Электрический утюг Советский патент 1993 года по МПК D06F75/24 

со

С

Сущность изобретения: утюг содержит подошву, нагревательный элемент и терморегулятор, причем терморегулятор выполнен в виде гильзы, установленной на подошве; на боковых стенках гильзы закреплены неподвижно контакты и выполнены углубления, а в полости гильзы помещен легкокипящий материал и плунжер, на плунжере закреплен подвижный контакт, взаимодействующий с неподвижными контактами, закрепленными на гильзе, и установлен фиксатор положений, взаимодействующий с углублениями гильзы, при этом подвижный контакт выполнен из токо- проводящей жидкости, взаимодействующей непосредственно с неподвижными контактами гильзы и через подпружиненные толкатели, причем нагревательный элемент вы полнен из алюминиевой проволоки в виде катушек, установленных одна на другую, при этом нижняя катушка установлена на основании. 2 з.п. ф-лы. 8 ил.

Изобретение относится к производству бытовой техники.

Известен термоэлектрический нагреватель, состоящий из трубки с размещенными в ней нагревательным элементом (нихромо- вой спиралью) и электроизоляционным материалом (кварцевым песком) с низкой теплопроводностью. Когда нагревательный элемент подключен к электрической сети, то создается перепад температуры между нагревательным элементом и поверхностью трубки около 450-500°С. Сам нагревательный элемент нагревается до 700-750°С.

Недостатком первого аналога является то, что при выполнении операции гибки нагревателя происходит разрыхление электроизоляционного материала в месте гибки; различные коэффициенты линейного расширения материалов нагревателя при циклических нагревах-охлаждениях приводят к

потере герметичности нагревателя; когда нагреватель отключен от электросети и охлажден до комнатной температуры при нарушенной герметичности нагревателя порошкообразная электроизоляция нагревателя набирает в себя влагу из воздуха, а при включении нагревателя в электросеть влага в трубке превращается в пар, который не может быстро удаляться из нагревателя, пар при соприкосновении с раскаленным нихромом разлагается на водород и кислород, а последние интенсивно насыщают нихром кислородом и водородом; нихромовая спираль наматывается из проволоки диаметром 0,3-0,5 мм, которая,окисляясь и на- водороживаясьгне образует на поверхности проволоки защитной пленки; это приводит к уменьшению долговечности нагревателя. Анализ аналогов показывает, что наиболее близким техническим решением по .

|VJ

00

00

itO

значению и количеству признаков по отношению к предлагаемому является электрический утюг, содержащий подошву, нагревательный элемент и терморегулятор, который нами принят за прототип.

Недостатком утюга-прототипа является малый срок службы, обусловленной выходом из строя термоэлектрического нагревателя и терморегулятора. Подавая к нагревателю то максимальную мощность, то отключая ее полностью, контактная группа терморегулятора непрерывно замыкается-размыкается; между контактами происходит почти непрерывное искрение, что ведет к быстрому выходу (подгоранию) контактов из строя хотя данные контакты изготовляются из серебра - дефицитного и дорогого металла; при повороте ручки терморегулятора происходит трение между деталями контактной группы, изготовленными из керамики; трение одной керамической детали по другой керамической детали приводит к заклиниванию подвижных деталей. Кроме того одноступенчатое регулирование (подача максимальной мощности нз нагреватель или полное отключение мощности приводит к постоянным циклическим изменениям температуры подошвы по синусоидальной кривой терморегулятор размыкает контакты при одной температуре, а смыкает контакты при другой температуре, на десятки градусов отличающейся от температуры размыкания). Это приводит к снижению потребительских свойств утюга, что обусловлено удлинением цикла глажения изделий, падению производительности при глажений и повышением расхода электроэнергии на глажение изделий. Если максимальную температуру в каждом цикл е считать оптимальной температурой глажения, (а выше ее поднимать нельзя, иначе будут гореть разглаживаемые изделия), то не трудно увидеть, что утюгом гладят изделия, большую часть времени, когда температура подошвы ниже оптимальной температуры глажения. С точки зрения потребителя утюг явно требует повышения долговечности и стабилизации температуры подошвы (уменьшения колебаний подводимой мощности к нагревателю и уменьшения перепадов температуры подошвы).

