УСТРОЙСТВО КОНВЕКТИВНОГО НАГРЕВА

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для защиты от воздействия внешних неблагоприятных климатических факторов (пониженной температуры) контрольно-измерительных приборов и автоматики, труб и элементов трубопроводов, запорно-регулирующей арматуры в нефтегазовой, нефтедобывающей, химической и других отраслях промышленности. Устройство предназначено для установки внутри электрошкафов, кожухов из металла и стеклопластика, защищающих оборудование от неблагоприятных климатических факторов, с целью их обогрева.
Из уровня техники известен электрический обогреватель, содержащий корпус с нагревательными элементами, отличающийся тем, что он дополнительно содержит фигурные теплообменные ребра и выполненные из теплопроводного материала взрывозащитные оболочки, внутри которых расположены нагревательные элементы, а корпус выполнен в виде двух защищенных колпаками плат, соединенных друг с другом как минимум двумя нагревательными элементами, взрывозащитные оболочки которых охвачены упомянутыми вертикально расположенными фигурными теплообменными ребрами (RU 11435 U1, Н05В 3/42, 16.09.1999).
Известен также взрывозащищенный электрический обогреватель, включающий в себя трубчатый электрический нагреватель (ТЭН), радиатор с ребрами и корпус, имеющий специальный отсек для соединения ТЭНа с внешним питающим кабелем, при этом внутри этого отсека закреплены выводные концы ТЭНа, а в стенках имеются два сквозных отверстия, в первом из которых установлен узел кабельного ввода, обеспеченный средством герметичного уплотнения, а второе отверстие снабжено плотно закрывающейся крышкой, отличающийся тем, что корпус и радиатор с ребрами выполнены в виде единой монолитной отливки из алюминия, внутри которой заключен ТЭН, изогнутый в одной плоскости, причем выводные концы его расположены рядом, и в области этих выводных концов монолитная отливка имеет пустотелый выступ, являющийся упомянутым специальным отсеком для соединения ТЭНа с внешним питающим кабелем (RU 68220 U1, Н05В 3/00, 10.11.2007).
Известен также нагревательный блок, включающий электронагреватель, жестко соединенный с ним фланец с отверстиями под выводы электронагревателя и соединительную коробку, отличающийся тем, что в качестве электронагревателя блок содержит, по меньшей мере, один нагревательный элемент, выполненный в виде металлической оболочки с установленным в ней, по меньшей мере, одним нагревательным пакетом, который состоит из размещенного внутри электроизоляционного материала нагревательного проводника с выводами, а металлическая оболочка нагревательного элемента выполнена пустотелой с одним открытым торцом в виде жестко и герметично соединенных друг с другом посредством сварки или завальцовки по трем сторонам периметра плоских листов и/или листов с выштамповкой, имеющих корытообразную форму с отогнутыми наружу полками, при этом открытым торцом металлическая оболочка нагревательного элемента установлена в сквозном отверстии фланца и жестко и герметично соединена с ним по периметру этого торца (RU 103265 U1, Н05В 3/64, 27.03.2011).
Недостатками указанных технических решений является сложность изготовления, малое КПД и недостаточная взрывозащищенность.
Из уровня техники известны саморегулирующиеся нагревательные кабели. Например, нагревательный кабель, материал которого содержит первый компонент, имеющий первый положительный температурный коэффициент характеристики сопротивления, и второй компонент, имеющий второй положительный температурный коэффициент характеристики сопротивления, причем второй положительный температурный коэффициент характеристики сопротивления отличается от первого положительного температурного коэффициента характеристики сопротивления, пропорции двух компонентов являются такими, что материал имеет положительный температурный коэффициент характеристики сопротивления, который представляет собой сочетание первого и второго положительных температурных коэффициентов характеристики сопротивления первого и второго компонентов. Материал содержит третий компонент, имеющий первый отрицательный температурный коэффициент характеристики сопротивления. Способ изготовления материала включает подмешивание первого компонента, имеющего первый положительный коэффициент характеристики сопротивления, в матрицу и подмешивание второго компонента, имеющего второй положительный температурный коэффициент характеристики сопротивления (RU 2402182 C2, Н05В 3/56, 20.10.2010).
