ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОДНОГО НАГРЕВАТЕЛЯ ЖИДКОСТИ Российский патент 2001 года по МПК H05B3/60 F24H1/20 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электронагревательным приборам электродного типа, и может быть использовано в саморегулируемых нагревателях для автономного горячего водоснабжения и водяного отопления помещений различного назначения, а также в термостатах и подогревателях жидкости.

Известен электрод для электронагрева токопроводящих смесей, выполненный из двух металлических пластин, с токоподводом для подсоединения к внешней электрической цепи, с установленным между ними жестким изолятором из электростойкого материала. (А.с. СССР N 1728986, кл. H 05 В 3/60, 1989 г.).

Недостатком известного устройства является его незащищенность от электрохимической коррозии, что вызывает сокращение срока службы и увеличение эксплуатационных расходов.

Известен электрод, входящий в состав устройства для нагрева жидкости, содержащий несколько слоев, один из которых снабжен токоподводом, а другой, контактирующий с нагреваемой жидкостью, выполнен в виде защитного экрана, выбранный за прототип (А. с. СССР N 430520, кл. H 05 В 3/78, F 24 H 1/20, 1972 г.).

Недостатком известного электрода является то, что он неспособен самостоятельно ограничить проходящий через себя ток по достижению нагреваемой жидкостью максимально допустимой температуры нагрева. Для этого требуются дополнительные регулирующие устройства: или механические, или электрические. Что, в конечном счете, увеличивает затраты на изготовление, монтаж и эксплуатацию нагревательного устройства в целом.

Предлагаемый электрод для электродного нагревателя жидкости лишен вышеуказанных недостатков, т.е. способен ограничить проходящий через себя ток по достижению нагреваемой жидкостью установленной температуры.

Это достигается тем, что известный электрод, содержащий несколько слоев один из которых снабжен токоподводом, а другой, контактирующий с нагреваемой жидкостью, выполнен в виде защитного экрана, согласно изобретению дополнительно содержит слой, выполненный в качестве позистора с заданной температурой переключения (по другой терминологии - точкой Кюри), соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости, и расположенный между слоем с токоподводом и слоем в виде защитного экрана.

Позисторный слой может быть выполнен из резиноподобного материала с положительным температурным коэффициентом сопротивления, например, электропроводной резины с включением титаната бария (BaTiO₃) с заданной температурой переключения.

Также позисторный слой может быть выполнен их керамики, изготовленной на основе материала с положительным температурным коэффициентом сопротивления, например титаната бария, с заданной температурой переключения.

При этом позисторный слой связан со слоями, между которыми расположен, веществом с хорошей электротеплопроводностью, например, серебряной пастой, а защитный экранный слой дополнительно выполняет функцию радиатора.

Выполнение дополнительного слоя, в качестве позистора с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости, обеспечивает прекращение прохождения электрического тока через электрод и, следовательно, прекращение нагревания жидкости по достижению ею температуры, соответствующей температуре переключения позистора, которая выбирается, по необходимости, заранее, а расположение его между слоем с токоподводом и слоем в виде защитного экрана обеспечивает надежную защиту от электрохимической коррозии и, следовательно, долговечность.

Выполнение позисторного слоя из резиноподобного материала с положительным коэффициентом сопротивления, например электропроводной резины с включением титаната бария (BaTiO₃), и с заданной температурой переключения позволяет упростить технологию изготовления электрода, особенно цилиндрической формы.

При необходимости, позисторный слой можно выполнить из керамики, изготовленной на основе титаната бария с добавлением других элементов, или на основе кремния, германия и т.д.

Связь позисторного слоя со слоями, между которыми он расположен, веществом с хорошей электротеплопроводностью, например серебряной пастой, обеспечивает хороший теплосъем с позистора, повышая его надежность и долговечность, чему способствует и защитный экран, дополнительно выполняет функцию радиатора.

На фиг. 1 изображен электрод для электродного нагревателя жидкости в разрезе. На фиг. 2 - вид I на фиг. 1. На фиг. 3 приведена характерная зависимость сопротивления позистора от температуры (Э.Д. Мэклин. Терморезисторы. М.: Радио и связь, 1983, рис. 11.6, с. 151).

