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.
findpatent.ru
PTC позисторный нагреватель ⋆ Варус
Позисторный нагревательПродукты РТС не определяются мощностью, а определяются температурой
Нагревательные элементы PTC (анг. Positive Temperature Co-efficient) обладают так называемым положительным температурным коэффициентом. На практике это означает потерю мощности при повышении температуры, до характерного для данного типа нагревательного элемента уровня. После достижения своей характеристической температуры, элемент PTC переходит на работу в стационарном режиме. Элементы PTC обладают особенностью саморегулировки мощности в зависимости от текущей температуры, которая, в свою очередь зависит от теплоотдачи от поверхности изделия.
Пример характеристики работы:
Черты
- безопасность благодаря саморегулировки температуры
- отсутствие необходимости дополнительного контроля температуры и тепловых выключателей,
- постоянная температура работы,
- высокая концентрация мощности,
- компактные размеры
- компактный, алюминиевый корпус,
- длительный срок службы
Применение позисторных нагревателей
- выпрямители и фены
- сушилки для рук, одежды, обуви,
- кондиционеры
- обогрев др поверхностей
www.varus.su
Как выбрать керамический энергосберегающий обогреватель для дома
Керамическим обогревателем называют прибор отопления, в котором выработка тепловой энергии осуществляется с помощью так называемого, керамического нагревательного элемента.
В настоящее время под понятие керамических попадает целый ряд нагревательных элементов, среди которых
- Керамические инфракрасные обогреватели нового поколения
- Позисторные керамические обогреватели
- Керамические электрические конвекторы
Как видите, выбирать есть из чего, нужно только понять, чем один прибор отличается от другого, в чем его преимущества и есть ли недостатки.
Начнем наш обзор с керамических инфракрасных обогревателей Пион Керамик, выпускаемых отечественным предприятием Фитинг Ателье.
Керамические инфракрасные обогреватели нового поколения
В керамических инфракрасных обогревателях нового поколения используются нагревательные элементы, изготовленные по технологии микродугового оксидирования или МДО, суть которой состоит в образовании из металла и керамики абсолютно нового вещества, в кристаллической решетке которого одновременно присутствуют молекулы углерода и металла.
Нагревательные элементы из металлокерамики демонстрируют лучшие свойства исходных материалов: высокую прочность металла и способность керамики создавать тепловое излучение в наиболее комфортном для человека, инфракрасном диапазоне.
Отличительной особенностью керамических инфракрасных обогревателей является достаточно низкая температура нагрева поверхности излучающего элемента (примерно 200 С), что исключает жесткое тепловое излучение, создающее ощущение дискомфорта в помещении.
Если проводить аналогию, то тепловое излучение керамического инфракрасного обогревателя нового поколения можно смело сравнивать с тепловым излучением русской печи. Только в отличие от кирпичной печи низкотемпературный керамический обогреватель рекомендуется крепить к поверхности потолка и направлять его излучение на предметы расположенные внизу комнаты.
Для увеличения площади покрытия тепловым излучением сзади нагревательного элемента располагают отражающий экран.
Позисторные керамические обогреватели
Позисторы это разновидность резисторов, полупроводниковых элементов, изготовленных на основе керамики и характеризующихся положительным температурным коэффициентом сопротивления.
Позисторы получают в результате сложного технологического процесса, в ходе которого происходит спекание исходных окислов в присутствии ряда добавок, таких, как титан, кремний и ряд других химических элементов. Процесс идет при температурах от 650 до 1100 С.
Полученный материал обладает свойством керамики создавать интенсивное тепловое излучение, к тому же имеет высокую прочность и долговечность.
Теплоотдача позисторной керамики при нагреве всего лишь до 150 С соизмерима с теплоотдачей обычного нагревательного элемента (ТЭН) с температурой поверхности 600 и более С.
Эта способность передавать тепло делает позисторную керамику просто незаменимой при производстве современных электрических обогревателей
Но на этом уникальные свойства керамических обогревателей не ограничиваются. Дело в том, что позисторный нагревательные элементы обладают способностью к саморегулированию: при комнатной температуре они имеет низкое сопротивление, благодаря чему, нагреваются очень быстро. По мере роста температуры, их сопротивление возрастает, что при нагреве примерно до 170-190 С приводит к прекращению нагрева.
При остывании поверхности позисторной керамики процесс нагрева возобновляется. Таким образом, происходит процесс саморегулирования теплоотдачи, что положительно сказывается на экономичности самого прибора отопления.
Еще одно достоинства позисторной керамики состоит в возможности придания ей любой формы: в виде сложной ребристой конструкции, плоскости или цилиндра, что позволяет выпускать различные приборы отопления, а также использовать позисторную керамику в различных отраслях народного хозяйства, например, для подогрева жидких сред в пищевой или фармацевтической промышленности.
В настоящее время, говоря о керамическом обогревателе, в подавляющем большинстве случаев речь идет именно о приборах, в которых процесс теплопередачи осуществляется с помощью позисторной керамики.
Керамические конвекторы
Керамический конвектор представляет собой устройство, в котором нагревательный элемент, изготовленный, из керамики, дополнен вентилятором, создающим воздушный поток и обеспечивающим интенсивную передачу тепла в помещение.
В керамических конвекторах известных торговых марок, а также в приборах отопления, выпускаемых добросовестными производителями, используется позисторная керамика. Такие конвекторы отличаются высокой эффективностью. Благодаря невысокой степени нагрева поверхности теплоизлучателя, керамические конвекторы обеспечивают комфортное тепло в доме.
Но, к сожалению, есть производители, выпускающие приборы с обычной спиралью, дополненной керамической трубкой или залитой керамикой. В этом случае не следует рассчитывать на комфортное тепло в сочетании с высокой теплоотдачей и вести речь об экономичности прибора отопления.
Для улучшения теплообмена в позисторных конвекторах часто используют особую конструкцию поверхности нагрева, сделанную в виде горизонтально расположенной спирали, во время движения по которой воздух создает микроскопические вихревые потоки, захватывающие тепловую энергию от нагретой поверхности и носящие ее в нагреваемое пространство.
Несмотря на различия в конструкции, все современные керамические обогреватели имеют общие достоинства:
- Максимальная температура нагрева их поверхности не превышает 200С, что позволяет вести речь о комфортном тепловом излучении
- Керамические обогреватели надежны и долговечны
- Керамические обогреватели экономичны: благодаря высокой излучающей способности они обеспечивают прогрев помещения с меньшими затратами электрической энергии, чем любые другие электрические приборы отопления. Экономия может составлять 20 и более процентов.
