ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к погружным электрическим нагревателям, которые могут использоваться для нагрева различных жидких или газовых сред.
В настоящее время востребованы гибкие погружные саморегулирующиеся электронагреватели небольших поперечных размеров для нагрева воды в трубопроводах малого сечения в системах подачи и регулирования подачи воды для поения животных зимой в условиях минусовых температур, нагрева топлива в трубопроводах дизельных двигателей грузовых и легковых автомобилей, когда топливо становится вязким, или в тонких трубопроводах системы нейтрализации вредных выбросов грузовых автомобилей с дизельным двигателем путем впрыска жидкой мочевины в выхлопной тракт в условиях эксплуатации автомобилей при минусовых значениях внешней температуры и т.д.
Широко известны электрические нагреватели жидких и газовых сред, в которых в качестве нагревательного элемента используется трубчатый электронагреватель (ТЭН) - электронагревательный прибор в виде металлической трубки, заполненной теплопроводящим электрическим изолятором. Точно по центру изолятора проходит токопроводящая нихромовая нить определенного сопротивления для передачи необходимой удельной мощности на поверхность ТЭН. ТЭН был изобретен и запатентован в Соединенных Штатах Америки (Вашингтон, округ Колумбия) 20 сентября 1859 года Джорджом Б. Симпсоном, см. US Патент №25 532 от 20 сентября 1859.
Недостатком указанного электронагревателя (ТЭНа) является то, что его конструкция не позволяет использовать в качестве электронагревателя для нагрева жидких или газовых сред в резервуарах небольших размеров и нелинейных трубопроводах и трубопроводах малого сечения.
Наиболее близким по технической сущности является погружной электронагреватель, выполненный из композиционного материала на основе углерода в виде электронагревательного элемента со сквозными каналами сотовой структуры и имеет токоподводы в виде многожильных проводов, расположенных на его противолежащих сторонах, в котором токоподводы выполнены в виде контактной группы, содержащей токораспределитель из углеродного материала и металлический контакт, расположенный в пазу между токораспределителем и электронагревательным элементом. Сквозные каналы электронагревательного элемента в сечении выполнены шестигранной формы, токораспределитель выполнен в виде пластины из углеродного материала, или в виде графитовой фольги, или углеродной ткани, а металлический контакт выполнен в виде многожильного провода или винтового стержня. Паз с металлическим контактом заполнен электропроводным высокотемпературным клеем, см. RU Патент №2308822, H05D 3/24 (2006/01), 2007.
Недостатками указанного электронагревателя является сложность конструкции, которая не позволяет использовать его в качестве электронагревателя для нагрева различных жидких или газовых сред в резервуарах небольших размеров и нелинейных трубопроводах небольшого диаметра, к тому же при нагреве жидких или газовых сред электронагреватель требует дополнительных электронных систем обратной связи для защиты их от перегрева при высоких рабочих температурах.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции и создание электронагревателя, позволяющего использовать его для нагрева различных жидких или газовых сред в резервуарах небольших размеров или нелинейных трубопроводах небольшого диаметра.
Техническая задача решается тем, что электронагреватель, выполненный из композиционного материала на основе углерода в виде электронагревательного элемента, имеющий токоподводы из многожильных проводов, расположенных на его противолежащих сторонах, в котором электронагревательный элемент выполнен из композиционного материала следующего состава компонентов, мас.ч.:
тиокол НВБ-2
100
технический углерод П-803
30-40
диоксид марганца в виде пасты №9
15-35
дифенилгуанидин
1,
а токоподводы выполнены гибкими из медных проводов и размещены внутри композиционного материала электронагревательного элемента.
Решение технической задачи позволяет создать простой по конструкции гибкий саморегулирующийся электронагреватель для нагрева различных жидких или газовых сред в резервуарах небольших размеров или нелинейных трубопроводах небольшого диаметра.
