ЭЛЕКТРОПОДОГРЕВАТЕЛЬ ВОЗДУХА

Полезная модель относится к энергетической технике, в частности электротермии, и может быть использована для электронагрева воздуха.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является электроподогреватель воздуха, который содержит корпус с входным и выходным отверстиями, входную и опорные трубные доски, в которых продольно установлены трубчатые нагревательные элементы, закрепленные со стороны входного отверстия в трубной доске и проходящие с зазором через электроизолирующие узлы опорных досок, токовводы и токовые перемычки (Патент RU №2400679, МПК F24H 3/08, опубл. 27.09.2010).
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является низкая надежность и небольшой ресурс нагревательных элементов из-за наличия высоких термических напряжений в стенках трубчатого нагревательного элемента, возникающих вследствие неравномерного - одностороннего съема тепла, большие габариты корпуса из-за неэффективного использования проходного сечения корпуса и высокие тепловые потери, связанные с габаритами корпуса, а также из-за наличия пульсационных знакопеременных аэродинамических нагрузок на токовых перемычках, установленных поперек потока воздуха.
Технической задачей заявляемой полезной модели является уменьшение тепловых градиентов в нагревательных элементах электроподогревателя, уменьшение габаритов корпуса электроподогревателя, снижение тепловых потерь и снижение аэродинамических нагрузок на токовые перемычки.
Техническая задача решается тем, что электроподогреватель воздуха, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, входную и опорные трубные доски, в которых продольно установлены снабженные токовводами трубчатые нагревательные элементы, закрепленные в трубной доске со стороны входного отверстия корпуса и проходящие с зазором через электроизолирующие узлы опорных досок, и токовые перемычки, согласно полезной модели, в опорных трубных досках выполнены равномерно распределенные относительно трубчатых нагревательных элементов отверстия, суммарная площадь S которых соответствует формуле:
,
где S - суммарная площадь отверстий;
отв
S - суммарная площадь проходных сечений в трубчатых нагревательных элементах;
н
S - площадь наружной поверхности трубчатого нагревательного элемента;
в
пр
S - площадь внутренней поверхности трубчатого нагревательного элемента, проходная площадь межтрубного пространства S соответствует формуле:
,
пр
где S - проходная площадь межтрубного пространства;
в
G - расход воздуха через межтрубное пространство;
т
G - расход воздуха через проходные сечения трубчатых нагревательных элементов,
а токовые перемычки, установленные между трубчатыми нагревательными элементами, развернуты по потоку воздуха.
В предлагаемой полезной модели, в отличие от прототипа, в опорных трубных досках выполнены равномерно распределенные относительно трубчатых нагревательных элементов отверстия, суммарная площадь S которых соответствует формуле:
,
где S - суммарная площадь отверстий;
отв
S - суммарная площадь проходных сечений в трубчатых нагревательных элементах;
н
S - площадь наружной поверхности трубчатого нагревательного элемента;
в
пр
S - площадь внутренней поверхности трубчатого нагревательного элемента, проходная площадь межтрубного пространства S соответствует формуле:
,
пр
где S - проходная площадь межтрубного пространства;
в
G - расход воздуха через межтрубное пространство;
т
G - расход воздуха через проходные сечения трубчатых нагревательных элементов,
а токовые перемычки, установленные между трубчатыми нагревательными элементами, развернуты по потоку воздуха.
н
в
пр
пк
отв
в
т
На фиг. 1 изображена схема предлагаемого электроподогревателя воздуха, на фиг. 2 - поперечный разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - вид Б в увеличенном масштабе, где 1 - корпус электроподогревателя, 2 - трубчатые нагревательные элементы, снабженные токовводами, 3 - входная трубная доска, 4 - токовые перемычки, 5 - отверстия во входной и опорных трубных досках, 6 - токовводы, 7 - электроизолирующие узлы, 8 - наружная поверхность трубчатого нагревательного элемента с площадью S, 9 - внутренняя поверхность трубчатого нагревательного элемента с площадью S, 10 - межтрубное пространство с площадью S, 11 - проходное сечение в трубчатых нагревательных элементах, 12 - входное отверстие корпуса электроподогревателя, 13 - выходное отверстие корпуса электроподогревателя, 14 - зазор между трубчатыми элементами и электроизолирующими узлами, 15 - наружная поверхность корпуса электроподогревателя с площадью S, 16 - опорные трубные доски, 17 - площадь отверстий во входной и опорных трубных досках с площадью S, G - расход воздуха через межтрубное пространство, G - расход воздуха через проходные сечения трубчатых нагревательных элементов.
Работает электроподогреватель следующим образом.
пк
в
т
н
в
Уменьшение габаритов корпуса 1 электроподогревателя обеспечивается за счет задействования проходного сечения межтрубного пространства 10. Снижение тепловых потерь обеспечивается пропорционально уменьшению наружной поверхности корпуса 1 электроподогревателя с площадью S. Минимизация неравномерности теплосъема со всех поверхностей нагревательных элементов обеспечивается соответствующим распределением расхода потоков воздуха через межтрубное пространство G и расхода воздуха через проходные сечения трубчатых нагревательных элементов G пропорционально площадям наружной S и внутренней S поверхностей трубчатых нагревательных элементов и обеспечением, тем самым, равных скоростей потоков воздуха в любом поперечном сечении электроподогревателя внутри и снаружи трубчатых нагревательных элементов 2. Установка токовых перемычек 4 вдоль потока воздуха снижает пульсационные знакопеременные аэродинамические нагрузки на токовые перемычки 4, имеющие место из-за турбулентных отрывных течений, когда они были установлены поперек потока воздуха. Токовые перемычки 4 выполнены в виде лирообразных поперечно установленных компенсаторов. Зазор 14 выполнен для возможности относительных тепловых расширений.
в
т
Таким образом, выполнение предлагаемой полезной модели с вышеуказанными отличительными признаками, в совокупности с известными признаками, позволяет повысить эффективность электроподогревателя за счет уменьшения габаритов корпуса и, соответственно, тепловых потерь с него, повысить надежность и ресурс электроподогревателя, за счет равномерного распределения воздушных потоков G и G по поверхностям нагревательных элементов, и соответственно минимизации тепловых градиентов в нагревательных элементах и снизить пульсационные знакопеременные аэродинамические нагрузки на токовые перемычки, за счет установки их вдоль потока.