close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY4131

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 4131
(13)
C1
(51)
(12)
7
H 05B 3/40, H 05B 3/82,
H 05B 3/78, H 05B 1/02
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
ПОЛИМЕРНОЕ РЕЗИСТИВНОЕ НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО,
ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ И СПОСОБ НАГРЕВАНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
(21) Номер заявки: 971210
(22) 1997.06.13
(86) PCT/US95/16928, 1995.12.28
(31) 08/365,920
(32) 1994.12.29
(33) US
(46) 2001.12.30
(71) Заявитель: ЭНЕРДЖИ КОНВЕРТОРЗ, ИНК.,
РИИМ МЭНЬЮФЭКЧЕРИН КОМПАНИ (US)
(72) Авторы: ЭКМАН, Чарльз, М. (US)
(73) Патентообладатель: ЭНЕРДЖИ КОНВЕРТОРЗ,
ИНК.,
РИИМ
МЭНЬЮФЭКЧЕРИН
КОМПАНИ (US)
(57)
1. Нагревательное устройство для нагревания текучей среды, содержащее электропроводящий резистивный нагревательный элемент с одной парой свободных концов, соединенных с парой концевых зажимов,
отличающееся тем, что резистивный нагревательный элемент герметично и электрически изолирован самоподдерживающим полимерным материалом, находящимся в контакте как с резистивным нагревательным
элементом, так и с текучей средой, и обеспечивающим передачу тепла от резистивного нагревательного элемента к текучей среде для ее нагревания до желаемой температуры без плавления полимерного материала.
2. Нагревательное устройство по п. 1, отличающееся тем, что полимерный материал образует сердцевину.
3. Нагревательное устройство по п. 1, отличающееся тем, что резистивный нагревательный элемент выполнен в виде, по меньшей мере, одной винтовой спирали.
4. Нагревательное устройство по п. 1, отличающееся тем, что полимерный материал представляет собой
сердцевину, полученную методом литья под давлением.
5. Нагревательное устройство по п. 2, отличающееся тем, что в сердцевине выполнено как минимум одно отверстие для прохождения потока, предназначенное для вхождения и пропускания через него текучей
среды.
Фиг. 1
6. Нагревательное устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью крепления
к стенке резервуара для нагревания в нем текучей среды.
7. Нагревательное устройство по п. 2, отличающееся тем, что сердцевина имеет форму трубы с размещенными на ней установочными пазами.
BY 4131 C1
8. Нагревательное устройство по п. 7, отличающееся тем, что резистивный нагревательный элемент выполнен в виде винтовой спирали, размещенной в установочных пазах.
9. Нагревательное устройство по п. 1, отличающееся тем, что полимерный материал содержит, по
меньшей мере, часть боковой стенки резервуара для текучей среды.
10. Нагревательное устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью обеспечения мощности нагрева от 1000 до 6000 ватт для нагревания текучей среды до температуры как минимум
49 °С.
11. Нагревательное устройство по п. 10, отличающееся тем, что текучая среда является водой.
12. Нагревательное устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью обеспечения мощности нагрева от 100 до 1200 ватт для нагревания газообразной текучей среды.
13. Нагревательное устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью помещения его через стенку резервуара для нагревания текучей среды, например воздуха или воды, а сердцевина
содержит первую концевую часть в форме трубы с открытым концом, полость, расположенную непосредственно около открытого конца сердцевины, и вторую концевую часть с фланцем, резистивный нагревательный элемент является винтовой спиралью, намотанной на сердцевине для ввода в текучую среду вдоль
первой концевой части, а поверх винтовой спирали нанесено полимерное покрытие.
14. Нагревательное устройство по п. 1, отличающееся тем, что полимерный материал имеет толщину от
0,10 до 1,27 см.
15. Нагревательное устройство по п. 1, отличающееся тем, что полимерный материал содержит смолу,
выбранную из полиарилсульфонов, полиимидов, полиэфирэфиркетонов, полифениленсульфидов, силиконов,
полиэфирсульфонов, жидкокристаллических полимеров и их смесей и сополимеров.
16. Нагревательное устройство по п. 1, отличающееся тем, что полимерный материал содержит добавки,
увеличивающие его теплопроводность.
