Электрический нагреватель с нагревательной лентой

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано, например, для более эффективного разогрева вагонов со смерзшим грузом, а также при создании электрических нагревателей, имеющих более высокую эксплуатационную надежность. Электрический нагреватель содержит несущую конструкцию, выполненную в виде металлической пластины прямоугольной формы с загнутыми продольными краями и электроизоляционного слоя, выполненного в виде пластин из огнеупорного керамического стекловолокна или в виде пластин из многослойного листового муллитокремнезезелистого картона, расположенного между загнутыми краями на внутренней поверхности металлической пластины прямоугольной формы несущей конструкции, крепежные элементы, выполненные в виде металлических уголков с выступами, подвижно установленных своими выступами в продольных прорезях металлической пластины, соединительные пластины, закрепленные на крепежных элементах, нагревательные ленты, расположенные на свободной поверхности электроизоляционного слоя несущей конструкции и попарно подсоединенные своими соответствующими концами к соответствующим соединительным пластинам, закрепленные своими соответствующими участками на соответствующих участках внешней поверхности металлической пластины несущей конструкции и электроконтактные шины, закрепленные своими концами на свободных концах нагревательных лент. Технический результат, достигаемый предлагаемым техническим решением, заключается в снижении деформации при нагревании нагревательных лент, приводящей к многочисленным микроразрывам сварных соединений концов нагревательных лент с соединительными пластинами.

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано, например, для более эффективного разогрева вагонов со смерзшим грузом, а также при создании электрических нагревателей, имеющих более высокую эксплуатационную надежность.

Аналогичные технические решения известны см., например, описание изобретения к патенту Российской Федерации 2128892, которое содержит:

- электроизоляционное основание с крепежными элементами;

- соединительные пластины, закрепленные на электроизоляционном основании;

- нагревательные ленты, расположенные на электроизоляционном основании и подсоединенные попарно своими соответствующими концами к соответствующим соединительным пластинам, образующими зигзагообразную форму соединения нагревательных лент;

- электроконтактные шины, закрепленные своими концами на свободных концах нагревательных лент.

Общими признаками предлагаемого технического решения и технического решения охарактеризованного выше являются:

- несущая конструкция;

- крепежные элементы, установленные на несущей конструкции;

- соединительные пластины, закрепленные на крепежных элементах;

- нагревательные ленты, попарно подсоединенные своими соответствующими концами к соответствующим соединительным пластинам, образующими зигзагообразную форму соединения нагревательных лент;

- электроконтактные шины, закрепленные своими концами на свободных концах нагревательных лент.

Известно также аналогичное техническое решение см., патент Российской Федерации 45584, которое выбрано в качестве ближайшего аналога, прототипа и которое содержит нижеследующую совокупность существенных признаков:

- несущую конструкцию, выполненную в виде металлической пластины прямоугольной формы с загнутыми продольными краями относительно ее плоскости;

- теплоэлектроизоляционный слой, выполненный из минеральной ваты и расположенный между загнутыми краями на внутренней поверхности металлической пластины прямоугольной формы несущей конструкции;

- крепежные элементы, выполненные в виде металлических уголков с выступами, выполненными в виде надрезанных по продольной оси краев одной из сторон металлических уголков и отогнутых перпендикулярно надрезанными частями в сторону их внешних поверхностей и подвижно установленных своими выступами в продольных прорезях, выполненных в области поперечных краев металлической пластины прямоугольной формы несущей конструкции, расположенных своими внутренними поверхностями свободных боковых сторон параллельно друг другу и параллельно поперечным краям металлической пластины прямоугольной формы несущей конструкции; и подпружинены друг относительно друга пружинами, концы которых закреплены на соответствующих участках внутренних боковых поверхностях металлических уголков крепежных элементов;

- соединительные пластины, закрепленные посредством рядов электроизоляционных прокладок, болтовых соединений, электроизоляционных шайб и втулок, установленных в отверстиях соединительных пластин и в отверстиях металлических уголков крепежных элементов;

- нагревательные ленты, расположенные на свободной поверхности теплоэлектроизоляционного слоя и попарно подсоединенные своими соответствующими концами к соответствующим концам соединительных пластин, образующими зигзагообразную форму соединения нагревательных лент;

- электроконтактные шины, закрепленные своими концами на свободных концах нагревательных лент;

- узлы крепления несущей конструкции электрического нагревателя по месту ее установки, выполненные в виде трубок, закрепленных параллельно друг другу и параллельно поперечным краям на внешней поверхности металлической пластины прямоугольной формы несущей конструкции.

Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются:

- несущая конструкция, выполненная в виде металлической пластины прямоугольной формы с загнутыми продольными краями относительно ее плоскости;

- теплоэлектроизоляционный слой, расположенный между загнутыми краями на внутренней поверхности металлической пластины прямоугольной формы несущей конструкции;

- крепежные элементы, выполненные в виде металлических уголков с выступами, выполненными в виде надрезанных по продольной оси краев одной из сторон металлических уголков и отогнутых перпендикулярно надрезанными частями в сторону их внешних поверхностей и подвижно установленных своими выступами в продольных прорезях, выполненных в области поперечных краев металлической пластины прямоугольной формы несущей конструкции, расположенных своими внутренними поверхностями свободных боковых сторон параллельно друг другу и параллельно поперечным краям металлической пластины прямоугольной формы несущей конструкции;

- соединительные пластины, закрепленные на крепежных элементах посредством рядов электроизоляционных прокладок, болтовых соединений, электроизоляционных шайб и втулок, установленных в отверстиях соединительных пластин и в отверстиях металлических уголков крепежных элементов;

- нагревательные ленты, расположенные на свободной поверхности теплоэлектроизоляционного слоя и попарно подсоединенные своими соответствующими концами к соответствующим концам соединительных пластин, образующие зигзагообразную форму соединения нагревательных лент;

- электроконтактные шины, закрепленные своими соответствующими концами на свободных соответствующих концах нагревательных лент;

- узлы крепления несущей конструкции электрического нагревателя по месту ее установки, выполненные в виде трубок, закрепленных параллельно друг другу и параллельно поперечным краям на внешней поверхности металлической пластины прямоугольной формы несущей конструкции.

Технический результат, который невозможно достичь ни одним из выше охарактеризованных аналогов заключается в снижении деформации при нагревании нагревательных лент, приводящей к многочисленным микроразрывам сварных соединений концов нагревательных лент с соединительными пластинами.

Причиной невозможного достижения технического результата, указанного выше является то, что сложившаяся практика при создании электрических нагревателей предусматривает, как правило, сварные соединения концов нагревательных лент с соединительными элементами, жестко соединенными, например, через крепежные элементы или непосредственно с корпусом несущей конструкции, приводящими в процессе эксплуатации к разрыву нагревательных лент в местах сварных соединений, а вопросам, связанным с предотвращением подобных разрывов должного внимания не уделялось.

Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных технических решений можно сделать вывод, что задача по созданию электрических нагревателей, имеющих более высокую эксплуатационную надежность, является актуальной на сегодняшний день.

Технический результат, указанный выше, достигается тем, что в электрическом нагревателе, содержащем несущую конструкцию, выполненную в виде металлической пластины прямоугольной формы с загнутыми продольными краями, теплоэлектроизоляционный слой, расположенный между загнутыми краями на внутренней поверхности металлической пластины прямоугольной формы несущей конструкции, крепежные элементы, выполненные в виде металлических уголков с выступами, расположенные своими внутренними поверхностями свободных боковых сторон параллельно друг другу и параллельно поперечным краям металлической пластины прямоугольной формы несущей конструкции и подвижно установленные, относительно внешней поверхности металлической пластины прямоугольной формы несущей конструкции, своими выступами, выполненными в виде надрезанных по продольной оси краев одной из сторон металлических уголков и отогнутых перпендикулярно надрезанными частями в сторону их внешних поверхностей, в продольных прорезях, выполненных в области поперечных краев металлической пластины несущей конструкции, соединительные пластины, электроизолированно закрепленные на крепежных элементах, нагревательные ленты, расположенные на свободной поверхности теплоэлектроизоляционного слоя и попарно подсоединенные своими соответствующими концами к соответствующим концам соединительных пластин, образующими зигзагообразную форму соединения нагревательных лент, электроконтактные шины, электроизолированно закрепленные своими соответствующими концами на свободных соответствующих концах нагревательных лент и узлы крепления несущей конструкции электрического нагревателя, выполненные в виде трубок, закрепленных параллельно друг другу и параллельно поперечным краям на внешней поверхности металлической пластины прямоугольной формы несущей конструкции, в предлагаемой полезной модели теплоэлектроизоляционный слой выполнен в виде пластин из огнеупорного керамического стекловолокна или в виде пластин из многослойного листового муллитокремнезезелистого картона, а нагревательные ленты закреплены своими соответствующими участками на соответствующих участках поверхности электроизолированного бруска прямоугольной формы узла крепления, расположенного на внешней поверхности металлической пластины прямоугольной формы несущей конструкции.

