УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОНАГРЕВА УЛЬТРАЧИСТЫХ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ В ПРОТОКЕ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для электронагрева ультрачистых инертных газов в протоке. Известно устройство для нагрева текучих сред по авт. св. №573913, содержащее изоляционный корпус, например, стеклянный, в виде нескольких объемов переменного сечения, выполненных в форме шаров, соединенных перемычками, при этом в местах кольцевых перемычек между шарами на токопроводящую пленку, которая нанесена на корпус устройства, нанесены токоразгрузочные шинки, а соответствующие диаметры шара и кольцевой перемычки составляют 1,8-2,3 [1].
Однако в известном устройстве участки нагревательного элемента в виде то ко про водя щей пленки, расположенной на объемах переменного сечения (шарах), подключены к источнику питания последовательно, что предопределяет незначительную мощность устройства, а, следовательно, и производительность. Индивидуальное включение данных участков невозможно от промышленной сети с напряжением 220 В, поскольку токопроводящая пленка наносится на всю поверхность корпуса равномерно. В местах перемычек и перехода перемычек в шары создается недопустимая плотность тока, в результате чего пленка разрушаетсяи, следовательно, один из участков нагревательного элемента выходит из строя, что приводит к выходу из строя всего устройства. Кроме того, это устройство предназначается только для нагрева жидких текучих сред и без соответствующей модернизации не может быть использовано для нагрева ультрачистых инертных газов.
Известно также устройство для нагрева текучих сред, которое содержит изоляционный корпус 1, например, из кварца, выполненного в виде многошарового сосуда, на внешнюю поверхность которого нанесена токопроводящая пленка 2, узлов 3 и 4 для ввода и вывода нагреваемой среды, токоподводов 5 и дополнительных токоподводов 6, на кольцевых перемычках между соседними шарами и предназначенных для индивидуального или параллельного подвода электроэнергии к участкам нагревательного элемента в виде то ко про водя щей пленки, расположенной на объемах переменного сечения (шарах)(см. авт.св. 866783 Н05В 3/26, опубликованное 18.11.1980 г.).
Указанное устройство принято в качестве прототипа. Однако и оно не предназначено для нагрева ультрачистых газообразных сред.
Устройство для электронагрева текучих сред работает следующим образом.
Через токоподводы 5 и 6 подается напряжение на токопроводящую пленку 2, которая нагревает протекающую среду, вводимую через отверстие узла 3 корпуса 1. Нагретую среду выводят через отверстие узла 4.
Выполнение то ко про водя щей пленки большей толщины в местах кольцевых перемычек позволило снизить плотность тока местах перемычек и в местах перехода перемычек в поверхности шаров, что, в свою очередь, позволило произвести индивидуальное (или параллельное) включение участков нагревательного элемента в виде токопроводящей пленки, расположенной на поверхности шаров, в промышленную сеть с напряжением 220 В. Кроме того, при параллельном включении указанных участков увеличивается время работы устройства, так как при выходе одного из участков из строя, оставшиеся продолжают функционировать. Индивидуальное (или параллельное) включение участков нагревательного элемента в промышленную сетьс напряжением 220 В позволяет увеличить мощность устройства, т.е. повысить его производительность.
Предлагаемая конструкция устройства для электронагрева текучих сред позволит увеличить его долговечность по сравнению с известным устройством от 1200 до 1500 ч., т.е. на 300 ч. Увеличение мощности устройства на 1 кВт позволит увеличить его производительность на 15%.
Экономический эффект от применения одного устройства при повышенной долговечности на 300 ч. и стоимости одного устройства 75 руб. составит 16 руб.
Технический результат - нагрев ультрачистых инертных газов в протоке, достигается тем, что внутренний многошаровый объем устройства заполняется стеклянными (кварцевыми) шариками, причем диаметр шариков (d) относится к диаметрушаров устройства (D) как
При уменьшении диаметров шариков уменьшается общий (суммарный) поток газа, подлежащего нагреву, т.к. уменьшается расстояние между шариками. Увеличение диаметров шариков приводит к увеличению проходного отверстия и размеров узлов 3 и 4, что делает практически невозможным монтаж нагревательных устройств в установках для нагрева ультра чистых газов.
Электрический ток, проходя через токопроводящую пленку, разогревает тонкую пленку, которая в свою очередь разогревает стенку кварцевого устройства. Затем тепловой поток преимущественно кондуктивным методом передается стеклянным шарикам, которые передают тепло проходящему газовому потоку. Коэффициент полезного действия такого устройства составляет более 80%, т.к. токопроводящая пленка на основе двуокиси олова, легированной сурьмой и бором, обладает оптическими свойствами. Пленка отражает лучистую энергию, исходящую от разогретых стеклянных шариков, аккумулируя энергию внутри устройства. Кроме того, известное устройство для нагрева жидких сред в протоке не нагревается во время работы выше 90°.
Устройство для нагрева чистых газов может разогреваться во время работы до температуры 160°. Поэтому тот факт, что выполнение то ко про водя щей пленки большей толщины в местах кольцевых перемычек имеет особо важное значение, т.к. при более высоких температурах выход из строя то ко про водящего покрытия в местах критического сечения наиболее вероятно из-за повышения удельной мощности тока. Наличие такого утолщения то ко про водя щей пленки позволяет нагревательному устройству устойчиво работать при температурах 150-160°. Для обеспечения предупреждения высыпания стеклянных шариков в узлах ввода и вывода нагреваемой среды установлены сетчатые пластинки (7), рис. 1.