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 электродный нагреватель жидкости, в котором параллельно оси установлены электроды, соединенные с токоподводящими шпильками через биметаллические пластины (А.С. СССР N 997263, кл. H 05 B 3/60, 1981 г.).

Недостатком известного устройства является неравномерная плотность тока по длине электродов в процессе работы, нагрева жидкости, что отрицательно сказывается на его работоспособности.

Известен электрод, входящий в состав электродного водогрейного котла, содержащий секции с токоподводами, разделенные изоляторами, выбранный за прототип (А.С. N 2962960, кл. F 24 H 1/20, 1993 г.).

В известном устройстве мощность регулируется путем переключения секций электрода со звезды на треугольник и наоборот, а следовательно, изменением величины тока, проходящего через секции электрода и нагреваемую жидкость.

Однако такое переключение производится вручную на разобранном устройстве, что является его недостатком.

Также использование известного электрода не обеспечивает защиту нагреваемой жидкости от перегрева, закипания, что ведет к нестабильной работе нагревательного устройства в целом.

Желательно иметь электрод для электродного нагревателя жидкости, исключающий необходимость внешнего регулирования величины тока, проходящего через него, и надежно защищающий нагреваемую жидкость от перегрева, т.е. нагрева выше допустимой, заранее установленной температуры.

Это достигается тем, что в электроде для электродного нагревателя жидкости, содержащем секции с токоподводами, разделенные изоляторами, согласно изобретению секции выполнены в поперечном сечении из нескольких слоев, один из которых - позистор с заданной температурой переключения (по другой терминологии - точкой Кюри), соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости, расположен между слоем, соединенным с токоподводом, и слоем, контактирующим с нагреваемой жидкостью. При этом слой, контактирующий с нагреваемой жидкостью, выполняет функции защитного экрана и радиатора.

Во всех случаях позисторный слой связан со слоями, между которыми расположен, веществом с хорошей электротеплопроводностью, например серебряной пастой.

Выполнение секций в поперечном сечении из нескольких слоев, один из которых позистор с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости, расположен между слоем, соединенным с токоподводом, и слоем, контактирующим с нагреваемой жидкостью, обеспечивает практическое прекращение прохождения электрического тока через секцию и, следовательно, нагреваемую жидкость, по достижении нагреваемой жидкостью температуры, соответствующей температуре переключения позистора, выбираемой заранее.

Соответствие температуры переключения позисторного слоя секций допустимой температуре нагрева жидкости обеспечивает, с учетом градиента температуры нагреваемой жидкости по длине электрода, т.е. по секциям, последовательное самоотключение секций по мере нагрева омывающей их жидкости до допустимой температуры, что исключает перегрев нагреваемой жидкости.

Выполнение слоем, контактирующим с нагреваемой жидкостью, функции защитного экрана и радиатора обеспечивает надежную защиту от электрохимической коррозии и хороший съем тепла с позистора и, следовательно, долговечность и надежность работы.

Связь позисторного слоя со слоями, между которыми он расположен, при помощи вещества с хорошей электротеплопроводностью, например серебряной пастой, обеспечивает требуемый температурный режим и, следовательно, долговечность и надежность работы.

На фиг. 1 изображен электрод для электродного нагревателя жидкости (в качестве примера, цилиндрической формы, т.к., естественно, форма может быть любая) с вырезом четверти. 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 г., рис. 11.6, стр. 151).

Электрод содержит отдельные секции 1, 2 и 3 (число их может быть две и более) с токоподводами, объединенными в общий токоподвод 4, подсоединяемый к внешней электрической цепи (не показана). Секции 1, 2 и 3 выполнены в поперечном сечении из нескольких слоев: 5 - токоподводящий слой; 6 - позисторный слой, т. е. слой, выполненный в качестве позистора с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости. Например, из резиноподобного или керамического материала на основе титаната бария (BaTiO₃) с разными добавками; 7 - защитный экран - радиатор, т.е. слой, контактирующий с нагреваемой жидкостью и защищающий позисторный слой 6 от электрохимической коррозии и отводящий от него тепло. Слои 5, 6 и 7 связаны между собой связующими слоями 8, выполненными из вещества с хорошей электротеплопроводностью, например серебряной пасты. Секции 1, 2 и 3 разделены между собой изоляторами 9 с хорошим электротермосопротивлением. По торцам электрод снабжен нижним защитным слоем 10 и верхним защитным слоем 11.

