Нагреватель с промежуточными теплоносителями

 

Изобретение относится к области электротехники и теплотехники и может быть использовано в различных электротехнических теплообменниках и нагревательных устройствах. Технический эффект заключается в повышении эффективности теплоотвода от поверхности нагревательного элемента до внутренней поверхности корпуса, что приводит к снижению габаритов и материалоемкости устройства. Нагреватель с промежуточными теплоносителями состоит из герметичного корпуса, заполненного снизу первым (нижним) промежуточным теплоносителем, например диэлектрической жидкостью типа ПФДТ-100, в котором размещен электрический нагревательный элемент. Верхняя часть герметичного корпуса заполнена вторым (верхним) теплоносителем, например диэлектрической кремнийорганический жидкостью типа 115-262. Корпус имеет внешнее вертикальное оребрение и предохранительный клапан избыточного давления. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и теплотехники и может быть использовано в различных электротехнических теплообменниках и нагревательных устройствах.

Известен бытовой электрический нагреватель, содержащий нагревательный элемент, отдающий тепловую энергию непосредственно в окружающее отапливаемое пространство (электрокамин ЭКПС-1,25/220 "Толнэ"-П, ГОСТ 16617-87).

Недостаток таких конструкций заключается в больших массогабаритных показателях, низкой электропожаробезопасности, неэкологичности (сжигание кислорода).

Наиболее близким техническим решением является нагреватель с промежуточным жидким теплоносителем, содержащий герметичный корпус из теплопроводного материала, заполненный промежуточным теплоносителем (минеральным маслом), в объеме которого расположен нихромовый электронагревательный элемент (электрорадиатор "термо-2" типа ЭММПБ(и), БФРИ 680041.004РЭ).

Недостатком данного устройства является то, что тепловой поток от нагревательного элемента к жидкому теплоносителю передается за счет естественной конвекции с низким коэффициентом теплоотдачи (к~300 Вт/м2с). Последнее ограничивает допустимую плотность теплового потока на поверхность нагревательного элемента, плотность тока в нем и, как следствие, приводит к увеличению его размеров и расхода дорогостоящих материалов (например, нихрома). Кроме того, по той же причине на границе жидкий теплоноситель / внутренняя поверхность корпуса имеет место большой температурный перепад. Последнее приводит к снижению температурного перепада на границе: внешняя поверхность корпуса - окружающая среда, что требует большей площади внешней поверхности корпуса для отвода заданной мощности.

Технический эффект заключается в повышении эффективности теплоотвода от поверхности нагревательного элемента до внутренней поверхности корпуса, что приводит к снижению габаритов и материалоемкости устройства.

Поставленная цель достигается тем, что нагреватель с промежуточными теплоносителями, содержащий герметичный корпус с электрически нагревательным элементом имеет внешнее вертикальное оребрение корпуса, а сам корпус заполнен двумя жидкими несмешивающимися теплоносителями, расположенными друг над другом. Электрический нагревательный элемент расположен в объеме нижнего промежуточного теплоносителя. Температура кипения верхнего промежуточного теплоносителя не менее чем на 20 - 30oC выше, а плотность на 50 - 70% ниже чем у нижнего промежуточного теплоносителя. Соотношение площадей внутренней поверхности герметичного корпуса и внешней оребренной поверхности равно: Sвнеш = (15 - 20)Sвнутр Изобретение поясняется чертежом.

