RU2379858C1 - Устройство для нагрева газового потока с проволочным электрическим нагревателем - Google Patents
Устройство для нагрева газового потока с проволочным электрическим нагревателем Download PDFInfo
- Publication number
- RU2379858C1 RU2379858C1 RU2008123401/09A RU2008123401A RU2379858C1 RU 2379858 C1 RU2379858 C1 RU 2379858C1 RU 2008123401/09 A RU2008123401/09 A RU 2008123401/09A RU 2008123401 A RU2008123401 A RU 2008123401A RU 2379858 C1 RU2379858 C1 RU 2379858C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- section
- conductor
- gas
- length
- wire
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к электротехнике, а именно к электронагревательным устройствам, и может быть использовано для электрического нагревателя газового потока в наркозных аппаратах, ингаляционных устройствах и т.п. Устройство для нагрева газового потока с проволочным электрическим нагревателем, содержащее каркас из термостойкого диэлектрического материала, выполненный в виде основания и опорных элементов и спирального резистивного элемента, отличающееся тем, что спиральный резистивный элемент выполнен в виде нескольких секций, представляющих собой катушки, соединенные электрически параллельно и имеющие разную длину провода, рассчитываемую по математической зависимости, при этом проволока нагревателя навита на каркас, выполненный из осевой трубки, на концах которой закреплены спицы, а между спицами в продольном направлении уложены фарфоровые трубки, скрепленные проходящими сквозь них стержнями. Изменение длины провода в каждой последующей от входа секции спирали нагревательного устройства увеличивает значение удельной мощности на витках спиралей, что позволяет выполнить нагревательный элемент с большой поверхностью теплоотдачи, более эффективно использовать нагреватель, снизить габариты и вес устройства при сохранении технических характеристик. Конструкция нагревателя образует жесткий каркас, который устойчив к ударным нагрузкам и вибрациям. 1 ил.
Description
Заявляемое изобретение относится к электротехнике, а именно к электронагревательным устройствам, и может быть использовано для электрического, нагревателя газового потока в наркозных аппаратах, ингаляционных устройствах с подогревом выдыхаемых газов с лечебными целями, в респираторах спецснаряжения для нагрева дыхательного газа при нахождении людей в экстремально низких температурных условиях, в глубоководном водолазном снаряжении для нагрева дыхательной смеси и других устройствах.
Известно нагревательное устройство, содержащее изоляционный каркас, в котором выполнены внутренняя центральная полость и пазы для перевода витков спирали размером, превышающим диаметр спирали резистивного элемента, уложенного в углубления на каркасе, обеспечивающия фиксацию намотки шага спирали (Патент США N 4602146, Кл. F24Н 3/04,1986).
Однако в известном устройстве удельная мощность выделяется равномерно по виткам спирали, не учитывается разность в температуре воздуха, проходящего через разные витки спирали, вследствие чего недостаточно эффективно используется пространство нагревателя, что увеличивает габариты устройства.
Известно принятое за прототип нагревательное устройство (патент Российской Федерации RU 2071639 С1, Кл Н05В 3/26, опубликован 18.04.97), близкое по своей технической сути к предлагаемому. Устройство имеет электроизоляционный каркас и один спиральный резистивный элемент, каркас выполнен в виде основания и закрепленных на нем, по меньшей мере, двух опорных элементов, установленных с зазором друг от друга, которые образуют пазы, позволяющие соседние витки спирали резистивного элемента укладывать на опорные элементы в противоположных направлениях.
Недостатком известного по прототипу нагревателя является недостаточно эффективное использование пространства нагревателя.
Равномерное распределение мощности по виткам секций вызывает увеличение температуры на каждой следующей от входа к выходу секции, из-за разной температуры газа, проходящего по ним, поэтому для достижения одинаковой температуры газа в устройстве прототипа требуется большая поверхность теплообмена, то есть большие габариты всего нагревателя.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности нагрева газа, понижение габаритов и веса устройства.
