СВЕЧА НАКАЛИВАНИЯ КЕРАМИЧЕСКАЯ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к устройствам керамических свечей накаливания для нагрева, испарения, воспламенения топлива. Может быть использована для подогрева газов, для подогрева и испарения жидкостей, как источник инфракрасного излучения, как воспламенитель топлива. Например: в автомобильной промышленности - в предпусковом подогревателе автомобильного двигателя, в автономных автомобильных подогревателях воздуха; в космической отрасли - в камерах сгорания топлива реактивных двигателей; в товарах народного потребления - бытовых газовых кухонных печах, газовых отопительных котлах типа АОГВ, бытовых газовых колонках подогрева проточной воды, в бытовых электрических подогревателях воздуха.
Известна свеча накаливания (Патент US №6084212 от 4.07.2000) для дизельного двигателя имеющая цилиндрический металлический корпус, керамический нагревательный элемент конусообразной формы из электропроводной керамики, с поперечным сечением - круг, многослойную структуру из чередующихся электропроводных и электроизоляционных керамических слоев, причем в этот керамический нагревательный элемент, с одной торцевой стороны вставлен металлический электрод, вторым электродом является наружный электропроводный керамический слой. При подключении электродов в электрическую цепь, ток на участке наибольшего электрического сопротивления вызывает нагрев, выделение тепла, - и таким образом керамическая свеча выполняет свою функцию накаливания.
Однако при такой конструкции свече накаливания присущ ряд недостатков. В процессе эксплуатации керамический нагреватель испытывает циклическое нагревание и охлаждение, что приводит к высоким внутренним механическим напряжениям в местах соединения керамических слоев, что является причиной частого выхода из строя керамических свечей накаливания. Для предотвращения потерь работоспособности и повышения надежности, такие свечи изготавливают с малыми значениями мощности и низким тепловыделением.
За прототип принята свеча накаливания (Патент РФ №2164310 от 01.02.1996 г) для дизельных двигателей, которая содержит цилиндрическую металлическую трубку, контактный стержень для обеспечения электрического контакта и керамический нагреватель, который консольно закреплен на наконечнике цилиндрической металлической трубки и контактирует с контактным стержнем, обеспечивая в процессе накаливания протекание тока через керамический нагреватель, причем керамический нагреватель имеет по меньшей мере один участок с уменьшенным поперечным сечением. Керамический нагреватель за счет уменьшения его поперечного сечения на указанном участке с уменьшенным поперечным сечением имеет увеличенное сопротивление, причем этот участок, на котором керамический нагреватель имеет уменьшенное поперечное сечение, находится на боковой стенке керамического нагревателя на некотором расстоянии от обращенного в камере сгорания наконечника нагревателя в том месте, на которое попадает топливовоздушная смесь, а само поперечное сечение керамического нагревателя уменьшено за счет уменьшения толщины этой боковой стенки. Для дополнительного уменьшения поперечного сечения в стенке керамического нагревателя выполнены отверстия, кроме этого, керамический нагреватель заполнен жаростойким электроизоляционным материалом
Недостатком указанной свечи является низкая надежность, низкая мощность и малый рабочий ресурс из-за наличия отверстий в нагревательном элементе, а также из-за неодинаковой толщины стенок керамического нагревателя по всей длине.
Техническим результатом полезной модели является высокая термическая прочность, высокая эксплуатационная надежность, высокое тепловыделение при низком электропотреблении, низкая трудоемкость изготовления, большой ресурс работы.
Технический результат достигается тем, что в свече накаливания керамической, содержащей корпус, керамический нагревательный элемент конусообразной формы, имеющем уменьшенное поперечное сечение к концевой части, поперечное сечение керамического нагревательного элемента выполнено квадратным или прямоугольным, причем керамический нагревательный элемент выполнен из электроизоляционной керамики с равномерным нанесением по толщине электропроводного материала по двум противоположным граням керамического нагревательного элемента и на его концевой части.
