Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
HEATER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/003402
Kind Code:
A1
Abstract:
A heater which comprises a lining (1) which is in the form of a section of a metal pipe, the outer surface of which comprises a dielectric layer (2), on the surface of which a heating element (4) with a current supply is arranged. A divider of elongate shape (5) is placed in the internal space of the lining (1), along the axis thereof, said divider running along the axis of the lining (1) along the entire length thereof and in a symmetrical manner relative to the walls. In one of the variants of the heater, screw recesses (3), in which the heating element (4) is placed, are arranged on the outer surface of the lining (1).

Inventors:
MASOL, Igor (ul. Grushevskogo, 9-68Kyiv, 01021, UA)
Application Number:
UA2016/000066
Publication Date:
January 05, 2017
Filing Date:
June 01, 2016
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
JOINT STOCK COMPANY "ROSTOK COMPANY" (bulvar Ivana Lepse, 4Kyiv, 03067, UA)
International Classes:
H05B3/40; H05B3/48; F24H1/14
Attorney, Agent or Firm:
GRENCHUK, Sergiy Rudolfovich (Patent Attorneys Firm "Fedorova & Partners" Ltd, ul. Dmitrievskaya 52b, office, Kyiv ., 01054, UA)
Download PDF:
Claims:
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

I . Нагреватель, который содержит подкладку, выполненную в виде участка металлической трубы, внешняя поверхность которой содержит слой диэлектрика, на поверхности которого расположен нагревательный элемент с токоподводом, а во внутреннем пространстве подкладки вдоль ее оси размещен рассекатель удлиненной формы, который проходит вдоль оси подкладки по всей ее длине и симметрично относительно стенок, при этом, на внешней поверхности подкладки расположены винтовые выемки, в которых размещается нагревательный элемент.

2. Нагреватель по п. 1 , который отличается тем, что подкладка выполнена из меди или нержавеющей стали.

3. Нагреватель по п. 1 или 2, который отличается тем, что нагревательный элемент выполнен в виде витков металлической проволоки.

4. Нагреватель по п. 1 или 2, который отличается тем, что нагревательный элемент выполнен в виде витков металлической ленты.

5. Нагреватель по любому из пунктов 1-4, который отличается тем, что размер и конфигурация выемок со слоем диэлектрика равны размеру и конфигурации нагревательного элемента.

6. Нагреватель по любому из пунктов 1-5, который отличается тем, что рассекатель сделан из антикоррозионного материала с низкой теплопроводностью.

7. Нагреватель по любому из пунктов 1-6, который отличается тем, что торцевые части рассекателя имеют закругленную форму.

8. Нагреватель по любому из пунктов 1-6, который отличается тем, что торцевые части рассекателя являются конусообразными

9. Нагреватель по любому из пунктов 1-8, который отличается тем, что внешняя форма удлиненной части рассекателя повторяет внутреннюю форму подкладки.

10. Нагреватель по любому из пунктов 1 -9, который отличается тем, что нагревательный элемент дополнительно покрыт слоем теплоизолирующего материала.

I I . Нагреватель по любому из пунктов 1 -9, который отличается тем, что нагреватель дополнительно помещен в герметичный корпус, заполненный теплоизолирующим материалом или средой.

12. Нагреватель по п. 11 , который отличается тем, что герметичный корпус заполнен теплоизолирующей средой, при этом, теплоизолирующей средой является разреженный воздух или вакуум.

13. Нагреватель по любому из пунктов 1 -12, который отличается тем, что он имеет, по меньшей мере, одно входное и одно выходное отверстие, при этом площадь сечения входного отверстия меньше или равна площади сечения свободного внутреннего пространства подкладки между стенками подкладки и рассекателем.

14. Нагреватель, который содержит подкладку, выполненную в виде участка металлической трубы, внешняя поверхность которой содержит слой диэлектрика, на поверхности которого расположен нагревательный элемент с токоподводом, а во внутреннем пространстве подкладки вдоль ее оси размещен рассекатель удлиненной формы, который проходит вдоль оси подкладки по всей ее длине и симметрично относительно стенок

15. Нагреватель по п. 14, который отличается тем, что подкладка выполнена из меди или нержавеющей стали.

16. Нагреватель по п. 14 или 15, который отличается тем, что нагревательный элемент выполнен в виде витков металлической проволоки или ленты.

17. Нагреватель по любому из пунктов 14-16, который отличается тем, что рассекатель сделан из антикоррозионного материала с низкой теплопроводностью.

18. Нагреватель по любому из пунктов 14-17, который отличается тем, что торцевые части рассекателя имеют закругленную форму.

19. Нагреватель по любому из пунктов 14-17, который отличается тем, что торцевые части рассекателя являются конусообразными.

