Трубчатый электронагреватель

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.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам преобразования электрической энергии в тепловую, используемых, в частности, в конструкциях термокомпрессоров, обеспечивающих необходимое давление в контуре циркуляции теплоносителя АЭС.

Известен трубчатый электронагреватель, 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, М. кл. Н05В 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 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, что приводит к уменьшению срока службы нагревателя.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является трубчатый нагреватель, содержащий тепловыделяющий элемент в виде токопроводящей спирали, расположенной внутри защитной металлической оболочки, на концах металлической оболочки выполнены герметизированные токоподводы (Патент РФ №2120199, М. кл. Н05В 3/48, опубл. 10.10.1998 г.).

Трубчатый нагреватель имеет низкие ресурс и эксплуатационную надежность, связанные с наличием теплового сопротивления электроизолирующей прослойки и перегревом тепловыделяющего элемента. 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.

Технической задачей, решаемой данным изобретением, является увеличение теплопроводности в направлении от тепловыделяющего элемента к поверхности теплообмена с внешним теплоносителем.

Технический результат изобретения заключается в повышении ресурса и эксплуатационной надежности трубчатого нагревателя

Это достигается тем, что известный трубчатый электронагреватель, содержащий трубчатую оболочку, центральный токопроводящий электрод и герметизирующие фланцы с электрически изолированными от трубчатой оболочки выводами центрального электрода, снабжен тепловыделяющим элементом в виде скрученного вокруг оси центрального токопроводящего электрода металлического листа, образующего в разрезе неплотную спираль, и порошковым диэлектриком заполняющим пространство между витками неплотной спирали.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид трубчатого электронагревателя с разрезом, открывающим внутреннее устройство нагревателя, на фиг. 2 показан поперечный разрез трубчатого нагревателя через спиральный тепловыделяющий элемент.

Трубчатый электронагреватель содержит внешнюю трубчатую оболочку 1, центральный токопроводящий электрод 2, герметизирующий фланец 3 с электрически изолированным от трубчатой оболочки 1 выводом 4 центрального токопроводящего электрода 2, тепловыделяющий элемент 5 в виде скрученного вокруг оси центрального токопроводящего электрода 2 металлического листа, образующего в разрезе неплотную спираль, пространство между витками которой заполнено порошковым диэлектриком 6.

Трубчатый электронагреватель работает следующим образом.

К выводу 4 присоединяется питающий проводник с линейным потенциалом (L). Трубчатая оболочка 1 через герметизирующий фланец 3 заземляется (N). В этом случае через тепловыделяющий элемент 3 протекает ток, и в нем происходит выделение тепла. При этом по длине спирального тепловыделяющего элемента 3 происходит падение напряжения, пропорциональное длине участка. Очевидно, что между витками неполной спирали разность потенциалов значительно меньше, чем значение питающего напряжения, поэтому толщина слоя порошкового диэлектрика 6 должна быть меньше и, соответственно, уменьшается величина теплового сопротивления от тепловыделяющего элемента 3 к внешней трубчатой оболочке 1. Спиральная геометрия тепловыделяющего элемента 3 позволяет создать распределенную структуру тепловыделения, при этом продольная проволочная спираль образует локальную зону тепловыделения, изолированную от внешней оболочки толстым слоем порошкового диэлектрика 6.

Внешний виток спирали имеет наибольшую длину, и именно в нем происходит наибольшее выделение тепла. Этот виток отделяет от внешней поверхности, где происходит теплообмен с внешним теплоносителем, наиболее тонкий слой диэлектрика 6, так как его потенциал близок к нулевому (N) и, соответственно, теплоперенос от внешнего витка спирали встречает минимальное тепловое сопротивление.

На фиг. 1 показан разрыв внешней оболочки и видны зоны, где отсутствует спиральный тепловыделяющий элемент и которые могут быть использованы для изгиба ТЭНа.

Использование изобретения позволяет уменьшить толщину порошкового диэлектрика и обеспечить образование распределенной структуры тепловыделения, повысить теплоперенос от нагревательного элемента к внешней поверхности ТЭНа. Это, в свою очередь, при необходимой плотности теплового потока позволяет снизить температуру нагревательного элемента, что определяет повышение ресурса и эксплуатационной надежности трубчатого нагревателя.

Трубчатый электронагреватель, содержащий трубчатую оболочку, центральный токопроводящий электрод и герметизирующие фланцы с электрически изолированными от трубчатой оболочки выводами центрального электрода, отличающийся тем, что, снабжен тепловыделяющим элементом в виде скрученного вокруг оси центрального токопроводящего электрода металлического листа, образующего в разрезе неплотную спираль, и порошковым диэлектриком, заполняющим пространство между витками неплотной спирали.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.

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.
Наверх