CZ182499A3

CZ182499A3 - Polymerní ponorné topné těleso se skeletovou nosnou konstrukcí a způsob jeho výroby

Info

Publication number: CZ182499A3
Application number: CZ991824A
Authority: CZ
Inventors: Charles M. Eckman; James S. Roden
Original assignee: Energy Convertors, Inc.; Rheem Manufacturing Company
Priority date: 1996-11-26
Filing date: 1997-11-20
Publication date: 1999-09-15
Also published as: DE69735381D1; CA2265674C; DE69735381T2; ID18980A; HK1029483A1; EP0941632A4; HU226288B1; US6432344B1; CN1128566C; BR9713543B1; TW382876B; MY117015A; TR199901168T2; US5835679A; JP2001506796A; AU5267198A; CN1235748A; AU742484B2; EP0941632A1; HUP9904511A3

Description

Polymerní ponorné topné těleso se skeletovou nosnou konstruki io io

W /82(/ - 7?

·_·Ο Π c 'US-*275

Oblast techniky

Tato přihláška z části navazuje na U.S. patentovou přihlášku č. 08/365,920 podanou 29. prosince 1994 pod názvem Ponorné topné těleso s elektrickým odporovým topným materiálem a na něm umístěnou polymerní vrstvou.

Vynález se týká elektrických odporových topných těles, vynález se týká zvláště takových odporových topných těles pro ohřev plynů a kapalin, která obsahují polymery.

Dosavadní stav techniky

Elektrická odporová topná tělesa, která se používají v souvislosti s ohřívači vody, se tradičně vyrábějí z kovových a keramických složek. Obvyklá konstrukce takového topného tělesa zahrnuje pár svorkových kolíků připájených ke koncům Ni-Cr smyčky, která je axiálně umístěna do trubkového kovového pouzdra tvaru U. Odporová smyčka je od kovového pouzdra odizolována práškovým keramickým materiálem, obvykle oxidem hořečnatým.

Ačkoliv jsou tato tradiční topná tělesa tažným koněm průmyslového odvětví ohřevu vody po mnoho desetiletí, nejsou prosta nedostatků. Například, galvanické proudy, ke kterým může dojít mezi kovovým pouzdrem a případným obnaženým kovovým povrchem nádrže, mohou způsobovat korozi anodických kovových složek systému. Na kovovém pouzdře, které je obvykle z mědi nebo jejích slitin, se z vody mohou usazovat vápenaté sloučeniny, které mohou vést až k předčasnému selhání topného tělesa. Navíc používání mosazných šroubení a měděných trubek je velmi nákladné, neboť cena mědi se za poslední roky značně zvýšila.

Jako alternativu ke kovovým tělesům navrhl Cunningham v U.S. patentu č. 3,943,328 elektrické topné těleso s krytem plastovým. V patentu popsaném zařízení se použije obvyklého odporového drátu a práškového oxidu hořečnatého ve spojení s plastovým krytem. Protože plastový kryt je nevodivý, nemůže s .··.;··· .’US-2.75 • · ····· ···· • · β · · ·· ······ • · · · · · · ···· ··· ·· ··· ·· ·· dalšími kovovými díly topné jednotky, které se s vodou v nádrži stýkají, vzniknout galvanický článek, a rovněž vápenaté sloučeniny se na povrchu topného tělesa nemohou usazovat. Bohužel, z různých důvodů nelze u těchto dosud známých, plastem pokrytých topných těles po dobu normální životnosti dosáhnout vysokých příkonů a proto se tato tělesa nějak zvlášť nerozšířila.

Podstata vynálezu

Vynález řeší elektrická odporová topná tělesa, která mohou procházet stěnou nádrže, například zásobní nádrže ohřívače vody, a která se používají ve spojení s ohřevem tekutých médií. Těleso zahrnuje skeletový nosný rám, který na sobě má první nosný povrch. Na tomto nosném povrchu je navinut odporový drát, který může zajišťovat odporový ohřev tekutiny. Odporový drát je hermeticky uzavřen a elektricky izolován uvnitř tepelně vodivého polymerního povlaku.

Vynález značně usnadňuje licí operace tím, že přináší tenkou skeletovou konstrukci pro nesení odporového topného drátu. Konstrukce zahrnuje množství otvorů pro usnadnění toku roztaveného polymerního materiálu. Otevřená konstrukce má větší licí průřezy, které se roztaveným polymerním materiálem snadněji zaplňují. V průběhu lití vstřikováním se roztavený polymer může

0 směrovat na téměř celou délku odporového topného drátu, takže se významně snižuje riziko možného výskytu bublinek v rozhraní mezi skeletovým nosným rámem a polymerním, dodatečně litým povlakem. O takových bublinkách je známo, že za provozu ve vodě způsobují místní přehřátí tělesa. Navíc tenké skeletové nosné rámy podle vynálezu předchází možnému oddělení vrstev odlitých složek, tj. oddělení odporového topného drátu od polymerního povlaku. Způsoby podle vynálezu významně zlepšují pokrytí polymerem a protože vyžadují menší licí tlaky, napomáhají také zmenšení licích otvorů formy.