Поставленная задача решается следующим образом. Устройство для нагрева газового потока с проволочным электрическим нагревателем, содержащее каркас из термостойкого диэлектрического материала, выполненный в виде основания и опорных элементов, и спирального резистивного элемента, выполненного в виде нескольких секций, представляющих собой катушки, соединенные электрически параллельно, отличающееся тем, что секции представляют собой провода, навитые в виде спирали Архимеда, закрепленные продольными спицами, через которые проходит газ, и длина провода секции рассчитывается соотношениями:
где L1 - длина проводника первой секции [м];
L2 - длина проводника второй секции [м];
dn - внешний диаметр проводника [м];
α1 - коэффициент теплоотдачи от провода первой секции к газу [Вт/м2·град];
α2 - коэффициент теплоотдачи от провода второй секции к газу [Вт/м2·град];
Ср - удельная весовая теплоемкость газа [Дж/кг·град];
γ - удельная плотность газа [кг/м3];
V - объемный расход газа [м3/сек].
Длина второй секции:
где L3 - длина проводника третьей секции [м];
α3 - коэффициент теплоотдачи от провода третьей секции к газу [Вт/м2·град].
где Ln - длина проводника n секции [м];
Ln+1 - длина проводника n+1 секции (последующей секции за n секцией) [м];
αn - коэффициент теплоотдачи от провода n секции к газу [Вт/м2·град];
αn+1 - коэффициент теплоотдачи от провода n+1 секции (последующей секции за n секцией) к газу [Вт/м2·град].
где Lвых - длина проводника выходной секции [м];
U - напряжение питания устройства для нагрева газового потока [В].
Данное соотношение выбирается из условия равенства температуры на выходных витках всех секций. На входе длина проводника уменьшается по сравнению с последующей за счет уменьшения сопротивления секции. Величина тока через секцию и удельная мощность увеличиваются, это приводит к росту температуры на этой секции до предельно допустимого значения. С целью закрепления проводника нагревателю в виде спирали проводник навит на каркас, выполненный из осевой трубки, на кольцах которой закреплены спицы. Между спицами в продольном направлении уложены фарфоровые трубки, скрепляемые проходящими через отверстия в них стержнями со спицами. Проводники электрического нагревателя, зажатые между фарфоровыми трубками, образуют жесткую конструкцию.
С целью определения оптимального соотношения между длинами двух рядом расположенных секций запишем уравнение температуры на проводнике на выходе газа из первой секции:
где θ1 - температура на поверхности проводника первой секции в точках выхода из нее газа [град];
Р1 - электрическая мощность первой секции [Вт];
Ср - удельная весовая теплоемкость газа [Дж/кг·град];
γ - удельная плотность газа [кг/м3];
V - объемный расход газа [м3/сек];
q1 - удельная мощность на первой секции [Вт/м2];
α1 - коэффициент теплопередачи от первой секции [Вт/м2·град].
Температура на проводнике второй секции в точке выхода из нее газа:
где Р2 - электрическая мощность второй секции [Вт];
q2 - удельная мощность на второй секции [Вт/м2];
α2 - коэффициент теплопередачи от второй секции [Вт/м2·град].
Удельная мощность на поверхности проводника i-й секции:
где Li - длина проводника i-й секции [м];
dn - внешний диаметр проводника [м];
Рi - мощность выделения на проводнике i-й секции [Вт].
Мощность выделения на проводнике i-й секции:
где ρ - удельное сопротивление по длине проводника [Ом·м];
U - напряжение питания устройства для нагрева газового потока [В].
Из условия равенства температур на поверхностях проводников двух секций в точках выхода из них газа θ1=θ2 и подставив уравнение 3 и 4, найдем:
где L1 - длина проводника первой секции [м];
L2 - длина проводника второй секции [м].
Длина проводника второй секции нагревателя находится по отношению к длине проводника третьей секции аналогично:
где L3 - длина проводника третьей секции [м];
α3 - коэффициент теплоотдачи от провода третьей секции к газу [Вт/м2·град].