Выполнение теплоэлектроизоляционного слоя в виде пластин из огнеупорного керамического стекловолокна или в виде пластин из многослойного листового муллитокремнезезелистого картона и закрепление нагревательных лент, как указано выше, позволяет расположить на свободной поверхности теплоэлектроизоляционного слоя, попарно подсоединенные своими соответствующими концами к соответствующим концам соединительных пластин, образующими в результате такого соединения зигзагообразную форму соединения нагревательных лент, закрепить соответствующие участки нагревательных лент на соответствующих участках электроизолированного бруска прямоугольной формы узла крепления, расположенного на внешней поверхности металлической пластины прямоугольной формы несущей конструкции, осуществить подсоединение свободных концов нагревательных лент к соответствующим концам электроконтактных шин и после установки конструкции электрического нагревателя, используя узлы крепления, выполненные в виде трубок, закрепленных параллельно друг другу и параллельно поперечным краям на внешней поверхности металлической пластины прямоугольной формы несущей конструкции, на «Г»-образных крючках стоек, закрепленных на основаниях по месту установки конструкции электрического нагревателя, обеспечить подачу напряжения к нагревательным лентам, которые обеспечивают радиационное нагревание близ расположенных конструкций.

При этом продольные деформации, возникающие в процессе периодического нагревания и охлаждения нагревательных лент, приводят к смещению крепежных элементов, а вместе с ними соединительных пластин с закрепленными концами нагревательных лент, что обеспечивает плавное и равномерное смещение крепежных элементов, а вместе с ними и нагревательных элементов, что, в свою очередь, приводит к компенсации продольных деформаций нагревательных лент, а использование теплоэлектроизоляционного слоя, выполненного из огнеупорного керамического стекловолокна или из листового муллитокремнезезелистого картона, при плотном прижатии его к внутренней поверхности металлической пластины несущей конструкции и его закреплении на корпусе металлической пластины несущей конструкции, благодаря присущим им свойствам, практически не испытывают влияний теплового расширения на продольные деформации нагревательных лент и исключающими, тем самым, их разрывы. В чем и проявляется достижение вышеуказанного технического результата.

Предлагаемый электрический нагреватель поясняется нижеследующим описанием, чертежом и фотографиями образцов электрического нагревателя.

Предлагаемый электрический нагреватель содержит:

- несущую конструкцию, выполненную в виде металлической пластины - 1 прямоугольной формы с загнутыми продольными краями - 2 относительно ее плоскости (второй загнутый конец на чертеже не обозначен);

- теплоэлектроизоляционный слой - 3, выполненный в виде огнеупорного керамического стекловолокна (марка изделия: Gerablanket tm 128 кг/м³) или в виде листового муллитокремнезезелистого картона (марка изделия: МКРКЛ-450) и расположенный между загнутыми краями - 2 на внутренней поверхности металлической пластины - 1;

- крепежные элементы - 4, 5, выполненные, например, в виде металлических уголков с выступами - 6; 7; 8; 9, выполненными в виде надрезанных по продольной оси краев одной из сторон металлических уголков и отогнутых перпендикулярно надрезанными частями в сторону их внешних поверхностей и подвижно установленных своими выступами 6; 7; 8; 9 в продольных прорезях - 10; 11; 12; 13, выполненных в области поперечных краев металлической пластины - 1 несущей конструкции, расположенных своими внутренними поверхностями свободных боковых сторон параллельно друг другу и параллельно поперечным краям металлической пластины - 1 несущей конструкции;

- соединительные пластины - 14; 15; 16; 17, закрепленные посредством рядов электроизоляционных прокладок - 18; 19 и не приведенных на чертеже болтовых соединений, электроизоляционных шайб и втулок, установленных в отверстиях соединительных пластин - 14; 15; 16; 17 и в отверстиях металлических уголков крепежных элементов - 4; 5;

- нагревательные ленты - 20; 21; 22; 23; 24 (из нихрома), расположенные на свободной поверхности теплоэлектроизоляционного слоя - 3 и попарно подсоединенные своими соответствующими загнутыми концами к соответствующим соединительным пластинам - 14; 15; 16; 17 (т.е.:

- второй конец первой нагревательной ленты - 20 и второй конец второй нагревательной ленты - 21 подсоединены посредством сварочного соединения к первой соединительной пластине - 16;

- первый конец второй нагревательной ленты - 21 и первый конец третьей нагревательной ленты - 22 подсоединены посредством сварочного соединения к четвертой соединительной пластине - 15;

- второй конец третьей нагревательной ленты - 22 и второй конец четвертой нагревательной ленты - 23 подсоединены посредством сварочного соединения ко второй соединительной пластине - 17;

- первый конец четвертой нагревательной ленты - 23 и первый конец пятой нагревательной ленты - 24 подсоединены посредством сварочного соединения к третьей соединительной пластине - 14), образующими зигзагообразную форму соединения нагревательных лент - 20; 21; 22; 23; 24;

- электроконтактные шины - 25; 26, закрепленные своими концами на свободных концах нагревательных лент - 20 и 24, т.е. один конец электроконтактной шины - 25, подсоединен, например, посредством сварочного соединения ко второму концу пятой нагревательной ленты - 24, а другой конец электроконтактной шины - 26, подсоединен, например, посредством сварочного соединения к первому концу первой нагревательной ленты - 20;

