RU163119U1 - Трубчатый электрический нагревательный элемент - Google Patents

Abstract

1. Трубчатый электрический нагревательный элемент, выполненный из металла с высокой теплопроводностью в виде трубчатого корпуса с выступающими теплорассеивающими телами, размещенными под углом к трубчатому корпусу, внутри трубчатого корпуса помещена нагревательная нить, выполненная из сплава с высоким удельным сопротивлением, пространство между нагревательной нитью и внутренней стенкой трубчатого корпуса заполнено изолирующим материалом с высокой теплопроводностью, а концы нагревательной нити выполнены с возможностью соединения с изолированными токоподводами, отличающийся тем, что трубчатый корпус и выступающие теплорассеивающие тела представляют собой моноблок, в котором теплорассеивающие тела состоят из теплорассеивающих пластин, образующие поверхности которых выполнены с оребрением в виде рифлений, и теплорассеивающих элементов, которые соединены друг с другом боковыми кромками и размещены под углом к теплорассеивающей пластине.2. Трубчатый электрический нагревательный элемент по п. 1, отличающийся тем, что поверхность моноблока имеет микропрофиль, сформированный путем пескоструйной обработки.3. Трубчатый электрический нагревательный элемент по п. 1, отличающийся тем, что рифления на теплорассеивающих пластинах имеют продольное или поперечное направления.4. Трубчатый электрический нагревательный элемент по п. 1, отличающийся тем, что рифления на теплорассеивающих пластинах в поперечном сечении имеет форму в виде окружности или треугольников, или прямоугольников, или трапеций со округлениями или без скруглений.5. Трубчатый электрический нагревательный элемент по п. 1, отличающийся тем, что теплорассеи

Description

Заявляется полезная модель, относящаяся к электротехнике, а именно, к трубчатым электронагревательным элементам (ТЭНам), применяемым в бытовых обогревателях конвекционного типа (конвекторы).

В настоящее время все большее распространение находит электрический обогрев жилых, общественных и производственных помещений, который открывает новые возможности качественного улучшения санитарно-гигиенических условий и повышения уровня комфорта среды обитания человека.

Известно множество трубчатых электронагревателей (ТЭНов), содержащих нагревательный элемент в виде намотанной на сердечник проволочной спирали из сплава с высоким удельным сопротивлением с изолирующей оксидной пленкой на поверхности, помещенный в герметичный корпус из металла с высокой теплопроводностью, при этом пространство между нагревательным элементом и корпусом заполнено изолирующим материалом с высокой теплопроводностью, концы спирали связаны с герметичными изолированными токоподводами, выведенными через торцы трубчатого корпуса (см, например патент RU №147180, 2014).

Известные ТЭНы устанавливают в корпусе нагревательного прибора для нагрева воздуха. К недостаткам известных конструкций ТЭНов можно отнести относительно высокую массу, большие габариты самой конструкции, невысокую поверхность теплоотдачи, высокую удельную мощность. Низкая площадь теплоотдачи приводит к повышению температуры при работе нагревателя, что негативно сказывается на надежности эксплуатации ТЭНа.

Известны ТЭНы, которые в значительной части не имеют указанных недостатков.

В частности, известны нагревательные элементы, на оболочку трубчатых элементов которых дополнительно насажены теплорассеиватели, выполненные в форме пластин, расположенных в виде ласточкина хвоста (CN103528418, 2015) или теплорассеиватели, выполненные в виде насаженных на оболочку трубчатого корпуса пластин, поверхности которых, обращенные друг к другу, снабжены равноудаленными треугольными элементами с оребренной поверхностью для усиления рассеивания тепла (ЕР 2439476, 2012).

Наиболее близким является трубчатый электронагревательный элемент, который изготовлен прессованием из алюминия или алюминиевого сплава трубчатого элемента, в корпусе которого размещен источник тепла, а снаружи снабжен одним или несколькими выступающими теплорассеивающими элементами, изготовленными из алюминия и имеющими форму крыльев с некоторым количеством ребер на каждом крыле, теплорассеивающие элементы закреплены на корпусе трубчатого нагревательного элемента прямо или под углом посредством элементов крепления в виде заклепок, сварки, фальцовки или иным аналогичным способом (FR 2764162, 1998).

