Способ герметизации трубчатых электронагревателей

Авторы патента:

Захарычев Евгений Александрович (RU)

H05B3/48 - в которых нагревательный проводник заделан в изоляционный материал

Владельцы патента RU 2474091:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" (RU)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении трубчатых электронагревателей. Технический результат изобретения заключается в увеличении надежности герметизации и срока службы ТЭН, а также снижении трудоемкости и ускорении процесса герметизации. В способе герметизации ТЭН, при котором приторцевые полости заполняют герметизирующим резиноподобным материалом, в качестве герметизирующего резиноподобного материала используют смесь кремнийорганического винилсодержащего каучука, олигометилгидриддиметилсилоксана и двуокиси титана, отверждаемую раствором платинохлористоводородной кислоты в изопропиловом спирте.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении трубчатых электрорадиоизделий и, в частности, электронагревателей.

Известен способ герметизации трубчатого электронагревателя (ТЭН), при котором широко применяют пастообразные материалы, которые, после заполнения ими приторцевых полостей, полимеризуются и переходят в резиноподобное состояние [1].

Однако влагозащитные свойства узлов герметизации, выполненных на основе этих материалов, обеспечивают недостаточно надежную влагозащиту наполнителя ТЭН.

Известен способ герметизации ТЭН, в котором в торцы электронагревателя на электроизоляционный наполнитель вводят кремнийорганический каучук, выдержку электронагревателя выполняют после введения каучука в течение 1-6 ч, а отверждение каучука проводят путем нанесения катализатора и выдержки электронагревателя не менее 20 минут на открытом воздухе [2].

Данный способ имеет ряд недостатков. Из-за нанесения катализатора на поверхность жидкого каучука толщина отвержденного резинового слоя мала, что снижает надежность герметизации ТЭН. К тому же катализатор распределяется в каучуке неравномерно, вследствие чего из-за нарушения стехиометрического соотношения компонентов реакции отверждения герметизирующий материал получается хрупким снаружи и непрочным внутри, а в системе остаются непрореагировавшие компоненты, что приводит к коррозионному разрушения электронагревателя.

Известен способ герметизации ТЭН при котором подготавливают приторцевые полости, заполняют их герметизирующим резиноподобным материалом типа «Виксинт», полимеризуют герметизирующий материал путем выдержки ТЭН при 25±10°С в течение двух суток и термообрабатывают при 130-140°С [3].

Наиболее близким по технической сущности является способ герметизации ТЭН, при котором подготавливают приторцевые полости, заполняют их герметизирующим резиноподобным материалом типа «Виксинт», полимеризуют его путем выдержки ТЭН при 25±10°С в течение 1-2 суток и термообрабатывают герметизирующий материал в течение 1-8 часов при температуре 220-260°С [4].

Недостатками способов [3] и [4] являются большая продолжительность и трудоемкость процесса герметизации. Кроме того, материалы типа «Виксинт» характеризуются крайне низкой адгезией к металлам (0-3 кгс/см²) и большой величиной коэффициента линейного температурного расширения (КЛТР), в 10-20 раз превышающей КЛТР металлов. Данное обстоятельство приводит к неизбежному отслоению герметизирующего материала от металла, нарушению герметичности изделия и выходу нагревателя из строя.

Технический результат изобретения заключается в увеличении надежности герметизации и срока службы ТЭН, а также снижении трудоемкости и ускорении процесса герметизации.

Технический результат достигается тем, что в способе герметизации ТЭН, при котором приторцевые полости заполняют герметизирующим резиноподобным материалом, в качестве герметизирующего резиноподобного материала используют смесь кремнийорганического винилсодержащего каучука, олигометилгидриддиметилсилоксана и двуокиси титана, отверждаемую раствором платинохлористоводородной кислоты в изопропиловом спирте.

Пример реализации способа. В качестве объекта герметизации использовались ТЭН для бойлеров (220 В, 1,2 кВт). В качестве герметизирующего материала использовался компаунд марки 159-191 (ТУ6-02-1287-84), представляющий собой смесь кремнийорганического винилсодержащего каучука, олигометилгидриддиметилсилоксана и двуокиси титана, отверждаемую 1% раствором платинохлористоводородной кислоты в изопропиловом спирте. При точном соотношении компонентов жизнеспособность компаунда при комнатной температуре составляет 60 часов. Компаунд отверждается при температуре 150°С в течение 3-х часов и обладает интервалом рабочих температур -60°С…+200°С.

