Нагреватель текучей среды
Нагреватель текучей среды предназначен для использования в системах циркуляционного водяного отопления и обладает повышенной электрической прочностью и расширенным диапазоном мощностей изделий одной и той же конструкции. Нагреватель содержит защитный кожух, расположенный внутри него трубчатый корпус с изолирующим стеклокерамическим покрытием на наружной поверхности, нагревательный элемент в виде металлокерамического резистора, выполненного в виде резистивного слоя, нанесенного на изолирующее стеклокерамическое покрытие методом трафаретной печати с последующим вжиганием, и стеклосодержащий защитный слой, нанесенный на поверхность резистивного слоя методом трафаретной печати с последующим вжиганием. Трубчатый корпус преимущественно выполнен из нержавеющей стали, при этом толщина стеклокерамического покрытия составляет 0,09-0,4 мм, а толщина резистивного слоя составляет 0,008-0,1 мм. 6 з.п. ф-лы, 2 ил. Фиг.1
Полезная модель относится к отопительным системам с электронагревом теплоносящей жидкости и может быть использована в системах циркуляционного водяного отопления, преимущественно, объектов, не имеющих централизованного теплоснабжения, например, частных домов, производственных и служебных помещений, теплиц и т.п. Кроме того, полезная модель может использоваться в системах нагрева различных текучих сред, в том числе в воздухонагревателях.
Известен проточный нагреватель текучей среды по патенту RU 2269211 С2, содержащий кожух, внутри которого установлен корпус в виде трубы, и ленточный нагревательный элемент, расположенный на наружной поверхности корпуса изолированно от нагреваемой среды. При этом на корпус напылением нанесено демпфирующее покрытие в виде металлического подслоя толщиной от 0,05 до 0,1 мм, на подслой нанесено электроизоляционное покрытие из керамики толщиной от 0,5 до 1,5 мм, ленточный нагревательный элемент выполнен напылением в виде токопроводящего слоя толщиной от 0,3 до 1,5 мм, а на кожухе расположена тепловая изоляция.
Известный нагреватель компактен и позволяет осуществлять нагрев любых текучих сред. Однако используемые в данном нагревателе материалы требуют довольно большой толщины изолирующего покрытия - фактически толще 1,0 мм. Это приводит к повышенной инерционности и снижает к.п.д. Кроме того, в известном нагревателе необходимо использовать дополнительный элемент - демпфирующее покрытие в виде металлического подслоя, что усложняет конструкцию.
Наиболее близким является нагреватель текучей среды по патенту RU 48621 U1, содержащий защитный кожух, внутри которого расположен трубчатый корпус, на наружную поверхность которого нанесено изолирующее покрытие в виде стеклокерамического слоя, и нагревательный элемент, выполненный в виде металлокерамического резистора нанесенного на стеклокерамический слой методом трафаретной печати с последующим вжиганием. При этом трубчатый корпус выполнен из нержавеющей стали, стеклокерамический слой имеет толщину от 0,09 до 0,13 мм, а металлокерамический резистор имеет толщину от 0,015 до 0,03 мм. Металлокерамический резистор может быть выполнен в виде плоской спирали с линейными участками, расположенными параллельно продольной оси трубчатого корпуса.
Устройство компактно, позволяет осуществлять нагрев любых текучих сред, но при этом обладает рядом недостатков. При эксплуатации в помещениях с повышенной влажностью велика вероятность возникновения токов утечки между резистором и трубчатым корпусом по поверхности изолирующего слоя, что снижает электробезопасность устройства и может привести к его отказу. Кроме того при указанных толщинах резистивного слоя затруднено производство нагревателей текучей среды с широким диапазоном мощностей.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение электрической прочности нагревателя текучей среды и расширение диапазона мощностей изделий одной и той же конструкции.
Указанная задача решается тем, что нагреватель текучей среды, содержащий защитный кожух, расположенный внутри него трубчатый корпус с изолирующим стеклокерамическим покрытием на наружной поверхности и нагревательный элемент в виде металлокерамического резистора, выполненного в виде резистивного слоя, нанесенного на изолирующее стеклокерамическое покрытие методом трафаретной печати с последующим вжиганием, согласно полезной модели снабжен стеклосодержащим защитным слоем, нанесенным на поверхность резистивного слоя методом трафаретной печати с последующим вжиганием.