17. Нагревательное устройство по п. 1, отличающееся тем, что полимерный материал содержит армирующие добавки в количестве от 5 до 40 вес. %.
18. Нагревательное устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно выполнено в форме трубы с открытым и закрытым концами, причем закрытый конец имеет резьбовой фланцевый соединитель.
19. Нагревательное устройство по п. 1, отличающееся тем, что полимерный материал содержит полифениленсульфид или жидкокристаллический полимер.
20. Нагревательное устройство по п. 13, отличающееся тем, что полимерное покрытие и сердцевина выполнены из одного термопластичного материала, имеющего температуру плавления более 93,3 °С.
21. Нагревательное устройство по п. 13, отличающееся тем, что часть полимерного покрытия получена
формованием на винтовой спирали и имеет толщину не более 1,27 см.
22. Нагревательное устройство по п. 21, отличающееся тем, что часть полимерного покрытия имеет
толщину менее 0,254 см.
23. Нагревательное устройство по п. 13, отличающееся тем, что сердцевина содержит стекло, графит
или полиамидное волокно.
24. Водонагреватель, содержащий нагревательное устройство, отличающийся тем, что нагревательное
устройство выполнено в соответствии с п. 1.
25. Водонагреватель, содержащий резервуар для воды и нагревательное устройство, помещенное через
стенку резервуара для нагревания порции воды и содержащее электропроводящий резистивный нагревательный элемент, способный нагреть порцию воды при подключении его к источнику электроэнергии, и самоподдерживающий полимерный материал, герметично покрывающий резистивный нагревательный
элемент и изолирующий его от воды, отличающийся тем, что полимерный материал находится в контакте
как с резистивным нагревательным элементом, так и с водой, полимерный материал образует самостоятельную конструкцию с резистивным нагревательным элементом и эффективно передает тепло, генерируемое этим
элементом, воде для повышения ее температуры, по меньшей мере, до 49 °С без плавления.
26. Водонагреватель по п. 25, отличающийся тем, что материал, из которого выполнен резервуар, содержит полимер.
27. Водонагреватель по п. 25, отличающийся тем, что нагревательное устройство выполнено в форме
трубы с открытым и закрытым концами, причем закрытый конец имеет резьбовой фланцевый соединитель.
28. Водонагреватель по п. 27, отличающийся тем, что материал, из которого выполнен резьбовой фланцевый соединитель, содержит полимер.
29. Водонагреватель по п. 25, отличающийся тем, что полимерный материал содержит сформованный
методом литья под давлением термопластичный полимер.
30. Водонагреватель по п. 25, отличающийся тем, что полимерный материал содержит полифениленсульфид.
31. Способ резистивного нагревания текучей среды, включающий использование нагревательного устройства, содержащего электропроводящий резистивный нагревательный элемент, способный нагреть теку2
BY 4131 C1
чую среду при подключении его к источнику электроэнергии, погружение нагревательного устройства через
стенку резервуара в текучую среду и передачу сгенерированного нагревательным устройством тепла текучей
среде, отличающийся тем, что используют нагревательное устройство, в котором резистивный нагревательный элемент инкапсулирован самоподдерживающим полимерным материалом, находящимся в контакте
с резистивным нагревательным элементом, для обеспечения возможности введения нагревательного устройства в текучую среду и быть окруженным ею, при погружении нагревательного устройства образуют контакт
между ним и текучей средой для поддержания температуры, которая ниже температуры плавления полимерного материала, а передачу тепла осуществляют через полимерный материал.
32. Способ по п. 31, отличающийся тем, что полимерный материал формуют методом литья под давлением.
33. Способ по п. 32, отличающийся тем, что используют нагревательное устройство, которое имеет открытый конец для приема текучей среды, при этом текучая среда поглощает тепло от полимерного материала как на внутренней, так и на наружной части нагревательного устройства.
(56)
US 3943328 A, 1976.
GB 2244898 A, 1991.
US 5013890 A, 1991.
US 4707590 A, 1987.
US 4436988 A, 1984.
Изобретение относится к электрическим резистивным нагревательным устройствам, конкретно, к основанным на полимерах резистивным нагревательным устройствам для нагревания текучей среды.