Dále vynález řeší způsob výroby elektrického odporového tělesa. Výrobní

0 způsob zahrnuje kroky opatření skeletového nosného rámu s nosným povrchem a navinutí odporového topného drátu na nosný povrch. Nakonec se přes odporový topný drát odlije tepelně vodivý polymer tak, aby jej elektricky izoloval a hermeticky .··.:··· .”υδ·-·275 • · · ···· · · · · • · · · · · ······ • · · · · · • ··· · · ··· ·· · · uzavíral. Způsob se může rozšířit tak, aby zahrnoval lití vstřikováním nosného rámu a tepelně vodivého polymeru. Na obě tyto částí se může použít stejná pryskyřice, aby se tak zajistila stejnoměrná tepelná vodivost výsledného tělesa.

Přehled obrázků na výkresech

Doprovodné výkresy zobrazují nejen výhodná provedení vynálezu, ale i množství dalších informací, které se vynálezu přímo týkají. Na výkresech jednotlivé obrázky znázorňují:

Na obr. 1 je perspektivní pohled na přednostní provedení polymerního ohřívače tekutiny podle vynálezu;

Na obr. 2 je levý bokorys polymerního ohřívače tekutiny dle obr. 1;

Na obr. 3 je nárys, včetně částečného řezu, polymerního ohřívače tekutiny dle obr. 1;

Na obr. 4 je nárys, částečně v řezu, přednostního vnitřního výlisku polymerního ohřívače tekutiny dle obr. 1;

Na obr. 5 je nárys, částečně v řezu, přednostní svorkové sestavy pro polymerní ohřívač tekutiny dle obr. 1;

Na obr. 6 je nárys detailu konce přednostního vinutí pro polymerní ohřívač 25 tekutiny podle vynálezu;

Na obr. 7 je nárys detailu provedení dvojitého vinutí pro polymerní ohřívač tekutiny podle vynálezu;

0 Na obr. 8 je čelní perspektivní pohled na přednostní skeletový nosný rám topného tělesa podle vynálezu;

• · · ···· · · · · • · · · · 9 · 999999

9 9 9 9 9 9

9999 999 99 999 99 99

Na obr. 9 je zvětšený částečný pohled na přednostní skeletový nosný rám dle obr. 8, který ukazuje nanesený tepelně vodivý polymerní povlak;

Na obr. 10 je zvětšený řez alternativním skeletovým nosným rámem;

Na obr. 11 je bokorys skeletového nosného rámu dle obr. 10;

Na obr. 12 je nárys celého skeletového nosného rámu dle obr. 10.

io Příklady provedení vynálezu

Vynález přináší elektrická odporová topná tělesa a ohřívače vody, které tato tělesa obsahují. Tato zařízení jsou užitečná tím, že minimalizují galvanickou korozi v ohřívačích vody a olejů, omezují usazování vápenatých sloučenin a řeší problémy se zkrácenou životností. Termíny tekutina a tekutá látka se míní jak kapalina, tak plyn.

Na výkresech, zejména potom na obr. 1 až 3, je zobrazen přednostní polymerní ohřívač 100 tekutiny podle vynálezu. Polymerní ohřívač 100 tekutiny obsahuje elektricky vodivý, odporový topný materiál. Odporový topný materiál

0 může mít formu například drátu, síťoviny, pásky nebo vlny. V přednostním ohřívači

100 se odporové teplo generuje ve vinutí 14, jehož pár volných konců je připojen k páru svorkových zakončení 12 a 16. Vinutí 14 je od tekutiny hermeticky a elektricky izolováno integrální vrstvou vysokoteplotního polymerního materiálu. Jinak řečeno, aktivní odporový topný materiál je před zkratováním v tekutině chráněn poiymerním povlakem. Odporový materiál podle vynálezu má dostatečný povrch, délku a tloušťku k tomu, aby ohřál vodu na teplotu nejméně 120°F bez roztavení polymerní vrstvy. Jak bude uvedeno dále, pečlivým výběrem odpovídajících materiálů a jejich rozměrů se toho dá dosáhnout.

0 Jak je zřejmé zejména z obr. 3, přednostní polymerní ohřívač 100 tekutiny se obecně skládá ze tří integrálních částí: svorkové sestavy 200, která je zobrazena na obr. 5, vnitřního výlisku 300. který je zobrazen na obr. 4, a

.•US-· 2.7 5 • · · · • · · · · · • · • · « · polymerního povlaku 30. Dále následuje podrobný popis všech uvedených částí a popis jejich sestavení do polymerního ohřívače 100 tekutiny.

