RU2568671C1 - Electric heater - Google Patents
Electric heater Download PDFInfo
- Publication number
- RU2568671C1 RU2568671C1 RU2014130558/07A RU2014130558A RU2568671C1 RU 2568671 C1 RU2568671 C1 RU 2568671C1 RU 2014130558/07 A RU2014130558/07 A RU 2014130558/07A RU 2014130558 A RU2014130558 A RU 2014130558A RU 2568671 C1 RU2568671 C1 RU 2568671C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- core
- conductors
- heat
- heating element
- heater according
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Resistance Heating (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к высокотемпературным электрическим нагревательным элементам трубчатой формы, обеспечивающим температуру наружной поверхности трубки-оболочки около 1000°C и способным выдерживаться при данной температуре нескольких десятков часов на открытом воздухе.The invention relates to electrical engineering, in particular to high-temperature tubular-shaped electric heating elements, providing a temperature of the outer surface of the tube-shell of about 1000 ° C and able to withstand at this temperature for several tens of hours in the open air.
Известен электронагревательный стержень в трубчатом кожухе (патент Германии №3304488, H05B 3/48, опубл. 23.08.1984), содержащий электронагревательную спираль, которая навита на держатель, расположенный по оси нагревательного стержня, и залита уплотняющим изоляционным материалом. Спираль связана с выступающим из трубчатого кожуха присоединительным болтом. Для того чтобы во время процесса работы держатель мог свободно выдерживать возникающие удлинения трубчатого кожуха без негативных последствий для электронагревательной спирали, между металлическим колпачком, расположенным на конце держателя и электрически связанным с электронагревательной спиралью, и противолежащим присоединительным болтом расположен эластичный или пружинящий промежуточный элемент.Known electric heating rod in a tubular casing (German patent No. 3304488, H05B 3/48, publ. 08.23.1984) containing an electric heating spiral that is wound on a holder located along the axis of the heating rod, and filled with sealing insulating material. The spiral is connected with a connecting bolt protruding from the tubular casing. In order for the holder to freely withstand the resulting elongations of the tubular casing without negative consequences for the electric heating coil, an elastic or springy intermediate element is located between the metal cap located on the end of the holder and electrically connected to the electric heating spiral and the opposite connecting bolt.
Недостатком данного устройства является недостаточная мощность тепловыделения, что является причиной невысокого коэффициента полезного действия такого нагревателя.The disadvantage of this device is the insufficient heat dissipation, which is the reason for the low efficiency of such a heater.
В качестве прототипа выбран электрический нагреватель (патент США №5247158, H05B 3/44, опубл. 21.09.1993), в состав которого входит нагревающий элемент, трубчатая металлическая оболочка, расположенная вокруг нагревательного элемента с некоторым зазором, слой изолятора внутри оболочки для электрической изоляции нагревательного элемента от контакта с оболочкой и заглушка, закрывающая оболочку с одной из сторон. Через заглушку проделан канал в продольном направлении. Как минимум один силовой провод, адаптированный для подсоединения к источнику электрической энергии, проходит через канал для подачи электрической энергии на нагревательный элемент. Силовой провод состоит из электрического проводника, металлического рукава вокруг проводника и изолятора, который изолирует проводник от контакта с рукавом. У проводника имеется терминал для обеспечения электрической связи с нагревательным элементом. Уплотнитель, расположенный между оболочкой и заглушкой на одном из концов оболочки, предохраняет пространство между оболочкой и заглушкой от попадания в него посторонних веществ.An electric heater was selected as a prototype (US Patent No. 5,247,158, H05B 3/44, publ. 09/21/1993), which includes a heating element, a tubular metal shell located around the heating element with some clearance, an insulator layer inside the shell for electrical insulation heating element from contact with the shell; and a cap covering the shell on one side. A channel was made through the plug in the longitudinal direction. At least one power wire adapted for connection to an electric energy source passes through a channel for supplying electric energy to the heating element. The power wire consists of an electrical conductor, a metal sleeve around the conductor and an insulator that insulates the conductor from contact with the sleeve. The conductor has a terminal for providing electrical communication with the heating element. A sealant located between the shell and the plug at one end of the shell protects the space between the shell and the plug from the ingress of foreign substances.
