ТРУБЧАТЫЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к трубчатым электронагревателям, и может быть использовано в различных отраслях промышленности и в быту для нагрева различных сред, например, воздуха, воды или других жидкостей.
Известен трубчатый электронагреватель, содержащий нагревательный элемент и электроизоляционный наполнитель, заключенные в металлическую оболочку, отличающийся тем, что металлическая оболочка имеет твердосплавное покрытие на основе никеля, нанесенное электрохимическим осаждением толщиной 15-25 мкм (Патент РФ №18607; МПК Н05В 3/48; опубл. 27.06.2001).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится нарастание слоя накипи, что требует дополнительного времени на очистку поверхности оболочки от термических отложений и приводит к уменьшению основного времени работы, а значит производительности.
Известен трубчатый электронагреватель для автотранспорта, содержащий металлический корпус, внутри которого расположен токонагревательный элемент, изолированный электроизоляционным наполнителем, втулку из изоляционного материала, расположенную со стороны токопровода, отличающийся тем, что снабжен штуцером с прокладкой-уплотнителем, закрепленными на поверхности корпуса, выполненного зигзагообразным, со стороны токопровода в виде шпильки, один конец которой выполнен плоским, при этом внутри корпуса размещена металлическая пластина, один конец которой жестко скреплен с торцевым краем корпуса, а другой конец соединен с одним концом токонагревательного элемента, другой конец которого скреплен с плоским концом шпильки, на которой размещены втулка из изоляционного материала и крепежные элементы (Патент РФ №2249924; МПК Н05В 3/48; опубл. 10.04.2005).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится уменьшение со временем коэффициента теплоотдачи от поверхности корпуса трубчатого электронагревателя к нагреваемой среде вследствие появления слоя накипи, окислов и ржавчины, тем самым уменьшается полезная тепловая мощность устройства и в целом снижается производительность.
Известен трубчатый электронагреватель, содержащий оболочку, контактные стержни, спираль, электроизолирующий наполнитель и узел герметизации контактных стержней, включающий изоляторы и герметизирующее вещество, а также установочный фланец, отличающийся тем, что на корпусе установочного фланца выполнены наружная и внутренняя резьба, узел герметизации контактных стержней выполнен в виде цилиндрического штуцера с наружной резьбой и закреплен в установочном фланце с помощью гайки, при этом штуцер выполнен с двумя отверстиями, параллельными оси штуцера, в которых с одного конца штуцера расположены изоляторы, с другого конца он соединен пайкой с оболочкой трубчатого электронагревательного элемента, при этом контактные стержни проходят от спирали через отверстия в штуцере и изоляторах и зафиксированы в отверстиях смесью алебастра, цемента и кварцевого песка, а в качестве электроизолирующего наполнителя использован кварцевый песок (Патент РФ №2239958; МПК Н05В 3/48; опубл. 10.11.2004).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится уменьшение пропускной способности тепловой энергии от поверхности корпуса трубчатого электронагревателя к нагреваемой среде вследствие появления термических отложений: соли, накипь, окислы, ржавчина, тем самым уменьшается полезная мощность устройства и в целом снижается производительность.
Известно устройство для защиты от накипи ферромагнитной оболочки трубчатого электронагревателя, концы которой снабжены элементами крепления к корпусу электронагревателя, содержащее источник магнитного поля, отличающееся тем, что, по меньшей мере, на одном конце оболочки трубчатого электронагревателя, выходящей за пределы корпуса электронагревателя, закреплен постоянный магнит или электромагнит, обмотка которого включена последовательно с нагревательным элементом трубчатого электронагревателя (Патент РФ 52994; МПК F28G 7/00; опубл. 27.04.2006).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции, ненадежность конструкции из-за наличия дополнительных электрических узлов на трубчатом электронагревателе, что в целом снижает производительность.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятым за прототип является трубчатый электронагреватель, содержащий корпус, стержень из диэлектрического материала и спираль из токопроводящего материала, навитую на стержень, при этом пространство между стержнем и корпусом заполнено диэлектрическим материалом, причем стержень выполнен полым, спираль проходит через внутреннее пространство стержня и навита на его внешнюю поверхность, при этом корпус и стержень выполнены из металлокерамики или кварцевого стекла, а пространство внутри стержня, между стержнем и корпусом заполнено кварцевым песком или жидким стеклом (Патент РФ №2622392; МПК Н05В 3/48; опубл. 15.06.2017).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится появление дополнительной теплоизоляции на корпусе трубчатого электронагревателя, которая увеличивает свою температуру до установления нового равновесия вырабатываемого тепла и его отдачи сквозь слой накипи. Поскольку при повышении температуры сопротивление проводника увеличивается, его мощность снижается. Следовательно, время на нагрев воды увеличивается - как за счет замедления теплопередачи на начальном этапе, так и за счет постоянного снижения мощности в рабочем режиме. Таким образом, снижается в целом производительность.