- узлы крепления несущей конструкции электрического нагревателя, например, к «Г»-образным крючкам стоек (на чертеже «Г»-образные крючки стоек не приведены), выполнены в виде трубок -27; 28, закрепленных параллельно друг другу и параллельно поперечным краям, на внешней поверхности металлической пластины - 1 несущей конструкции;

- узел крепления - 29, выполненный в виде электроизоляционного бруска прямоугольной формы, расположенный на внешней поверхности металлической пластины - 1 несущей конструкции и закрепленный посредством болтовых соединений - 30 (и не приведенных на чертеже электроизоляционных втулок и шайб) на соответствующих участках соответствующих нагревательных лент - 20; 21; 22; 23; 24 (см. фотографии).

Предлагаемый электрический нагреватель работает следующим образом. На «Г»-образные крючки стоек устанавливают трубки - 27; 28 узлов крепления несущей конструкции электрического нагревателя, приводя его в исходное рабочее состояние. К электроконтактным шинам - 25; 26 подключают источник переменного напряжения и нагревают нагревательные ленты - 20; 21; 22; 23; 24, которые обеспечивают нагревание поверхностей нагревательных лент - 20; 21; 22; 23; 24 близ расположенных конструкций. Продольные деформации, возникающие в процессе периодического нагревания и охлаждения нагревательных лент - 20; 21; 22; 23; 24, приводят к смещению крепежных элементов - 4, 5, а вместе с ними и соединительных пластин - 14; 15; 16; 17, через выступы - 6; 7; 8; 9 перемещающиеся в прорезях - 10; 11; 12; 13 металлической пластины -1 несущей конструкции, что обеспечивает плавное и равномерное смещение крепежных элементов - 4; 5 и соединительных пластин - 14; 15; 16; 17, что, в свою очередь, приводит к компенсации продольных деформаций нагревательных лент - 20; 21; 22; 23; 24.

Одновременно с этим теплоэлектроизоляционный слой - 3 (выполненный из огнеупорного керамического стекловолокна или из листового муллитокремнезезелистого картона) при плотном прижатии его к внутренней поверхности металлической пластины - 1 и и его закреплении посредством узла крепления - 29, при своем нагревании, благодаря присущим им свойствам, практически не испытывают влияний теплового расширения на продольные деформации нагревательных лент - 20; 21; 22; 23; 24, исключающими, тем самым разрывы нагревательных лент - в местах сварных соединений концов нагревательных лент - 20; 21; 22; 23; 24 с соединительными пластинами - 14; 15; 16; 17 и, повышая, таким образом, эксплуатационную надежность предлагаемого электрического нагревателя, поэтому предлагаемый электрический нагреватель займет достойное место среди известных объектов аналогичного назначения.

Электрический нагреватель, содержащий несущую конструкцию, выполненную в виде металлической пластины прямоугольной формы с загнутыми продольными краями, теплоэлектроизоляционный слой, расположенный между загнутыми краями на внутренней поверхности металлической пластины прямоугольной формы несущей конструкции, крепежные элементы, выполненные в виде металлических уголков с выступами, расположенные своими внутренними поверхностями свободных боковых сторон параллельно друг другу и параллельно поперечным краям металлической пластины прямоугольной формы несущей конструкции и подвижно установленные относительно внешней поверхности металлической пластины прямоугольной формы несущей конструкции, своими выступами выполненными в виде надрезанных по продольной оси краев одной из сторон металлических уголков и отогнутых перпендикулярно надрезанными частями в сторону их внешних поверхностей в продольных прорезях, выполненных в области поперечных краев металлической пластины прямоугольной формы несущей конструкции, соединительные пластины, электроизолированно закрепленные на крепежных элементах, нагревательные ленты, расположенные на свободной поверхности теплоэлектроизоляционного слоя, и попарно подсоединенные своими соответствующими концами к соответствующим концам соединительных пластин, и образующие зигзагообразную форму соединения нагревательных лент, электроконтактные шины, закрепленные своими соответствующими концами на соответствующих концах нагревательных лент, узлы крепления несущей конструкции электрического нагревателя, выполненные в виде трубок, закрепленных параллельно друг другу и параллельно поперечным краям на внешней поверхности металлической пластины прямоугольной формы несущей конструкции, отличающийся тем, что теплоэлектроизоляционный слой выполнен из огнеупорного керамического стекловолокна или из листового муллитокремнеземистого картона, а нагревательные ленты закреплены своими соответствующими участками на соответствующих участках поверхности электроизолированного бруска прямоугольной формы узла крепления, расположенного на внешней поверхности металлической пластины прямоугольной формы несущей конструкции.