RU179355U1

RU179355U1 - Tank heater

Info

Publication number: RU179355U1
Application number: RU2017144681U
Authority: RU
Inventors: Лариса Юрьевна Вадова; Анатолий Иванович Юрченко
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2018-05-11

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к электротермии, а именно к конструкциям обогревателей емкостей, предназначенных для подогрева в них застывающих и вязких продуктов в любых отраслях промышленности.Задача предлагаемого изобретения – повысить эффективность нагрева и уменьшить потери тепла в атмосферу.Поставленная задача в предлагаемом обогревателе емкостей, содержащим корпус, внутри которого размещен резистивный нагреватель в изоляции, достигается тем, что корпус выполнен коробчатым, с конфигурацией сечения в горизонтальной плоскости подобной конфигурации сечения в горизонтальной плоскости обогреваемой емкости, верхняя теплоизлучающая стенка которого жестким опорным элементом соединена с нижней стенкой, на внешней стороне которой по периметру и радиально укреплены трубки, резистивный нагреватель размещен в корпусе вокруг жесткого опорного элемента, свободный объем полости корпуса заполнен фиксирующим резистивный нагреватель твердеющим диэлектрическим наполнителем, а между последним и нижней стенкой размещен теплоизолирующий слой с теплоотражателем.The proposed utility model relates to electrothermics, namely, to designs of tank heaters designed to heat them hardening and viscous products in any industries. The objective of the invention is to increase heating efficiency and reduce heat loss to the atmosphere. The task in the proposed tank heater containing the housing, inside which the resistive heater is placed in isolation, is achieved by the fact that the housing is box-shaped, with the configuration of the cross section in horizontal of a flatness of a similar cross-sectional configuration in the horizontal plane of the heated vessel, the upper heat-radiating wall of which is connected by a rigid support element to the lower wall, on the outside of which tubes are perimeter and radially strengthened, the resistive heater is placed in the housing around the rigid support element, the free volume of the housing cavity is filled with a fixing resistive a heater with a hardening dielectric filler, and a heat-insulating layer with a heat reflector is placed between the last and lower wall.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к электротермии, а именно, к конструкциям обогревателей емкостей, предназначенных для подогрева в них застывающих и вязких продуктов в любых отраслях промышленности.The proposed utility model relates to electrothermics, namely, to the designs of tank heaters designed to heat them hardening and viscous products in any industry.

Известны поверхностные электронагреватели для бочек, представляющие собой вмонтированный в ПВХ оболочку гибкий, плоский нагреватель, снабженный с внешней стороны теплоизолирующим и теплоотражающим слоем (см., например, информационные листки «Обогрев ёмкостей, бочек, еврокубов», 2012 г. «Альфа-мегаполис и Новые технологии» Москва. Информационные листки прилагаются).Surface electric heaters for barrels are known, which are a flexible, flat heater mounted in a PVC shell, provided with an insulating and heat-reflecting layer on the outside (see, for example, information sheets “Heating containers, barrels, eurocubes”, 2012 “Alpha metropolis and New technologies "Moscow. Information sheets are attached).

За прототип авторами принято поверхностное нагревательное устройство (авт. св. №965027, кл. Н05В 3/06), содержащее жесткий цилиндрический корпус, к которому прикреплены секции электронагревателя, выполненного в виде гибкого резистивного проволочного элемента, снабженного слоем электроизоляции и расположенного петлеобразно с возможностью прилегания к боковой поверхности цилиндрической емкости.The authors adopted the surface heating device (ed. St. No. 965027, class Н05В 3/06) containing a rigid cylindrical body to which sections of the electric heater, made in the form of a flexible resistive wire element equipped with a layer of electrical insulation and arranged loop-like, are adopted as a prototype fit to the side surface of the cylindrical container.

