RU2172453C2 - Излучатель тепловой энергии - Google Patents
Излучатель тепловой энергии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2172453C2 RU2172453C2 RU99125050/06A RU99125050A RU2172453C2 RU 2172453 C2 RU2172453 C2 RU 2172453C2 RU 99125050/06 A RU99125050/06 A RU 99125050/06A RU 99125050 A RU99125050 A RU 99125050A RU 2172453 C2 RU2172453 C2 RU 2172453C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heating element
- reflector
- screen
- radiator
- slit
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
Landscapes
- Resistance Heating (AREA)
Abstract
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для нагрева поверхностей различных объектов до требуемой температуры методом лучистого и конвективного теплообмена и, в частности, наиболее эффективно может быть использовано в вакууме, например, при проведении различного рода испытаний в вакуумных термобарокамерах. Излучатель тепловой энергии состоит из нагревательного элемента, рефлектора, тепловой изоляции, размещенной на обратной от нагревательного элемента поверхности рефлектора по всей его площади, и экрана, закрепленного по оси симметрии рефлектора перед нагревательным элементом по всей длине последнего. По центру экрана вдоль его продольной оси симметрии предусмотрена щель. Изобретение позволяет увеличить КПД излучателя тепловой энергии путем увеличения плотности теплового потока со стороны излучателя на объект и тем самым исключения потерь энергии на рассеивание от нагревательного элемента вне объекта; снижения затрат электрической энергии для обеспечения нагрева объекта при проведении испытаний; уменьшения теплопритока на холодильник со стороны рефлектора и расхода жидкого азота при проведении испытаний в вакуумной термобарокамере. Конструкция излучателя тепловой энергии достаточно проста и не требует существенной доработки, а также ввода специальных производственных технологических линий. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для нагрева поверхностей различных объектов до требуемой температуры методом лучистого и конвективного теплообмена и, в частности, наиболее эффективно может быть использовано в вакууме, например, при проведении различного рода испытаний в вакуумных термобарокамерах.
Известна излучающая система с использованием кварцевых излучателей (М.А. Брамсон. Инфракрасное излучение нагретых тел. - М.: Наука, 1965. - С. 218. - Рис. 120), состоящая из рефлектора-отражателя параболической формы, закрепленного на подвижном основании. Со стороны вогнутой поверхности рефлектора располагаются кварцевые излучатели.
Известна конструкция системы головного освещения автомобиля типа ФГ140 (Под ред. Ю. П. Чижкова. Электрооборудование автомобилей. - М.: Транспорт, 1993. - С. 105. - Рис. 6.3), состоящая из отражателя, защитного экрана, рассеивателя и источника света.
Наиболее близкой по технической сущности является конструкция излучателя тепловой энергии с параболическим рефлектором (О.Б. Андрейчук, Н.Н. Малахов. Тепловые испытания космических аппаратов. - М.: Машиностроение, 1982. - С. 49. - Рис. 3.23), состоящая из нагревательного элемента и рефлектора, принятая за прототип.
Недостатками конструкций аналогов и прототипа является то, что при их использовании для нагрева объекта направленным потоком тепла от нагревательных элементов одновременно происходит нагрев рефлектора, и отсутствие изоляции на обратной от нагревательного элемента поверхности рефлектора снижает эффективность нагрева. Кроме того, лишь часть энергии теплового излучения участвует в нагреве объекта, другая же рассеивается в окружающем пространстве.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение КПД при имитации теплового излучения, в том числе и в вакууме, с одновременным уменьшением влияния теплового воздействия на окружающее пространство.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение плотности теплового потока излучения от нагревательного элемента излучателя к объекту нагрева.
Излучатель тепловой энергии состоит из нагревательного элемента и рефлектора в виде параболоида, при этом в него дополнительно введены экран с щелью и тепловая изоляция, размещенная на обратной от нагревательного элемента поверхности рефлектора по всей его площади, при этом экран закреплен по оси симметрии рефлектора перед нагревательным элементом по всей длине последнего, причем расстояние от нагревательного элемента до экрана, высота экрана и угловая ширина щели выбираются в соответствии со следующими зависимостями:
где k - коэффициент, выбираемый исходя из условия максимально возможного приближения экрана с щелью к нагревательному элементу;
β - угловая ширина щели;
dн - диаметр нагревательного элемента;
Hэ - высота экрана с щелью;
Hр - высота рефлектора;
Hо - высота объекта нагрева;
L1 - расстояние от нагревательного элемента до кромок экрана с щелью;
L2 - расстояние от нагревательного элемента до кромок рефлектора;
L3 - расстояние от нагревательного элемента до объекта нагрева.
