СТЕКЛОКОМПОЗИЦИОННЫЙ ТРУБЧАТЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ НАГРЕВА ДИЭЛЕКТРИКОВ, ЭЛЕКТРОЛИТОВ И ГАЗОВЫХ СРЕД

Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к нагревателям из композиционных материалов с нагревательными элементами из углеродных волокнистых материалов.
Из уровня техники известен электрический нагреватель в форме тела вращения, используемый для нагрева различных жидких и газовых сред, имеющий трубопровод и нагревательный элемент в виде слоя электропроводного материала, расположенного в стенке трубопровода, в котором электропроводный материал выполнен из углеродной волокнистой ленты, а трубопровод - из композиционного волокнистого материала в виде стеклянной ленты, предварительно пропитанной жидкой фенольной смолой и отвержденной при (140°-180°)C (патент РФ №2072637 на изобретение, МПК 6 H05B 3/78, 27.01.1994).
Данный электрический нагреватель имеет ограниченный диапазон электрической мощности и, как следствие, ограниченный диапазон применения. Кроме того, соединение токоподвода с нагревательным элементом (углеродной лентой) недостаточно надежно.
Известен стеклопластиковый трубчатый электрический нагреватель, содержащий нагревательный элемент, выполненный путем намотки углеродной ленты, изготовленной из гидратцеллюлозной ткани, обработанной при температуре (1800°-2200°) C, электрозащитные слои из стеклоткани в виде ленты, пропитанной полимерной термореактивной смолой, расположенные с каждой стороны нагревательного элемента, токоподвод из металлической фольги, закрепленный металлическим хомутом (пат. №66138 на полезную модель, МПК H05B 3/28, 27.08.2007).
Данный электрический нагреватель имеет возможность применения для нагрева только диэлектрических сред, например битума для дорожников.
Техническим результатом заявленной полезной модели является расширение технологических возможностей электронагревателя и, соответственно, областей его применения при одновременном повышении его надежности.
Указанный технический результат достигается тем, что стеклокомпозиционный трубчатый электрический нагреватель содержит корпус, состоящий из наружной и внутренней частей, выполненных из стекловолокнистого материала, пропитанного связующим, между частями расположен нагревательный элемент из углеродной тканой ленты, каждый конец которой соединен с токоподводом с помощью металлической фольги, причем по концам корпуса расположены фланцевые бурты, выполненные из того же материала, что и корпус, при этом и наружная часть корпуса, и внутренняя часть корпуса содержат, по меньшей мере, три слоя стекловолокнистого материала.
Стеклокомпозиционный трубчатый электрический нагреватель содержит в качестве связующего полимерную термореактивную смолу и/или фосфатное связующее холодного отверждения, а углеродная лента выполнена электрозащищенной и имеет покрытие из термостойкой резины и/или фторопластовой пленки.
Полезную модель иллюстрируют чертежи, где:
на фиг. 1 изображен электрический нагреватель, общий вид;
на фиг. 2 изображены способы соединения токоподвода с нагревательным элементом (углеродной лентой);
на фиг. 3 изображено крепление трубчатого нагревателя (а - болтом; б - хомутом).
Стеклокомпозиционный трубчатый электрический нагреватель содержит трубчатый корпус, состоящий из наружной части 1 и внутренней части 2, выполненных из стекловолокнистого материала, например, из любой стеклоткани в виде ленты. И наружная часть 1, и внутренняя часть 2 корпуса изготовлены путем намотки и содержат по (3-14) слоев ленты из, например, стеклоткани, например марки Е-13 или НПГ-210, при этом ширина ленты составляет, например 10 мм или 300 мм. Перед намоткой на дорн ленту из стеклоткани предварительно пропитывают полимерной термореактивной смолой или фосфатным связующим холодного отверждения. Возможна намотка стеклянным ровингом. Для упрочнения корпуса, по его концам расположены фланцевые бурты 3, выполненные путем намотки из того же материала, что и весь корпус, т.е. из, например, стеклоткани в виде ленты.
Между наружной частью 1 и внутренней частью 2 трубчатого корпуса расположен нагревательный элемент 4, выполненный из углеродной тканой ленты, например, Урал ЛТ-22-10 или Урал Т-22Р, полученной, например, на основе гидратцеллюлозных волокон. Каждый конец нагревательного элемента 4 расположен внутри сложенной, например, пополам пластины 5 из металлической, например, нержавеющей фольги и соединен с токоподводом 6.
