Трубчатый электронагреватель

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.

 

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.

Известен трубчатый электронагреватель классической конструкции, содержащий тепловыделяющий элемент в виде токопроводящей спирали из жаростойкого материала, помещенной внутри защитной металлической оболочки, причем между тепловыделяющим элементом и защитной оболочкой расположен слой электроизоляционного материала, обычно в виде порошковой засыпки окиси магния, на концах металлической оболочки выполнены герметизированные токоподводы (Патент US №7,019,269, МПК H05B 3/44, опубл. 28.03.2006 г.).

Недостатком известной конструкции является то, что между тепловыделяющим элементом и теплоотдающей поверхностью защитной оболочки необходим слой электроизоляции, обеспечивающей электрическую безопасность нагревателя и препятствующей возникновению межвитковых замыканий нагревательной спирали. Этот слой, выполняя полезную функцию электроизоляции, вносит тепловое сопротивление на пути переноса тепла от тепловыделяющего элемента к поверхности теплообмена с внешним теплоносителем, что особенно заметно при использовании порошковых электроизоляционных материалов. Наличие этого теплового сопротивления приводит к тому, что для достижения существенной плотности теплового потока на поверхности теплообмена необходимо многократно увеличить температуру нагревательной спирали внутри трубчатого электронагревателя, что приводит к уменьшению срока службы нагревателя.

Наиболее близким по технической сущности является трубчатый нагреватель, содержащий тепловыделяющий элемент в виде токопроводящей спирали, расположенной внутри защитной металлической оболочки, имеющей внешнее поперечное оребрение, на концах металлической оболочки выполнены герметизированные токоподводы (Патент РФ №2120199, МПК H05B 3/48, опубл. 10.10.1998 г.).

Известному трубчатому нагревателю присущи те же недостатки нагревателей традиционной конструкции, а именно низкий ресурс и эксплуатационная надежность, связанные с наличием теплового сопротивления электроизолирующей прослойки и перегревом тепловыделяющего элемента. Например, в трубчатых электронагревателях, работающих в термокомпрессорах АЭС при температуре внешней среды 300-350°С, температура спирали приближается к 900°С. Такая температура создает два негативных фактора. Во-первых, разрушается структура материала нагревательной спирали с возможностью ее перегорания. Во-вторых, при высоких температурах ухудшаются электроизоляционные свойства электроизоляционного слоя, в нем появляются каналы электрического пробоя, разрушающие внешнюю защитную оболочку. Попадание воды через образовавшиеся свищи внутрь нагревателя вызывает паровые взрывы, полностью разрушающие нагреватель. Оба этих фактора снижают ресурс и эксплуатационную надежность трубчатого электронагревателя.

Технической задачей, решаемой данным изобретением, является повышение ресурса и эксплуатационной надежности трубчатого нагревателя

Технический результат заключается в увеличении теплопроводности в направлении от тепловыделяющего элемента к поверхности теплообмена с внешним теплоносителем и достигается тем, что в известный трубчатый электронагреватель, содержащий защитную металлическую оболочку с фланцевым уплотнением и подсоединительный элемент для подвода питающего напряжения, введены диэлектрические шайбы, внутренняя и внешняя цилиндрические поверхности металлизированы, а плоские цилиндрические поверхности покрыты резистивным слоем с возрастающим сопротивлением в радиальном направлении, резистивный слой имеет электрический контакт с металлизацией на внутренней и внешней поверхностях шайб, металлизация на внутренней цилиндрической поверхности шайб имеет электрический контакт с внутренним трубчатым токоподводом, металлизация на внешней цилиндрической поверхности шайб имеет электрический контакт с защитной металлической оболочкой.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид трубчатого электронагревателя с разрезом, открывающим внутреннее устройство нагревателя; на фиг.2 изображена диэлектрическая керамическая шайба; на фиг.3 приведено примерное распределение удельного электрического сопротивления в радиальном направлении, где r - радиус внутреннего отверстия диэлектрической шайбы, a R - радиус внешней окружности диэлектрической шайбы.

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 защитной металлической оболочкой 1.

Трубчатый электронагреватель работает следующим образом.

Трубчатый 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. Поскольку выделяемая мощность пропорциональна квадрату сопротивления цепи, то в силу увеличения сопротивления резистивного слоя 7 к периферии диэлектрической шайбы максимальное тепловыделение сосредоточено в зоне, прилегающей к защитной металлической оболочке 1. И этот тепловой поток через тонкий слой металла стенки защитной оболочки передается нагреваемой жидкости. В результате между зоной тепловыделения и нагреваемой жидкостью отсутствует слой порошковой электроизоляции, присутствующий в прототипе и препятствующий переносу тепла. В предлагаемой конструкции перенос тепла осуществляется теплопроводностью тонкого слоя металла, что позволяет, с одной стороны, существенно увеличить плотность теплового потока, а с другой, снизить перепад температур между зоной тепловыделения и нагреваемой жидкостью.

Для трубчатого нагревателя это означает, что температура нагревательного элемента с некоторым превышением, определяющим плотность теплового потока, связана с температурой внешнего теплоносителя. Это превышение обычно находится на уровне 50°C. Для трубчатых электронагревателей, работающих в составе термокомпрессора атомной АЭС и обеспечивающих нагрев внешнего теплоносителя до температуры 300-350°C, повышение теплопроводности внутри нагревателя позволяет снизить температуру в зоне тепловыделения до значений, не превышающих 400°C. Такие условия работы не ведут к деструкции резистивного слоя, что позволяет повысить ресурс и эксплуатационную надежность трубчатого нагревателя.

Использование изобретения позволяет повысить ресурс и эксплуатационную надежность трубчатого нагревателя за счет введения описанных конструктивных элементов, обеспечивающих существенное повышение теплопроводности от тепловыделяющего элемента к внешней теплопередающей поверхности.

Трубчатый электронагреватель, содержащий защитную металлическую оболочку с фланцевым уплотнением и подсоединительный элемент для подвода питающего напряжения, отличающийся тем, что в него введены диэлектрические шайбы, внутренняя и внешняя цилиндрические поверхности которых металлизированы, а плоские цилиндрические поверхности покрыты резистивным слоем с возрастающим сопротивлением в радиальном направлении, резистивный слой имеет электрический контакт с металлизацией на внутренней и внешней поверхностях шайб, металлизация на внутренней цилиндрической поверхности шайб имеет электрический контакт с внутренним трубчатым токоподводом, металлизация на внешней цилиндрической поверхности шайб имеет электрический контакт с защитной металлической оболочкой.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении трубчатых электронагревателей. .

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

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.

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

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.

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

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

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

Изобретение относится к автотранспортным нагревательным устройствам. .

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

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.

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 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.

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.

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.
Наверх