Известные нагревательные элементы с теплорассеивающими пластинами при их размещении в экранированных нагревательных приборах по сравнению с нагревательными приборами, снабженными трубчатым электронагревательным элементом без теплорассеивающих пластин, позволяют получить очевидные технические преимущества. Указанные технические преимущества состоят в увеличении площади теплоотдачи поверхности и, как следствие, повышению эффективности работы нагревательного прибора, снижению удельной массы и габаритов прибора, снижению удельной мощности и, как следствие, снижению температуры нагревательного элемента, что увеличивает срок его службы. Вместе с тем, ТЭН по прототипу не позволяет эффективно сократить инертность нагревательного прибора, т.е. в быстром выходе на рабочую температуру и быстрое остывание при отключении. Кроме того, наличие элементов крепления между выступающими теплорассеивающими элементами и трубчатым корпусом, образуют мостики холода, которые снижают эффективность работы ТЭНа.

Технической задачей полезной модели является расширение ассортимента эффективных ТЭНов, которые обеспечивают улучшение показателей электрических нагревателей за счет эффективного сокращения инертности и быстрого достижения нагревателем температуры, достаточной для эффективного нагрева помещений.

Технический результат, обеспечиваемый заявляемой полезной моделью, заключается в сокращении инертности изделия путем быстрого выхода на рабочую температуру и быстрого остывания при отключении, быстрого достижения ТЭНом необходимой температуры, что приводит к уменьшению энергопотребления нагревательного прибора в целом, обеспечивает возможность достижения необходимого уровня нагрева при пониженной рабочей температуре, позволяя обеспечить нагревателю более высокий уровень надежности и безопасности эксплуатации.

Сущность заявляемой полезной модели состоит в том, что заявляемый трубчатый электрический нагревательный элемент выполнен из металла с высокой теплопроводностью в виде трубчатого корпуса с выступающими теплорассеивающими телами, размещенными под углом к трубчатому корпусу, внутри трубчатого корпуса помещена нагревательная нить, выполненная из сплава с высоким удельным сопротивлением, пространство между нагревательной нитью и внутренней стенкой трубчатого корпуса заполнено изолирующим материалом с высокой теплопроводностью, а концы нагревательной нити выполнены с возможностью соединения с изолированными токоподводами. Отличием заявляемого ТЭНа является то, что трубчатый корпус и выступающие теплорассеивающие тела представляют собой моноблок, в котором теплорассеивающие тела состоят из теплорассеивающих пластин, образующие поверхности которых выполнены с оребрением в виде рифлений, и теплорассеивающих элементов, которые соединены друг с другом боковыми кромками и размещены под углом к теплорассеивающей пластине.

Для достижения дополнительного результата, направленного на увеличение площади теплорассеивания, поверхность указанного моноблока подвергнута пескоструйной обработке для формирования микропрофиля.

Трубчатый корпус предпочтительно имеет овальную форму в поперечном сечении.

Рифления на теплорассеивающих пластинах могут иметь продольное или поперечное направления. Форма рифлений в поперечном сечении может быть представлена в виде окружности, треугольников, прямоугольников, трапеций со округлениями и без скруглений и т.д. Направление рифлений и их форма не влияют на заявленный технический результат. Рифления могут быть сформированы методом экструзии профиля или обработкой давлением.

В заявляемом устройстве площадь теплопередачи существенно увеличена за счет наличия теплорассеивающих элементов, размещенных под углом к теплорассеивающей пластине. Теплорассеивающие элементы представлены ребрами, соединенными друг с другом посредством их смежных боковых кромок с образованием теплопередающего тела сложного профиля с развитой поверхностью. Форма поперечного сечения теплорассеивающих элементов может быть различной, например в виде окружности, треугольников, прямоугольников, трапеций со округлениями или без скруглений и т.д. Теплорассеивающие элементы формируют методом обработкой давлением.

Теплорассеивающие элементы могут быть выполнены разной высоты с образованием криволинейной верхней поверхности, что также дополнительно увеличивает площадь теплопередачи нагревательного элемента. Указанная криволинейная поверхность может быть сформирована методом экструзии профиля или обработкой давлением.

Под моноблоком понимается такое изготовление корпуса, в котором трубчатый корпус и выступающие теплорассеивающие тела не имеют элементов крепления в виде заклепок, сварки, вальцовки и иных аналогичных мест соединения. Моноблок изготавливают методом экструзии или обработкой давлением и последующей штамповки. В качестве металла с высокой теплопроводностью для изготовления моноблока используют известные для этих целей алюминий или алюминиевые сплавы.

