Электрический нагреватель

Полезная модель направлена на повышение тепловой эффективности и надежности электрического нагревателя, увеличения срока службы, улучшения ремонтопригодности.

Указанный технический результат достигается тем, что в электрическом нагревателе, содержащем нагревательный элемент, электроизолирующие вставки и защитный кожух, согласно изобретению, нагревательный элемент состоит из одной или нескольких П-образных керамических трубок покрытых электропроводящим слоем, установленных в две электроизолирующие вставки, прикрепленных к нагревательному элементу при помощи хомутов и расположенные в начале и конце нагревательного элемента, а нагревательный элемент с электроизолирующими вставками размещен в защитном кожухе с толщиной стенки от 3 миллиметров до 30 миллиметров, выполненном из материала с высокой теплопроводностью и коррозионостойкостью. При этом, П-образные керамические трубки могут быть выполнены с одинаковым или различным шагом L и расположены в одной активной плоскости или расположены активными плоскостями под углами 90 градусов, 75 градусов, 60 градусов, 45 градусов, 30 градусов или 15 градусов одна к другой. 7 илл.

Полезная модель относится к печам для плавления металлов, приготовления сплавов и их разливки в условиях агрессивных сред в литейном производстве, нагрева деталей, материалов и изделий и может быть использована в металлургической, машиностроительной, химической промышленности, нефтяной промышленности.

Известен электрический нагреватель, в котором нагревательный элемент установлен в отверстиях дистанцирующего устройства, которое выполнено из электроизоляционного материала (Патент РФ на полезную модель 32953. Электронагреватель. ООО «Научно-производственный центр магнитной гидродинамики» / А.А. Темеров, В.Н.Тимофеев, П.А.Хоменков // Опубл. В БИ 27 от 27.09.2003 г. Заявка 2003113452/20)

Недостатками такого нагревателя являются: интенсивное разрушение нагревательной проволоки при протекании электрического тока и прямого воздействия агрессивных паров легирующих компонентов, так как дистанцирующее устройство выполнено из отдельных частей; налипание окислов расплава на дистанцирующее устройство, что шунтирует электрическую цепь проволоки нагревателя по которой протекает электрический ток.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является закрытый электрический нагреватель, включающий изоляторы, нагревательный элемент выполненный из проволоки, излучающую трубу, вывод нагревателя, стяжную шпильку, фланец (Альтгаузен, А.П. Электротермическое оборудование / Под общей редакцией А.П. Альтгаузена. - 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1980. - 416 с).

Недостатками конструкции являются: нагревательный элемент выполнен из проволоки, размещенной в защитной трубе, что ограничивает его рабочую температуру; удельная поверхностная мощность на проволоке нагревательного элемента не может превышать 1,5-2,5 Вт/см² при температурах выше 1000°C; проволока сплавов сопротивления, например фехралей, при нагреве выше 750°C становится хрупкой; изоляторы расположены через каждые 100-200 мм, что затрудняет установку нагревателя в радиационную защитную трубу, снижает теплоотдачу от нагревателя и способствует перегреву нагревателя; металлическая защитная труба при температурах выше 500 градусов Цельсия быстро окисляется, что приводит к ее разрушению снаружи и внутри; окислы трубы внутри шунтируют нагревательный элемент и приводят к выходу его из строя.

В основу полезной модели положена задача повышения тепловой эффективности и надежности электрического нагревателя, увеличения срока службы, улучшения ремонтопригодности.

Поставленная задача решается тем, что в электрическом нагревателе, содержащем нагревательный элемент, электроизолирующие вставки и защитный кожух, согласно изобретению, нагревательный элемент состоит из одной или нескольких П-образных керамических трубок покрытых электропроводящим слоем, установленных в две электроизолирующие вставки, прикрепленных к нагревательному элементу при помощи хомутов и расположенные в начале и конце нагревательного элемента, а нагревательный элемент с электроизолирующими вставками размещен в защитном кожухе с толщиной стенки от 3 миллиметров до 30 миллиметров, выполненном из материала с высокой теплопроводностью и коррозионостойкостью. При этом, П-образные керамические трубки могут быть выполнены с одинаковым или различным шагом L и расположены в одной активной плоскости или расположены активными плоскостями под углами 90 градусов, 75 градусов, 60 градусов, 45 градусов, 30 градусов или 15 градусов одна к другой.

На фиг.1 изображен электрический нагреватель с нагревательным элементом, состоящий из одной П-образной трубки; на фиг.2 - вид со стороны выводов на нагреватель по фиг.1; на фиг.3 - конструкция нагревательного элемента, состоящего из двух П-образных керамических трубок расположенных в одной плоскости с одинаковым шагом L_I=L_II =L; на фиг.4 - конструкция нагревательного элемента, состоящего из трех П-образных керамических трубок расположенных в одной плоскости с разным шагом: L_I=L1, L_II=L2, L_III=L3; на фиг.5 - изображен электрический нагреватель с нагревательным элементом, состоящим из двух П-образных керамических трубок с одинаковым шагом L, расположенных в разных активных плоскостях - 90 градусов; на фиг.6 - расположение двух П-образных керамических трубок нагревателя с одинаковым шагом L; на фиг.7 - показано расположение трех П-образных керамических трубок нагревателя с одинаковым шагом L.