Предельное значение температуры на третьей секции составит:
где Р - мощность всего нагревательного устройства [Вт].
Формула для определения мощности всего нагревательного устройства:
где θвых - температура газа на выходе из нагревательного устройства [град].
Подставим в уравнение 7 выражение 8 после преобразований, получим:
Для случая с отличным от трех числом секций катушек можно выбирать соотношение, исходящее из предыдущих формул:
где Ln - длина проводника n секции [м];
Ln+1 - длина проводника n+1 секции (последующей секции за n секцией) [m];
αn - коэффициент теплоотдачи от провода n секции к газу [Вт/м2·град];
αn+1 - коэффициент теплоотдачи от провода n+1 секции (последующей секции за n секцией) к газу [Вт/м2·град].
где Lвых - длина проводника выходной секции [м].
На чертеже изображена схема устройства.
Устройство содержит проволочный нагреватель, каркас из термостойкого диэлектрического материала и корпуса, выполненного из нескольких секций, в частности, трех, представляющих собой «катушки», каждый слой которых разделяется керамическими трубками, связанными крестовиной.
Проволоки нагревателя 1 навиты на каркас, выполненный из осевой трубки 2, на концах которой закреплены спицы 3. Между спиц в продольном направлении уложены фарфоровые трубки 4, скрепленные проходящими сквозь них стержнями 5, которые скрепляются со спицами. Между фарфоровыми трубками проходят проводники трех секций, которые соединены между собой электрически параллельно. Электрический проволочный нагреватель расположен в цилиндрическом корпусе 6, выполненном из полимерного материала.
Принцип работы
Газ поступает со стороны узкой секции с более короткой длиной нагреваемого проводника и проходит по каналам, образованным между проводниками и фарфоровыми трубками, и нагревается от проводника под действием тепла, выделяемого электрическим током.
Количество витков в секциях по ходу движения нагреваемого газа нарастает. Спирали нагревателя, имея зависимое уменьшение длины провода, получают при этом пропорциональное увеличение сопротивления и электрической мощности спирали.
В результате температура на всех секциях нагревателя одинакова, так как с увеличением температуры проходящего по секциям газа удельная мощность каждой секции уменьшается.
Секции соединены между собой электрически параллельно. Такая конструкция позволяет выполнить нагревательный элемент с большей поверхностью теплоотдачи, довести до предельных значений тепловой поток по всей поверхности, не превышая допустимой температуры поверхности нагревателя.
Таким образом, изменение длины провода в каждой последующей от входа секции спирали проволочного нагревателя пропорционально увеличивает значение удельной мощности на витках спиралей, что позволяет выполнить нагревательный элемент с большой поверхностью теплоотдачи, более эффективно использовать нагреватель, снизить габариты и вес устройства при сохранении технических характеристик, то есть добиться выполнения поставленной задачи. Конструкция нагревателя образует жесткий каркас, который устойчив к ударным нагрузкам и вибрациям.
Claims (1)
- Устройство для нагрева газового потока с проволочным электрическим нагревателем, содержащее каркас из термостойкого диэлектрического материала, выполненный в виде основания и опорных элементов, и спирального резистивного элемента, выполненного виде нескольких секций, представляющих собой катушки, соединенные электрически параллельно, отличающееся тем, что секции представляют собой провода, навитые в виде спирали Архимеда, закрепленные продольными спицами, через которые проходит газ, и длина провода секции рассчитывается соотношениями:
где L1 - длина проводника первой секции, м;
L2 - длина проводника второй секции, м;
dn - внешний диаметр проводника, м;
α1 - коэффициент теплоотдачи от провода первой секции к газу, Вт/м2·град;
α2 - коэффициент теплоотдачи от провода второй секции к газу, Вт/м2·град;
Ср - удельная весовая теплоемкость газа, Дж/кг·град;
γ - удельная плотность газа, кг/м3;
V - объемный расход газа, м3/с.