Электронагреватель, см. Фиг. 1, выполнен из композиционного материала на основе углерода в виде электронагревательного элемента 1, имеет токоподводы из многожильных проводов 2, которые расположены на его противолежащих сторонах, электронагревательный элемент 1 выполнен из композиционного материала следующего состава компонентов, мас.ч.:
тиокол НВБ-2
100
технический углерод П-803
30-40
диоксид марганца в виде пасты №9
15-35
дифенилгуанидин
1,
токоподводы 2 выполнены гибкими из медных проводов и размещены внутри гибкого композиционного материала электронагревательного элемента 1, см. Фиг. 1.
На кривых, см. Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 4, приведены зависимости мощности электронагревательных элементов Р (Вт) от внешней температуры t(°C). Электронагреватели помещают в камеру термостата с воздушной атмосферой и с регулируемой температурой. На токоподводы электронагревателя подают переменное напряжение 220 В.
Пример 1.
Электронагреватель размерами 100×12×2 (в мм) выполнен из композиционного материала следующего состава компонентов, мас.ч.:
тиокол НВБ-2
100
технический углерод П-803
30
диоксид марганца в виде пасты №9
15
дифенилгуанидин
1.
Расстояние между токоподводами, расположенных на противолежащих сторонах электронагревательного элемента, составляет 10 мм. Гибкие токоподводы выполнены из многожильных медных проводов.
При включении электронагревателя ток протекает через токоподводы и электронагревательный элемент.
На кривой зависимости мощности электронагревательного элемента Ρ (Вт) от внешней температуры t(°C), см. Фиг. 2, видно, что при уменьшении внешней температуры к минусовым значениям, мощность электронагревательного элемента резко начинает расти, а при увеличении внешней температуры выше 30°С она стремится к нулю. По мере того, как температура какого-либо участка электронагревательного элемента увеличивается, наблюдается уменьшение мощности, выделяемой на этом участке, т.е. при низких внешних температурах мощность электронагревателя увеличивается, а при высоких температурах окружающей среды мощность электронагревателя уменьшается. Итак, мощность нагрева в зависимости от температуры окружающей среды автоматически уменьшается без электронных схем обратной связи, т.е. электронагреватель является саморегулирующимся.
Как видно из примера 1, гибкий электронагреватель небольших поперечных размеров позволяет регулировать мощность от 2.4 мВт до 1.3 Вт в зависимости от внешней температуры в пределах от плюс 50°С до минус 45, соответственно.
Пример 2 аналогичен примеру 1.
Электронагреватель размерами 100×12×2 (в мм) выполнен из композиционного материала следующего состава компонентов, мас.ч.:
тиокол НВБ-2
100
технический углерод П-803
30
диоксид марганца в виде пасты №9
35
дифенилгуанидин
1.
Расстояние между проводами и их расположение в нагревательном элементе аналогичны примеру 1.
На кривой зависимости мощности электронагревательного элемента от внешней температуры, см. Фиг. 3, видно, что мощность электронагревательного элемента при низких температурах растет до значения 2.75 Вт, что примерно вдвое больше по сравнению с примером 1, т.е. диапазон изменения мощности с данным составом компонентов в два раза больше. Это позволит быстрее выйти на рабочую температуру обогреваемой системы и поддерживать обогреваемую систему при более высоких температурах. Мощность электронагревателя саморегулируется в интервале температур от минус 45 до плюс 50°С.
Пример 3 аналогичен примеру 1 и 2.
Электронагревательный элемент электронагревателя размерами 100×12×2 (в мм) выполнен из композиционного материала следующего состава компонентов, мас.ч.:
тиокол НВБ-2
100
технический углерод П-803
40
диоксид марганца в виде пасты №9
35
дифенилгуанидин
1.
Расстояние между проводами и их расположение в нагревательном элементе аналогичны примерам 1 и 2. Он также является гибким с нулевым радиусом изгиба.