20. Нагреватель по любому из пунктов 14-19, который отличается тем, что внешняя форма удлиненной части рассекателя повторяет внутреннюю форму подкладки.

21. Нагреватель по любому из пунктов 14-20, который отличается тем, что нагревательный элемент дополнительно покрыт слоем теплоизолирующего материала.

22. Нагреватель по любому из пунктов 14-20, который отличается тем, что нагреватель дополнительно помещен в герметичный корпус, заполненный теплоизолирующим материалом или средой.

23. Нагреватель по п. 22, который отличается тем, что герметичный корпус заполнен теплоизолирующей средой, при этом, теплоизолирующей средой является воздух или вакуум.

24. Нагреватель по любому из пунктов 14-23, который отличается тем, что он имеет, по меньшей мере, одно входное и одно выходное отверстие, при этом площадь сечения входного отверстия меньше или равна площади сечения свободного внутреннего пространства подкладки между стенками подкладки и рассекателем.

ИЗМЕНЁННАЯ ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

получена Международным бюро 20 октября 2016 (20.10.2016)

1. Нагреватель, который содержит подкладку, выполненную в виде участка металлической трубы, внешняя поверхность которой содержит слой диэлектрика, на поверхности которого расположен нагревательный элемент с токоподводом, а во внутреннем пространстве подкладки вдоль ее оси размещен рассекатель удлиненной формы, который проходит вдоль оси подкладки по всей ее длине и симметрично относительно стенок, при этом, на внешней поверхности подкладки расположены винтовые выемки, в которых размещается нагревательный элемент.

2. Нагреватель по п. 1, который отличается тем, что подкладка выполнена из меди или нержавеющей стали.

3. Нагреватель по п. 1 или 2, который отличается тем, что нагревательный элемент выполнен в виде витков металлической проволоки.

4. Нагреватель по п. 1 или 2, который отличается тем, что нагревательный элемент выполнен в виде витков металлической ленты.

5. Нагреватель по любому из пунктов 1-4, который отличается тем, что размер и конфигурация выемок со слоем диэлектрика равны размеру и конфигурации нагревательного элемента.

6. Нагреватель по любому из пунктов 1-5, который отличается тем, что рассекатель сделан из антикоррозионного материала с низкой теплопроводностью.

7. Нагреватель по любому из пунктов 1-6, который отличается тем, что торцевые части рассекателя имеют закругленную форму.

8. Нагреватель по любому из пунктов 1-6, который отличается тем, что торцевые части рассекателя являются конусообразными

9. Нагреватель по любому из пунктов 1-8, который отличается тем, что внешняя форма удлиненной части рассекателя повторяет внутреннюю форму подкладки.

10. Нагреватель по любому из пунктов 1-9, который отличается тем, что снаружи нагреватель дополнительно покрыт слоем теплоизолирующего материала.

11. Нагреватель по любому из пунктов 1-9, который отличается тем, что нагреватель дополнительно помещен в герметичный корпус, заполненный теплоизолирующим материалом или средой.

12. Нагреватель по п. 11, который отличается тем, что герметичный корпус заполнен теплоизолирующей средой, при этом, теплоизолирующей средой является разреженный воздух или вакуум.

9

ИЗМЕНЁННЫЙ ЛИСТ (СТАТЬЯ 19)

13. Нагреватель по любому из пунктов 1-12, который отличается тем, что он имеет, по меньшей мере, одно входное и одно выходное отверстие, при этом площадь сечения входного отверстия меньше или равна площади сечения свободного внутреннего пространства подкладки между стенками подкладки и рассекателем.

10

ИЗМЕНЁННЫЙ ЛИСТ (СТАТЬЯ 19)

Description:
НАГРЕВАТЕЛЬ

Изобретение относится к области электротехники, в частности к резистивным нагревательным приборам, которые предназначены для подогрева потока газа или жидкости и могут использоваться как для промышленных, так и бытовых целей.

Из уровня техники известен нагреватель, который содержит подкладку, выполненную в виде участка трубы, одна из поверхностей которой содержит слой диэлектрика, на поверхности которого расположен нагревательный элемент с токоподводом (Патент на полезную модель Украины N° 2772 от 16.08.2004, МПК: Н05В 3/06 (2006.01 ), публ. 2004).

Однако известный нагреватель имеет существенные ограничения допустимой тепловой мощности и не обеспечивает эффективное регулируемое нагревание проходящего потока, что обусловлено большой величиной площади сечения проходящего отверстия нагревателя и недостаточной теплоотдачей внутренней поверхности подкладки.

