RU2044224C1

RU2044224C1 - Electric heater

Info

Publication number: RU2044224C1
Authority: RU
Inventors: Н.М. Артемьев; В.В. Булычев; В.Н. Загрязкин; П.П. Кузнецов; А.В. Маковецкий; В.С. Степанов; И.В. Труханов; И.И. Федик
Original assignee: Научно-производственное объединение "Луч"
Priority date: 1992-03-31
Filing date: 1992-03-31
Publication date: 1995-09-20

Abstract

FIELD: heating of rooms. SUBSTANCE: electric heater has a housing accommodating a capsule, at least 95% of the capsule interior is filled with an eutectic mixture of chloride salts of sodium, potassium, magnesium; a tubular electric heating element is installed along the capsule center line in a blind tube, the element has one-sided power supply. The heating element tube length is less than the capsule length by its inside diameter. The capsule relative to the housing and the heater pipe relative to the capsule are secured with the aid of spacers. EFFECT: enhanced efficiency. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для отопления помещений. The invention relates to energy and can be used for space heating.

Известен теплоаккумулирующий нагреватель, имеющий фазовый теплоаккумулирующий блок, в котором в качестве теплоаккумулирующей среды рекомендовано использовать каустик. Теплоаккумулирующий блок может омываться текучей средой, заполняющей неполностью бак, в котором установлены разделительные пластины и шторки, перекрывающие свободную циркуляцию текучей среды вокруг разделительных пластин во время аккумулирования теплоты. Нагреватель имеет также нагревательный элемент. Known heat storage heater having a phase heat storage unit, in which it is recommended to use caustic as a heat storage medium. The heat storage unit can be washed by a fluid that fills the tank in which the separation plates and shutters are installed, blocking the free circulation of fluid around the separation plates during heat storage. The heater also has a heating element.

При работе в режиме аккумулирования теплоты включают нагревательный элемент, шторки устанавливают в закрытое положение, благодаря чему сокращаются теплопотери от передачи теплоты к наружному баку или окружающему бак воздуху. При работе в режиме теплоотдачи нагревательный элемент выключают, а шторки устанавливают в открытое положение, при котором текучая среда под воздействием естественной конвекции начинает циркулировать вокруг разделительных пластин, отводя теплоту от теплоаккумулирующего блока. Теплоаккумулирующий блок может непосредственно омываться потоком воздуха, движущимся под воздействием естественной или принудительной конвекции. Необходимость в промежуточном теплоносителе для организации передачи тепла от нагревательного элемента к блоку и наличие теплопотерь от передачи теплоты от нагревательного элемента к наружному баку или окружающему бак воздуху в режиме аккумулирования теплоты снижает эффективность работы нагревателя. When operating in the heat storage mode, the heating element is turned on, the curtains are set to the closed position, thereby reducing heat loss from the transfer of heat to the outer tank or the surrounding air tank. When operating in the heat transfer mode, the heating element is turned off, and the shutters are set to the open position, in which the fluid under the influence of natural convection begins to circulate around the separation plates, removing heat from the heat storage unit. The heat storage unit can be directly washed by a stream of air moving under the influence of natural or forced convection. The need for an intermediate coolant to organize the transfer of heat from the heating element to the unit and the presence of heat loss from the transfer of heat from the heating element to the outer tank or the air surrounding the tank in the heat storage mode reduces the efficiency of the heater.