Наличие стеклосодержащего защитного слоя, надежно связанного с нижележащим резистивным слоем, позволяет исключить возникновение токов утечки или, по крайней мере, значительно снизить их величину, что благотворно влияет на электробезопасность и надежность работы нагревателя.
Предпочтительно выполнение трубчатого корпуса из нержавеющей стали. В этом случае материалы корпуса и изолирующего стеклокерамического покрытия хорошо согласуются по физическим свойствам (температурный коэффициент линейного расширения, температуры фазовых превращений), что позволяет выполнить изолирующий слой беспористым и с хорошей адгезией.
Преимущественно толщина стеклокерамического покрытия составляет 0,09-0,4 мм, а толщина резистивного слоя составляет 0,008-0,1 мм. Это позволяет обеспечить высокую (до 3000 В) электрическую прочность изолирующего слоя и одновременно в широких пределах варьировать мощность резистора (0,5-20 кВт).
При этом резистивный слой металлокерамического резистора может иметь зигзагообразную форму линейными участками, параллельными продольной оси трубчатого корпуса. Такая форма резистивного слоя позволяет получить оптимальный
теплосъем с резистивного элемента, обеспечить низкие рабочие температуры и надежность нагревателя текучей среды.
Кроме того, на концах металлокерамического резистора могут быть сформированы контактные площадки из электропроводящего материала, что упрощает процесс подключения нагревателя к питающей электросети.
При этом защитный кожух выполнен съемным и установлен на трубчатом корпусе с помощью двух охватывающих трубчатый корпус колец. Защитный кожух может быть выполнен из двух частей, имеющих возможность взаимной фиксации, что облегчает процесс подключения нагревателя и его обслуживания.
На фиг.1 схематично изображено поперечное сечение нагревателя;
на фиг.2 показан участок трубчатого корпуса с нанесенными на него слоями, вид сбоку со снятым защитным кожухом.
Нагреватель текучей среды содержит трубчатый корпус 1, выполненный из теплопроводного материала. На наружную поверхность трубчатого корпуса 1 нанесено изолирующее стеклокерамическое покрытие 2 толщиной 0,09-0,4 мм, на которое, в свою очередь, нанесен резистивный слой 3, формирующий нагревательный элемент в виде металлокерамического резистора. Резистивный слой 3 металлокерамического резистора имеет зигзагообразную форму с линейными участками, параллельными продольной оси трубчатого корпуса (фиг.2). Толщина резистивного слоя 3 составляет 0,008-0,1 мм. На поверхность резистивного слоя 3 нанесен стеклосодержащий защитный слой 4 толщиной, примерно равной толщине изолирующего стеклокерамического покрытия 2.
Все нанесенные на трубчатый корпус 1 слои (изолирующее стеклокерамическое покрытие 2, резистивный слой 3 и стеклосодержащий защитный слой 4) образованы с использованием высокопроизводительной толстопленочной технологии, включающей последовательность операций нанесения преимущественно методом трафаретной печати и последующего вжигания специального комплекта композиционных паст. Это определяет относительно невысокую стоимость и хорошую воспроизводимость параметров нагревателя. В готовом (вожженном) состоянии резистивный слой 3 состоит из мелких функциональных частиц (смесь порошков проводящих частиц и частиц окислов металлов в соответствующих пропорциях), находящихся в массовом контакте друг с другом и "склеенных" стеклом с относительно невысокой температурой плавления.
На концах линейных участков резистивного слоя 3 металлокерамического резистора сформированы контактные площадки 5 из электропроводного материала для присоединения, например пайкой или сваркой, тоководов 6.
