SU1750063A1

SU1750063A1 - Fluid medium electric heater

Info

Publication number: SU1750063A1
Application number: SU904807218A
Authority: SU
Inventors: Валентин Алексеевич Медведев; Виктор Михайлович Белорунов; Ефим Григорьевич Каплун
Priority date: 1990-03-29
Filing date: 1990-03-29
Publication date: 1992-07-23

Abstract

Изобретение относитс к электронагревател м текучей среды. Резистивный элемент в форме спирали Архимеда разделен фиксаторами из теплопроводного материала , его витки изолированы друг от друга. Фиксаторы в виде гофрированной ленты имеют на вершинах гофр углублени , повтор ющие форму сечени резистивного элемента . Углублени выполнены глубиной менее половины толщины резистивного элемента с изол цией. Конструкци обеспечивает повышение эффективности электронагревател . Кроме того, улучшена технологи изготовлени . 6 ил.This invention relates to a fluid electric heater. The resistive element in the form of an Archimedes spiral is separated by clamps of heat-conducting material, its coils are insulated from each other. The tabs in the form of a corrugated ribbon have recesses on the tops of the corrugations that repeat the shape of the cross section of the resistive element. The recesses are made with a depth of less than half the thickness of the resistive element with insulation. The design provides increased efficiency of the electric heater. In addition, manufacturing techniques have been improved. 6 Il.

Description

Изобретение относитс к электронагревательным приборам резистивного типа и может использоватьс в качестве электронагревательного элемента дл электрокалориферов , воздухонагревателей, электронагревателей дл подогрева жидкостей и газообразных сред.The invention relates to electrical heaters of the resistive type and can be used as an electrical heater element for electrical air heaters, air heaters, electrical heaters for heating liquids and gaseous media.

Известны электротепловентил торы с использованием в качестве нагревательного элемента зигзагообразной ленты или проволоки из сплава с высоким электрическим сопротивлением (отечественные электротепловентил торы типа ЭК-2, ЭК-4, Ветерок и др.).Electroheating fans are known using a zigzag tape or alloy wire with high electrical resistance as a heating element (domestic EK-2, EK-4 type electroheaters, Breeze and others).

Недостатком такого типа приборов вл етс наличие открытого нагревательного элемента с высокой температурой на поверхности элемента, что может привести к возгоранию пыли, обескислороживанию воздуха и требует дополнительных меропри тий по пожарной безопасности.The disadvantage of this type of equipment is the presence of an open heating element with a high temperature on the surface of the element, which can lead to the ignition of dust, deoxygenation of the air and requires additional measures for fire safety.

Известен промышленный электрокалорифер серии СФО, в котором в качестве нагревательного элемента использованы трубчатые электронагреватели (ТЭНы).The industrial electric heater of the SFO series is known, in which tubular electric heaters (heating elements) are used as a heating element.

Нар ду с указанными недостатками, присущими этому типу, следует отнести и слаборазвитую поверхность теплоотдачи, что приводит к неравномерности прогреваемого объема воздуха.Along with the indicated disadvantages inherent in this type, the weakly developed surface of heat transfer should be attributed, which leads to unevenness of the heated air volume.

Известны конструкции электроводонагревателей типа УНС, где в качестве нагревательного элемента используютс ТЭНы.Constructions of electric water heaters of the ONS type are known, where heating elements are used as a heating element.

Недостатком таких конструкций вл етс то, что на поверхности ТЭНов постепенно образуютс накипеобразовани при нагреве жидкостей, происходит снижение теплопередачи, а следовательно, и снижение срока службы.The disadvantage of such structures is that scale formation during the heating of liquids gradually forms on the surface of the heating elements, and the heat transfer decreases, and consequently, the service life decreases.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому вл етс электронагревательThe closest in technical essence and the achieved result to the proposed is an electric heater.

