ПРОТОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ

Предлагаемый нагреватель может быть использован в любой отрасли народного хозяйства где необходим низкотемпературный нагрев жидких и газообразных сред типа воды, жидких технических сред, масел, воздуха и тому подобных сред в проточном режиме.
Известно нагревательное устройство, содержащее гибкий ленточный нагревательный элемент прикрепленный к гибкому основанию, расположенный в карманах основания. Нагревательный элемент выполнен в виде секций, соединенных между собой параллельно и изолированных друг от друга. (см. патент РФ №2118070 по кл. Н05В 3/34 за 1996 г.)
Также известен гибкий электронагреватель содержащий токонепроводящую основу, на которой за счет адгезии закреплены нагревательные проводники в виде токопроводящей пасты в виде смеси полимерной проводниковой пасты и полимерной резисторной пасты с элементами подключения к источнику питания (см, свидетельство на ПМ №21991 по кл. Н05В 3/34 за 2002 г.)
Недостатком известных гибких нагревательных элементов является низкий КПД нагрева среды вследствие небольшой площади контакта нагревательного элемента с нагреваемой средой и расположения самого нагревательного элемента на одном участке нагреваемой среды, что увеличивает время нагрева среды и приводит к увеличенному потребления электроэнергии.
Наиболее близким по своей технической сущности к достигаемому результату является проточный электронагреватель с гибким нагревательным элементом, содержащий корпус с подводящей и отводящей магистралями, преимущественно цилиндрической формы, внутри которого размещен нагревательный элемент с защитной электроизоляционной оболочкой и контактами для соединения с электропитанием, а нагревательный элемент выполнен в виде гофрированной металлической ленты, тело которой расположено параллельно движению нагреваемой среды по всей площади поперечного сечения корпуса в виде витков с гарантированным зазором между ними, а смежные витки элемента разделены изоляторами, поверхность нагревательного элемента выполнена волнообразной в продольном сечении и нагреватель выполнен в виде одной или нескольких секций, изоляторы между витками выполнены в виде диэлектрических трубок или ленты, а контакты для электропитания каждой секции нагревательного элемента выполнены жесткими, (см. патент РФ на полезную модель №137650 по кл. F24H 3/04 за 2013 г.)
Недостатками описанного проточного электронагревателя является то, что его невозможно использовать при нагреве жидких сред на водной основе вследствие электропроводности среды, низкий КПД нагрева из-за больших потерь в изоляционном слое и малой площади контакта с нагреваемой средой. Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, снижение потребляемой электроэнергии при нагреве среды за счет увеличения площади контакта текучей среды с нагревательным элементом и повышение срока службы самого нагревателя путем исключения отложений из среды на нагревательном элементе.
Техническим результатом является возможность нагрева жидких сред на водной основе существенное снижение расхода электроэнергии.
Указанный технический результат достигается тем, что в проточном электронагревателе, содержащим корпус, преимущественно цилиндрической формы, с подводящей и отводящей магистралями, внутри которого размещен гибкий нагревательный элемент виде резистивной металлической ленты с защитной электроизоляционной оболочкой и контактами для соединения с электропитанием тело которой расположено параллельно движению нагреваемой среды по всей площади поперечного сечения корпуса в виде витков с гарантированным зазором между ними, резистивная металлическая лента свернута в спираль, а между каждыми смежными витками спирали установлена металлическая теплоотводящая лента, ширина которой превышает ширину резистивной металлической ленты нагревательного элемента, теплоотводящая лента выполнена волнообразной в продольном сечении, а нагреватель выполнен в виде нескольких отдельных секций расположенных последовательно по длине корпуса.
На фиг. 1 - изображен предлагаемый электронагреватель, продольное сечение
На фиг 2 - сечение по А-А фиг. 1
На фиг 3 - вид В фиг. 1
Нагреватель содержит жесткий корпус 1 преимущественно круглой формы. Внутри корпуса 1 закреплен нагревательный элемент 2 (далее НЭ). Тело НЭ выполнено в виде плоской пластины из материала с высоким сопротивлением электрическому току и может быть свернуто в виде архимедовой спирали или в форме змейки, витки 3 которого расположены с гарантированным зазором 4 между каждыми смежными витками 3 по всей площади полости 5 корпуса 1. На боковых поверхностях НЭ 2 нанесена токонепроводящая поверхность в виде оксидной пленки, являющаяся изолятором (не показано). Противоположные стороны НЭ снабжены контактами 6 и 7, выполненными в виде жестких упоров соединенных с источником питания 8. Все витки 3 расположены параллельно направлению движения нагреваемой среды 9. По торцам корпус 1 закрыт крышками 10 и 11, соединеные с подающей 12 и отводящей 13 магистралями нагреваемой среды 9. Между смежными витками 3 спирали нагревателя 2 расположена теплоотводящая лента 14, изогнутая в виде гофры, противоположные вершины 15 и 16 которой обеспечивают гарантированный зазор 4. Длина теплоотводящей ленты 14 равна длине нагревательного элемента, а ширина (А) выполнена больше ширины (а) НЭ 2. В полости 5 корпуса 1 может быть установлено несколько секций НЭ 2, которые могут быть соединены с источником питания последовательно или параллельно, а их расположение в полости 5 выполнено с осевым зазором 17.