При этом возможен вывод токоподвода с двух сторон нагревателя либо только с одной его стороны. Для повышения электроизоляции нагревательный элемент (углеродная лента) укладывается в термостойкую резину либо пленку, например силиконовую или фторопластовую.
Стеклокомпозиционный трубчатый электрический нагреватель изготавливают следующим образом.
Пример 1.
На подготовленный дорн диаметром 30 мм и длиной 100 мм наматывают три слоя стеклянной ленты шириной 20 мм, которую изготавливают путем резки из стеклоткани, например марки T-13 с образованием внутренней части 2 корпуса электронагревателя либо используя готовую стеклянную ленту. Перед намоткой на дорн стеклянную ленту предварительно пропитывают в полимерной термореактивной смоле, например в пищевой жидкой эпоксидной смоле холодного отверждения. После формирования внутренней части 2 корпуса наматывают нагревательный элемент 4 в виде углеродной тканой ленты, полученной, например, на основе гидратцеллюлозных волокон, например, марки Урал-ЛТ-22-10. Ширина углеродной ленты 10 мм, длина 370 мм. Предварительно каждый конец нагревательного элемента 4 укладывают на пластину 5 из металлической, например, нержавеющей фольги и затем пластину 5 вместе с углеродной лентой складывают, например, пополам, а к свернутой пластине 5 из фольги приклепывают электрический провод (см. фиг. 2). При этом один провод выводят к одному из торцов нагревателя. Второй провод укладывают между витками углеродной ленты и вместе с первым проводом выводят через тот же торец трубчатого нагревателя.
После укладки нагревательного элемента 4 наматывают наружную часть 1 трубчатого корпуса аналогично намотке внутренней части 2. Затем проводят намотку фланцевых буртов из того же материала, что внутренняя 2 и наружная 1 части корпуса нагревателя. После проведения процесса отверждения смолы, стеклопластиковый трубчатый нагреватель снимают с дорна и обрабатывают наружную поверхность нагревателя, после этого нагреватель готов к эксплуатации. Внутренний диаметр нагревателя 30 мм, длина нагревателя составляет 100 мм, мощность - 50 вт.
Пример 2.
На подготовленный дорн диаметром 300 мм и длиной 3000 мм наматывают внутреннюю часть трубы 14 слоев стеклянной ленты шириной 300 мм, которую изготавливают путем резки стеклоткани, например, марки НПГ-210 с образованием внутренней части 2 трубчатого корпуса. Перед намоткой на дорн стеклянную ленту пропитывают в полимерной термореактивной смоле, например, в фенольной смоле горячего отверждения марки СФЖ-309. После формирования внутренней части 2 корпуса наматывают нагревательный элемент 4 в виде углеродной тканой ленты, полученной на основе, например, гидратцеллюлозных волокон, например, ткани марки Урал Т-22Р. Ширина ленты 300 мм, длина 6500 мм. Предварительно каждый конец нагревательного элемента 4 укладывают в пластину 5 из металлической, например, нержавеющей фольги и затем вместе с лентой складывают, например, пополам. Каждый конец свернутой пластины 5 из фольги вместе с углеродной лентой обжимают хомутом 6 из нержавеющей полосы, к которой подводят электропитание (220 в) после изготовления трубчатого нагревателя. После обжима (фиксации) хомутом 6 концов нагревательного элемента 4 наматывают наружную часть 1 трубчатого корпуса аналогично намотке внутренней ее части 2. Завершающей операцией намотки является намотка фланцевых буртов 3 по концам корпуса из того же материала, что и корпус.
После проведения процесса отверждения смолы стеклопластиковый трубчатый нагреватель снимают с дорна, обрабатывают наружную поверхность нагревателя и после этого трубчатый нагреватель готов к эксплуатации. Внутренний диаметр полученного нагревателя составляет 300 мм, длина 3000 мм, мощность - 8 квт.
Пример 3.