Электрические резистивные нагревательные устройства, используемые в водонагревателях, традиционно
изготавливались из металлических и керамических деталей. Типичная конструкция включает пару зажимных
штифтов, припаянных к торцам никеле-хромовой спирали, которая размещается по осевой через U-образный
полый металлический корпус. Резистивная спираль изолирована от металлического корпуса напыленным керамическим материалом, обычно окисью магния.
Хотя такие традиционные нагревательные устройства десятилетиями активно использовались производителями водонагревателей, в них был ряд общепризнанных недостатков. Например, гальванический ток, образующийся между металлическим корпусом и экспонируемой металлической поверхностью в резервуаре,
мог вызвать коррозию различных анодных металлических деталей этой системы. Металлический корпус нагревательного устройства, обычно изготовленный из меди или медных сплавов, также притягивал известковый осадок от воды, что могло привести к преждевременному разрушению нагревательного устройства. К
тому же использование латунных деталей и медного корпуса становилось все более накладным в связи с постоянным ростом цен на медь.
В качестве альтернативы металлическим устройствам было предложено, в частности, электрическое нагревательное устройство с пластмассовым корпусом [патент США 3943328]. В этом устройстве провод высокого сопротивления и напыленная окись магния использованы в сочетании с пластмассовым корпусом.
Так как такой пластмассовый корпус не является проводником, то не возникает химический источник тока
при контакте в резервуаре в воде с другими металлическими деталями устройства и не образуется известковый осадок. К сожалению, по различным причинам подобные нагревательные устройства с пластмассовым
корпусом не могли достигать высоких активных нагрузок в течение всего срока службы и потому не были
широко признаны.
Задачей изобретения является уменьшение электротехнической коррозии и известкового отложения без
ущерба нагревательной способности. Для решения данной задачи предлагается полимерное резистивное нагревательное устройство, водонагреватель его содержащий и способ нагревания текучей среды. Нагревательное устройство содержит электропроводящий резистивный нагревательный элемент с одной парой свободных
концов, соединенных с парой концевых зажимов. Нагревательный элемент герметично и электрически изолирован самоподдерживающим полимерным материалом, находящимся в контакте как с резистивным нагревательным элементом, так и с текучей средой, и обеспечивающим передачу тепла от нагревательного
элемента к текучей среде для ее нагревания до желаемой температуры без плавления полимерного материала. Полимерный материал содержит полиэфирэфиркетоны, полифениленсульфиды, силиконы, полиэфирсульфоны, жидкокристаллические полимеры, их смеси и сополимеры. Он содержит также добавки,
увеличивающие его теплопроводность, и армирующие добавки. Полимерный материал образует сердцевину,
в которой выполнено, как минимум, одно отверстие для прохождения потока, предназначенное для вхожде3
BY 4131 C1
ния и пропускания через него текучей среды. Сердцевина имеет форму трубы с размещенными на ней установочными пазами. Резистивный нагревательный элемент выполнен в виде, по меньшей мере, одной винтовой
спирали, размещенной в установочных пазах. Нагревательное устройство выполняется с возможностью помещения его через стенку резервуара для нагревания текучей среды, при этом сердцевина содержит первую
концевую часть в форме трубы с открытым концом, полость, расположенную непосредственно около открытого конца сердцевины, и вторую концевую часть с фланцем; резистивный нагревательный элемент является
винтовой спиралью, намотанной на сердцевине для ввода в текучую среду вдоль первой концевой части, а
поверх винтовой спирали нанесено полимерное покрытие. Полимерное покрытие и сердцевина выполняются
из одного термопластичного материала, имеющего температуру плавления более 93,3 °С.
Нагревательные устройства, согласно изобретению, особенно применимы в системах снабжения горячей
водой для коммерческих и бытовых нужд. Они могут вырабатывать, как минимум, 100-1200 W для нагревания газообразной текучей среды и от 1000 до 6000 W, а предпочтительно 1700-4500 W для нагревания жидкой текучей среды. Эта энергия создается без повреждения полимерного покрытия или резервуара
водонагревателя даже в случае, если резервуар сделан из пластмассы. Хотя данное изобретение не ограничено какой-либо определенной теорией, предполагается, что охлаждающий эффект текучей среды, которой
может быть масло, воздух или вода, поддерживает полимерный слой ниже точки его плавления, давая ему
возможность переносить тепло от резистивного нагревательного элемента без плавления.