Недостатком данного нагревателя является невысокая удельная тепловая мощность, конструкция электрического нагревателя не предусматривает распределение теплоотдачи по его длине и имеет определенное соотношение диаметра к длине, что делает невозможным его применение в труднодоступных местах.The disadvantage of this heater is its low specific thermal power, the design of the electric heater does not provide for the distribution of heat transfer along its length and has a certain ratio of diameter to length, which makes it impossible to use it in hard-to-reach places.
Основные задачи изобретения заключаются в обеспечении:The main objectives of the invention are to provide:
- сверхвысокой удельной тепловой мощности трубчатого электрического нагревателя (ТЭН) - до 200 Вт на 1 см3 собственного объема при малых габаритах изделия;- ultra-high specific heat output of a tubular electric heater (TEN) - up to 200 W per 1 cm 3 of its own volume with small dimensions of the product;
- температуры наружной поверхности трубки-оболочки около 1000°C, которая может выдерживаться при данной температуре несколько десятков часов на открытом воздухе;- the temperature of the outer surface of the tube-shell is about 1000 ° C, which can be maintained at this temperature for several tens of hours in the open air;
- неравномерности тепловыделения по длине ТЭН (обеспечивается за счет шага навивки на сердечник нагревательных элементов);- uneven heat along the length of the heater (provided by the step of winding onto the core of the heating elements);
- стойкости резистивных нагревательных элементов к возможным вибрационным и механическим нагрузкам на ТЭН при рабочей температуре;- resistance of resistive heating elements to possible vibrational and mechanical loads on the heater at operating temperature;
- устойчивости протекания теплового процесса и равномерности распределения выделяемого теплового потока по поверхности устройства;- stability of the thermal process and the uniform distribution of the generated heat flux over the surface of the device;
- высокой механической прочности и эксплуатационной надежности.- high mechanical strength and operational reliability.
Таким образом, технический результат заключается в повышении конструктивных и эксплуатационных характеристик нагревательного устройства.Thus, the technical result is to increase the structural and operational characteristics of the heating device.
Технический результат достигается тем, что в известном электрическом нагревателе, содержащем металлический цилиндрический корпус, в котором коаксиально установлен сердечник, с обернутым вокруг него нагревательным элементом, выполненным из двух проводников, концы которых соединены с токовводом, герметично установленным в торце цилиндрического корпуса, второй его торец герметично закрыт заглушкой, согласно изобретению проводники нагревательного элемента имеют прямолинейные участки, переходящие в спиралевидную форму, витки которых уложены в имеющиеся канавки сердечника, при этом шаг навивки от периферии к центру уменьшается, прямолинейные участки проводников разделены теплосъемным элементом и соединены с токовводом через контактный узел, имеющий в своем составе термокомпенсирующий элемент, при этом наружная поверхность сердечника и внутренняя поверхность корпуса покрыты теплоотражающим составом, а полость корпуса заполнена инертным материалом. Каждый из проводников повернут на 180 градусов и навит в одну и другую сторону вокруг сердечника. Сердечник может быть выполнен составным и части его могут быть соединены между собой при помощи штырей, установленных с натягом в имеющиеся пазы. Теплопоглощающий состав имеет коэффициент черноты не менее 0,8.The technical result is achieved by the fact that in the known electric heater containing a metal cylindrical body in which the core is coaxially mounted, with a heating element wrapped around it, made of two conductors, the ends of which are connected to a current lead sealed at the end of the cylindrical body, its second end hermetically sealed with a plug, according to the invention, the conductors of the heating element have rectilinear sections turning into a spiral shape, the turns of which laid in the existing grooves of the core, while the winding pitch from the periphery to the center is reduced, the straight sections of the conductors are separated by a heat-removing element and connected to the current lead through a contact node incorporating a heat-compensating element, while the outer surface of the core and the inner surface of the housing are coated with a heat-reflecting composition, and the body cavity is filled with inert material. Each of the conductors is rotated 180 degrees and wound in one and the other side around the core. The core can be made integral and parts of it can be interconnected using pins installed tightly into the existing grooves. The heat-absorbing composition has a black factor of at least 0.8.
