ТЕРМОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к области измерения температуры. Термогенератор может быть использован в качестве датчика температуры для контроля состояния сигнального пламени в газовых отопительных аппаратах и для управления электромагнитным клапаном подачи газа в зону горения. Термогенератор обеспечивает наиболее высокий, по сравнению с другими типами датчиков температуры, уровень безопасности эксплуатации газового оборудования, поскольку является энергонезависимым управляющим устройством, способным работать в условиях полного отключения внешних источников электроэнергии. Основной областью применения термогенератора является работа в составе систем управления и контроля газового отопительного оборудования бытового и промышленного назначения.
G01K7/02 ТЕРМОГЕНЕРАТОР
ловой энергии пламени в электрический сигнал заданной мощности при помощи многоспайной термобатареи 1.
Известен также термогенератор, выпускаемый фирмой Honeywell 2, выполняющий одновременно как функции датчика температуры, так и функции автономного преобразователя тепловой энергии пламени газовой горелки в электрическую энергию. В составе автоматической аппаратуры, термогенератор непосредственно управляет электромагнитным клапаном подачи газа в отопительных газовых системах.
На фиг. 1 представлена схема работы такого термогенератора.
Термогенератор для контроля состояния сигнального пламени в газовых отопительных аппаратах и для управления электромагнитным клапаном подачи газа в зону горения выполнен в виде размещенной в герметичном защитном корпусе термобатареи из термоэлектродной проволоки типа хромель-копель (XK(L)). Защитный корпус 1 изготовлен из нержавеющей стали, с которым рабочие спаи термобатареи 2 имеют неразъемное соединение. Электрические выводы 3 от термобатареи выполнены из бронированного кабеля с двумя медными жилами, заканчивающимися контактами для подключения к управляющему электромагнитному клапану. Параметры известного термогенератора:
Наружный диаметр защитного корпуса, мм8.85
Длина рабочей зоны датчика,
Внутреннее электрическое сопротивление датчика R, Ом -2.8
Сигнал на открытом выходе в стационарном режиме,
Время достижения значениясигнала 500 мВ после включения,
Число спаев термоэлектродов п30
Поперечное сечение термоэлектродов - прямоугольник со сторонами 0,5x1,5 мм
энергию вследствие того, что рабочая температура горячих спаев (см. фиг. 2, кривая 3) такого термогенератора значительно ниже температуры крышки защитного корпуса (см. фиг.2, линия 1), поэтому данная конструкция термогенератора не в состоянии полностью реализовать потенциал тепловой энергии пламени горелки. Поскольку температура пламени горелки постоянна, то величину температурного градиента между горячими и холодными спаями, следовательно, и величину генерируемого сигнала термобатареи определяет тепловое сопротивление между горячими и холодными спаями термобатареи. Для того, чтобы обеспечить необходимое значение генерируемого сигнала термобатареи, данная конструкция требует увеличенного числа спаев термобатареи. Это влечет дополнительные затраты при производстве термогенераторов. Одновременно снижается надежность электрической изоляции из-за плотного монтажа термобатареи в корпусе термогенератора, поскольку чтобы упаковать необходимые в данном случае 30 рабочих спаев термобатареи, изготовленные из термоэлектродов прямоугольного сечения 0,5x1,5 мм в корпусе заданного размера, требуется весьма плотный монтаж термобатареи, что приводит к повышенному риску повреждения электрической изоляции термоэлектродов при монтаже и к частым отказам прибора в процессе эксплуатации при циклическом изменении рабочей температуры.
