ЭЛЕКТРОИСКРОВАЯ ЗАЖИГАЛКА Российский патент 1996 года по МПК F23Q5/00 

Изобретение относится к устройствам для поджигания газа, преимущественно в быту, общепризнанным достоинством электроискровых бытовых зажигалок является их эргономичность, экологичность, эстетичность и безопасность в употреблении.

Известны пьезоэлектрические зажигалки, в которых высоковольтным источником, инициирующим разряд, является пьезокристалл, возбуждаемый вручную с помощью ударного или рычажного механизма [1]
Недостатком такого устройства является его сравнительно низкая надежность в работе, т.к. чрезвычайно высокое внутреннее сопротивление пьезокристалла не позволяет получить достаточно большой ток и, соответственно, температуру электрической искры. Кроме того, пьезокристалл весьма быстро разрушается от огромных деформирующих его нагрузок.

Упомянутые недостатки отсутствуют в зажигалке, содержащей электромагнит и электроконтактный прерыватель, соединенные между собой по схеме звонка (т. е. последовательно). Здесь контакты прерывателя выполняют функцию электроисковых электродов [2]
Недостатком данной зажигалки является необходимость в постоянной электрической связи по соединительному шнуру с питающей сетью. Это и неудобно и небезопасно. Кроме того, подвижный электрод прерывателя быстро обгорает и часто заклинивает или залипает. Это обуславливает низкую надежность и долговечность известной зажигалки.

Наиболее близким устройством к предложенному (прототипом) является электронная электроискровая зажигалка, которая содержит низковольтный, гальванический источник питания (в частности, аккумулятор с зарядным выпрямителем), который через ручной коммутирующий элемент (двухполюсный выключатель) подключен к электронному генератору переменного напряжения, нагруженного на выпрямитель через повышающий трансформатор. В свою очередь, этот выпрямитель нагружен накопительным (интегрирующим) конденсатором и вторым генератором переменного напряжения, к выходу которого подключен второй повышающий трансформатор. Ко вторичной обмотке второго трансформатора подключены электроискровые электроды, необходимые для воспламенения газа [3]
К значительным недостаткам прототипа следует отнести сравнительную сложность его конструкции, большие габариты и стоимость устройства, а также низкую экономичность, точнее, необходимость в эксплуатационных расходах. Сложность и громоздкость конструкции обусловлены применением гальванических элементов в качестве источника энергии и необходимостью применения двойного преобразования постоянного напряжения в переменное.

Кроме того, спектр генерируемых частот смещен в сторону низких частот. Даже у тиристорного преобразователя у генерируемых импульсов фронты неизбежно получаются затянутыми. Все это обусловливает необходимость применения низкочастотного, а значит, и более громоздкого повышающего трансформатора. Значительная элементная избыточность кроме сложности и громоздкости конструкции обуславливает и сравнительно высокую стоимость изделия. Но самым значительным недостатком конструкции прототипа является необходимость в применении громоздких, дефицитных, а теперь и дорогих гальванических элементов, которые необходимо часто заменять, даже если использованы аккумулиpующие элементы. Это связано с тем, что в течение всего периода нажатия пусковой кнопки (коммутирующего элемента) оба генератора и электроискровые электроды непрерывно потребляют энергию, т. к. они непрерывно генерируют переменное напряжение. Для воспламенения же газа достаточно всего одного импульса практически любой длительности, лишь бы этот импульс ионизировал газ и обеспечил электрический пробой газа, наблюдаемый как искра.

Целью изобретения является устранение упомянутых недостатков, а именно: упрощение устройства, уменьшение его габаритов и себестоимости, а также исключение эксплуатационных затрат, связанных с заменой элементов питания.

Поставленная цель достигается тем, что известная электроискровая зажигалка, содержащая корпус, ручной коммутирующий элемент, выпрямитель переменного напряжения в постоянное, к выходу которого подключены накопительный конденсатор, соединенный через генератор с первичной обмоткой повышающего трансформатора, и общую шину, соединенную с выходом выпрямителя, с одной из обкладок конденсатора, с питающим входом и выходом генератора и с первичной обмоткой трансформатора, ко вторичной обмотке которого подключены электроискровые электроды, содержит вилку питания со штекерами, причем штекеры вилки закреплены в корпусе и непосредственно соединены со входом выпрямителя, а ручной коммутирующий элемент введен в питающий вход генератора.

Следующее отличие заключается в том, что коммутирующий элемент выполнен в виде трехполосного переключателя, в генератор введен дозирующий конденсатор, одна из обкладок которого подсоединена к общей шине, а другая к подвижному контакту трехполюсного переключателя, первый подвижный контакт которого подсоединен к выходу выпрямителя, а второй к первичной обмотке трансформатора.