При выборе керамического обогревателя главное, убедиться, что его греющий элемент изготовлен из полупроводникового материала, неважно, металлокерамики или позисторной керамики. При выборе керамического обогревателя нужно избегать подделок.
aquagroup.ru
позисторный нагреватель частей трубопроводной системы и емкостей для жидкостей и газов — патент РФ 2154232
Изобретение относится к электронагревателям и может быть использовано при нагревании веществ в системе и отдельных емкостях. Нагреватель снабжен корпусом 1 с крышкой 7, выполненным с возможностью нагрева позистором 2, закрепленным в корпусе 1, теплоотдающей поверхности с наружной стороны дна корпуса 1, а средство для соединения позистора 2 с проводом питания, содержащее контактную пластинку 3, снабжено изолятором 5 и пружиной 6, зажимающей позистор 2 между дном корпуса 1 и пластинкой 3. Корпус 1 закрепляют на элементе системы, например на топливопроводе, или отдельной емкости, предпочтительно без конструктивных изменений непосредственно или через проставку. Благодаря свойству позистора 2 при нагревании очень резко повышать свое сопротивление только при достижении очень узкой температурной области нагреватель поддерживает заданную температуру без опасности перегрева и пожара в широком диапазоне скоростей внутритрубной среды и окружающих температур без каких-либо управляющих устройств. 4 з.п.ф-лы, 5 ил. Изобретение относится к области распределения газов и жидкостей по трубопроводам, в частности к устройствам, используемым для облегчения перемещения жидкостей и вязких продуктов нагреванием; к двигателям внутреннего сгорания, к устройствам для тепловой обработки воздуха, топлива, горючей смеси электрическими средствами; к смазке, подогреву смазочного материала; к электричеству, к основным элементам оборудования, а именно к резисторам с положительным ТКС (температурным коэффициентом сопротивления), к электронагреву, а именно к резистивному нагреву жесткими нагревательными элементами с увеличенной поверхностью, к аккумуляторам, устройствам, применяемым при их эксплуатации, а именно их нагреву. Известен съемный резисторный трубопроводный нагреватель, содержащий пару металлических резисторов, прижатых пружинной скобой к трубопроводу с обеих сторон (патент США N 4367718). Недостатками известного нагревателя являются:1. Неспособность поддерживать заданную температуру, для ее обхода введено термобиметаллическое реле 18. 2. Ограниченная применяемость, ибо нагреватель предназначен автором только для трубопровода определенного диаметра определенных двигателей. 3. Низкая эффективность, ибо теплопередача от резисторов к трубопроводу происходит только по узким пятнам сопряжения приблизительно цилиндрических поверхностей. Наиболее близким по технической сущности является позисторный нагреватель частей трубопроводной системы, содержащей, по меньшей мере, один нагревательный позистор и средство для его соединения с цепью питания (патент РФ N 2008498), «Средство для соединения позистора с цепью питания» — термин широкого понятия, поскольку известны различные формы выполнения такого соединения, в данной заявке — это различные сочетания деталей, обеспечивающих электрический контакт коммутационного слоя на поверхности позистора с проводом цепи питания, например, с помощью пайки, приклеивания электропроводным клеем и т.д. В прототипе — это прижимное средство, содержащее надпозисторную пластинку с выводом, тепловой экран и винты. Винты с помощью экрана прижимают пластинку к коммутационному слою позистора, а пластинка соединена с выводом, соединенным с плюсовым проводом однопроводной цепи питания. Нагреватель возникает в момент окончания сборки его отдельных частей на корпусе теплообменника: позистор оказывается зажатым между надпозиторной пластинкой и дном лунки в корпусе, в результате чего возникает 2-е средство для соединения в виде прижимного контакта между 2-м коммутационным слоем позистора и дном лунки, т.е. с «массой» однопроводной цепи питания. Недостатки прототипа:
1. Узкое применение, ибо он является частью теплообменника определенной конструкции и его невозможно установить на элемент другой конструкции без внесения конструктивных изменений. 2. Низкая эффективность, ибо имеется большое тепловое сопротивление между позистором и дном лунки для него в корпусе из-за зазора между ними вокруг максимум 3-х контактных пятен; кроме того, происходит потеря тепла из-за конвекции, ибо экран свободно пропускает потоки воздуха вокруг позистора. 3. Низкая надежность, ибо места электрических контактов не защищены от попадания жидкостей и пыли. Технической задачей изобретения является расширение применения, повышение эффективности надежности нагревателя. Результат достигается тем, что позисторный нагреватель частей трубопроводной системы и емкостей для жидкости и газов, содержащий, по меньшей мере, один позистор и средство для его соединения с цепью питания, включающее надпозисторную контактную пластинку, снабжен корпусом с крышкой, выполненный с возможностью нагрева его теплоотдающей поверхности позистором и установки его на часть системы, подлежащей нагреванию, позистор и средства для его соединения размещены в корпусе, средство снабжено электрическим, предпочтительно также тепловым, изолятором надпозисторной контактной пластинки и прижимной пружинкой, расположенной предпочтительно между крышкой корпуса и изолятором. Кроме того, нагреватель дополнительно снабжен подпозисторным средством для соединения с цепью питания, в которое ведена подпозисторная контактная пластинка с выводом. Далее, в подпозисторное средство для соединения введен теплопроводный электрический изолятор, размещенный под подпозисторной контактной пластинкой. Кроме того, корпус снабжен теплопроводной проставкой, выполненной с возможностью плотного сопряжения как с теплоотдающей поверхностью корпуса, так и с частью системы, подлежащей нагреву. Далее, проставка выполнена элекроприводной. На фиг. 1 показан продольный разрез простейшего нагревателя, на фиг. 2 — внешний вид нагревателя, на фиг. 3 — нагреватель, установленный на трубопроводе, на фиг. 4 — теплопроводная проставка для выпуклой части элемента системы, на фиг. 5 — левая половина нагревателя с подпозисторным средством для соединения с цепью питания (разрез). К дну металлического корпуса 1 нагревателя прижат позистор 2 через надпозисторную контактную пластинку 3 с выводом 4 и надпозисторный изолятор 5 в виде короба плоской с прогибом пружиной 6, нагруженной металлической крышкой 7 корпуса 1 заклепками крепления. Пластинка 3 с выводом 4, изолятор 5, пружина 6, крышка 7 с заклепками являются средством соединения позистора 2 с плюсовым приводом однопроводной цепи питания, в данном случае — это надпозисторное прижимное средство соединения. Нагреватель с желобковой теплоотдающей поверхностью (фиг. 3) крепят известными средствами крепления деталей на трубопроводах, предпочтительно защелкивающейся скобой 8, которая имеет сплошную нижнюю губу, прилегающую к нижнему полуцилиндру трубопровода 9, и 2 верхние губки, охватывающие полуцилиндрические концы корпуса 1; эта скоба служит также дополнительным теплоотводом. Для передачи тепла в теплопринимающую поверхность любой формы используют тепловодные проставки, например 10 (фиг. 4), теплопринимающая поверхность которой плотно сопрягаема с теплоотдающей поверхностью корпуса 1, а ее теплоотдающая поверхность плотно сопрягаема с теплопринимающей поверхностью нагреваемого элемента. Проставки 10 соответствующей формы позволяют любой нагреватель (с плоской, желобковой и т.