Нагрівач

Реферат: Нагрівач містить підкладку, виконану у вигляді ділянки металевої труби, зовнішня поверхня якої містить шар діелектрика, на поверхні якого розташований нагрівальний елемент зі струмовідводом. У внутрішньому просторі підкладки вздовж її осі розміщено розсікач видовженої форми, що проходить вздовж осі підкладки по всій її довжині та симетрично відносно стінок. В одному з варіантів нагрівача на зовнішній поверхні підкладки розташовані гвинтові виїмки, в яких розміщується нагрівальний елемент. UA 114216 U (12) UA 114216 U UA 114216 U 5 10 15 20 25 Корисна модель належить до галузі електротехніки, зокрема до резистивних нагрівальних приладів, які призначені для підігріву потоку газу або рідини та можуть застосовуватися як у промислових, так і побутових цілях. З рівня техніки відомий нагрівач, який містить підкладку, виконану у вигляді ділянки труби, одна з поверхонь якої містить шар діелектрика, на поверхні якого розташовано нагрівальній елемент зі струмопідводом [Патент на корисну модель України №2772 від 16.08.2004, МКП: Н05В 3/06 (2006.01), публ. 2004]. Однак відомий нагрівач має суттєві обмеження допустимої теплової потужності і не забезпечує ефективного регульованого нагрівання потоку середовища, що обумовлено великою площею перерізу прохідного отвору нагрівача і недостатньою тепловіддачею внутрішньої поверхні підкладки. З патенту України на корисну модель № 82521 від 12.08.2013 відомий нагрівач проточної рідини чи газу, який містить підкладку у вигляді труби, на поверхні якої розташований нагрівальний елемент з резистивної плівки та контактні площадки, що розташовані на краях нагрівального елемента. В зазначеній корисній моделі використовується проточна труба зі змінним перерізом вздовж її довжини, а поверхневий нагрівальний елемент являє собою дискретний елемент з підкладкою і виконаний з резистивної безіндукційної наноструктурної кремнієво-вуглецевої плівки, при цьому підкладка дискретного елемента виконана з нітриду алюмінію або окису берилію, або нітриду кремнію, або окису алюмінію, або будь-якого діелектричного теплопровідного теплостійкого матеріалу, дискретний елемент припаяний до труби або притиснутий через теплопровідні пасти, а труба виконана з міді або алюмінію, або їх сплавів, або будь-яких інших теплопровідних металів і сплавів. Недоліком попередніх патентів є те, що в них автори прагнуть передати більшу потужність на меншу площу нагріву, що суперечить формулі розрахунку процесу конвективного теплообміну (на основі закону Ньютона), який виражається рівнянням:    W  F t  t c  , 30 35 40 45 50 55 де F - площа нагріву. До того ж, зміна, а точніше зменшення площі відносно до площі входу і виходу протоку, призводить до перегріву нагрівального елемента (ефект кипіння і свистка), що, в свою чергу, може вивести з ладу сам нагрівальний елемент. Також, суттєвим недоліком є відносно низька теплопровідність матеріалів, що передають тепло до рідини, у порівнянні з міддю. Задача, на вирішення якої спрямована дана корисна модель, полягає в удосконаленні конструкції нагрівача задля збільшення тепловіддачі нагрівального пристрою і внутрішньої поверхні нагрівача, підвищення ефективності нагрівання потоку середовища та підвищення загальної теплової потужності. Поставлена задача вирішується в нагрівачі, який містить підкладку, виконану у вигляді ділянки металевої труби, в кращому варіанті виконану з міді або нержавіючої сталі, зовнішня поверхня якої містить шар діелектрика, на поверхні якого розташований нагрівальний елемент зі струмопідводом, а у внутрішньому просторі підкладки вздовж її осі розміщено розсікач видовженої форми, що проходить вздовж осі підкладки по всій її довжині та симетрично відносно стінок. В одному з варіантів здійснення винаходу нагрівальний елемент виконано у вигляді витків металевого дроту або стрічки, намотаними на підкладку з мінімально допустимим зазором між витками. Нагрівальний елемент може виготовлятися з будь-якого струмопровідного матеріалу: ніхром, фехраль, тугоплавкі метали В іншому варіанті здійснення корисної моделі на зовнішній поверхні підкладки розташовані гвинтові виїмки, в яких розміщується нагрівальний елемент. В одному з варіантів нагрівальний елемент виконано у вигляді витків металевого дроту або стрічки, закладених у виїмки. Нагрівальний елемент може виготовлятися з будь-якого струмопровідного матеріалу: ніхром, фехраль, тугоплавкі