ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК H05B3/62 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электронагревательным элементам для печей, применяемых при повышенных температурах (до 2500^oC и более) в вакууме или инертной среде.

Известен электронагреватель, содержащий резистивный элемент в виде сплошной трубы [1]
Известный электронагреватель имеет недостаточно высокое электросопротивление, что затрудняет выделение на нем требуемой мощности, согласованной с существующими трансформаторами и другими системами питания нагревателя. Это ограничивает область его применения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является электронагреватель, содержащий резистивный элемент, в котором выполнены основные прорези, делящие его на последовательно соединенные части [2]
За счет последовательного соединения отдельных частей резистивного элемента электронагревателя он имеет высокое электросопротивление. Это позволяет развить ему требуемую мощность, согласованную с существующими источниками питания, и тем самым расширить область его применения.

Электронагреватель такой конструкции имеет следующие недостатки.

В ряде случаев согласование электросопротивления нагревателя с вольт-амперными характеристиками источника питания достигается либо при сравнительно небольшой толщине (положительный момент), но при сравнительно большой ширине отдельной токопроводящей части резистивного элемента (отрицательный момент), либо при сравнительно небольшой ширине отдельной секции (положительный момент), но при излишне большой ее толщине (отрицательный момент).

В первом случае электродвигатель имеет недостаточно равномерное температурное поле из-за стремления тока идти кратчайшим путем (в данном случае по диагонали отдельной части и вблизи конца паза резистивного элемента), что приводит к локальным перегревам и в конечном итоге к снижению ресурса его работы.

Во втором случае электродвигатель из-за меньшей ширины токопроводящей части резистивного элемента имеет более равномерное температурное поле, но за счет повышения материалоемкости.

Заявляемое техническое решение позволяет снизить материалоемкость, повысить надежность и ресурс работы электронагревателя.

Это достигается тем, что в электронагревателе, содержащем резистивный элемент, в котором выполнены основные прорези, делящие его последовательно соединенные части, в нем выполнена, по меньшей мере, одна дополнительная прорезь, огибающая основные прорези и делящая последовательно соединенные части на равные по проходному для тока сечению части. Кроме того, на концах основных прорезей могут быть установлены вставки из материала более электропроводного, чем материал резистивного элемента, или выполнены утолщения из материала резистивного элемента.

Выполнено в резистивном элементе электронагревателя дополнительной прорези, огибающей основные прорези и делящей последовательно соединенные части на равные по проходному для тока сечению части позволяет в любом случае ввести его в согласование с вольт-амперными характеристиками источника питания при сравнительно небольшой толщине резистивного элемента электронагревателя и небольшой ширине отдельной токопроводящей части. Кроме того, это позволяет уменьшить тепловыделение и, значит, исключить перегрев на концах продольных пазов.

В свою очередь это позволяет снизить материалоемкость, повысить равномерность температурного поля и как следствие надежность и ресурс работы электронагревателя.

Кроме того, установка на концах основных прорезей вставок из материала более электропроводного, чем материал резистивного элемента или выполнение утолщений из материала резистивного элемента электронагревателя, приводит к выравниванию температурного поля электронагревателя.

На фиг. 1 изображен общий вид электронагревателя цилиндрической формы; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 то же, в форме рюмки; на фиг. 4 то же, вид сверху; на фиг. 5 то же, в форме диска; на фиг. 6 то же, вид сверху; на фиг. 7 10 то же, в форме пластины.

Каждый из этих электронагревателей содержит резистивный элемент 1, в котором выполнены основные прорези 2, делящие его на последовательно соединенные части 3. В резистивном элементе 1 электронагревателя выполнена по меньшей мере одна дополнительная прорезь 4, огибающая основные прорези 2 и делящая последовательно соединенные части 3 на равные по проходному для тока сечению части 5 (2 части на фиг. 1, 3, 5, 7 или более на фиг. 8). Проходное для тока сечение части 5 равно произведению их ширины на толщину, т. е. а х d или в х d; причем а=в. На концах основных прорезей 2 могут быть установлены вставки 6 из материала более электропроводного, чем материал резистивного элемента (фиг. 9), или выполнены утолщения 7 из материала резистивного элемента (фиг. 10).