д. поверхностями) использовать для элемента почти любой формы, однако это увеличивает тепловое сопротивление тепловой цепи, особенно из-за неизбежных зазоров вокруг пятен сопряжения поверхностей. Нагреватель для 2-проводной цепи питания (фиг. 5) дополнительно снабжен 2-м, подпозисторным, средством для соединения с цепью питания, в которое введена подпозисторная контактная пластинка 11 с выводом 12; это достаточно, если, например, корпус 1 выполнен из электроизолирующего (но теплопроводного) материала. Если же корпус 1 выполнен из электропроводного материала, то в подпозисторное средство введен теплопроводный электрический изолятор 13 (например, полиимидная пленка), размещенный под подпозисторной контактной пластинкой 11. Описание некоторых видоизменений нагревателя и пояснения. Основное требование к корпусу 1, применительно к его задаче: наибольшая теплопроводность, к нему присоединяются другие, часто противоречивые требования, в соответствии с условиями работы, например уменьшение утечек тепла в окружающую среду, наименьшее изменение вибрационных характеристик элементов после установки нагревателя и т.д. Для удовлетворения этих требований нагреватель может быть видоизменен в пределах формулы изобретения; далее следуют описания некоторых видоизменений, которые могут сочетаться между собой нужным образом. Наилучшее сочетание большой тепло- и электропроводности, низкой плотности, технологичности и цены имеет алюминий и его сплавы, поэтому корпус изготовлен из этих материалов. Для дальнейшего уменьшения массы корпус 1 может быть изготовлен из теплопроводного полимера (в т.ч. армированного металлическими включениями), причем полимер может быть электропроводным. Если корпус 1 изготовлен из электроизолирующего материала, то в его дне под позистором 2 (и подпозисторным средством для соединения с цепью питания) закреплена сквозная теплопроводная (может быть, и электропроводная) вставка, образующая теплоотдающую поверхность. Возможны конструкции средств соединения, выполненные различными способами с использованием пайки, склеивания и т.д. В необходимых случаях на металлическом корпусе 1 снаружи выполнен зажим для подключения 2-го провода, а если корпус 1 выполнен из изолятора, то подпозисторная контактная пластинка 11 соединена с зажимом. Корпус 1 выполнен длинным, чтобы нагревался больший участок трубопровода, а в нем размещено несколько позисторов 2, соединенных параллельно, если позистор 2 в виде длинной пластинки. Плоская надпозисторная контактная пластинка 3 прижата крышкой 7 через пружину 6 и изолятор 5 к позистору 2 на большой площади неподвижно, что является предпочтительной конструкцией, ибо пластинка 3 не протирает коммутационный слой позистора 2, а пружина 6 менее нагревается позистором 2 благодаря изолятору 5, к тому же он уменьшает потери тепла. Однако в зависимости от условий может быть иное размещение деталей, роль пластинки 3 может выполнять пружина 6, хотя из-за ее небольшой опорной площади и подвижности она будет протирать коммутационный слой позистора 2. Крышка 7 скреплена с корпусом 1, например, винтами, защелкнута в пазы корпуса 1 и т.д. Крышка 7 отштампована в виде короба, что упрощает форму корпуса до пластины. Разъем между крышкой 7 и корпусом 1 загерметизирован. Проставка 10 выполнена из различных материалов применительно к условиям работы, она может быть накладной односторонней, или в виде двух накладных, полностью охватывающих трубопровод 9, или проходной, т.е. с отверстием для трубопровода и возможностью прочного скрепления с ним, например, с гарантийной прорезью вдоль трубы, не полностью замыкаемой при закреплении пружинной скобкой 8 вместе с корпусом 1. Применимы другие средства закрепления, например хомутики. Эти средства охватывают корпус 1 полностью в средней части или по его концам, они являются также дополнительными тепловодами для введения тепловых потоков в трубопровод 9, охватывая его. Нагреватель выполнен с возможностью его установки, предпочтительно без каких-либо конструктивных изменений места установки. Корпус 1 (с проставкой 10) закрепляют преимущественно с нижней стороны трубопровода 9, чтобы не создавать крутящий момент между корпусом 1 и трубопроводом 9 (как и в самом трубопроводе) из-за силы веса от колебательных ускорений, направленных большей частью вертикально; это улучшает также эффективность, ибо трубопровод дополнительно нагревается конвекцией от поверхности корпуса 1. Разумнее установить 2 нагревателя на некотором расстоянии, чем 2 нагревателя, полностью охватывающие трубопровод 9 в одном месте, чтобы нагреть жидкость на большей длине. На элемент большого диаметра, например на топливный (масляный) фильтр, разумно устанавливать несколько нагревателей с помощью хомута. При включении в тепловую цепь проставки (или проставок) выполняется условие минимальных зазоров между теплоотдающими и теплопринимающими поверхностями. Нагреватель с плоской теплоотдающей поверхностью (фиг. 2) крепят, например, в перевернутом положении к баку, прижав его теплоотдающую поверхность к нижней поверхности дна бака известными средствами крепления подобных деталей, например 2-мя планками, закрепленными концами к штатным хомутам крепления бака, причем шип в средней части каждой планки входит в отверстие на конце корпуса 1 (см. фиг. 2), предотвращая смещение нагревателя. На элемент в виде корпуса со свободным объемом, в котором проходит трубка с жидкостью, нагреватель устанавливают непосредственно на трубку, если корпус это позволяет. Но аккумулятор (батарею) и т.п. элементы нагреватели устанавливают с помощью хомутов и т.п. крепежных устройств на нижних частях стенок; если корпус батареи имеет меньшую температуропроводность, чем корпус 1 нагревателя, его теплоотдающая поверхность должна быть развита в разумных пределах, по сравнению с нагревателем для металлических элементов, а ТФП не должна превышать допустимую температуру, например, аккумулятора; если он размещен в месте, где он не нагревается от двигателя, нагреватели разумно закрыть теплоизолятором вместе с аккумулятором. Работа нагревателя на примере топливопровода дизельного двигателя. Исходное состояние: двигатель в холодном состоянии, в дизтопливе образовались кристаллики парафина, вызвавшие «пробку» топливопровода, смазка — очень вязкая; во всех местах систем питания и смазки, где нужно, размещены нагреватели. За несколько минут до запуска двигателя водитель включает включателями на щитке приборов соответствующие нагреватели. По позистору 2 проходит наибольший ток, который быстро его нагревает, но его сопротивление остается столь же низким до достижения заданной температуры, которая определена температурой фазового превращения (ТФП) в материале позистора 2, только при которой его сопротивление возрастает, причем на 3…4 порядка, поэтому до ТФП продолжается быстрый нагрев позистора 2, тепловой поток от него устремляется сквозь дно корпуса 1 через проставку 10 в трубопровод 9 и быстро нагревает топливо, кристаллики парафина расплавляются и растворяются, но топливо не может быть перегрето выше ТФП, т.е. нет опасности пожара. Одновременно часть теплопотока в корпусе 1 направляется вдоль дна, в т.