Основной целью является увеличение долговечности утюга, а в качестве дополнительной цели - повышение потребительских свойств утюга путем повышения стабилизации температуры подошвы утюга и за счет этого сокращение цикла глажения изделий, повышение производительности труда при глажений и снижение расхода электроэнергии при глажений изделий,

Поставленная цель достигается тем, что терморегулятор выполнен в виде гильзы, установленной на подошве, на боковых стенках гильзы закреплены подвижно контакты и выполнены углубления, а в полости гильзы помещен легкокипящий материал и плунжер, на плунжере закреплен подвижный контакт, взаимодействующий с неподвижными контактами, закрепленными на гильзе,

0 и установлен фиксатор положений, взаимодействующий с углублениями гильзы, при этом подвижный контакт выполнен из токо- проводящей жидкости, взаимодействующей непосредственно с неподвижными

5 контактами гильзы или через подпружиненные толкатели, а нагревательный элемент выполнен из алюминиевой проволоки в виде, катушек, установленных одна на другую, причем нижняя катушка установлена на по0 дошве.

На фиг.1 изображен утюг, вид со стороны ручки (сверху); на фиг.2 - продольный разрез утюга с одной индукционной катуш- 1 кой (разрез А-А на фиг.1); на фиг.З - про5 дольный разрез утюга с четырьмя индукционными катушками и паровым бач- ком; на фиг.4 - поперечный разрез утюга (разрез Б-Б на фиг.2); на фиг.5 - схема подсоединения индукционных катушек ктермо0 регулятору; на фиг.6 - горизонтальный разрез фиксатора положений (разрез В-В на фиг.4); на фиг.7 -- горизонтальный разрез подвижного контакта без подпружиненных ползунов (разрез Г-Г на фиг,4); на фиг.8 5 вертикальный разрез соединения терморегулятора с подошвой (вариант с использованием биметаллической пластины).

Утюг состоит из подошвы 1, нагревательного элемента 2, терморегулятора 3,

0 крышки 4, втулки 5, кожуха 6, кронштейнов 7, трубки 8, ручки 9, гаек 10, винтов 11, упоров 12, парового бачка 13, биметаллических пластин (фасонных шайб) 14, пружин 15, крана 16 с ручкой 17 и разрезным кольцом 18.

5 В паровом бачке 13 показана вода 19, Утюг с паровым бачком 13 снабжен подошвой 1, образованной плитами 20 и 21. На плите 21 выполнены отверстия 22 для подачи пара в зону глажения. Нагревательный элемент 2

0 выполнен из алюминиевой проволоки в виде катушек 23-26, установленных одна на другую, причем нижняя катушка 23 установлена на подошве 1. Между катушками 23-26 помещены стальные диски 27-29. Терморе5 гулятор 3 выполнен в виде гильзы 30, установленной на подошве 1 и закрепленной винтами 31. На боковых стенках 32 гильзы 30 закреплены неподвижные контакты 33- 38 с резьбовыми отверстиями 39 и зафикси- рованные гайками 40, и выполнены

углубления 41-44, а в полости 45 гильзы 30 помещен легкокипящий материал 46 и плунжер 47 с уплотнительным кольцом 48. На плунжере 47 закреплен подвижный контакт 49, выполненный из корпуса 50, крышки 51, токопроводящей жидкости 52, толкателей 53, пружины 54, обоймы 55. Подвижный контакт 49 установлен с возможностью поочередного взаимодействия с неподвижными контактами сначала 33, 34, затем 35, 36 и после этого с контактами 37, 38, закрепленными на гильзе 30. На плунжере 47 навинчена гайка 56, в которую ввинчен стержень 57, На гайке 56 установлен фиксатор 58, образованный корпусом 59, обоймой 60, крышкой 61, ползунами 62, наконечниками 63 и пружинами 64. Фиксатор 58 установлен с возможностью поочередного взаимодействия с углублениями 41-44 гильзы 30. На крышке 61 фиксатора 58 установлена пружина 65, поджатая гайкой 66 с резьбовой буксой 67. В стержень 57 ввинчена игла 68. На боковых поверхностях 32 гильзы 30 выполнены пазы 69, 70. Гильза 30 может быть установлена на подошве 1 в стакане 71 с биметаллической пластиной 72 и пружиной 73.