Задача решается тем, что керамический нагреватель имеет одинаковую толщину электропроводного слоя, площадь поверхности электропроводного слоя увеличена за счет прямоугольной или квадратной формы поперечного сечения корпуса свечи, поверхность электропроводного слоя не имеет отверстий. А керамические материалы входящие в конструкцию имеют одинаковые коэффициенты термического расширения.
Преимущество данной полезной модели состоит в том, что в предлагаемой конструкции свечи отсутствуют отверстия в нагреваемой поверхности, свеча имеет одинаковую толщину керамического электропроводного слоя по всей длине - это обеспечивает лучшую термическую прочность, равномерный нагрев (без мест перегрева) и, следовательно, более высокую эксплуатационная надежность.
В поперечном сечении свеча имеет форму квадрата или прямоугольника, что приводит к большой площади нагреваемой поверхности, благодаря чему достигается высокая мощность, необходимом для нагрева, испарения и воспламенения топлива.
Особое преимущество заключается в том, что простая конструкция свечи позволяет применять традиционные технологии, с высокой автоматизацией процесса, и следовательно, это приводит к значительному снижению трудоемкости изготовления и стоимости свечи.
В предлагаемой конструкции керамической свечи накаливания отсутствуют металлические трубки, стержни, спирали, пластины и другие металлические части, т.е. свеча полностью выполнена из керамических электропроводных и керамических изоляционных материалов с одинаковыми значениями коэффициентов термического расширения. Это обеспечивает высокую термическую прочность свечи и следовательно, высокую экплуатационную надежность.
На Фиг.1 показана керамическая свеча накаливания, состоящая из керамического нагревательного элемента (1), керамический нагревательный элемент (1) выполнен из керамического электроизоляционного материала и имеет керамическое электропроводноее покрытие (2), равной толщины по всей длине. Керамический нагревательный элемент имеет U-образную форму в концевой части (3) и помещен в керамический электроизоляционный корпус (6) с уплотнением из жаростойкого, электроизоляционного керамического материала (7). Поверхности керамического нагревательного элемента (4) - не имеют покрытия и являются электроизоляционными. Именно поверхности (4) формируют электрическую цепь электропроводного керамического покрытия (2). К электропроводному керамическому покрытию (2) около торцевой части (5) присоединены электроды (8) в виде медных проводов для подключения к электрической сети.
На (Фиг.2) показано изометрическое изображение, из которого видно что керамический нагревательный элемент (1) имеет конусообразную форму. Это обеспечивает уменьшение площади поперечного сечения электропроводного покрытия (2) от торцевой поверхности (5) к концевой части (3). Наименьшая площадь сечения в концевой части (3) обеспечивает наибольшее электрическое сопротивление.
Керамический нагревательный элемент (1) в поперечном сечении (Фиг.1.б) имеет квадратную или прямоугольную форму. Благодаря этому достигается большая площадь нагрева, высокая теплоотдача и мощность свечи.
Керамический корпус (6) служит держателем керамического нагревательного элемента (1) и предназначен для крепления свечи накаливания керамической в узле нагрева, испарения и воспламенения топлива.
Керамическая свеча накаливания выполнена из керамических материалов с одинаковыми коэффициентами термического расширения.
Работает устройство следующим образом. При подключении электродов (8) (см. Фиг.1) к питающему напряжению через электропроводное керамическое электрический покрытие (2) протекает ток и в концевой части (3) керамического нагревательного элемента происходит высокотемпературный нагрев (накаливание) из-за повышенного сопротивления. В результате нагрева возрастает электрическое сопротивление этой цепи, а электрический ток уменьшается до определенного значения. С этого момента температура не увеличивается, а остается на определенном значении - номинальная рабочая температура при данном электрическом напряжении.
При отключении от сети электропитания прекращается электрический ток, прекращается нагрев керамического нагревательного элемента и выделение тепла.