ТЕРМОВЫКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК H01H37/76 H05B3/48 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к тепловым выключателям, предназначенным для защиты электроприборов от перегрева при ненормальной работе.

Известна конструкция термовыключателя по авторскому свидетельству СССР 1647689. Эта конструкция содержит герметично закрытую защитную оболочку из электроизоляционного материала, два частично входящих в нее проволочных вывода, электрически соединенных с термочувствительным элементом в виде герметично закрытой трубки из легкоплавкого токопроводящего материала. Внутренняя полость этой трубки заполнена не проводящим электрический ток веществом -активатором, температура плавления которого ниже температуры плавления материала трубки.

Недостатком данной конструкции термовыключателя является невозможность его использования для защиты электроприборов мощностью выше 100 Вт.

Наиболее близким техническим решением является конструкция по патенту РФ 2087980, Н 01 Н 37/76, 1997, пункты 2, 3 формулы. Техническое решение по этому патенту взято за прототип. Конструкция содержит термочувствительный элемент в виде герметично закрытой трубки из легкоплавкого токопроводящего материала, внутренний объем которой заполнен веществом-активатором, не проводящим электрический ток, температура плавления которого ниже, чем у материала трубки, два проволочных электровывода (электрода), электрически соединенных с концами термочувствительного элемента, оболочку, выполненную из термостойкой электроизоляционной трубки, надетую на термочувствительный элемент, и часть электровыводов.

Недостатком термовыключателя этой конструкции является низкая надежность.

Недостатком конструкции является также отсутствие определения допустимых размеров элементов термовыключателя, при которых возможна надежная работа.

Использование такого термовыключателя для защиты, электроприбора с током более 10 А затруднено. Это связано с тем, что по условию минимального нагрева от тока диаметр электровывода выполняется более 1 мм. В этом случае сравнительно жесткие проволочные электровыводы соединены с мягкой трубкой термочувствительного элемента. Во время монтажа термовыключателя в электроприбор при изгибах электровыводов происходит разрушение этих соединений.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - повышение надежности термовыключателя, определение его оптимальных габаритов, обеспечивающих надежность срабатывания, расширение возможной сферы его применения.

Технический результат от использования изобретения: повышение надежности термовыключателя при оптимальных габаритах, расширение токового параметрического ряда и, как следствие, возможность использования термовыключателя для защиты электроприборов с токами более 10 А.

Указанный технический результат достигается за счет того, что термовыключатель содержит термочувствительный элемент в виде трубки из легкоплавкого токопроводящего материала, внутренний объем которой заполнен веществом-активатором, не проводящим электрический ток, температура плавления которого ниже, чем у материала трубки, два электровывода, электрически соединенных с противоположными концами термочувствительного элемента. Соединения термочувствительного элемента с электровыводами выполнены запайкой последних в отверстия трубки термочувствительного элемента, при этом электровыводы герметично закрывают трубку термочувствительного элемента. Эта трубка имеет длину от 6 до 19 мм и выполнена с наружным диаметром D от 0,8 до 3 мм, внутренним диаметром D который связан зависимостью 0,4D≤d≤0,6D. Электровыводы имеют диаметр D₁, связанный зависимостью 0,8d≤D₁≤1,4d, а расстояние по оси симметрии между электровыводами выполнено от 5 до 15 мм. Технологически впайка электровыводов с такими диаметрами, в том числе отличными от диаметра отверстия трубки легкоплавкого сплава, возможна за счет подплавления трубки в месте соединения с электровыводом. Длительная работоспособность термовыключателя обеспечивается только в случае выполнения соединений электровыводов с термочувствительным элементом пайкой. В противном случае, при срабатывании термовыключателя расплав трубки термочувствительного элемента не может собраться на электровыводах из-за окисления их поверхности в месте соединений с термочувствительным элементом. Окисел на поверхности электровыводов препятствует собиранию расплава термочувствительного элемента на концах электровыводов. В этом случае разрыва электрической цепи не произойдет.

Электровыводы для термовыключателей до 10 А выполнены из металлической проволоки, свыше 10 А - из многопроволочного провода. Выполнение электровыводов из многопроволочного провода уменьшает их жесткость. За счет этого при изгибах электровыводов во время монтажа их соединения с термочувствительным элементом не разрушаются.