Серьезным недостатком всех вышеприведенных устройств является их малая эффективность и большие потери тепла в атмосферу. Малая эффективность приведенных устройств объясняется тем, что нагрев содержимого емкостей происходит через теплопроводность нагреваемых сред, так как нагреватели расположены со стороны боковых поверхностей емкостей. А так как содержимое ёмкостей имеет низкую теплопроводность, то разогрев содержимого емкостей происходит долго, присутствует перегрев пристеночных зон и большие потери тепла в атмосферу. Нагрев идет долго, а поверхность потерь тепла в атмосферу велика, по крайней мере, она не меньше поверхности, контактирующей с ёмкостью со стороны нагрева. В известных устройствах конвективный перенос тепла нагреваемым продуктом практически отсутствует, так как нагрев продукта происходит не снизу, а сбоку емкости. А еще в учебнике «Физика» за 8-ой класс, автор Пёрышкин А.В., 2004 г. стр. 15-16 сказано, что для получения естественной конвекции жидкости и газы следует нагревать снизу.A serious drawback of all the above devices is their low efficiency and large heat loss to the atmosphere. The low efficiency of the above devices is explained by the fact that the heating of the contents of the containers occurs through the thermal conductivity of the heated media, since the heaters are located on the side of the side surfaces of the containers. And since the contents of the containers have low thermal conductivity, the heating of the contents of the containers takes a long time, there is an overheating of the wall zones and large losses of heat to the atmosphere. Heating takes a long time, and the surface of heat loss to the atmosphere is large, at least it is not less than the surface in contact with the tank on the heating side. In known devices, convective heat transfer by the heated product is practically absent, since the product is heated not from below, but from the side of the tank. And in the textbook “Physics” for the 8th grade, the author Poryshkin AV, 2004, pp. 15-16 says that to obtain natural convection, liquids and gases should be heated from below.

Задача предлагаемого изобретения – повысить эффективность нагрева и уменьшить потери тепла в атмосферу. The objective of the invention is to increase the heating efficiency and reduce heat loss to the atmosphere.

Поставленная задача в предлагаемом обогревателе ёмкостей, содержащим корпус, внутри которого размещен резистивный нагреватель в изоляции, достигается тем, что корпус выполнен коробчатым, с конфигурацией сечения в горизонтальной плоскости подобной конфигурации сечения в горизонтальной плоскости обогреваемой ёмкости, верхняя теплоизлучающая стенка которого жестким опорным элементом соединена с нижней стенкой, на внешней стороне которой по периметру и радиально укреплены трубки, резистивный нагреватель размещен в корпусе вокруг жесткого опорного элемента, свободный объем полости корпуса заполнен фиксирующим резистивный нагреватель твердеющим диэлектрическим наполнителем, а между последним и нижней стенкой размещен теплоизолирующий слой с теплоотражателем.The task in the proposed tank heater, comprising a housing inside which a resistive heater is located in insulation, is achieved by the fact that the housing is box-shaped, with a cross-sectional configuration in the horizontal plane of a similar cross-sectional configuration in the horizontal plane of the heated tank, the upper heat-radiating wall of which is connected by a rigid supporting element to bottom wall, on the outer side of which along the perimeter and radially strengthened tubes, a resistive heater is placed in the housing around the gesture of the supporting element, the free volume of the body cavity is filled with a hardening dielectric filler fixing the resistive heater, and a heat-insulating layer with a heat reflector is placed between the last and lower wall.

В результате решения поставленной задачи получен технический результат, заключающийся в увеличении эффективности нагрева обогреваемой емкости, а именно в уменьшении времени нагрева. Дело в том, что в известных устройствах нагрева ёмкостей с вязкими и высоковязкими продуктами теплоизлучающие стенки и нагреватели располагаются вдоль боковых стенок ёмкостей, а потому вначале нагреваются их стенки, а потом через теплопроводность находящийся в ёмкости продукт. Но так как все эти продукты имеют низкий коэффициент теплопроводности, то нагрев их через теплопроводность происходит очень долго. Вдоль всей боковой стенки внутри емкости температура продукта устанавливается одинаковой, а потому конвективный перенос теплоты отсутствует и наступает перегрев пристеночной зоны. Для наступления естественной конвекции необходимо, чтобы имела место разность плотностей нагретых и холодных частиц среды, которая обусловлена наличием разности температур (см., например, книгу «Электрические аппараты», автор Родштейн Л.А., Л., Энергоатом издат, 1989 г. стр. 11). Продукт, соприкасающийся с поверхностью нагревающегося дна ёмкости, нагревается сначала за счет теплопроводности, становится легче вышележащего и стремится с ним поменяться местами, унося приобретенную теплоту. Далее охлажденные частицы опускаются вниз и таким образом конвективный теплообмен запускается. Реализации этого процесса предназначено предлагаемое устройство, которое размещается под дном обогреваемой ёмкости. От теплоизлучающей верхней стенки устройства сначала нагревается дно обогреваемой ёмкости, затем через теплопроводность нагреваются слои жидкости, соприкасающиеся с дном емкости и близлежащие слои. Нагретые слои становятся легче вышележащих, поднимаются вверх и уносят отобранную от нагретого тела теплоту. Передача теплоты конвекцией всегда связана с теплопроводностью. Если тело имеет более высокую температуру, чем окружающая среда, то слои жидкости, нагреваясь от тела через теплопроводность, становятся легче и под действием возникающей подъемной силы поднимаются вверх, а на их место поступают из окружающего пространства более холодные слои (см., например, книгу «Техническая термодинамика и теплопередача», автор Нащокин В.В. м., Высшая школа, стр.388), что исключает и перегрев продукта. Для уменьшения теплопотерь емкость сверху можно покрыть теплоизолирующим покрывалом или специальным чехлом в виде колпака. Авторы стремились выполнить коробчатый корпус как можно тоньше, то есть, как можно меньше по высоте. Это позволит обогреваемую емкость наклонить, подложить обогреватель под дно и емкость опустить на коробчатый корпус. Не везде и не всегда на предприятии или на данном участке предприятия имеются электрокара с подъемником или другой подъемный механизм, а потому предлагаемый обогреватель и с этой точки зрения представляет интерес. Трубка, укрепленная по периметру на внешней стороне нижней стенки, позволяет создать между полом и емкостью ограниченный закрытый объем, что уменьшает потери тепла через дно корпуса на пол, чем когда дно непосредственно контактирует с полом. Радиально укрепленные трубки на внешней стороне нижней стенки исключают ее прогиб при всяких непредвиденных перегрузках, толчках и обстоятельствах.As a result of solving the problem, a technical result is obtained, consisting in increasing the heating efficiency of the heated vessel, namely, reducing the heating time. The fact is that in the known devices for heating containers with viscous and highly viscous products, the heat-emitting walls and heaters are located along the side walls of the tanks, and therefore their walls are first heated, and then the product in the tank is heated through thermal conductivity. But since all these products have a low coefficient of thermal conductivity, their heating through thermal conductivity takes a very long time. Along the entire side wall inside the vessel, the product temperature is set equal, and therefore there is no convective heat transfer and overheating of the parietal zone occurs. For the onset of natural convection, it is necessary that there be a difference in the densities of heated and cold particles of the medium, which is due to the presence of a temperature difference (see, for example, the book "Electric Appliances", author Rodshtein L.A., L., Energoatom published, 1989 p. 11). The product in contact with the surface of the heated bottom of the tank is heated first due to thermal conductivity, it becomes lighter than the overlying one and tends to change places with it, taking away the acquired heat. Further, the cooled particles are lowered down and thus convective heat transfer is started. The proposed device, which is located under the bottom of a heated tank, is intended to implement this process. From the heat-emitting upper wall of the device, the bottom of the heated tank is first heated, then the layers of liquid in contact with the bottom of the tank and nearby layers are heated through thermal conductivity. The heated layers become lighter overlying, rise up and carry away the heat selected from the heated body. Heat transfer by convection is always associated with thermal conductivity. If the body has a higher temperature than the environment, then the layers of liquid, heating up from the body through heat conduction, become lighter and rise under the action of the arising lifting force, and cooler layers come from the surrounding space (see, for example, the book “Technical Thermodynamics and Heat Transfer”, author Nashchokin V.V. M., Higher School, p. 388), which eliminates the product overheating. To reduce heat loss, the tank on top can be covered with a heat-insulating blanket or a special cover in the form of a cap. The authors sought to make the box body as thin as possible, that is, as low as possible. This will allow the heated container to tilt, put the heater under the bottom and lower the container to the box-shaped case. Not everywhere and not always in the enterprise or in this section of the enterprise there is an electric car with a lift or other lifting mechanism, and therefore the proposed heater is of interest from this point of view. A tube mounted around the perimeter on the outside of the bottom wall allows a limited enclosed volume to be created between the floor and the container, which reduces heat loss through the bottom of the cabinet to the floor than when the bottom is in direct contact with the floor. Radially strengthened tubes on the outside of the lower wall exclude its deflection under any unforeseen overloads, shocks, and circumstances.

На прилагаемых чертежах представлен вариант исполнения предлагаемого обогревателя, где на фиг.1 показан общий вид обогревателя, на фиг.2 – сечение по АА на фиг.1.The accompanying drawings show an embodiment of the proposed heater, where in Fig. 1 shows a general view of the heater, in Fig. 2 is a section along AA in Fig. 1.

Обогреватель ёмкости содержит коробчатый корпус, состоящий из отрезка трубы 1, верхней теплоизлучающей стенки 2, нижней стенки 3 и опорного элемента в виде отрезка трубы 4. Во внутренней полости корпуса размещены электроизолирующий слой 5 из стеклоткани, резистивный нагреватель в виде нихромовой спирали 6, фиксирующий спираль 6 твердеющий наполнитель 7, теплоотражающую фольгу 8 и теплоизолирующий слой 9. В качестве фиксирующего нихромовую спираль 6 твердеющего диэлектрического наполнителя 7 используют раствор теплостойкого цемента или глины, которая после обжига приобретает твердость камня. Концы спирали 6 подсоединены к клеммам 10, вмонтированным герметично в колодке 11 штепсельной вилки из термостойкого материала АГ-4В, встраиваемой жестко в боковую стенку трубы 1. С внешней стороны нижней стенки 3 по периметру прикреплена трубка 12, а радиально – трубки 13. Сборка обогревателя производится в следующем порядке. К трубам 1 и 4 крепится винтами с потайной головкой (на чертежах не показаны) верхняя стенка 2, конструкция переворачивается и укладываются: слой тонкой стеклотканевой изоляции 5, спираль 6, предварительно уложенная в кремнеземный чулок (на чертеже не показан), подсоединяются концы спирали 6 к клеммам 10 и все заливается цементным или глинистым наполнителем 7. После того, как раствор затвердеет, на него накладывается фольга 8 с теплоизолирующим слоем 9 и к трубам 1 и 4 крепится нижняя стенка 3 и трубки 12 и 13. Трубы 1 и 4, стенки 2 и 3 и трубки 12 и 13 лучше изготавливать из дюралюминия, это сильно облегчает обогреватель. Назначение трубы 4 – исключить прогиб теплоизлучающей стенки 2 или придать конструкции корпуса обогревателя жесткость. При диаметре спирали, равной 6 мм, толщине стенок 2 и 3 – 4 мм, трубок 12 и 13 – 10 мм толщина обогревателя получается не более 26 мм, такая малая его толщина облегчает работу с ним. Конфигурация (внешнее очертание) корпуса в горизонтальном сечении подобна конфигурации сечения в горизонтальной плоскости обогреваемой ёмкости – это позволяет разрабатывать такой простой и эффективный обогреватель для ёмкости любой конфигурации сечения в горизонтальной плоскости. Предлагаемый обогреватель имеет высокую надёжность, так как спиральный нагреватель 6 изготавливается из нихромовой проволоки с большой недогрузкой по плотности тока, что возможно из-за требующейся невысокой температуры теплоизлучающей стенки 2. Спиральный нагреватель 6 можно изготавливать из отожжённой стальной проволоки, которая значительно дешевле нихромовой. В качестве колодки II и клемм 10 предлагается использовать стандартную штепсельную вилку (см; например, книгу «Технический словарь школьника», авторы Пешков Е. О. и Фадеев Н. И., 1961 г., М., стр,11), легко, удобно и надёжно встраиваемую и укрепляемую в боковую стенку трубы 1. Предлагаемый обогреватель можно использовать для обогрева продукта как в металлических ёмкостях, так и в пластмассовых. В последнем случае придётся уменьшить температуру спирали 6 (придётся увеличить длину проволоки) или на внешнюю поверхность теплоизолирующей стенки 2 прикрепить той или иной толщины дополнительную пластину из металла или теплоизолирующего материала (на чертежах не показаны), например паронита. The tank heater contains a box-shaped case, consisting of a pipe segment 1, upper heat-radiating wall 2, lower wall 3 and a support element in the form of a pipe segment 4. An electrically insulating layer 5 of fiberglass is placed in the inner cavity of the body, a resistive heater in the form of a nichrome spiral 6, a fixing spiral 6 hardening filler 7, heat-reflecting foil 8 and heat-insulating layer 9. As a fixing nichrome spiral 6 hardening dielectric filler 7 use a solution of heat-resistant cement or clay s, which after firing becomes hard stone. The ends of the spiral 6 are connected to the terminals 10, tightly mounted in the block 11 of the plug of heat-resistant material AG-4B, which is embedded rigidly in the side wall of the pipe 1. On the outside of the lower wall 3, a tube 12 is attached around the perimeter, and a tube 13 is radially mounted. Assembling the heater produced in the following order. The upper wall 2 is attached to the pipes 1 and 4 with countersunk head screws (not shown in the drawings), the structure is turned over and laid down: a layer of thin fiberglass insulation 5, a spiral 6, previously laid in a silica stocking (not shown in the drawing), the ends of the spiral 6 are connected to the terminals 10 and everything is filled with cement or clay filler 7. After the solution has hardened, a foil 8 with a heat-insulating layer 9 is applied to it and the bottom wall 3 and tubes 12 and 13 are attached to the pipes 1 and 4. Pipes 1 and 4, walls 2 and 3 and tubes 12 and 13 are better and gotavlivat of duralumin, it greatly facilitates the heater. The purpose of the pipe 4 is to eliminate the deflection of the heat-emitting wall 2 or to give rigidity to the structure of the heater casing. With a spiral diameter of 6 mm, wall thicknesses of 2 and 3 - 4 mm, tubes 12 and 13 - 10 mm, the thickness of the heater is no more than 26 mm, its small thickness makes it easier to work with. The configuration (external shape) of the case in horizontal section is similar to the configuration of the section in the horizontal plane of the heated tank - this allows you to develop such a simple and effective heater for the tank of any configuration of the section in the horizontal plane. The proposed heater has high reliability, since the spiral heater 6 is made of nichrome wire with a large underload of current density, which is possible due to the required low temperature of the heat-emitting wall 2. The spiral heater 6 can be made of annealed steel wire, which is much cheaper than nichrome. As a block II and terminals 10, it is proposed to use a standard plug (see; for example, the book "Technical Dictionary of a Schoolboy", authors Peshkov E.O. and Fadeev N.I., 1961, M., p. 11), it is easy , conveniently and reliably built-in and strengthened into the side wall of the pipe 1. The proposed heater can be used to heat the product both in metal containers and in plastic ones. In the latter case, it is necessary to reduce the temperature of the spiral 6 (it will be necessary to increase the length of the wire) or attach an additional plate of metal or heat-insulating material (not shown) to the external surface of the heat-insulating wall 2 (for example, paronite).

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

Подкладывают предлагаемый обогреватель под ёмкость с продуктом и к штепсельной вилке подсоединяют переносную штепсельную розетку (см., например, книгу «Технический словарь школьника», авторы Пешков Е. О. и Фадеев Н. И., м., Учпедгиз, 1961 г., стр. 113), подключённую к источнику тока. Использование штепсельной вилки с открытыми клеммами 10 и штепсельной розетки с закрытыми контактами (на чертежах не показаны) соответствует требованию техники безопасности-контакты с электрическим напряжением должны быть закрыты. Через спираль 6 начинает течь ток, который в первую очередь разогревает спираль 6 и теплоизлучающую верхнюю пластину 2, а от неё начинает греться дно ёмкости (на чертежах не показана) и нижние слои продукта. По мере нагрева нижних слоёв продукта нагретые частицы становятся легче и поднимаются вверх, а холодные частицы продукта опускаются вниз. По мере увеличения температуры дна ёмкости и нижних слоёв продукта процесс подъёма нагретых частиц вверх и опускания холодных частиц вниз (конвекции) увеличивается. Здесь имеют место два вида теплообмена – через теплопроводность и через конвекцию и эти два вида теплообмена возможны только при нагреве ёмкости снизу. Правда, со временем начинают прогреваться и другие элементы конструкции обогревателя. Но в предлагаемом обогревателе принимаются меры для уменьшения этих тепловых потерь, например, для уменьшения нагрева нижней стенки 3 между ней и твердеющим наполнителем 7 проложена теплоизоляция 8 с теплоотражающей фольгой 9, в твердеющий наполнитель 7 добавлены волокна асбеста (на чертежах не показаны), что уменьшает его теплопроводность и увеличивает его прочность, так как волокна асбеста играют армирующую роль, а вес наполнителя 7 уменьшается. А без конвективного теплообмена нагрев содержимого ёмкости происходил бы очень долго, так как теплопроводность вязких продуктов (битума, вазелинов, парафинов и др.) очень мала и самое неприятное – это перегрев пристеночных слоёв продукта, что сказывается на его качестве.Put the proposed heater under the container with the product and connect the portable plug socket to the plug (see, for example, the book "Technical Dictionary of a schoolboy", authors Peshkov E.O. and Fadeev N.I., M., Uchpedgiz, 1961, p. 113) connected to a current source. The use of a plug with open terminals 10 and a plug with closed contacts (not shown in the drawings) complies with safety requirements - contacts with electrical voltage must be closed. A current begins to flow through the spiral 6, which primarily heats the spiral 6 and the heat-emitting upper plate 2, and from it the bottom of the tank (not shown) starts to heat up and the lower layers of the product. As the lower layers of the product are heated, the heated particles become lighter and rise up, while the cold particles of the product drop down. As the temperature of the bottom of the container and the lower layers of the product increase, the process of raising heated particles up and lowering cold particles down (convection) increases. Here there are two types of heat transfer - through heat conduction and through convection, and these two types of heat transfer are possible only when the tank is heated from below. True, over time, other structural elements of the heater begin to warm up. But in the proposed heater, measures are taken to reduce these heat losses, for example, to reduce the heating of the lower wall 3 between it and the hardening filler 7, thermal insulation 8 with heat-reflecting foil 9 is laid, asbestos fibers (not shown) are added to the hardening filler 7, which reduces its thermal conductivity and increases its strength, since asbestos fibers play a reinforcing role, and the weight of the filler 7 decreases. And without convective heat transfer, the contents of the container would be heated for a very long time, since the thermal conductivity of viscous products (bitumen, petroleum jelly, paraffins, etc.) is very small and the most unpleasant is the overheating of the wall layers of the product, which affects its quality.

Claims

A tank heater, comprising a housing, inside which a resistive heater in insulation is placed, connected to a current source, characterized in that the housing is box-shaped, with a horizontal sectional configuration of a similar sectional configuration in the horizontal plane of a heated tank placed under the bottom of the heated tank, the upper heat-emitting the wall of which is connected by a rigid support element to the bottom wall, on the outside of which tubes are perimeter and radially strengthened, resistive heating The evacuator is placed in the housing around the rigid support element, the free volume of the cavity of the housing is filled with a hardening dielectric filler fixing the resistive heater, and a heat-insulating layer with a heat reflector is placed between the last and lower wall.