Из патента Украины на полезную модель Ns 82521 от 12.08.2013 известен нагреватель проточной жидкости или газа, который содержит подкладку в виде трубы, на поверхности которой расположен нагревательный элемент из резистивной пленки и контактные площадки, расположенные на краях нагревательного элемента. В указанной полезной модели используется проточная труба с переменным сечением вдоль ее длинны, а поверхностный нагревательный элемент представляет собой дискретный элемент с подкладкой и выполнен из резистивной безындукционной наноструктурной кремниево-углеродистой пленки, при этом подкладка дискретного элемента сделана из нитрида алюминия или оксида бериллия или нитрида кремния или окиси алюминия, или любого диэлектрического теплостойкого материала, дискретный элемент припаян к трубе или прижат через теплопроводные пасты, а труба изготовлена из меди или алюминия, или их сплавов, или любых других теплопроводных материалов и сплавов.

Недостатком предшествующих патентов является то, что их авторы стремятся передать большую мощность на малую площадь нагрева, что противоречит формуле расчета процесса конвективного теплообмена (на основе закона Ньютона), который определяется уравнением:

W = F(t - τ где F - площадь нагрева.

К тому же, изменение, а точнее уменьшение площади по отношению к площади входа и выхода потока приводит к перегреву нагревательного элемента (эффект кипения и свистка), что, в свою очередь, может вывести из строя сам нагревательный элемент.

Также, существенным недостатком является относительно низкая теплопроводность материалов, которые передают тепло к жидкости, в сравнении с медью. Задача, на решение которой направлено данное изобретение, состоит в усовершенствовании конструкции нагревателя для увеличения теплоотдачи нагревательного устройства и внутренней поверхности нагревателя, повышение эффективности нагревания проходящего потока (жидкости или газа) и повышение общей тепловой мощности.

Поставленная задача решается в нагревателе, который содержит подкладку, выполненную в виде участка металлической трубы, в лучшем варианте изготовленную из меди или нержавеющей стали, внешняя поверхность которой содержит слой диэлектрика, на поверхности которого расположен нагревательный элемент с токоподводом, а во внутреннем пространстве подкладки вдоль ее оси расположен рассекатель удлиненной формы, который проходит вдоль оси подкладки по всей ее длине и симметрично относительно ее стенок. В одном из вариантов исполнения изобретения нагревательный элемент выполнен в виде витков металлической проволоки или ленты, намотанных на подкладку с минимально допустимым зазором между витками. Нагревательный элемент может изготавливаться из любого токопроводящего материала: нихром, фехраль, тугоплавкие металлы.

В другом варианте осуществления изобретения на внешней стороне подкладки расположены винтовые выемки, в которых располагается нагревательный элемент. В одном из вариантов нагревательный элемент выполнен в виде витков металлической проволоки или ленты, уложенных в выемки. Нагревательный элемент может изготавливаться из любого токопроводящего материала: нихром, фехраль, тугоплавкие металлы. В лучшем варианте осуществления изобретения размер и конфигурация выемок со слоем диэлектрика соответствуют размеру и конфигурации нагревательного элемента.

В одном из вариантов осуществления изобретения рассекатель выполнен из антикоррозионного материала с низкой теплопроводностью. В качестве материала могут использоваться поликарбонат, ABC, полипропилен и другие. Торцевые части рассекателя могут иметь закругленную форму. В лучшем варианте осуществления изобретения торцевые части рассекателя являются конусообразными. Длина рассекателя в общем случае является не меньше, чем длина подкладки. Рассекатель располагается симметрично стенок подкладки. В лучшем варианте внешняя форма удлиненной части рассекателя повторяет внутреннюю форму подкладки.

В одном из вариантов осуществления изобретения нагревательный элемент покрыт слоем теплоизоляционного материала. В другом варианте нагреватель помещен в герметический корпус, заполненный теплоизолирующим материалом или средой. В качестве теплоизолирующей среды может быть разреженный воздух, вакуум и другое.

Такое расположение нагревательного элемента повышает эффективность нагревания подкладки за счет уменьшения неэффективного рассеивания тепла. При этом, размещение во внутреннем пространстве подкладки рассекателя удлиненной формы, длина которого равна или больше длины нагревательного элемента, обеспечивает возможность увеличения скорости протекания потока (жидкости или газа) возле поверхности подкладки нагревателя и эффективное и равномерное нагревание проходящего потока за счет увеличения теплоотдачи внутренней поверхности подкладки и площади соприкосновения проходящего потока с внутренним пространством нагревателя. Обычно, нагреватель имеет, по меньшей мере, одно входное и, по меньшей мере, одно выходное отверстие. При этом, при неизменной скорости подачи в нагреватель потока жидкости или газа площадь сечения входного отверстия меньше или равна площади сечения свободного внутреннего пространства подкладки между стенками подкладки и рассекателем, что гарантирует стабильную работу нагревателя и его долговечность.

