Opublikowano dnia 6 lutego 1960 r.£ A POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 42841 KI. 21 h, 2/02 Stanislaw Karpoiuicz ^Warszawa, Polska Elektryczny element grzejny, w szczególnosci element rurkowy i sposób wykonania izolacji jego przewodnika grzejnego Patent trwa od dnia 9 maja 1959 r.Wynalazek dotyczy elektrycznego elementu grzejnego, a w szczególnosci elementu rurko¬ wego z dwuwarstwowa izolacja, który moze znalezc zastosowanie w róznych urzadzeniach grzejnych w kolejnictwie, w przemysle spo¬ zywczym, aparaturze elektromedycznej i labo¬ ratoryjnej, w suszarniach, urzadzeniach pie¬ karniczych itp.W nowoczesnych urzadzeniach grzejnych sto¬ sowane sa w coraz wiekszym stopniu rurkowe elementy grzejne o przekrojach badz to okrag¬ lych, badz owalnych, badz tez innego ksztaltu np. splaszczonych. Wymienione elementy grzejne sa utworzone ze skretki grzejnej, umieszczonej w rurce metalowej i izolowanej masa cera¬ miczna lub inna masa dielektryczna od tej rurki.Sposobów wytwarzania takich elementów jest wiele. Zasadnicza jednak trudnoscia w wytwa¬ rzaniu elementów grzejnych, a w szczególnosci elementów rurkowych jest otrzymanie odpo¬ wiedniej wytrzymalosci dielektrycznej warstwy izolacyjnej.Wytrzymalosc dielektryczna warstwy izola¬ cyjnej osiagalna w elementach grzejnych oma¬ wianego typu jest ograniczona zarówno mala gruboscia warstwy jak i klasa stosowanych materialów, a przede wszystkim niekorzystnym rozkladem natezenia pola elektrycznego w izo¬ lacyjnej warstwie.Szczególnie niekorzystne natezenie pola elek¬ trycznego wystepuje w elemencie rurkowym przy powierzchni drutu grzejnego. Jezeli za¬ lozy sie ze uklad elektryczny utworzony przez jeden zwój grzejny i powierzchnie rurki stanowi w przyblizeniu uklad „walec-plaszczyzna", co jest dopuszczalne z uwagi na to, ze odleglosc h drutu grzejnego od sciany rurki jest znaczna w porównaniu do promienia r drutu grzejnego w skretce ( - ^ 2,5), to natezenie pola Krwystepujace w warstwie izolacyjnej spelnia zaleznosc: x •In r gdzie x jest odlegloscia punktu rozpatrywanego od osi drutu grzejnego, U — napieciem zasi¬ lajacym.Zaznacza sie, ze wystepujace przy powierz¬ chni drutu najwieksze natezenie pola zwieksza sie, jesli srednica drutu ulega zmniejszeniu.Przebieg natezenia pola wynikajacy z poda¬ nego wzoru uwidacznia krzywa a (fig. 3).Z przebiegu tej krzywej wynika, ze rozklad pola w izolacyjnej warstwie ceramicznej jest niekorzystny, co w szczególnym stopniu wyste¬ puje przy powierzchni rozgrzanego drutu i w decydujacy sposób wplywa na obnizenie wytrzymalosci dielektrycznej warstwy izolacyj¬ nej, a takze wywoluje ruch swobodnych jonów, których liczba w poblizu rozgrzanego drutu jest znaczna i wplywa na zwiekszenie uplywnosci.Istota konstrukcji elektrycznego elementu grzejnego wedlug wynalazku, a w szczególnosci elementu rurkowego polega na umieszczeniu drutu lub innego przewodnika grzejnego 1 w dwuwarstwowej masie izolacyjnej, przy czym warstwa pierwsza 2, w której znajduje sie prze¬ wodnik grzejny wykonana jest z dowolnego odpowiedniego materialu izolacyjnego o mniejszej opornosci wlasciwej, mierzonej w temperaturze pracy, od opornosci wlasciwej, mierzonej równiez w temperaturze pracy, ma¬ terialu izolacyjnego, z którego wykonana jest druga warstwa 3, izolujaca warstwe pierwsza wraz ze znajdujacym sie w niej przewodnikiem grzejnym od metalowej obudowy 4.W konstrukcji elementu wedlug wynalazku walec utworzony z warstwy pierwszej wraz z umieszczonym w nim drutem grzejnym za¬ chowuje sie prawie tak, jak przewód o srednicy tego walca.Na rysunku uwidoczniony jest przyklad wy¬ konania elektrycznego elementu grzejnego wed¬ lug wynalazku, przy czym fig. 1 przedstawia przekrój elementu rurkowego plaszczyzna pro¬ stopadla do