ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ ПОТОКА СЖАТОГО ГАЗА

Полезная модель относится нагревателям газовых потоков и может быть использована в тех областях техники, где необходим быстрый эффективный нагрев движущегося газа, например, тепловые пушки, фэны и т.д. В частности в области нанесения и формирования покрытий из порошковых материалов, в частности для нанесения меток газодинамическим методом, в частности в импульсном режиме.
Известен электронагреватель потока сжатого газа, выбранный в качестве прототипа (полезная модель RU 13129, МКИ Н05В 3/20), включающий герметичный цилиндрический корпус с входным и выходными отверстиями, установленный в нем коаксиально теплоэлектроизолятор в виде полого цилиндра и нагревательный элемент в виде спирали.
К недостаткам известного устройства следует отнести его сравнительно небольшой ресурс между сменами перегоревших спиралей, т.к. используется электроспираль открытого типа, витки которой непосредственно омываются движущимся газом. Это приводит при нагреве к окислению, охрупчиванию, вытягиванию и перегоранию электроспирали. Замена электроспирали трудоемка и сложна, так как требует разборки устройства и изъятия термоизолятора с последующей укладкой в ней новой электроспирали. Срок службы открытых электроспиралей невелик.
Кроме того нагреватели данного типа не обладают высокой эффективностью, необходимой для работы с нагревом газа в импульсном режиме.
Решаемая техническая задача при создании полезной модели состояла в том, чтобы разработать нагреватель с высокой эффективностью нагревания газового потока, с длительным сроком эксплуатации между ремонтами, с удобной для замены конструктивных элементов конструкцией.
Сущность полезной модели состоит в том, что электронагреватель потока сжатого газа включаюет герметичный цилиндрический корпус с входным и выходными отверстиями, установленный в нем коаксиально теплоэлектроизолятор в виде полого цилиндра и, по крайней мере, один нагревательный элемент. При этом отличительные признаки предлагаемого устройства состоят в том, что электронагреватель
дополнительно снабжен токоподводами и, по крайней мере, одной металлической гофрированной трубой, неподвижно закрепленной внутри теплоэлектроизолятора с зазором между внутренней поверхностью теплоэлектроизолятора и внешней поверхностью гофрированной трубы, а нагревательный элемент выполнен в виде галогенной лампы, коаксиально закрепленной в гофрированной трубе с зазором между внешней боковой поверхностью лампы и внутренней поверхностью гофрированной трубы, при этом теплоэлектроизолятор размещен в корпусе с зазором, образованным проволокой, навитой на внешнюю поверхность теплоизолятора в виде спирали, являющейся дистанцирующим элементом, при этом выходное отверстие расположено в одном из торцов корпуса, а входное отверстие расположено на боковой поверхности корпуса у торца с выходным отверстием, при этом галогенная лампа закреплена между подпружиненными токоподводящими контактами, один из которых со стороны выходного отверстия закреплен на срезе гофрированной трубы, а второй совмещен с одним из токоподводов, вмонтированных в торец корпуса, противоположный торцу с выходным отверстием, при этом второй токоподвод электрически соединен с гофрированной трубой, при этом торец с токоподводами смонтирован в корпусе с возможностью разъединения, а теплоэлектроизолятор плотно прилегает к торцу с выходным отверстием.
В частном случае гофрированная труба может быть выполнена из нержавеющей стали.
В частном случае теплоэлектроизолятор может быть выполнен из керамического материала.
В частном случае гофра в гофрированной трубе может быть выполнена продольной или поперечной, или спиралевидной.
Технический результат состоит в том, что был создан нагреватель с высокой эффективностью нагревания газового потока, с длительным сроком эксплуатации между ремонтами, с удобной для замены конструктивных элементов конструкцией.
Технический результат достигается за счет того, что:
1. В качестве источника нагрева использована галогенная лампа накаливания линейного типа, преимущества использования которой в качестве нагревателя состоят в том, что для галогенных ламп характерны следующие характеристики:
- вырабатывает тепловую и световую энергию;
- цветовая температура излучения до 3200°К;
- температура поверхности кварцевой колбы до 500°С;
- высокая эффективность преобразования электрической энергии в световую;
- высокая стабильность светового потока;
- высокий ресурс работы;
- небольшие габариты;
- простота и удобство замены лампы;
- выпускается промышленностью различной мощности;
- плавное изменение свечения;
- срок службы галогеновой лампы не менее 3000 часов.
