RU191795U1

RU191795U1 - TUBULAR ELECTRIC HEATER

Info

Publication number: RU191795U1
Application number: RU2019112946U
Authority: RU
Inventors: Михаил Дмитриевич Романенко; Александр Борисович Голованчиков; Вячеслав Петрович Багмутов; Валентин Иванович Водопьянов; Александр Станиславович Столярчук; Владислав Валерьевич Баринов
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2019-08-22

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к трубчатым электронагревателям, и может быть использована в различных отраслях промышленности и в быту для нагрева различных сред, например, воздуха, воды или других жидкостей.Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение производительности.Поставленный технический результат достигается тем, что трубчатый электронагреватель, содержащий корпус, полый стержень из диэлектрического материала, спираль из токопроводящего материала, навитую на внешнюю поверхность стержня и проходящую через внутреннее пространство стержня, при этом пространство между стержнем и корпусом заполнено диэлектрическим материалом, причем корпус трубчатого электронагревателя выполнен из материала, обладающего обратимым эффектом памяти формы.The utility model relates to electrical engineering, in particular to tubular electric heaters, and can be used in various industries and in everyday life for heating various environments, for example, air, water or other liquids. The technical result of the proposed design is to increase productivity. The technical result is achieved by that a tubular electric heater containing a housing, a hollow rod of dielectric material, a spiral of conductive material, wound on an external surface rod and passing through the inner space of the rod, while the space between the rod and the housing is filled with dielectric material, and the housing of the tubular electric heater is made of a material having a reversible shape memory effect.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к трубчатым электронагревателям, и может быть использовано в различных отраслях промышленности и в быту для нагрева различных сред, например, воздуха, воды или других жидкостей.The utility model relates to electrical engineering, in particular to tubular electric heaters, and can be used in various industries and in everyday life for heating various environments, for example, air, water or other liquids.

Известен трубчатый электронагреватель, содержащий нагревательный элемент и электроизоляционный наполнитель, заключенные в металлическую оболочку, отличающийся тем, что металлическая оболочка имеет твердосплавное покрытие на основе никеля, нанесенное электрохимическим осаждением толщиной 15-25 мкм (Патент РФ №18607; МПК Н05В 3/48; опубл. 27.06.2001).Known tubular electric heater containing a heating element and an insulating filler enclosed in a metal shell, characterized in that the metal shell has a carbide coating based on nickel, deposited by electrochemical deposition with a thickness of 15-25 microns (RF Patent No. 18607; IPC Н05В 3/48; publ . June 27, 2001).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится нарастание слоя накипи, что требует дополнительного времени на очистку поверхности оболочки от термических отложений и приводит к уменьшению основного времени работы, а значит производительности.The reasons that impede the achievement of a given technical result include an increase in the scale layer, which requires additional time to clean the surface of the shell from thermal deposits and leads to a decrease in the main working time, which means productivity.

Известен трубчатый электронагреватель для автотранспорта, содержащий металлический корпус, внутри которого расположен токонагревательный элемент, изолированный электроизоляционным наполнителем, втулку из изоляционного материала, расположенную со стороны токопровода, отличающийся тем, что снабжен штуцером с прокладкой-уплотнителем, закрепленными на поверхности корпуса, выполненного зигзагообразным, со стороны токопровода в виде шпильки, один конец которой выполнен плоским, при этом внутри корпуса размещена металлическая пластина, один конец которой жестко скреплен с торцевым краем корпуса, а другой конец соединен с одним концом токонагревательного элемента, другой конец которого скреплен с плоским концом шпильки, на которой размещены втулка из изоляционного материала и крепежные элементы (Патент РФ №2249924; МПК Н05В 3/48; опубл. 10.04.2005).Known tubular electric heater for vehicles, containing a metal casing, inside which there is a current heating element, insulated with electrical insulating filler, a sleeve of insulating material located on the side of the current lead, characterized in that it is equipped with a fitting with a gasket-sealant mounted on the surface of the housing, made in a zigzag shape, with the side of the current lead in the form of a stud, one end of which is made flat, while a metal plate is placed inside the housing, one end of which is rigidly bonded to the end edge of the housing, and the other end is connected to one end of the current-heating element, the other end of which is bonded to the flat end of the stud, on which a sleeve of insulating material and fasteners are placed (RF Patent No. 2249924; IPC Н05В 3/48 ; published on April 10, 2005).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится уменьшение со временем коэффициента теплоотдачи от поверхности корпуса трубчатого электронагревателя к нагреваемой среде вследствие появления слоя накипи, окислов и ржавчины, тем самым уменьшается полезная тепловая мощность устройства и в целом снижается производительность.The reasons that impede the achievement of a given technical result include a decrease in time of the heat transfer coefficient from the surface of the tubular electric heater body to the heated medium due to the appearance of a layer of scale, oxides and rust, thereby reducing the useful thermal power of the device and generally reducing productivity.