Техническим результатом является увеличение производительности.
Поставленный технический результат достигается тем, что трубчатый электронагреватель, содержащий корпус, полый стержень из диэлектрического материала, спираль из токопроводящего материала, навитую на внешнюю поверхность стержня и проходящую через внутреннее пространство стержня, при этом пространство между стержнем и корпусом заполнено диэлектрическим материалом, причем корпус трубчатого электронагревателя выполнен из материала, обладающего обратимым эффектом памяти формы.
Выполнение корпуса трубчатого электронагревателя из материала, обладающего обратимым эффектом памяти формы, способствует складыванию слоя накипи в «гармошку», естественному растрескиванию и отслаиванию накипи и солей от стенки корпуса трубчатого электронагревателя при охлаждении (холодное состояние) вследствие уменьшения длины и диаметра корпуса, а также увеличению теплопередачи в рабочем (горячем) состоянии, что в целом увеличивает производительность.
На фиг. 1 представлен вид сбоку на трубчатый электронагреватель до температуры мартенситных превращений (холодное состояние). На фиг. 2 представлен вид сбоку на трубчатый электронагреватель в рабочем состоянии при температуре мартенситных превращений и выше (горячее состояние).
Трубчатый электронагреватель состоит из герметичного корпуса 1, внутри которого размещены полый стержень 2, и спираль 3, которая проходит внутри полого стержня и навита на его внешнюю поверхность, а концы 4 спирали 3 выведены наружу корпуса 1. С одной стороны корпус 1 запаян, с другой стороны установлен оголовок 5 с внешней резьбой и запорной арматурой, через который выводятся концы 4 спирали 3. Пространство между корпусом 1 и стержнем 2, а также внутри стержня 2 и оголовка заполнено диэлектрическим материалом (например, кварцевый песок, эпоксидный клей, асбест, стекловолокно и др.).
Трубчатый электронагреватель работает следующим образом.
Напряжение 220 В, проходя через понижающий трансформатор (не показано на чертежах) от 1 кВ, понижается до необходимого напряжения в диапазоне от 5 до 40 В, после чего подается на концы 4 спирали 3. Спираль 3 под действием высокого тока нагревается до температуры начала проявления термоупругости мартенсита и выше, при которых корпус 1 трубчатого электронагревателя удлиняется при уменьшении толщин стенок, тепловая энергия рассеивается через кварцевый песок 6, которым заполнено пространство между корпусом 1 и стержнем 2 и пространство внутри стержня 2 трубчатого электронагревателя, равномерно распределяясь по всей поверхности корпуса 1. В процессе остывания происходит обратный процесс - процесс уменьшения длины корпуса 1 трубчатого электронагревателя и, соответственно, увеличение толщин стенок. В результате этих деформаций все отложения, накипь и соли отслаиваются от внешних стенок корпуса 1 трубчатого электронагревателя. Далее процесс повторяется.
Ввиду условия сохранения объема металла трубчатого электронагревателя до изменения формы (холодное состояние) и после (горячее состояние) верно следующее равенство
1
1
2
2
1
2
где D - внешний диаметр цилиндрической части корпуса трубчатого электронагревателя, м; R - внешний радиус сферической части корпуса трубчатого электронагревателя, м; d, Н - внутренний диаметр и высота цилиндрической части корпуса трубчатого электронагревателя в холодном состоянии соответственно, м; d, H - внутренний диаметр и высота цилиндрической части корпуса трубчатого электронагревателя в горячем состоянии соответственно, м; r, r - радиусы сферической части корпуса трубчатого электронагревателя в холодном и горячем состояниях соответственно, м.
Выполнение корпуса 1 трубчатого электронагревателя из материала, обладающего обратимым эффектом памяти формы, способствует складыванию слоя накипи в «гармошку», естественному растрескиванию и отслаиванию накипи и солей от стенки корпуса 1 трубчатого электронагревателя при охлаждении (холодное состояние) вследствие уменьшения длины и диаметра корпуса 1, а также увеличению теплопередачи в рабочем (горячем) состоянии и, таким образом, увеличивает производительность.