Известен также электрический нагреватель, содержащий корпус, разделенный поперечной перфорированной перегородкой на верхнюю и нижнюю камеры, первая из которых снабжена патрубком подвода нагреваемого теплоносителя, а последняя заполнена теплоаккумулирующим веществом с фазовым переходом в зоне рабочих температур и снабжена электронагревательным элементом. Электронагреватель снабжен дополнительной поперечной перегородкой, размещенной в верхней камере с образованием между дополнительной и перфорированной перегородками полости, объем которой равен разности объемов теплоакумулирующего вещества в твердом и жидком состоянии при температуре плавления теплоаккумулирующего вещества. После включения электронагревательного элемента нагрев теплоносителя (воды) начинается лишь после полного расплавления теплоаккумулирующего вещества. После отключения электронагревательного элемента и начала твердения вещества в полости образуется воздушная прослойка, препятствующая отбору тепла к теплоносителю, что повышает равномерность нагрева помещения через стенки корпуса. Использование в качестве теплоаккумулирующего вещества парафина (вещество должно быть обязательно неэлектропроводно), который имеет теплоту фазового перехода 144 мДж/м³ и температуру плавления около 60^оС, ограничивает использование электрического нагревателя.An electric heater is also known, comprising a housing divided by a transverse perforated partition into upper and lower chambers, the first of which is equipped with a nozzle for supplying a heated coolant, and the latter is filled with a heat-accumulating substance with a phase transition in the operating temperature zone and is equipped with an electric heating element. The electric heater is equipped with an additional transverse partition placed in the upper chamber with the formation of a cavity between the additional and perforated partitions, the volume of which is equal to the difference between the volumes of the heat-accumulating substance in the solid and liquid state at the melting temperature of the heat-accumulating substance. After switching on the electric heating element, heating of the heat carrier (water) begins only after the complete melting of the heat-accumulating substance. After the electric heating element is turned off and the curing of the substance begins, an air gap is formed in the cavity, which prevents the heat from being taken to the coolant, which increases the uniformity of heating the room through the walls of the housing. Using as a heat-accumulating substance paraffin (substance must be necessarily non-conducting) which has a heat of phase transition of 144 MJ / m ³ and a melting point of ^about 60 ° C, it limits the use of the electric heater.

Целью изобретения является создание более экономически выгодного нагревателя за счет экономии электрической энергии, отсутствия промежуточного теплоносителя, снижения требования неэлектропроводности к теплоаккумулирующему веществу. The aim of the invention is to create a more cost-effective heater due to the saving of electric energy, the absence of an intermediate coolant, reducing the requirement of electrical conductivity to the heat-accumulating substance.

Сущность изобретения заключается в том, что в электрическом нагревателе, содержащем корпус, внутри которого расположена капсула, не менее 95 внутреннего объема которой заполнено эвтектической смесью хлоридных солей натрия, калия, магния при максимальной рабочей температуре, по центру капсулы в глухой трубе установлен трубчатый электронагревательный элемент, имеющий односторонний подвод энергии. Длина трубы нагревательного элемента меньше длины капсулы на ее внутренний радиус. The essence of the invention lies in the fact that in an electric heater containing a housing inside which there is a capsule, at least 95 of the internal volume of which is filled with a eutectic mixture of chloride salts of sodium, potassium, magnesium at a maximum working temperature, a tubular electric heating element is installed in the center of the capsule in a blind pipe having a one-way energy supply. The length of the pipe of the heating element is less than the length of the capsule by its inner radius.

Коаксиальное расположение трубчатого нагревательного элемента (ТЭН) обеспечивает практически полное (за исключением торцевого ввода ТЭНа) окружение теплоаккумулирующей средой мест активного выделения тепла. Все тепло, выделяемое ТЭНом, передается теплоаккумулирующей среде через стенки трубы, нет потребности в промежуточном теплоносителе. Кроме того, для обеспечения более эффективного нагрева теплоаккумулирующей среды температуру ТЭНа можно повышать без опасения дополнительных теплопотерь в окружающую среду. ТЭН помещен в стальную трубу для повышения надежности и эффективности работы электронагревателя, учитывая наличие повышенных температур по сравнению с температурой плавления теплоаккумулирующего вещества и коррозионного воздействия среды. Электронагреватель ТЭНа не имеет электрического контакта с теплоаккумулирующим веществом, снимая требование его неэлектропроводности. The coaxial arrangement of the tubular heating element (TEN) provides an almost complete (with the exception of the end input TENA) environment of the heat-accumulating medium of the sites of active heat generation. All the heat generated by the heating element is transferred to the heat-accumulating medium through the walls of the pipe, there is no need for an intermediate coolant. In addition, to ensure more efficient heating of the heat storage medium, the temperature of the heating element can be increased without fear of additional heat loss to the environment. The heater is placed in a steel pipe to increase the reliability and efficiency of the electric heater, given the presence of elevated temperatures compared with the melting point of the heat-accumulating substance and the corrosive effects of the environment. The electric heater TENA does not have electrical contact with the heat-accumulating substance, removing the requirement of its electrical conductivity.

