ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 1994 года по МПК H05B3/24 

Изобретение относится к устройствам для подогрева жидкостей или газов и может быть использовано в различных технологических процессах, в быту, на транспорте и в других областях техники.

Известен электронагреватель воздуха, содержащий корпус и нагревательный элемент, выполненный в виде многократно изогнутой ленты, закрепленной в корпусе четными изгибами (авт. св. N 1083415, кл. Н 05 В 3/24). Этот нагреватель не обладает достаточной надежностью, особенно в условиях повышенных температур и вибраций. Конфигурация пазов в корпусе, в которых укреплены четные изгибы ленты, а также отсутствие фиксирующих или крепящих элементов приводит к тому, что под воздействием вибронагрузок или силовых нагрузок со стороны нагреваемой среды четные изгибы ленты могут выпасть из пазов корпуса, что неизбежно приведет к выходу из строя нагревателя. Кроме того, нагреватель-аналог нетехнологичен, так как интервалы между изгибами имеют различную величину и в этом случае необходимы специальные шаблоны для изготовления нагревательного элемента, а сам процесс изготовления трудно механизировать.

Известен электронагреватель воздуха (Заявка ФРГ N 3622478, кл. Н 05 В 3/24), содержащий корпус с пазами и нагревательный элемент, выполненный в виде многократно изогнутой металлической ленты, четные изгибы которой размещены в указанных пазах и прижаты к стенкам паза фиксирующими элементами, при этом расстояние между наружными кромками каждого паза превышает удвоенную толщину ленты.

Этот нагреватель наиболее близок к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату, в связи с чем он рассматривается в материалах заявки в качестве прототипа.

Закрепление в этом устройстве четных изгибов металлической ленты в корпусе, выполненном из фаянса, фарфора, пластмассы или из другого изоляционного материала, с помощью изоляционных фиксирующих элементов обеспечивает хорошую надежность нагревателя в случае применения его в радиаторе, например, бытового назначения, для чего он и был спроектирован. Данное устройство выгодно отличается от приведенного выше аналога и тем, что расстояния между изгибами, т. е. длины прямолинейных участков ленты выдерживаются одинаковыми, поэтому формовку нагревательного элемента можно легко механизировать на штамповочном или прокатном оборудовании.

Однако в условиях повышенных вибраций и при необходимости выполнения нагревателя компактным как, например, в случае применения его для подогрева масла, топлива или воздуха в автомобильном дизельном двигателе, нагреватель-прототип не обеспечивает необходимой надежности. Действительно, участки ленты, непосредственно примыкающие к четным изгибам и не омываемые маслом, топливом или воздухом, могут перегреться особенно при компактном выполнении устройства. Изолятор из пластмассы, которая предпочтительнее керамики для внутренних полостей двигателя, также может быть источником ненадежности, так как охваченные пазами участки ленты в случае их перегрева размягчают пластмассу и корпуса и фиксирующих элементов, прочность крепления изгибов ленты к корпусу уменьшается и под влиянием вибрации и силового воздействия со стороны нагреваемой среды устройство может разрушиться.

Кроме того, прямоугольная форма петель ленты, выполненная в прототипе, не обеспечивает достаточной вибростойкости электронагревателя даже с учетом ребер жесткости, выштампованных на участках ленты между изгибами. Непосредственно вблизи четных изгибов, т. е. в зоне крепления ленты, ребра жесткости отсутствуют также, как и вблизи нечетных изгибов. Поэтому под воздействием вибрации петли могут смещаться, что может привести к закорачиванию отдельных участков ленты и к выходу электронагревателя из строя.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности электронагревателя, особенно при работе его в условиях повышенного уровня вибрации, силового воздействия со стороны нагреваемой среды и при повышенных удельных мощностях.

Поставленная цель достигается тем, что в электронагревателе текучей среды, содержащем корпус с пазами и нагревательный элемент, выполненный в виде многократно изогнутой металлической ленты, четные изгибы которой размещены в указанных пазах и прижаты к стенкам паза фиксирующими элементами, расстояние между наружными кромками каждого паза превышает удвоенную толщину ленты, согласно изобретению, изгибы металлической ленты выполнены в форме треугольника, фиксирующие элементы выполнены металлическими, а расстояние между стенками паза по меньшей мере на одном из участков, отстоящем от наружных кромок, превышает расстояние между наружными кромками паза.

Вышеперечисленные признаки заявляемого электронагревателя текучей среды, которые отличают его от известного, позволяют:
во-первых, увеличить жесткость конструкции, так как треугольник с двумя закрепленными вершинами - это единственный вид многоугольника, который сохраняет свою форму и положение в пространстве даже при шарнирном соединении сторон, т. е. применительно к данной конструкции даже при отсутствии в местах изгибов ребер жесткости;
во-вторых, снизить температуру ленты вблизи четных изгибов, закрепленных в корпусе-изоляторе и уменьшить тепловые нагрузки на корпус, так как участки ленты, утопленные в корпус для крепления, электрически закорочены металлическими фиксирующими элементами, и поэтому тепло не генерируют;
в-третьих, увеличить надежность крепления четных изгибов в корпусе, так как металлические фиксаторы, обладающие упругостью, могут быть впрессованы в гнезда корпуса и, главное, конфигурация самых гнезд исключает выпадение фиксатора из паза.

Все эти факторы увеличивают надежность работы нагревателя в условиях повышенных вибраций и значительных удельных нагрузок.

В известных технических решениях заявителем не обнаружено совокупности признаков, присущих предполагаемому изобретению, на основании чего сделан вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия" ("изобретательский уровень").

На фиг. 1а дан общий вид электронагревателя; на фиг. 1б, в, г, д, е изображены различные варианты выполнения пазов.

Электронагреватель текущей среды (фиг. 1а) содержит корпус 1, выполненный из изоляционного жаропрочного материала (например кордеирита или фенопласта) и резистивную ленту 2, закрепленную четными изгибами в пазах 3 корпуса 1 посредством фиксирующих элементов 4. Поперечное сечение паза 3 может иметь различные варианты геометрической формы (например, фиг. 1б, в, г, д, е). Однако во всех случаях расстояние между наружными кромками каждого паза 3 превышает удвоенную толщину резистивной ленты 2, а расстояние между стенками паза 3 по меньшей мере на одном из участков, удаленном вглубь корпуса от наружных кромок, превышает расстояние между этими кромками. Фиксирующие элементы 4, поджимающие изогнутые участки ленты 2 к стенкам паза 3, выполнены в частном случае в виде цилиндрических стержней или втулок (фиг. 1б, д, е) из упругого материала малого электрического сопротивления или же в виде соответствующих пружин (фиг. 1в, г). Запрессовка фиксирующих элементов 4 в пазы 3 должна осуществляться с натягом, обеспечивающим надежный контакт с поверхностью ленты 2 на всем ее участке, охваченном пазом. Геометрическая форма поперечного сечения паза 3 либо в виде цилиндрического отверстия, центр которого расположен от края корпуса на расстоянии, несколько меньшем радиуса (фиг. 1б, в, е), либо в виде цилиндра, соединенного с наружной частью корпуса 2 щелью, ширина которой меньше диаметра цилиндра (фиг. 1г), либо в виде трапеции (фиг. 1д) выбирается в каждом конкретном случае в зависимости от прочности материала корпуса 1, толщины ленты 2, рабочей температуры и прочих факторов.

В качестве вспомогательного элемента для обеспечения надежного электрического контакта между фиксирующими элементами 4 и резистивной лентой 2 может быть использована тонкая стальная лента (фиг. 1е) с выполненными на ней систематическими выпуклостями, например, в виде полусфер малого диаметра или в виде волнообразных гофров и т. д. (на чертеже не показаны). Применение ее особенно целесообразно в случае работы при предельно допустимых температурах, поскольку с помощью этой вспомогательной ленты можно обеспечить закоротку ветвей резистивной ленты 2 не только внутри паза 3, но и на близлежащем участке выхода ленты 2 из паза 3, при этом электрический контакт осуществлен с обеих сторон четного изгиба ленты 2.

Устройство работает следующим образом. Электронагреватель помещается в соответствующую установку (электровентилятор, конвентор, нагреватель какой-либо среды и т. д. ). Выводы резистивной ленты 2 подключаются к контактам электрической сети (на чертеже не показаны). Корпус устанавливается так, чтобы боковые поверхности ленты 2 были параллельны направлению нагреваемого потока.

Все нечетные изгибы и прямолинейные участки резистивной ленты 2, размещенные в зоне интенсивного обдува, нагреваются и подогревают проходящий поток, в результате теплообмена устанавливается рабочая температура ленты. Четные же изгибы ленты, расположенные в пазах 3 тепла, не генерируют, так как они закорочены фиксирующими элементами. Кроме того участки ленты 2, находящиеся в непосредственной близости к поверхности корпуса, в месте крепления четных изгибов разделены зазором, гарантированным за счет выбора расстояния между наружными кромками каждого паза 3, что обеспечивает возможность обдува ленты и у основания корпуса. В результате теплообмена, при котором тепло от участков ленты, примыкающих к корпусу, частично отводится в поток и только частично в корпус, возможности перегрева в указанном месте исключаются.

Таким образом, по сравнению с устройством, принятым в качестве прототипа, устройство согласно заявляемому изобретению имеет более высокую надежность при работе в широком диапазоне температур и при повышенном уровне вибраций. (56) Авторское свидетельство СССР N 1083415, кл. Н 05 В 3/24, 1983.

Заявка ФРГ N 3622478, кл. Н 05 В 3/24, 1988.

Использование: для подогрева жидкостей или газов, может быть использовано в различных технологических процессах, в быту, на транспорте и в других областях техники. Сущность изобретения: электронагреватель содержит корпус 1 с пазами 3 и нагревательный элемент, выполненный в виде многократно изогнутой с изгибами в форме треугольников металлической ленты 2. Лента закреплена своими четными изгибами в пазах 3, выполненных в корпусе 1. Расстояние между наружными кромками каждого паза 3 превышает удвоенную толщину ленты 2, а расстояние между стенками каждого паза 3 по меньшей мере на одном из участков, отстоящем от наружных кромок, превышает расстояние между наружными кромками паза. В пазах размещены четные изгибы ленты 2 и металлические фиксирующие элементы 4, выполненные с возможностью поджатия ими соответствующих участков ленты 2 к стенкам паза 3 и обеспечивающие электрическое заворачивание участков ленты 2, размещенных в пазах. 1 ил.

ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ, содержащий корпус с пазами и нагревательный элемент в виде многократно изогнутой металлической ленты, четные изгибы которой размещены в указанных пазах и прижаты к стенкам паза фиксирующими элементами, при этом расстояние между наружными кромками каждого паза превышает удвоенную толщину ленты, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности электронагревателя, изгибы металлической ленты выполнены в форме треугольника, фиксирующие элементы - металлическими, а расстояние между стенками паза по меньшей мере на одном из участков, отстоящем от наружных кромок, превышает расстояние между наружными кромками паза.