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 температур переключения позисторных слоев 1, 2 и 3, через него проходит электрический ток, нагревающий жидкость. Параметры протекающего электрического тока зависят, в основном, от напряжения между электродами, сопротивления позисторных слоев 6 секций 1, 2 и 3 и со противления жидкости. При комнатных значениях температуры вели чина сопротивления позистора (см. фиг. 3) лежит в области единиц Ом. Падение напряжения на позисторном слое 6 секций 1, 2 и 3 невелико, выделяемая им мощность мала и легко снимается защитным слоем - экраном-радиатором 7 и не особо влияет на величину тока в цепи. По мере нагрева жидкости нагреваются и позисторные слои 6 секции 1, 2 и 3, при этом их 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 6, сначала секции 3, резко возрастает скорость изменения сопротивления, на порядки. И позисторный слой 6 секции 3 "запирается". Так как нагреваемая жидкость уже не может охлаждать позисторный слой 6, ибо сама нагрета до температуры соответствующей температуре переключения. Т.е. при достижении температуры переключения позисторный слой 6 резко уменьшает ток через себя до величины поддержания саморазогрева. А это, практически, означает прекращение нагрева жидкости секцией 3 до тех пор, пока ее температура не станет ниже температуры переключения позисторного слоя 6. При разработке изделия, с учетом его назначения, температура переключения позисторного слоя 6 определяется по любой из известных методик, применяемых на практике, например путем подбора. А именно, сначала задается температура переключения, равная допустимой температуре нагрева жидкости, по справочникам подбирается наиболее подходящий серийный позистор, изготавливается и испытывается опытный образец. По результатам испытаний корректируется температура переключения позисторного слоя, так как она соответствует (взаимосвязана) допустимой температуре нагрева жидкости. И решается вопрос об использовании серийных или разработке специальных позисторов для промышленного изготовления изделия.

При дальнейшем нагреве жидкости оставшимися в работе секциями 2 и 1 нижняя граница слоя жидкости, нагретой до допустимой температуры, при определенных обстоятельствах может опуститься, захватив секцию 2. В этом случае позисторный слой 6 секции 2 "запирается", аналогично "запиранию" позисторного слоя 6 секции 3. Теперь уже в нагреве жидкости не будут участвовать секции 3 и 2. Аналогично может самоотключиться и секция 1. При остывании жидкости, омывающей секции 1, 2 и 3, ниже температуры, соответствующей температуре переключения позисторного слоя 6, секции, сначала секция 1, затем, если остывание продолжается, секция 2, затем секция 3 включаются в работу поочередно. Т.е. электрод способен сам выйти на установившийся режим работы.

Таким образом, электрод обеспечивает нагрев жидкости до заданной температуры и поддерживает заданный режим работы самостоятельно, 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 секционном электроде отдельные секции выполнены в поперечном разрезе из нескольких слоев, один из которых - позистор с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости, обеспечивает работу устройства в автоматическом режиме, так как по достижении нагреваемой жидкостью заданной допустимой температуры нагрева он "запирается" и дальнейший нагрев жидкости на участке этой секции прекращается до ее остывания и, следовательно, остывания позисторного слоя 6 ниже температуры переключения. Многосекционность обеспечивает плавность работы нагревателя, в котором установлен электрод. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электрод для электродного нагревателя жидкости, содержащий секции с токоподводами, разделенные изоляторами, отличающийся тем, что секции выполнены в поперечном сечении из нескольких слоев, один из которых - позистор с заданной температурой переключения, соответствующей допустимой температуре нагрева жидкости, расположен между слоем, соединенным с токоподводом и слоем, контактирующим с нагреваемой жидкостью. 2. Электрод по п.1, отличающийся тем, что слой, контактирующий с нагреваемой жидкостью, выполняет функции защитного экрана и радиатора. 3. Электрод по п.1 или 2, отличающийся тем, что позисторный слой связан со слоями, между которыми расположен, веществом с хорошей электротеплопроводностью, например, серебряной пастой.