Для эффективного нагрева воды до необходимой температуры 49-82 °С полимерное покрытие должно
быть как можно более тонким, желательно, менее 1,27 см, а в идеале менее чем 0,254 см. Это дает возможность покрытию обеспечить герметическое уплотнение против электрических замыканий без образования
такой массы, которая могла бы уменьшить коэффициент теплопроводности элемента. Полимерное покрытие
должно быть однородным и не содержать пузырьковых включений, чтобы избежать появления горячих пятен, которые могут привести к преждевременному разрушению устройства.
В более подробном осуществлении данного изобретения представлено электрическое резистивное нагревательное устройство для использования при нагревании текучей среды. Нагревательное устройство содержит проволочную винтовую спираль высокого сопротивления и одну пару свободных концов. Винтовая
спираль герметично инкапсулирована в высокотемпературный полимер. Устройство имеет форму трубы с
открытым торцом и с закрытым торцом. Закрытый торец содержит резьбовой фланцевый соединитель и, как
минимум, одну пару проводов, соединенных со свободными концами провода высокого сопротивления и тянущихся от резьбового фланцевого соединителя за пределы устройства для соединения с источником электроэнергии. Далее, нагревательное устройство содержит высокотемпературное устройство отключения,
которое может отключить электроэнергию, поступающую в нагревательное устройство, при перегреве,
плавлении полимера или в случае возникновения электрического замыкания.
Водонагреватель содержит резервуар для воды и нагревательное устройство, помещенное через стенку
резервуара для нагревания порции воды. Материал, из которого выполнен водонагреватель, содержит полимер. Способ нагревания текучей среды включает использование нагревательного устройства, содержащего
резистивный нагревательный элемент, способный нагреть текучую среду при подключении его к источнику
электроэнергии, погружение нагревательного устройства через стенку резервуара в текучую среду и передачу сгенерированного нагревательным устройством тепла текучей среде; нагревательное устройство имеет
открытый конец для приема текучей среды, при этом текучая среда поглощает тепло от полимерного материала как на внутренней, так и на наружной части нагревательного устройства.
Прилагаемые чертежи иллюстрируют предпочтительное осуществление изобретения, а также другую информацию, относящуюся к раскрытию его сущности.
Фиг. 1 - перспектива предпочтительного полимерного резистивного устройства для нагревания текучей
среды;
Фиг. 2 - вид слева, горизонтальная проекция устройства, изображенного на фиг. 1;
Фиг. 3 - горизонтальная проекция, включая поперечные разрезы, с изображением слоистой структуры
устройства, изображенного на фиг. 1;
Фиг. 4 - горизонтальная проекция поперечного разреза участка предпочтительной внутренней формы
устройства, изображенного на фиг. 1;
Фиг. 5 - горизонтальная проекция с частичным поперечным разрезом предпочтительного собранного узла
устройства, изображенного на фиг. 1;
Фиг. 6 - увеличенная частичная горизонтальная проекция торца предпочтительной спирали устройства;
Фиг. 7 - увеличенная частичная горизонтальная проекция сдвоенного спирального элемента устройства.
Данное изобретение представляет электрические резистивные нагревательные устройства и водонагреватели, содержащие эти устройства. Эти устройства применяются для минимизации электрохимической коррозии в водяных и масляных нагревателях, а также для уменьшения образования известкового осадка и
решения проблем по продлению срока службы устройства. В данном описании термин "текучая среда" относится и к жидкостям и к газам.
4
BY 4131 C1
На чертежах, и особенно на фиг. 1 - 3, показано предпочтительное полимерное резистивное устройство
100 для нагревания текучей среды. Устройство 100 содержит электропроводящий, резистивный нагревательный элемент. Этот резистивный нагревательный элемент может быть в форме проволоки, сетки, ленты
или, например, змеевика. В предпочтительном нагревателе 100 спираль 14 имеет одну пару свободных концов,
соединенных с парой концевых зажимов 12 и 16? и служит для генерирования резистивного нагревания. Спираль 14 герметически и электрически изолирована от жидкости интегральным слоем высокотемпературного
полимерного материала. Другими словами, активный резистивный нагревательный элемент защищен от короткого замыкания в жидкости полимерным покрытием. В данном устройстве площадь поверхности, длина
и толщина в сечении резистивного элемента являются важными для нагрева воды до температуры, минимум,
около 49 °С без плавления полимерного материала. Как будет очевидно из нижеизложенного, это достижимо
путем тщательного подбора элементов и их размеров.