Другое отличие заключается в том, что коммутирующий элемент выполнен в виде трехполюсного переключателя, в генератор введен дозирующий конденсатор, одна из обкладок которого подсоединена к первичной обмотке трансформатора, другая обкладка к подвижному контакту трехполюсного переключателя, первый подвижный контакт которого подсоединен к выходу выпрямителя, а второй к общей шине.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена обобщенная функциональная электрическая схема зажигалки.

На фиг. 2 изображен первый пример выполнения зажигалки.

На фиг. 3 изображен второй пример выполнения зажигалки.

На фиг. 4 представлен пример конструктивной схемы зажигалки.

Электроискровая зажигалка включает в себя следующие основные узлы (фиг. 1): выпрямитель 1, представляющий собой фактически преобразователь переменного напряжения в постоянное, накопительный конденсатор 2, генератор одиночного импульса 3, обеспечивающий преобразование постоянного напряжения в одиночный импульс электрического тока при изменении состояния коммутирующего элемента П вручную, повышающий трансформатор 4, электроискровой разрядник 5, который в простейшем случае представляет собой пару электроискровых электродов 6 и 7.

Устройство работает следующим образом.

Переменное напряжение питающей сети через вилку В подается к выпрямителю 1 и преобразуется им в постоянное пульсирующее напряжение. Это пульсирующее напряжение заряжает накопительный конденсатор 2 до амплитудного значения питающего напряжения. При изменении состояния ручного коммутатора П (с помощью его кнопки, рычажка и т.п.) генератор 3 возбуждается. При этом генерируются импульсы тока (напряжения) на его питающем входе и выходе. В общем случае несущественно, одновременно или поочередно происходит генерирование импульса тока на входе и выходе при изменении состояния переключателя П. Выходной импульс генератора 3 усиливается импульсным повышающим трансформатором 4 до значения напряжения, при котором происходит искровой пробой газа в промежутке между электродами 6, 7 электроискрового разрядника 5. В результате происходит требуемое воспламенение газа.

Особенностью устройства является то, что в нем впервые конденсатор выполняют функцию аккумулятора электрической энергии в зажигалке. Это стало возможным благодаря выполнению генератора 3 в виде генератора одиночного импульса тока на входе. И что особенно важно, значение питающего генератора 3 тока в холостом режиме должно быть равным нулю /или быть несущественным/, т. е. генератор 3 должен быть закрытым по питающему входу в холостом режиме и открытым лишь (по команде от переключателя П) на заданный период времени. При таком выполнении генератора 3 заряда конденсатора 2 сравнительно небольшой емкости (50 200 мкФ) до напряжения 220 В хватает на десятки и сотни срабатываний зажигалки в течение десятков часов, что вполне достаточно для практики. Этому способствует также и то, что выпрямитель 1 выполнен однополупериодным (фиг. 3, 4), который не нагружает конденсатор 2 своим выходом.

С точки зрения предъявленных требований к устройству в холостом режиме находится и аналитическое соотношение между выходным сопротивлением выпрямителя 1, входным сопротивлением генератора 3 и внутренним сопротивлением конденсатора 2. Оно находится решением системы уравнений
To Cи Rc период саморазряда конденсатора Си без подключения к нему внешней нагрузки,
Tн Cи Rc Rн период саморазряда конденсатора в схеме зажигалки, где Rн эквивалентное сопротивление нагрузки конденсатора Cи,
Rн Rв Rг,
Тн > kTo, где k минимальная доля периода То, которая необходима, чтобы без дискомфорта можно было бы успеть поджечь газ зажигалкой после отключения ее от питающей сети.

Решением будет неравенство:

Данное неравенство является альтернативным существенным признаком изобретения.

Например, если задать упомянутую минимальную долю периода равной k≥1 мин/10 час 0,002, то эквивалентное сопротивление Rн должно быть равным Rн≥0,002 Rc.

Идеально удовлетворяют вышеизложенным требованиям примеры выполнения выпрямителя 1 и генератора 3, представленные на фиг. 2, 3. При этом конструкция зажигалки получается предельно простой и надежной.

В обоих примерах генератор 3 представляет собой трехполюсный переключатель В, к подвижному контакту которого подключен первый вывод дозирующего конденсатора 9. При этом переключатель 8 выполнен контактным и, в общем случае, обеспечивает возможность подключения дозирующего конденсатора 9 поочередно к выходу и ко входу генератора 3 и наоборот. Для практики удобнее, если конденсатор 9 переключается при нажатии на кнопку коммутатора 8 со входа генерирующего четырехполюсника 3 на его выход, т.к. при этом искра образуется уже при первом нажатии на кнопку.

В частном первом примере выполнения устройства вход генератора 3 образуют один из неподвижных контактов переключателя и второй свободный вывод конденсатора 9. Выход генератора 3 образуют другой неподвижный контакт переключателя 8 и тот же второй вывод конденсатора 9 (см. фиг. 2).

Во втором примере выполнения зажигалки (фиг. 3) вход генератора образуют два неподвижных контакта переключателя 8, а выход генератора 3 расположен между одним из неподвижных контактов переключателя 8 и вторым выводом дозирующего конденсатора 9.

