RU2077120C1

RU2077120C1 - Electric heater

Info

Publication number: RU2077120C1
Application number: RU93034017A
Authority: RU
Inventors: В.М. Бушуев
Original assignee: Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1993-06-30
Publication date: 1997-04-10

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: electric heater has resistive member with master slots dividing it for several parts connected in chain. Besides, it has at least one additional slot bending round master slots and dividing every separate member for two parts with equal current pass cross-section. Master slots ends can be made with insert members made from different more electric conductive material or with thickenings made by same resistive material. EFFECT: higher operating life, less material spend. 2 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электронагревательным элементам для печей, применяемых при повышенных температурах (до 2500^oC и более) в вакууме или инертной среде.The invention relates to electrical engineering, in particular to electric heating elements for furnaces used at elevated temperatures (up to 2500 ^o C or more) in a vacuum or inert medium.

Известен электронагреватель, содержащий резистивный элемент в виде сплошной трубы [1]
Известный электронагреватель имеет недостаточно высокое электросопротивление, что затрудняет выделение на нем требуемой мощности, согласованной с существующими трансформаторами и другими системами питания нагревателя. Это ограничивает область его применения.Known electric heater containing a resistive element in the form of a continuous pipe [1]
The known electric heater does not have a high enough electrical resistance, which makes it difficult to allocate the required power on it, consistent with existing transformers and other heater power systems. This limits its scope.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является электронагреватель, содержащий резистивный элемент, в котором выполнены основные прорези, делящие его на последовательно соединенные части [2]
За счет последовательного соединения отдельных частей резистивного элемента электронагревателя он имеет высокое электросопротивление. Это позволяет развить ему требуемую мощность, согласованную с существующими источниками питания, и тем самым расширить область его применения.The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed one is an electric heater containing a resistive element, in which the main slots are made, dividing it into series-connected parts [2]
Due to the serial connection of the individual parts of the resistive element of the electric heater, it has a high electrical resistance. This allows him to develop the required power, consistent with existing power sources, and thereby expand the scope of its application.

Электронагреватель такой конструкции имеет следующие недостатки. An electric heater of this design has the following disadvantages.

В ряде случаев согласование электросопротивления нагревателя с вольт-амперными характеристиками источника питания достигается либо при сравнительно небольшой толщине (положительный момент), но при сравнительно большой ширине отдельной токопроводящей части резистивного элемента (отрицательный момент), либо при сравнительно небольшой ширине отдельной секции (положительный момент), но при излишне большой ее толщине (отрицательный момент). In some cases, matching the heater's electrical resistance with the current-voltage characteristics of the power source is achieved either with a relatively small thickness (positive moment), but with a relatively large width of a separate conductive part of the resistive element (negative moment), or with a relatively small width of a separate section (positive moment) , but with its excessively large thickness (negative moment).

В первом случае электродвигатель имеет недостаточно равномерное температурное поле из-за стремления тока идти кратчайшим путем (в данном случае по диагонали отдельной части и вблизи конца паза резистивного элемента), что приводит к локальным перегревам и в конечном итоге к снижению ресурса его работы. In the first case, the electric motor has an insufficiently uniform temperature field due to the tendency of the current to go the shortest path (in this case, along the diagonal of a separate part and near the end of the groove of the resistive element), which leads to local overheating and ultimately to a decrease in its operating life.

Во втором случае электродвигатель из-за меньшей ширины токопроводящей части резистивного элемента имеет более равномерное температурное поле, но за счет повышения материалоемкости. In the second case, the electric motor due to the smaller width of the conductive part of the resistive element has a more uniform temperature field, but at the expense of increasing material consumption.

Заявляемое техническое решение позволяет снизить материалоемкость, повысить надежность и ресурс работы электронагревателя. The claimed technical solution allows to reduce material consumption, increase the reliability and service life of the electric heater.

Это достигается тем, что в электронагревателе, содержащем резистивный элемент, в котором выполнены основные прорези, делящие его последовательно соединенные части, в нем выполнена, по меньшей мере, одна дополнительная прорезь, огибающая основные прорези и делящая последовательно соединенные части на равные по проходному для тока сечению части. Кроме того, на концах основных прорезей могут быть установлены вставки из материала более электропроводного, чем материал резистивного элемента, или выполнены утолщения из материала резистивного элемента. This is achieved by the fact that in an electric heater containing a resistive element in which the main slots are made dividing its series-connected parts, at least one additional slot is made in it, enveloping the main slots and dividing the series-connected parts into equal ones for the current passage section of the part. In addition, inserts of a material more electrically conductive than the material of the resistive element can be installed at the ends of the main slots, or thickenings made of the material of the resistive element can be made.

Выполнено в резистивном элементе электронагревателя дополнительной прорези, огибающей основные прорези и делящей последовательно соединенные части на равные по проходному для тока сечению части позволяет в любом случае ввести его в согласование с вольт-амперными характеристиками источника питания при сравнительно небольшой толщине резистивного элемента электронагревателя и небольшой ширине отдельной токопроводящей части. Кроме того, это позволяет уменьшить тепловыделение и, значит, исключить перегрев на концах продольных пазов. The additional slot made in the resistive element of the electric heater, enveloping the main slots and dividing the series-connected parts into equal parts for the current section of the current allows in any case to bring it into agreement with the current-voltage characteristics of the power source with a relatively small thickness of the resistive element of the electric heater and a small width of a separate conductive parts. In addition, this allows to reduce heat generation and, therefore, to eliminate overheating at the ends of the longitudinal grooves.