чh

сл о о оsl o about o

WW

текучей среды, содержащий резистивный элемент в форме спирали Архимеда, витки которого разделены фиксаторами и изолированы один от другого. Фиксаторы выполнены в виде зычков, вырезанных вдоль ленты резистивного элемента в два р да в шахматном пор дке и отогнутых от прорезей на угол 90°, а изол ци между витками выполнена в виде кле щего покрыти , нанесенного на концы зычков.fluid containing a resistive element in the form of a spiral of Archimedes, the coils of which are separated by clamps and isolated from one another. Clamps are made in the form of tabs cut along the tape of a resistive element in two rows in a staggered pattern and bent from the slits at an angle of 90 °, and the insulation between the turns is made in the form of an adhesive coating applied to the ends of the tabs.

Недостатком вл етс следующее: поскольку резистивный элемент выполнен из ленты, толщина которой дл таких целей выбираетс в пределах дес тых долей миллиметра , то зычки при такой толщине не будут обладать достаточной жесткостью и при намотке в спираль Архимеда с определенным нат гом они могут изгибатьс на .разный угол, следовательно, рассто ние между спирал ми может измен тьс , а при значительном изгибе - вызывает касание спиралей. Естественно, там, где это рассто ние меньше, температура - выше, а может быть и перегрев. Необходимо учитывать и то, что в рабочем режиме происходит отжиг резистивного элемента (в том числе и зычков ) и, в результате, они еще больше тер ют свою жесткость.The disadvantage is the following: since the resistive element is made of tape, the thickness of which for such purposes is chosen to be within tenths of a millimeter, the tongues with such thickness will not have sufficient rigidity and when wound into an Archimedes spiral with a certain tension, they can bend. a different angle, therefore, the distance between the spirals may vary, and with considerable bending, it causes the spirals to touch. Naturally, where this distance is shorter, the temperature is higher, and maybe overheating. It is necessary to take into account the fact that in the operating mode annealing of the resistive element (including tabs) occurs and, as a result, they lose their rigidity even more.

Не обеспечивают зычки и фиксацию спиралей от смещени относительно друг друга вдоль оси диска (рулона), поскольку опорна поверхность зычка ложитс на поверхность резистивной ленты и от малейших осевых нагрузок зычок может соскочить в сторону, что приведет к распадению всего диска (рулона). Дл предотвращени этого возникает необходимость в дополнительных элементах, выполненных из керамического жесткого электроизол ционного материала, позвол ющих фиксировать спирали по всему диаметру намотки.They do not provide tongues and fixation of the spirals from displacement relative to each other along the axis of the disk (roll), since the bearing surface of the tongue rests on the surface of the resistive tape and the tongue can jump off to the side from the slightest axial loads, which will lead to disintegration of the entire disk (roll). To prevent this, there is a need for additional elements made of rigid ceramic insulating material that allow fixing the helix over the entire winding diameter.

К недостаткам следует отнести и то, что при сворачивании б рулон зычки должны быть расположены в продольном направлении (вдоль резистивной ленты) довольно часто . Это необходимо, в особенности, дл малого диаметра, с которого начинаетс на-f мртка, где изгиб наиболее крутой, иначе участки ленты между зычками могут выт гиватьс в хорду, что может привести к касанию витков друг друга и неизбежному перегреву в этих местах. Одновременно, частое расположение зычков приводит к большей веро тности того, что при намотке в спираль Архимеда практически невозможно достичь такого расположени витков, чтобы какой-нибудь из зычков одного витка не попал в прорезь, образованную на другом витке (окно, образовавшеес при просечке и отгибке зычка). В данном случаеThe disadvantages include the fact that when folding b, the roll should be positioned in the longitudinal direction (along the resistive tape) quite often. This is necessary, in particular, for a small diameter, from which the f-side starts, where the bend is the steepest, otherwise sections of the tape between the tabs can be pulled into the chord, which can lead to contact of the coils with each other and inevitable overheating in these places. At the same time, the frequent positioning of the tabs makes it more likely that when coiled into an Archimedes spiral it is almost impossible to achieve such an arrangement of coils so that one of the tabs of one coil does not get into the slot formed on the other coil (the window formed during the notch tab). In this case

торец зычка с электроизол ционным покрытием провалитс в окно, в этом месте произойдет замыкание спиралей через зычок и часть резистивного элемента окажетс the end of the tab with the electrically insulating coating has fallen through the window, in this place the spirals will close through the tab and a part of the resistive element will appear

выключенной из работы. Общее электрическое сопротивление снизитс , увеличитс мощность и может произойти выход из стро нагревател .off of work. The overall electrical resistance will decrease, the power will increase, and a heater may fail.