Přednostní vnitřní výlisek 300 ukázaný na obr. 4 je jednodílnou, 5 vstřikováním zhotovenou částí z vysokoteplotního polymeru. Vnitřní výlisek 300 má na vnějším konci s výhodou přírubu 32. Na přírubu 32 navazuje nákružková část s množstvím závitů 22. Závity 22 jsou navrženy takové, aby lícovaly s vnitřním průměrem upevňovacího otvoru ve stěně nádrže, například nádrže 13 ohřívače vody. Vnitřní strana příruby 32 se pro zajištění dokonalejšího utěsnění může osadit O-kroužkem (není zobrazen). Přednostní vnitřní výlisek 300 dále zahrnuje termistorovou dutinu 39, která se nachází uvnitř jeho kruhového průřezu. Termistorová dutina může zahrnovat koncovou stěnu 33, která termistor 25 odděluje od tekutiny. Termistorová dutina 39 je s výhodou na straně příruby 32 otevřená, takže se do ní může snadno vložit svorková sestava 200. Přednostní vnitřní výlisek 300 obsahuje také nejméně pár vodičových dutin 31 a 35, které se nachází mezi termistorovou dutinou a vnější stěnou vnitřního výlisku a do kterých se vloží sběrací vodič 18 a svorkový vodič 20 svorkové sestavy 200. Vnitřní výlisek 300 obsahuje řadu příčných vodicích drážek 38, které jsou rozmístěné po jeho vnějším obvodu. Drážky mohou být vinuty závitově, mohou být samostatnými

0 rýhami, apod. a měly by být navzájem vzdáleny natolik, aby zajišťovaly elektrické oddělení jednotlivých závitů přednostního vinutí 14.

Přednostní vnitřní výlisek 300 se může vyrobit postupy odlévání vstřikováním. Průtočná dutina 11 se s výhodou vytvoří pomocí 12.5 palce

5 dlouhého, hydraulicky ovládaného středového jádra, takže vznikne těleso s délkou asi 13-18 palců. Vnitřní výlisek 300 se může odlít v kovové formě, jejíž prstencový vtok leží na opačném konci než příruba 32. Žádoucí tloušťka stěny aktivní části 10 tělesa je menší než 0.5 palce, výhodně méně než 0.1 palce, s konečným cílem v rozsahu od 0.04 do 0.06 palce, kterýžto rozměr je považován za současnou

0 spodní hranici dosažitelnou se stávajícím licím zařízením. Na aktivní části 10 tělesa, mezi po sobě jdoucími závity nebo rýhami, se litím vytvoří i pár závěsů nebo kolíků 45 a 55, které slouží pro ukončení nebo zakotvení závitů jednoho nebo více vinutí. Termistorová dutina 39, průtočná dutina 11. vodičové dutiny 31 a .··.:*·· .^^75 • ···· · ·· · • · · ·· · · · · · · • · · · · ·· ··· ·· ·· a průtočné otvory 57 se vytvoří v rovněž v průběhů lití s použitím radiálních a axiálních jader.

Nyní následuje, s odkazy na obr. 5, podrobný popis přednostního provedení 5 svorkové sestavy 200. Základem svorkové sestavy 200 je polymerní zátka 28, do které se vloží pár svorek 23 a 24. Jak je ukázáno na obr. 2, svorky 23 a 24 mohou obsahovat závitem opatřené díry 34 a 36, do kterých se zašroubují závitem opatřené koncovky, například šrouby, pro upevnění vnějších elektrických vodičů. Svorky 23 a 24 jsou koncovými částmi svorkového vodiče 20 a termistorového vodiče 21. Termistorový vodič 21 elektricky spojuje svorku 24 s vývodem 27 termistoru. Druhý vývod 29 termistoru je spojen se sběracím vodičem 18, který se vloží do vodičové dutiny 35 tak, že prochází podél spodní části vnitřního výlisku 300 dle obr. 4. Obvod se uzavře termistorem 25. Termistor 25 se volitelně může nahradit termostatem, termočlánkem nebo jednoduše zemnicím páskem, který se připojí k vnějšímu jističi nebo podobnému zařízení. Věří se, že zemnicí pásek (není zobrazen) se může umístit do blízkosti jednoho ze svorkových zakončení 16 a 12 tak, aby se v případě tavení polymeru vinutí zkratovalo.

V přednostním provedení je termistorem 25 mžikový termostat/tepelná

0 ochrana, jakým je Model W Series společnosti Portage Electric. Tato tepelná ochrana má malé rozměry a pracuje pod střídavým napětím jak 120, tak 240 VAC. Tvoří ji vodivá, bimetalická konstrukce s elektricky aktivním pouzdrem. Zátkou 28 je s výhodou samostatný vstřikováním odlitý polymerní díl.