На фиг.4 слева показан подвижный контакт 49, выполненный из токопроводящей жидкости 52, взаимодействующей непосредственно с неподвижными контактами 33 или 35 или 37, гильзы 30, а справа показан подвижный контакт 49 с подпружиненным толкателем 53 и токопроводящей жидкостью 52. В утюге с нагревательным элементом, состоящим из катушек 23-26 наличие дисков 27-29 спорно (диски могут не понадобиться, но возможно потребуются двойные диски и разделение втулки 5 по высоте на 4 части, установленные одна на другую и изолированные одна от другой диэлектрическим материалом, т.е. магнитопровод каждой катушки придется образовывать двумя дисками и втулкой и изолировать данный магнитопровод от магнитопровода соседней катушки). На чертеже не показана заливочная горловина парового бачка и ее заглушка. На чертеже не показаны провода, выведенные от катушек и присоединенные к терморегулятору, а также присоединение электрошнура и кожух, закрывающий контакты терморегулятора.

Детали 1,5,6,20,27-29 изготовлены из ферромагнитной стали (например, из стали 45), детали 7,8,10 изготовлены из нержавеющей стали с низкой теплопроводностью (например, из стали 12х18Н9Т), гильза 30 изготовлена из материала с большой теплопроводностью, (например, из алюминиевого сплава) на поверхность которой нанесено электроизоляционное покрытие (например,

гальваническим путем нанесен слой алмазного покрытия или осаждением из газовой фазы нанесен слой из нитрида бора). В качестве токопроводящей жидкости использован галлий, имеющий температуру плавления 30°С,или сплавы на его основе, находящиеся в жидком состоянии при комнатной температуре, а также ртуть. Детали 47, 50, 51, 55, 56 изготовлены из диэлектрического материала

0 или из металла, на поверхность которых нанесено диэлектрическое покрытие. В качестве легкокипящего материала использован один из следующих легкокипящих материалов:

5 1. Карбалиновокислый

аммоний CHeChNaТкип.58,3°С.

(метанол) СНдОТкип.64,7°С.

0 4. Хлорбромметан

СН2С ВгТкип.68,1°С. Нагревательный элемент2 выполнен из алюминиевой проволоки, поверхность которой покрыта оксидной пленкой AlaOa, обла5 дающей хорошими диэлектрическими свойствами и препятствующей дальнейшему окислению алюминия. Использование нагревателя из алюминия приводит к уменьшению веса утюга по сравнению с ка0 тушкой, навитой из медной проволоки. Уплот- нительное кольцо 48 изготовлено из резины, выдерживающей температуру 250°С. Наличие двух регулировочных точек пружин 64 и 65 проблематично. После проведения опыт5 ных работ постоянно регулируемой останется видимо одна точка, а вторая будет носить вспомогательный характер и использоваться для регулировки например, по мере износа наконечников 63,

0 Утюг с нагревательным элементом в виде одной индукционной катушки работает следующим образом. В исходном положении, когда утюг холодный в полости 45 гиль-, зы 30 давление пара над легкокипящей

5 жидкостью мало, плунжер 47 под действием пружины 65 опущен в нижнее положение, подвижный контакт 49 находится в соприкосновении с неподвижными контактами 33 и 34, а наконечники 63 фиксатора 58 утопле0 ны в углублениях 41. При подготовке утюга к глажению, его надевают трубкой 8 на штырь подставки (не показана), которая предотвращает падение утюга с неустойчивой гладильной доски, и электрошнур утюга

