ТЕРМОПРЕДОХРАНИТЕЛЬ ДЛЯ ТРУБЧАТОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВАТЕЛЯ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к тепловым выключателям разового действия - термопредохранителям, предназначенным, предназначенным для защиты трубчатых электрических нагревателей, далее по тексту ТЭНов, от перегрева при ненормальной работе, в условиях ограниченного рассеивания тепла.
Известны конструкции термопредохранителей по патентам РФ №2115972, Н01Н 37/76, Н05В 3/48, 1998; №2189658 H01H 37/76, Н05В 3/48, 2002.
Недостатком этих конструкций является нестабильность времени срабатывания и ограниченность их применения.
Наиболее близким техническим решением термопредохранителя для трубчатого электрического нагревателя, далее по тексту термопредохранителя, является конструкция по патенту РФ на полезную модель №39740 H01H 37/76, Н05В 3/06 2004, пункт 8 формулы, фиг. 9. Термопредохранитель (термовыключатель разового действия) этой конструкции содержит термозвено (термочувствительный элемент) в виде трубки из легкоплавкого металла или сплава металлов, запаянной в торцах, заполненное активатором (веществом - активатором), температура плавления и удельная электрическая проводимость которого меньше, чем у материала термозвена, обладающим в жидком состоянии свойством очищения поверхности расплава материала термозвена от окислов, две гильзы (два контакта), выполненные из металлической трубки, каждая из которых соединена пайкой торцовой и крайней частью своей внутренней поверхности с термозвеном, расположенные друг от друга на расстоянии, обеспечивающем разрыв электрической цепи между ними при срабатывании термопредохранителя, контакт (электровывод), выполненный из металлической проволоки, частично введенный в гильзу и обжатый ей, соединитель (спираль), выполненный из металлической проволоки, с высоким удельным электрическим сопротивлением, частично введенный в другую гильзу и зажатый ей таким образом, что между концом соединителя и термозвеном образовано свободное пространство, при этом часть соединителя, введенная в гильзу, выполнена зауженной, с диаметром витков меньшим, чем диаметр витков другой части соединителя, и прямой проход в свободное пространство из внутреннего пространства соединителя перекрыт, например, витками самого соединителя, расположенными в конце зауженной ее части, выполненными с переменным диаметром, уменьшающимся к концу соединителя.
Недостатком этой конструкции является относительно большое время срабатывания, порядка 40…50 сек. Вследствие этого, термопредохранитель нельзя применять для защиты от перегрева мощных, более 1,2 кВт, ТЭНов с алюминиевой оболочкой.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью термопредохранителя расширение диапазона применения
термопредохранителя и снижение трудоемкости его изготовления.
Технический результат от использования полезной модели термопредохранителя - уменьшения время срабатывания до 15...30 сек., за счет приближения к термозвену соединителя, дающего дополнительный его подогрев.
Указанный технический результат для термопредохранителя достигается за счет того, что конструкция содержит одну гильзу, вместо двух гильз, содержавшихся в ближайшем аналоге термопредохранителя. В новой конструкции термопредохранителя соединитель соединяется непосредственно с термозвеном, без использования промежуточного звена в виде второй гильзы.
С целью обеспечения надежного электрического разрыва электрической цепи термопредохранителя торец части контакта, введенной в гильзу, может быть облуженным.
На фиг. 1 показан продольный разрез термопредохранителя;
На фиг. 2 показано сечение термопредохранителя, изображенного на фиг. 1;
На фиг. 3 показан продольный разрез термопредохранителя, содержащего контакт с облуженным концом той его части, которая введена в гильзу.
На фиг. 4 показан продольный разрез ТЭНа, оснащенного термопредохранителем, изображенным на фиг. 3, электрически включенным в разрыв между нагревательной спиралью и контактом ТЭНа;
На фиг. 5 показан продольный разрез ТЭНа, изображенного на фиг. 4 в состоянии, наступившем после срабатывания термопредохранителя;
Конструкция термопредохранителя состоит из термозвена 1 (см. фиг. 1), выполненного в виде герметично запаянной с торцов трубки из легкоплавкого металла или сплава металлов, например, оловянно-свинцового сплава, заполненного активатором, температура плавления и удельная электрическая проводимость которого меньше, чем у материала термозвена, обладающим в расплавленном состоянии свойством очищения поверхности расплава материала термозвена от окислов, например, канифолью, гильзы 3, выполненной из металлической, например, медной трубки, соединителя 4, выполненного в виде пространственной винтовой спирали из металлической проволоки с высоким удельным электрическим сопротивлением, например, нихромовой проволоки, контакта 5, выполненного из металлической, например, стальной, проволоки. Конец гильзы 3 припаян частью внутренней и торцовой поверхностями, к концу термозвена 1. Другой конец термозвена 1 припаян к концевым виткам соединителя 4. Контакт 5 частично введен в гильзу 3 до упора с термозвеном 1 и обжат ей, например, таким образом, как показано на фиг. 2. Гильза 3 и соединитель 4, расположены друг от друга на расстоянии «L», обеспечивающем разрыв электрической цепи между ними при срабатывании термопредохранителя.