Известен трубчатый электронагреватель, содержащий оболочку, контактные стержни, спираль, электроизолирующий наполнитель и узел герметизации контактных стержней, включающий изоляторы и герметизирующее вещество, а также установочный фланец, отличающийся тем, что на корпусе установочного фланца выполнены наружная и внутренняя резьба, узел герметизации контактных стержней выполнен в виде цилиндрического штуцера с наружной резьбой и закреплен в установочном фланце с помощью гайки, при этом штуцер выполнен с двумя отверстиями, параллельными оси штуцера, в которых с одного конца штуцера расположены изоляторы, с другого конца он соединен пайкой с оболочкой трубчатого электронагревательного элемента, при этом контактные стержни проходят от спирали через отверстия в штуцере и изоляторах и зафиксированы в отверстиях смесью алебастра, цемента и кварцевого песка, а в качестве электроизолирующего наполнителя использован кварцевый песок (Патент РФ №2239958; МПК Н05В 3/48; опубл. 10.11.2004).Known tubular electric heater containing a shell, contact rods, a spiral, an electrically insulating filler and a node for sealing the contact rods, including insulators and a sealing substance, as well as a mounting flange, characterized in that the external and internal threads are made on the housing of the mounting flange, and the sealing rods of the contact rods are made in the form of a cylindrical fitting with an external thread and fixed in the mounting flange with a nut, while the fitting is made with two holes parallel to axes of the nozzle, in which insulators are located at one end of the nozzle, at the other end it is soldered to the shell of the tubular electric heating element, while the contact rods pass from the spiral through the holes in the nozzle and insulators and are fixed in the holes with a mixture of alabaster, cement and quartz sand, and quartz sand was used as an electrically insulating filler (RF Patent No. 2239958; IPC Н05В 3/48; publ. 10.11.2004).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится уменьшение пропускной способности тепловой энергии от поверхности корпуса трубчатого электронагревателя к нагреваемой среде вследствие появления термических отложений: соли, накипь, окислы, ржавчина, тем самым уменьшается полезная мощность устройства и в целом снижается производительность.The reasons that impede the achievement of the desired technical result include a decrease in the throughput of thermal energy from the surface of the tubular electric heater body to the heated medium due to the occurrence of thermal deposits: salt, scale, oxides, rust, thereby reducing the useful power of the device and overall reducing productivity.

Известно устройство для защиты от накипи ферромагнитной оболочки трубчатого электронагревателя, концы которой снабжены элементами крепления к корпусу электронагревателя, содержащее источник магнитного поля, отличающееся тем, что, по меньшей мере, на одном конце оболочки трубчатого электронагревателя, выходящей за пределы корпуса электронагревателя, закреплен постоянный магнит или электромагнит, обмотка которого включена последовательно с нагревательным элементом трубчатого электронагревателя (Патент РФ 52994; МПК F28G 7/00; опубл. 27.04.2006).A device for protecting against scaling the ferromagnetic shell of a tubular electric heater, the ends of which are provided with fasteners to the electric heater body, comprising a magnetic field source, characterized in that at least one end of the tubular electric heater shell extending outside the electric heater case is fixed with a permanent magnet or an electromagnet, the winding of which is connected in series with a heating element of a tubular electric heater (RF Patent 52994; IPC F28G 7/00; publ. 04/27/2006).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции, ненадежность конструкции из-за наличия дополнительных электрических узлов на трубчатом электронагревателе, что в целом снижает производительность.The reasons that impede the achievement of a given technical result include the complexity of the design, the unreliability of the structure due to the presence of additional electrical components on the tubular electric heater, which generally reduces productivity.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятым за прототип является трубчатый электронагреватель, содержащий корпус, стержень из диэлектрического материала и спираль из токопроводящего материала, навитую на стержень, при этом пространство между стержнем и корпусом заполнено диэлектрическим материалом, причем 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 (Патент РФ №2622392; МПК Н05В 3/48; опубл. 15.06.2017).The closest technical solution for the totality of features to the claimed object and adopted as a prototype is a tubular electric heater containing a housing, a rod of dielectric material and a spiral of conductive material wound on the rod, while the space between the rod and the housing is filled with dielectric material, the rod being hollow , the spiral passes through the inner space of the rod and is wound on its outer surface, while the body and the rod are made of cermet or quartz glass, and the space inside the rod, between the rod and the body is filled with quartz sand or liquid glass (RF Patent No. 2622392; IPC Н05В 3/48; publ. 06/15/2017).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится появление дополнительной теплоизоляции на корпусе трубчатого электронагревателя, которая увеличивает свою температуру до установления нового равновесия вырабатываемого тепла и его отдачи сквозь слой накипи. Поскольку при повышении температуры сопротивление проводника увеличивается, его мощность снижается. Следовательно, время на нагрев воды увеличивается - как за счет замедления теплопередачи на начальном этапе, так и за счет постоянного снижения мощности в рабочем режиме. Таким образом, снижается в целом производительность.The reasons that impede the achievement of the desired technical result include the appearance of additional thermal insulation on the body of the tubular electric heater, which increases its temperature until a new equilibrium of the generated heat is established and it is released through the scale layer. Since with increasing temperature the resistance of the conductor increases, its power decreases. Therefore, the time for heating the water increases - both due to the slowdown in heat transfer at the initial stage, and due to the constant decrease in power in the operating mode. Thus, overall performance is reduced.

