Трубчатый электронагреватель



Трубчатый электронагреватель
Трубчатый электронагреватель

 


Владельцы патента RU 2516222:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (RU)

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.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к устройствам преобразования электрической энергии в тепловую, выполненных в виде прямолинейных или изогнутых трубчатых элементов, используемых, в частности, в конструкциях термокомпрессоров, обеспечивающих необходимое давление в контуре циркуляции теплоносителя АЭС.

Известны трубчатые электронагреватели классической конструкции, содержащие тепловыделяющий элемент в виде токопроводящей спирали из термостойкого 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 к выводам токопроводящей спирали (Патент US №7,019,269 В2, М. Кл. Н05В 3/44, опубл. 28.03.2006 г).

Недостатком известных конструкций является то, что между тепловыделяющим элементом и теплоотдающей поверхностью защитной оболочки необходим слой электроизоляции, обеспечивающей электрическую безопасность нагревателя и препятствующую 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. Например, в трубчатых электронагревателях, работающих в термокомпрессорах АЭС при температуре среды 300-350°C, температура спирали приближается к 900°C. 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 засыпки, в ней 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.

Наиболее близким по технической сущности является трубчатый электронагреватель, содержащий защитную металлическую оболочку, отделенную от нагревательной спирали слоем порошкового электроизолирующего материала, в качестве которого может быть использована окись магния или периклаз, при этом слой электроизолирующего порошкового материала имеет постоянную по длине трубчатого нагревательного элемента толщину, токоподвод, отделенный от защитной металлической оболочки изолирующим элементом и фланец, имеющий механическое и электрическое соединение с защитной металлической оболочкой (Патент РФ №2120199, М. Кл. Н05В 3/48, опубл. 10.10.1998 г.).

Известному трубчатому нагревателю присущи те же недостатки электронагревателей традиционной конструкции, а именно, низкий ресурс и эксплуатационная надежность, связанные с наличием теплового сопротивления слоя порошкового электроизолирующего материала и, как следствие, перегревом тепловыделяющего элемента.

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

Техническим результатом изобретения является увеличения теплоотдачи в направлении от тепловыделяющего элемента к поверхности теплообмена с внешним теплоносителем, который достигается тем, что в известном трубчатом электронагревателе, содержащем защитную металлическую оболочку, отделенную от нагревательной спирали слоем порошкового электроизолирующего материала, токоподвод, отделенный от защитной металлической оболочки изолирующим элементом и фланец, имеющий механическое и электрическое соединение с защитной металлической оболочкой, слой порошкового электроизолирующего материала 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.

Сущность изобретение поясняется чертежами, на фиг.1 приведен схематический разрез трубчатого нагревателя, на фиг.2 показана эпюра распределения амплитудного напряжения на витках нагревательной спирали по ее длине.

Трубчатый 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.

Трубчатый электронагреватель работает следующим образом. Смонтированный в емкость с нагреваемым веществом электронагреватель подключается к электросети, работающей по схеме «с глухо заземленной нейтралью». То есть, токоподвод 4 присоединяется к проводнику L, а фланец 4 и, соответственно, защитная металлическая оболочка 1 заземляется или соединяется с проводником N. Такое подсоединение соответствует Правилам эксплуатации электроустановок (ПУЭ). На витках нагревательной спирали 2, ближайших к токоподводу 4, присутствует питающее напряжение с максимальной амплитудой. Для обеспечения электрической безопасности толщина слоя порошкового электроизолирующего материала у этих витков определяется из условия кратного превышения пробивного напряжения слоя над напряжением на этих витках. Поскольку амплитуда питающего напряжения по длине нагревательной спирали 2 линейно изменяется от максимальной до нулевой (Фиг.2), то толщина слоя порошкового электроизолирующего материала при сохранении тех же условий электробезопасности, также меняется по линейному закону от максимальной до нулевой. Если сравнивать с прототипом, у которого толщина слоя электроизоляции по длине нагревательного элемента постоянна, то в предлагаемом электронагревателе слой электроизоляции имеет клиновидную форму, и, соответственно, защитная металлическая оболочка имеет форму усеченного конуса.. Поскольку масса слоя электроизоляции в два раза меньше, чем в прототипе, а с точки зрения теплоотдачи слой электроизоляции вносит тепловое сопротивление, то тепловая отдача предлагаемого электронагревателя в два раза выше, чем у прототипа.

Таким образом, уменьшение толщины слоя электроизоляции позволяет улучшить теплоотдачу от витков нагревательной спирали, что, в свою очередь, при сохранении той же тепловой мощности, позволяет снизить температуру витков нагревательной спирали.

Использование изобретения обеспечивает повышение ресурса и эксплуатационную надежность трубчатого электронагревателя.

Трубчатый электронагреватель, содержащий защитную металлическую оболочку, отделенную от нагревательной спирали слоем порошкового электроизолирующего материала, токоподвод, отделенный от защитной металлической оболочки изолирующим элементом, и фланец, имеющий механическое и электрическое соединение с защитной металлической оболочкой, отличающийся тем, что слой порошкового электроизолирующего материала 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.



 

Похожие патенты:

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.

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.
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. .

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