ч. вдоль донной поверхности к концам корпуса 1. Корпус 1 быстро нагревается, но если температуропроводность топливопровода 9 больше, чем корпуса 1, то температурные фронты в топливопроводе 9 обгоняют фронты, движущиеся в корпусе 1 вдоль его дна к его концам, и часть теплового потока трубопровода уходит из него в конце корпуса 1 и рассеивается в воздухе, что уменьшает эффективность нагревателя, поэтому длина корпуса I должна быть не слишком большой, чтобы предотвратить это явление и обеспечить направление теплопотока в топливопроводе 9 в основном в топливо. При этом топливопровод 9 за концами корпуса 1 будет нагрет, но и в этих местах основной тепловой поток пойдет в топливо, ибо теплопередача в воздух меньше, чем в топливо. Топливо нагрето по всей длине между нагревателями, хотя не равномерно, но парафиновые пробки исчезли. Под действием насоса топливо движется по топливопроводу 9, порции менее нагретого топлива проходят непосредственно под очередным нагревателем, нагреваясь и перемешиваясь с более нагретыми порциями, и топливо достигает заданной температуры по всей длине топливопровода 9. В это время температура позистора 2 почти достигла конца области ТФП, сопротивление позистора 2 резко возросло, ток резко уменьшился до того значения, которое необходимо лишь для возмещения тепла, расходуемого на нагревание новых порций топлива, поступающих из бака, и окружающего воздух. Когда двигатель нагреется до эксплуатационной температуры, нагретый им воздух нагревает топливопровод 9 и корпус 1, а следовательно, позистор 2, он не должен возмещать расход тепла, его температура достигает конца ТФП, ток уменьшился еще больше и не способен нагревать позистор выше этой температуры и заметно расходовать мощность даже во включенном состоянии. Водитель выключает нагреватели. Испытания показали, что при -20oC через 5 мин после включения топливо нагревается до 0oC, кристаллики парафина расплавляются и двигатель легко заводится. Из описанного становится понятным неразумность нужного, на первый взгляд, усовершенствования, а именно: нанесение теплоизоляции на корпус 1 и трубопровод 9, ведь нагреватель работает несколько минут, а во время работы двигателя эта теплоизоляция вредна, тем более для маслопроводов, где требуется охлаждение масла. Преимущества предложенного нагревателя:
1. Простота конструкции, ибо нет системы поддержания заданной температуры нагревателя. 2. Возможность использования почт в любой системе благодаря соответствующей проставке. 3. Простота установки. 4. Меньший расход электроэнергии благодаря хорошей передаче тепла в нагреваемую часть, особенно в случае утепления нагревателя снаружи. 5. Быстрота нагревания жидкости до заданной температуры, ибо до заданной температуры идет неснижающийся ток. 6. Поддержание заданной температуры меньше зависит от окружающей температуры, ибо температура позистора 2 совершенно от нее не зависит, а температура нагреваемой жидкости зависит от окружающей температуры через ее скорость. При повышении скорости под нагреватель поступает более холодная жидкость, она охлаждает позистор ниже ТФП, его сопротивление резко падает, ток резко возрастает и быстро нагревает позистор, а он — жидкость. 7. Возможность питания любого вида напряжением от 12 до 36 В. 8. Пожаробезопасность, ибо позистор не может превзойти ТФП.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Позисторный нагреватель частей трубопроводной системы и емкостей для жидкостей и газов, содержащий, по меньшей мере, один позистор и средство для его соединения с цепью питания, включающее надпозисторную контактную пластинку, отличающийся тем, что он снабжен корпусом с крышкой, выполненным с возможностью нагрева его теплоотдающей поверхности позистором и установки его на часть системы, подлежащую нагреванию, позистор и средства для его соединения с цепью питания размещены в корпусе, средство снабжено электрическим, предпочтительно также тепловым, изолятором надпозисторной контактной пластинки и прижимной пружиной, расположенной предпочтительно между крышкой корпуса и изолятором. 2. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен подпозисторным средством для соединения с цепью питания, в которое введена подпозисторная контактная пластинка с выводом. 3. Нагреватель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в подпозисторное средство для соединения введен теплопроводный электрический изолятор, размещенный под подпозисторной контактной пластинкой. 4. Нагреватель по пп.1 — 3, отличающийся тем, что корпус снабжен теплопроводной проставкой, выполненной с возможностью плотного сопряжения как с теплоотдающей поверхностью корпуса, так и с частью системы, подлежащей нагреву. 5. Нагреватель по пп.1 — 4, отличающийся тем, что проставка выполнена электропроводной.www.freepatent.ru
Позисторный нагреватель для шкафов автоматики
Наиболее эффективным решением проблемы обогрева шкафов управления является оснащение обогревателем, изготовленным на базе позисторного керамического материала (PTC). Данный вид материала характеризуется отсутствием линейной зависимости сопротивления от температурных значений. Сопротивление элемента нагрева, выполненного из керамики, увеличивается при возрастании температурных показателей до тех пор, пока не достигнет своего максимально допустимого значения – точки Кюри. Конкретное предельное значение определяется теми химическими элементами, которые входят в состав керамической смеси. Внутренний обогрев происходит благодаря естественному движению воздушного потока вокруг нагревателя.
Включение элемента нагрева обеспечивается автоматикой ОШАпри снижении температурных значений ниже выбранного минимума, а отключение оборудования – при нагреве до необходимого температурного показателя. Позисторная конструкция, которой обладает обогреватель шкафов автоматики, не допускает перегрев и последующую поломку нагревательного оборудования. Впрочем, не стоит забывать о том, что повышенная температура корпуса из алюминия в случае контакта с легкоплавкими составляющими электроприборов может нанести последним непоправимый вред. Во избежание данной ситуации установку ОШАнеобходимо осуществлять при наличии гарантированной воздушной подушки между радиатором и деталями шкафа автоматики.
Конструкция обогревателей представляет собой совокупность саморегулирующегося позисторного элемента нагрева, выполненного из керамики, и корпуса из алюминия, который играет роль анодированного радиатора. Подобное обогревательное оборудование просто в установке на DIN-рейки. Обогреватель шкафов автоматики служит для повышения стабильности работы внутреннего оборудования и могут подразделятся на следующие типы (в зависимости от места установки):
· обогреватели щитков электроники
· обогреватели вендинговых автоматов
· обогреватели терминалов оплаты
Согласно общепринятым стандартам возможно выделить несколько видов исполнения нагревателей:
· Оснащение кабелем, обладающим термостойкими свойствами
· Оснащение трехполюсной колодкой с клеммами
· Оснащение трехполюсной колодкой с клеммами и встроенным устройством вентилирования
|
Технические характеристики |
|
|
Номинальное напряжение, В |
110-250 |
|
Удельная мощность Вт/см2 |
До 6 |
|
Максимальная температура поверхности, Со |
125 |
|
Степень защиты |
IP 50, IP 20 |
|
Допустимая температура эксплуатации, Со |
-30..+40 |
|
Тип крепления, на Dinрейку 35мм |
|
|
Тип подключения: клемная колодка, термостойкий кабель |
|
Наиболее эффективным решением проблемы обогрева шкафов управления является оснащение обогревателем, изготовленным на базе позисторного керамического материала (PTC). Данный вид материала характеризуется отсутствием линейной зависимости сопротивления от температурных значений. Сопротивление элемента нагрева, выполненного из керамики, увеличивается при возрастании температурных показателей до тех пор, пока не достигнет своего максимально допустимого значения – точки Кюри. Конкретное предельное значение определяется теми химическими элементами, которые входят в состав керамической смеси. Внутренний обогрев происходит благодаря естественному движению воздушного потока вокруг нагревателя.
Включение элемента нагрева обеспечивается автоматикой ОШАпри снижении температурных значений ниже выбранного минимума, а отключение оборудования – при нагреве до необходимого температурного показателя. Позисторная конструкция, которой обладает обогреватель шкафов автоматики, не допускает перегрев и последующую поломку нагревательного оборудования. Впрочем, не стоит забывать о том, что повышенная температура корпуса из алюминия в случае контакта с легкоплавкими составляющими электроприборов может нанести последним непоправимый вред. Во избежание данной ситуации установку ОШАнеобходимо осуществлять при наличии гарантированной воздушной подушки между радиатором и деталями шкафа автоматики.