Нагревательную нить подбирают таким образом, чтобы обеспечить необходимую мощность ТЭНа и размещают вдоль осевой линии внутри трубчатого корпуса, например, навивая ее по спирали на сердечник. Нагревательная нить окружена изоляционным материалом с высокой теплопроводностью, в качестве которого используют порошкообразный оксид магния, который напрямую контактирует моноблоком.

Концы нагревательной нити могут быть выведены с левого и правого торцов моноблока. Концы нагревательной нити могут быть выведены с одного торца моноблока, а второй торец заглушен. Со стороны заглушенного торца нагревательная нить выполнена с образованием петли. Способ вывода концов нагревательной нити с торцов моноблока не влияет на достижение заявленного технического результата, но может приводить к получению дополнительного технического результата, связанного с удобством эксплуатации и массово-габаритными размерами нагревателя. Возможность соединения с изолированными токоподводами обеспечивается электроизолирующими вставками и наконечниками для подключения электропитания или проводами для подключения, что исключает наличие открытых токоведущих частей. Указанные способы соединения являются известными и приводят к получению одинакового технического результата.

Заявляемый трубчатый электрический нагревательный элемент за счет выполнения его в виде моноблока с теплорассеивающими телами сложной формы характеризуется отсутствием мостиков холода, что способствует сокращению инертности и быстрого достижения нагревателем температуры, достаточной для эффективного нагрева помещений, а также характеризуется увеличенной площадью теплопередачи и высокой безопасностью эксплуатации. За счет развитой площади теплопередачи теплорассеивающих тел достигается пониженная удельная мощность, снижается материалоемкость и габариты нагревательного прибора конвекционного типа (конвектора).

Заявляемый нагревательный элемент устанавливается в нижней части корпуса нагревательного прибора конвекционного типа (конвектора). Длина и глубина конвектора зависят от габаритных размеров нагревательного элемента. При равной площади теплообмена и равной мощности, заявляемый нагревательный элемент по сравнению с прототипом может быть на 15-20% короче.

Заявляемая совокупность существенных признаков полезной модели обуславливают причинно-следственную связь с заявленным техническим результатом. Выполнение заявляемого нагревательного элемента в габаритах, не превышающих габариты прототипа, позволяет обеспечить большую площадь теплоотдачи и повышенную эффективность за счет выполнения корпуса в виде моноблока с выступающими теплорассеивающими телами сложной формы, а также обеспечивает простоту монтажа нагревательного элемента в конвекторе, позволяя получить мощный, компактный, эффективный и надежный в эксплуатации конвектор.

Заявляемый нагреватель может быть изготовлен из известных материалов с использованием известных технологий штамповки и известных приемов сборки, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость».

Заявляемая полезная модель иллюстрируется следующими рисунками.

На фиг.1 общий вид нагревательного элемента.

На фиг.2 представлен профиль поперечного сечения нагревательного элемента.

На фиг.3 представлено визуальное сравнение поперечных сечений предлагаемого нового нагревательного элемента (б) и известного ранее (а).

На фиг.4 представлен корпус нагревательного элемента в виде моноблока.

На фиг.5 представлена одно теплорассеивающее тело нагревательного элемента, в котором поверхность теплорассеивающей пластины выполнена с оребрением в виде рифлений и размещенным под углом теплорассеивающими элементами.

Корпус нагревательного элемента выполнен в виде моноблока (1) и имеет форму профиля постоянного сечения сложной формы, содержащий трубчатый корпус (6) в котором размещены нагревательная нить, навитая спиралью на стержень (не показаны), концы нагревательной нити снабжены контактными стержнями (2) и приваренными к ней контактами для подключения электроподвода (3). На торцах моноблока (1) закреплены термостойкие изоляционные заглушки (4), обеспечивающие неподвижность выводных контактов нагревательной нити и герметизирующее внутреннюю полость его трубчатого корпуса (6), заполненную порошком оксидом магния (не показан). Моноблок (1) содержит выступающие теплорассеивающие тела, состоящие из теплорассеивающих пластин (5), образующие поверхности которых выполнены с оребрением в виде рифлений. На каждой теплорассеивающей пластине (5) дополнительно выполнены теплорассеивающие элементы (7), размещенные под углом к теплорассеивающей пластине (5). Теплорассеивающие элементы (7) выполнены в виде ребер разной высоты, соединенных между собой смежными боковыми кромками и образуя криволинейную верхнюю поверхность теплорассеивающего тела.

