ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ПОТОКА СЖАТОГО ГАЗА

Полезная модель относится к нагревателям газовых потоков, предназначенных, в частности, для нанесения и формирования покрытий газодинамическим способом из гранулированных порошковых материалов, а так же может быть использована в тех областях техники, где необходим быстрый разогрев газового потока, например промышленные фены, тепловые пушки, устройства воздушного обжига и т.д.
Известен индукционный нагреватель текучих сред, содержащий плоский ферромагнитный сердечник со стержнями, на которых намотана первичная обмотка, соединенная с источником переменного тока, и индуктивно связанную с первичной обмоткой через сердечник электропроводящую вторичную обмотку, являющуюся теплообменником для нагреваемой текучей среды и выполненную из расположенных в плоскости витков первичной обмотки трубчатых элементов, концы которых соединены коллекторами, снабженными патрубками для входа и выхода нагреваемой текучей среды. При этом трубчатые элементы вместе с коллекторами образуют замкнутые контуры вокруг каждого из стержней сердечника и выполнены в виде полувитков, каждый из которых охватывает по меньшей мере один из стержней сердечника. А коллекторы выполнены в виде параллельных стержням сердечника отрезков труб, при этом стержни сердечника и витки первичной обмотки расположены во взаимоперпендикулярных вертикальных плоскостях / RU 2138137, Н05В 6/10, 1999/.
К недостаткам известного устройства следует отнести низкую тепловую эффективность, недостаточную надежность и ремонтопригодность. Указанные недостатки связаны с тем, что известная конструкция характеризуется низким теплообменом между витками нагретой спирали и протекающим газом в силу недостаточно развитой
поверхности теплообмена, небольшим ресурсом спирали открытого типа, а также трудоемкостью ее замены.
Известен электронагреватель потока сжатого газа, выбранный в качестве прототипа / RU 13129, Н05В 3/20, 2000/. Прототип содержит герметичный корпус с входным и выходными отверстиями, установленный в нем теплоэлектроизолятор и нагревательный элемент в виде спирали. Нагревательный элемент размещен в спиральной канавке, выполненной на поверхности цилиндрического стержня из электроизоляционного термостойкого материала, установленного коаксиально в теплоэлектроизоляторе с зазором. При этом наружная поверхность теплоэлектроизолятора, который изготовлен в виде полого цилиндра, плотно прижата к внутренней поверхности герметичного корпуса, у которого входное и выходное отверстия расположены на противоположных сторонах и внутри него. За входным отверстием размещен рассекатель с отверстиями напротив зазора между термоэлектроизолятором и электроизоляционным стержнем.
Прототипу также присущи все указанные выше недостатки.
Задачей полезной модели является создание электрического нагревателя потока сжатого газа, лишенного указанных недостатков. Техническим результатом заявляемой полезной модели является увеличение темпа нагрева газа, снижение тепловых потерь, увеличение ресурса, повышение надежности и улучшение ремонтопригодности.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата предлагается электрический нагреватель потока сжатого газа, содержащий корпус, отверстия для подвода и отвода газа и нагревательный элемент. Отличительной особенностью нагревателя является то, что корпус выполнен с открытым и закрытым торцами и оснащен впускным коллектором, внутри корпуса, с зазором относительно его размещен нагревательный элемент в виде гильзы, частично
заполненной тепловыделяющим наполнителем, размещенным между двух перфорированных элементов, причем один из перфорированных элементов установлен на входной части гильзы, помещенной внутри корпуса у закрытого торца, отверстие для подвода газа размещено на впускном коллекторе, отверстие для отвода сжатого газа размещено на выходной части гильзы, выступающей из корпуса и герметично соединенной с ним, а на наружной поверхности корпуса установлен индуктор, соединенный электродами с генератором.
Гильза может быть выполнена из термостойкого диэлектрика, например, керамики или кварца, а также из нержавеющей стали.
Тепловыделяющий наполнитель может быть выполнен из металлической стружки, а также свернутых в спираль металлических сетки, и/или металлического листа.
Корпус может быть выполнен из конструкционного диэлектрика.
Перфорированный элемент может быть выполнен из сетки или из перфорированного листового материала.
Выполнение электрического нагревателя потока сжатого газа с указанными признаками позволяет нагревать тепловыделяющий наполнитель во всем его объеме и, следовательно, осуществлять эффективный теплообмен между тепловыделяющим наполнителем и газом. Кроме того, предложенная конструкция характеризуется низким количеством рассеиваемой энергии (кпд около 90%), продолжительным ресурсом работы (не менее 5 лет), высокой надежностью, простотой эксплуатации, простотой и удобством замены тепловыделяющего наполнителя. Для приготовления тепловыделяющего наполнителя возможно использовать отходы металлорежущего производства. Индуктор может быть выполнен съемным с возможностью замены его на другой индуктор с другими параметрами.
На фиг.1 представлен общий вид устройства, где 1 - корпус, 2 - отверстие для подвода газа, 3 - отверстие для отвода газа, 4 - открытый торец корпуса, 5 - закрытый торец корпуса, 6 - впускной коллектор, 7 - гильза, 8 - тепловыделяющий наполнитель, 9 и 10 перфорированные элементы, 11 - индуктор, 12 и 13 электроды, 14 - генератор.
Устройство работает следующим образом. Газ под давлением подают в отверстие 2, который заполняет коллектор 6, по кольцевому зазору образованному внутренней стенкой корпуса 1 и внешней стенкой гильзы 7 движется к закрытому торцу корпуса 5, через отверстия в перфорированной элементе 9 поступает во внутреннюю полость гильзы 7, омывает элементы тепловыделяющего наполнителя 8, через отверстия перфорированного элемента 10 истекает во внутреннюю полость гильзы 7 и далее в отверстие для отвода газа 3. При подаче электрического напряжения на генератор 14, электрический ток с частотой 20-50 кгц подается на витки катушки индуктора 11 через электроды 12 и 13, возбуждает электромагнитное поле в катушке индуктора 11, которое воздействует на тепловыделяющий наполнитель 8 вызывая его нагрев. Протекающий через перечисленные выше зазоры и элементы тепловыделяющего наполнителя газ снимает с них тепло, нагревается до заданной температуры и истекает в отверстие для отвода газа 3. Температура нагреваемого газа зависит от расхода газа, электрической мощности и кпд индуктора, материала тепловыделяющего наполнителя и частоты электромагнитного поля, суммарной площади развитой поверхности наполнителя и теплоизоляционных свойств корпуса.
Были изготовлены два варианта заявляемого устройства, технические характеристики которых приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Техническая характеристика
Вариант 1
Вариант 2
Потребляемая мощность, кВт
1,5
2,0
Теплоноситель
Воздух
азот
Давление теплоносителя, атм
8,0
10,0
Расход теплоносителя, г/с
3,0
5,0
Время выхода на стационарный режим, с
5-7
4-6
Температура теплоносителя, °С
500
650
Материал наполнителя
Стальная магнитная стружка
Стальные сетка или лист свернутые в спираль
Ресурс, год
5
5