ВАКУУМНЫЙ ТРУБЧАТЫЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ

Полезная модель касается конструкции вакуумного трубчатого электронагревателя, который может быть использован для обогрева помещений любого назначения, а также для нагрева различных сред и веществ.
Известно большое разнообразие трубчатых электронагревателей (ТЭН), которые в последнее время получили широкое распространение. Они имеют разную конструкцию, форму и размеры.
Известен ТЭН, который содержит 2 кожуха: внутренний кожух выполнен кварцевым, а наружный металлическим. Пространство между кварцевым и металлическим кожухами заполнено графитовым порошком или смесью кристаллической и аморфной двуокиси кремния (см. свидетельство на полезную модель ФРГ N9017596, кл. H05B 3/44, 1991 г.). Электрическая прочность кварцевых кожухов выше металлических, однако графитовый наполнитель, имея высокую теплопроводность, обладает недостаточной электрической прочностью, поэтому долговечность этих ТЭНов низка из-за пробоев наполнителя. Электрическая прочность кристаллического и аморфного оксида кремния выше прочности графического порошка, но теплопроводность его невысока из-за низкой поглощательной способности теплового излучения бесцветного наполнителя. В результате указанные ТЭНы имеют низкие теплопроводность и долговечность.
Известен ТЭН с контактными стержнями на торцах трубчатого кожуха, в центре которого сформирована зона нагрева из смеси окиси кремния и графита (см. патент ГДР N233902, кл. H05B 3/10, 1986). Долговечность этого ТЭНа невысока из-за того, что его контактные стержни выполнены конусными и напряженность электрического поля на вершинах конуса увеличена, что является причиной пробоя. Теплопроводность его невысока, т.к. не используется способность графита поглощать тепловое излучение стержней - графит отделен от стержней слоем бесцветного оксида кремния.
ТЭН по патенту на изобретение №2128893, 24.10.1995 представляет собой трубчатый электронагреватель, содержащий расположенный в кварцевом кожухе нагревательный элемент, при этом кварцевый кожух установлен в металлическом кожухе, а пространство между ними заполнено наполнителем с низкой поглощательной способностью теплового излучения нагревательного элемента, например электротехническим периклазовым порошком с добавлением порошка с высокой поглощательной способностью теплового излучения нагревательного элемента, например графитового порошка и/или сажа.
Недостатком этого устройства является сложность конструкции, низкая мощность теплопроводности, высокое потребление электроэнергии.
Также известны тепловые трубки, информация о которых приведена в Интернете на сайте по адресу http://www.trizminsk.org/e/21102100.htm#tt03.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому ТЭНу можно считать тепловую трубку Гровера по патенту США №3229759, 1963 г. Устройство содержит корпус в виде вакуумной трубки из нержавеющей стали, фитиль в виде проволочной сетки из капиллярно-пористого материала (КПМ), рабочую жидкость и нагреватель, расположенный снаружи трубки. Это классический тип тепловой трубки с использованием капиллярного эффекта, возникающего при смачивании рабочей жидкостью капиллярно-пористого материала (КПМ) - фитиля и обеспечивающего независимость положения зоны испарения в гравитационном поле. Для возврата конденсата в таких трубках используются дополнительные силы. Используемые в известных установках подобного типа конструкции для создания дополнительных полей усложняют изделие, не обеспечивают эффективности при решении задачи обогрева помещений, а также требуют большого расхода электроэнергии.
Задача предлагаемого решения - повышение эффективности трубчатого электронагревателя за счет снижения затрат электроэнергии и повышения мощности теплопередачи.
Для решения поставленной задачи в вакуумном трубчатом электронагревателе, содержащем нагреватель и корпус в виде вакуумной трубки, в которой залита рабочая жидкость и размещен фитиль из капиллярно-пористого материала, существенно изменена конструкция. Корпус выполнен в виде трубки переменного сечения, внутри трубки, в месте наименьшего сечения, установлен нагреватель, а снаружи, в месте сужения корпуса, размещены диэлектрическая трубка и электрический нагревательный элемент.
Сужение корпуса расположено в его средней части.
В качестве рабочей жидкости может быть использована вода и другие жидкие среды.
Корпус может быть металлическим или кварцевым.
Предлагаемый ТЭН представлен на фиг.1 и 2, где показаны:
Фиг.1 - вид спереди в разрезе,
Фиг.2 - вид с торца в разрезе.
Корпус ТЭНа представляет собой вакуумную трубку 1 переменного сечения. Внутри корпуса размещен фитиль из капиллярно-пористого материала 2 (фиг.2) и залита рабочая жидкость. В месте наименьшего сечения трубки 1 закреплен нагреватель 3, представляющий собой металлическую трубку, внешний диаметр которой чуть меньше внутреннего диаметра корпуса в месте его наименьшего сечения. С внешней стороны корпуса, в месте наименьшего сечения трубки 1, установлена диэлектрическая трубка 4, на которую намотан нагревательный элемент 5, например, металлический проводник, выполненный из сплава с высоким удельным сопротивлением. Концы электронагревательного элемента 5 подключены к электрической сети.
ТЭН работает следующим образом. При нагревании электронагревательного элемента 5 происходит нагрев корпуса 1 в месте его наименьшего сечения и нагрев нагревателя 3, расположенного внутри корпуса. При этом рабочая жидкость переходит в пар, давление насыщения паров в этой зоне резко повышается, пар начинает перемещаться в зону с меньшим давлением, т.е. к холодным торцам трубки. На холодных торцах трубки пар конденсируется, оседает в виде капель на капиллярно-пористом материале фитиля 2. Благодаря наличию в капиллярно-пористом материале 2 проводящих канальцев, осевшие капли по канальцам капиллярно-пористого материала 2, как по фитилю, снова перетекают в зону нагрева. Процесс испарения, конденсации и перетекания жидкости повторяется. В результате от постоянно перетекаемой и подогреваемой жидкости нагревается корпус трубки 1, тепло от которого излучается в окружающую среду.
Предлагаемый вакуумный трубчатый электронагреватель имеет простую конструкцию. Однако при упрощении конструкции удалось существенно повысить эффективность ТЭНа, т.к. нагреватель располагается непосредственно в вакууме а нагреваемая жидкость находится в месте сужения трубки и требует меньшей энергии для нагрева. Расположение нагреваемой жидкости в средней части трубки сокращает время движения капель по фитилю и позволяет повысить мощность теплопередачи.
В результате существенного увеличения мощности теплопередачи стало возможным снижение электрической мощности, необходимой для нагрева ТЭНа.
Благодаря тому, что нагревательный элемент и диэлектрическая трубка находятся снаружи (а не внутри) металлической трубки, повышается надежность ТЭНа, т.к. снижается вероятность электрического пробоя на металлический корпус.
В результате введения в конструкцию вакуумной трубки электронагревательного элемента, появилась возможность регулировать температуру нагрева ТЭНа посредством изменения температуры нагрева электронагревательного элемента.