Конструкция обогревателей представляет собой совокупность саморегулирующегося позисторного элемента нагрева, выполненного из керамики, и корпуса из алюминия, который играет роль анодированного радиатора. Подобное обогревательное оборудование просто в установке на DIN-рейки. Обогреватель шкафов автоматики служит для повышения стабильности работы внутреннего оборудования и могут подразделятся на следующие типы (в зависимости от места установки):
· обогреватели щитков электроники
· обогреватели вендинговых автоматов
· обогреватели терминалов оплаты
Согласно общепринятым стандартам возможно выделить несколько видов исполнения нагревателей:
· Оснащение кабелем, обладающим термостойкими свойствами
· Оснащение трехполюсной колодкой с клеммами
· Оснащение трехполюсной колодкой с клеммами и встроенным устройством вентилирования
|
Технические характеристики |
|
|
Номинальное напряжение, В |
110-250 |
|
Удельная мощность Вт/см2 |
До 6 |
|
Максимальная температура поверхности, Со |
125 |
|
Степень защиты |
IP 50, IP 20 |
|
Допустимая температура эксплуатации, Со |
-30..+40 |
|
Тип крепления, на Dinрейку 35мм |
|
|
Тип подключения: клемная колодка, термостойкий кабель |
|
hotprom.ru
Позисторный нагреватель частей трубопроводной системы и емкостей для жидкостей и газов
Изобретение относится к электронагревателям и может быть использовано при нагревании веществ в системе и отдельных емкостях. Нагреватель снабжен корпусом 1 с крышкой 7, выполненным с возможностью нагрева позистором 2, закрепленным в корпусе 1, теплоотдающей поверхности с наружной стороны дна корпуса 1, а средство для соединения позистора 2 с проводом питания, содержащее контактную пластинку 3, снабжено изолятором 5 и пружиной 6, зажимающей позистор 2 между дном корпуса 1 и пластинкой 3. Корпус 1 закрепляют на элементе системы, например на топливопроводе, или отдельной емкости, предпочтительно без конструктивных изменений непосредственно или через проставку. Благодаря свойству позистора 2 при нагревании очень резко повышать свое сопротивление только при достижении очень узкой температурной области нагреватель поддерживает заданную температуру без опасности перегрева и пожара в широком диапазоне скоростей внутритрубной среды и окружающих температур без каких-либо управляющих устройств. 4 з.п.ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области распределения газов и жидкостей по трубопроводам, в частности к устройствам, используемым для облегчения перемещения жидкостей и вязких продуктов нагреванием; к двигателям внутреннего сгорания, к устройствам для тепловой обработки воздуха, топлива, горючей смеси электрическими средствами; к смазке, подогреву смазочного материала; к электричеству, к основным элементам оборудования, а именно к резисторам с положительным ТКС (температурным коэффициентом сопротивления), к электронагреву, а именно к резистивному нагреву жесткими нагревательными элементами с увеличенной поверхностью, к аккумуляторам, устройствам, применяемым при их эксплуатации, а именно их нагреву.
Известен съемный резисторный трубопроводный нагреватель, содержащий пару металлических резисторов, прижатых пружинной скобой к трубопроводу с обеих сторон (патент США N 4367718). Недостатками известного нагревателя являются: 1. Неспособность поддерживать заданную температуру, для ее обхода введено термобиметаллическое реле 18. 2. Ограниченная применяемость, ибо нагреватель предназначен автором только для трубопровода определенного диаметра определенных двигателей. 3. Низкая эффективность, ибо теплопередача от резисторов к трубопроводу происходит только по узким пятнам сопряжения приблизительно цилиндрических поверхностей. Наиболее близким по технической сущности является позисторный нагреватель частей трубопроводной системы, содержащей, по меньшей мере, один нагревательный позистор и средство для его соединения с цепью питания (патент РФ N 2008498), «Средство для соединения позистора с цепью питания» — термин широкого понятия, поскольку известны различные формы выполнения такого соединения, в данной заявке — это различные сочетания деталей, обеспечивающих электрический контакт коммутационного слоя на поверхности позистора с проводом цепи питания, например, с помощью пайки, приклеивания электропроводным клеем и т.д. В прототипе — это прижимное средство, содержащее надпозисторную пластинку с выводом, тепловой экран и винты. Винты с помощью экрана прижимают пластинку к коммутационному слою позистора, а пластинка соединена с выводом, соединенным с плюсовым проводом однопроводной цепи питания. Нагреватель возникает в момент окончания сборки его отдельных частей на корпусе теплообменника: позистор оказывается зажатым между надпозиторной пластинкой и дном лунки в корпусе, в результате чего возникает 2-е средство для соединения в виде прижимного контакта между 2-м коммутационным слоем позистора и дном лунки, т.е. с «массой» однопроводной цепи питания. Недостатки прототипа: 1. Узкое применение, ибо он является частью теплообменника определенной конструкции и его невозможно установить на элемент другой конструкции без внесения конструктивных изменений. 2. Низкая эффективность, ибо имеется большое тепловое сопротивление между позистором и дном лунки для него в корпусе из-за зазора между ними вокруг максимум 3-х контактных пятен; кроме того, происходит потеря тепла из-за конвекции, ибо экран свободно пропускает потоки воздуха вокруг позистора. 3. Низкая надежность, ибо места электрических контактов не защищены от попадания жидкостей и пыли. Технической задачей изобретения является расширение применения, повышение эффективности надежности нагревателя. Результат достигается тем, что позисторный нагреватель частей трубопроводной системы и емкостей для жидкости и газов, содержащий, по меньшей мере, один позистор и средство для его соединения с цепью питания, включающее надпозисторную контактную пластинку, снабжен корпусом с крышкой, выполненный с возможностью нагрева его теплоотдающей поверхности позистором и установки его на часть системы, подлежащей нагреванию, позистор и средства для его соединения размещены в корпусе, средство снабжено электрическим, предпочтительно также тепловым, изолятором надпозисторной контактной пластинки и прижимной пружинкой, расположенной предпочтительно между крышкой корпуса и изолятором. Кроме того, нагреватель дополнительно снабжен подпозисторным средством для соединения с цепью питания, в которое ведена подпозисторная контактная пластинка с выводом. Далее, в подпозисторное средство для соединения введен теплопроводный электрический изолятор, размещенный под подпозисторной контактной пластинкой. Кроме того, корпус снабжен теплопроводной проставкой, выполненной с возможностью плотного сопряжения как с теплоотдающей поверхностью корпуса, так и с частью системы, подлежащей нагреву. Далее, проставка выполнена элекроприводной. На фиг. 1 показан продольный разрез простейшего нагревателя, на фиг. 2 — внешний вид нагревателя, на фиг. 3 — нагреватель, установленный на трубопроводе, на фиг. 4 — теплопроводная проставка для выпуклой части элемента системы, на фиг. 5 — левая половина нагревателя с подпозисторным средством для соединения с цепью питания (разрез). К дну металлического корпуса 