RU2074528C1

RU2074528C1 - Electrical heater

Info

Publication number: RU2074528C1
Application number: RU95106709A
Authority: RU
Inventors: Олег Ервандович Зотов; Олег Александрович Можаев; Сергей Васильевич Иванников
Original assignee: Олег Ервандович Зотов; Олег Александрович Можаев; Сергей Васильевич Иванников
Priority date: 1995-04-25
Filing date: 1995-04-25
Publication date: 1997-02-27
Also published as: RU95106709A

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: electrical heater has metal made ring banding which works like carrier for lamp heating elements, brackets for electric heating members fastening on panel and heat reflector made like semispherical member. Heat reflector has firm nichrome made frame with several layers of covering material having heat reflecting and electrical insulation properties. Heater temperature level is setting up automatically by electric circuit series connection of nichrome made frame, lamp heating elements and temperature controller-limiter so it provides effectiveness and reliability of heat transfer operation. Heat reflector construction provides more useful heater heat exchange. EFFECT: higher reliability and efficiency. 5 dwg

Description

Изобретение относится к области электротермии и может быть использовано в бытовых электронагревательных приборах, в частности, в электроплитах. The invention relates to the field of electrothermics and can be used in household electric heaters, in particular in electric stoves.

Известны электронагревательные устройства, в которых тепловой поток передается на нагреваемый объект посредством излучения, испускаемого в основном в инфракрасной части спектра. Known electric heating devices in which the heat flux is transmitted to a heated object by radiation emitted mainly in the infrared part of the spectrum.

Аналоги заявляемого изобретения раскрыты в патентах США: 1. N 5177339 Jan 5, 1993, US. cl. 219/467, Int. cl. H 05 B 3/74, (ближайший аналог); 2. N 5171973 Dec 15,1992, US. cl. 219/464, Int. cl. H 05 B 3/74, (аналог). Analogues of the claimed invention are disclosed in US patents: 1. N 5177339 Jan 5, 1993, US. cl. 219/467, Int. cl. H 05 B 3/74, (closest analogue); 2. N 5171973 Dec 15.1992, US. cl. 219/464, Int. cl. H 05 B 3/74, (analog).

В патенте США [1] приводится описание излучающего электрического нагревателя прототипа заявляемого устройства, совокупностью существенных признаков которого является: наличие комбинации излучающих нагревательных элементов в виде галогенных ламп кольцевой формы и в виде спиральных элементов резистивного типа, закрепленных в металлическом чашеобразном корпусе с плоской донной частью над слоем теплозащитного материала, заполняющего пространство между корпусом и нагревательными элементами, наличие выключателя - ограничителя нагрева механического типа, совмещенного с стержневым термодатчиком, обеспечивающего выключение нагревателя при достижении максимальной допустимой температуры в надламповом пространстве и последующее включение нагревателя при ее снижении до заданного уровня. The US patent [1] describes a radiating electric heater of the prototype of the claimed device, the set of essential features of which is: the presence of a combination of radiating heating elements in the form of halogen lamps of a circular shape and in the form of spiral elements of a resistive type, mounted in a metal bowl-shaped body with a flat bottom over a layer of heat-protective material filling the space between the housing and the heating elements, the presence of a switch - heating limiter Mechanical Protection type, combined with a temperature sensor rod, capable of switching off the heater when the maximum allowable temperature nadlampovom space and the subsequent incorporation of the heater as it decreased to a predetermined level.

В патенте США [2] приводится описание излучающего электрического нагревателя аналога заявляемого изобретения, совокупность существенных признаков которого также полностью совпадает с существенными признаками заявляемого устройства. US patent [2] describes a radiating electric heater analogue of the claimed invention, the set of essential features of which also fully coincides with the essential features of the claimed device.

Отличия признаков нагревателей-аналогов, приведенных в указанных патентах, заключаются в форме профиля слоя теплоотражающего материала, заполняющего донную часть корпуса, конфигурации нагревательных резистивных элементов, форме и количестве ламповых излучателей. Differences in the characteristics of the analogue heaters given in these patents are in the form of a profile of a layer of heat-reflecting material filling the bottom of the body, the configuration of heating resistive elements, the shape and number of lamp emitters.

Общим конструктивным признаком для нагревателей-аналогов аналогов является термозащита резистивного нагревательного элемента от теплового излучения лампового нагревателя. A common design feature for analogue analogue heaters is the thermal protection of the resistive heating element from the thermal radiation of the lamp heater.

Основной технический результат, достигаемый в результате применения излучающих нагревателей по отношению к контактному способу теплопередачи заключается в снижении теплопотерь вследствие непосредственной передачи теплового потока на нагреваемый объект. The main technical result achieved as a result of the use of radiating heaters with respect to the contact heat transfer method is to reduce heat loss due to the direct transfer of heat flux to the heated object.

