ВАКУУМНЫЙ ТРУБЧАТЫЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ

Полезная модель касается конструкции вакуумного трубчатого электронагревателя, который может быть использован для обогрева помещений любого назначения, а также для нагрева различных сред и веществ.
Известно большое разнообразие трубчатых электронагревателей (ТЭН), которые в последнее время получили широкое распространение. Они имеют разную конструкцию, форму и размеры.
Известен ТЭН, который содержит 2 кожуха: внутренний кожух выполнен кварцевым, а наружный металлическим. Пространство между кварцевым и металлическим кожухами заполнено графитовым порошком или смесью кристаллической и аморфной двуокиси кремния (свидетельство на полезную модель ФРГ N9017596, кл. Н05В 3/44, 1991 г.). Указанные ТЭНы имеют низкие теплопроводность и долговечность, т.к. графитовый наполнитель при высокой теплопроводности, имеет низкую электрическую прочность, что приводит к пробоям наполнителя. А из-за низкой теплопроводности кристаллического и аморфного оксида кремния снижается теплопроводность ТЭНа.
Известен ТЭН с контактными стержнями на торцах трубчатого кожуха, в центре которого сформирована зона нагрева из смеси окиси кремния и графита (патент ГДР N233902, кл. Н05В 3/10, 1986). Долговечность этого ТЭНа невысока из-за того, что его контактные стержни выполнены конусными и напряженность электрического поля на вершинах конуса увеличена, что является причиной пробоя. Теплопроводность его невысока, т.к. графит отделен от стержней слоем бесцветного оксида кремния и не используется способность графита поглощать тепловое излучение стержней.
ТЭН по патенту на изобретение №2128893, 24.10.1995, представляет собой трубчатый электронагреватель, содержащий расположенный в кварцевом кожухе нагревательный элемент, при этом кварцевый кожух установлен в металлическом кожухе, а пространство между ними заполнено наполнителем с низкой поглощательной способностью теплового излучения нагревательного элемента, например электротехническим периклазовым порошком с добавлением порошка с высокой поглощательной способностью теплового излучения нагревательного элемента, например графитового порошка и/или сажи.
Недостатком этого устройства является сложность конструкции, низкая мощность теплопроводности, высокое потребление электроэнергии.
Также известны тепловые трубки, информация о которых приведена в Интернете на сайте по адресу http://www.trizminsk.org/e/21102100.htm#tt03. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому ТЭНу можно считать вакуумный трубчатый электронагреватель по патенту РФ на полезную модель №120306 от 02.04.2012 г., содержащий корпус в виде вакуумной трубки, в которой залита рабочая жидкость и размещен фитиль из капиллярно-пористого материала. Трубка имеет сужение в средней части, внутри трубки, в месте наименьшего сечения, установлен нагреватель, а снаружи, в месте сужения корпуса, размещены диэлектрическая трубка и электрический нагревательный элемент. В качестве рабочей жидкости может быть использована вода и другие жидкие среды.
Как показала практика, эффективность работы ТЭНа по патенту №120306 может быть усовершенствована.
Задача предлагаемого решения - повышение эффективности трубчатого электронагревателя за счет снижения затрат электроэнергии и повышения мощности теплопередачи.
Для решения поставленной задачи в вакуумном трубчатом электронагревателе, содержащем нагреватель и корпус в виде вакуумной трубки, в которой залита рабочая жидкость и размещен фитиль из капиллярно-пористого материала, существенно изменена конструкция. Электронагреватель выполнен с диэлектрическим покрытием и смонтирован внутри трубки, а его контакты через диэлектрическую вставку выведены наружу для подключения к электрической сети.
Корпус может быть металлическим или кварцевым.
Введение электронагревателя внутрь трубки сокращает потребление энергии для нагрева и сокращает потери энергии вне трубки.
Предлагаемый ТЭН представлен на фиг.1 и 2, где показаны:
Фиг.1 - вид спереди в разрезе,
Фиг.2 - вид с торца в разрезе.
Корпус ТЭНа представляет собой вакуумную трубку 1 (фиг.1). Внутри корпуса размещен фитиль из капиллярно-пористого материала 2 (фиг.1 и 2) и залита рабочая жидкость. В торце трубки 1 закреплен электронагревательный элемент 3, например, металлический проводник, выполненный из сплава с высоким удельным сопротивлением. Нагревательный элемент введен внутрь вакуумной трубки 1. Причем, та часть нагревательного элемента 3, которая введена внутрь вакуумной трубки, выполнена с диэлектрическим покрытием (например, керамическим напылением). Концы электронагревательного элемента 3 подключены к электрической сети. Для исключения короткого замыкания электронагревательный элемент вводится внутрь вакуумной трубки 1 через диэлектрическую, например, керамическую, вставку 4.
ТЭН работает следующим образом. При нагревании электронагревательного элемента 3 рабочая жидкость внутри трубки 1 переходит в пар, давление насыщения паров в этой зоне резко повышается, пар начинает перемещаться в зону с меньшим давлением, т.е. к холодному торцу трубки. На холодном торце трубки пар конденсируется, оседает в виде капель на капиллярно-пористом материале фитиля 2. Благодаря наличию в капиллярно-пористом материале 2 проводящих канальцев, осевшие капли по канальцам капиллярно-пористого материала 2, как по фитилю, снова перетекают в зону нагрева. Процесс испарения, конденсации и перетекания жидкости повторяется. В результате от постоянно перетекаемой и подогреваемой жидкости нагревается корпус трубки 1, тепло от которого излучается в окружающую среду.
Предлагаемый вакуумный трубчатый электронагреватель имеет простую конструкцию. Однако при упрощении конструкции удалось существенно повысить эффективность ТЭНа, т.к. электронагревательный элемент 3 располагается непосредственно в вакууме и требует меньшей энергии для нагрева. В прототипе, при внешним расположении электронагревательного элемента, часть тепла переизлучается в окружающую среду, а часть тепла теряется при распространении через стенки вакуумной трубки.
В результате существенного снижения потерь при передаче тепла от нагревательного элемента к рабочей жидкости стало возможным снижение электрической мощности, необходимой для нагрева ТЭНа.
Кроме того, в результате введения в конструкцию вакуумной трубки электронагревательного элемента, появилась возможность регулировать температуру нагрева ТЭНа посредством изменения температуры нагрева электронагревательного элемента.