метали. В кращому варіанті здійснення корисної моделі, розмір і конфігурація виїмок з шаром діелектрика дорівнює розміру і конфігурації нагрівального елемента. В одному з варіантів здійснення корисної моделі розсікач виконано з антикорозійного матеріалу з низькою теплопровідністю. Як матеріал можуть використовуватись полікарбонат, ABC, поліпропілен та інші. Торцеві частини розсікача можуть мати заокруглену форму. В кращому варіанті здійснення винаходу торцеві частини розсікача є конусоподібними. Довжина розсікача зазвичай є не 1 UA 114216 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 меншою за довжину підкладки. Розсікач розміщується симетрично стінок підкладки. В кращому варіанті зовнішня форма видовженої частини розсікача повторює внутрішню форму підкладки. В одному з варіантів здійснення корисної моделі нагрівальний елемент покритий шаром теплоізолюючого матеріалу. В іншому варіанті нагрівач поміщений в герметичний корпус, заповнений теплоізолюючим матеріалом або середовищем. Як теплоізолююче середовище, може бути розріджене повітря, вакуум та інше. Таке розміщення нагрівального елемента підвищує ефективність нагрівання підкладки за рахунок зменшення неефективного розсіювання тепла. При цьому розміщення всередині внутрішнього простору підкладки розсікача видовженої форми, довжина якого дорівнює або є більшою за довжину нагрівального елемента, забезпечує можливість збільшення швидкості протікання середовища (рідини або газу) біля поверхні підкладки нагрівача та ефективне і рівномірне нагрівання потоку середовища за рахунок збільшення тепловіддачі внутрішньої поверхні підкладки та площі стикання середовища з внутрішнім простором нагрівача. Зазвичай, нагрівач має принаймні один вхідний і принаймні один вихідний отвори. При цьому при незмінній швидкості подачі до нагрівача середовища площа перерізу вхідного отвору є меншою або дорівнює площі перерізу вільного внутрішнього простору підкладки між стінками підкладки і розсікачем, що гарантує стабільну роботу нагрівача та його довговічність. Далі суть корисної моделі буде розкрита більш детально з посиланням на додані фігури, які не обмежують об'єм корисної моделі і на яких зображено наступне: Фіг. 1. Варіант нагрівача Фіг. 2. Варіант нагрівача з нагрівальним елементом у вигляді металевої стрічки. Фіг. 3. Варіант нагрівача без виїмок на поверхні підкладки. На фіг. 1 представлений варіант нагрівача, який містить підкладку 1, виконану у вигляді ділянки металевої труби. Зовнішня поверхня підкладки 1 містить шар діелектрика 2. На зовнішній поверхні підкладки 1 розташовані гвинтові виїмки 3, вкриті шаром діелектрика 2, в яких розміщується нагрівальний елемент 4 у вигляді витків металевого дроту з струмовідводом (не зображений). У внутрішньому просторі підкладки 1 вздовж її осі розміщено розсікач 5 з заокругленими торцевими частинами 6. Зовнішня форма видовженої частини розсікача 1 повторює внутрішню форму підкладки 1. Нагрівач поміщений в герметичний корпус 7, заповнений теплоізолюючим матеріалом або середовищем 8. На фіг. 2 представлений варіант нагрівача, який містить підкладку 11, виконану у вигляді ділянки металевої труби, зовнішня поверхня якої покрита шаром діелектрика 12. На зовнішній поверхні підкладки 11 розташовані гвинтові виїмки 13, вкриті шаром діелектрика 12, в яких розміщується нагрівальний елемент 14 у вигляді витків металевої стрічки з струмовідводом (не зображений). При цьому конфігурація та розмір виїмок 13 співпадають з конфігурацією і розмірами металевої стрічки так, що нагрівальний елемент 14 щільно входив у виїмки 13. У внутрішньому просторі підкладки 11 вздовж її осі розміщено розсікач 15, торцеві частини 16 якого мають форму конуса. Зовні нагрівач вкритий шаром із теплоізолюючого матеріалу 17. На фіг. 3 представлений варіант нагрівача, який містить підкладку 21, виконану у вигляді ділянки металевої труби, зовнішня поверхня якої покрита шаром діелектрика 22, на якому розміщується нагрівальний елемент 23 у вигляді витків металевої стрічки зі струмовідводом (не зображений). У внутрішньому просторі підкладки 21 вздовж її осі розміщено розсікач 24, торцеві частини 25 якого мають форму конуса. Зовні нагрівач вкритий шаром із теплоізолюючого матеріалу 26. Запропонований нагрівач працює наступним чином. Від джерела електричного струму по струмопідводу на нагрівальний елемент 3, 13, 23, що знаходиться на поверхні шару