Как видно, в частности, из фиг. 3, предпочтительный полимерный нагреватель 100 в основном состоит из
трех неотъемлемых частей: собранного узла 200, показанного на фиг. 5, внутренней формы 300, показанной
на фиг. 4, и полимерного покрытия 30. Каждый из этих подкомпонентов и их окончательная сборка в полимерный нагреватель 100 будут далее описаны.
Предпочтительная внутренняя форма 300, показанная на фиг. 4, представляет собой однодетальный компонент, изготовленный формовым литьем под давлением методом впрыска из высокотемпературного полимера. Внутренняя форма 300 включает фланец 32 на ее конце. С фланцем 32 соединен кольцевой участок с
резьбой 22. Резьба 22 расположена во внутреннем диаметре апертуры, находящейся на боковой стенке бакахранилища, например в резервуаре водонагревателя. Уплотнительное кольцо (не показано) может быть расположено на внутренней поверхности фланца 32, чтобы обеспечить надежное гидравлическое уплотнение.
Предпочтительная внутренняя форма 300 также содержит термисторную полость 39, расположенную в предпочтительном секторе кольцевого сечения формы. Термисторная полость 39 может включать торец 33 для отделения термистора 25 от жидкости. Термисторная полость 39 предпочтительно открыта через фланец 32,
чтобы обеспечить легкий ввод собранного узла 200. Предпочтительная внутренняя форма 300 также содержит,
как минимум, пару проводниковых полостей 31 и 35, расположенных между термисторной полостью и внешней стенкой внутренней формы для приема проводникового стержня 18 и концевого проводника 20 собранного
узла 200. Внутренняя форма 300 содержит ряд радиальных установочных пазов 38, находящихся на ее внешней окружности. Такими пазами может быть резьба или не связанные между собой канавки и т.п., которые
должны быть значительно удалены друг от друга с тем, чтобы образовалась поверхность, необходимая для
электрической сепарации винтовых линий предпочтительной спирали 14.
Предпочтительная внутренняя форма 300 может быть изготовлена формовым литьем под давлением методом впрыска. Проточная полость 11 предпочтительно образуется при помощи гидравлически приводимого
в действие стержня, имеющего в длину 31,75 см, создавая таким образом нагреватель длиной около 33,0245,72 см. Внутренняя форма 300 может быть залита в металлический кокиль с помощью вертикального
кольцевого затвора, расположенного против фланца 32. Желательная толщина стенки для активного участка
нагревательного устройства 10 составляет менее 1,27 см и предпочтительно менее 0,254 см при допустимом диапазоне 0,1-0,15 см, что в настоящее время является возможным нижним порогом для оборудования по формовому литью. Пара штифтов или пальцев 45 и 55 также отформованы вдоль проекции активного
участка устройства 10 между последовательной резьбой или канавками для образования конечного пункта
или анкера для винтовых линий одной или более спиралей. Боковые стержни и торцевой стержень через отбортовку могут быть использованы для формирования термисторной полости 39, проточной полости 11,
проводниковых полостей 31 и 35 и проточных апертур 57 в процессе формового литья под давлением методом впрыска.
Теперь рассмотрим предпочтительный собранный узел 200, изображенный на фиг. 5. Предпочтительный
собранный узел 200 содержит полимерную торцевую заглушку 28, предназначенную для приема пары концевых
соединений 23 и 24. Как видно на фиг. 2, концевые соединения 23 и 24 могут содержать резьбовые отверстия
34 и 36 для приема резьбового соединителя, такого, как болт для закрепления внешних электропроводов.
Концевые соединения 23 и 24 являются оконечными участками концевого проводника 20 и стержнем термисторного проводника 21. Стержень термисторного проводника 21 соединяет концевое соединение 24 с термисторным терминалом 27. Другой термисторный терминал 29 соединен со стержнем концевого проводника
18, который размещен в проводниковой полости 35 вдоль нижней части фиг. 4. Для завершения схемы предложен термистор 25. Термистор 25 может быть при желании заменен термостатом, твердым ТСО (высокотемпературное устройство отключения) или просто заземляющей зоной, соединенной с внешним
выключателем, или тому подобным. Предполагается, что заземляющая зона (не показана) может быть расположена непосредственно около концевых зажимов 12 и 16 так, чтобы закорачивать во время плавления
полимера.