Для сравнения эффективности предложенного способа с ближайшими аналогами несколько теплоэлектронагревателей герметизировали по способам [3], [4] и предлагаемому способу, и измеряли сопротивление изоляции до и после герметизации, а также после термовлажностных испытаний группы 2.1.1 ГОСТ. РВ 20.39.304 (см. табл.1). Образцы ТЭН после испытаний вскрывали и осматривали на предмет наличия коррозии внутри ТЭН.

Оценка эффективности герметизации ТЭН разными способами
Способ герметизации ТЭН	Сопротивление изоляции, Ом	Наличие коррозии внутри ТЭН
до герметизации	после герметизации	после термовлажностных испытаний
Способ [3]	1*10¹⁰	2*10¹⁰	3*10⁷	следы коррозии
Прототип [4]	1*10¹⁰	9*10¹⁰	5*10⁸	следы коррозии
Предлагаемый способ	1*10¹⁰	7*10¹⁰	2*10¹⁰	отсутствует

Представленные данные показывают существенное улучшение электроизоляционных характеристик и надежности ТЭН, герметизированных по предлагаемому способу.

Кроме того, предлагаемый способ герметизации позволяет значительно снизить трудоемкость процесса герметизации (за счет исключения затрат на приготовление герметиков типа «Виксинт» с временем жизнеспособности 0,5-1 ч.) и существенно сократить продолжительность процесса отверждения герметизирующего материала.

Литература

1. Миндин Г.Р. Электронагревательные трубчатые элементы. 1965, с.11-12.

2. Патент РФ №2076463, МПК Н05В 3/48, от 23.08.94.

3. Герметизация трубчатых электронагревателей герметиком Виксинт У-1-18. РТМ ОНН.686.006-78.

4. Авторское свидетельство СССР №972669, МПК Н05В 3/48, от 30.06.81.

Способ герметизации трубчатых электронагревателей, при котором приторцевые полости заполняют герметизирующим резиноподобным материалом, отличающийся тем, что в качестве герметизирующего резиноподобного материала используют смесь кремнийорганического винилсодержащего каучука, олигометилгидриддиметилсилоксана и двуокиси титана, отверждаемую раствором платинохлористоводородной кислоты в изопропиловом спирте.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим нагревательным элементам, предназначенным для оснащения трубчатых электрических нагревателей (ТЭНов), защищенных от перегрева.

Резистивный нагреватель текучих сред // 2397621

Изобретение относится к нагревательным приборам, преобразующим электрическую энергию в тепловую, и может быть использовано для нагревания различных жидкостей, газов или мелкодисперсных порошков в технологических процессах, отопительных системах, системах горячего водоснабжения бытовых, производственных помещений и др.

Нагревостойкий кабель с чередованием "холодных" и "горячих" зон (три варианта) // 2388189

Изобретение относится к кабельным изделиям, предназначенным для использования в основном в атомной энергетике. .

Тэн с защитой от первичной накипи (варианты) // 2385552

Изобретение относится к области теплотехники и предназначено для предупреждения образования солевых отложений (накипи) на оболочках трубчатых электронагревателей (ТЭНов) при нагреве и кипячении воды, а также может быть использовано при производстве различных электрических водонагревателей, использующих ТЭНы.

Способ изготовления трубчатого электронагревателя // 2371887

Изобретение относится к области электротермии, в частности к способам производства трубчатых электронагревателей с односторонним расположением выводов, применяемых для нагрева различных сред.

Трубчатый электронагреватель // 2286653

Изобретение относится к электротехнике, а именно к нагревательным устройствам, и может быть использовано в производственных установках, например в реакторе твердофазной поликонденсации при производстве полиэтилентерефталата.

Способ изготовления трубчатого электронагревателя // 2274962

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам изготовления трубчатых электронагревателей, предназначенных для нагрева различных сред. .

Трубчатый электронагреватель для автотранспорта // 2249924

Изобретение относится к автотранспортным нагревательным устройствам. .

Электрический нагревательный элемент // 2246186

Трубчатый электронагреватель // 2242096

Изобретение относится к электротехнике, а именно к нагревательным устройствам, и может быть использовано для нагрева жидкости различного назначения, например, для подогрева масла или топлива с целью улучшения пуска двигателя внутреннего сгорания в зимнее время года.

Трубчатый электронагреватель // 2510162

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам преобразования электрической энергии в тепловую, и позволяет повысить ресурс и эксплуатационную надежность трубчатого нагревателя за счет увеличения теплопроводности в направлении от тепловыделяющего элемента к поверхности теплообмена с внешним теплоносителем. Трубчатый электронагреватель содержит защитную металлическую оболочку 1 с фланцевым уплотнением 2 и подсоединительный элемент 3 для подвода питающего напряжения, диэлектрические шайбы 4, внутренняя и внешняя цилиндрические поверхности 5 и 6 металлизированы, а плоские цилиндрические поверхности покрыты резистивным слоем 7 с возрастающим сопротивлением в радиальном направлении, резистивный слой 7 имеет электрический контакт с металлизацией на внутренней цилиндрической поверхности 5 и внешней цилиндрической поверхности 6 шайб 4, металлизация на внутренней цилиндрической поверхности 5 шайб имеет электрический контакт с внутренним трубчатым токоподводом 8, металлизация на внешней цилиндрической поверхности 6 шайб имеет электрический контакт с оболочкой 1. Электронагреватель монтируется в емкость с нагреваемой жидкостью таким образом, чтобы защитная металлическая оболочка 1 и сама емкость были заземлены, что соответствует требованиям Правил устройства электроустановок (ПУЭ). При подаче питающего напряжения на подсоединительный элемент 3 от сети, выполненной по схеме «с глухозаземленной нейтралью», это напряжение через внутренний трубчатый токоподвод 8 оказывается приложенным к резистивному слою 7 всех диэлектрических шайб, где происходит тепловыделение. 3 ил.

Трубчатый электронагреватель // 2516006

Изобретение относится к электротехнике и позволяет повысить ресурс и эксплуатационную надежность трубчатого нагревателя. Трубчатый электронагреватель содержит тепловыделяющий элемент 1, например, в виде токопроводящей спирали, расположенный внутри защитной металлической оболочки 2, имеющей внешнее поперечное оребрение 3, на концах металлической оболочки 2 выполнены герметизированные токоподводы 4, присоединенные к выводам токопроводящей спирали, пористые керамические шайбы 5, имеющие каплевидную форму, во внутреннем отверстии которых размещен тепловыделяющий элемент 1, а по внешнему обводу шайбы заключены в защитную металлическую оболочку 2, пористые керамические шайбы имеют переменную по высоте толщину, от полностью закрывающей тепловыделяющий элемент 1 до минимальной в верхней части, внутренняя полость трубчатого электронагревателя, включая поры керамических шайб, частично заполнена жидкостью. При подаче напряжения на токоподводы 4, присоединенные к выводам токопроводящей спирали, ее температура повышается, поскольку теплопроводность пористых керамических шайб 5 невелика, нагрев спирали тепловыделяющего элемента 1 происходит быстро, однако температура защитной оболочки 2 и оребрения 3 определяется температурой внешнего теплоносителя. Так как внутренняя полость нагревателя и поры шайб заполнены жидкостью, то при определенной температуре эта жидкость закипает, пар через поры попадает в пространство между пористыми шайбами 5, где конденсируется на внутренней поверхности защитной оболочки 2, отдавая ей запасенную теплоту парообразования. Сконденсировавшийся пар в виде жидкости попадает на поверхность пористых шайб 5 и за счет эффекта капиллярности впитывается внутрь шайб 5, опускаясь к нагретой спирали, где вновь закипает, запасая теплоту парообразования и замыкая тем самым цикл теплопереноса и контур циркуляции. 2 ил.

Трубчатый электронагреватель // 2516222

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам преобразования электрической энергии в тепловую, выполненным в виде прямолинейных или изогнутых трубчатых элементов, используемых, в частности, в конструкциях термокомпрессоров, обеспечивающих необходимое давление в контуре циркуляции теплоносителя АЭС, и позволяет повысить ресурс и эксплуатационную надежность нагревателя. Электронагреватель содержит защитную металлическую оболочку 1, отделенную от нагревательной спирали 2 слоем 3 порошкового электроизолирующего материала, токоподвод 4, отделенный от защитной металлической оболочки изолирующим элементом 5, и фланец 6, имеющий механическое и электрическое соединение с защитной металлической оболочкой 1, слой порошкового электроизолирующего материала 3 имеет переменную по длине нагревательной спирали толщину, линейно уменьшающуюся от толщины, обеспечивающей электрическую прочность слоя порошкового электроизолирующего материала при амплитудном значении напряжения питания, до нулевой на противоположном конце нагревательной спирали. 2 ил.

