БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ТРУБЧАТЫЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Область техники
Полезная модель относится к области электротермии, в частности к нагревательным элементам для нагрева жидкостей, таких как нефтепродукты и жидкости с высоким содержанием солей и газов.
Уровень техники
В традиционных нагревательных системах электронагревательные элементы вставляют в трубы, расположенные в емкости с жидкостями. Электронагревательные элементы бывают двух типов, к первому из которых относятся трубчатые электронагреватели (ТЭН), а ко второму из которых относятся керамические электронагреватели (КЭН), состоящие из нихромовых спиралей, которые уложены в керамические изоляторы цилиндрической формы.
При использовании в качестве нагревательного элемента ТЭНов тепло от ТЭНов передается стенке трубы через воздух, который является хорошим теплоизолятором. В результате этого ТЭН находится постоянно в перегретом состоянии, что сильно снижает срок его службы.
В керамических электронагревателях КЭНах тепло от раскаленной спирали передается трубе через стенку керамического изолятора, который сам по себе является отличным теплоизолятором. Нагревательные спирали, находясь в раскаленном состоянии и в постоянном взаимодействии с кислородом воздуха, имеют очень ограниченный срок службы. К недостаткам КЭНов следует отнести также невозможность их установки в вертикальном положении, поскольку раскаленная спираль под собственным весом «стекает» вниз, что может привести к короткому замыканию. Замена перегоревших КЭНов требует соответствующей подготовки и квалификации обслуживающего персонала.
Разогрев нефтепродуктов, жидкостей с высоким содержанием солей и газов должен осуществляется особым способом.
Основной - сложностью в этом случае является нагрев продукта до заданной температуры с учетом того, что теплообменная поверхность нагревателя должна иметь достаточно низкую тепловую нагрузку (Вт\см2), чтобы на ней не происходило «подгорание» и разделение фракционного состава нефтепродуктов и не появлялся нагар, что значительно ухудшает теплоотдачу с поверхности нагревательного элемента и сокращает его срок службы. Это также относится и к нагреву жидкостей с высоким содержанием солей (в частности кальция). Соли откладываются на поверхности нагревателя, ухудшается его теплоотдача, и его оболочка разрушается от перегрева. Этих процессов можно избежать соответствующим подбором нагревателя с низкой тепловой нагрузкой теплоотдающей поверхности.
Известен погружной нагреватель по DE 1814256 А, являющийся наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели. Нагреватель содержит трубчатый электронагреватель с односторонним выводом контактов, заплавленный в металл или сплав с высокой теплопроводностью (например алюминий или его сплав) с формированием цельного патрона, внешняя поверхность которого покрыта пластиком. Благодаря тому, что ТЭН заплавлен в металл, улучшена теплопроводность нагревательного элемента, а также достигается более равномерное распределение тепла по всей поверхности нагревательного патрона. Нагреватель непосредственно погружают в нагреваемую жидкость.
Указанный погружной нагреватель обладает следующими недостатками:
а) неудобство размещения в емкости, содержащей жидкость, подлежащую нагреву.
б) сложность в техническом обслуживании и замене нагревателя, так как он непосредственно контактирует с нагреваемой жидкостью.
Сущность полезной модели
Задачей полезной модели является создание нагревателя, который решает известные проблемы уровня техники, в частности позволяет осуществлять нагрев нефтепродуктов, жидкостей с высоким содержанием солей и газов без негативных эффектов, таких как «подгорание», разделение фракционного состава нефтепродуктов и т.д, а также удобен в эксплуатации, размещении и техническом обслуживании.
Указанные недостатки решены благодаря нагревателю для нагрева жидкостей, содержащему по меньшей мере один заплавленный трубчатый электронагреватель с односторонним выводом контактов, заплавленный в металл или сплав с высокой теплопроводностью. Указанный нагреватель содержит корпус, содержащий соединитель, выполненный с возможностью соединения с емкостью, содержащей жидкость, подлежащую нагреву, с размещением по меньшей мере части корпуса в этой емкости, и по меньшей мере один трубчатый держатель, соответствующий по форме указанному по меньшей мере одному заплавленному трубчатому электронагревателю, причем указанный по меньшей мере один заплавленный трубчатый электронагреватель выполнен с возможностью вставки в соответствующий по меньшей мере один трубчатый держатель.