где L3 - длина проводника третьей секции, м;
α3 - коэффициент теплоотдачи от провода третьей секции к газу, Вт/м2·град.
где Ln - длина проводника n секции, м;
Ln+1 - длина проводника n+1 секции (последующей секции за n секцией), м;
αn - коэффициент теплоотдачи от провода n секции к газу, Вт/м2·град;
αn+1 - коэффициент теплоотдачи от провода n+1 секции (последующей секции за n секцией) к газу, Вт/м2·град.
где Lвых - длина проводника выходной секции, м;
U - напряжение питания устройства для нагрева газового потока, В.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008123401/09A RU2379858C1 (ru) | 2008-06-16 | 2008-06-16 | Устройство для нагрева газового потока с проволочным электрическим нагревателем |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008123401/09A RU2379858C1 (ru) | 2008-06-16 | 2008-06-16 | Устройство для нагрева газового потока с проволочным электрическим нагревателем |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2379858C1 true RU2379858C1 (ru) | 2010-01-20 |
Family
ID=42121020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008123401/09A RU2379858C1 (ru) | 2008-06-16 | 2008-06-16 | Устройство для нагрева газового потока с проволочным электрическим нагревателем |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2379858C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2669589C1 (ru) * | 2014-02-25 | 2018-10-12 | Сандвик Матириалз Текнолоджи Дойчланд Гмбх | Нагревательный элемент и технологический нагреватель |
-
2008
- 2008-06-16 RU RU2008123401/09A patent/RU2379858C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2669589C1 (ru) * | 2014-02-25 | 2018-10-12 | Сандвик Матириалз Текнолоджи Дойчланд Гмбх | Нагревательный элемент и технологический нагреватель |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN204796995U (zh) | 加热器和包括加热器的头发护理器具、干发器和热定型刷 | |
| JPS58214295A (ja) | 電気ヒ−タ | |
| JP7279184B2 (ja) | エアロゾル供給デバイス | |
| KR20070081242A (ko) | 전기 온풍기용의 유도가열 발열체와 이를 이용한 온풍기 | |
| US3859506A (en) | Constant wattage heating element | |
| US3551643A (en) | Electric heater for heating fluids flowing longitudinally therethrough | |
| WO2013174399A1 (en) | Armoured cable for transporting alternate current with reduced armour loss | |
| US10500366B2 (en) | Humidification device | |
| RU2379858C1 (ru) | Устройство для нагрева газового потока с проволочным электрическим нагревателем | |
| JP4118300B2 (ja) | ねじった抵抗ワイヤを使用したオープンコイル電気抵抗ヒータ、およびその製造方法 | |
| JP2013057482A (ja) | 誘導加熱式液体加熱器と誘導加熱式液体加熱装置 | |
| ES2765203T3 (es) | Conducto de medios calentados | |
| US3740527A (en) | Electric convector heater | |
| RU2379859C1 (ru) | Устройство для нагрева газового потока | |
| MX2010005041A (es) | Calentador electrico para secadora de ropa. | |
| JP2955953B2 (ja) | ヒーティングチューブ | |
| US4406943A (en) | Temperature self-limiting electric fuel oil heater for oil burner units | |
| JP5881538B2 (ja) | オゾン発生装置 | |
| CN107810659A (zh) | 电加热元件 | |
| KR101133589B1 (ko) | 고주파 유도코일을 이용한 열 발생장치 및 그 제조방법 | |
| JP3719148B2 (ja) | 内燃機関の触媒昇温装置 | |
| KR101634643B1 (ko) | 전자파 차폐 기능을 갖는 탄소섬유 발열선 | |
| EA035917B1 (ru) | Электрический нагреватель (варианты) | |
| CN112056004B (zh) | 电加热电缆 | |
| TWI679921B (zh) | 可變節距電阻線圈加熱器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100617 |