В предпочтительном оборудовании термистором 25 является быстродействующий термостат\термопротектор, например, "Model W Series", предлагаемый компанией "Portage Electric". Такой термо5
BY 4131 C1
протектор компактен и подходит для нагрузок 120\140 VAC. Он состоит из проводящей биметаллической конструкции с электрически активным корпусом. Торцовая заглушка 28 предпочтительно является отдельно отформованной полимерной деталью.
После изготовления собранный узел 200 и внутренняя форма 300 предпочтительно монтируются вместе
до обмотки обнаженной спирали 14 по установочным пазам 38 активного участка устройства 10. При этом
нужно быть особенно внимательным, чтобы создать замкнутую цепь с концевыми зажимами 12 и 16 спирали. Это может быть обеспечено пайкой твердым или мягким припоем или точечной сваркой концевых зажимов 12 и 16 спирали с концевым проводником 20 и стержнем термисторного проводника 18. Также важно
правильно разместить спираль 14 над внутренней формой 300 до нанесения полимерного слоя 30. В предпочтительном осуществлении полимерный слой 30 экструдируется поверх спирали для формирования термопластичной полимерной зоны с внутренней формой 300. Применительно к внутренней форме 300 стержни
могут быть введены в форму в процессе формового литья под давлением методом впрыска для того, чтобы
поддерживать открытыми проточные апертуры 57 и проточную полость 11.
На фиг. 6 и 7 показаны варианты полимерного резистивного нагревательного устройства, согласно изобретению, с одинарным и сдвоенным проводом высокого сопротивления. В варианте с одинарным проводом, показанным на фиг. 6, установочные пазы 38 внутренней формы 300 используются для намотки первой
проволочной пары по винтовым линиям 42 и 43 по форме спирали. Так как предпочтительное осуществление включает согнутую проволоку высокого сопротивления, оконечная часть сгиба или конец спирали 44 загибается вокруг пальца 45. Палец 45, в идеале, является частью и также отформован литьем вместе с
внутренней формой 300.
Подобным же образом может быть предложена конфигурация с двойным проводом высокого сопротивления. В этом варианте первая пара винтовых линий 42 и 43 первого провода высокого сопротивления отделяется от последующей пары винтовых линий 46 и 47 того же провода вторым концом винтовой линии
спирали 54 намотанным вокруг второго пальца 55. Вторая пара винтовых линий 52 и 53 второго провода высокого сопротивления, которая электрически соединена со вторым концом винтовой линии спирали 54. затем наматывается вокруг внутренней формы 300 следом за винтовыми линиями 46 и 47 в следующей
соседней паре установочных пазов. Хотя сдвоенное спирального устройство имеет альтернативные пары
винтовых линий для каждого провода, винтовые линии могут быть расположены группами по две или более
для каждого провода высокого сопротивления или в иррегулярных количествах и обматывать заданные контуры до тех пор, пока их проводящие спирали будут оставаться изолированными друг от друга внутренней
формой или каким-то другим изоляционным материалом, как, например, одиночными пластиковыми покрытиями и т.д.
Пластмассовые детали данного изобретения включают "высокотемпературный" полимер, который не деформируется и не расплавляется при температуре текучей среды 49-82 °С. Термопластичные полимеры,
имеющие температуру плавления выше 93 °С, являются самыми подходящими, хотя некоторые виды керамики и термореактивных полимеров могут также здесь применяться. Предпочтительным термопластичным
материалом могут являться: фторуглероды, полиарилсульфоны, полиимиды, полиэфирэфиркетоны, полифениленсульфиды, полиэфирсульфоны, а также смеси и сополимеры этих термопластиков. Термореактивные
полимеры, которые могут быть применимы для этой цели, включают некоторые эпоксидные, фенольные и
силиконовые полимеры. Жидкокристаллические полимеры также могут быть использованы для улучшения
высокотемпературной химической обработки.
В предпочтительном осуществлении данного изобретения полифениленсульфид ("PPS") является наиболее желательным благодаря его повышенному температурному режиму, низкой стоимости и простоте обработки, особенно в процессе формового литья под давлением методом впрыска.