Выполнение стальной трубы по длине меньше длины капсулы на ее внутренний радиус и фиксация свободного конца по центру капсулы с помощью дистанционаторов обеспечивает компенсацию неодинакового линейного расширения трубы и капсулы из-за различий по температуре. Теплоаккумулирующим веществом является эвтектическая смесь хлоридных солей натрия, калия и магния. Например, эвтектические смеси могут быть следующего состава, мол. Running a steel pipe in length shorter than the length of the capsule by its inner radius and fixing the free end in the center of the capsule using spacers compensates for the uneven linear expansion of the pipe and capsule due to temperature differences. The heat storage substance is a eutectic mixture of chloride salts of sodium, potassium and magnesium. For example, eutectic mixtures can be of the following composition, mol.

NaCl 18, KCl 47, MgCl₂ 35, T_пл 400^oC;
NaCl 32, KCl 22, MgCl₂ 46, Т_пл 395^оС;
NaCl 36, KCl 25, MgCl₂ 39, Т_пл 400^оС;
NaCl 60, MgCl₂ 40, Т_пл 450^оС;
Заполнение внутренней полости капсулы на величину не менее 95% объема при максимальной рабочей температуре вызвано необходимостью учета изменения объема теплоаккумулирующего вещества при фазовом переходе и последующем нагреве без снижения максимальной возможной тепловой емкости. Разработка конструкции электрического нагревателя обусловила подбор материала теплоаккумулирующего вещества. Односторонний подвод энергии к трубчатому нагревательному элементу, его расположение по центральной трубе в капсуле и установка последней в теплоизолированном корпусе позволяют экономить электроэнергию и значительно уменьшить габариты самого нагревателя.NaCl 18, KCl 47, MgCl ₂ 35, _mp 400 ^° C;
NaCl 32, KCl 22, MgCl ₂ 46, _mp 395 ^{° C;}
NaCl 36, KCl 25, MgCl ₂ 39, _mp 400 ^{° C;}
NaCl 60, MgCl ₂ 40, _mp 450 ^° C;
Filling the internal cavity of the capsule by at least 95% of the volume at the maximum operating temperature is caused by the need to take into account changes in the volume of the heat-accumulating substance during the phase transition and subsequent heating without reducing the maximum possible thermal capacity. The development of the design of the electric heater led to the selection of the material of the heat-accumulating substance. Unilateral supply of energy to the tubular heating element, its location along the central tube in the capsule and the installation of the latter in a thermally insulated casing allow saving energy and significantly reducing the dimensions of the heater itself.

На чертеже приведена конструкция электрического нагревателя. The drawing shows the design of an electric heater.

Он состоит из стальной цилиндрической капсулы 1, заполненной теплоаккумулирующим веществом 2. Трубчатый электрический нагреватель 3 вставлен в трубу 4, которая с помощью дистанционатора 5 зафиксирована по центру капсулы. Пространство между капсулой 1 и корпусом 7 заполнено теплоизоляцией 6. It consists of a steel cylindrical capsule 1 filled with heat-accumulating substance 2. A tubular electric heater 3 is inserted into the pipe 4, which is fixed in the center of the capsule with the help of a spacer 5. The space between the capsule 1 and the housing 7 is filled with thermal insulation 6.

