Позисторный корпусный нагреватель
Изобретение относится к электронагревательным устройствам, основанным на нагревательных резисторах, и может быть использован в качестве комплектующего для различных нагревательных устройств для повышения их производительности благодаря более быстрому нагреванию и для экономии электроэнергии и размещению в нагревательном устройстве благодаря малым размерам. Введение 2 позистора в корпус нагревателя позволило избежать необходимости изолировать позисторы от корпуса, что уменьшило тепловое сопротивление между позисторами и корпусом. 1 ил.
Предлагаемое изобретение относится к электричеству, электронагреву, резистивному нагреванию, конструктивным нагревательным элементам, сопряженным с соединительными деталями, а именно к корпусным позисторным нагревателям.
Широко известен проволочный нагреватель в виде ТЭНа, содержащий металлический трубчатый корпус 1, проволочный нагревательный резистор 10 и изолирующую засыпку 15 /1/.
Недостатки 1-го аналога
1. Медленное нагревание, ибо
1.1. Металлы имеют небольшой положительный ТКС, поэтому резистор должен иметь большое номинальное сопротивление, чтобы при достижении заданной температуры, например 300°С, все возникшее тепло рассеивалось, поэтому небольшой начальный ток медленно нагревает резистор, к тому же он сразу начинает уменьшаться.
1.2. Изолирующая засыпка имеет большое тепловое сопротивление.
2. Перерасход электроэнергии из-за медленного нагревания.
3. Пожароопасность, ибо возможны межвитковые замыкания и на корпус.
Известен позисторный нагреватель карбюратора, содержащий тепловод 1 в виде пластинки, на конце которого с хорошим тепловым и электрическим контактом закреплен позистор 3 /2/. Позистор - это резистор в виде тела простой формы из полупроводниковой керамики с электродами, имеющий ненормально большой положительный ТКС в очень узкой температурной области (области обратимого фазового превращения в вещества позистора), где сопротивление растет на 3...4 порядка, поэтому при включении течет большой ток, быстро нагревая позистор, но его сопротивление даже несколько уменьшается, но при температуре фазового превращения сопротивление резко возрастает, ток резко падает до значения, которое обеспечивает лишь возмещение рассеиваемого тепла, поэтому позистор не может перегреться, т.е. позистор способен самоподдерживать температуру, как будто его питает автоматическая система поддержания температуры. Поэтому позисторный нагреватель не имеет недостатков ТЭНа или они существенно уменьшены.
Недостатки 2-го аналога
1. Недостаточно быстрое нагревание, ибо тепло рассеивается с наружной грани позистора и с поверхности тепловода пока тепловой поток идет к другому его концу.
2. Перерасход электроэнергии из-за потерь тепла, рассеиваемого вне карбюратора.
В качестве прототипа выбран позисторный корпусный нагреватель, содержащий корпус с электроцепью, включающей позистор, внутренний ввод и сам корпус, служащий наружным вводом, сопряженным с позистором с малым электрическим и тепловым сопротивлением /3/. В прототипе (фиг.5) металлический корпус 7 выполнен П-образным с широкими стенками, ими зажата электроцепь в виде стопки (снизу вверх): изолятор 4, внутренний ввод 2, один электрод (не показан), тело позистора 1, другой электрод (не показан) позистора 1. Некоторые позиции здесь названы правильнее, чем в описании прототипа. Позисторы - тонкие, но широкие для большей теплоотдачи электроды 2 (фиг.2) - на широких гранях тела позистора они не доходят до краев позистора, образуя охранные зоны 3, предотвращающие возможности замыкания электродов при случайном касании с корпусом 7. Конец внутреннего ввода 2 (фиг.5) тоже не выходит за границы электрода. Прототип соответствует его назначению.
Недостатки прототипа
1. Необходимость изолятора 4 под внутренним вводом 2.
2. Не наиболее быстрое нагревание корпуса 7 из-за изолятора 4.
3. Перерасход электроэнергии из-за не наиболее быстрого нагревания и рассеяния тепла через 3 открытые стороны корпуса 7.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков: устранение изолятора внутреннего ввода из корпуса, возможно быстрое нагревание и устранение перерасхода электроэнергии.
Указанный технический результат достигается тем, что в позисторном корпусе нагревателе, содержащем корпус с электроцепью, включающей позистор, внутренний ввод и сам корпус, служащий наружным вводом, сопряженный с позистором с малым электрическим и тепловым сопротивлением, согласно предлагаемому изобретению корпус выполнен полым из электротеплопроводного материала с наименьшей толщиной стенок, достаточной только для предотвращения повреждения электроцепи, электроцепь снабжена 2-м позистором, симметричным 1-му, относительно вертикальной плоскости симметрии корпуса, внутренний ввод выполнен пружинным и установлен враспор между позисторами.