Po vyrobení svorkové sestavy 200 a vnitřního výlisku 300 se s výhodou obě tyto části sestaví ještě předtím, než se do vodicích drážek 38 aktivní části 10 tělesa navine vinutí 14. Péče se musí věnovat zejména zajištění propojení okruhu ve svorkových zakončeních 12 a 16. Obvykle se toho dosáhne připájením nebo bodovým přivařením svorkových zakončení 12 a 16 vinutí ke svorkovému vodiči

0 20 a sběračovému vodiči 18. Důležité je rovněž uložení vinutí 14 na vnitřním výlisku 300 před nanesením polymerního povlaku 30. V přednostním provedení se polymerní povlak 300 na sestavu tlakově odlije tak, aby mezi ním a vnitřním výliskem 300 vznikla termoplastická polymerní vazba. Stejně jako u výroby ·· · · · « ·· ·· vnitřního výlisku 300 se do formy v průběhu licího procesu vloží jádra, která zachovají průchodnost průtočných otvorů 57 a průtočné dutiny 11.

Na obr. 6 a 7 je zobrazeno provedení jednoduchého a dvojného vinutí 5 odporového drátu polymemího odporového topného tělesa podle vynálezu. V provedení s jednoduchým vinutím odporového drátu dle obr. 6 se do vodicích drážek 38 vnitřního výlisku 300 navine první pár drátu se závity 42 a 43 tak, aby vnikla šroubovice. V přednostním provedení se odporový drát zachytí za kolík 45 tak, že vznikne ohyb nebo zakončení 44. Kolík 45 je v ideálním případě částí, tj. je io spolu s ním odlit, vnitřního výlisku 300.

Obdobně lze vytvořit uspořádání s dvojným odporovým drátem. V tomto provedení je první pár závitů 42 a 43 prvního odporového drátu oddělen od následného páru závitů 4θ a 4Z stejného odporového drátu zakončením 54 závitů sekundárního vinutí, které je zachycené za kolík 55. Druhý pár závitů 52 a 53 druhého odporového drátu, který je elektricky připojen k zakončení 54 závitů sekundárního vinutí, se poté navine okolo vnitřního výlisku 300 do volného páru navzájem sousedících vodicích drážek vedle závitů 46 a 47. Ačkoliv je sestava dvojného vinutí zobrazena s páry závitů jednotlivých odporových drátů, které se

0 pravidelně střídají, rozumí se, že závity se mohou navíjet ve skupinách dvou či více závitů každého z odporových drátů či v nepravidelných počtech a v libovolných tvarech vinutí, je nutné pouze dodržet pravidlo, že jednotlivá vinutí jsou od sebe navzájem izolována buď vnitřním výliskem, nebo jiným izolačním materiálem, jakým jsou například samostatné plastové povlaky apod.

Plastové díly topného tělesa podle vynálezu jsou přednostně z vysokoteplotního polymeru, který se ani významně nezdeformuje, ani neroztaví při teplotách tekutého média asi od 120 do 180°F. Nejvýhodnější jsou termoplastové polymery s teplotou tavení vyšší než 200°F, lze však použít i určité

0 keramické materiály a termosetové polymery. Přednostní termoplastové materiály mohou zahrnovat: fluorované uhlovodíky, polyaryl-sulfony, polyimídy, polyetereterketony, polyfenylen sulfidy, polyeter sulfony a směsi a kopolymery těchto termoplastů. Termosetové polymery vhodné pro tuto aplikaci zahrnují určité • · · · • · ··· ·· · • · · · • · · · · · · epoxidy, fenolové sloučeniny a silokony. Pro usnadnění chemického zpracování za vysokých teplot se mohou použít polymery kapalných krystalů.

V přednostním provedení vynálezu se použije polyfenylen sulfid (PPS), 5 neboť má dobré vlastnosti při zvýšených teplotách, je levný a, zejména litím vstřikováním, snadno zpracovatelný.

Polymery podle vynálezu mohou obsahovat asi 5-40 hmotnostních procent vláken, například grafitových, skelných nebo polyamidových. Dále se tyto polymery mohou míchat s různými dalšími přísadami pro zlepšení tepelné vodivosti a vlastností uvolňování z formy. Tepelnou vodivost zlepší přídavek uhlíkového, grafitového nebo kovového prášku či šupin. Zároveň je však důležité, aby se těchto přísad nepoužilo nadbytečné množství, neboť přebytek vodivého materiálu může značně zhoršit izolační a ochranné, protikorozní vlastnosti přednostního polymerního povlaku. Polymerní tělesa podle vynálezu se mohou zhotovit z libovolné kombinace výše zmíněných materiálů nebo se v závislosti na konečné aplikaci topného tělesa na výrobu různých částí topného tělesa podle vynálezu mohou použít vybrané polymery jak s přísadami, tak bez nich.