2. В качестве нагревательного элемента сжатого газа воспринимающего излучение использована тонкостенная гофрированная трубка из нержавеющей стали. Преимущества такого использования состоят в том, что:
- гофра увеличивает площадь поверхности воспринимаемого лучистого потока;
- турбулизирует протекающий вдоль ее внутренней и внешней поверхности поток сжатого газа;
- улучшает конвективно-лучистый теплообмен между поверхностью колбы галогеновой лампы, гофрой, газом и керамическим теплоизолятором;
- нагревается за счет излучаемой лучистой энергии лампы до 800°С;
- отсутствует окисление гофрированной поверхности;
- является проводником электрического тока;
- выпускается промышленностью различного диаметра и длины;
3. В качестве тепло и электроизолятора использована керамическая труба Преимущества такого использования состоят в том, что:
- малый коэффициент теплопроводности;
- уменьшает потери тепла;
- является диэлектриком;
- выпускается промышленностью различного диаметра, толщины и длины.
4. В качестве канала течения подводимого газа используется спиралевидный канал, образованный внутренней поверхностью корпуса, внешней поверхностью керамической трубки и навитой на керамическую трубу проволокой. Преимущества такого использования состоят в том, что:
- равномерное обтекание поверхности керамической трубки и внутренней поверхности металлического корпуса;
- улучшенный теплосъем с поверхности керамической трубки;
- охлаждение внешнего корпуса устройства;
- центрирование керамической трубки и внешнего корпуса относительно друг друга.
Сущность изобретения поясняется фиг.1, где представлен общий вид устройства. Устройство содержит входной патрубок 1 подачи сжатого газа, подсоединенный к входному отверстию, корпус 2, керамическую трубку 3, гофрированную трубку 4, навитую проволоку 5, галогеновую лампу 6, заглушка 7, образующую торец корпуса противоположный торцу с выходным отверстием, токоподводы 8, пластина 9 электроконтакта, выходное отверстие 10.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Газ под давлением по входному патрубку 1 поступает в полость зазора образованного корпусом 2, керамической трубкой 3 и по винтовому каналу, образованному стенками корпуса 2, керамической трубы 3 и навитой на нее по спирали проволоки 5 поступает во входную проточную часть. Далее сжатый газ движется по зазорам образованными стенками гофрированной трубки 4, внутренней стенкой керамической трубки 3 и внешней стенкой галогеновой лампы 6 и через выходное отверстие истекает во внешнюю среду. При подаче напряжения на электроконтакты 8 герметично вмонтированные в тепло и электроизоляционную заглушку 7, протекающий по гофрированной трубке 4, пластине 9 электроконтакта, вольфрамовой спирали галогеновой лампы 6 ток замыкает электрическую цепь, вызывая свечение галогеновой лампы 6. Лучистая и тепловая энергия светящейся вольфрамовой нити галогеновой лампы 6 нагревает кварцевую колбу лампы, гофрированную трубку 4 и внутреннюю поверхность керамической трубки 3. Протекающий по зазорам перечисленных элементов газ снимает с них тепло, нагревается и истекает через выходное отверстие 10 в окружающую среду. Температура нагретого газа на выходе из устройства зависит от мощности и количества галогеновых ламп 3, подводимой электрической энергии и расхода подаваемого газа.
Примеры.
Снимаем заглушку 7, вставляем в гофрированную трубку 4 до соприкосновения с пластиной 9 электроконтакта галогеновую лампу 6 мощностью 1,5 квт. Ставим заглушку 7 на место. Устройство готово к работе. Подаем на входной патрубок 1 газ /воздух/ под давлением 8 атм с расходом 3 г/сек. Подключаем электроконтакты 8 к сети переменного тока напряжением 220 в. Выход на стационарный тепловой режим происходит в течение 10-15 сек. Достигаемая температура газа /воздуха/ составляет 350°С.
Помещаем в устройство три галогеновых лампы 6 по 1,5 квт каждая. Подаем на входной патрубок 1 газ /воздух/ под давлением 6 атм с расходом 10 г/сек. Подключаем к сети переменного тока напряжением 220 в. Через 10-15 сек достигаем температуры 350°С на выходе из выходного отверстия 10. Для уменьшения температуры газа подаем пониженное напряжение. В этом случае температуру нагреваемого газа можно плавно варьировать в пределах от температуры входа до 350°С при постоянном расходе газа.