5 подключают к электросети. После подключения утюга электрический ток проходит например, от неподвижного контакта 33 по подвижному контакту 49 к неподвижному контакту 34, к нагревательному элементу 2 в виде индукционной катушки. При прохождении тока по индукционной катушке в маг- нитопроводе, образованным деталями 1,4,5, наводятся вихревые токи Фукс и разогревает магнитопровод. Электроэнергия, подводимая к катушке, расходуется на нагрев как магнитопровода, т.е. деталей 1,4,5, так и алюминиевого провода катушки.

При нагреве подошвы 1 утюга происходит нагрев гильзы 30, легкокипящего материала 46, а это приводит к росту давления пара над материалом 46 под плунжером 47. При достижении определенной температуры подошвой 1 (установленной поворотом гайки 66 или иглы 68 или гайки 66 и иглы 68) давление пара материала 46 создает усилие на плунжер 47 снизу более высокое по сравнению с усилиями пружин 64 и 65, удерживавших ранее фиксатор 58 в нижнем положении, и плунжер 47 поднимается вверх (наконечники 63 сжимают пружины 64 и выходят из контакта с углублениями 41). При подъеме плунжера 47 подвижный контакт 49 выходит из соприкосновения с неподвижными контактами 33 и 34, к нагревательному элементу 2 прекращается подводэлектроэнергии, При использовании в утюге одной индукционной катушки к неподвижным контактам 35-38 не подсоединены электропровода. Подъем плунжера 47 происходит до тех пор, пока наконечники 63 фиксатора 58 не заходят в углубления 42 гильзы 30. К этому моменту сила пара материала 46 оказывается уравновешенной силами пружин 64 и 65. При охлаждении подошвы 1 падает давление пара материала 46 и.усилие пружины 65 становится больше силы, развиваемой паром материала 46. Однако перемещению плунжера 47 вниз препятствуют наконечники 63, находящиеся в углублениях 42, поджатые к поверхностям которых пружинами 64 (в этот момент движению плунжера 47 вниз препятствуют усилие создаваемое паром и усилие пружин 63). При дальнейшем охлаждении подошвы 1 и материала 46 давление пара падает еще в большей степени и суммарное усилие пара и пружин 63 становится меньше усилия пружины 65, наконечники 63 выходят из соприкосновения с углублениями 42 (пружины 64 сжимаются), происходит опускание плунжера 47, наконечники 63 вступают в контакте углублениями 41, а подвижный контакт 49 вступает в соприкосновение с контактами 33 и 34, по нагревателю 2 вновь проходит электрический ток и снова происходит нагрев подошвы 1.

При необходимости изменения температуры глажения изделий изменяют натяг пружин 64 поворотом иглы 68, перемещением ползунов 62 или изменяют натяг пружины 65 поворотом гайки 66 или меняют натяг пружин 64 и 65. Долговечность такого утюга увеличивается за счет повышения долговечности нагревателя, поскольку алюминиевая

проволока, покрытая оксидной пленкой .не подвергается дальнейшему окислению (разрушению) и такой нагреватель практически вечен. Большую долговечность имеет и терморегулятор, которым снабжен

0 заявляемый утюг. Смыкание контактов 33 и 34 за счет токопроводящей жидкости (жидкого металла), по нашему мнению, приведет к большему количеству срабатывания циклов по сравнению с контактами, используемыми

5 в выпускаемых утюгах. Смыкание контактов

33 и 34 с помощью толкателей 53, пружин 54 и токопроводящей жидкости 52 нами рассматривается как дополнительный вариант. В этом варианте толкатели 53 и неподвижные 0 контакты 33 и 34 будут истираться, т.е. изнашиваться (самоочищаться), что потребует периодического ввинчивания контактов 33 и

34 в стенки гильзы на большую глубину и периодической замене толкателей 53 (на

5 один комплект толкателей 53 будет работать дольше, чем современные контактные груп- .. пы, поскольку длина толкателей 53 может быть изготовлена с большим запасом на истирание).