Напряжение к электронагревателю подается на токопроводы 8.

Электронагреватель (для различных форм) работает следующим образом. При подаче напряжения на токопроводы 8 электронагревателя ток протекает по последовательно соединенным частям 3 резистивного элемента 1, образованным основными прорезями 2. В свою очередь в каждой из последовательно соединенных частей 3 резистивного элемента 1 за счет наличия дополнительных прорезей 4 ток протекает двумя (фиг. 1, 3, 5, 7) или более (фиг. 8) параллельными потоками по частям 5, имеющим равное проходное для тока сечение (в том числе и на участках, где дополнительные прорези 4 расположены перпендикулярно основным прорезям 2).

Прохождение тока в последовательно соединенных частях 3 резистивного элемента 1 параллельными потоками по частям 5 позволяет увеличить равномерность температурного поля, т. к. исключается прохождение тока по диагонали части 3. Следует отметить, что достигается это при неизменной ширине и толщине частей 3 резистивного элемента 1 электронагревателя, т. е. без увеличения его материалоемкости.

В одной из частей 5 резистивного элемента 1 электронагревателя ток проходит вблизи конца основной прорези 2, что приводит к местному перегреву (стремление тока идти кратчайшим путем). При наличии на концах основных прорезей 2 вставок 6 из материала более электропроводного, чем материал резистивного элемента 1 (фиг. 9) или утолщений 7 из материала резистивного элемента 1 электронагревателя, в этих местах за счет увеличения их проводимости уменьшается перегрев. Это приводит к еще большему выравниванию температурного поля электронагревателя.

При отсутствии прорезей 4 ток в последовательно соединенных частях 3 резистивного элемента 1 электронагревателя стремится идти кратчайшим путем (по диагонали каждой из частей 3 и в непосредственной близости от конца прорези 2), что приводит к неравномерности температурного поля (более яркое свечение наблюдается именно на этих участках резистивного элемента 1 электронагревателя, а остальные участки и особенно торцы остаются захоложенными).

Отрицательное влияние этого явления на температурное поле электронагревателя можно избежать, если уменьшить ширину каждой из частей 3 резистивного элемента 1 электронагревателя. Однако в известном электронагревателе это можно было сделать за счет одновременного увеличения толщины стенки электронагревателя, что не всегда целесообразно, т. к. увеличивается материалоемкость.

В предлагаемом электронагревателе эта задача решается за счет разделения потока, протекающего по части 3 на два или более параллельных потока, при этом отпадает необходимость в увеличении толщины стенки резистивного элемента 1 электронагревателя, т. к. сечение токопроводящей части 3 практически не изменяется. Повышение равномерности температурного поля позволяет повысить надежность и ресурс работы электронагревателя.

Использование: в нагревательных элементах для печей, работающих при повышенных температурах (более 2500^oC) в вакууме или инертной среде. Сущность изобретения: электронагреватель содержит резистивный элемент, в котором выполнены основные прорези, делящие его на последовательно соединенные части. Кроме того, в нем выполнена, по меньшей мере, одна дополнительная прорезь, огибающая основные прорези и делящая последовательно соединенные части на равные по проходному для тока сечению части. На концах основных прорезей могут быть установлены вставки из материала более электропроводного, чем материал резистивного элемента, или выполнены утолщения из материала резистивного элемента. В электронагревателе повышен ресурс работы и надежность и снижена материалоемкость. 1 з. п. ф-лы, 10 ил.

1. Электронагреватель, содержащий резистивный элемент, в котором выполнены основные прорези, делящие его на последовательно соединенные части, отличающийся тем, что в нем выполнена по меньшей мере одна дополнительная прорезь, огибающая основные прорези и делящая последовательно соединенные части на равные по проходному для тока сечению части. 2. Электронагреватель по п.1, отличающийся тем, что на концах основных прорезей установлены вставки из материала более электропроводного, чем материал резистивного элемента или выполнены утолщения из материала резистивного элемента.