Заявляемый нагревательный элемент изготавливают следующим образом. Профиль для изготовления моноблока (1) изготавливают из алюминия или алюминиевого сплава методом экструзии, после чего из него нарезаются трубчатые корпуса (6) необходимой длины, на внешней поверхности корпуса (6) размещены выступающие теплорассеивающие тела, состоящие из теплорассеивающих пластин (5). В полость трубчатого корпуса (6) помещают нагревательную нить (2), навитую спиралью на стержень, и набивают все имеющиеся пустоты изолирующим материалом с высокой теплопроводностью - порошком оксида магния. По окончания набивки полостей трубчатого корпуса (6), его тело опрессовывается прессом, после чего внутренний объем трубчатого корпуса (6) сокращается, что приводит к спрессовыванию порошка оксида магния, позволяя исключить внутренние пустоты и недостаточную теплопередачу от нагревательной нити к моноблоку (1). Оребрение и виде рифлений на теплорассеивающих пластинах (5) и теплорассеивающие элементы (7) в виде размещенных в одной плоскости ребер, выполненных разной высотой и соединенных между собой смежными боковыми кромками с образованием криволинейной верхней поверхности теплорассеивающего тела, получают дальнейшим формованием моноблока путем штамповки. Теплорассеивающие элементы (7) получают, например, путем отгиба под углом теплорассеивающей пластины (5) с оребрением. Все наружные поверхности нагревательного элемента подвергают пескоструйной обработке, что также позволяет увеличить площадь теплоотдачи и снизить рабочую температуру изделия.

Заявляемая полезная модель за счет заявляемой конструкции корпуса, выполненной в виде моноблока, позволяет получить нагревательный элемент, обеспечивающий повышенную теплоотдачу. Повышенную теплоотдачу обеспечивают также выступающие теплорассеивающие тела, выполненные в виде оребренных теплорассеивающих пластин и соединенные с ними теплорассеивающие элементы, выполненные в виде соединенных друг с другом ребер. Повышенная теплоотдача моноблока позволяет сократить инертность конвектора путем быстрого выхода на рабочую температуру и быстрого остывания его при отключении, а также быстрое достижение ТЭНом необходимой температуры без увеличения габаритов и массы.

Помимо вышеуказанного, заявляемая полезная модель за счет применения в конвекторе меньших габаритов и массы ТЭНа позволяет удешевить изделие, сократить площадь складирования и сократить трудозатраты для осуществления складского учета.

Claims (7)

1. Трубчатый электрический нагревательный элемент, выполненный из металла с высокой теплопроводностью в виде трубчатого корпуса с выступающими теплорассеивающими телами, размещенными под углом к трубчатому корпусу, внутри трубчатого корпуса помещена нагревательная нить, выполненная из сплава с высоким удельным сопротивлением, пространство между нагревательной нитью и внутренней стенкой трубчатого корпуса заполнено изолирующим материалом с высокой теплопроводностью, а концы нагревательной нити выполнены с возможностью соединения с изолированными токоподводами, отличающийся тем, что трубчатый корпус и выступающие теплорассеивающие тела представляют собой моноблок, в котором теплорассеивающие тела состоят из теплорассеивающих пластин, образующие поверхности которых выполнены с оребрением в виде рифлений, и теплорассеивающих элементов, которые соединены друг с другом боковыми кромками и размещены под углом к теплорассеивающей пластине.

2. Трубчатый электрический нагревательный элемент по п. 1, отличающийся тем, что поверхность моноблока имеет микропрофиль, сформированный путем пескоструйной обработки.

3. Трубчатый электрический нагревательный элемент по п. 1, отличающийся тем, что рифления на теплорассеивающих пластинах имеют продольное или поперечное направления.

4. Трубчатый электрический нагревательный элемент по п. 1, отличающийся тем, что рифления на теплорассеивающих пластинах в поперечном сечении имеет форму в виде окружности или треугольников, или прямоугольников, или трапеций со округлениями или без скруглений.

5. Трубчатый электрический нагревательный элемент по п. 1, отличающийся тем, что теплорассеивающие элементы выполнены в виде ребер.

6. Трубчатый электрический нагревательный элемент по п. 5, отличающийся тем, что ребра в поперечном сечении выполнены в виде окружности или треугольников, или прямоугольников, или трапеций со округлениями или без скруглений.

7. Трубчатый электрический нагревательный элемент по п. 5, отличающийся тем, что ребра выполнены разной высоты, верхние кромки которых образуют дополнительную криволинейную поверхность.

Images