Таким образом, электрический нагреватель состоит из нагревательных элементов (кабель с высоким удельным сопротивлением), сердечника, зоны термокомпенсации и зоны токоввода. Нагревательные элементы навиваются на профилированный стержень (сердечник) от прямолинейных участков до спиралевидных, при этом шаг намотки увеличивается к центру, за счет этого регулируется ступенчатое выделение электронагревателя. Пазы в сердечнике выполнены так, чтобы нагревательные элементы максимально передавали температуру на корпус. Зона термокомпенсации состоит из контактного узла, который компенсирует удлинение нагревательных элементов во время их работы и их излом в процессе работы электрического нагревателя. Узел токоввода обеспечивает подвод тока к нагревательным элементам, при этом токоведущие выводы кабельного изделия выполнены «холодными» за счет использования проводников с низким удельным электросопротивлением, при этом образуется разделение ТЭН на «горячую» и «холодную» зоны. За счет более частого шага навивки нагревательных элементов на сердечник в его центральной части, максимальная температура достигается именно там, а ближе к краям ТЭНа она в несколько раз ниже. Нагревательные элементы навиты на сердечник параллельно друг другу по всему диаметру сердечника. При навивке нагревательные элементы перегибаются на 180 градусов на сердечнике для навивки их в обратном направлении, что позволяет упростить конструкцию.Thus, an electric heater consists of heating elements (a cable with high resistivity), a core, a temperature compensation zone, and a current lead zone. Heating elements are wound on a profiled rod (core) from straight sections to spiral-shaped, while the winding pitch increases to the center, due to this, the stepwise selection of the electric heater is regulated. The grooves in the core are designed so that the heating elements transmit the maximum temperature to the housing. The temperature compensation zone consists of a contact node that compensates for the elongation of the heating elements during their operation and their kink during the operation of the electric heater. The current lead assembly provides current supply to the heating elements, while the current-carrying leads of the cable product are made “cold” due to the use of conductors with low electrical resistivity, and a separation of the heater into “hot” and “cold” zones is formed. Due to the more frequent step of winding the heating elements onto the core in its central part, the maximum temperature is reached there, and closer to the edges of the heating element it is several times lower. Heating elements are wound on the core parallel to each other over the entire diameter of the core. When winding, the heating elements are bent 180 degrees on the core for winding them in the opposite direction, which simplifies the design.
Во время экспериментов было замечено, что температура распределяется неравномерно: самая высокая - в местах укладки нагревательного кабеля, а наиболее низкая - между витками кабеля. Для равномерного распределения температуры на поверхности корпуса ТЭН, наружная поверхность сердечника и внутренняя поверхность корпуса покрыты теплопоглощающим составом. Покрытие равномерно распределяет тепло, позволяет выдерживать высокотемпературные циклические нагрузки и подвергаться нагреву и выдержке около 1000°C. Предельно высокая рабочая температура резистивных нагревательных элементов и электрических контактов требует однозначную необходимость их защиты от кислорода воздуха для обеспечения необходимого ресурса ТЭН, в связи с этим корпус выполнен герметичным и заполнен инертным газом.During the experiments, it was noticed that the temperature is distributed unevenly: the highest - in the places of laying the heating cable, and the lowest - between the turns of the cable. For uniform temperature distribution on the surface of the housing of the heater, the outer surface of the core and the inner surface of the housing are coated with a heat-absorbing composition. The coating evenly distributes heat, can withstand high-temperature cyclic loads and undergo heating and aging at about 1000 ° C. Extremely high operating temperature of resistive heating elements and electrical contacts requires an unambiguous need to protect them from atmospheric oxygen to provide the necessary TEN resource; in this regard, the housing is sealed and filled with inert gas.
На фиг. 1 показана конструкция электрического нагревателя, на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1.In FIG. 1 shows the construction of an electric heater; FIG. 2 is a section AA of FIG. one.