где k - коэффициент, выбираемый исходя из условия максимально возможного приближения экрана с щелью к нагревательному элементу;
β - угловая ширина щели;
dн - диаметр нагревательного элемента;
Hэ - высота экрана с щелью;
Hр - высота рефлектора;
Hо - высота объекта нагрева;
L1 - расстояние от нагревательного элемента до кромок экрана с щелью;
L2 - расстояние от нагревательного элемента до кромок рефлектора;
L3 - расстояние от нагревательного элемента до объекта нагрева.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого излучателя в комплексе с нагреваемым объектом, где:
1 - рефлектор;
2 - нагревательный элемент;
3 - тепловая изоляция;
4 - экран с щелью;
5 - нагреваемый объект.
1 - рефлектор;
2 - нагревательный элемент;
3 - тепловая изоляция;
4 - экран с щелью;
5 - нагреваемый объект.
На фиг. 2 представлена расчетная схема для определения геометрических параметров экрана с щелью:
β - угловая ширина щели;
b - ширина щели;
dн - диаметр нагревательного элемента;
Hэ - высота экрана с щелью;
Hр - высота рефлектора;
Hо - высота объекта нагрева;
L1 - расстояние от нагревательного элемента до кромок экрана с щелью;
L2 - расстояние от нагревательного элемента до кромок рефлектора;
L3 - расстояние от нагревательного элемента до объекта нагрева.
β - угловая ширина щели;
b - ширина щели;
dн - диаметр нагревательного элемента;
Hэ - высота экрана с щелью;
Hр - высота рефлектора;
Hо - высота объекта нагрева;
L1 - расстояние от нагревательного элемента до кромок экрана с щелью;
L2 - расстояние от нагревательного элемента до кромок рефлектора;
L3 - расстояние от нагревательного элемента до объекта нагрева.
Предлагаемая конструкция излучателя тепловой энергии состоит из рефлектора (1), фиг. 1, нагревательного элемента (2), тепловой изоляции (3) и экрана с щелью (4). Она предназначена для нагрева объекта (5).
Принцип работы предлагаемой конструкции основывается на том, что при подаче напряжения питания на нагревательный элемент 2, фиг. 1, осуществляется преобразование электрической энергии в энергию теплового излучения. Нагрев объекта 5 происходит за счет направленного теплового потока, отраженного от активной поверхности рефлектора 1, распространяющегося вдоль оптической оси с малым углом рассеивания. Экран с щелью 4 фокусирует отраженный от нагревательного элемента тепловой поток на рефлектор, тем самым, исключая рассеивание тепловой энергии нагревательного элемента в пространстве. Щель экрана позволяет повысить интенсивность нагрева объекта за счет его облучения прямым направленным потоком тепла от нагревательного элемента. Наличие тепловой изоляции 3, например, в виде экранно- вакуумной изоляции позволяет предотвратить рассеивание тепла в окружающую среду. В качестве нагревательных элементов могут использоваться керамические тепловыделяющие элементы, кварцевые излучатели и др.
Высота экрана с щелью, его расстояние от нагревательного элемента и ширина щели выбираются исходя из удаленности и габаритных размеров объекта. Расчетная схема для определения геометрических параметров экрана с щелью представлена на фиг. 2. Ниже приведены формулы для определения:
расстояния от нагревательного элемента до кромок экрана с щелью
где k - коэффициент, выбираемый исходя из условия максимально возможного приближения экрана с щелью к нагревательному элементу;
высоты экрана с щелью
угловой ширины щели
Ширина щели b экрана зависит от его формы и определяется графическим методом исходя из угловой ширины щели β экрана и его удаленности от нагревательного элемента.
расстояния от нагревательного элемента до кромок экрана с щелью
где k - коэффициент, выбираемый исходя из условия максимально возможного приближения экрана с щелью к нагревательному элементу;
высоты экрана с щелью
угловой ширины щели
Ширина щели b экрана зависит от его формы и определяется графическим методом исходя из угловой ширины щели β экрана и его удаленности от нагревательного элемента.