Данная конструкция может рассматриваться как единичный модуль, на базе которого возможны различные варианты компоновки электрических нагревателей в зависимости от конкретных условий применения. Кроме того, возможно также объединение по различному закону распределения и съема тепла нескольких капсул в одном корпусе с общей теплоизоляцией. This design can be considered as a single module, on the basis of which various layout options for electric heaters are possible depending on specific application conditions. In addition, it is also possible to combine, according to various laws, the distribution and removal of heat of several capsules in one housing with general thermal insulation.

Работает электрический нагреватель следующим образом. The electric heater operates as follows.

При подведении электропитания к электрическому нагревателю происходит выделение тепла, которое передается через стенку трубы к теплоаккумулирующему веществу. Вещество разогревается и постепенно расплавляется в радиальном направлении. После полного расплавления теплоаккумулирующего вещества процесс накопления тепла заканчивается и электрический нагреватель отключается. Запасенное тепло передается через наружную, преимущественно цилиндрическую, стенку корпуса. Толщина теплоизоляции в цилиндрической части нагревательного элемента выбрана таким образом, чтобы величина теплового потока через него обеспечивала расход запасенного тепла равномерно в течение времени разрядки ТЭНа. Происходит затвердевание теплоаккумулирующего вещества от стенок к центру. После полного затвердевания нагреватель готов к повторному циклу. When the power is supplied to the electric heater, heat is released, which is transmitted through the pipe wall to the heat-accumulating substance. The substance warms up and gradually melts in the radial direction. After the melting of the heat-accumulating substance, the heat accumulation process ends and the electric heater is turned off. The stored heat is transferred through the outer, mainly cylindrical, wall of the housing. The thickness of the thermal insulation in the cylindrical part of the heating element is selected so that the heat flux through it ensures the consumption of stored heat evenly during the discharge time of the heater. The heat-accumulating substance solidifies from the walls to the center. After complete solidification, the heater is ready for a second cycle.

Указанный электрический нагреватель изготовлен следующим образом. The specified electric heater is made as follows.

Теплоаккумулирующее вещество состава, мол. NaCl 32, KCl 22, MgCl₂ 46, расплавляют и заполняют им стальную капсулу. При максимальной рабочей температуре 550^оС расплавленные соли занимают 95 объема капсулы. Затем капсулу герметизируют и охлаждают.The heat storage substance of the composition, mol. NaCl 32, KCl 22, MgCl ₂ 46, melt and fill them with a steel capsule. When the maximum operating temperature of 550 ^{° C} molten salt occupy 95 capsule volume. Then the capsule is sealed and cooled.

ТЭН, выполненный с односторонним подводом электроэнергии, устанавливают в трубу капсулы. Капсулу с помощью дистанционаторов (растяжек) устанавливают в корпусе. Полость между капсулой и корпусом заполняют теплоизоляционным материалом. A heater made with a one-sided supply of electricity is installed in the capsule tube. The capsule using remote controllers (stretch marks) is installed in the housing. The cavity between the capsule and the body is filled with insulating material.

Claims

1. ELECTRIC HEATER, comprising a housing inside which is a capsule filled with a heat storage substance with a phase transition in the operating temperature zone, and an electric heating element connected to a power source, characterized in that the capsule contains a pipe with a closed end, the electric heating element is placed in the pipe and connected to the power source from the side of the open end of the pipe, and a eutectic mixture of chloride salts of sodium, potassium, magnesium was used as a heat storage substance.

2. The heater according to claim 1, characterized in that the capsule relative to the housing and the pipe relative to the capsule are fixed by the spacers.

3. The heater according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the length of the pipe in which the heating element is installed is less than the length of the capsule by the size of its inner radius.

4. The heater according to paragraphs. 1 3, characterized in that the melting substance at a maximum working temperature occupies at least 95% of the internal volume of the capsule.