НАГРЕВАТЕЛЬ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ

Полезная модель относится к отопительным системам с применением электронагрева теплоносящей жидкости и может найти применение в системах циркуляционного водяного отопления преимущественно объектов, не имеющих централизованного теплоснабжения, например частных домов, производственных и служебных помещений, теплиц и т.п. Также устройство может использоваться в системах нагрева различных текучих сред в том числе в воздухонагревателях.
Известно устройство для нагрева проточной жидкости (водонагреватель электродный), встроенное непосредственно в трубопровод системы циркуляционного водяного отопления, содержащее вертикальный цилиндрический корпус с разъемными входным и выходным патрубками защитным кожухом и двумя тоководами, съемное днище и закрепленный на днище и электрически изолированный от корпуса центральный
фазный стержневой электрод с фазовым тоководом (Свидетельство на полезную модель №36493 F 24 H 1/20, публ. 10.03.2004). Особенностью известного устройства является то, что крепление днища к корпусу осуществлено при помощи не менее чем двух шпилек, одним концом жестко соединенных с корпусом, а другим концом пропущенных через соответствующие отверстия в днище. При этом шпильки выполнены с резьбой на одном конце, пропущенном через соответствующие отверстия в днище и одна из шпилек предназначена также для заземления, а другая - для зануления корпуса выполняя функции тоководов.
Известное устройство обладает значительными габаритами, сложностью конструкции и должно при работе использовать специальную электропроводящую жидкость.
Наиболее близким техническим решением является проточный нагреватель текучей среды, содержащий кожух, внутри которого установлен корпус в виде трубы, ленточный нагревательный элемент, расположенный на наружной поверхности корпуса изолированно от нагреваемой среды, при этом на корпус напылением нанесено демпфирующее покрытие в виде металлического подслоя толщиной от 0,05 до 0,1 мм, на подслой нанесено электроизоляционное покрытие из керамики толщиной от 0,5 до 1,5 мм, ленточный нагревательный элемент выполнен напылением в виде токопроводящего слоя толщиной от 0,3 до 1,5 мм, на кожухе расположена тепловая изоляция (Заявка на выдачу патента РФ №2002101177, Н 05 В 3/40, Дата публикации 20.10.2003).
Устройство компактно, позволяет осуществлять нагрев любых текучих сред - не только электропроводных, но при этом обладает рядом существенных недостатков. Используемые в прототипе материалы приводят к увеличению толщины изолирующего покрытия - фактически толще 1,0 мм. Это приводит к повышенной инерционности и снижает к.п.д. Кроме того, в прототипе необходимо использовать дополнительный
элемент - демпфирующее покрытие в виде металлического подслоя, что усложняет конструкцию.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является упрощение конструкции, снижение инерционности и повышение к.п.д.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном нагревателе текучей среды, содержащем защитный кожух, внутри которого расположен трубчатый корпус, а на наружной поверхности корпуса нанесено изолирующее покрытие и нагревательный элемент, согласно полезной модели изолирующее покрытие выполнено в виде стеклокерамического слоя, а нагревательный элемент выполнен в виде металлокерамического резистора нанесенного на стеклокерамический слой методом трафаретной печати с последующим вжиганием. При этом трубчатый корпус может быть выполнен из нержавеющей стали, а стеклокерамический слой должен иметь толщину от 0,09 до 0,13 мм, а металлокерамический резистор от 0,015 до 0,03 мм. Дополнительно, металлокерамический резистор может быть выполнен в виде плоской спирали с линейными участками, расположенными параллельно продольной оси трубчатого корпуса.
Предложенный нагреватель текучей среды поясняется чертежами (фиг.1 и фиг.2).
Фиг.1 - схематический разрез устройства в поперечном сечении;
Фиг.2 - вид участка трубчатого корпуса с нанесенными на него слоями.
На чертежах изображены:
1 - трубчатый корпус;
2 - изолирующее покрытие в виде стеклокерамического слоя;
3 - нагревательный элемент в виде металлокерамического резистора;
4 - защитный слой;
5 - тоководы;
Нагреватель текучей среды собирается, собирается следующим образом.
Процесс изготовления нагревателя текучей среды базируется на высокопроизводительной толстопленочной технологии и включает последовательность операций нанесения и вжигания специального комплекта композиционных паст. Это определяет относительно невысокую стоимость и хорошую воспроизводимость параметров нагревателя.
В готовом (вожженном) состоянии толстопленочный элемент состоит из мелких функциональных частиц (смесь порошков проводящих частиц и частиц окислов металлов в соответствующих пропорциях), находящихся в массовом контакте друг с другом и "склеенных" стеклом с относительно невысокой температурой плавления.
Нагреватель может быть закрыт по всей площади защитным стеклокристаллическим слоем 4.
Снаружи устройство закрыто защитным кожухом (на чертеже не показан), служащим, в том числе, и как теплоизолирующий элемент.
Предпочтительным материалом трубчатого корпуса 1 является нержавеющая сталь. В этом случае материалы корпуса и изолирующего покрытия 2 (стеклокерамического слоя) согласуются по физическим свойствам (температурный коэффициент линейного расширения, температуры фазовых превращений) и гарантируют получение беспористого изолирующего слоя с хорошей адгезией.
В предложенном устройстве толщина изолирующего покрытия 2 составляет не более 0,13 мм, что почти в пять раз меньше нижнего предела по прототипу, следовательно тепловое сопротивление при всех прочих равных условиях уменьшится в пять раз, при этом уменьшится инерционность и возрастет к.п.д.
Керамика сама по себе - очень хороший электроизолятор. Из данных по толщине изолирующего покрытия прототипа можно предположить, что метод нанесения по не обеспечивает получение беспористого покрытия, вследствие чего необходимо нанесение толстого слоя керамики (до 1.5 мм).
В предложенном устройстве метод трафаретной печати с последующим вжиганием слоя 3 в печи и состав стеклокерамики 2 обеспечивают достаточную электроизоляцию при толщине слоя от 0.09 мм.
Толщина ленточного нагревательного элемента по прототипу составляет 0.3-1.5 мм. При таких толщинах невозможно обеспечить эффективный теплоотвод из объема нагревателя на корпус. Это не позволит обеспечить высокую удельную мощность нагревателя и уменьшить габаритные размеры изделия.
В предложенном устройстве толщина резистора составляет 0,015-0,03 мм, при этом плотность тока может достигать 150 А/кв. мм
К достоинствам полезной модели можно отнести:
- малую материалоемкость;
- малую тепловую инерционность;
2
- высокую скорость разогрева, возможность достижения удельной мощности нагревателя до 50 Вт/см;
- отсутствие теплового барьера между резистивным слоем и стальным основанием позволяет улучшить эксплуатационные характеристик электронагревательных приборов при одновременном снижении потребляемой мощности на 15-20%;
- обеспечение экологической безопасности.
Собранный нагреватель текущей среды встраивают, монтируют, в систему циркуляционного водяного отопления в удобном для монтажа месте. При этом один из торцов корпуса является входным патрубком, а второй - выходным. Систему отопления заполняют любым жидким теплоносителем и подсоединяют соответствующие тоководы 5 к внешней электрической цепи. Охлажденная жидкий теплоноситель от радиаторов отопления через входной патрубок поступает в трубчатый корпус 1, где нагревается через стенки корпуса. Нагретая жидкий теплоноситель через выходной патрубок поступает к радиаторам отопления.