Для обеспечения надежного электрического разрыва электрической цепи термопредохранителя конец части контакта 5, обжатой гильзой 3, покрыт полудой 6, выполненной легкоплавким металлом или сплавом металлов, например, оловянно - свинцовым сплавом (см. фиг. 3).
Термопредохранитель используется для встроенной тепловой защиты ТЭНа. При встройке термопредохранителя нагревательная спираль ТЭНа соединяются с контактом термопредохранителя, а контакт ТЭНа с соединителем термопредохранителя. Соединения производятся, например, контактной сваркой. Термопредохранитель электрически изолируется от оболочки ТЭНа, таким же образом, как нагревательная спираль ТЭНа.
В качестве примера, на фиг. 4 представлена установка в ТЭН термопредохранителя, изображенного на фиг. 3.
Перед установкой в оболочку 7 ТЭНа его нагревательная спираль 8 соединяется с контактом 5 термопредохранителя, а контакт 10 ТЭНа с соединителем 4 термопредохранителя. Соединения выполняются, например, контактной сваркой. Собранный узел устанавливается в оболочку 7 ТЭНа, витки нагревательной спирали ТЭНа при этом растягиваются. Сопротивление растяжению соединителя 4 термопредохранителя должно быть больше сопротивления растяжения нагревательной спирали 8 ТЭНа или равно ему. Выход контактных выводов 9, 10 из оболочки 7 ТЭНа осуществляется через электроизоляционные втулки 11, 12. Контакты ТЭНа, нагревательная спираль ТЭНа и термопредохранитель изолируются от оболочки ТЭНа сыпучим электроизоляционным наполнителем 13, например, кварцевым песком. Оболочка 7 ТЭНа редуцируется для уплотнения сыпучего электроизоляционного наполнителя. При этом под воздействием возникающих продольных усилий контакт 5 частично выдвигается из гильзы 3 термопредохранителя, предотвращая разрушение термозвена 1. Для обеспечения изгибания ТЭНа его оболочка может подвергаться отжигу. Отжиг должен производится с охлаждением места нахождения термопредохранителя, не допуская нагрева этой зоны выше 110°С. Для упрощения технологии рекомендуется выполнять оболочку ТЭНа из металлической трубки, способной изгибаться после ее редуцирования без предварительного отжига.
ТЭН с встроенным термопредохранителем работает следующим образом:
При нормальной работе, когда ТЭН охлаждается нагреваемой средой, например, водой, температура на оболочке ТЭНа 7 составляет, приблизительно, 105…110°С. Температура термозвена термопредохранителя не превышает величины температуры плавления его материала и срабатывания термопредохранителя не происходит. При ненормальной работе, в условиях ограниченного рассеивания тепла, например, в случае выкипания воды или включения ТЭНа без воды, увеличивается поток тепла от нагревательной спирали 8 ТЭНа и от соединителя 4 термопредохранителя к термозвену 1 термопредохранителя. Активатор 2 и термозвено 1 термопредохранителя расплавляются. Расплав активатора очищает поверхность расплава материала трубки термозвена, от окислов, это способствует собиранию расплава материала термозвена 14 (см. фиг. 5) в одну или, чаще, в две капли в местах припайки термозвена к гильзе и соединителю. Полуда контакта способствует собиранию части расплава. Расплав активатора 15 впитывается в электроизоляционный наполнитель 13. При разрыве электрической цепи рост температуры ТЭНа прекращается. При времени срабатывания термопредохранителя около 20 секунд, температура оболочки ТЭНа, обычно, не превышает 200°С.
Проведенные испытания показали, что предлагаемая конструкция термопредохранителя проста в изготовлении, несложно встраивается в ТЭН, надежна в работе.
Промышленная применимость предлагаемой конструкции термопредохранителя очевидна. Эти конструкция прошла опытные испытания на предприятии ООО «НЛП «УЗЭП», в г. Нижнем Новгороде и показала хорошие результаты.