Нагреватель с промежуточными теплоносителями состоит из герметичного корпуса 1, заполненного снизу первым (нижним) промежуточным теплоносителем 2, например диэлектрической жидкостью типа ПФДТ-100, в котором размещен электрический нагревательный элемент 3. Верхняя часть герметичного корпуса заполнена вторым (верхним) теплоносителем 4, например диэлектрической кремнийорганической жидкостью типа 115-262. Корпус имеет внешнее вертикальное оребрение 5 и предохранительный клапан избыточного давления 6. Нижняя часть корпуса, в которой помещен электрический нагреватель 3, заполнена первым (нижним) промежуточным теплоносителем 2 с более низкой температурой кипения и более высокой плотностью (например, диэлектриком типа ПФДТ-100 с температурой кипения Ts = 129oC и плотностью = 1710 кг/см3. Сверху корпус заполнен вторым (верхним) промежуточным теплоносителем 4, например кремнийорганическим диэлектриком типа 115-262, с плотностью = 960 кг/м3 и температурой кипения Ts = 180 - 200oC) с температурой кипения не менее чем на 20 - 30% большей и плотностью на 30 - 50% меньшей, чем у первого теплоносителя. При этом обе эти жидкости химически инертны по отношению друг к другу и негигроскопичны. С учетом того, что коэффициент теплоотдачи от внешней оребренной поверхности 5 к окружающему воздуху составляет 15 - 25 Вт/м2oC, а от кремнийорганической жидкости к внутренней поверхности корпуса 1 за счет турбулизации этой жидкости восходящими пузырьками пара от кипящей в рабочем состоянии первой (нижней) жидкости 2 возрастает до 500 - 600 Вт/м2oC, при температуре кипения первой жидкости 129oC и окружающего воздуха - 15 - 30oC соотношение площадей внутренней Sвнут оребренной 5 и внешней Sвнешн поверхностей корпуса 1 составляет Sвнешн = (15 - 20)Sвнутр Нагреватель с промежуточным теплоносителем работает следующим образом. При включении электрического нагревательного элемента 3 выделяется тепловая мощность Pэл и на его поверхности закипает первый промежуточный теплоноситель 2 (диэлектрическая жидкость ПФДТ-100). Подавляющая часть мощности Pэл затрачивается на парообразование. При этом коэффициент теплоотдачи от поверхности нагревательного элемента 3 составляет кип = 3000 - 4000 Вт/м2oC, что позволяет выполнить этот элемент весьма компактным и низкоматериалоемким. Пары первого теплоносителя 2 поднимаются, проникают в объем некипящего второго теплоносителя 4. Часть паров автоконденсируются в объеме второго теплоносителя 4, часть - на внутренней поверхности корпуса I. Конденсат за счет большей плотности возвращается в объем первого теплоносителя 2. Тепло от нагретого второго теплоносителя 4 за счет явления турбулизации в пристеночном пространстве восходящими пузырьками пара передается стенке корпуса I к ~500 - 600 Вт/м2oC) коэффициентом теплоотдачи. Далее тепловой поток через оребренную внешнюю поверхность 5 передается окружающему воздуху. Для обеспечения баланса подводимой и отводимой от корпуса мощности должно выполняться следующее соотношение площадей внешней оребренный 5 и внутренней герметичного корпуса 1 поверхностей Sвнеш = (15 - 20)Sвнутр При заданной мощности за счет достигнутой интенсификации теплообменных процессов внутри корпуса I температура его внешней поверхности возрастает. Поэтому для отвода заданной мощности в окружающее пространство требуется меньшая площадь внешней оребренной поверхности Sвнешн. Основу герметичного корпуса составляют две штампованные металлические половины, соединенные в нижней и верхней части с помощью сварки (6). Поэтому при нагревании и расширении жидкости объем корпуса I может увеличиваться за счет некоторого упругого "раздувания". В отличие от минерального масла кремнийорганические жидкости имеют меньший коэффициент объемного расширения, что также снижает давление внутри корпуса.

По сравнению с известными решениями предлагаемое позволяет за счет повышения эффективности теплоотвода от поверхности нагревательного элемента до внутренней поверхности корпуса снизить габариты и материалоемкость нагревателя.

Формула изобретения

1. Нагреватель с промежуточными теплоносителями, содержащий герметичный корпус с электрическим нагревательным элементом, отличающийся тем, что корпус имеет внешнее вертикальное оребрение и заполнен двумя несмешивающимися жидкими теплоносителями, расположенными друг над другом, а электрический нагревательный элемент расположен в объеме нижнего промежуточного теплоносителя, при этом промежуточные теплоносители должны быть химически инертными по отношению друг к другу и нижний теплоноситель имеет более низкую температуру кипения и более высокую плотность по сравнению с верхним.

2. Нагреватель с промежуточными теплоносителями по п.1, отличающийся тем, что температура кипения верхнего промежуточного теплоносителя не менее чем на 20 - 30oC выше, а плотность на 30 - 50% ниже, чем у нижнего промежуточного теплоносителя.

3. Нагреватель с промежуточными теплоносителями по п.1, отличающийся тем, что соотношение площадей внутренней поверхности герметичного корпуса и внешней оребренной поверхности равно Sвнешн = (15 - 20) Sвнутр.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для нагрева жидкости

Изобретение относится к электронагревателям жидких сред

Изобретение относится к электроэнергии, в частности, к высоковольтным погружным виброустойчивым электроводонагревателям, используемым в электрокотлах для отопления железнодорожных вагонов

Изобретение относится к погружным нагревательным электрокипятильникам для сосудов с буртом

Изобретение относится к погружным бытовым электронагревательным приборам, используемым для нагрева и кипячения воды

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в установках для проведения химических и гальванических процессов

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для нагрева вязких электропроводных жидкостей, например мелассы

Изобретение относится к теплоэнергетике и теплообменной технике

Изобретение относится к двухслойным системам аккумулирования тепловой энергии, например энергии Солнца, в которых поглощение тепла осуществляется аккумулирующим слоем 24 и далее посредством теплоотдающего слоя 22 передается потребителю через трубу 30

Изобретение относится к энергетике, а именно к оборудованию для отопления бытовых и производственных помещений

Изобретение относится к теплоэнергетике, теплотехнике и предназначено для теплоснабжения и отопления жилых, административных, сельскохозяйственных, производственных зданий и их отдельных помещений с использованием провальной электроэнергии и электроэнергии нетрадиционных источников

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству и может применяться, например, для снабжения технологической горячей водой животноводческих кооперативов, а также фермеров и других частных предпринимателей

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в гражданском и промышленном строительстве

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к аккумуляторным подогревателям газа

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к аккумуляторным подогревателям газа, и может быть использовано при разработке кауперных и омических подогревателей газа для аэродинамических труб
Наверх