діелектрика 2, 12, 22, подається струм, який нагріває нагрівальний елемент та підкладку 1, 11, 21. Крізь внутрішній простір підкладки 1, 11, яка підігріта до заданої температури нагрівальним елементом 3, 13, пропускають середовище (газ, рідину) подане, наприклад, циркуляційним насосом, яке стикаючись з підкладкою нагрівається. За рахунок наявності у внутрішньому просторі підкладки розсікача 5, 15, 24 зменшується переріз прохідного отвору нагрівача, що дозволяє збільшити швидкість потоку середовища повз внутрішню поверхню підкладки 1, 11, 21 і, відповідно, збільшити тепловіддачу внутрішньої поверхні підкладки та підвищити допустиму теплову потужність нагрівача. Розташування нагрівального елемента 4, 14 у гвинтових виїмках 3, 13 значно збільшує площу теплопередачі від нагрівального елемента 4, 14 до підкладки 1, 11. Текуче середовище газ або рідина, можуть подаватися у внутрішній простір нагрівача по підвідній трубі 9, 18, 27 через вхідний отвір 10, 19, 28. При цьому діаметр підвідної труби 9, 18, 27 вибирають таким чином, щоб площа перерізу підвідної труби 9, 18, 27 була не більшою або дорівнювала площі перерізу вхідного отвору 10, 2 UA 114216 U 5 10 19, 28, площа якого в свою чергу є меншою або дорівнює площі перерізу вільного внутрішнього простору підкладки 1, 11, 21 між стінками підкладки 1, 11, 21 і розсікачем 5, 15, 24. Додаткове покриття нагрівача шаром із теплоізолюючого матеріалу або поміщення його в герметичний корпус з теплоізолюючим матеріалом або середовищем практично перекриває неефективне розсіювання тепла від нагрівального елемента. Запропоноване технічне рішення дозволяє забезпечити можливість реалізації нагрівачів більшої потужності без збільшення необхідної для цього виробничої потужності насосів, що подають середовище. Також при незмінних потужностях нагрівача та насоса пропоноване рішення забезпечує зниження температури перегріву стінки нагрівача, що підвищує його надійність та строк експлуатації. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 35 40 45 1. Нагрівач, який містить підкладку, виконану у вигляді ділянки металевої труби, зовнішня поверхня якої містить шар діелектрика, на поверхні якого розташований нагрівальний елемент зі струмопідводом, а у внутрішньому просторі підкладки вздовж її осі розміщено розсікач видовженої форми, що проходить вздовж осі підкладки по всій її довжині та симетрично відносно стінок, при цьому на зовнішній поверхні підкладки розташовані гвинтові виїмки, в яких розміщується нагрівальний елемент. 2. Нагрівач за пунктом 1, який відрізняється тим, що підкладка виконана з міді або нержавіючої сталі. 3. Нагрівач за пунктом 1 або 2, який відрізняється тим, що нагрівальний елемент виконано у вигляді витків металевого дроту. 4. Нагрівач за пунктом 1 або 2, який відрізняється тим, що нагрівальний елемент виконано у вигляді витків металевої стрічки. 5. Нагрівач за будь-яким з пунктів 1-4, який відрізняється тим, що розмір і конфігурація виїмок з шаром діелектрика дорівнює розміру і конфігурації нагрівального елемента. 6. Нагрівач за будь-яким з пунктів 1-5, який відрізняється тим, що розсікач виконано з антикорозійного матеріалу. 7. Нагрівач за будь-яким з пунктів 1-6, який відрізняється тим, що торцеві частини розсікача мають заокруглену форму. 8. Нагрівач за будь-яким з пунктів 1-7, який відрізняється тим, що торцеві частини розсікача є конусоподібними. 9. Нагрівач за будь-яким з пунктів 1-8, який відрізняється тим, що зовнішня форма видовженої частини розсікача повторює внутрішню форму підкладки. 10. Нагрівач за будь-яким з пунктів 1-9, який відрізняється тим, що нагрівальний елемент додатково покритий шаром теплоізолюючого матеріалу. 11. Нагрівач за будь-яким з пунктів 1-9, який відрізняється тим, що нагрівач додатково поміщений в герметичний корпус, заповнений теплоізолюючим матеріалом або середовищем. 12. Нагрівач за пунктом 11, який відрізняється тим, що герметичний корпус заповнений теплоізолюючим середовищем, при цьому теплоізолюючим середовищем є розріджене повітря або вакуум. 13. Нагрівач за будь-яким з пунктів 1-12, який відрізняється тим, що він має принаймні один вхідний і один вихідний отвори, при цьому площа перерізу вхідного отвору є меншою або дорівнює площі перерізу вільного внутрішнього простору підкладки між стінками підкладки і розсікачем. 3 UA 114216 U 4 UA 114216 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5