Благодаря тому, что трубчатый нагреватель заплавлен в металл, образуется вставляемый патрон, который можно легко вставить в трубчатый держатель. Таким образом возможно осуществлять нагрев без непосредственного контакта самого трубчатого нагревателя или патрона с нагреваемой жидкостью, а его установка и техническое обслуживание значительно упрощены.
В одном из вариантов реализации нагреватель дополнительно содержит защитную крышку, выполненную с возможностью прикрепления к соединителю. Защитная крышка защищает трубчатый электронагреватель и всю конструкцию от внешних воздействий.
В предпочтительном варианте реализации металл с высокой теплопроводностью представляет собой алюминий.
В одном из вариантов реализации по меньшей мере один заплавленный трубчатый электронагреватель выполнен с возможностью вставки в соответствующий по меньшей мере один трубчатый держатель с образованием зазора, заполненного веществом с высокой теплопроводностью. В предпочтительном варианте реализации вещество с высокой теплопроводностью представляет собой термальное масло или теплопроводящую пасту. Заполнение веществом с высокой теплопроводностью зазора между трубчатым держателем и заплавленным трубчатым электронагревателем увеличивает эффективность нагревателя.
Предложенный нагреватель наиболее целесообразно использовать для нагрева жидкостей, представляющих собой углеводородные соединения.
В одном из вариантов реализации заплавленный трубчатый электронагреватель заплавлен в металл или сплав с высокой теплопроводностью с образованием патрона цилиндрической формы. Указанная форма удобна при изготовлении и эксплуатации, хотя возможны патроны и другой формы, например патроны с квадратным или прямоугольным поперечным сечением.
Краткое описание чертежей
Далее полезная модель описана более подробно со ссылкой на прилагаемый чертеж. На фиг.1 показан нагреватель согласно одному из вариантов реализации полезной модели.
Подробное описание вариантов реализации
В варианте реализации полезной модели, показанном на фиг.1, предложен нагреватель, содержащий корпус с соединителем 1 и тремя трубчатыми держателями 2. Нагреватель содержит три ТЭНа 3, заплавленных в алюминий с формированием цилиндрических патронов. Корпус электронагревателя содержит три трубчатых держателя 2 соответствующей формы для приема указанных ТЭНов 3. Для крепления к емкости, содержащей жидкость, подлежащую нагреву, корпус содержит соединитель. Кроме того, предусмотрена крышка 4, которая устанавливается на фланец. На фиг.1 ТЭНы 3 показаны уже вставленными в держатели 2.
Нагреватель работает следующим образом. До заполнения емкости жидкостью, корпус нагревателя врезают в емкость таким образом, что держатели 2 располагаются внутри емкости. Посредством соединитель 1 корпус жестко закрепляют на емкости, для чего соединитель 1 приваривают к емкости. После этого емкость заполняют жидкостью, например нефтью, а ТЭНы 3, заплавленные в алюминий, вставляют в соответствующие держатели 2. Для улучшения теплопроводности наносят теплопроводящую пасту на внутренние поверхности трубчатых держателей и/или на патроны ТЭНов. После установки ТЭНов верхнюю часть корпуса и фланец закрывают крышкой 4.
Затем начинают нагрев жидкости посредством ТЭНов 2, установленных в корпусе.
Благодаря тому, что электронагревательный элемент представляет собой патрон из алюминия, внутри которого заплавлен ТЭН, тепло равномерно распределяется по всей поверхности нагревательного элемента. Теплоотдача от ТЭНа при этом максимальная, что значительно увеличивает срок службы и надежность всего электронагревателя. Таким образом, при нагреве нефтепродуктов, газов и жидкостей с высоким содержанием солей не происходит подгорания и других негативных эффектов.
При необходимости замены или технического обслуживания одного из ТЭНов его вынимают из корпуса. При этом нет необходимости в сливе жидкости и в очистке ТЭНа, что значительно упрощает эксплуатацию и замену ТЭНа.