Техническим результатом является увеличение производительности.The technical result is an increase in productivity.

Поставленный технический результат достигается тем, что трубчатый электронагреватель, содержащий корпус, полый стержень из диэлектрического материала, спираль из токопроводящего материала, навитую на внешнюю поверхность стержня и проходящую через внутреннее пространство стержня, при этом пространство между стержнем и корпусом заполнено диэлектрическим материалом, причем корпус трубчатого электронагревателя выполнен из материала, обладающего обратимым эффектом памяти формы.The technical result is achieved by the fact that the tubular heater comprising a housing, a hollow rod of dielectric material, a spiral of conductive material wound on the outer surface of the rod and passing through the inner space of the rod, while the space between the rod and the housing is filled with dielectric material, and the tubular body The electric heater is made of a material having a reversible shape memory effect.

Выполнение корпуса трубчатого электронагревателя из материала, обладающего обратимым эффектом памяти формы, способствует складыванию слоя накипи в «гармошку», естественному растрескиванию и отслаиванию накипи и солей от стенки корпуса трубчатого электронагревателя при охлаждении (холодное состояние) вследствие уменьшения длины и диаметра корпуса, а также увеличению теплопередачи в рабочем (горячем) состоянии, что в целом увеличивает производительность.The execution of the tube heater body from a material having a reversible shape memory effect contributes to the folding of the scale layer into an "accordion", the natural cracking and peeling of scale and salts from the wall of the tube heater body during cooling (cold state) due to a decrease in the length and diameter of the case, as well as an increase heat transfer in the working (hot) state, which generally increases productivity.

На фиг. 1 представлен вид сбоку на трубчатый электронагреватель до температуры мартенситных превращений (холодное состояние). На фиг. 2 представлен вид сбоку на трубчатый электронагреватель в рабочем состоянии при температуре мартенситных превращений и выше (горячее состояние).In FIG. 1 shows a side view of a tubular electric heater to the temperature of martensitic transformations (cold state). In FIG. Figure 2 shows a side view of a tubular electric heater in working condition at a temperature of martensitic transformations and above (hot state).

Трубчатый электронагреватель состоит из герметичного корпуса 1, внутри которого размещены полый стержень 2, и спираль 3, которая проходит внутри полого стержня и навита на его внешнюю поверхность, а концы 4 спирали 3 выведены наружу корпуса 1. С одной стороны корпус 1 запаян, с другой стороны установлен оголовок 5 с внешней резьбой и запорной арматурой, через который выводятся концы 4 спирали 3. Пространство между корпусом 1 и стержнем 2, а также внутри стержня 2 и оголовка заполнено диэлектрическим материалом (например, кварцевый песок, эпоксидный клей, асбест, стекловолокно и др.).The tubular electric heater consists of a sealed housing 1, inside of which a hollow rod 2 is placed, and a spiral 3, which extends inside the hollow rod and is wound on its outer surface, and the ends 4 of the spiral 3 are brought out of the housing 1. On one side, the housing 1 is sealed, on the other a tip 5 with an external thread and shutoff valves is installed on the sides, through which the ends 4 of the spiral 3 are output. The space between the housing 1 and the rod 2, as well as inside the rod 2 and the tip, is filled with dielectric material (for example, quartz sand, epoxies glue, asbestos, fiberglass, etc.).