1 нагревателя прижат позистор 2 через надпозисторную контактную пластинку 3 с выводом 4 и надпозисторный изолятор 5 в виде короба плоской с прогибом пружиной 6, нагруженной металлической крышкой 7 корпуса 1 заклепками крепления. Пластинка 3 с выводом 4, изолятор 5, пружина 6, крышка 7 с заклепками являются средством соединения позистора 2 с плюсовым приводом однопроводной цепи питания, в данном случае — это надпозисторное прижимное средство соединения. Нагреватель с желобковой теплоотдающей поверхностью (фиг. 3) крепят известными средствами крепления деталей на трубопроводах, предпочтительно защелкивающейся скобой 8, которая имеет сплошную нижнюю губу, прилегающую к нижнему полуцилиндру трубопровода 9, и 2 верхние губки, охватывающие полуцилиндрические концы корпуса 1; эта скоба служит также дополнительным теплоотводом. Для передачи тепла в теплопринимающую поверхность любой формы используют тепловодные проставки, например 10 (фиг. 4), теплопринимающая поверхность которой плотно сопрягаема с теплоотдающей поверхностью корпуса 1, а ее теплоотдающая поверхность плотно сопрягаема с теплопринимающей поверхностью нагреваемого элемента. Проставки 10 соответствующей формы позволяют любой нагреватель (с плоской, желобковой и т.д. поверхностями) использовать для элемента почти любой формы, однако это увеличивает тепловое сопротивление тепловой цепи, особенно из-за неизбежных зазоров вокруг пятен сопряжения поверхностей. Нагреватель для 2-проводной цепи питания (фиг. 5) дополнительно снабжен 2-м, подпозисторным, средством для соединения с цепью питания, в которое введена подпозисторная контактная пластинка 11 с выводом 12; это достаточно, если, например, корпус 1 выполнен из электроизолирующего (но теплопроводного) материала. Если же корпус 1 выполнен из электропроводного материала, то в подпозисторное средство введен теплопроводный электрический изолятор 13 (например, полиимидная пленка), размещенный под подпозисторной контактной пластинкой 11. Описание некоторых видоизменений нагревателя и пояснения. Основное требование к корпусу 1, применительно к его задаче: наибольшая теплопроводность, к нему присоединяются другие, часто противоречивые требования, в соответствии с условиями работы, например уменьшение утечек тепла в окружающую среду, наименьшее изменение вибрационных характеристик элементов после установки нагревателя и т.д. Для удовлетворения этих требований нагреватель может быть видоизменен в пределах формулы изобретения; далее следуют описания некоторых видоизменений, которые могут сочетаться между собой нужным образом. Наилучшее сочетание большой тепло- и электропроводности, низкой плотности, технологичности и цены имеет алюминий и его сплавы, поэтому корпус изготовлен из этих материалов. Для дальнейшего уменьшения массы корпус 1 может быть изготовлен из теплопроводного полимера (в т.ч. армированного металлическими включениями), причем полимер может быть электропроводным. Если корпус 1 изготовлен из электроизолирующего материала, то в его дне под позистором 2 (и подпозисторным средством для соединения с цепью питания) закреплена сквозная теплопроводная (может быть, и электропроводная) вставка, образующая теплоотдающую поверхность. Возможны конструкции средств соединения, выполненные различными способами с использованием пайки, склеивания и т.д. В необходимых случаях на металлическом корпусе 1 снаружи выполнен зажим для подключения 2-го провода, а если корпус 1 выполнен из изолятора, то подпозисторная контактная пластинка 11 соединена с зажимом. Корпус 1 выполнен длинным, чтобы нагревался больший участок трубопровода, а в нем размещено несколько позисторов 2, соединенных параллельно, если позистор 2 в виде длинной пластинки. Плоская надпозисторная контактная пластинка 3 прижата крышкой 7 через пружину 6 и изолятор 5 к позистору 2 на большой площади неподвижно, что является предпочтительной конструкцией, ибо пластинка 3 не протирает коммутационный слой позистора 2, а пружина 6 менее нагревается позистором 2 благодаря изолятору 5, к тому же он уменьшает потери тепла. Однако в зависимости от условий может быть иное размещение деталей, роль пластинки 3 может выполнять пружина 6, хотя из-за ее небольшой опорной площади и подвижности она будет протирать коммутационный слой позистора 2. Крышка 7 скреплена с корпусом 1, например, винтами, защелкнута в пазы корпуса 1 и т.д. Крышка 7 отштампована в виде короба, что упрощает форму корпуса до пластины. Разъем между крышкой 7 и корпусом 1 загерметизирован. Проставка 10 выполнена из различных материалов применительно к условиям работы, она может быть накладной односторонней, или в виде двух накладных, полностью охватывающих трубопровод 9, или проходной, т.е. с отверстием для трубопровода и возможностью прочного скрепления с ним, например, с гарантийной прорезью вдоль трубы, не полностью замыкаемой при закреплении пружинной скобкой 8 вместе с корпусом 1. Применимы другие средства закрепления, например хомутики. Эти средства охватывают корпус 1 полностью в средней части или по его концам, они являются также дополнительными тепловодами для введения тепловых потоков в трубопровод 9, охватывая его. Нагреватель выполнен с возможностью его установки, предпочтительно без каких-либо конструктивных изменений места установки. Корпус 1 (с проставкой 10) закрепляют преимущественно с нижней стороны трубопровода 9, чтобы не создавать крутящий момент между корпусом 1 и трубопроводом 9 (как и в самом трубопроводе) из-за силы веса от колебательных ускорений, направленных большей частью вертикально; это улучшает также эффективность, ибо трубопровод дополнительно нагревается конвекцией от поверхности корпуса 1. Разумнее установить 2 нагревателя на некотором расстоянии, чем 2 нагревателя, полностью охватывающие трубопровод 9 в одном месте, чтобы нагреть жидкость на большей длине. На элемент большого диаметра, например на топливный (масляный) фильтр, разумно устанавливать несколько нагревателей с помощью хомута. При включении в тепловую цепь проставки (или проставок) выполняется условие минимальных зазоров между теплоотдающими и теплопринимающими поверхностями. Нагреватель с плоской теплоотдающей поверхностью (фиг. 2) крепят, например, в перевернутом положении к баку, прижав его теплоотдающую поверхность к нижней поверхности дна бака известными средствами крепления подобных деталей, например 2-мя планками, закрепленными концами к штатным хомутам крепления бака, причем шип в средней части каждой планки входит в отверстие на конце корпуса 1 (см. фиг. 2), предотвращая смещение нагревателя. На элемент в виде корпуса со свободным объемом, в котором проходит трубка с жидкостью, нагреватель устанавливают непосредственно на трубку, если корпус это позволяет. Но аккумулятор (батарею) и т.п. элементы нагреватели устанавливают с помощью хомутов и т.