Не исключаетс и такой недостаток 0 при возможной деформации зычков, число витков при одной и той же длине резистивного элемента при сворачивании в спираль может изменитьс , что приведет к изменению наружного диаметра диска (рулона) и,Such a deficiency of 0 is not ruled out with a possible deformation of the tabs, the number of turns at the same length of the resistive element can vary when rolled up into a spiral, which will lead to a change in the outer diameter of the disk (roll) and

5 естественно, пот нет за собой введение в конструкцию дополнительных устройств.5 Naturally, sweat is not behind the introduction to the design of additional devices.

Следует обратить внимание и на такой элемент, как кле щее изол ционное покрытие на конце зычков. Операци нанесени Attention should also be paid to such an element as an adhesive insulating coating on the end of the tabs. Application operations

0 кле крайне нетехнологична : требуетс хороша зачистка металла, подготовка поверхности дл механизированного нанесени кле и температурой обработки, требуетс разработка специальной технологической0 glue is extremely low-tech: requires a good cleaning of the metal, surface preparation for the mechanized application of glue and processing temperature, the development of special technological

5 оснастки. К тому же, торец зычка имеет слаборазвитую поверхность дл того, чтобы покрытие надежно на ней удерживалось. Учитыва , что металл и клей имеют разные коэффициенты температурного расшире0 ни - клей не может надежно удерживатьс на поверхности металла при работе в таких жестких услови х.5 snap. In addition, the end face of the tongue has an underdeveloped surface in order to keep the coating securely on it. Considering that metal and glue have different coefficients of temperature expansion, glue cannot reliably hold onto the metal surface when operating in such harsh conditions.

И, наконец, все нагреватели с открытой спиралью обладают одним общим недостат5 ком: при работе в среде воздуха происходит активное окисление поверхности нагревательного элемента, уменьшаетс живое сечение нагревательного элемента, в особенности, это касаетс работы нагрева0 тел при высоких температурах, что сокращает срок службы нагревател ,And finally, all open coil heaters have one common drawback: when working in air, active oxidation of the surface of the heating element occurs, the living section of the heating element decreases, in particular, it concerns the heating of bodies at high temperatures, which reduces the life of the heater ,

Цель изобретени - повышение эффективности и технологичности изготовлени электронагревател .The purpose of the invention is to increase the efficiency and manufacturability of an electric heater.

5 Цель достигаетс тем, что в известном устройстве, содержащем резистивный элемент в форме спирали Архимеда, витки которой разделены фиксаторами, выполненными из теплопроводного материала и изолиро0 ваны друг от друга, фиксаторы выполнены в виде гофрированной ленты, на вершинах гофр которой выполнены углублени по форме сечени нагревательного элемента глубиной менее половины толщины нагре5 вательного элемента с изол цией.5 The goal is achieved by the fact that in a known device containing a resistive element in the form of an Archimedes spiral, the turns of which are separated by retainers made of thermally conductive material and insulated from each other, the retainers are made in the form of a corrugated tape, on the tops of the corrugations of which are recessed in the shape of a cross section a heating element with a depth of less than half the thickness of the heating element with insulation.

Выполнение фиксаторов в виде гофрированной ленты, на вершинах гофр которой выполнены углублени по форме сечени нагревательного элемента, позвол ет наиболее полно произвести охват нагревательного элемента (НЭ) и тем самым способствовать увеличению поверхности теплосъе- ма гофрированного элемента (ГЭ), Увеличение же поверхности теплосъема позвол ет повысить эффективность теплопередачи на ГЭ, снизить температурные нагрузки на поверхности НЭ, избежать перегрева , повысить пожарную безопасность, В случае подогрева, например, воздуха исключаетс его обескислороживание, что способствует созданию нормального микроклимата .Making clamps in the form of a corrugated tape, on the tops of the corrugations of which are recessed in the cross-sectional shape of the heating element, allows for the fullest coverage of the heating element (NE) and thus contributes to an increase in the heat removal surface of the corrugated element (GE). It does not increase the efficiency of heat transfer to the HE, reduce the temperature loads on the surface of the ne, avoid overheating, increase fire safety. In the case of heating, for example, air its deoxygenation is excluded, which contributes to the creation of a normal microclimate.