Трубчатый электронагреватель работает следующим образом.Tubular electric heater operates as follows.

Напряжение 220 В, проходя через понижающий трансформатор (не показано на чертежах) от 1 кВ, понижается до необходимого напряжения в диапазоне от 5 до 40 В, после чего подается на концы 4 спирали 3. Спираль 3 под действием высокого тока нагревается до температуры начала проявления термоупругости мартенсита и выше, при которых корпус 1 трубчатого электронагревателя удлиняется при уменьшении толщин стенок, тепловая энергия рассеивается через кварцевый песок 6, которым заполнено пространство между корпусом 1 и стержнем 2 и пространство внутри стержня 2 трубчатого электронагревателя, равномерно распределяясь по всей поверхности корпуса 1. В процессе остывания происходит обратный процесс - процесс уменьшения длины корпуса 1 трубчатого электронагревателя и, соответственно, увеличение толщин стенок. В результате этих деформаций все отложения, накипь и соли отслаиваются от внешних стенок корпуса 1 трубчатого электронагревателя. Далее процесс повторяется.The voltage of 220 V, passing through a step-down transformer (not shown in the drawings) from 1 kV, decreases to the required voltage in the range from 5 to 40 V, after which it is supplied to the ends 4 of the spiral 3. The spiral 3 is heated under the action of high current to the temperature of the onset of development thermoelasticity of martensite and higher, in which the casing 1 of the tubular electric heater lengthens with decreasing wall thicknesses, thermal energy is dissipated through quartz sand 6, which fills the space between the casing 1 and the rod 2 and the space inside the rod I tubular electric heater 2, being distributed uniformly over the entire surface of the housing 1. During the cooling process is reversed - the process of reducing the length of the housing 1, tubular electric heater and, accordingly, an increase in wall thickness. As a result of these deformations, all deposits, scale and salts exfoliate from the outer walls of the housing 1 of the tubular electric heater. The process is then repeated.

Ввиду условия сохранения объема металла трубчатого электронагревателя до изменения формы (холодное состояние) и после (горячее состояние) верно следующее равенствоIn view of the condition for maintaining the volume of metal of the tubular electric heater before the shape change (cold state) and after (hot state), the following equality is true

где D - внешний диаметр цилиндрической части корпуса трубчатого электронагревателя, м; R - внешний радиус сферической части корпуса трубчатого электронагревателя, м; d₁, Н₁ - внутренний диаметр и высота цилиндрической части корпуса трубчатого электронагревателя в холодном состоянии соответственно, м; d₂, H₂ - внутренний диаметр и высота цилиндрической части корпуса трубчатого электронагревателя в горячем состоянии соответственно, м; r₁, r₂ - радиусы сферической части корпуса трубчатого электронагревателя в холодном и горячем состояниях соответственно, м.where D is the outer diameter of the cylindrical part of the casing of the tubular electric heater, m; R is the outer radius of the spherical part of the body of the tubular electric heater, m; d ₁ , H ₁ - inner diameter and height of the cylindrical part of the casing of the tubular electric heater in a cold state, respectively, m; d ₂ , H ₂ - inner diameter and height of the cylindrical part of the casing of the tubular electric heater in a hot state, respectively, m; r ₁ , r ₂ are the radii of the spherical part of the casing of the tubular electric heater in cold and hot states, respectively, m

Выполнение корпуса 1 трубчатого электронагревателя из материала, обладающего обратимым эффектом памяти формы, способствует складыванию слоя накипи в «гармошку», естественному растрескиванию и отслаиванию накипи и солей от стенки корпуса 1 трубчатого электронагревателя при охлаждении (холодное состояние) вследствие уменьшения длины и диаметра корпуса 1, а также увеличению теплопередачи в рабочем (горячем) состоянии и, таким образом, увеличивает производительность.The implementation of the casing 1 of the tubular electric heater from a material having a reversible shape memory effect, contributes to folding the scale layer into an “accordion”, the natural cracking and peeling of scale and salts from the wall of the casing 1 of the tubular electric heater during cooling (cold state) due to the reduction in the length and diameter of the casing 1, as well as increased heat transfer in the working (hot) state and, thus, increases productivity.

Claims

A tubular electric heater comprising a casing, a hollow rod of dielectric material, a spiral of conductive material wound on the outer surface of the rod and passing through the inner space of the rod, while the space between the rod and the housing is filled with dielectric material, characterized in that the casing of the tubular electric heater is made of material having a reversible shape memory effect.