Термовыключатели могут оснащаться электроизоляционной оболочкой, выполненной из термостойкой трубки, надетой на термочувствительный элемент и части электровыводов, примыкающие к нему. Такие термовыключатели устанавливаются в электроприбор таким образом, чтобы термочувствительный элемент через электроизоляционную оболочку контактировал с нагреваемой поверхностью.

Упрощенная конструкция термовыключателя без электроизоляционной оболочки применима, например, в электроутюгах, характеризующихся небольшой скоростью нагрева. При этом электровыводы жестко подсоединяются к электроклеммам терморегулятора и электронагревателя, а термочувствительный элемент располагается над подошвой утюга на расстоянии не менее его длины.

Надежное срабатывание термовыключателя возможно лишь в том случае, если его элементы выполнены в пределах допустимых размеров, определенных опытным путем.

На фиг.1 изображен разрез термовыключателя, выполненного по упрощенному варианту - без электроизоляционной оболочки, с электровыводами диаметром, меньшим внутреннего диаметра трубки термочувствительного элемента. На фиг.2 изображен разрез термовыключателя с электроизоляционной оболочкой, с электровыводами диаметром, большим внутреннего диаметра трубки термочувствительного элемента. На фиг.3 показан термовыключатель с электровыводами, выполненными из многопроволочного провода. На фиг.4 изображена установка в электрический прибор термовыключателя без электроизоляционной оболочки. На фиг. 5 изображена установка в электрический прибор термовыключателя с электроизоляционной оболочкой. На фиг.6 показан термовыключатель, изображенный на фиг 4, в сработанном состоянии. На фиг.7 показан термовыключатель, изображенный на фиг.3, в сработанном состоянии.

Конструкция термовыключателя состоит из термочувствительного элемента в виде трубки 1 (см. фиг.1) из легкоплавкого токопроводящего материала, внутренняя полость которой заполнена веществом-активатором 2, не проводящим электрический ток. В качестве термочувствительного элемента используется, например, трубка из оловянно-свинцового сплава, заполненная канифолью, являющейся веществом-активатором. В отверстия противоположных концов трубки 1 термочувствительного элемента впаяны электровыводы 3, 4, выполненные из металлической проволоки. Электровыводы 3, 4 герметично закрывают трубку 1 термочувствительного элемента. Трубка 1 термочувствительного элемента выполнена длиной от 6 до 19 мм, наружным диаметром D от 0,8 до 3 мм, внутренним диаметром d, связанным зависимостью 0,4D≤d≤0,6D. Электровыводы имеют диаметр D₁, связанный зависимостью 0,8d≤D₁≤1,4d. Расстояние по оси симметрии между электровыводами L2 выполнено от 5 до 15 мм.

Термовыключатели могут оснащаться электроизоляционной оболочкой 5 (см. фиг. 2), выполненной из термостойкой трубки, надетой на термочувствительный элемент и части электровыводов, примыкающие к нему.

Термовыключатель на токи свыше 10 А оснащается электровыводами 6, 7, выполненными из многопроволочного провода (см. фиг.3).

Термовыключатель 8 без электроизоляционной оболочки (см. фиг.4) устанавливается в электроприбор таким образом, чтобы термочувствительный элемент располагался над нагреваемой поверхностью 11 электроприбора на расстоянии L3, большем длины термочувствительного элемента L1 (см. фиг.1). Электровыводы термовыключателя подключаются к клеммам 9, 10 электроприбора в разрыв цепи питания. Для исключения попадания каплей расплава трубки термочувствительного элемента на корпус защищаемого электроприбора площади сечений электровыводов и трубки термочувствительного элемента выбираются из условия минимального нагрева от тока (в зависимости от температуры срабатывания термовыключателя не более 5...20^oС), при этом внутренний диаметр трубки d=D₁, наружный диаметр D выполняется минимально возможным по расчету из площади выбранного сечения, расстояние по оси между электровыводами L2 выбираются из условия надежного разрыва электрической цепи и выполняются минимально возможной длины, длина термочувствительного элемента L1 зависит от глубины запайки электровыводов в трубку термочувствительного элемента и выбирается из условия механической прочности соединений электровыводов с термочувствительным элементом.

Термовыключатель 12 с электроизоляционной оболочкой (см. фиг.5) устанавливается в электроприбор таким образом, чтобы термочувствительный элемент соприкасался через электроизоляционную оболочку с нагреваемой поверхностью 11 электроприбора. Электровыводы термовыключателя подключаются к электроклеммам 9, 10 в разрыв цепи питания электроприбора.

Термовыключатель работает следующим образом.