0 Odporovým materiálem, který v ohřívačích tekutiny podle vynálezu vede elektrický proud a generuje teplo, je s výhodou odporový kov, který je elektricky vodivý a teplu odolný. Oblíbeným kovem je Ni-Cr slitina, vhodné jsou však i některé slitiny mědi, oceli a nerezavějící oceli. Předvídáme dále, že za předpokladu, že budou schopny generovat množství tepla dostatečné k ohřevu

5 tekutin, jako je voda, bude možné v budoucnu kovové odporové materiály nahradit vodivými polymery s obsahem grafitových, uhlíkových nebo kovových prášků nebo vláken. Zbývající elektrické vodiče přednostního polymerního ohřívače 100 tekutiny se mohou vyrobit také z těchto vodivých materiálů.

0 Alternativou k přednostnímu vnitřnímu výlisku 300 vynálezu je skeletový nosný rám 70 zobrazený na obr. 8 a 9. Ukázalo se, že oproti vnitřnímu výlisku 300 má některé výhody. Při odlévání vstřikováním plného vnitřního výlisku 300, například v podobě trubky, může dojít díky konstrukci ohřívače, která vyžaduje ·· ··· • US--2 7 5 • · · * • · · · • · · · · · · • · ♦ · ·· malé tloušťky stěn (až 0.025 palce) na poměrně velké délce (až 14 palců), k nerovnoměrnému vyplnění formy. Tepelně vodivý polymer s výhodou obsahuje přídavky, jako jsou skelná vlákna a keramický prášek, oxid hlinitý (AI₂O₃) a oxid hořečnatý (MgO), které však mají za následek extrémní viskozitu taveniny polymeru. Pro správné vyplnění formy je proto nutné použít vysokých tlaků, které mohou způsobit i rozevření formy.

Kvůli snížení možnosti výskytu takového problému vynález uvažuje s použitím skeletového nosného rámu 70, který má množství otvorů a nosný povrch pro upevnění odporového topného drátu 66. V přednostním provedení skeletový nosný rám tvoří válcový člen, který má asi 6 až 8 po obvodě rozmístěných podélných per, která probíhají po celé délce rámu 70. Pera 69 pohromadě drží množství prstencových podpěr 60, které jsou podélně rozmístěny po celé délce trubku připomínajícího členu. Prstencové podpěry 60 mají s výhodou tloušťku menší než asi 0.05 palce, výhodněji asi 0.025 až 0.03 palce. Pera 69 jsou s výhodou na vrcholu asi 0.125 palce široká a směrem dovnitř se zužují do zahroceného žebra 62 pro přestup tepla. Žebra 62 by měla pro dosažení maximální účinnosti přestupu tepla do ohřívané tekutiny, jako je voda, přesahovat vnitřní průměr konečného tělesa po nanesení polymerního povlaku 64 o nejméně

0 0.125 palce, výhodněji o 0.25 palce.

Vnější povrch per 69 přednostně obsahuje drážky, do kterých se může vložit dvojitá šroubovice přednostního odporového topného drátu 66.

5 Ačkoliv je vynález popsán na příkladě, v němž jsou přestupní žebra 62 částí skeletového nosného rámu 70, mohou se tato žebra 62 vytvořit i jako část prstencových podpěr 60 nebo dodatečně odlitého polymerního povlaku 64, popřípadě množství těchto povrchů. Obdobně se mohou přestupní žebra 62 vytvořit vně per 69 tak, aby procházela polymerním povlakem 64. Dále, vynález

0 předvídá opatření vnitřního i vnějšího povrchu topného tělesa množstvím nepravidelných nebo geometricky tvarovaných boulí a prohlubní. O takových površích je známo, že usnadňují přestup tepla z povrchu do kapalin. Takový povrch lze vyrobit mnoha způsoby, včetně odlévání vstřikováním polymerního .•ÚSZ2?5

4 4 4

444 444

4 ·· *4 · ·♦··♦· • 4 ·· · * · • 4 4 4444 ·»44 ·

4 4 4 4

4444 444 44 444 povlaku 64 nebo žeber 62, leptání, pískování nebo mechanického opracování topných těles podle vynálezu.

