Проточный электронагреватель

Предлагаемый нагреватель может быть использован в любой отрасли народного хозяйства, где необходим низкотемпературный нагрев жидких и газообразных сред типа воды, жидких технических сред, масел, воздуха и тому подобных сред в проточном режиме.
Известен гибкий электронагреватель, содержащий токонепроводящую основу, на которой за счет адгезии закреплены нагревательные проводники в виде токопроводящей пасты в виде смеси полимерной проводниковой пасты и полимерной резисторной пасты с элементами подключения к источнику питания (см, свидетельство на ПМ №21991 по кл. Н05В 3/34 за 2002 г.)
Недостатком известных гибких нагревательных элементов это низкий КПД нагрева среды из-за небольшой площади контакта с нагреваемой средой и расположения самого нагревательного элемента на одном участке нагреваемой среды, что увеличивает время нагрева среды и приводит к увеличенному потребления электроэнергии.
Также известен проточный электронагреватель жидких и газообразных сред, содержащий корпус с входящей и отводящей магистралями нагреваемой среды, расположенные на противоположных торцах или стенках корпуса. Внутри корпуса установлен нагревательный электротен, соединенный с источником питания (см. например патент на ПМ №21707 по кл. Н05В 3/20 за 2006 г.)
Недостатком известных теновых электронагревателей является низкий КПД нагрева среды из-за малой площади контакта с нагреваемой средой и расположения самого нагревательного элемента на одном участке нагреваемой среды, что увеличивает время нагрева среды и приводит к увеличенному потребления электроэнергии.
Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату является проточный электронагреватель, содержащий корпус преимущественно цилиндрической формы с подводящей и отводящей магистралями, внутри которого размещен нагревательный элемент в виде металлической ленты, соединенной с электропитанием, тело которой расположено параллельно движению нагреваемой среды по всей площади поперечного сечения корпуса в виде витков с гарантированным зазором между ними, а смежные витки элемента разделены изоляторами, поверхность нагревательного элемента выполнена волнообразной в продольном сечении, а изоляторы выполнены в виде диэлектрических трубок или ленты (см патент на ПМ РФ №137650 по кл Н05В 3/20 за 2013 г.).
Недостатки известного электронагревателя, низкий КПД нагрева, из-за недостаточного использования ультрафиолетовой (лучистой) составляющей энергии нагревателя и отсутствие устройства ее использования при нагреве среды, что приводит к увеличению времени, требуемый на нагрев текучей среды и увеличивает расход электроэнергии.
Технической задачей предлагаемого изобретения является устранения указанных недостатков, снижения электроэнергии при нагреве среды за счет использования инфракрасной составляющей лучистой энергии нагревателя и снижение время нагрева проточной среды до заданных величин.
Указанная техническая задача достигается тем, что в проточном электронагревателе, содержащем корпус преимущественно цилиндрической формы с подводящей и отводящей магистралями, внутри которого размещен нагревательный элемент в виде электротена, соединенного с электропитанием, тело которого установлено параллельно продольной оси корпуса, и теплообменник, выполненный в виде тонкой металлической ленты, спирально закрученной вокруг нагревательного элемента и размещенной внутри корпуса таким образом, что между смежными витками металлической ленты и корпусом имеется гарантированный зазор, а сама металлическая лента выполнена волнообразной в поперечном направлении.
Еще одним отличием предлагаемого нагревателя является то, что металлическая лента и подложка теплообменника выполнены из металла с большей теплопроводностью, нагревательный элемент выполнен в виде нескольких электротенов, а теплообменник закручен вокруг всех электротенов одновременно или вокруг каждого электротена в отдельности.
Кроме того теплообменник дополнительно снабжен металлической подложкой, расположенной в зазоре спирали теплообменника.
На фиг. 1 - изображен предлагаемый электронагреватель, продольное сечение (теплообменник не рассечен)
На фиг. 2 - сечение по А-А фиг. 1
На фиг. 3 - увеличенное изображение узла 1 фиг. 2.