На трубчатом корпусе 1 установлены охватывающие трубчатый корпус 1 кольца 7, предназначенные для установки на них защитного кожуха 8. Защитный кожух 8 (фиг.1) выполнен из теплоизоляционного материала, например, из подходящего полимерного материала и установлен с возможностью его съема с трубчатого корпуса 1. Для облегчения установки/съема защитного кожуха 8 он может быть выполнен разъемным, например состоящим из двух частей, взаимно фиксирующихся между собой за счет наличия впадины на одной части и выступа на другой (узел 9 на фиг.1). Указанные выступ и впадина сцепляются/расцепляются за счет упругости материала защитного кожуха при приложении соответствующего усилия. Описанное соединение частей защитного кожуха приведено в качестве примера, это соединение может быть выполнено и любым другим известным способом. Например, части защитного кожуха могут быть шарнирно соединены и иметь соответствующую защелку (не показано).
Предпочтительным материалом трубчатого корпуса 1 является нержавеющая сталь. В этом случае материалы корпуса и изолирующего покрытия 2 (стеклокерамического слоя) согласуются по физическим свойствам (температурный коэффициент линейного расширения, температуры фазовых превращений), что гарантируют получение беспористого изолирующего слоя с хорошей адгезией.
Наличие защитного покрытия и увеличенная по сравнению с ближайшим аналогом толщина изолирующего покрытия до 0,4 мм позволяют увеличить электрическую прочность не менее, чем до 1500 В, а использование метода трафаретной печати с последующим вжиганием слоя 3 в печи и состав стеклокерамики 2 обеспечивают достаточную электроизоляцию при толщине слоя от 0.09 мм.
Толщина резистивного слоя, составляющая 0,008-0,1 мм, обеспечивает возможность изменения тепловой мощности устройства в широком диапазоне значений путем изменения толщины слоя при его нанесении, при этом плотность тока может достигать 150 А/мм 2.
Собранный нагреватель текущей среды встраивают в систему циркуляционного водяного отопления в удобном для монтажа месте. При этом один из торцов трубчатого корпуса 1 является входным патрубком, а другой - выходным. Систему отопления заполняют любым жидким теплоносителем, и подсоединяют соответствующие тоководы 6 к внешней электрической цепи. Охлажденный жидкий теплоноситель от радиаторов отопления через входной патрубок поступает в трубчатый корпус, в котором он
нагревается через стенки трубчатого корпуса. Нагретый жидкий теплоноситель через выходной патрубок поступает к радиаторам отопления.
Отсутствие в описанной конструкции нагревателя текучей среды теплового барьера между резистивным слоем и стальным трубчатым корпусом позволяет улучшить эксплуатационные характеристики электронагревательных приборов при одновременном снижении потребляемой мощности на 15-20%.
Нагреватель текучей среды в соответствии с настоящей полезной моделью обеспечивает высокую электробезопасность, малую материалоемкость, малую тепловую инерционность, высокую скорость разогрева жидкого теплоносителя, возможность достижения высокой удельной мощности нагревателя (до 50 Вт/см2). При этом данный нагреватель экологический безопасен.
1. Нагреватель текучей среды, содержащий защитный кожух, расположенный внутри него трубчатый корпус с изолирующим стеклокерамическим покрытием на наружной поверхности и нагревательный элемент в виде металлокерамического резистора, выполненного в виде резистивного слоя, нанесенного на изолирующее стеклокерамическое покрытие методом трафаретной печати с последующим вжиганием, отличающийся тем, что снабжен стеклосодержащим защитным слоем, нанесенным на поверхность резистивного слоя методом трафаретной печати с последующим вжиганием.
2. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что трубчатый корпус выполнен из нержавеющей стали.
3. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что толщина изолирующего стеклокерамического покрытия составляет 0,09-0,4 мм, а толщина резистивного слоя составляет 0,008-0,1 мм.
4. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что резистивный слой металлокерамического резистора имеет зигзагообразную форму с линейными участками, параллельными продольной оси трубчатого корпуса.
5. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что на концах металлокерамического резистора сформированы контактные площадки из электропроводного материала.
6. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что защитный кожух выполнен съемным и установлен на трубчатом корпусе с помощью двух охватывающих трубчатый корпус колец.
7. Нагреватель по п.6, отличающийся тем, что защитный кожух выполнен из двух частей, имеющих возможность взаимной фиксации.