Электрод содержит токопроводящий слой 1, связанный с токоподводом 2, защитный слой - экран 3, дополнительно выполняющий функцию радиатора, и расположенный между ними позисторный слой 4, выполненный, например, из резиноподобного материала с положительным температурным коэффициентом сопротивления и заданной температурой переключения, ниже температуры кипения жидкости, например 95^oC. Температура переключения позисторного слоя 4 определяется по любой из известных методик, применяемых при разработке аналогичных изделий, например, путем подбора. А именно, сначала задается температура переключения, равная допустимой температуре нагрева жидкости. По справочникам подбирается наиболее подходящий серийный позистор, изготовляется и испытывается опытный образец и по результатам испытаний корректируется температура переключения позисторного слоя 4, так как она взаимосвязана, соответствует допустимой температуре нагрева жидкости. И затем решается вопрос об использовании серийных или разработке специальных позисторов, для создания позисторного слоя 4 электрода для электродного нагревателя. Позисторный слой 4 связан с токоподводящим слоем 1 и защитным слоем - экраном 3, дополнительно выполняющим и функцию радиатора, связующими слоями 5, выполненными из вещества с хорошей электротеплопроводностью, например серебряной пасты. 6 - изоляционный верхний слой, 7 - изоляционный нижний слой.

Электрод работает следующим образом.

При подаче напряжения на электрод, входящий в состав электродного нагревателя жидкости (не показан) и, естественно, находящийся во взаимодействии с другим электродом, связанным с ним электрически, расположенный в нагреваемой жидкости, температура которой меньше температуры переключения, через него проходит электрический ток, нагревающий жидкость. Параметры протекающего электрического тока зависят, в основном, от напряжения между электродами, сопротивления столба жидкости между электродами и сопротивления позисторного слоя 4. При комнатных значениях температуры величина сопротивления позистора (см. фиг. 3) лежит в области единиц Ом. Падение напряжения на позистором слое 4 невелико, выделяемая им мощность невелика, легко снимается защитным слоем - экраном - радиатором 3 и мало влияет на величину тока в цепи. По мере нагрева жидкости нагревается и позисторный слой 4, при этом его сопротивление сначала даже несколько падает. Но при достижении температуры переключения (точка T_п на фиг. 3), выбираемой конструктивно, в нашем случае это 95^oC, в позисторном слое 4, резко возрастает скорость изменения сопротивления, на порядки. И позисторный слой 4 "запирается". Так как нагреваемая жидкость уже не может охлаждать позисторный слой 4, ибо сама нагрета до температуры соответствующей температуре переключения. Т.е. при достижении температуры переключения позисторный слой 4 резко уменьшает ток через себя, до величины поддержания саморазогрева, а это, практически, означает прекращение нагрева жидкости до тех пор, пока ее температура не станет ниже температуры, соответствующей температуре переключения позисторного слоя 4.

Таким образом, предложенный электрод обеспечивает нагрев жидкости до заданной температуры автоматически, что может обеспечить ему широкое применение во всевозможных нагревательных устройствах электродного типа.

Изобретение предназначено для использования в саморегулируемых нагревателях жидкости для автономного отопления и горячего водоснабжения объектов, не имеющих централизованного теплоснабжения, например коттеджей, производственных и служебных помещений и т.п. В многослойный электрод дополнительно вводится позисторный слой с заданной температурой переключения и выполненный, например, из резиноподобного материала с положительным температурным коэффициентом сопротивления и заданной температурой переключения, например 95°С, расположенный между токоподводящим слоем, с токоподводом и защитным слоем - экраном, дополнительно выполняющим и функцию радиатора. Введение позисторного слоя обеспечивает возможность регулирования нагрева жидкости до заданной температуры автоматически. 3 з.п.ф-лы, 3 ил .

1. Электрод для электродного нагревателя жидкости, содержащий несколько слоев, один из которых снабжен токоподводом, а другой, контактирующий с нагреваемой жидкостью, выполнен в виде защитного экрана, отличающийся тем, что дополнительно содержит слой, выполненный в качестве позистора с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости, и расположенный между слоем с токоподводом и слоем, выполненным в виде защитного экрана. 2. Электрод по п.1, отличающийся тем, что позисторный слой выполнен из резиноподобного материала с положительным температурным коэффициентом сопротивления, например, электропроводной резины с включением титаната бария, с заданной температурой переключения. 3. Электрод по п.1, отличающийся тем, что позисторный слой выполнен из керамики, изготовленной на основе материала с положительным температурным коэффициентом сопротивления, например, титаната бария, с заданной температурой переключения. 4. Электрод по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что позисторный слой связан со слоями, между которыми расположен, веществом с хорошей электротеплопроводностью, например, серебряной пастой, а защитный экранный слой дополнительно выполняет функцию радиатора.