Электрический нагреватель содержит герметичный металлический корпус 1, представляющий из себя трубу, внутренняя часть которого покрыта теплопоглощающим составом с коэффициентом черноты не менее 0,8. В корпус установлен профилированный сердечник 2, который также имеет теплопоглощающее покрытие с коэффициентом черноты не менее 0,8. В качестве покрытия было применено гальваническое покрытие, так называемое «черное никелирование». Сердечник 2 выполнен составным, части его соединены между собой при помощи штырей 3, установленных с натягом в имеющиеся пазы. Сердечник 2 обернут нагревательным элементом 4, выполненным из двух проводников, уложенных в профили сердечника 2, каждый из которых повернут на 180 градусов через хвостовик 5 и навит в одну и другую сторону вокруг сердечника 2, при этом шаг навивки от периферии к центру уменьшается. Концы проводников имеют прямолинейный участок, разделены теплосъемным элементом 6, выполненным из меди, и соединены с токовводом 7 через контактный узел 8, имеющий в своем составе термокомпенсирующий элемент 9. Такое конструктивное исполнение вкупе с имеющимися ползунами 10, установленными между корпусом 1 и нагревательным элементом 4, компенсирует удлинение проводников и исключает их излом в процессе работы электрического нагревателя. Корпус 1 электрического нагревателя снабжен штуцером 11 для подачи инертного газа в полость ТЭН, который предотвращает окисление деталей при больших температурах и улучшает передачу тепла от нагревательного элемента к корпусу. Штуцер 11 закрыт колпачком 12, диаметр которого равен диаметру корпуса.The electric heater contains a sealed
Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.
Токоввод 7 подсоединяется к источнику питания (на фиг. 1 не показан). При увеличении нагрузки тока на изделие нагревательный элемент 4 нагревается, при этом нагревается сердечник 2. На сердечник нанесен теплопоглощающий состав, который быстро нагревается, а из-за разного шага навивки на сердечнике 2 и по краям сердечника 2 мы можем задать зоны нагрева по всей длине изделия (от максимальной до минимальной при одном и том же токе). Внутренняя поверхность корпуса 1 также покрыта теплопоглощающим составом, как и сердечник 2, благодаря чему необходимая температура на наружной стенке изделия быстро достигается.The current lead 7 is connected to a power source (not shown in Fig. 1). When the current load on the product increases, the heating element 4 heats up, while the
Таким образом, применение конструктивно-технологических подходов и решений обеспечило оптимальную передачу тепла от резистивного нагревательного элемента к корпусу ТЭН и обеспечило высокое КПД потребления энергии промышленной электросети.Thus, the application of constructive-technological approaches and solutions ensured optimal heat transfer from the resistive heating element to the heater housing and ensured high energy efficiency of the industrial power grid.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014130558/07A RU2568671C1 (en) | 2014-07-22 | 2014-07-22 | Electric heater |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014130558/07A RU2568671C1 (en) | 2014-07-22 | 2014-07-22 | Electric heater |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2568671C1 true RU2568671C1 (en) | 2015-11-20 |
Family
ID=54598093
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014130558/07A RU2568671C1 (en) | 2014-07-22 | 2014-07-22 | Electric heater |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2568671C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU179355U1 (en) * | 2017-12-20 | 2018-05-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Tank heater |
RU2696624C1 (en) * | 2018-12-27 | 2019-08-05 | Акционерное общество "Корпорация космических систем специального назначения "Комета" (АО "Корпорация "Комета") | Combined tubular heater |
RU2713510C1 (en) * | 2019-09-19 | 2020-02-05 | Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС" | Unit of tubular electric heaters |
RU2762623C1 (en) * | 2021-06-15 | 2021-12-21 | Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф.Решетнёва» | Radiation flexible-flat electric heater |
RU223643U1 (en) * | 2023-09-27 | 2024-02-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Опытный завод ВНИИЭТО" | BLOCK OF TUBULAR ELECTRIC HEATERS |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3304488A1 (en) * | 1983-02-10 | 1984-08-23 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Electrical tubular shell heating rod, especially for high voltage |