На подготовленный дорн диаметром 150 мм и длиной 2500 мм наматывают 6-ть слоев, например, стеклянной ленты шириной 200 мм, которую изготавливают путем резки стеклоткани, например, марки НПГ-210, с образованием внутренней части 2 корпуса нагревателя. Перед намоткой на дорн стеклянную ленту пропитывают фосфатным связующим холодного отверждения, например, натрийборосиликатфосфатного состава. После формирования (намотки) внутренней части 2 трубчатого корпуса наматывают нагревательный элемент 4 из углеродной ленты, полученной на основе, например, гидратцеллюлозных волокон, например, ткани марки Урал Т-22Р. Ширина ленты 170 мм, длина 3200 мм. Предварительно каждый конец углеродной ленты укладывают в пластину 5 из металлической, например, нержавеющей фольги и затем вместе с лентой складывают, например, пополам (см. Фиг. 2). К каждому концу свернутой пластины 5 из фольги приклепывают токопровод 6. Каждый токоподвод выводят у торцов нагревателя. Возможен вывод токопровода 6 к одному торцу нагревателя (аналогично примера №1). После этого наматывают наружную часть 1 нагревателя, аналогично намотке внутренней его части 2.
Завершающей стадией намотки является намотка фланцевых буртов 3 по концам трубчатого корпуса из того же материала, что и корпус.
По завершении процесса намотки проводят операцию сушки связующего в течение 1 часа при температуре 70÷110°C либо выдерживанием при комнатной температуре в течение 24÷48 часов. По окончании процесса сушки стеклокерамический трубчатый нагреватель снимают с дорна и обрабатывают его наружную поверхность и поставляют потребителю.
Этот трубчатый нагреватель имеет внутренний диаметр 150 мм, длину 2500 мм, мощность 8 квт.
Все приведенные выше примеры изготовления трубчатых нагревателей могут эксплуатироваться для нагрева жидких и газовых сред, которые являются диэлектриками (мазут, битум, гудрон, масло и др.). Для эксплуатации этих нагревателей в различных электролитах (вода, кислоты, щелочи и др.) нагревательный элемент (углеродная лента) защищают (помещают) термостойким электроизоляционным материалом в виде резины или пленки - силиконовые, фторопластовые и другие материалы. При этом в примере №2 токоподвод в виде хомута выполняется аналогично как в примерах №1, №3, т.е. в виде провода.
Сечение предлагаемого стеклокомпозиционного трубчатого нагревателя может быть круглым, овальным, прямоугольным и др.
Предлагаемые стеклокомпозиционные трубчатые нагреватели имеют нагревательную поверхность внутри и снаружи трубчатого элемента, что позволяет значительно, по сравнению с нихромовыми нагревателями, увеличить поверхность нагрева. Трубчатый нагреватель при нагреве жидких сред ставится под небольшим углом (1÷3°) к горизонтали (дна емкости) (см. рис. 3). За счет разности высот краев (и соответственно разной температуры нагреваемой среды) нагревателя позволяет приводить перемешивание нагреваемой среды. Это позволяет повысить эффективность нагрева и снижение потребления электрической энергии.
При нагреве газовых сред (например воздуха в различных помещениях и в оборудовании) трубчатый нагреватель устанавливается вертикально, что позволяет повышать эффективность нагрева за счет дополнительной тяги газовой среды.
Общим преимуществом предлагаемого стеклокомпозиционного трубчатого нагревателя является эффективная возможность регулировки нагрева за счет отсутствия инерционности нагрева нагревательного элемента - углеродной ленты.
Предлагаемый стеклокомпозиционный трубчатый нагреватель может применяться в различных отраслях народного хозяйства:
- для нагрева воздушной среды в бытовых условиях, медицинских учреждений; для нагрева воздушной среды в камерах отверждения (термообработки) при отверждении термореактивных связующих, пример №1, 3;
- для нагрева жидких сред, диэлектриков (битум, мазут, гудрон, масла и др.) - примеры №1, 2, 3;
- для нагрева жидких электролитов (вода, кислоты, щелочи и др.) пример №1, 23 с защитным слоем нагревательного элемента (углеродной ленты) и соединение с токоподводом в виде провода (не хомута). Причем в примере №2 токопровод выполнен не виде хомута, а аналогично как в примерах №1 и 3.
- использование стеклокерамического трубчатого нагревателя (пример №3) позволяет нагревать газовые среды до 700÷800°C.