Полимеры, согласно данному изобретению, могут содержать волоконное армирование от 5 до 40 % от их
веса. Таким волоконным армированием может служить графит, стекло или полиамидное волокно. Эти полимеры могут быть смешаны с различными добавками для улучшения термопроводимости и формовочных
свойств. Термопроводимость может быть улучшена углеродом, графитом и металлическим порошком или
хлопьями. Важно, однако, чтобы эти добавки не были чрезмерными, так как даже небольшое превышение
проводящего материала может привести к ухудшению изоляционных и антикоррозийных свойств предпочтительных полимерных покрытий. Любая из полимерных деталей данного устройства может быть изготовлена из любой комбинации этих материалов или отдельных полимеров, которые могут быть использованы как с
добавками, так и без добавок в зависимости от того, для изготовления какой детали данного устройства они будут использованы. Резистивный элемент, используемый в качестве проводника электрического тока и генератора тепла в нагревательном устройстве, согласно изобретению, предпочтительно содержит
электропроводящий и теплостойкий резистивный металл. Часто применяемым металлом является никелехромовый сплав, хотя могут быть использованы и некоторые сплавы меди, стали и нержавеющей стали.
6
BY 4131 C1
Предполагается даже, что электропроводящие полимеры, содержащие графит, углерод или металлические порошки, например, будут использоваться как заменители металлического резистивного элемента, в
случае, если они смогут генерировать существенное резистивное нагревание для нагрева жидкостей, таких,
как вода. И другие электропроводники предпочтительного нагревательного устройства 100 могут также изготавливаться с использованием таких электропроводящих материалов.
Стандартный диапазон предпочтительных полимерных нагревателей жидкости данного изобретения,
применяемых при нагреве воды - 240 V и 4500 W, хотя длина и диаметр провода проводящих спиралей 14 могут быть различны, чтобы обеспечить диапазоны от 1000 W до 6000 W, и предпочтительно между 1700 W и
4500 W. Для нагревания газа может быть использована мощность около 100-1200 W. Двойная или даже
тройная мощности могут быть обеспечены применением параллельных спиралей или резистивных элементов с концевой оттяжкой на различных участках вдоль активного участка устройства 10.
Из вышеизложенного понятно, что данное изобретение предлагает улучшенные устройства для нагревания текучей среды для использования во всех типах нагревателей, включая водонагреватели и масляные отопительные приборы. Предпочтительные устройства, согласно данному изобретению, являются в большинстве
своем полимерными, что снижает расходы и значительно уменьшает гальваническое действие в емкостях с
жидкостью. В некоторых вариантах осуществления данного изобретения полимерные нагреватели могут
быть использованы в сочетаниях с полимерными емкостями, чтобы избежать появления ионной коррозии
металла.
Подобные полимерные нагреватели могут быть сконструированы и для самостоятельного использования,
так как их собственная емкость может быть одновременно и хранилищем и нагревателем газов или жидкостей. В таком осуществлении проточная полость 11 может быть отформована в форме резервуара и соединена с источником питания для того, чтобы нагревать жидкость или газ в резервуаре. Нагревательные
устройства, согласно изобретению, могут также использоваться в разогревателях пищи, электробигудях,
сушках для волос, утюгах для одежды и в устройствах, применяемых в оздоровительных целях в бассейнах и
банях.
Данное изобретение также применимо в проточных нагревателях, в которых текучая среда проходит через полимерную трубу, содержащую одну или более намоток или один или несколько резистивных элементов.
В то время как текучая среда проходит через внутренний диаметр полимерной трубы, резистивное тепло генерируется через внутренний диаметр полимерной стенки этой трубы для нагревания газа или жидкости.
Проточные нагреватели применимы и в сушках для волос или в нагревательных автоматах, часто используемых для согревания воды. Хотя различные варианты осуществления были проиллюстрированы выше, это
сделано только с описательной целью и не ограничивает изобретения. Многочисленные модификации, которые станут очевидны специалисту, заложены в формуле изобретения.
Фиг. 3
Фиг. 2
Фиг. 4
Фиг. 5
7
BY 4131 C1
Фиг. 7
Фиг. 6
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
215 Кб
Теги
by4131, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа