Результат интеллектуальной деятельности: ТРЕХФАЗНЫЙ ТРУБЧАТЫЙ ПРОТОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОПОДОГРЕВАТЕЛЬ ГАЗА

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано для высокотемпературного «чистого подогрева» воздуха или иной текучей среды, когда нагреваемая среда не загрязняется, например, продуктами сгорания топлива, как в огневых подогревателях, или продуктами распада электродов, как в электроподогревателях дуговых (плазмотронах).

Известен «Трехфазный электрический котел», АС СССР №117394 от 12.05.1958 г., содержащий нагреваемые электрическим током трубы, соединенные по концам с коллекторами - раздающим (холодным) на входе потока нагреваемой среды в подогреватель и сборным (горячим) на выходе потока из него, и токоведущие шины.

Недостатками данного электроподогревателя являются малая надежность и пониженная циклическая долговечность вследствие термических напряжений в местах соединения труб с коллектором, которые возникают из-за существенных различий между температурой коллекторов и труб.

Известен трубчатый «Электроподогреватель газа», АС СССР №1776930 от 30.05.1991 г., содержащий три нагреваемые током трубки с токоподводами на трубках, которые расположены взаимно параллельно и соединены токоведущей нулевой шиной, расположенной вблизи сборного коллектора, т.е. в зоне соединения труб с коллектором.

Недостатком данного технического решения является повышенная температура относительно длинной нулевой шины, возникающая вследствие большой силы тока, проходящего через шину, и слабого охлаждения ее поверхности (в основном за счет излучения и свободной конвенции), что для данного подогревателя на несколько порядков меньше конвективной теплоотдачи от стенки трубы к потоку в трубе. Кроме того, вследствие большой длины нулевой шины оказывается малым теплоотвод от шины к потоку в трубе.

Технической задачей заявляемого технического решения является повышение надежности электроподогревателя газа и понижение температуры нулевой шины.

Технический результат достигается в заявляемом трехфазном трубчатом проточном электроподогревателе газа, преимущественно для текучей неэлектропроводной среды, содержащем токоведущие трубки с контактами на них, каждая из которых одним входным («холодным») концом подключается к одной из фаз трехфазного источника электропитания, а другие концы выходные («горячие») токоведущих трубок присоединены к нулевой шине, соединяющей по току все токоведущие трубки, причем нулевая шина состоит из трех цилиндрических патрубков с двумя плоскими контактами прямоугольной формы на каждом из них, прикрепленных к патрубку по касательной, причем одна сторона контакта проходит по образующей патрубка, а полость между контактом и патрубком заполняется, например, сварным швом или припоем примерно до плоскости, перпендикулярной контакту и касательной к поверхности патрубка, угол между плоскостями контактов составляет 120°, внутренний канал патрубка выполнен цилиндрическим и расположен концентрически к поверхности патрубка, внутренний диаметр канала патрубка равен диаметру канала токоведущих трубок, а толщина стенки патрубка как минимум вдвое больше толщины стенки токоведущей трубки; при этом при сборке нулевой шины соседние патрубки складывают по плоскостям соответствующих контактов, которые скрепляют по наружным краям контактов, например, сваркой или пайкой, токоведущие трубки присоединяют к концам патрубков и образуют или слабо расходящийся треугольный трубный пучок, или треугольный пучок из взаимно параллельных трубок, причем с другой стороны к патрубкам шины присоединяют трубки, соединяющие нулевую шину со сборным коллектором.

На фиг.1 приведена схема трехфазного трубчатого проточного электроподогревателя газа, например с прямыми трубками.

На фиг.2 - схематично показан трехфазный трубчатый проточный электроподогреватель газа, вид по стрелке N.

На фиг.3 изображен патрубок.

На фиг.4 показано поперечное сечение патрубка.

На фиг.5 показан вид нулевой шины против потока.

На фиг.1 и фиг.2 изображен трехфазный трубчатый проточный электроподогреватель газа с токоведущими трубками 1, образующими слабо расходящийся трубный пучек, токоподводы 2 на токоведущих трубках 1, нулевую шину 3 и трубки 4, подводящие газ от нулевой шины 3 к сборному коллектору 5. Токоведущие трубки 1 отмечены также символами А, В, и С - соответственно фазам источника электропитания, к которому подключены эти токоведущие трубки 1 через контакты 2.

На фиг.3 изображен патрубок 6 нулевой шины при постоянном диаметре d канала патрубка 6, равном диаметру канала соединенной с ним токоведущей трубки 1, при этом толщина стенки патрубка 6 как минимум вдвое больше толщины стенки токоведущей трубки 1.

На фиг.4 показан вид по потоку патрубка 6 с плоскими контактами 7, по два контакта на каждый патрубок 6. Контакты 7 представляют собой, например, плоские металлические пластины толщиной б_к и прямоугольной формы в ортогональной проекции (вид сверху). Контакты 7 прикреплены к патрубку 6 меньшей стороной по образующей патрубка 6 и по касательной к его поверхности. Полость между контактом и поверхностью патрубка 6 заполнена, например, сварным швом 8. Угол между плоскостями контактов состовляет 120°.

Вид собранной нулевой шины 3 показан на фиг.5. При сборке нулевой шины 3 образующие ее три патрубка 6 складываются по плоскостям контактов, наружные края которых соединяют между собой, например, сваркой или пайкой 9.

На фиг.5 изображен равносторонний треугольник, по вершинам которого расположены центры сечения патрубков 6 плоскостью, перпендикулярной направлению потока. Длина стороны этого данного треугольника обозначается "а" и составляет: а=Dп+2б_к,

где Dп - наружный диаметр патрубка;

б_к - толщина металлической пластины.

Угол между плоскостями контактов 7 составляет 120° (см. фиг.4). Положение нулевой шины 3 по углу относительно оси, проходящей через центр треугольника на фиг.5 параллельно оси патрубков 6, может быть любым.

Работа заявляемого трехфазного трубчатого проточного электроподогревателя газа осуществляется следующим образом.

При работе трехфазного трубчатого проточного электроподогревателя газа нагреваемый газ или иная текучая неэлектропроводная среда движется по каналам токоведущих трубок 1 и нагревается за счет джоулева тепла, выделяющегося в стенках трубок при прохождении по ним электрического тока, который подводится через токоподводы 2 от источника трехфазного переменного тока. Средняя сила тока, проходящего между токоподводами 2 и нулевой шиной 3 на рабочих участках трубок, имеет расчетное значение, соответствующее заданному режиму электроподогревателя газа.

Испытания заявляемого трехфазного трубчатого проточного электроподогревателя газа (модуля) с нулевой шиной, выполненной в соответствии с данной заявкой, показали, что на всех режимах работы модуля перегрева шины происходит.

В частности, на данном модуле была получена температура воздуха 1000°С при расходе воздуха порядка 0,9 кг/сек, потребляемой мощности около 1 мВт и КПД примерно 0,9 (причем токоведущие трубки не имеют тепловой изоляции).