osi rurki, fig. 2 — czesciowy przekrój podluzny tego elementu plaszczyzna przechodzaca przez os rurki, a fig. 3 — prze¬ bieg rozkladu natezenia pola w drugiej war¬ stwie izolacji elementu (krzywa b wykreslona linia ciagla).Rozklad natezenia pola w warstwie drugiej przebiega wedlug równania: Kr,- U . • -II 1 R X . In — ri gdzie X jest odlegloscia od osi walca, r± — pro¬ mieniem walca utworzonego z warstwy pierw¬ szej, R — wewnetrznym promieniem oslonnej rurki metalowej.Poniewaz promien r± z równania II jest znacznie wiekszy od promienia r ze wzoru I, zatem natezenie pola przy powierzchni drutu grzejnego wystepujace w elemencie grzejnym o dwuwarstwowej izolacji jest znacznie mniej¬ sze w porównaniu do natezenia pola wystepu¬ jacego w analogicznych warunkach w elemencie grzejnym o jednej warstwie izolacyjnej. Frze- bieg natezenia pola dla elektrycznego elementu grzejnego o dwuwarstwowej izolacji przedsta¬ wia krzywa b na fig 3, natomiast krzywa a przedstawia przebieg natezenia pola w elemen¬ cie grzejnym o jednowarstwowej warstwie izo¬ lacyjnej.Z rozkladu natezenia pola w elektrycznym elemencie grzejnym przedstawionym przez krzywa b na fig. 3 wynika, ze dzieki zastoso¬ waniu dwuwarstwowej masy izolacyjnej uzys¬ kuje sie obnizenie maksymalnego natezenia po¬ la wystepujacego przy powierzchni drutu, a po¬ za tym równomierniejszy rozklad pola w dru¬ giej warstwie izolacyjnej, a tym samym wiek¬ sza wytrzymalosc dielektryczna i mniejsza uplywnosc niz ma to miejsce w grzejniku wy¬ konanym z jedna warstwa izolacyjna. Identycz¬ nie przedstawia sie to zagadnienie w innych elektrycznych elementach grzejnych z drutem grzejnym umieszczonym w dwuwarstwowej ma¬ sie izolacyjnej, przy czym ksztalt elementu moze byc rózny od rurkowego, np. w plytkach grzejnych do kuchenek lub lutownicach.Elektryczne elementy grzejne wedlug wy¬ nalazku wytrzymuja od 2 do 3 razy wyzsze napiecie probiercze niz grzejniki z jedna war¬ stwa izolacyjna i wykazuja znacznie mniejszy procent uszkodzen niz znane dotychczas ele¬ menty grzejne pracujace w tych samych wa¬ runkach. Szczególy techniki wykonania elek¬ trycznych elementów grzejnych wedlug wyna¬ lazku zaleza od ich wymiarów i wlasciwosci stosowanych materialów izolacyjnych.Obie warstwy elektrycznego elementu grzej¬ nego wedlug wynalazku moga byc wykonane badz z róznych materialów, badz tez z tego — 2 —samego materialu z tym, ze do materialu prze¬ znaczonego do wykonania warstwy pierwszej dodaje sie dowolnego srodka obnizajacego opor¬ nosc wlasciwa, mierzona w temperaturze pracy tego materialu lub tez do materialu przeznaczo¬ nego do wykonania warstwy drugiej dodaje sie dowolnego srodka powiekszajacego opornosc wlasciwa.Srodki do obnizania lub powiekszania opor¬ nosci wlasciwej warstw dodaje sie do mate¬ rialu przed wykonaniem warstwy pierwszej lub drugiej lub tez srodki te wprowadza sie do wnetrza elementu grzejnego w taki sposób, aby warstwa pierwsza badz druga powstala juz w samym elemencie grzejnym, np. przez uprzednie maczanie przewodu w odpowiednim srodku lub powlekanie wewnetrznych scian oslony metalowej innym srodkiem, którego dzialanie wywoluje skutek odwrotny do skutku wywolanego przez srodek zastosowany w pierw¬ szym przypadku.Grzejnik elektryczny wykonany z elementów grzejnych wedlug wynalazku, dzieki wiekszej wytrzymalosci izolacji samych elementów grzej¬ nych moze posiadac izolatory wsporcze odpo¬ wiednio mniejsze, a takze odpowiednio mniej¬ sze odleglosci powietrzne miedzy skladowymi elementami grzejnymi, a przede wszystkim od ogólnej calkowitej obudowy grzejnika, dzieki czemu ogólne wymiary grzejnika moga byc mniejsze. Przy zachowaniu tych samych wy¬ miarów zaoszczedzone miejsce mozna wyko¬ rzystac na uzebrowanie obnizajace temperature obudowy. PL