Как видно из Фиг. 4 при температуре окружающей среды 20°С мощность электронагревателя составляет 1 Вт, при понижении температуры окружающей среды до минус 20°С выделяемая мощность составляет 2.7 Вт, а при температуре минус 40°С мощность достигает значения 4.4 Вт, т.е. происходит саморегулирование мощности электронагревателя, его мощность саморегулируется в интервале температур от минус 40 до плюс 50°С.
Как видно из примеров конкретного выполнения, заявляемый электронагреватель прост по конструкции, имеет небольшие поперечные размеры, гибкий, с нулевым радиусом изгиба, его мощность саморегулируется в интервале температур от минус 40 до плюс 50°С.
3
На кривых, см. Фиг. 5, Фиг. 6, приведены зависимости температуры нагреваемой воды и мощности электронагревательных элементов Р (Вт), помещенных в пластиковые трубки с внутренним диаметром 8 мм, наполненные дистиллированной водой. Электронагреватели размерами 100×7×2 мм, помещенные в плотно облегающую термоусадочную полимерную оплетку, располагают в камеру термостата с воздушной атмосферой с температурой -15°С. На токоподводы электронагревателя подают переменное напряжение 220 В. Расстояние между токоподводами, расположенных на противолежащих сторонах электронагревательного элемента, составляет 5 мм. Гибкие токоподводы выполнены из многожильных медных проводов.
Электронагреватели по примерам 4 и 5 работают следующим образом:
При включении электронагревателя ток протекает через токоподводы и электронагревательный элемент и выделяемое тепло от электронагревателя передается воде в пластиковой трубке.
Пример 4.
Электронагреватель из композиционного материала следующего состава компонентов, мас.ч.:
тиокол НВБ-2
100
технический углерод П-803
30
диоксид марганца в виде пасты №9
35
дифенилгуанидин
1.
На кривой зависимости температуры t(°C) нагреваемой воды в пластиковой трубке и мощности электронагревательного элемента Ρ (Вт) от времени Τ (мин) при внешней температуре -15°С, см. Фиг. 5, видно, что при включении электронагревателя в электрическую сеть переменного напряжения в 220 В температура воды, находящейся в состоянии льда, резко растет от -15 до -5°С. В это время также резко уменьшается мощность электронагревателя от 3.75 до 2 Вт. Затем температура льда постепенно выходит на уровень 0°С, при этом мощность электронагревателя уменьшается по зависимости, близкой к параболической. Далее начинается процесс таяния льда. Он продолжается в течение 10 минут и, далее, от 15 до 30 минут, идет постепенный нагрев воды до температуры 5°С. При этом уменьшение мощности электронагревателя носит линейный характер с небольшим наклоном. Итак, мощность нагрева в зависимости от температуры нагреваемой воды автоматически уменьшается без электронных схем обратной связи, т.е. электронагреватель является саморегулирующимся.
Пример 5.
Электронагреватель из композиционного материала следующего состава компонентов, мас.ч.:
тиокол НВБ-2
100
технический углерод П-803
40
диоксид марганца в виде пасты №9
35
дифенилгуанидин
1.
На кривой зависимости температуры t(°C) нагреваемой воды в пластиковой трубке и мощности электронагревательного элемента Ρ (Вт) от времени Τ (с) при внешней температуре -15°С, см. Фиг. 6, видно, что происходящие процессы очень похожи на процессы по примеру 4, но в примере 5 мощность электронагревателя больше примерно в 7 раз, а нагрев воды происходит быстрее в 60 раз. Этот электронагреватель также является саморегулирующимся.
Совокупность признаков заявляемого объекта позволяет создать простой по конструкции гибкий погружной электронагреватель небольшого поперечного сечения для нагрева различных жидких или газовых сред в резервуарах небольших размеров и нелинейных трубопроводах небольшого диаметра в интервале температур окружающей среды от минус 40 до плюс 50°С, при этом обеспечиваются саморегулирование мощности электронагревателя в зависимости от внешней температуры и безопасность нагрева жидких или газовых сред без использования дополнительных электронных устройств.