US5247158A (en) * | 1992-07-17 | 1993-09-21 | Watlow Electric Manufacturing Company | Electrical heater |
RU2077118C1 (en) * | 1994-06-27 | 1997-04-10 | Валерий Васильевич Шулятев | Electric heater for flowing substance |
RU2141745C1 (en) * | 1998-03-16 | 1999-11-20 | Кашин Александр Николаевич | Tube electric heater with thermal circuit breaker and method for its manufacturing |
RU2242096C2 (en) * | 2002-12-24 | 2004-12-10 | Сергей Евгеньевич Грепан | Tubular electric heater |
RU127567U1 (en) * | 2012-09-10 | 2013-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Краснодарский Компрессорный Завод" | AIR FLOW HEATER |
-
2014
- 2014-07-22 RU RU2014130558/07A patent/RU2568671C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3304488A1 (en) * | 1983-02-10 | 1984-08-23 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Electrical tubular shell heating rod, especially for high voltage |
US5247158A (en) * | 1992-07-17 | 1993-09-21 | Watlow Electric Manufacturing Company | Electrical heater |
RU2077118C1 (en) * | 1994-06-27 | 1997-04-10 | Валерий Васильевич Шулятев | Electric heater for flowing substance |
RU2141745C1 (en) * | 1998-03-16 | 1999-11-20 | Кашин Александр Николаевич | Tube electric heater with thermal circuit breaker and method for its manufacturing |
RU2242096C2 (en) * | 2002-12-24 | 2004-12-10 | Сергей Евгеньевич Грепан | Tubular electric heater |
RU127567U1 (en) * | 2012-09-10 | 2013-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Краснодарский Компрессорный Завод" | AIR FLOW HEATER |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU179355U1 (en) * | 2017-12-20 | 2018-05-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Tank heater |
RU2696624C1 (en) * | 2018-12-27 | 2019-08-05 | Акционерное общество "Корпорация космических систем специального назначения "Комета" (АО "Корпорация "Комета") | Combined tubular heater |
RU2713510C1 (en) * | 2019-09-19 | 2020-02-05 | Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС" | Unit of tubular electric heaters |
WO2021054857A1 (en) * | 2019-09-19 | 2021-03-25 | Акционерное Общество "Ордена Трудового Красного Знамени И Ордена Труда Чсср Опытное Kohcтруктоpckoe Бюро "Гидропресс" (Ао Окб Чсср "Гидропресс") | Tubular electric heating element assembly |
RU2762623C1 (en) * | 2021-06-15 | 2021-12-21 | Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф.Решетнёва» | Radiation flexible-flat electric heater |
RU223643U1 (en) * | 2023-09-27 | 2024-02-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Опытный завод ВНИИЭТО" | BLOCK OF TUBULAR ELECTRIC HEATERS |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2568671C1 (en) | Electric heater | |
US3839623A (en) | Electric heater with add-on leads | |
JP5347088B1 (en) | Thermoelectric generator and power generation method | |
TW200812422A (en) | Heating element for a hot air device | |
KR20220097934A (en) | three phase medium voltage heater | |
KR20220050888A (en) | current feedthrough | |
EP3597004A1 (en) | Voltage-leveled heater cable with adjustable power output | |
KR102195336B1 (en) | Method for producing a heating cable and heating cable produced according to this method | |
RU2561620C1 (en) | Tubular electric heater | |
US1731119A (en) | Electric heater | |
US4308448A (en) | Heating cable with a specific heating capacity | |
US2360264A (en) | Encased resistor unit | |
CN106765443A (en) | A kind of double thermal source heating plastic pipes of metallic conductor electrical heating | |
US3632977A (en) | Immersion heater | |
US7557300B2 (en) | Flexible high temperature cables | |
US8242419B2 (en) | Aquarium heater | |
CN210112312U (en) | Double-insulation carbon fiber vacuum heating pipe | |
CN209089259U (en) | A kind of energy saving electric heating pipe | |
RU2582659C1 (en) | Tubular electric heater | |
CN105323883A (en) | High-power radiant tube | |
CN210629882U (en) | Low-power heating device | |
US11337278B2 (en) | Electrical heating cable | |
RU147180U1 (en) | TUBULAR ELECTRIC HEATER | |
JPH04112481A (en) | Heat emitting member | |
CN106129658A (en) | High temperature high-current leading outgoing line device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TC4A | Change in inventorship |
Effective date: 20170803 |