V přednostním provedení vynálezu je skeletový nosný rám 70 z 5 termoplastové pryskyřice, která může být z jedním vysokoteplotních polymerů popsaných v tomto textu, jako je polyfenylen sulfid (PPS) s malým množstvím skelných vláken pro zvýšení strukturální pevnosti a případně keramickým práškem, jako je AI₂O₃ nebo MgO, pro zvýšené tepelné vodivosti. Alternativně se skeletový nosný rám může vyrobit jako člen z tavené keramiky včetně jednoho či více materiálů ze skupiny, která zahrnuje křemičitan hlinitý, AI₂O₃, MgO, grafit, ZrO₂, Si₃N₄, Y₂O₃, SiC, SiO₂, apod., nebo z termoplastového nebo termosetového polymeru, který je jiný než vysokoteplotní polymery navrhované pro použití v povlaku 30. Pokud se použije na skeletový nosný rám použije termoplastu, měl by tento materiál mít teplotu skelného přechodu větší, než je teplota tavení polymeru použitého na povlak 30.

Skeletový nosný rám 70 se vloží do navíjecího stroje a přednostní odporový topný drát se složí a navine na přednostní nosný povrch, tj. do po délce rozmístěných drážek 68, skeletového nosného rámu 70 ve dvojité šroubovici.

0 Navinutý skeletový nosný rám 70 se poté vloží do vstřikovací formy, kde se na něj litím vstřikováním nanese jeden z přednostních polymerních povlaků podle vynálezu. V jednom z přednostních provedení zůstávají pro styk s tekutinou obnaženy jen malé části přestupních žeber 62, zbytek skeletového nosného rámu 70 se pokryje pryskyřicí vně i uvnitř, tedy pokud má válcový tvar. Plocha obnaženého povrchu je přednostně menší než 10 procent plochy povrchu skeletového nosného rámu 70.

Otevřené plochy v průřezu, které tvoří množství otvorů v skeletovém nosném rámu 70, dovolují snadnější plnění a větší pokrytí odporového topného

0 drátu 66 licí pryskyřicí a zároveň snižují nebezpečí vzniku bublin a nerovnoměrností. V přednostních provedeních by měly otevřené oblasti zaujímat nejméně asi 10 procent, přednostně více než 20 procent celkového povrchu ·· ···· ····

• ’TíS-^75 • · 9 9 • 99 · * 99

9

9· 9· válcové plochy skeletového nosného rámu 70 tak, aby roztavený polymer mohl snadněji proudit okolo nosného rámu 70 a odporového topného drátu 66.

Alternativní skeletový nosný rám 200 je zobrazen na obr. 10 až 12. Také 5 alternativní skeletový nosný rám 200 má množství podélných per 268 s po délce rozmístěnými drážkami pro vložení odporového topného drátu (není zobrazen). Podélná pera jsou držena pohromadě distančními prstencovými podpěrami 266. Distanční prstencové podpěry 266 mají konstrukci kola od vozu s množstvím paprsků 264 a středem 262. To zaručuje větší strukturální pevnost, než má skeletový nosný rám 70, aniž by to však podstatněji znesnadňovalo operaci lití vstřikováním.

Alternativně se polymerní povlaky podle vynálezu na popsané skeletové nosné rámy 70 nebo 200 mohou nanášet například ponořením do fluidního lože peletizovaného nebo práškového polymeru, jakým je PPS. V takovém procesu se na skeletový nosný rám navine odporový drát, do kterého se přivede proud, aby tak vzniklo teplo. Pokud se použije PPS, musí se dosáhnout před ponořením skeletového nosného rámu do fluidního lože peletizovaného polymeru teploty nejméně 500°F. Fluidní lože umožní těsný kontakt mezi peletizovaným polymerem

0 a ohřívaným odporovým drátem, takže se polymerní povlak v podstatě rovnoměrně nanese na odporový topný drát a v podstatě okolo skeletového nosného rámu. Výsledné těleso může mít relativně plnou konstrukci, nebo může v průřezu zahrnovat nezanedbatelné množství otevřených otvorů, ačkoliv se předpokládá, že odporový topný drát je od tekutiny hermeticky izolován. Rozumí se, že skeletový nosný rám a odporový topný drát se mohou namísto připojení drátu ke zdroji elektrického proudu ohřát předem tak, aby vzniklo dostatečné množství tepla pro natavení pelet polymeru na jejich povrchy. Proces může zahrnovat i ohřev po vyjmutí z lože pro dosažení větší rovnoměrnosti nanesení povlaku. Další úpravy procesu nevybočují z odborníkům známých postupů

0 stávající technologie polymerů.

Standardní parametry přednostních polymerních ohřívačů podle vynálezu pro ohřev vody je 240 V a 4500 W. Délku a průměr drátu vodivých vinutí 14 lze . .: .··.:·*· ZW275 • 9 9 9 9·· 9 9 9 9

9 9 9 9 99 999·99

9 9 9 9 9 9

9999 999 99 999 9· 99 měnit podle potřeby pro dosažení příkonů od 1000 W do asi 6000 W, přednostně v rozmezí od 1700 W do 4500 W. Pro ohřev plynů lze použít nižších příkonů asi 100 až 1200 W. Dvojnásobných či dokonce trojnásobných příkonů lze dosáhnout využitím vícenásobných vinutí nebo jiných odporových materiálů, která končí v různých částech délky aktivní části 10 tělesa.