В случае плоского экрана ширина щели определяется по формуле
Излучатель тепловой энергии с кварцевым нагревательным элементом активно используется при проведении различного рода испытаний в вакуумных термобарокамерах, оснащенных жидкостными азотными холодильниками. Тепловое излучение с обратной от нагревательного элемента поверхности рефлектора, обращенной к холодильнику камеры, приводит к чрезмерно повышенному расходу жидкого дорогостоящего азота при проведении испытаний. Проведенные экспериментальные исследования рабочих характеристик предложенного излучателя тепловой энергии с тепловой изоляцией (экранно-вакуумной) и экраном с щелью, а также его прототипа с кварцевым нагревательным элементом типа КГТ-220-1000 в термобарокамере объемом 350 м3 в вакууме показали, что при использовании излучателей конструкции прототипа расходуется 2517 кг/сутки жидкого азота (при напряжении питания на кварцевом нагревательном элементе 40В) и потребляется 9,12 кВт•ч электрической энергии (для нагрева объекта до температуры 50oC), а при использовании излучателей предлагаемой конструкции с тепловой изоляцией и экраном с щелью при прочих равных условиях расходуется 1648 кг/сутки жидкого азота и потребляется 7,19 кВт•ч электрической энергии. Тем самым изобретение позволяет экономить 869 кг/сутки (34,5%) жидкого азота и 1,92 кВт•ч (21,1%) электрической энергии.
Излучатель тепловой энергии с кварцевым нагревательным элементом активно используется при проведении различного рода испытаний в вакуумных термобарокамерах, оснащенных жидкостными азотными холодильниками. Тепловое излучение с обратной от нагревательного элемента поверхности рефлектора, обращенной к холодильнику камеры, приводит к чрезмерно повышенному расходу жидкого дорогостоящего азота при проведении испытаний. Проведенные экспериментальные исследования рабочих характеристик предложенного излучателя тепловой энергии с тепловой изоляцией (экранно-вакуумной) и экраном с щелью, а также его прототипа с кварцевым нагревательным элементом типа КГТ-220-1000 в термобарокамере объемом 350 м3 в вакууме показали, что при использовании излучателей конструкции прототипа расходуется 2517 кг/сутки жидкого азота (при напряжении питания на кварцевом нагревательном элементе 40В) и потребляется 9,12 кВт•ч электрической энергии (для нагрева объекта до температуры 50oC), а при использовании излучателей предлагаемой конструкции с тепловой изоляцией и экраном с щелью при прочих равных условиях расходуется 1648 кг/сутки жидкого азота и потребляется 7,19 кВт•ч электрической энергии. Тем самым изобретение позволяет экономить 869 кг/сутки (34,5%) жидкого азота и 1,92 кВт•ч (21,1%) электрической энергии.
Предложенное изобретение позволяет увеличить КПД излучателя тепловой энергии за счет того, что:
увеличивается плотность теплового потока со стороны излучателя на объект, и тем самым исключаются потери энергии на рассеивание от нагревательного элемента вне объекта;
снижаются затраты электрической энергии для обеспечения нагрева объекта при проведении испытаний;
уменьшается теплоприток на холодильник со стороны рефлектора и расход жидкого азота при проведении испытаний в вакуумной термобарокамере.
увеличивается плотность теплового потока со стороны излучателя на объект, и тем самым исключаются потери энергии на рассеивание от нагревательного элемента вне объекта;
снижаются затраты электрической энергии для обеспечения нагрева объекта при проведении испытаний;
уменьшается теплоприток на холодильник со стороны рефлектора и расход жидкого азота при проведении испытаний в вакуумной термобарокамере.
Предлагаемая конструкция излучателя тепловой энергии достаточно проста и не требует существенной доработки, а также ввода специальных производственных технологических линий.