При нормальной работе температура трубки термочувствительного элемента термовыключателя не превышает величины температуры плавления легкоплавкого материала и срабатывания термовыключателя не происходит. При выходе из строя терморегулятора электроприбора увеличивается поток тепла от нагреваемой поверхности электроприбора 11 через воздушный промежуток, как на фиг.4, или электроизоляционную оболочку, как на фиг.5, к термочувствительному элементу. Трубка термочувствительного элемента расплавляется. Этот расплав под воздействием расплава вещества-активатора, уменьшающего поверхностное натяжение расплава трубки термочувствительного элемента, собирается на концах электровыводов в капли 13, 14 (см. фиг.6, 7). Это произойдет только в том случае, если электровыводы 3, 4, 6, 7 в месте соединения с трубкой 1 термочувствительного элемента не окислились. При длительной эксплуатации это обеспечивается лишь тогда, когда электровыводы 3, 4, 6, 7 впаяны в отверстия трубки 1 термочувствительного элемента и герметично закрывают ее. Цепь питания электроприбора разрывается. Если расстояния по оси L1, L2, диаметр D выполнены минимально возможными, диаметр d=D₁, то капли расплава 13, 14 не падают на поверхность, а удерживаются на концах электровыводов (см. фиг.6). При этом исключается электрическое замыкание токоведущих частей термовыключателя на корпус защищаемого электроприбора. В термовыключателях, оснащенных электроизоляционной оболочкой, избыточное давление газов, возникающее от воздействия электрической дуги при разрыве электроцепи, может протолкнуть части каплей расплава 13, 14 (см. фиг.7) по электровыводам внутри электроизоляционной оболочки. Выполнение элементов термовыключателя в пределах допустимых размеров и выполнение соединений электровыводов с трубкой термочувствительного элемента запайкой обеспечивает надежную работу термовыключателя. Выполнение электровыводов из многопроволочного провода позволяет использовать термовыключатель на токи больше 10 А.

Промышленная применимость предлагаемых конструкций очевидна. Эти конструкции испытаны в Нижнем Новгороде на предприятии ООО НПП "УЗЭП" и показали хорошие результаты.

Перечисленные признаки отличают предлагаемые технические решения от прототипа и обуславливают соответствие этих решений требованиям изобретения.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к тепловым выключателям, предназначенным для защиты электроприборов от перегрева при ненормальных режимах работы. Техническим результатом является повышение надежности, расширение области использования. Термовыключатель имеет термочувствительный элемент в виде трубки из легкоплавкого токопроводящего материала, внутренний объем которой заполнен веществом-активатором, не проводящим электрический ток, с температурой плавления ниже, чем у материала трубки, два электровывода. Термовыключатель может быть снабжен электроизоляционной оболочкой, выполненной из термостойкой трубки. Электровыводы могут быть выполнены из проволоки. Электровыводы впаяны в отверстия противоположных концов трубки термочувствительного элемента и герметично закрывают ее. Определены допустимые величины наружного диаметра трубки термочувствительного элемента, допустимые соотношения величин внутреннего и наружного диаметров этой трубки и электровыводов, допустимые величины линейных геометрических размеров. Термовыключатель может иметь электровыводы, выполненные из многопроволочного провода. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Термовыключатель, содержащий термочувствительный элемент в виде трубки из легкоплавкого токопроводящего материала, внутренний объем которой заполнен веществом-активатором, не проводящим электрический ток, температура плавления которого ниже, чем у материала трубки, два электровывода, электрически соединенных с противоположными концами термочувствительного элемента, отличающийся тем, что соединения термочувствительного элемента с электровыводами выполнены запайкой последних в отверстия трубки термочувствительного элемента, и электровыводы герметично закрывают трубку термочувствительного элемента, имеющую длину от 6 до 19 мм, выполненную с наружным диаметром D от 0,8 до 3 мм, внутренний диаметр d которой связан зависимостью 0,4D≤d≤0,6D, при этом электровыводы имеют диаметр D₁, связанный зависимостью 0,8d≤D₁≤1,4d, причем расстояние по оси симметрии между электровыводами выполнено от 5 до 15 мм. 2. Термовыключатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен электроизоляционной оболочкой, выполненной из термостойкой трубки, надетой на термочувствительный элемент и части электровыводов, примыкающие к нему. 3. Термовыключатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что электровыводы выполнены из металлической проволоки. 4. Термовыключатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что электровыводы выполнены из многопроволочного провода.