Z předchozích odstavců je zřejmé, že vynález přináší zlepšená topná tělesa tekutin pro použití ve všech typech zařízení pro ohřev tekutin, jako jsou ohřívače vody a oleje. Přednostní zařízení podle vynálezu jsou z převážné části z polymerů, ío což snižuje náklady a podstatně zmenšuje možné galvanické jevy uvnitř nádrže tekutiny. V určitých provedeních vynálezu se polymerní ohřívače tekutiny mohou kombinovat s polymerní skladovací nádrží, takže se zcela předejde vzniku koroze vázané na přítomnost iontů kovů.

Alternativně se tyto polymerní ohřívače tekutiny mohou navrhnout jako skladovací kontejner, kdy tekutinu zároveň uchovávají a ohřívají. V takových provedeních se průtočná dutina 11 odlije tak, aby měla tvar nádrže nebo vodojemu, ohřevové vinutí 14 může být součástí stěny a po zapnutí přívodu elektrické energie může ohřívat kapalinu nebo plyn v nádrži nebo vodojemu.

0 Ohřívače podle vynálezu se mohou použít i v ohřívačích jídla, kulmách, vysoušečích vlasů, žehličkách a rekreačních ohřívačích používaných v lázních a plovárnách.

Vynález je použitelný i na průtočné ohřívače, ve kterých tekutina prochází

5 trubkou obsahující jedno nebo více vinutí či odporových materiálů podle vynálezu. Když tekutá látka prochází vnitřním průměrem takové trubky, generované odporové teplo prochází vnitřní stěnou trubky a přechází do plynu či kapaliny. Průtočné ohřívače se používají ve vysoušečích vlasů a ohřívačích pracujících na požádání, které mají nejčastěji podobu nástěnného ohřívače vody.

Ačkoliv byla výše popsána různá provedení vynálezu, v žádném případě se na ně vynález neomezuje. Odborníkům jsou jistě zřejmé mnohé úpravy uvedených ♦ · 99 • 9

9 9

9

9999 «99 • 9 9999 • 9 9

9 9 99

9 9 9

9 9

999 •WS -»37 5

9 9 9

999 999 ·

99 provedení, které by měly být posuzovány v souvislosti s připojenými patentovými nároky.

14 ·♦ ♦ ·· »·»· 9 9 99 9 9 9 9 9 9 9 999 • · · · · 9 9 9 9 9 9 999 9 999 99 999	TN/I82Í1 ~qq ,·ϋ£.-·2,75 9 9 9 9 9 999 999 9 9 99 99
PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Elektrické odporové topné těleso, které může procházet stěnou nádrže, pro použití ve spojení s ohřevem tekutého média, vyznačující se tím, že se skládá z:

5 (a) prvního přírubového konce;

(b) skeletového nosného rámu, jímž prochází množství otvorů a který na sobě má první nosný povrch;

(c) odporového drátu, který je navinutý na první nosný povrch a připojený k nejméně páru svorkových koncových částí na prvním přírubovém konci tělesa; a

10 (d) tepelně vodivého polymerního povlaku, který překrývá odporový drát pro hermetické oddělení a elektrické odizolování odporového drátu od tekutiny.

2. Topné těleso podle nároku 1, vyznačující se tím, že skeletový nosný rám zahrnuje množství podélných per.

3. Topné těleso podle nároku 2, vyznačující se tím, že podélná pera zahrnují množství drážek pro nesení odporového drátu.

4. Topné těleso podle nároku 3, vyznačující se tím, že dále zahrnuje 2 0 množství prstencových podpěr, které spojují podélná pera.

5. Topné těleso podle nároku 4, vyznačující se tím, že skeletový nosný rám dále zahrnuje přestupní žebra umístěná tak, aby zasahovala do tekutého média.

2 5

6. Topné těleso podle nároku 1, vyznačující se tím, že skeletový nosný rám má obecně válcový tvar, kde otvory představují nejméně asi 10% celkové plochy povrchu válcového tvaru pro usnadnění odlití tepelně vodivého polymerního povlaku na odporový drát.

3 0

7. Topné těleso podle nároku 6, vyznačující se tím, že skeletový nosný rám zahrnuje množství podélných per, která mají sérii navzájem vzdálených drážek pro vložení odporového drátu.

• ··· .•njS‘3,75 • e · 9

9·9 999 • 9

99 99

8. Topné těleso podle nároku 7, vyznačující se tím, že skeletový nosný rám a tepelně vodivý polymerní povlak zahrnují stejnou termoplastovou pryskyřici.