На чертеже изображен паропозисторный корпусный нагреватель, вид сбоку. Если после названия детали нет номера, значит она понятна из описания и уровня техники, она может не быть на чертеже. В металлическом или электропроводном полимерном корпусе 1 в виде плоского параллелепипеда с полостью, открытой с одной стороны, со стенками наименьшей толщины, достаточной только для предотвращения повреждения расположенной в ней электроцепи, содержащей пару плоских позисторов 2л (левый) и 2п (правый), расположенных симметрично вертикальной плоскости симметрии корпуса 1, пружинный внутренний ввод 3 и сам корпус 1, служащий наружным вводом; ввод 3 установлен враспор между позисторами 2, поэтому прижимает их широкими гранями к корпусу 1. На обеих широких гранях каждого позистора 2 выполнены стандартные электроды в виде тонких металлических покрытий, поэтому 1 соединены параллельно между вводом 3 и корпусом 1, выполняя роль изоляторов, предотвращающих короткое замыкание между ними, и проводников тока питания, что является основным замыслом этого нагревателя и причиной его преимуществ. Вход в полость корпуса закрыт изолирующей пробкой 4, скрепленной с корпусом 1 встречно согнутыми выступающими краями 5 широких стенок корпуса 1; вдоль пробки 4 пропущено начало ввода. Узкие стенки корпуса 1 снабжены продольными изгибами (как и дно) для уменьшения тепловых напряжений. Для питания нагревателя к корпусу 1 и вводу 3 могут быть присоединены известные средства с помощью прижимов, пайки и т.д. Нагреватель может быть плотно вставлен в нагреваемое устройство; при напряжении 6...36 В, постоянном или переменном, питание может быть однопроводным с использованием нагреваемого устройства в качестве одного из проводов; при большем напряжении между корпусом 1 и гнездом для него в нагреваемом устройстве должна быть плотно вставлена теплопроводная изолирующая прокладка. Для нагрева воздуха или жидкости нагреватель может быть закреплен на средствах подвода питания, например к жилам кабеля, присоединенным к корпусу 1, и ввод 3.
Работа нагревателя известна из уровня техники. Этот нагреватель дает больший тепловой поток благодаря параллельному соединению позисторов 2л и 2п (доказательство: так соединены э/лампы), наименьшему тепловому сопротивлению между позисторами 2 и корпусом 1, прохождению почти всего теплового потока сквозь корпус 1 и его малой теплоемкости. По этим причинам у него почти нет перерасхода электроэнергии. Отсутствие электроизоялции между позисторами 2 и корпусом 1 не вредно, ибо переходное сопротивление между ними вне электродов велико, а при случайном низком сопротивлении часть объема позистора между пятном сопряжения и вводом 3 работает как дополнительно включенный параллельно позистор, ускоряя нагревание, но перегреться он не сможет, ибо позисторы 2 это предотвратят.
Преимущества позисторного нагревателя с металлическим резистором
1. Повышение производительности и экономия электроэнергии по указанным причинам и прохождению всего теплового потока из середины нагревателя.
2. Пожарная и технологическая безопасность, ибо исключен перегрев нагреваемого материала и среды.
3. Возможность питания различными видами напряжений в широкой области номинальных значений без всяких дополнительных мер: при отсутствии изоляции корпуса 1 от нагревателя - от 6 до 36 В, с изоляцией, обеспечивающей безопасность, - от 120 В и выше.
4. Использование в нагревателях небольших размеров.
5. Отсутствие дорогих устройств, предназначенных поддерживать температуру, и более точное поддержание температуры, поскольку нет реле и цепей управления и исполнительных устройств, где задерживается прохождение извещающих и командных сигналов и операций.
Преимущество перед прототипом
1. Наибольшая быстрота нагревания благодаря использованию 2-х позисторов, меньшему тепловому сопротивлению между позисторами и корпусом без изолирующей пластинки между ними, отсутствию потерь тепла благодаря замкнутому корпусу 1.
2. Экономия электроэнергии благодаря почти полному отсутствуют потерь тепла по указанным в п.1 причинам.
Источники информации
1. Бирни Дж. С., Францис Р. Дж. Трубчатый электронагреватель, заявка ДПС № WO 97/28670, МКИ Н 05 В 3/50.
2. Николаев Ю.Д. и др. Позисторный нагреватель карбюратора двигателя внутреннего сгорания, патент РФ 2020254, МКИ F 02 М 31/12, 1992/93 г.
3. Докторович З.И. Терморезистивный элемент, патент РФ 2068587, МКИ Н 01 С 7/02, 1994/96 г.
Позисторный корпусный нагреватель, содержащий металлический корпус, служащий наружным электрическим вводом, с электроцепью, позистор которой одним своим электродом сопряжен со стенкой корпуса с малым электрическим и тепловым сопротивлением, а другим - с внутренним электрическим вводом, отличающийся тем, что корпус выполнен полым из электропроводящего материала с наименьшей толщиной стенок, достаточной только для предотвращения повреждения электроцепи, электроцепь снабжена вторым позистором, внутренний ввод выполнен пружинным и установлен враспор между позисторами.