Одновременно, снижение температурных нагрузок и наличие тонкого сло изол ции позвол ет снизить вли ние окислительных процессов на поверхности НЭ и продлить срок его службы.At the same time, the reduction of temperature loads and the presence of a thin layer of insulation allows reducing the effect of oxidative processes on the surface of NE and prolonging its service life.

Углублени на гнутом ГЭ превращают его фактически в штампованный элемент, что позвол ет придать ему достаточную жесткость и не потер ть форму при намотке в спираль, когда гофры испытывают усили раст жени , что позвол ет между всеми витками спирали Архимеда сохранить посто нное рассто ние. Одновременно, наличием гофр исключаетс и смещение витков относительно друг друга вдоль оси диска (рулона), поскольку при совместном сворачивании НЭ входит одной стороной в углубление наружного витка ГЭ, а другой - в углубление внутреннего витка и тем самым играет роль запирающего элемента, что и не позвол ет виткам спиралей сместитьс друг относительно друга вдоль оси рулона. Пон тие внутренний и наружный виток ГЭ должны рассматриватьс относительно витка НЭ, Величина углублени менее половины толщины НЭ с изол цией должна сохран тьс из тех соображений, чтобы при совместной намотке вершина гофры внутреннего витка не могла опиратьс на вершину гофры наружного витка В случае несоблюдени этого услови , т.е. когда вершины гофр наружного и внутреннего витков попадут друг на друга, НЭ будет находитьс в углублении с зазором, что не обеспечит прилегание НЭ-к гофрам, чем будет снижена эффективность теплосъема.The grooves on the bent HG actually turn it into a stamped element, which allows it to give sufficient rigidity and not lose its shape when wound into a spiral, when the corrugations experience tensile stress, which allows to maintain a constant distance between all turns of the Archimedes spiral. At the same time, the presence of a corrugation eliminates the turns of the windings relative to each other along the axis of the disk (roll), because when co-collapsed, the NE enters one side into the recess of the outer coil of GE, and the other into the cavity of the internal coil and thus plays the role of a locking element that Allows the turns of the spirals to move relative to each other along the roll axis. The concept of the inner and outer coil of the HE should be considered relative to the coil of the NE, the magnitude of the recess less than half the thickness of the NE with the insulation should be maintained so that when co-wound, the top of the corrugations of the inner coil cannot rest on the top of the corrugations of the outer coil In case of non-observance of this condition i.e. when the tops of the corrugations of the outer and inner coils fall on each other, the NE will be in the recess with a gap that will not ensure the fit of the NE-to the corrugations, thus reducing the efficiency of heat removal.

Наличие углублений позвол ет создать и дополнительный эффект - режим турбулентного движени воздуха или газа. Турбулентность будет возникать за счет переменного сечени гофры, что способствует перемешиванию потока и лучшему прогреву .The presence of recesses allows for the creation of an additional effect — a mode of turbulent motion of air or gas. Turbulence will occur due to the variable cross section of the corrugations, which promotes flow mixing and better heating.

Повышение технологичности обеспечиваетс тем, что наличие углублений по вершинам гофр обеспечивает фиксированное положение НЭ относительно ГЭ при совместной намотке, т.е. возникает эффект фиксации витков ГЭ и НЭ относительно друг друга не только в радиальном направлении, но и вдоль оси витков. Наличие таких углублений позвол ет освободитьс от различных до- 5 полнительных элементов в конструкции.Increased manufacturability is ensured by the fact that the presence of recesses along the tops of the corrugations ensures a fixed position of the NE with respect to the GE when co-wound, i.e. there is an effect of fixing the turns of GE and NE relative to each other not only in the radial direction, but also along the axis of the turns. The presence of such recesses allows one to free oneself from various additional elements in the structure.

Технологически предоставл етс возможность сборки электронагревател на механизированном стенде: НЭ (ленточный или кабельный) и ГЭ смотанные в отдельныеIt is technologically possible to assemble an electric heater on a mechanized stand: NE (tape or cable) and GE wound in separate

0 рулоны и посаженные на отдельные оси сборочного стенда, одновременно наматываютс на третью ось - приводную, таким образом формируетс третий рулон - электронагреватель .The 0 rolls and planted on separate axes of the assembly stand are simultaneously wound on a third axis - drive, thus forming the third roll - electric heater.