Получению требуемого технического результата в полной мере в аналогах заявляемого устройства препятствует использование выключателя-ограничителя в качестве терморегулятора, которое вызвано необходимостью ограничения максимальной температуры нагрева материала конструкции (в частности, максимальной температуры нагрева стекло-керамической пластины, закрывающей надламповое пространство нагревателя). Использование ограничителя-выключателя в качестве регулятора температуры приводит к прерывистому режиму работы нагревателя (фиг. 5) и, как следствие, к увеличению длительности полезного нагрева и уменьшению рабочего ресурса ламповых нагревателей. The required technical result is fully hindered by the use of a limit switch as a thermostat, which is caused by the need to limit the maximum heating temperature of the material of the structure (in particular, the maximum heating temperature of the glass-ceramic plate covering the overlamp space of the heater). The use of a limiter-switch as a temperature controller leads to an intermittent mode of operation of the heater (Fig. 5) and, as a result, to an increase in the duration of useful heating and a decrease in the operating life of lamp heaters.

Изобретение направлено на уменьшение длительности полезного нагрева и увеличение рабочего ресурса нагревателя посредством введения в его электрическую схему термоактивного резистора, выполняющего функцию авторегулятора мощности излучения галогенных ламп, обеспечивающего непрерывный режим работы нагревателя, а также на увеличение полезной теплоотдачи посредством использования полусферической формы отражателя теплового потока. The invention is aimed at reducing the duration of useful heating and increasing the working life of the heater by introducing a thermoactive resistor into its circuitry, which performs the function of an auto-regulator of the radiation power of halogen lamps, providing continuous operation of the heater, as well as increasing useful heat transfer by using a hemispherical shape of the heat flux reflector.

Дополнительным техническим результатом применения изобретения является существенное уменьшение потребляемой нагревателем электроэнергии при фиксированном теплопотреблении. An additional technical result of the application of the invention is a significant reduction in the energy consumed by the heater at a fixed heat consumption.

Существенными признаками изобретения являются представленные на фиг. 1: кольцевой металлический бандаж 2, обеспечивающий крепление термоизлучающих галогенных ламп 6 и отражатель теплового потока 3, изготовленный как минимум из двух слоев термостойкого переизлучающего материала, обладающего электроизолирующим свойством; подпружиненные кронштейны 12, обеспечивающие крепление нагревателя к панели электроплиты; полусферическая форма отражателя 3 теплового потока; терморегулятор-ограничителя 11, соединенный гибким тепловодом 10 с полусферическим теплоотражателем 3, предназначенный для отключения нагревателя при достижении материалом отражателя предельно допустимой температуры и включения нагревателя при уменьшении температуры ниже заданного уровня; жесткий нихромовый каркас 9, размещенный ниже плоскости нагревательных элементов между слоями материала отражателя теплового потока и включенный в электрическую цепь последовательно с ламповыми излучателями 6 и терморегулятором-ограничителем 11. Salient features of the invention are those illustrated in FIG. 1: an annular metal bandage 2 that secures the heat-emitting halogen lamps 6 and a heat flux reflector 3 made of at least two layers of a heat-resistant re-emitting material having an electrically insulating property; spring-loaded brackets 12 for securing the heater to the electric stove panel; hemispherical shape of the heat flux reflector 3; a thermostat-limiter 11 connected by a flexible heat pipe 10 with a hemispherical heat reflector 3, designed to turn off the heater when the reflector material reaches the maximum permissible temperature and turn on the heater when the temperature decreases below a predetermined level; a rigid nichrome frame 9, located below the plane of the heating elements between the layers of the material of the heat flux reflector and included in the electric circuit in series with the tube emitters 6 and the temperature limiter 11.

Признаки, отличительные от наиболее близкого аналога, обеспечивающие получение основного технического результата во всех случаях, на которые испрашивается режим патентной защиты: нихромовое термоактивное электрическое сопротивление 9, включенное в электрическую цепь последовательно с терморегулятором-ограничителем 11 и излучающими нагревательными элементами 6, выполняющего функцию авторегулятора мощности и нагревательного элемента, размещенного между слоями материала теплоотражателя 3; полусферическая форма отражателя теплового потока 3. Signs that distinguish from the closest analogue, providing the main technical result in all cases for which the patent protection mode is requested: nichrome thermoactive electrical resistance 9, included in the electric circuit in series with the temperature limiter 11 and radiating heating elements 6, which performs the function of a power auto-regulator and a heating element located between the layers of material of the heat reflector 3; hemispherical shape of the heat flux reflector 3.

Признаками, отличительными от аналогов, обеспечивающими получение дополнительного технического результата является: металлический бандаж 2 кольцевой формы с закрепленными на нем подпружиненными кронштейнами 12, упрощающими закрепление нагревателя на панели электроплиты; использование при изготовлении теплоотражателя 3 материалов с низкой удельной плотностью (стеклоткань и стекловолоконный матик) уменьшающей вес конструкции; использование нихромового термоактивного элемента 9 по двойному назначению: в качестве авторегулятора мощности и жесткого каркаса, обеспечивающего полусферическую форму отражателя 3 теплового потока и снижающего материалоемкость конструкции. Signs that are distinctive from analogs, providing an additional technical result, are: a metal bandage 2 of a ring shape with spring-loaded brackets 12 mounted on it, simplifying fixing the heater to the electric stove panel; the use in the manufacture of a heat reflector 3 materials with a low specific gravity (fiberglass and fiberglass mat) reducing the weight of the structure; the use of a nichrome thermoactive element 9 for dual purposes: as a power autoregulator and a rigid frame, which provides a hemispherical shape of the heat flux reflector 3 and reduces the material consumption of the structure.