Далее суть изобретения будет раскрыта более подробно со ссылками на прилагаемый фигуры, которые не ограничивают объем изобретения и на которых изображено следующее:

Фиг. 1. Вариант нагревателя.

Фиг. 2. Вариант нагревателя с нагревательным элементом в виде металлической ленты.

Фиг. 3. Вариант нагревателя без выемок на поверхности подкладки.

На Фиг. 1 представлен вариант нагревателя, который содержит подкладку 1 , выполненную в виде участка металлической трубы. Внешняя поверхность подкладки 1 содержит слой диэлектрика 2. На внешней поверхности подкладки 1 расположены винтовые выемки 3, покрытые слоем диэлектрика 2, в которых з размещается нагревательный элемент 4 в виде витков металлической проволоки с токоподводом (на фигуре не показан). Во внутреннем пространстве подкладки 1 вдоль ее оси расположен рассекатель 5 с закругленными торцевыми частями 6. Внешняя форма удлиненной части рассекателя 5 повторяет внутреннюю форму подкладки 1. Нагреватель помещен в герметический корпус 7, заполненный теплоизолирующим материалом или средой.8.

На Фиг. 2 представлен вариант нагревателя, который содержит подкладку 1 1 , выполненную в виде участка металлической трубы, внешняя поверхность которой покрыта слоем диэлектрика 12. На внешней поверхности подкладки 1 1 расположены винтовые выемки 13, покрытые слоем диэлектрика 12, в которых размещается нагревательный элемент 14 в виде витков металлической ленты с токоподводом (на фигуре не показан). При этом, конфигурация и размер выемок 13 совпадают с конфигурацией и размером металлической ленты так, что нагревательный элемент 14 плотно входит в выемки 13. Во внутреннем пространстве подкладки 1 1 вдоль ее оси размещен рассекатель 15, торцевые части 16 которого имеет форму конуса. Снаружи нагреватель покрыт слоем теплоизолирующего материала 17.

На Фиг. 3 представлен вариант нагревателя, который содержит подкладку 21 , выполненную в виде участка металлической трубы, внешняя поверхность которой покрыта слоем диэлектрика 22, на котором располагается нагревательный элемент 23 в виде витков металлической ленты с токоподводом (на фигуре не показан). Во внутреннем пространстве подкладки 21 вдоль ее оси размещен рассекатель 24, торцевые части 25 которого имеет форму конуса. Снаружи нагреватель покрыт слоем теплоизолирующего материала 26.

Предложенный нагреватель работает следующим образом.

От источника электрического тока по токоподводам на нагревательный элемент 3, 13, 23, который находится на поверхности слоя диэлектрика 2, 12, 22, подается электрический ток, который нагревает нагревательный элемент и подкладку 1 , 11 , 21. Через внутреннее пространство подкладки 1 , 1 1 , 21 , которая нагрета до заданной температуры нагревательным элементом 3, 13, 23, пропускают поток газа или жидкости, поданный, например, циркуляционным насосом, который соприкасаясь с подкладкой нагревается. За счет наличия во внутреннем пространстве подкладки рассекателя 5, 15, 24 уменьшается сечение проходного отверстия нагревателя, что позволяет увеличить скорость проходящего потока (газа или жидкости) относительно внутренней поверхности подкладки 1 , 1 1 , 21 и, соответственно, увеличить теплоотдачу внутренней поверхности подкладки и увеличить допустимую тепловую мощность нагревателя. Расположение нагревательного элемента 4, 14 в винтовых выемках 3, 13 значительно увеличивает площадь теплопередачи от нагревательного элемента 4, 14 к подкладке 1 , 1 1. Поток газа или жидкости может подаваться во внутреннее пространство нагревателя по подводящей трубе 9, 18, 27 через входное отверстие 10, 19, 28. При этом, диаметр подводящей трубы 9, 18, 27 выбирают таким образом, чтобы площадь сечения подводящей трубы 9, 18, 27 была не больше или равнялась площади сечения входного отверстия 10, 19, 28, площадь сечения которого в свою очередь является меньше или такой же как площадь сечения свободного внутреннего пространства подкладки 1 , 11 , 21 между стенками подкладки 1 , 1 1 , 21 и рассекателем 5, 15, 24.

Дополнительное покрытие нагревателя слоем теплоизолирующего материала или помещение его в герметический корпус с теплоизолирующим материалом или средою практически перекрывает неэффективное рассеивание тепла от нагревательного элемента.

Предложенное техническое решение позволяет обеспечить возможность получения нагревателей большей мощности без увеличения необходимой для этого производственной мощности насосов, которые подают поток жидкости или газа.

Также, при тех же мощностях нагревателя и насоса предложенное решение обеспечивает снижение температуры перегрева стенки нагревателя, что повышает его надежность и срок эксплуатации.