Задачей предлагаемого технического решения полезной модели является повышение коэффициента полезного действия термогенератора в процессе преобразования тепловой энергии в электрическую, снижение затрат материалов и повышение производительности труда при производстве термогенераторов путем уменьшения числа рабочих спаев, а также повышении надежности работы изделия за счет улучшения качества электрической изоляции термоэлетродов и снижения плотности монтажа темобатареи в защитном корпусе.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что термогенератор выполнен в виде термобатареи из термоэлектродной проволоки типа хромель-копель (XK(L)), размещенной в герметичном корпусе, с которым рабочие спаи термобатареи имеют неразъемное соединение, а также содержит выводы термобатареи из бронированного кабеля с двумя медными жилами, заканчивающимися контактами для подключения к управляющему электромагнитному клапану, согласно предлагаемой полезной модели площадь поперечного сечения термоэлектродной проволоки и число рабочих спаев термобатареи выбираются по результатам численного теплового расчета конструкции термогенератора таким образом, чтобы обеспечить максимальную температуру горячих спаев при заданном внутреннем электрическом сопротивлении термогенератора. Термобатарея изготовлена из термоэлектродной проволоки круглого сечения диаметром 0,73 мм. Оптимальное число рабочих спаев термобатареи определено числом 20, что на 30 процентов меньше, чем у прототипа. Соединение термоэлектродной проволоки в спаи термобатареи и присоединение к ним выводов выполнено лазерной сваркой, причем термоэлектродная проволока предварительно покрыта термостойким лаком, например, кремнийорганическим лаком КО-08. Герметизация защитного корпуса, а также его неразъемное соединение с горячими спаями термобатареи, т.е. механический и тепловой контакт рабочих спаев термобатареи и корпуса обеспечивается при помощи керамической замазки, затвердевающей в процессе сушки на воздухе.
В качестве керамической замазки можно использовать керамическую смесь на основе порошка .
На фиг.1 представлена схема термогенератора для контроля состояния сигнального пламени в газовых отопительных аппаратах и для управления электомагнитным клапаном подачи газа в зону горения. Термогенератор содержит защитный корпус 1, в котором размещены
термоэлектроды 2 с числом спаев N. Электрические выводы 3 от термобатареи выполнены из бронированного кабеля с двумя медными жилами, заканчивающимися контактами для подключения к управляющему электромагнитному клапану. При помещении термогенератора в пламя газовой горелки разность температур определяется по
t, °С - температура корпуса в зоне горения;
t2, °С - температура холодной части корпуса
Тепловая энергия пламени преобразуется в электрический сигнал U,mV- генерируемый сигнал заданной мощности, который подается в блок управления, представляющий собой электромагнитный клапан подачи газа в зону горения, значение Ккат., Ом - сопротивление катушки клапана. В качестве блока управления используется, например, SIT 820, модель 0820702.
Устройство работает следующим образом. Термогенератор крепится к сигнальной горелке таким образом, чтобы верхняя треть корпуса попадала в пламя горелки. После включения сигнальной горелки термогенератор начинает генерировать электрический сигнал. В момент достижения напряжения 500 mV срабатывает клапан подачи газа в основную горелку и происходит поджиг основного пламени. Если сигнальная горелка погасла, сигнал термогенератора исчезает, клапан подачи газа закрывается.
Па фиг. 2 показаны графики распределения температуры вдоль термобатареи для предлагаемой конструкции термогенератора (кривая 2) и для прототипа (кривая 3). Сравнение показывает, что рабочая температура горячих спаев в предлагаемой конструкции значительно выше, чем у прототипа, что приводит к пропорциональному увеличению полезного сигнала термобатареи. Применение вышеуказанной термоэлектродной проволоки позволяет достичь заданных электрических параметров термогенератора при числе рабочих спаев термобатареи равным 20, при следующих параметрах предлагаемого термогенератора:
Внутреннее электрическое сопротивление датчика, .8
Сигнал на открытом выходе в стационарном режиме,
Время достижения значения сигнала 500 мВ после включения, с 60
Величина тока, мА, генерируемого в цепи с нагрузкой 2.2 Ом 135
В результате получено повышение КПД на 30 процентов по сравнению с прототипом. Одновременно достигается экономия около 60 процентов массы термоэлектродной проволоки.
1.А.С. СССР№ 1730543, G01K7/02, 1992, БИ №16.
2.Honeywell, Product data. Thermocouples and Thermopile Generators. Q309A3,C; Q340A; Q390A; Q313A,B,C,F http:/hbctechlit.honeywell.com/techlit/pdE60-OOOOs/60-2087.pdf