Электрический нагреватель в форме тела вращения

 

Изобретение относится к электронагревателям жидких сред. Нагреватель в форме тела вращения содержит трубопровод, внутри стенки которого размещен слой электропроводного материала. Этот слой выполнен из углеродной волокнистой ленты. Трубопровод изготовлен из композиционного волокнистого материала в виде стеклянной ленты, предварительно пропитанной жидкой фенольной смолой и отвержденной при температуре 140 - 180^oС. Отмечено повышение эффективности, экономичности и надежности работы нагревателя. 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к погружным электрическим нагревателям, обогреваемым трубопроводам, которые могут использоваться для нагрева различных жидких или газовых сред, в том числе и агрессивных.

Широко известны электрические нагреватели для обогрева бытовых и жилищных помещений, в которых в качестве нагревательного элемента используются ТЭНы, вольфрамовые спирали. Последние могут быть открытыми, защищенными ограждением, помещенными в кварцевые трубки, в масло (масляные радиаторы).

Перечисленные нагреватели имеют большой недостаток большая удельная поверхностно-тепловая нагрузка, так как в качестве нагревательного элемента используется металлический проводник тонкая высокотемпературная металлическая проволока. Большая удельная поверхностно-тепловая нагрузка при мощности нагревателя более 1 кВт требует дополнительного источника - вентилятора (либо радиаторов) для повышения эффективности нагрева окружающего воздуха, что приводит к снижению экономичности работы нагревателя, особенно в настоящее время при сильном увеличении цен на электроэнергию.

Известен [1] гибкий нагреватель, включающий в себя токопроводящий элемент из углеграфитовой ткани и защитную оболочку из резины. Однако данный нагреватель может нагревать среды с ограниченной температурой не более 150^oС. Кроме того, данное решение не позволяет изготавливать жесткие нагреватели для нагрева жидких и газовых сред при их транспортировке и хранении, а также использовать в быту.

Известен [2] пористый электрический нагревательный элемент из крученых углеродных или графитовых нитей. На поверхность нитей нанесено углеродосодержащее покрытие, которое является оболочкой этих нитей и в местах их соприкосновения образует токопроводящие мостики, соединяющие волокна. Недостатком такого нагревателя является его нестабильность при повышенных температурах из-за нарушения электрического контакта в местах соприкосновения волокон, а также из-за локального перегрева этих мест соприкосновения. Вследствие большого гидродинамического сопротивления он непригоден для нагревания вязких жидкостей.

Известны [3] [6] решения, в которых предлагаются электрические нагреватели с использованием в качестве нагревательного элемента сажи, металлической сетки, фольги, углеродных волокон. В качестве связующих используются полиэфирные смолы [5] поливинилхлорид [4] ненасыщенные полиэфирные смолы [6] нагреватель выполнен в виде пластины; эпоксидные, полиамидные смолы, керамика [3] нагреватель выполнен в виде панели.

Использование указанных полимерных связующих ограничивает повышение температуры нагревателей: не более 120^o [5,6] 60 80^oC [4] 250 - 300^oC [3] Ограничение повышения температуры снижает технико-экономические характеристики нагревателя, а при повышении указанных пределов по температуре может привести к термическому разложению полимерных связующих с выделением токсичных газообразных продуктов разложения. Этот фактор ограничивает применение нагревателей, особенно в быту. Указанные полимерные связующие [3] - [6] имеют также ограниченную химическую стойкость к агрессивным средам, что снижает их широкое применение в технике. Использование керамики [3] в качестве связующего допускает повышение температуры нагревателя, однако позволяет получать только плоские нагреватели, что наряду с низкой механической прочностью (хрупкостью) ограничивает область их применения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является электрический нагреватель в виде трубы для подогрева воды [7] содержащий слой электропроводного материала, закрытый с двух сторон слоями электрозащитного материала.

Данный нагреватель, как и вышеописанные, сложен по конструкции, а также не может быть использован в быту.

Цель изобретения повышение эффективности работы нагревателя за счет снижения удельной поверхностно-тепловой нагрузки при одновременном повышении экономичности и надежности работы нагревателя.

Поставленная цель достигается тем, что электрический нагреватель, изготовленный в форме тела вращения, содержит трубопровод и нагревательный элемент в виде слоя электропроводного материала и отличается тем, что его электропроводный материал выполнен из углеродной волокнистой ленты, а трубопровод из композиционного волокнистого материала в виде стеклянной ленты, пропитанной жидкой фенольной смолой с последующим отверждением при 140 180^oС. Углеродная лента при этом находится внутри стенки трубопровода.

