Трубчатопозисторный корпусный нагреватель
Нагреватель относится к электронагревательным устройствам, основанным на нагревательных резисторах, и может быть использован в качестве комплектующего в различных нагревательных устройствах для повышения их производительности благодаря более быстрому нагреванию, для экономии электроэнергии по той же причине и размещению в нагревательном устройстве благодаря малым размерам. Сущность: введение трубчатого позистора (2) в корпус (1) нагревателя позволило избежать необходимости изолировать позистор (2) от корпуса, что уменьшило тепловое сопротивление между ними. 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 сопротивление, чтобы при достижении заданной температуры, например 300°С, все возникшее тепло рассеивалось. Поэтому небольшой начальный ток медленно нагревает резистор, к тому же ток сразу начнет уменьшаться.
1.2. Изолирующая засыпка имеет большое тепловое сопротивление.
2. Перерасход электроэнергии из-за медленного нагревания.
3. Пожароопасность, ибо возможны межвитковые замыкания и замыкания 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 веществе позистора), где сопротивление растет на 3...4 порядка, поэтому при включении течет большой ток, быстро нагревает позистор, но его сопротивление даже несколько уменьшается, а 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 корпусный позисторный нагреваетель, содержащий корпус с электроцепью, включающий по меньшей мере один позистор, внутренний ввод и сам корпус, служащий наружным вводом, сопряженным о позистором с малым электрическим и тепловым сопротивлением /3/. В прототипе (фиг.5) металлический корпус 7 выполнен П-образным о широкими стенками, ими зажата электроцепь в виде отопки (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 полоски 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 три открытые стороны корпуса 7.
Техническим результатом предполагаемого изобретения является устранение указанных недостатков: устранение изоляции внутреннего вывода от корпуса, возможно быстрое нагревание и устранение перерасхода электроэнергии.
Указанный технический результат достигается тем, что в позисторном корпусном нагревателе, содержащем корпус с электроцепью, включающей позистор, внутренний ввод и сам корпус, служащий наружным вводом, сопряженный с позистором о малым электрическим и тепловым сопротивлением, согласно предлагаемому изобретению, корпус выполнен полым из электротеплопроводного материала с наименьшей толщиной стенки, достаточной только для предотвращения повреждения электроцепи, позистор выполнен трубчатым, внутренний ввод выполнен пружинным и установлен враспор в его канале.
На чертеже показан трубчатопозисторный корпусный нагреватель, вид по радиусу. Если после названия детали нет номера, значит, она понятна из описания и уровня техники, она может не быть на чертеже. В металлическом или электротеплопроводном корпусе 1 в виде трубки с цилиндрической полостью в виде канала, открытого с одного конца, со стенкой наименьшей толщины, достаточной только для предотвращения повреждения расположенной в ней электроцепи, содержащей трубчатый позистор 2, пружинный внутренний ввод 3, вставленный враспор в канал позистора 2, и сам корпус 1, служащий наружным вводом. На внутренней и наружной поверхностях позистора 2 выполнены стандартные неотъемлемые электроды в виде тонких металлических покрытий (не показаны). Позистор 2 вставлен в корпус 1 с натягом, обеспечивающим сопряжение с корпусом 1 с малым электрическим и тепловым сопротивлением в рабочей температурной области. Вход в полость корпуса 1 закрыт изолирующей пробкой 4, скрепленной с корпусом 1 встречно согнутыми выступающими краями 5 корпуса 1, вдоль пробки 4 пропущено начало ввода 3. Позистор 2 находится между вводом 3 и корпусом 1, выполняя роль изолятора, предотвращающего короткое замыкание между ними, и проводника тока питания, что является основным замыслом этого нагревателя и причиной его преимуществ. Цилиндрическая стенка корпуса 1 снабжена продольными изгибами, как и дно, для уменьшения тепловых напряжений и надежного сопряжения позистора 2 с корпусом 1. 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 питания 6...36 В, постоянном или переменном, схема может быть однопроводной с нагреваемым устройством в качестве одного из проводников. При большем напряжении между корпусом 1 и гнездом для него в нагреваемом устройстве должна быть вставлена плотно теплопроводная изолирующая прокладка. Нагреватель может быть закреплен на средствах подвода питания (кабель и др.).
Работа нагревателя известна из уровня техники. Этот нагреватель быстро нагревает окружающую среду или устройство благодаря равномерной теплопередаче со всей цилиндрической поверхности, наименьшему тепловому сопротивлению между позистором 2 и корпусом 1, прохождению почти всего теплового поока сквозь корпус 1 и его малой теплоемкости. По этим причинам у него почти нет перерасхода электроэнергии. Полимерный корпус 1 будет сам нагреваться током питания, но перегреться он не сможет, ибо позистор 2 это предотвратит.
Преимущества этого нагревателя по сравнению с нагревателем с металлическим резистором:
1. Повышение производительности и экономия электроэнергии нагревательного устройства, куда он встроен, по указанным причинам.
2. Пожарная и технологическая безопасность, ибо исключен перегрев.
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 нагревательных устройствах 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.
Преимущества перед прототипом:
1. Бòльшая быстрота нагревания благодаря использованию трубчатого позистора, из которого почти все тепло переходит непосредственно в корпус нагревательного устройства, меньшему тепловому сопротивлению между позистором 2 и корпусом 1 благодаря отсутствию изоляции при питании безопасным напряжением, отсутствию потерь тепла на нагрев воздуха благодаря замкнутому корпусу 1.
2. Экономия электроэнергии благодаря почти полному отсутствию потерь тепла по указанным в п.1 причинам.
Источники информации
1. Бирни Дж.С., Францис Р.Дж. Трубчатый электронагреватель. Заявка ДПС №097/28670, МКИ Н05В 3/50.
2. Николаев Ю.Д. и др. Позисторный нагреватель карбюратора двигателя внутреннего сгорания. Патент РФ №2020254, МКИ F02M 31/12, 1992 г.
3. Докторович З.И. Терморезистивный элемент. Патент РФ №2068587, МКИ Н01С 7/02, 1994 г. (на самом деле: позисторный нагреватель).
Позисторный корпусный нагреватель, содержащий корпус с электроцепью, включающей позистор, внутренний ввод и сам корпус, служащий наружным вводом, сопряженный с позистором с малым электрическим и тепловым сопротивлением, отличающийся тем, что корпус выполнен полым из электротеплопроводного материала с наименьшей толщиной стенки, достаточной только для предотвращения повреждения электроцепи, позистор выполнен трубчатым, внутренний вывод выполнен пружинным и установлен враспор в его канале.