5 По окончании длины НЭ ГЭ обрезаетс 5 At the end of the length of the NE, the EG is trimmed.

и происходит заправка последующего НЭ.and the next NE is refueled.

Одновременно, профиль ГЭ позвол етAt the same time, the GE profile allows

соединить между собой немерные отрезкиinterconnect unmeasured pieces

путем наложени концов друг на друга сby overlapping the ends with each other

0 перекрытием (20-30 мм) и тем самым избежать отходов ГЭ.0 overlap (20-30 mm) and thus avoid waste GE.

Следует отметить, что место перекрыти надежно фиксируетс от разъединени в направлении намотки - гофрами, а за счетIt should be noted that the overlap location is securely fixed from disconnection in the winding direction - by corrugations, and due to

5 наличи углублений по вершинам гофр и от перемещени вдоль оси рулона.5 the presence of recesses along the tops of the corrugations and from movement along the axis of the roll.

Что касаетс одновременности формировани гофр и углублений, это достигаетс за счет изготовлени шестерен с определен0 ным профилем зуба, через которые и пропускаетс , например, алюминиева полоса толщиной 0,5-0,8 мм.,As regards the simultaneous formation of corrugations and recesses, this is achieved by making gears with a specific tooth profile, through which, for example, an aluminum strip with a thickness of 0.5-0.8 mm passes.

Нз фиг.1 показан электродвигатель с ленточным нагревательным элементом,Nz figure 1 shows an electric motor with a tape heating element,

5 общий вид; на фиг.2 - то же, вид сбоку; на фиг.З - электронагреватель с круглым нагревательным элементом, общий вид; на фиг.4 - узел I на фиг.2; на фиг.5 - пример использовани электронагревател в каче0 стве электрокалорифера; на фиг.6 - пример использовани электронагревател в качестве электроводонагревател .5 general view; figure 2 is the same, side view; on fig.Z - electric heater with a round heating element, general view; figure 4 - node I in figure 2; 5 shows an example of the use of an electric heater as an electric air heater; 6 shows an example of using an electric heater as an electric heater.

Электронагреватель (фиг. 1) состоит из 1 НЭ (ленточный нагреватель). В качестве НЭThe heater (Fig. 1) consists of 1 NE (tape heater). As ne

5 может быть использован элемент нагревательный гибкий ленточный ЭНГЛ180 или ЭНГЛУ400.5 can be used heating element flexible tape ENL180 or ENLU400.

НЭ 1 одновременно с ГЭ 2 (например, алюминиева фольга) свернут в рулон 3, ко0 торый и образует собственно электронагреватель ,NE 1 simultaneously with GE 2 (for example, aluminum foil) is rolled into a roll 3, which forms the electric heater itself,

Ячейки 4, образованные между поверхностью НЭ 1 и гофрами ГЭ 2, служат дл протока обогреваемой среды (воздух, газы,Cells 4, formed between the surface of the ne 1 and the corrugations GE 2, are used for the flow of the heated medium (air, gases,

5 жидкости).5 liquids).

Дл использовани электронагревател ЭН в качестве подогревател жидких сред используетс элемент ЭНГЛ180, обладающий герметичной оболочкой из кремний- органической резины с высокимиFor the use of electric heaters, EN as the heater of liquid media, is used the element ENGL180, which has a sealed shell of silicon-organic rubber with high

диэлектрическими свойствами. Глухой конец 5 НЭ 1 располагаетс во внутреннем диаметре рулона, намотанного на оправку 6, а выводной конец 7 (низкотемпературные выводы) служит дл подключени к сети на наружном диаметре рулона. Выводной конец 7 может быть зафиксирован на хомуте 8, охватывающем наружный диаметр, при помощи скобки 9.dielectric properties. The blind end 5 NE 1 is located in the inner diameter of the coil wound on the mandrel 6, and the outlet end 7 (low temperature leads) is used to connect to the network on the outer diameter of the coil. Output end 7 can be fixed to the clamp 8, covering the outer diameter, with the help of brackets 9.