п. крепежных устройств на нижних частях стенок; если корпус батареи имеет меньшую температуропроводность, чем корпус 1 нагревателя, его теплоотдающая поверхность должна быть развита в разумных пределах, по сравнению с нагревателем для металлических элементов, а ТФП не должна превышать допустимую температуру, например, аккумулятора; если он размещен в месте, где он не нагревается от двигателя, нагреватели разумно закрыть теплоизолятором вместе с аккумулятором. Работа нагревателя на примере топливопровода дизельного двигателя. Исходное состояние: двигатель в холодном состоянии, в дизтопливе образовались кристаллики парафина, вызвавшие «пробку» топливопровода, смазка — очень вязкая; во всех местах систем питания и смазки, где нужно, размещены нагреватели. За несколько минут до запуска двигателя водитель включает включателями на щитке приборов соответствующие нагреватели. По позистору 2 проходит наибольший ток, который быстро его нагревает, но его сопротивление остается столь же низким до достижения заданной температуры, которая определена температурой фазового превращения (ТФП) в материале позистора 2, только при которой его сопротивление возрастает, причем на 3…4 порядка, поэтому до ТФП продолжается быстрый нагрев позистора 2, тепловой поток от него устремляется сквозь дно корпуса 1 через проставку 10 в трубопровод 9 и быстро нагревает топливо, кристаллики парафина расплавляются и растворяются, но топливо не может быть перегрето выше ТФП, т.е. нет опасности пожара. Одновременно часть теплопотока в корпусе 1 направляется вдоль дна, в т.ч. вдоль донной поверхности к концам корпуса 1. Корпус 1 быстро нагревается, но если температуропроводность топливопровода 9 больше, чем корпуса 1, то температурные фронты в топливопроводе 9 обгоняют фронты, движущиеся в корпусе 1 вдоль его дна к его концам, и часть теплового потока трубопровода уходит из него в конце корпуса 1 и рассеивается в воздухе, что уменьшает эффективность нагревателя, поэтому длина корпуса I должна быть не слишком большой, чтобы предотвратить это явление и обеспечить направление теплопотока в топливопроводе 9 в основном в топливо. При этом топливопровод 9 за концами корпуса 1 будет нагрет, но и в этих местах основной тепловой поток пойдет в топливо, ибо теплопередача в воздух меньше, чем в топливо. Топливо нагрето по всей длине между нагревателями, хотя не равномерно, но парафиновые пробки исчезли. Под действием насоса топливо движется по топливопроводу 9, порции менее нагретого топлива проходят непосредственно под очередным нагревателем, нагреваясь и перемешиваясь с более нагретыми порциями, и топливо достигает заданной температуры по всей длине топливопровода 9. В это время температура позистора 2 почти достигла конца области ТФП, сопротивление позистора 2 резко возросло, ток резко уменьшился до того значения, которое необходимо лишь для возмещения тепла, расходуемого на нагревание новых порций топлива, поступающих из бака, и окружающего воздух. Когда двигатель нагреется до эксплуатационной температуры, нагретый им воздух нагревает топливопровод 9 и корпус 1, а следовательно, позистор 2, он не должен возмещать расход тепла, его температура достигает конца ТФП, ток уменьшился еще больше и не способен нагревать позистор выше этой температуры и заметно расходовать мощность даже во включенном состоянии. Водитель выключает нагреватели. Испытания показали, что при -20oC через 5 мин после включения топливо нагревается до 0oC, кристаллики парафина расплавляются и двигатель легко заводится. Из описанного становится понятным неразумность нужного, на первый взгляд, усовершенствования, а именно: нанесение теплоизоляции на корпус 1 и трубопровод 9, ведь нагреватель работает несколько минут, а во время работы двигателя эта теплоизоляция вредна, тем более для маслопроводов, где требуется охлаждение масла. Преимущества предложенного нагревателя: 1. Простота конструкции, ибо нет системы поддержания заданной температуры нагревателя. 2. Возможность использования почт в любой системе благодаря соответствующей проставке. 3. Простота установки. 4. Меньший расход электроэнергии благодаря хорошей передаче тепла в нагреваемую часть, особенно в случае утепления нагревателя снаружи. 5. Быстрота нагревания жидкости до заданной температуры, ибо до заданной температуры идет неснижающийся ток. 6. Поддержание заданной температуры меньше зависит от окружающей температуры, ибо температура позистора 2 совершенно от нее не зависит, а температура нагреваемой жидкости зависит от окружающей температуры через ее скорость. При повышении скорости под нагреватель поступает более холодная жидкость, она охлаждает позистор ниже ТФП, его сопротивление резко падает, ток резко возрастает и быстро нагревает позистор, а он — жидкость. 7. Возможность питания любого вида напряжением от 12 до 36 В. 8. Пожаробезопасность, ибо позистор не может превзойти ТФП.Формула изобретения
1. Позисторный нагреватель частей трубопроводной системы и емкостей для жидкостей и газов, содержащий, по меньшей мере, один позистор и средство для его соединения с цепью питания, включающее надпозисторную контактную пластинку, отличающийся тем, что он снабжен корпусом с крышкой, выполненным с возможностью нагрева его теплоотдающей поверхности позистором и установки его на часть системы, подлежащую нагреванию, позистор и средства для его соединения с цепью питания размещены в корпусе, средство снабжено электрическим, предпочтительно также тепловым, изолятором надпозисторной контактной пластинки и прижимной пружиной, расположенной предпочтительно между крышкой корпуса и изолятором. 2. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен подпозисторным средством для соединения с цепью питания, в которое введена подпозисторная контактная пластинка с выводом. 3. Нагреватель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в подпозисторное средство для соединения введен теплопроводный электрический изолятор, размещенный под подпозисторной контактной пластинкой. 4. Нагреватель по пп.1 — 3, отличающийся тем, что корпус снабжен теплопроводной проставкой, выполненной с возможностью плотного сопряжения как с теплоотдающей поверхностью корпуса, так и с частью системы, подлежащей нагреву. 5. Нагреватель по пп.1 — 4, отличающийся тем, что проставка выполнена электропроводной.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5findpatent.ru
Позисторный нагреватель карбюратора двигателя внутреннего сгорания
Использование: нагревательные устройства, установленные на карбюраторах двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: позисторный нагреватель карбюратора двигателя внутреннего сгорания содержит теплопроводящий элемент в виде изогнутой пластины, установленной снаружи канала холостого хода карбюратора. Плоскости изогнутой пластины составляют углы и b со стенкой канала холостого хода. На одной из плоскостей изогнутой пластины с помощью первого слоя электротеплопроводящего клея закреплен плоский позисторный нагревательный элемент. На плоском позисторном нагревательном элементе закреплен пластинчатый элемент. Пластинчатый элемент может быть закреплен на плоском позисторном нагревательном элементе с помощью второго слоя электротеплопроводящего клея с помощью пружинной скобы, установленной на электрическом изоляторе. К изогнутой пластине может быть прикреплен кронштейн с электроизоляционной вставкой для размещения электрического провода, сообщенного с источником электрического тока и световым индикатором электрической цепи. 6 з.п.ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к нагревательным устройствам, установленным в карбюраторах двигателей внутреннего сгорания.
