НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к нагревательным устройствам на основе элемента РТС и может быть использована в обогревателях для поддержания рабочих температур контрольно-измерительных приборов, эксплуатирующихся при недопустимо низких температурах в комплексе с теплоизолирующими кожухами, шкафами автоматики, чехлами (в том числе во взрывоопасных зонах). Возможно применение в других областях промышленности (кабины буровиков, башенные, мостовые краны и т.д.), а также в быту (платежные терминалы, шлагбаумы и т.д.).
Основной проблемой использования элементов РТС в нагревательных устройствах является то, что они требуют стабильного усилия прижимания. При этом в процессе нагревания собственные геометрические размеры керамической части элемента РТС сильно меняются в силу температурного расширения. Если усилие прижатия недостаточно, то резко теряется мощность или происходит "пробой" элемента с его разрушением. Если усилие слишком большое, то происходит физическое разрушение в процессе нагрева.
Известно нагревательное устройство для нагрева жидкости, раскрытое в полезной модели CN 201260250 (Y) 17.06.2009. Нагревательное устройство включает верхнее излучающее ребро, нижнее излучающее ребро и алюминиевую трубку. Керамическая пластина РТС и электродная пластина расположены в алюминиевой трубке. Между электродной пластиной и алюминиевой трубкой расположен изоляционный слой. Отличительной особенностью известного решения является то, что алюминиевая трубка разделена на верхнюю часть и нижнюю часть. Верхняя часть алюминиевой трубки представляет собой пластину с загнутым наружу краем и выполнена заедино с излучающим ребром. Нижняя часть алюминиевой трубки представляет собой прямоугольную трубку с открытой верхней частью и выполнена заедино с нижним излучающим ребром.
Недостатком известного нагревателя является конструкция, которая не обеспечивает необходимый уровень усилия прижатия керамической пластины и, как следствие, его малая эффективность.
Еще одной проблемой является необходимость в максимальном отведении тепла с поверхности РТС элементов, поскольку при недостаточной теплопроводности материала корпуса нагревательного устройства эффективность нагревательного элемента резко падает.
Известен обогреватель, выбранный в качестве наиболее близкого аналога и раскрытый в патенте на полезную модель (RU 151385 U1, 10.04.2015), состоящий, по меньшей мере, из одного радиатора, во внутреннюю полость которого установлен нагревательный элемент с питающим кабелем. Нагревательный элемент выполнен в силиконовом корпусе цилиндрического исполнения на основе РТС термистора в форме металлизированной пластины и состоит из теплопроводящего изолятора, в который заключены два сегментных контакта. Нагревательный элемент - саморегулирующийся, компактный в силиконовом корпусе цилиндрического исполнения на основе РТС термистора в форме металлизированной пластины, из двух сегментных электрических контактов с высоким коэффициентом теплопроводности из медного сплава, которые размещаются в монолитной термостойкой трубке с высокой теплопередачей и последующей герметизацией герметиком по обоим торцам, питающий кабель - медные жилы в термостойкой изоляции.
Недостатком наиболее близкого аналога является то, что в качестве трубки используется слой наполненного силикона, полностью покрывающий нагревательный элемент, и одновременно являющийся корпусом. Однако из-за толщины силиконового слоя такие нагревательные элементы имеют крайне низкую эффективность (в 2-3 раза меньше) и очень дороги (в 6-7 раз дороже), а их конструкция не обеспечивает стабильного усилия прижимания РТС элемента.
Таким образом, технический результат, достигаемый при решении указанных технических проблем, заключается в повышении стабильности прижатия РТС элемента, компенсации его температурного расширения, а также повышении эффективности отведения тепла.
Техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что нагревательное устройство содержит нагревательный элемент, который генерирует тепло за счет приложенной мощности, электрические контакты для подачи питания на устройство, изолирующий слой и цилиндрический корпус. Корпус выполнен в виде трубки из металлического профиля, содержащей сплошную часть и полукруглый канал с двумя ребрами, при этом в канале установлена подпружиненная пластина, которая упирается в ребра канала так, что между подпружиненной пластиной и плоской поверхностью канала образуется монтажное пространство, в котором устанавливается нагревательный элемент в изолирующем слое.
Установленная таким образом в металлическом профиле пластина будет выполнять роль пружины или псевдопружины, обеспечивая тем самым компенсацию температурного расширения нагревательного элемента и одновременно обеспечивая стабильное усилие прижатия. Одновременно с этим непосредственное размещение керамического нагревательного элемента на массивной сплошной части внутри металлического профиля позволяет существенно увеличить площадь поверхности, через которую осуществляется теплопередача, что приводит к повышению теплоотдачи.
Далее настоящая полезная модель поясняется чертежами, на которых представлены:
Фиг. 1 - вид поперечного сечения нагревательного элемента в соответствии с заявленной полезной моделью;
Фиг. 2 - продольный разрез по оси А-А нагревательного элемента в соответствии с заявленной полезной моделью.
Показанное на фиг. 1 и 2 нагревательное устройство в соответствии с заявленной полезной моделью содержит нагревательный элемент 1, предпочтительно позисторный нагревательный элемент РТС в теплопроводящем изоляторе 7, заключенный между плоской поверхностью канала 6 металлического профиля 3 и пластиной 4. Пластина 4 упирается в ребра 5 полукруглого канала 6 металлического профиля 3, тем самым выполняя роль пружины, компенсирующей температурное расширение нагревательного элемента РТС 1, и прижимая керамический РТС элемент к сплошной части корпуса 2.
Конструкция позволяет установить от одного до четырех нагревательных элементов в один корпус без риска их повреждения за счет пружинных свойств пластины.
Пространство между нагревательным элементом РТС и пластиной не заполняется для общепромышленного исполнения и заполняется теплопроводным кремнийорганическим компаундом для взрывозащищенного нагревательного устройства.
Металлический профиль и подпружиненная пластина предпочтительно выполнены из алюминия.
Металлический профиль изготавливается методом прессования через фильеру. Диаметр металлического профиля предпочтительно лежит в диапазоне от 36 до 40 мм. Длина металлического профиля предпочтительно лежит в диапазоне от 40 до 100 мм.
Нагревательные элементы РТС или позисторы - это полупроводниковые керамические камни, изготовленные из поликристаллической керамики на основе титаната бария (BaTiO3) и характеризующиеся чувствительностью к температуре. Их электрическое сопротивление нелинейно зависит от температуры нагрева. При подключении в электрическую сеть и подаче напряжения после достижения через короткий период времени температуры максимального сопротивления (температуры Кюри), обусловленной составом керамики, сопротивление элемента многократно увеличивается, ограничивая протекающий ток и дальнейший рост температуры.
Предложенное нагревательное устройство работает следующим образом. На позисторный нагревательный элемент 1 нагревательного устройства с помощью электрических контактов 8 подается управляющий сигнал, обеспечивающий его нагрев. Тепло от нагревательного элемента 1 через плоскую поверхность канала 6 передается на металлический профиль 3. Выработанное тепло отводится в радиаторный корпус (не показан) и далее в окружающую среду.