Электрический нагреватель включает нагревательный элемент 1 состоящий из разогреваемой части 2 и контактной части 3, электроизолирующую вставку 4 с кронштейном 5 расположенные в начале нагревательного элемента 1, электроизолирующую вставку 6 расположенную в конце нагревательного элемента 1, фиксаторов 7, фиксаторов 8, защитного кожуха 9.

Заявляемый электрический нагреватель работает следующим образом.

При подаче напряжения на контактную часть 3, которая гальванически соединена с разогреваемой частью 2 нагревательного элемента 1, в электропроводящем слое нагревательного элемента 1 протекает электрический ток. Электропроводящий слой разогреваемой части 2 нагревательного элемента 1 имеет значительно большее электрическое сопротивление, чем электрическое сопротивление контактной части 3, что приводит к нагреву разогреваемой части 2 нагревательного элемента 1. Удельная поверхностная мощность на разогреваемой части 2 нагревательного элемента 1 заявляемого электрического нагревателя достигает 10 Вт/см² и более. Рабочая температура такого нагревательного элемента 1 достигает 1500°C и более. От разогреваемой части 2 нагревательного элемента 1 разогревается защитный кожух 9.

Контактная часть 3 нагревательного элемента 1, при протекании электрического тока, ввиду малости электрического сопротивления остается холодной. Это обеспечивает надежный контакт нагревательного элемента 1 с внешними токоподводами.

Нагревательный элемент электрического нагревателя может состоять как из одной П-образной керамической трубки (фиг.1, фиг.2), так и состоять из N-го количества П-образных керамических трубок, где N>1.

Если нагревательный элемент нагревателя состоит из одной П-образной керамической трубки, то такой электрический нагреватель может быть включен в электрическую цепь печи или миксера последовательно или параллельно только с другими аналогичными нагревателями.

Если нагревательный элемент нагревателя состоит из двух П-образных керамических трубок, то в самом электрическом нагревателе две П-образные керамические трубки можно включить последовательно или параллельно между собой, что расширяет варианты подключения нагревателей в печи или миксере.

Если нагревательный элемент нагревателя состоит из трех П-образных керамических трубок, то в самом электрическом нагревателе три П-образные керамические трубки можно включить непосредственно в трехфазную цепь, используя схему включения «треугольник» или «звезда».

Расположение в нагревательном элементе П-образных керамических трубок может быть как в одной плоскости (фиг.3, фиг.4) так и в разных плоскостях (фиг.5, фиг.6, фиг.7). П-образные керамические трубки, расположенные активной частью в одной плоскости, образуют одну активную плоскость, как правило, расположенную параллельно поверхности нагрева (фиг.3, фиг.4). При этом, шаг таких П-образных трубок может быть как одинаковый L_I=L_II=L (фиг.3), так и различный L_I=L1, L_II=L2, L_III=L3 (фиг.4).

Нагревательный элемент электрического нагревателя помещен в защитный кожух 9, выполненный из материала с высокой теплопроводностью и коррозионостойкостью, толщина стенки защитного кожуха может варьироваться от 3 миллиметров до 30 миллиметров. Защитный кожух с тонкой стенкой, например 3 миллиметра, может использоваться при работе электрического нагревателя при более низких температурах (например - до 1000°C) в неагрессивных средах. При работе электрического нагревателя в печах и миксерах для расплавления твердой шихты и приготовления расплавов требуется работа нагревателя, например, при температурах до 1400-1600°C, при увеличенной поверхностной удельной мощности и при интенсивном испарении компонентов расплавляемой шихты или приготовляемого расплава. В этом случае, для увеличения срока службы электрического нагревателя, требуется увеличенная толщина стенки защитного кожуха нагревателя до 30 миллиметров.

Предлагаемый электрический нагреватель имеет ряд преимуществ перед известными:

- простота конструкции, меньший вес, легкость монтажа;

- работа при повышенных удельных поверхностных мощностях - до 10 Вт/см²;

- работа при температурах до 1600°C, что невозможно для нагревателей, выполненных из фехралей;

- более высокая устойчивость к термосменам, чем у нагревателей выполненных из фехралей;

- малая восприимчивость к отложениям шлаков и окислов на защитном кожухе;

- более высокая стойкость к адгезии агрессивных паров и газов;

- большее количество вариантов схем для подключения электрических нагревателей.

1. Электрический нагреватель, содержащий нагревательный элемент, электроизолирующие вставки и защитный кожух, отличающийся тем, что нагревательный элемент состоит из одной или нескольких P-образных керамических трубок, покрытых электропроводящим слоем, установленных в две электроизолирующие вставки, прикрепленных к нагревательному элементу при помощи хомутов и расположенных в начале и конце нагревательного элемента, при этом нагревательный элемент с электроизолирующими вставками размещен в защитном кожухе с толщиной стенки от 3 мм до 30 мм, выполненном из материала с высокой теплопроводностью и коррозионно-стойкостью.

2. Электрический нагреватель по п.1, отличающийся тем, что P-образные керамические трубки выполнены с одинаковым или различным шагом L, установлены в одной активной плоскости.

3. Электрический нагреватель по п.1, отличающийся тем, что P-образные керамические трубки, выполненные с одинаковым или различным шагом L, расположены активными плоскостями под углами 90º, 75º, 60º, 45º, 30º или 15º одна к другой.