Нагреватель патронного типа повышенной надежности для жидкометаллического теплоносителя // 2533201

Нагреватель патронного типа предназначен к использованию на объектах ядерной энергетики для нагрева жидкометаллического теплоносителя и содержит оболочку, заполненную минеральной изоляцией, внутри которой помещен изолированный от оболочки нагревательный элемент U-образной формы, заканчивающийся контактными токовыводами, также содержит узел герметизации, через который проходят оба токовывода нагревательного элемента, и заглушку торцевой части сферической формы, нагревательный элемент содержит греющую зону, выполненную из металла с высоким электросопротивлением, и «холодные» выводы, выполненные из металла с низким электросопротивлением, при этом сечение холодного вывода превышает сечение вывода на участке греющей зоны не менее чем в 2 раза; в нагревательном элементе имеется переход между «горячей» греющей зоной и «холодными» выводами, а нагреватель на участке между греющей зоной и «холодными» токовыводами имеет плавный переход с меньшего диаметра на больший; оболочка может быть выполнена одно или многослойной и состоять из коррозионно- и жаростойких сплавов: минеральная изоляция уплотнена до 3,1 г/см3. Модификации нагревателей, основанные на указанных конструктивных решениях, могут быть использованы и в других отраслях промышленности. Данное техническое решение позволяет изготавливать различные варианты нагревателей патронного типа по габаритам и мощности. 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Тонкопленочный электронагреватель // 2546134

Изобретение относится к производству устройств типа плоских электронагревателей излучающего типа. Описана конструкция тонкопленочного электронагревателя, содержащего резистивный элемент, в виде матовой полимерной пленки с токопроводящим покрытием в виде наноразмерного слоя, который расположен между двумя термостойкими электроизоляционными пленками и снабжен выводами для подключения к электрической сети, выводы присоединены к выполненным в виде двухсторонних гребенок контактам, нанесенным по ширине токопроводящего покрытия и выполненным в виде сплошных узких лент из электропроводного материала, закреплены вдоль всей поверхности каждой из гребенок таким образом, что их концы с каждой из сторон расположены выходящими за пределы ширины резистивного элемента, но не выходящими за пределы ширины электроизоляционных пленок, количество зубцов с каждой из сторон гребенки составляет от 1 до 5 на одном сантиметре длины гребенки, количество зубцов, расположенных на одном сантиметре наружной стороны гребенки, меньше количества зубцов, расположенных на одном сантиметре внутренней стороны гребенки, а наружная поверхность лент выводов выполнена шероховатой. Технический результат: повышение надежности, эффективности и обеспечение удобства монтажа. 2 ил., 3 пр.

Трубчатый электронагреватель // 2582659

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам преобразования электрической энергии в тепловую. Трубчатый электронагреватель содержит внешнюю трубчатую оболочку (1), центральный токопроводящий электрод (2), герметизирующий фланец (3) с электрически изолированным от трубчатой оболочки выводом (4) центрального токопроводящего электрода, тепловыделяющий элемент (5) в виде скрученного вокруг оси центрального токопроводящего электрода металлического листа, образующего в разрезе неплотную спираль, пространство между витками которой заполнено порошковым диэлектриком (6). К выводу присоединяется питающий проводник с линейным потенциалом. Трубчатая оболочка через герметизирующий фланец заземляется (N). В этом случае через тепловыделяющий элемент 3 протекает ток и в нем происходит выделение тепла. При этом по длине спирального тепловыделяющего элемента происходит падение напряжения, пропорциональное длине участка. Изобретение позволяет повысить ресурс и эксплуатационную надежность нагревателя. 2 ил.

Трубчатый электронагреватель // 2622392

Изобретение относится к электротехнике, в частности к трубчатым электронагревателям, и может быть использовано для нагрева различных сред, например, воздуха, воды или других жидкостей. Трубчатый электронагреватель содержит корпус (1), стержень (2) из диэлектрического материала и спираль (3) из токопроводящего материала, навитую на стержень, при этом пространство между стержнем и корпусом заполнено диэлектрическим материалом. Стержень выполнен полым, спираль проходит через внутреннее пространство стержня и навита на его внешнюю поверхность, при этом корпус и стержень выполнены из металлокерамики или кварцевого стекла, а пространство внутри стержня, между стержнем и корпусом заполнено кварцевым песком или жидким стеклом. Изобретение обеспечивает снижение потребляемой энергии при снижении общего времени нагрева среды, а также снижение вероятности выхода из строя. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.