На фиг.2 показан вид сбоку на ЭН и взаимное расположение элементов 1 и 2 при намотке на спираль и по сн етс необходимостью соблюдени величины углублени I 1/2 б, где 5 - толщина элемента 1.Figure 2 shows a side view of the EI and the relative position of elements 1 and 2 when winding on a spiral and is due to the need to respect the magnitude of the recess I 1/2 b, where 5 is the thickness of element 1.

На фиг.З общий вид электронагревател с круглым НЭ 1. Углубление на вершинах гофр имеет профиль элемента и глубину t не более половины диаметра НЭ d.On fig.Z general view of the heater with a round NE 1. The recess on the tops of the corrugation has a profile element and a depth t of not more than half the diameter NE d.

На фиг.4 показано положение элемента 1 в углублении ГЭ 2 с обеих сторон от элемента 1 и возможное расположение вершин гофр друг относительно друга.Figure 4 shows the position of the element 1 in the recess of GE 2 on both sides of the element 1 and the possible location of the vertices of the corrugations relative to each other.

На фиг,5 показан пример использовани ЭН в количестве трех штук дл подогрева воздуха в качестве электрокалорифера. ЭН вставлены в металлическое обрамление - кожух 10, который закреплен на входном всасывающем патрубке 11, вентил тора 12 путем фланцевого соединени при помощи болтов 13. Крыльчаткой вентил тора 12 воздух засасываетс через чейки ЭН и прогреваетс .Fig. 5 shows an example of the use of an EN in the amount of three pieces for heating the air as an electric air heater. An EH is inserted into a metal frame - a casing 10, which is fixed on the inlet suction nozzle 11 of the fan 12 by a flange connection with bolts 13. With the impeller of the fan 12, air is drawn in through the EH cells and warms up.

Прогретый воздух выбрасываетс через напорный патрубок 14 в помещение или в какой-то вентил ционный канал. В данной конструкции имеетс возможность производить регулирование режима подогреваThe heated air is ejected through the discharge port 14 into a room or into some kind of ventilation duct. In this design it is possible to regulate the heating mode.

путем включени различного количества ЭН под напр жение.by switching on different amounts of EH under voltage.

На фиг.6 показан пример использовани ЭН в качестве электроводонагревател .6 shows an example of the use of an EN as an electric water heater.

ЭН укладываетс на рамку 15, обеспечивающую зазор t между днищем емкости 16 и торцовой плоскостью ЭН. Зазор обеспечивает циркул цию жидкости через чейки ЭН. Подключение к сети осуществл етс через выводы 17.The EI is laid on the frame 15, which provides a gap t between the bottom of the container 16 and the end plane EN. The gap allows fluid to circulate through the EN cells. The connection to the network is made through pins 17.

Конфигураци ЭН должна быть максимально приближена к форме сечени емкости дл более равномерного прогрева жидкости.The EH configuration should be as close as possible to the shape of the tank section for more uniform heating of the liquid.

Принцип работы ЭН сводитс к выделению тепла нагревательными элементами 1, обладающими высоким электрическим сопротивлением при прохождении по ним электрического тока. Нагреваема средаThe principle of operation of the EH is reduced to the release of heat by the heating elements 1, which have a high electrical resistance as the electric current passes through them. Heated environment

(воздух или жидкость), проход через чейки , образуемые между НЭ и ГЭ, снимает с них тепло и подогреваетс .(air or liquid), the passage through the cells formed between the NE and the HE removes heat from them and is heated.

Claims

Claims of the Invention An electric fluid heater comprising an Archimedes spiral-shaped resistive element, the coils of which are separated by latches made of a heat-conducting material and insulated from each other, characterized in that, in order to increase the efficiency and manufacturability, the latches are made in the form of a corrugated tape. The tops of the corrugations of which are recessed according to the shape of a cross section of a resistive element with a depth of less than half the thickness of the resistive element with insulation.

sc

Phie.1

7

FIG. t

Sj

Fig.Z

YU

13 //

1J J

4

4 4 + i

Zlectro Yceatem

x

eleven

Phie. $

1615

FIG. 6