Наиболее близким аналогом к заявленному решению является электрический лучистый обогреватель, содержащий корпус, расположенные в нем теплоизолирующий элемент, отражатель и теплоизлучающую панель, при этом теплоизлучающая панель выполнена в виде плоского электронагревательного элемента, имеющего стальное теплоизлучающее основание, на внутренней стороне которого последовательно расположены электроизоляционное покрытие, нагревательный резистивный элемент и защитное покрытие, выполненные в виде дорожек по толстопленочной технологии, при этом электроизоляционное и защитное покрытия выполнены из диэлектрических материалов, а нагревательный резистивный элемент выполнен из резистивного материала с положительным температурным коэффициентом сопротивления (RU 2243456 C2, F24H 3/04, 10.04.2004).
Недостатком наиболее близкого аналога является сложность его изготовления, связанная с необходимостью использования резистивных паст и устройства изоляции нагревательных элементов. Кроме того, возможно отслоение резистивного материала от основания в процессе транспортировки и эксплуатации устройства.
Задачей, на решение которой направлено техническое является повышение надежности, а также упрощение конструкции устройства.
Поставленная задача достигается за счет того, что устройство конвективного нагрева включает нагреваемое металлическое основание и нагревательный элемент, причем внутренняя сторона основания выполнена плоской, при этом на основание с внутренней стороны спирально уложен нагревательный элемент, представляющий собой низкотемпературный саморегулирующийся греющий кабель, который закреплен на основании.
Низкотемпературный саморегулирующийся греющий кабель может быть закреплен на основании посредством крепежных элементов и/или термопроводящего компаунда.
Предпочтительно, что крепежные элементы представляют собой однолапковые скобы, при этом каждая скоба закреплена только на основании только одним своим концом, при этом между незакрепленным концом и внутренней стороной основания, предпочтительно, имеется зазор t.
Предпочтительно, что каждая скоба выполнена в виде кронштейна одна часть которого имеет Г-образный отгиб с полкой в которой выполнено отверстие для пропуска крепежного элемента, при этом другая часть имеет U-образно загнутую крючкообразную часть для закрепления низкотемпературного саморегулирующегося кабеля.
Основание может быть выполнено в виде пластины, предпочтительно, в виде толстостенной пластины и его внешняя сторона выполнена плоской.
Основание может быть выполнено профилированным с внешней стороны.
Основание может быть выполнено с внешней стороны оребренным.
Основание может быть выполнено в виде экструдированного профиля.
Основание может быть выполнено из алюминия или алюминиевого сплава.
Устройство может быть дополнительно снабжено терморегулятором и выносным термодатчиком.
Предпочтительно, что саморегулирующийся кабель подключен к терморегулятору.
Термодатчик может быть подключен к терморегулятору через барьер искрозащиты.
Предпочтительно, что основание снабжено заземлением.
Техническим результатом является получение более простого устройства конвективного нагрева, отвечающего требованиям повышенной безопасности за счет использования низкотемпературного саморегулирующегося греющего кабеля, обеспечивающего более равномерное распределение тепла по основанию, которое выполнено с внутренней стороны плоским, за счет спиральной укладки нагревательного элемента и его закрепления на основании.
Данное устройство менее материалоемко и трудоемко в изготовлении.
Заявленное решение поясняется следующими графическими материалами, поясняющими частные случаи выполнения:
На фиг.1 изображено устройство вид в плане с внутренней стороны
На фиг.2 изображена скоба - Узел 1 на фиг.1 (увеличено);
На фиг.3 изображен разрез А-А на фиг.3 (увеличено)
Устройство конвективного нагрева, включающее нагреваемое металлическое основание 1 и нагревательный элемент 2. Внутренняя сторона 3 основания выполнена плоской, при этом на основание 1, с внутренней стороны 3 спирально уложен нагревательный элемент, представляющий собой низкотемпературный саморегулирующийся греющий кабель, который закреплен на основании.
Низкотемпературный саморегулирующийся кабель может представлять собой полимерную основу 4 (матрицу), в которой размещены токопроводящие жилы 5, между которыми в матрице дисперсно распределены токопроводящие частицы.