На фиг. 1 представлен общий вид сбоку излучающего нагревателя; на фиг. 2 вид сверху излучающего нагревателя; на фиг. 3 электрическая схема нагревателя; на фиг. 4 диаграмма зависимости температуры нагрева конструкции нагревателя от времени при наличии авторегулятора 9 и терморегулятора-ограничителя 11; на фиг. 5 диаграмма зависимости температуры нагрева конструкции нагревателя от времени в отсутствии авторегулятора 9, при наличии регулятора-ограничителя 11. In FIG. 1 is a side elevational view of a radiating heater; in FIG. 2 is a top view of a radiating heater; in FIG. 3 electric circuit of the heater; in FIG. 4 is a diagram of the temperature dependence of the heating structure of the heater in the presence of an autoregulator 9 and a temperature limiter 11; in FIG. 5 is a diagram of the dependence of the heating temperature of the heater structure on time in the absence of an autoregulator 9, in the presence of a limiter controller 11.

Электронагреватель содержит: (фиг. 1 и 2) два соосных, вложенных друг в друга металлических кольца 1 и 2, на которых укреплен отражатель теплового потока 3, состоящий из нескольких слоев теплоотражающих материалов 4 и 5 имеющих различную структуру и теплофизические свойства, ламповые галогенные термоизлучатели 6, закрепляемые с помощью изоляторов 7 и кронштейнов 8 на внешнем кольце 2, сетчатый нихромовый каркас 9, который располагается в отражателе 3 ниже плоскости установки ламповых термоизлучателей между термозащитным матом 5 и внутренним слоем материала 4, обращенным к термоизлучателю, гибкий металлический тепловод 10, закрепленный на внешней поверхности отражателя 3, терморегулятор 11, соединенный с тепловодом, лапки подпружиненных кронштейнов 12, посредством которых электронагреватель может крепиться к корпусу электроплиты. The electric heater contains: (Fig. 1 and 2) two coaxial metal rings 1 and 2 nested into each other, on which a heat flux reflector 3 is mounted, consisting of several layers of heat-reflecting materials 4 and 5 having different structures and thermal properties, lamp halogen heat emitters 6, fixed by means of insulators 7 and brackets 8 on the outer ring 2, a mesh nichrome frame 9, which is located in the reflector 3 below the plane of installation of the tube heat emitters between the heat-shielding mat 5 and the inner layer the material 4, facing the heat radiator, a flexible metal heat sink 10, mounted on the outer surface of the reflector 3, a thermostat 11 connected to the heat sink, the legs of the spring-loaded brackets 12, through which the electric heater can be attached to the electric stove body.

Электронагреватель работает следующим образом. The electric heater operates as follows.

Тепловой поток от лампового излучателя 6 формируется термоотражателем 3, и направляется на нагреваемый предмет. Сетчатый нихромовый каркас 9, входящий в конструкцию термоотражателя и выполняющий дополнительную функцию несущей конструкции, последовательно подключен к ламповому излучателю 6 и терморегулятору 11, выполняет роль добавочного электрического сопротивления и элемента обратной связи по температуре (фиг. 3). The heat flux from the tube emitter 6 is formed by a thermal reflector 3, and is directed to a heated object. The mesh nichrome frame 9, which is part of the design of the thermal reflector and performs the additional function of the supporting structure, is connected in series to the tube emitter 6 and thermostat 11, and acts as an additional electrical resistance and temperature feedback element (Fig. 3).

При подаче напряжения на ламповый излучатель 6 ток, проходящий по цепи устройства, уменьшается в основном в процессе нагревания добавочного сопротивления R_d, что обеспечивает установившийся заданный режим нагрева (фиг. 4).When voltage is applied to the tube emitter 6, the current passing through the circuit of the device decreases mainly during heating of the additional resistance R _d , which ensures a steady-state predetermined heating mode (Fig. 4).

В случае перегрева конструкции электронагревателя (из-за скачков напряжения в сети, загрязнения поверхности отражателя 3 и т.п.), терморегулятор 11 обеспечивает аварийное выключение нагревателя в результате срабатывания порогового устройства терморегулятора-ограничителя 11 и последующее включение при снижении температуры до заданного уровня. In case of overheating of the electric heater design (due to power surges, contamination of the reflector 3 surface, etc.), thermostat 11 provides an emergency shutdown of the heater as a result of the triggering of the threshold device of the thermostat-limiter 11 and subsequent switching on when the temperature drops to a predetermined level.

Claims

An electric heater comprising a heat-reflecting case and a tube thermo-emitter, a resistive heating element, a temperature regulator-limiter, connected in series in an electric circuit, characterized in that the electric heater is equipped with an annular metal bandage to which a thermo-radiator and a heat-reflecting case are attached, made in the form of a multilayer heat-reflector-insulator half-shape reinforced from the inside with a nichrome frame, performing the function of the specified resistive heater flax element.