Для соединения нагревателя с внешней нагрузкой токопроводящий провод соединяется с нагревательным элементом нагревателя посредством металлического хомута с последующей его изоляцией стеклянной лентой, пропитанной жидкой фенольной смолой с последующим ее отверждением.

Применение углеродной ленты в качестве нагревательного элемента позволяет снизить удельную поверхностно-тепловую нагрузку с одновременным увеличением поверхности теплообмена с обогреваемой средой.

Использование жидкой фенольной смолы позволяет иметь на поверхности нагревателя температуру 200 250^oС, что наряду с большой поверхностью теплообмена нагревателя увеличивает экономичность и эффективность его работы. Высокая химическая стойкость фенольной смолы к различным агрессивным средам позволяет использовать электрический нагреватель для нагрева различных агрессивных сред (соляная, серная, уксусная кислоты и др.).

На фиг.1 представлена схема погружного нагревателя для нагрева битума - погружного электрического нагревателя ПЭН-150; на фиг.2 разpез А А на фиг.1; на фиг. 3 схема обогреваемого трубопровода для транспортировки битума; на фиг.4 развертка металлического хомута.

Погружной электрический нагреватель ПЭН-150 (см. фиг.1) состоит из электрозащитного материала 1, электропроводного материала 2 и токопроводящего металлического хомута 3. Нагреватель ПЭН-150 изготавливают следующим образом. На дорн диаметром 150,0 мм и длиной 3,3 м наматывают четыре слоя стеклянной ленты ТСФ-(3а)-7с (ГОСТ 10146-74), пропитанной в жидкой фенольной смоле СФЖ-3031 (ГОСТ 20907-75). Затем наматывают один слой углеродного трикотажа Урал Тр-3/2-22 (ГОСТ 28005-88), причем намотку проводят с отступлением на 30,0 50,0 мм от обеих крайних сторон стеклянной ленты. Далее на обеих крайних сторонах углеродной ленты закрепляют токоподводящий металлический хомут, представляющий собой пластину шириной 20,0 мм и длиной 600,0 мм из нержавеющего листа 0,8 мм, которую закрепляют посредством болтового соединения. Затем аналогично как первые четыре слоя проводят намотку четырех слоев стеклянной ленты ТСФ-(7а)-7с.

После этого дорн помещают в камеру для отверждения смолы, которое проводят при температуре 140 180^oС в течение 1,0 1,5 ч. По окончании отверждения осуществляют съем готового ПЭН-150 с дорна. Мощность ПЭН-150 составляет 10 кВт.

Обогреваемый трубопровод для транспортировки битума (см. фиг.3) состоит из внутреннего 1 и наружного 2 слоев из стеклопластика, который представляет собой стеклянную ленту, пропитанную в жидкой фенольной смоле. Между слоями 1 и 2 расположен нагревательный элемент 3, представляющий собой углеродную ленту. Углеродная лента имеет необходимое электрическое сопротивление для создания нужной мощности обогреваемого трубопровода. Для соединения обогреваемого трубопровода с внешней электросетью служит металлический хомут 4. Фланцевый бурт 5 имеет назначение соединения трубопроводов между собой. На наружной поверхности обогреваемого трубопровода находится теплозащитный слой 6.

Обогреваемый трубопровод мощностью 500 Вт для битума изготавливают следующим образом (диаметр 70,0 мм, длина одного элемента 3,5 м).

На подготовленную металлическую оправку наматывают восемь слоев стеклянной ленты из ткани ТСФ-(7а)-7с (ГОСТ 10146-74), пропитанную в фенольной смоле СФЖ-3031.

Затем наматывают 15 пог. м углеродной ленты Урал Т-22 шириной 20,0 мм (ГОСТ 28005-88). По краям углеродной ленты закрепляют металлический хомут. После этого осуществляют намотку восьми слоев стеклянной ленты из ткани ТСФ-(7а)-7с, пропитанной в фенольной смоле СФЖ-3031. Далее проводят намотку фланцевых буртов по краям трубопровода также стеклянной лентой из ткани ТСФ-(7а)-7с. По окончании намотки фланцевых буртов осуществляют укладку теплозащитного слоя, затем помещают изделие в камеру для отверждения при температуре 140 180^oС на 1 ч. По окончании процесса отверждения проводят съем готового обогреваемого трубопровода с оправки.

Формула изобретения

Электрический нагреватель в форме тела вращения, имеющий трубопровод и нагревательный элемент в виде слоя электропроводного материала, расположенного внутри стенки трубопровода, отличающийся тем, что электропроводный материал выполнен из углеродной волокнистой ленты, а трубопровод из композиционного волокнистого материала в виде стеклянной ленты, предварительно пропитанной жидкой фенольной смолой и отвержденной при 140 180^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4