Claims (1)
- Излучатель тепловой энергии, состоящий из нагревательного элемента и рефлектора в виде параболоида, отличающийся тем, что в него дополнительно введены экран с щелью и тепловая изоляция, размещенная на обратной от нагревательного элемента поверхности рефлектора по всей его площади, при этом экран закреплен по оси симметрии рефлектора перед нагревательным элементом по всей длине последнего, причем расстояние от нагревательного элемента до экрана, высота экрана и угловая ширина щели выбираются в соответствии со следующими зависимостями:
где k - коэффициент, выбираемый исходя из условия максимально возможного приближения экрана с щелью к нагревательному элементу;
β - угловая ширина щели,
dн - диаметр нагревательного элемента;
Hэ - высота экрана с щелью;
Нр - высота рефлектора;
Нo - высота объекта нагрева;
L1 - расстояние от нагревательного элемента до кромок экрана с щелью;
L2 - расстояние от нагревательного элемента до кромок рефлектора;
L3 - расстояние от нагревательного элемента до объекта нагрева.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99125050/06A RU2172453C2 (ru) | 1999-11-29 | 1999-11-29 | Излучатель тепловой энергии |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99125050/06A RU2172453C2 (ru) | 1999-11-29 | 1999-11-29 | Излучатель тепловой энергии |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2172453C2 true RU2172453C2 (ru) | 2001-08-20 |
Family
ID=37665723
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99125050/06A RU2172453C2 (ru) | 1999-11-29 | 1999-11-29 | Излучатель тепловой энергии |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2172453C2 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2447372C2 (ru) * | 2010-10-01 | 2012-04-10 | Александр Иванович Голодяев | Тепловой излучатель шаровой формы |
RU2450227C2 (ru) * | 2010-12-02 | 2012-05-10 | Александр Иванович Голодяев | Тепловой излучатель |
RU2722855C1 (ru) * | 2019-09-19 | 2020-06-04 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" "ФГУП "ЦАГИ") | Инфракрасный нагревательный блок |
-
1999
- 1999-11-29 RU RU99125050/06A patent/RU2172453C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2447372C2 (ru) * | 2010-10-01 | 2012-04-10 | Александр Иванович Голодяев | Тепловой излучатель шаровой формы |
RU2450227C2 (ru) * | 2010-12-02 | 2012-05-10 | Александр Иванович Голодяев | Тепловой излучатель |
RU2722855C1 (ru) * | 2019-09-19 | 2020-06-04 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" "ФГУП "ЦАГИ") | Инфракрасный нагревательный блок |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108925146B (zh) | 辐射装置以及使用辐射装置的处理装置 | |
RU2172453C2 (ru) | Излучатель тепловой энергии | |
WO1980002221A1 (en) | High-frequency heating device | |
US3427435A (en) | High speed infrared furnace | |
DE59402770D1 (de) | Kabine mit einer flächenheizung | |
US3293564A (en) | Conical energy reflecting coupling device | |
US6365882B1 (en) | Thin heating element made from low resistance material | |
JP2001085152A (ja) | メッシュ部材を包含するマイクロ波装置 | |
JP2741995B2 (ja) | 遠赤外線放射電熱ヒータ | |
US3703813A (en) | Laser beam reflector system | |
RU2315404C1 (ru) | Твердотельный лазер с поперечной накачкой линейками лазерных диодов | |
WO2016051003A1 (es) | Célula calefactora, calefactor que hace uso de la misma, sistema de calefacción y uso del mismo | |
US3008030A (en) | Baseboard heater assembly | |
WO2004107865A1 (en) | Sauna far infrared heat emitting article and method | |
US3475697A (en) | Laser employing semielliptical pump cavity | |
KR100980804B1 (ko) | 복사를 이용한 발열기구 및 이를 이용한 야외 난방장치 | |
ATE112840T1 (de) | Kochgerät mit einer strahlungsheizeinrichtung. | |
JP3441268B2 (ja) | 海苔焼き方法および海苔焼き装置 | |
KR100918492B1 (ko) | 원적외선 방폭 히터 | |
GB2343990A (en) | Solid state laser having a monolithic pumping cavity | |
JPH0945465A (ja) | 輻射加熱装置 | |
JPH11190531A (ja) | 遠赤外線暖房装置 | |
RU2234823C2 (ru) | Установка микроволнового спекания композитных материалов в керамическом корпусе сердечника свечи зажигания | |
JP2019180310A (ja) | 海苔加熱装置 | |
KR200311733Y1 (ko) | 선형 근적외선 히터 모듈 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051130 |