ЭНГЛ180 или ЭНГЛУ400.

НЭ 1 одновременно с ГЭ 2 (например, алюминиевая фольга) свернут в рулон 3, ко0 торый и образует собственно электронагреватель,

Ячейки 4, образованные между поверхностью НЭ 1 и гофрами ГЭ 2, служат для протока обогреваемой среды (воздух, газы,

5 жидкости).

Для использования электронагревателя ЭН в качестве подогревателя жидких сред используется элемент ЭНГЛ180, обладающий герметичной оболочкой из кремний- органической резины с высокими

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 б, где 5 - толщина элемента 1.

На фиг.З общий вид электронагревателя с круглым НЭ 1. Углубление на вершинах гофр имеет профиль элемента и глубину t не более половины диаметра НЭ d.

На фиг.4 показано положение элемента 1 в углублении ГЭ 2 с обеих сторон от элемента 1 и возможное расположение вершин гофр друг относительно друга.

На фиг,5 показан пример использования ЭН в количестве трех 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 соединения 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.6 показан пример использования ЭН в качестве электроводонагревателя.

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 через выводы 17.

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

Принцип работы ЭН сводится к выделению тепла нагревательными элементами 1, обладающими высоким электрическим сопротивлением при прохождении по ним электрического тока. Нагреваемая среда

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

Формула изобретения Электронагреватель текучей среды, содержащий резистивный элемент в форме спирали Архимеда, витки которой разделены фиксаторами, выполненными из теплопроводного материала и изолированы друг от друга, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и технологичности изготовления, фиксаторы выполнены в виде гофрированной ленты, на вершинах гофр которой выполнены углубле- ния по форме сечения резистивного элемента глубиной менее половины толщины резистивного элемента с изоляцией.

шщ

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.

Фие.1

7

Фиг. t

SJ

Фиг.З

Ю

13 //

1J J

Фиг.4

4 4 +i

Злектро Йцеатем

х

11

Фие.$

1615

Фиг. 6