Указания на вход и выход рассмотренных конструкций генератора 3 условны, т.к. они взаимозаменяемы.

Однополупериодный выпрямитель 1 представляет собой на практике диод Д, соединенный последовательно с токоограничительным резистором R1. Через эту сборку одна из фаз питающей сети подключена к конденсатору 2. Другая фаза сети напрямую или через второй токоограничительный резистор R2 подключена к другому выводу конденсатора 2. Данный выпрямитель 1 совершенно не нагружает и не разряжает через себя конденсатор 2.

Особенностью предложенной конструкции является то, что автономный источник питания, каковым является конденсатор 2, заряжается до напряжения, равного сравнительно высокому напряжению сети, а контактный генератор 3 практически без потерь передает потенциал в виде импульса со входа на свой выход без усилителей.

Переносчиком дозы энергии от накопительного (аккумулирующего) конденсатора 2 к трансформатору 4 является, собственно, дозирующий конденсатор 9. Дозирование энергии осуществляется заданием соотношения емкостей конденсаторов 2 и 9. Практически количество искр, образуемых зажигалкой, равно отношению емкостей Cи и Cд. Так экспериментальный образец зажигалки обеспечивает, например, 130 140 искр при Си 150 мкФ, Сд 1 мкФ.

На фиг. 4 изображен пример конструктивной схемы электроискровой зажигалки.

Элементы и узлы 1 4 и 8, 9 расположены в цилиндрическом корпусе 10 с крышкой 11. Под крышкой 11 в теле корпуса 10 жестко закреплены штекеры 12, 13 вилки В. С другой стороны корпуса 10 закреплена аналогично трубка 14. На ее конце внутри установлен изолятор 15. На этом изоляторе установлен один из электродов, например, 6. Другим электродом 7 электроискрового разрядника 5 является сама металлическая трубка 14. Для исключения случайных ударов высоким напряжением изолятор 15 с электродом 5 находится на некотором расстоянии от конца трубки 14 (например, на расстоянии одного трех диаметров трубки 14). При этом для облегчения доступа поджигаемого газа к электроду 6 в трубке 14 выполнены специальные окна (прорези и т.п.) 16.

Технико-экономический эффект от использования предложения заключается в том, что впервые в электрозажигалке удалось использовать конденсатор (например, электролитический) в качестве автономного источника энергии, который выгодно отличается от других аккумуляторов повышенным напряжением заряда (в десятки и сотни раз), большей дешевизной, простотой и надежностью, а также сроком службы. Другим следствием предложения является то, что упростилась вся конструкция электрической зажигалки по сравнению со всеми существующими несамогенерирующими, автономными электронными зажигалками. ЫЫЫ2

Использование: бытовые устройства для поджигания газа газовых плит. Сущность изобретения: электроискровая зажигалка содержит зарядный выпрямитель, к выходу которого подключены накопительный аккумулирующий энергию конденсатор и питающий вход ждущего генератора с закрытым входом в режиме "холостого" хода и управляемого ручным коммутирующим элементом. Выход генератора подключен к первичной обмотке повышающего трансформатора, а вторичная обмотка трансформатора подключена к электродам электроискрового разрядника. Приведены также два примера выполнения электроискровой зажигалки, в которых генератор импульса выполнен в виде простейшей электрической схемы, включающей всего два элемента - трехполосный переключатель и дополнительный конденсатор. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Электроискровая зажигалка, содержащая корпус, ручной коммутирующий элемент, выпрямитель переменного напряжения, к выходу которого подключен накопительный конденсатор, соединенный через генератор с первичной обмоткой повышающего трансформатора, и общую шину, соединенную с выходом выпрямителя, с одной из обкладок конденсатора, с питающим входом и выходом генератора и с первичной обмоткой трансформатора, к вторичной обмотке которого подключены электроискровые электроды, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, электро- и пожаробезопасности, упрощения и снижения эксплуатационных затрат, она содержит вилку питания с штекерами, причем штекеры вилки закреплены в корпусе и непосредственно соединены с входом выпрямителя, а ручной коммутирующий элемент введен в питающий вход генератора. 2. Зажигалка по п. 1, отличающаяся тем, что коммутирующий элемент выполнен в виде трехполюсного переключателя, в генератор введен дозирующий конденсатор, одна из обкладок которого подсоединена к общей шине, а другая к подвижному контакту трехполюсного переключателя, первый неподвижный контакт которого подсоединен к выходу выпрямителя, а второй к первичной обмотке трансформатора. 3. Зажигалка по п. 1, отличающаяся тем, что коммутирующий элемент выполнен в виде трехполюсного переключателя, в генератор введен дозирующий конденсатор, одна из обкладок которого подсоединена к первичной обмотке трансформатора, другая обкладка к подвижному контакту трехполюсного переключателя, первый неподвижный контакт которого подсоединен к выходу выпрямителя, а второй к общей шине.