ЭЛЕКТРОТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ
ELECTRIC HEAT ACCUMULATING HEATER

Изобретение относится к теплоаккумулирующим материалам и электрическим нагревателям, которые могут быть применены для терморегулирования объекта, в частности на автотранспортной технике для терморегулирования топлива, моторного масла, низкотемпературной жидкости; в пищевой промышленности для хранения ферментов, селективной пастеризации различных субстратов, селективного выращивания различных культур дрожжей.
Известен теплоаккумулирующий материал, содержащий, мас.%: генэй-козан 1,5-7,5; пальмитиновая кислота 1,0-7,5; тетрадекан - остальное, при массовом соотношении генэйкозана и пальмитиновой кислоты от 1:1 до 3:1, имеющий температуру плавления 3,8°С и теплоту плавления 218 кДж/кг (патент РФ №2084486, C09K 5/06, 20.07.97, Бюл. № 22).
Недостатком является слишком низкая температура плавления, что делает невозможным применение его в большинстве технологических процессов.
17
36
20
42
Известен теплоаккумулирующий материал в виде полимерной оболочки и наполнителя из парафина. В качестве наполнителя используют низкоплавкий парафин из ряда CH-CH с температурой плавления от 16,7 до 36,7°С, в качестве полимерной оболочки - пористый материал. Представленный теплоаккумулирующий материал разработан для регулирования поверхностного теплообмена тела (патент №2008776, A41D 13/00, 15.03.1994).
Недостаток: парафин в чистом виде имеет низкую теплопроводность, что снижает его эффективность в отношении накопления и отдачи теплоты в быстро протекающих процессах; представленный материал способен аккумулировать теплоту объекта, с которым организован тепловой контакт, однако в ряде случаев необходимо дополнительное выделение теплоты в объеме теплоаккумулятора.
Технической задачей изобретения является улучшение теплофизических параметров и придание свойства нагреваться в условиях подвода электрического напряжения к теплоаккумулирующему материалу.
Поставленная задача достигается тем, что электротеплоаккумулирующий нагреватель выполнен в виде оболочки и наполнителя, при этом в объеме наполнителя имеется наноструктурный углерод и электрические контакты, к которым подведены токопроводящие провода, подключенные к источнику электрической энергии.
Изобретение иллюстрируется чертежами (фиг.1-4).
В качестве наполнителя 1 может быть использован: парафин, воск, битум, полиэтиленоксид (полиэтиленгликоль) или любой органический диэлектрик. В качестве наноструктурного углерода могут быть использованы фуллерены, однослойные и многослойные нанотрубки, Таунит (скрученные в клубки углеродные трубки диаметром 10-40 нм и длиной до 2 мкм). Электрические контакты 2 плотно прижаты к поверхности нагревателя. Электропроводные провода 3 соединяют источник электрической энергии 4 с электрическими контактами 2. Представленные элементы герметично располагаются в непроницаемой оболочке 5, которая в общем случае является диэлектриком (фиг.1).
При подаче питающего напряжения от источника электрической энергии 4 на электрические контакты 2 электротеплоаккумулирующего нагревателя происходит прохождение электрического тока за счет наличия наноструктурного углерода, что приводит к тепловыделению. Диэлектрическая часть, которая относится к наполнителю, в этом случае накапливает теплоту, что находит отражение на внешнем виде распределения температурного поля по поверхности электротеплоаккумулирующего нагревателя (фиг.2). Максимум накопления теплоты (для парафина) приходится на момент фазового перехода (фиг.3), при этом температура фазового перехода, определенная путем построения касательных, равна 54°С. Теплообмен, с внешними объектами, происходит через непроницаемую оболочку 5. Теплопроводность воска и парафина улучшается до 30% при добавлении от 0,1 до 20% (по массе) наноструктурного углерода по отношению к исходному состоянию. Вольтамперные характеристики электротеплоаккумулирующего нагревателя носят линейный вид: 1 - электротеплоаккумулирующий нагреватель (твердый наполнитель) с использованием цемента с 2% добавлением парафина; 2 - электротеплоаккумулирующий нагреватель на основе парафина; 3 - электротеплоаккумулирующий нагреватель на основе воска (фиг.4).
Испытания показали, что использование нагревателя с возможностью теплоаккумуляции позволяет расширить функциональность устройств, в которых он может быть задействован. К примеру, теплоаккумуляция при подогреве дизельного топлива в двигателях внутреннего сгорания в условиях низких температур позволяет снизить установочную мощность нагревательных элементов до 50%.
Предлагаемый электротеплоаккумулирующий нагреватель может быть использован для: автотранспорта; экипировки персонала; в технологических процессах химической, нефтегазовой и пищевой промышленности.