Как показано на графических материалах предлагаемый электронагреватель содержит жесткий корпус 1 преимущественно круглой формы. Внутри корпуса 1 закреплен нагревательный элемент 2 в виде одного или нескольких электротенов (далее НЭ). Тело НЭ выполнено из материала с высоким сопротивлением электрическому току и может быть выполнено прямолинейной формы или в виде одного или нескольких изгибов по длине ТЭНа. Корпус 1 закрыт крышками 3 и 4, на которых имеется входное отверстие 5 и выходное отверстие 6 для среды 7 подводящей и отводящей магистралями. На корпусе 1 или крышках 3,4 имеются клеммы 8 для подачи электроэнергии к нагревательному элементу 2. Внутри корпуса 1 установлены НЭ 2 и теплообменник 9, закрученный вокруг нагревателя 2 в форме спирали, причем между каждыми смежными витками 10 имеется гарантированный зазор 11, а последний виток 12 спирали теплообменника 9 установлен с зазором 13 относительно внутренней поверхности 14 корпуса 1. Теплообменник 9 и электронагревательный элемент 2 ориентированы параллельно внутренней поверхности 14 корпуса 1. Само тело теплообменника 9 выполнено волнообразным с выступами 15 и впадинами 16. В зазоре 11 между смежными витками 10 установлена подложка 17, выполненная в виде плоской металлической полосы
Работа предлагаемого электронагревателя осуществляется следующим образом. Из подающей магистрали через входное отверстие 5 крышки 3 текучая среда 7 подается в полость корпуса 1 и заполняет ее. После заполнения полости текучая среда 7 удаляется из нее через выходное отверстие 6 в отводящую магистраль. Одновременно с подачей в полость текучей среды 7 от источника через клеммы 8 подается питание, в виде электрического тока, на контакты нагревательного элемента 2. Под воздействием электроэнергии вся поверхность НЭ 2 нагревается, и это тепло передается теплообменнику 9, а от него нагреваемой среде 7, например газообразной или жидкой. Весь поток среды 7 разделяется на отдельные потоки, витками спирали 10 теплообменника 9 и проходит между смежными витками 10. Проходное сечение равно гарантированному зазору 11 и высоте гофр между выступами 15 и впадинами 16 теплообменника 9. Нагревательный элемент 2 выполнен в виде электротенов, преимущественно круглого сечения с нагреваемой спиралью внутри, которые могут быть включены как одновременно, так и раздельно Съем тепла с поверхности НЭ 2 и передачи его нагреваемой среде 7 осуществляется двумя путями. Первый путь путем нагрева контактной части теплообменника 9 от тенов 2, которая соприкасается с наружной поверхностью НЭ. Второй путь это передачи ИНФО красной части лучистой энергии НЭ на подложку 17 и ее нагрев, а не рассеивания в потоке текучей среды 7. Под воздействием разделения всего объема среды 7 на множество отдельных потоков площадь проходного сечения каждого отдельного потока уменьшается, а площадь контакта среды 7 увеличивается во много раз, и ее нагрев производится со всех сторон. С боков среда 7 нагревается поверхностью теплообменника 9, а в основании происходит ее нагрев подложкой 17. Время нагрева рабочей среды 7 определяется длиной тела НЭ 2 и количеством включенных тенов. После нагрева среда 7 смешивается и единым потоком через выходное отверстие 6 направляется в отводящую магистраль, а из нее к потребителю, например для обогрева зданий.
За счет увеличения площади контакта теплообменника 9 и введение подложки 17 время нагрева среды 7 снижается, а это позволяет снизить расход электроэнергии и повысить КПД нагревателя.
Температура нагрева тела нагревателя значительно выше температуры нагреваемой среды, что увеличивает в значительной степени лучистую составляющую тепловой энергии нагревательного элемента. Так температура наружной поверхности нагревательного элемента может достигать 400-600°С, а температура нагреваемой среды колеблется в пределах 40-70°С. При этом витки спирали теплообменника корпуса вместе с нагревательным элементом расположены во внутренней полости параллельно внутренней поверхности корпуса и не создают дополнительного сопротивления потоку движения среды.
Снабжение нагревателя теплообменником в виде тонкой фольгированной полосы, свернутой в спираль и установленной внутри корпуса по всей площади проходного сечения, позволяет производить нагрев среды непосредственно при его движении между поверхностями нагревательного элемента и теплообменника за счет контакта с нагревательным элементом части теплообменника и дополнительный нагрев подложки инфракрасной составляющей лучистой энергии самого нагревателя (а не ее рассеивания в процессе нагрева в среде), что позволяет во много раз увеличить площадь контакта нагреваемой среды с нагревательным элементом, снизить время нагрева среды в проточном режиме и увеличить производительность и повысить КПД электронагревателя.
Использование предлагаемого технического решения в нагревательных системах позволит снизить затраты электроэнергии, уменьшить время нагрева среды непосредственно в проточном режиме, что дает возможность повысить КПД, существенно снизить время нагрева среды и снизить затраты электроэнергии по сравнению с известными конструкциями проточных электронагревателей.