Работа предлагаемого электронагревателя осуществляется следующим образом. Из подающей магистрали 12 через крышку 10 текучая среда 9 подается в полость 5 корпуса 1 и заполняет ее. После заполнения полости 5 текучая среда 9 удаляется из нее через крышку 11 в отводящую магистраль 13. Одновременно с подачей в полость 5 текучей среды 11 от источника питания 8 подается электрический ток на контакты 6 и 7 нагревательного элемента 2. Под воздействием электроэнергии вся поверхность НЭ 2 нагревается и это тепло передается на теплоотводящую ленту 14, а от нее нагреваемой среде 9, например жидкости. Весь поток нагреваемой среды 9 разделяется на отдельные потоки, сечение которых равны сечению зазоров 4 витков 3 нагревательного элемента 2. Вся площадь зазора 4 разделена на множество отдельных полостей, образующая которых является само тело теплоотводящей ленты 14 и ее вершины 15 и 16.. Нагревательный элемент 2 выполнен в виде нескольких отдельных секций, установленных в полости 5 корпуса 1 с зазором 17 нагрев которых может быть осуществлен как одновременно, так и раздельно, в зависимости от нужной температуры нагреваемой среды 9
Под воздействием разделения всего объема жидкости на множество отдельных потоков площадь проходного сечения каждого отдельного потока уменьшается, движется между двумя смежными витками 3 тела НЭ 2 и теплоотводящей ленты 14. Нагрев производится со всех сторон одновременно. Время нагрева рабочей среды 9 определяется длиной тела НЭ 2 и количеством включенных секций, После нагрева среда 9 направляется к потребителю, например для обогрева зданий. За счет увеличения площади теплоотводящей ленты 14 увеличивается время контакта нагреваемой среды 9 с НЭ 2. За счет этого снижается температура нагрева самого нагревательного элемента и не требуется его перегрева.. Температура нагрева тела нагревателя может быть немного больше или равной температуре нагреваемой среды например воды но достаточной для ее нагрева до необходимой температуры. Как правило, в системах отопления зданий и сооружений температура воды колеблется от 40 до 70 градусов и температура нагревательного элемента в зависимости от нужд потребителя находится в тех же температурных пределах, что и нагреваемая среда. При этом витки спирали нагревательного элемента расположены параллельно внутренней стенки жесткого корпуса и не создают дополнительного сопротивления потоку движения среды. Направление движения текучей среды в полости формируется внутренней поверхностью корпуса.
Благодаря выполнению нагревательного элемента в виде тонкой фольгированной пластины, свернутой в спираль и расположении между ее витками теплоотводящей ленты, выполненной волнообразно в продольном сечении и установленные внутри корпуса по всей площади проходного сечения, позволяет производить нагрев жидкости или воздуха непосредственно при его движении между поверхностями нагревательного элемента за счет контакта с нагревательным элементом без конвекции, что позволяет во много раз увеличить площадь контакта нагреваемой среды с нагревательным элементом и снизить время нагрева среды в проточном режиме, увеличить производительность и снизить мощность электронагревателя.
Кроме того за счет увеличения площади нагрева появляется возможность снизить температуру нагрева самого нагревательного элемента, что полностью исключает образование отложений на самом нагревательном элементы, улучшает теплопередачу от нагревателя к среде
Использование предлагаемого технического решения в нагревательных системах позволит снизить затраты электроэнергии, уменьшить время нагрева среды непосредственно в проточном режиме без конвекционного эффекта и снизить температуру нагрева самого нагревательного элемента в зависимости от требуемой температуры нагреваемой среды, что дает возможность увеличить срок службы всего нагревателя и существенно снизить мощность нагревательного элемента по сравнению с известными конструкциями электрических тэнов для нагрева жидких сред на основе воды..