0 Утюг с паровым бачком 13 и четырьмя индукционными катушками 23-26 (см. фиг.З и 5) работает следующим образом. В исходном положении, когда утюг холодный, плунжер 47 находиться в нижнем крайнем

5 положении, подвижный контакт 49 находится в соприкосновении с неподвижными контактами 33 и 34, наконечники 63 фиксатора 58 находятся в контакте с впадинами 41 гильзы 30. При включении вилки шнура утю0 га в электрическую сеть, ток проходит, например, от контакта 33 по контакту 49 к контакту 34, проходит по катушкам 23 и 24 и быстро нагревает магнитопроводы, образованные деталями 4,5,20,27,29 и сами ка5 тушки 23 и 24 (электросопротивление катушек 23 и 24 минимальные и в первоначальный период по катушкам 23 и 24 протекает максимальный ток, утюг потребляет из сети максимальную мощность, происходит

0 быстрый нагрев подошвы 21 и парового бачка 13).

При достижении подошвой утюга верхнего предела заданного диапазона температуры давлением пара материала 46

5 поднимает плунжер 47, подвижный контакт 49 выходит из соприкосновения с неподвижными контактами 33 и 34 и вступает в соприкосновение с контактами 35-36, а наконечники 63 фиксатора 58 перемещаются из впадин 41 во впадины 42. С этого момента ток протекает из контакта 35 по контакту 49 к контакту 36 и по катушкам 25, 24, 23 (электросопротивление катушек 23-25 больше электросопротивления катушек 23-24, сила тока и потребляемая мощность из сети уменьшается). При прохождении тока по катушкам 23-25 потребляемая мощность из сети соответствует номинальной мощности, расходуемой утюгом при глажений изделий с использованием пара для распаривания изделий.

Если утюгом не приступили к глзжению изделий или гладят без использования пара, то потребляемая из сети мощность пре- вышает расходуемую мощность, то температура подошвы и пара материала вновь поднимается до верхнего предела, снова растет давление пара материала 46 и вновь поднимается плунжер 47, подвижный контакт 49 выходит из соприкосновения с контактами 35 и 36 и входит в соприкосновение с контактами 37-38, наконечники 63 фиксатора 58 вступают в контакт с углублениями 43. С этого момента ток протекает от контакта 37 по контакту 49 к контакту 38 и проходит по катушкам 26, 25, 24, 23 (сопротивление цепи возросло, сила тока и потребляемая мощность упали). Этот режим соответствует оптимальному значению гла- жения без использования пара. Если не приступили к глажению изделий на данном режиме, то вновь возрастает давление пара материала 46 и снова поднимается плунжер 47. Подвижный контакт 49 выходит из соприкосновения с контактами 37-38 и наконечники 63 фиксатора 58 вступают в контакт с впадинами 44. С этого момента все контакты 33-38 оказываются разомкнутыми, катушки 23-26 обесточенными, происходит охлаждение утюга, его подошвы, падает давление пара материала 46.

При достижении минимальной температуры подошвы утюга, на которую отрегулированы пружины 64 и 65, плунжер 47 опускается вниз, происходит смыкание контактов 37 и 38, по катушкам 23-26 вновь начинает протекать электрический ток и вновь происходит нагрев подошвы утюга. Если мощность, расходуемая утюгом на глажение.соответствует потребляемой мощности из электросети, то плунжер 47 терморегулятора 3 остается неподвижными и контакты 37-38 остаются в течение длительного времени замкнутыми контактом 49. Если рабочий перешел на более интенсивный режим глажения (включил систему пара) и мощность, расходуемая на глажение превысила потребляемую мощность из сети, плунжер 47 вновь опускается, рассоединяются контакты 37-38 и соединяются контакты 35 и 36. С этого времени утюг начинает потреблять

большую мощность из электросети. При равенстве потребляемой и расходуемой мощностях плунжер 47 останавливается и контакты 35-36 в течение длительного времени могут оставаться замкнутыми.