Известны позисторные нагревательные элементы, характеризуемые экстремальными зависимостями электрического сопротивления от температуры, например полупроводниковые терморезисторы на основе титаната бария (СТ 15-1) (Дружинин А.Я. Импульсные устройства с электротепловыми элементами. М.: Радио и связь, 1985 г; Минкин С.Б., Шашков А.Г. Позисторы, М.: Энергия, 1973). Известен позисторный нагреватель карбюратора двигателя внутреннего сгорания, содержащий плоский нагревательный позисторный элемент, установленный в стенке карбюратора и закрытый теплопроводным покрытием заподлицо со стенкой карбюратора (заявка ЕПВ N 0248503, кл. F 02 M 31/12, опублик. 1987). Недостаток известного нагревателя заключается в том, что теплоотдача происходит только через одну поверхность, что снижает эффективность работы нагревателя. Известен позисторный нагреватель карбюратора двигателя внутреннего сгорания, содержащий теплопроводящий элемент, закрепленный на стенке карбюратора, плоский позисторный нагревательный элемент, закрепленный одной плоскостью на теплопроводящем элементе, источник электрического тока, соединенный с позисторным нагревательным элементом, покрытие, установленное на другой плоскости позисторного нагревательного элемента и выполненное в виде коробчатого элемента сложной формы, герметично закрывающего позисторный нагревательный элемент [1], по наибольшему числу сходных признаков выбранный прототипом. Недостатками прототипа по сравнению с заявленным решением являются сложность изготовления теплопроводного покрытия в виде коробчатого элемента сложной формы и неудачное расположение теплопроводящего элемента с позисторным нагревательным элементом под прямым углом к стенке карбюратора, что создает дополнительное гидравлическое сопротивление в карбюраторе, снижающее эффективность его работы. Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение эффективности работы. Достигаемый результат обеспечивается тем, что позисторный нагреватель карбюратора двигателя внутреннего сгорания содержит теплопроводящий элемент, закрепленный на стенке карбюратора, плоский позисторный нагревательный элемент, закрепленный одной плоскостью на теплопроводящем элементе, источник электрического тока, соединенный с позисторным нагревательным элементом электрическими проводами, покрытие, установленное на второй плоскости позисторного нагревательного элемента, последний установлен снаружи канала холостого хода карбюратора, теплопроводящий элемент выполнен в виде изогнутой пластины с плоскостями, составляющими угол, отличный от 90о, со стенкой канала холостого хода карбюратора, жестко связанной с пластиной, покрытие выполнено в виде пластинчатого элемента из нетеплопроводного материала, а плоский позисторный нагревательный элемент соединен с поверхностью теплопроводящего элемента посредством электротеплопроводящего клея; одна сторона пластинчатого элемента может быть жестко соединена с плоской пластиной, а пластинчатый элемент выполнен из теплопроводного материала с электроизоляционным покрытием на внутренней поверхности; позисторный нагреватель может быть снабжен электрическим изолятором, закрепленным на наружной поверхности пластинчатого элемента, и пружинной скобой, установленной с возможностью взаимодействия с наружными поверхностями электрического изолятора и теплопроводящего элемента; позисторный нагреватель может быть снабжен вибротеплоизолирующим покрытием, нанесенным на наружные поверхности изогнутой пластины, пластинчатого элемента и плоского позисторного нагревательного элемента с возможностью герметизации последнего; позисторный нагреватель может быть закреплен на нижней плоскости изогнутой пластины, составляющей острый угол со стенкой канала холостого хода карбюратора, жестко связанной с последней, а вибротеплоизолирующее покрытие со стороны установки нагревательного элемента выполнено с U-образным ребром, кроме того, позисторный нагреватель может быть снабжен кронштейном с электроизоляционной вставкой, жестко соединенным с изогнутой пластиной, а электрический провод размещен в электроизоляционной вставке; позисторный нагреватель может быть снабжен световым индикатором, включенным в электрическую цепь нагревателя. Анализ известных и заявленного технических решений позволяет сделать вывод о соответствии предложения критериям изобретения «Новизна» и «Изобретательский уровень». На фиг.1 показан пример конкретного выполнения позисторного нагревателя с кронштейном и пружинной скобой; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 — пример конкретного выполнения позисторного нагревателя с вибротеплоизолирующим покрытием с U-образным ребром; на фиг.4 — пример конкретного выполнения позисторного нагревателя с пластинчатым элементом, жестко соединенным одной стороной с изогнутой пластиной. Позисторный нагреватель карбюратора двигателя внутреннего сгорания содержит теплопроводящий элемент, выполненный в виде изогнутой пластины 1 с плоскостями, составляющими углы и , отличными от 90о, со стенкой 2 канала холостого хода карбюратора, жестко связанной с изогнутой пластиной 1. На одной из плоскостей пластины 1 установлен плоский позисторный нагревательный элемент 3, закрепленный при помощи слоя 4а электротеплопроводящего клея (например, полимерного клея с наполнителем в виде порошка меди). На другой плоскости позисторного нагревательного элемента 3 при помощи слоя 4б электротеплопроводящего клея закреплено нетеплопроводное покрытие, выполненное в виде пластинчатого элемента 5. Слой 4б электрическим проводом 6 соединен с источником 7 электрического тока через включатель 8. К изогнутой пластине 1 может быть жестко присоединен кронштейн 9 с электроизоляционной вставкой 10, через которую проходят электрический провод 6. Пластинчатый элемент 5 может быть прижат к позисторному нагревательному элементу 3, при помощи пружинной скобы 11, опирающейся на электрический изолятор 12. Позисторный нагреватель может быть также покрыт вибротеплоизолирующим покрытием 13, нанесенным на изогнутую пластину 1 с плоским позисторным элементом 3 и на пластинчатый элемент 5 с пружинной скобой 11. В случае, если плоский позисторный элемент 3 размещен на нижней плоскости изогнутой пластины 1, составляющей острый угол со стенкой 2 карбюратора, на вибротеплоизолирующем покрытии 13 может быть выполнено U-образное ребро 14, направляющее поток воздуха с наиболее нагретого участка покрытия 13 на стенку 12 карбюратора. Пластинчатый элемент 5 может быть выполнен из теплопроводного материала, жестко присоединен к изогнутой пластине 1 одной своей стороной и электрически изолирован при помощи электроизоляционного покрытия (например, полиамидной пленки) от электрического провода 6. В электрическую цепь может быть включен световой индикатор 16. Позисторный нагреватель работает следующим образом. При запуске двигателя в холодное время включают электрическую цепь позисторного нагревателя. Электрический ток, проходя через позисторный нагревательный элемент 3, нагревает последний. Позисторный нагревательный элемент нагревает карбюратор, обеспечивая улучшение запуска двигателя, а потом отключается. Позисторный нагреватель может быть установлен в области канала холостого хода карбюратора. Световой индикатор 16, который может быть установлен на щитке приборов, показывает водителю, когда работает нагреватель. Предложенная конструкция упрощает конструкцию подогревателя и снижает гидравлическое сопротивление движению топливовоздушной смеси, ибо нагреватель расположен снаружи карбюратора.Формула изобретения
1. ПОЗИСТОРНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ КАРБЮРАТОРА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий теплопроводящий элемент, закрепленный на стенке карбюратора, плоский позисторный нагревательный элемент, закрепленный одной плоскостью на теплопроводящем элементе, источник электрического тока, соединенный с позисторным нагревателем электрическими проводами, покрытие, установленное на второй плоскости позисторного нагревательного элемента, отличающийся тем, что теплопроводящий элемент установлен снаружи канала холостого хода карбюратора и выполнен в виде изогнутой пластины с плоскостями, составляющими угол, отличный от 90o, со стенкой канала холостого хода, жестко связанной с пластиной, покрытие выполнено в виде пластинчатого элемента из нетеплопроводного материала, а плоский позисторный нагревательный элемент соединен с поверхностью изогнутой пластины посредством электротеплопроводящего клея. 2. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен электрическим изолятором, закрепленным на наружной поверхности пластинчатого элемента, и пружинной скобой, установленной с возможностью взаимодействия с наружными поверхностями электрического изолятора и изогнутой пластины. 3. Нагреватель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен кронштейном с электроизоляционной вставкой, жестко связанным с изогнутой пластиной, причем электрический провод размещен в электроизоляционной вставке. 4. Нагреватель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен вибротеплоизолирующим покрытием, нанесенным на наружные поверхности изогнутой пластины, пластинчатого элемента и плоского позисторного нагревательного элемента с возможностью герметизации последнего. 5. Нагреватель по п.4, отличающийся тем, что плоский позисторный нагревательный элемент закреплен на нижней плоскости изогнутой пластины, составляющей острый угол со стенкой канала холостого хода карбюратора, а вибротеплоизолирующее покрытие со стороны установки плоского позисторного нагревательного элемента выполнено с U-образным ребром. 6. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что одна сторона пластинчатого элемента жестко соединена с изогнутой пластиной, а пластинчатый элемент выполнен из теплопроводного материала с электроизоляционным покрытием на внутренней поверхности, причем электрический провод установлен между поверхностями плоского позисторного нагревательного элемента и электроизоляционного покрытия. 7. Нагреватель по пп.1 — 6, отличающийся тем, что он снабжен световым индикатором, включенным в электрическую цепь нагревателя.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4findpatent.ru