Матрица характеризуется существенной зависимостью проводимости от температуры, а температурный коэффициент сопротивления проводящих пластмасс на порядок больше, чем у меди или стали. Это обеспечивает саморегулирование тепловой мощности нагревательного кабеля. Саморегулирующийся греющий кабель может изменять свою мощность локально, только в зоне перегрева; это свойство позволяет создавать безопасные системы обогрева трубопроводов и арматуры и оборудования.
В процессе нагрева полимерная основа расширяется, расстояние между токопроводящими частицами, заключенными в основе, увеличивается, вследствие чего уменьшается количество токопроводящих связей (путей) в матрице между токопроводящими частицами, за счет чего возрастает сопротивление матрицы, снижается ее электропроводность, при этом локально уменьшается нагрев того участка, где произошел перегрев участка кабеля. После того, как участок кабеля остывает, полимерная основа принимает близкие к исходным размеры и нагрев продолжается.
Низкотемпературный саморегулирующийся греющий кабель 2 закреплен на основании посредством крепежных элементов 6 и/или термопроводящего компаунда.
Крепежные элементы представляют собой однолапковые скобы, при этом каждая скоба закреплена на основании посредством соединительного элемента только одним своим концом, при этом между незакрепленным концом и внутренней стороной основания, предпочтительно, имеется зазор t.
Каждая скоба выполнена в виде кронштейна одна часть которого имеет Г-образный отгиб с полкой 7 в которой выполнено отверстие для пропуска крепежа 8, при этом другая часть имеет U-образно загнутую крючкообразную часть 9 для закрепления низкотемпературного саморегулирующегося кабеля 2.
Описанная конструкция крепежных элементов обеспечивает надежное закрепление низкотемпературного саморегулирующегося кабеля без его пережатия. Пережатие низкотемпературного саморегулирующегося кабеля может привести к локальному перегреву кабеля в месте пережатия и необратимым деформациям матрицы.
Скобы крепятся к основанию посредством крепежа, например, посредством заклепок.
Основание выполнено в виде пластины, предпочтительно, в виде толстостенной пластины и его внешняя сторона выполнена плоской.
Основание выполнено в виде экструдированного профиля из алюминия или алюминиевого сплава профилированным или оребренным с внешней стороны.
Устройство может быть дополнительно снабжено терморегулятором и выносным термодатчиком.
Саморегулирующийся кабель подключен к сети через терморегулятор, при этом термодатчик подключен к терморегулятору через барьер искрозащиты.
Основание может быть снабжено заземлением.
Устройство работает следующим образом.
Устройство устанавливают внутри обогреваемого объема: шкафа, кожуха, оболочки и т.д. При наличии терморегулятора подсоединяют низкотемпературный саморегулирующийся греющий кабель и кабель выносного датчика температуры к соответствующим клеммам на корпусе терморегулятора, фиксируют кабели в кабельных вводах. Через терморегулятор подключают к сети низкотемпературный саморегулирующийся греющий кабель. Заземляют основание и барьер искрозащиты.
После чего подают питание на низкотемпературный саморегулирующийся греющий кабель. Низкотемпературный саморегулирующийся греющий кабель по мере достижения определенной заданной температуры постепенно снижает нагрев. В случае с низкотемпературным саморегулирующимся греющим кабелем это происходит вследствие того, что токопроводящая полимерная основа под действием температуры расширяется, и расстояния между дисперсно распределенными токопроводящими частицами внутри основы увеличиваются, проводимость при этом снижается более чем на 50%.
Низкотемпературный саморегулирующийся греющий кабель может обеспечивать нагрев основания +10°C до +50°C, при этом за счет температурных характеристик низкотемпературный саморегулирующийся греющий кабель, позволяет автоматически снижать потребляемую мощность при температуре от +50°C более чем на 50%.
Для обеспечения дополнительной термозащиты, а также для возможности более точного регулирования температуры в более узком температурном диапазоне и экономии электроэнергии устройство может быть оснащено терморегулятором и выносным термодатчиком, соединенными в электрическую цепь с нагревательным элементом.
Когда нужная температура внутри термочехла достигнута, терморегулятор отключает подачу питания на нагревательный элемент.
После того, как температура внутри термочехла понижается, термодатчик подает электрический сигнал терморегулятору и нагревательный элемент снова включается в работу.