Таким образом снабжение утюга несколькими индукционными катушками и терморегулятором с несколькими ступенями контактов позволяет удлинить среднее

0 время между срабатыванием контактов (включением-выключением), а это приводит к увеличению долговечности контактов, а следовательно всего терморегулятора и в целом утюга. Кроме того многоступенчатое

5 переключение контактов позволяет уменьшить перепады температуры подошвы, а это ведет к сокращению цикла глажения, росту производительности труда и экономии, электроэнергии на глажение изделий.

0

При снабжении утюга паровым бачком 13 паровая система работает следующим образом. При нагреве крышки 4 вихревыми токами последняя нагревает бачок 13, при5 летающий вплотную к крышке 4. При достижении бачком 13 температуры около 105°С в нем возрастает избыточное давление пара до 0,5 атмосферы. К этому времени биметаллические пластины 14 нагреваются, изгиба0 ются и поднимают бачок 13 относительно крышки 4,преодолевая сопротивление пружин 15. При подъеме бачка 13 упоры 12 выполняют роль направляющих колонок, обеспечивая равномерность поднятия бач5 ка 13. Когда бачок 13 поднимается, между ним и крышкой 4 образуется воздушный зазор, передача тепла от крышки 4 к бачку 13 резко падает, рост давления пара в бачке 13 замедляется или прекращается. При необ0 ходимости распаривания изделий поворачивают ручку 17 крана 16, пар из бачка 13 поступает в полость втулки 5, а из нее к отверстиям 22 в плите 21. При падении дав-- ления пара в бачке 13 происходит охлажде5 ние бачка 13, пластин 14, бачок 13 под действием пружин 15 вновь прижимается к крышке 4 и снова интенсивно нагревается (биметаллические пластины-фасонные шайбы устанавливают металлом с большим ко0 эффициент ом линейного расширения вверх, тогда при изгибе пластин наибольший контакт остается с бачком 13 и пластины 14 более чувствительно реагируют на температуру бачка 13). Такая система паро5 образования обеспечивает подачу пара в зону глажения под любым избыточным давлением, обеспечивая эффективное распари- вание изделий при глажений (существующие системы парообразования, построенные на капельном принципе, не позволяют подавать

пар в зону глажения под избыточным давлением и поэтому малоэффективны).

На фиг.8 изображен дополнительный вариант подъема плунжера 7 терморегулятора 3. Это обусловлено тем, что механизм подъема плунжера 47, изображенный на фиг.4, при использовании в большом температурном интервале (температура подошвы утюга меняется от 80 до 250°С) развивает высокое давление пара внутри гильзы 30 (порядка 30 атмосфер) при нагреве до 250°С, но преимущество данного механизма неограниченность хода плунжера. Механизм подъема в виде биметаллических пластин (какой показан для подъема бачка 13) имеет малый ход, из-за чего нельзя использовать в терморегуляторах с несколькими ступенями контактов. На фиг.8 показано совмещение двух механизмов в одном. Биметаллическая пластина 72 изменяет зазор между подошвой 1 и гильзой 30, что приводит к понижению температуры материала 46, а следовательно и перепада давления пара под плунжером 47. Но наличие материала 46 и его пара обеспечивает ход плунжера 47 на любую высоту. Натяг пружины 73 может регулироваться гайкой, аналогичной гайке 66 (данная гайка не показана).

При снабжении утюга несколькими индукционными катушками и паровым бачком

его вес возрастает до верхнего предела, т.е. примерно до 4,8 кг. Такой утюг наиболее эффективным будет для пошивочных ателье и служб быта.

Формула изобретения

Z U 882.1

фиг.6 фиг.7

75

-,--. - s ;,лх -, - - , V-,- ,( ГУ J Г N-. Ч. V - П (

4

75