9. Polymerní skeletový nosný rám pro nesení odporového drátu elektrického 5 odporového topného tělesa, vyznačující se tím, že se skládá z:

množství podélných per, po jejichž délce jsou rozmístěné drážky, množství přestupních žeber, která vycházejí z per, a množství podélně rozmístěných prstencových podpěr, které pera integrálně spojují.

10 10. Ohřívač vody, vyznačující se tím, že se skládá z:

(a) nádrže pro uchovávání vody;

(b) topného tělesa upevněného ke stěně nádrže pro zajišťování elektrického odporového ohřevu části vody v nádrži, které se skládá z:

(c) skeletového nosného rámu, jímž prochází množství otvorů a který na 15 sobě má první nosný povrch;

(d) odporového drátu, který je navinutý na první nosný povrch a připojený k nejméně páru svorkových koncových částí; a (e) tepelně vodivého polymerního povlaku, který překrývá odporový drát a převážnou část skeletového nosného rámu pro hermetické oddělení a elektrické

2 0 odizolování odporového drátu od tekutiny.

11. Ohřívač vody podle nároku 10, vyznačující se tím, že skeletový nosný rám zahrnuje množství podélných per, která jsou integrálně spojena prstencovými podpěrami tak, aby vznikla série bočních otvorů pro usnadnění odlití tepelně

25 vodivého polymerního povlaku na odporový drát.

12. Způsob výroby elektrického odporového tělesa pro ohřev tekutiny, vyznačující se tím, že se skládá z kroků:

(a) opatření skeletového nosného rámu, jímž prochází množství otvorů a

3 0 který na sobě má první nosný povrch;

(b) navinutí odporového topného drátu na nosný povrch;

• > ·*«· ·υ3-·δ75 • *· · · * · ·· ·

9 9 99999 9999

9 9 9 9 9 99999999

9 9 9 9 9 9

9 9 999 99 999 99 99 (c) odlití tepelně vodivého polymeru na odporový topný drát a převážnou část skeletového nosného rámu tak, aby elektricky odizoloval a hermeticky oddělil drát od tekutiny.

5

13. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že skeletový nosný rám zahrnuje množství podélných per.

14. Způsob podle nároku 13, vyznačující se tím, že podélná pera zahrnují množství drážek pro nesení odporového drátu.

io

15. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že skeletový nosný rám a tepelně vodivý polymer zahrnují stejnou termoplastovou pryskyřici.

16. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že krok opatření (a) zahrnuje 15 odlévání vstřikováním skeletového nosného rámu a krok odlití (c) zahrnuje odlévání vstřikováním tepelně vodivého polymeru tak, aby obklopil odporový topný drát a nejméně asi 90 procent skeletového nosného rámu.

17. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že zbylých 10 procent 2 0 skeletového nosného rámu tvoří množství přestupních žeber.

18. Elektrické odporové topné těleso, které může procházet stěnou nádrže, pro použití ve spojení s ohřevem tekutého média, vyznačující se tím, že se skládá z:

(a) polymemího nosného rámu, jehož množství podélných per spojuje sada 25 navzájem vzdálených prstencových podpěr, podélná pera zahrnují navzájem vzdálené drážky;

(b) odporového topného drátu, jehož pár volných konců je připojený k páru svorkových koncových částí a který je navinutý do, a nesený navzájem vzdálenými drážkami; a i7 .... ,··.:··· .*ijs^75

4 9 » I ··* · · · » • » 4 9 9 99 999999

4 9 9 · 4 9 9

944 9 994 W · 999 49 99 (c) polymerního povlaku, který obsahuje přísadu pro zlepšení tepelné vodivosti povlaku a který překrývá odporový drát a nejméně 90 procent skeletového nosného rámu pro hermetické oddělení a elektrické odizolování odporového drátu od tekutiny, kde skeletový nosný rám má množství otvorů pro

5 usnadnění odlití polymerního povlaku.

19. Topné těleso podle nároku 18, vyznačující se tím, že skeletový nosný rám má obecně válcový tvar.

10

20. Topné těleso podle nároku 19, vyznačující se tím, že dále zahrnuje přestupní žebra umístěná na vnitřním povrchu válcového tvaru.

21. Elektrické odporové topné těleso, které může procházet stěnou nádrže, pro použití ve spojení s ohřevem tekutého média, vyznačující se tím, že se skládá z:

15 (a) válcového, polymerního, skeletového nosného rámu, který na sobě má první nosný povrch;

(b) odporového drátu, který je navinutý na první nosný povrch a připojený k nejméně páru svorkových koncových částí;

(c) tepelně vodivého polymerního povlaku, který překrývá odporový drát a 2 0 významnou část nosného rámu pro hermetické oddělení a elektrické odizolování odporového drátu od tekutiny; a (d) množství přestupních žeber umístěných tak, aby vycházela z povrchu topného tělesa tak, aby zajišťovala účinnější ohřev tekutiny.