В свою очередь это позволяет снизить материалоемкость, повысить равномерность температурного поля и как следствие надежность и ресурс работы электронагревателя. In turn, this allows to reduce material consumption, increase the uniformity of the temperature field and, as a result, the reliability and service life of the electric heater.

Кроме того, установка на концах основных прорезей вставок из материала более электропроводного, чем материал резистивного элемента или выполнение утолщений из материала резистивного элемента электронагревателя, приводит к выравниванию температурного поля электронагревателя. In addition, the installation at the ends of the main slots of the inserts made of a material more electrically conductive than the material of the resistive element or the implementation of thickenings from the material of the resistive element of the electric heater leads to equalization of the temperature field of the electric heater.

На фиг. 1 изображен общий вид электронагревателя цилиндрической формы; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 то же, в форме рюмки; на фиг. 4 то же, вид сверху; на фиг. 5 то же, в форме диска; на фиг. 6 то же, вид сверху; на фиг. 7 10 то же, в форме пластины. In FIG. 1 shows a general view of a cylindrical electric heater; in FIG. 2 same, top view; in FIG. 3 the same, in the form of a glass; in FIG. 4 the same, top view; in FIG. 5 the same, in the form of a disk; in FIG. 6 the same, top view; in FIG. 7 10 the same, in the form of a plate.

Каждый из этих электронагревателей содержит резистивный элемент 1, в котором выполнены основные прорези 2, делящие его на последовательно соединенные части 3. В резистивном элементе 1 электронагревателя выполнена по меньшей мере одна дополнительная прорезь 4, огибающая основные прорези 2 и делящая последовательно соединенные части 3 на равные по проходному для тока сечению части 5 (2 части на фиг. 1, 3, 5, 7 или более на фиг. 8). Проходное для тока сечение части 5 равно произведению их ширины на толщину, т. е. а х d или в х d; причем а=в. На концах основных прорезей 2 могут быть установлены вставки 6 из материала более электропроводного, чем материал резистивного элемента (фиг. 9), или выполнены утолщения 7 из материала резистивного элемента (фиг. 10). Each of these electric heaters contains a resistive element 1, in which the main slots 2 are made, dividing it into series-connected parts 3. At least one additional slot 4 is made in the resistive element 1 of the electric heater, enveloping the main slots 2 and dividing the series-connected parts 3 into equal along the section for part 5 through passage for current (2 parts in Figs. 1, 3, 5, 7 or more in Fig. 8). The section through passage for the current of part 5 is equal to the product of their width and thickness, that is, a x d or x d; where a = c. At the ends of the main slots 2, inserts 6 of a material more electrically conductive than the material of the resistive element can be installed (Fig. 9), or thickenings 7 of the material of the resistive element can be made (Fig. 10).

Напряжение к электронагревателю подается на токопроводы 8. The voltage to the electric heater is supplied to the conductors 8.

Электронагреватель (для различных форм) работает следующим образом. При подаче напряжения на токопроводы 8 электронагревателя ток протекает по последовательно соединенным частям 3 резистивного элемента 1, образованным основными прорезями 2. В свою очередь в каждой из последовательно соединенных частей 3 резистивного элемента 1 за счет наличия дополнительных прорезей 4 ток протекает двумя (фиг. 1, 3, 5, 7) или более (фиг. 8) параллельными потоками по частям 5, имеющим равное проходное для тока сечение (в том числе и на участках, где дополнительные прорези 4 расположены перпендикулярно основным прорезям 2). The electric heater (for various forms) works as follows. When voltage is applied to the conductors 8 of the electric heater, current flows through the series-connected parts 3 of the resistive element 1 formed by the main slots 2. In turn, in each of the series-connected parts 3 of the resistive element 1, due to the presence of additional slots 4, the current flows two (Fig. 1, 3, 5, 7) or more (Fig. 8) in parallel flows in parts 5 having an equal cross-section for the current (including in areas where additional slots 4 are located perpendicular to the main slots 2).

Прохождение тока в последовательно соединенных частях 3 резистивного элемента 1 параллельными потоками по частям 5 позволяет увеличить равномерность температурного поля, т. к. исключается прохождение тока по диагонали части 3. Следует отметить, что достигается это при неизменной ширине и толщине частей 3 резистивного элемента 1 электронагревателя, т. е. без увеличения его материалоемкости. The passage of current in series-connected parts 3 of the resistive element 1 by parallel flows in parts 5 allows to increase the uniformity of the temperature field, since current flow is excluded along the diagonal of part 3. It should be noted that this is achieved with the width and thickness of parts 3 of the resistive element 1 of the electric heater being constant , i.e., without increasing its material consumption.

В одной из частей 5 резистивного элемента 1 электронагревателя ток проходит вблизи конца основной прорези 2, что приводит к местному перегреву (стремление тока идти кратчайшим путем). При наличии на концах основных прорезей 2 вставок 6 из материала более электропроводного, чем материал резистивного элемента 1 (фиг. 9) или утолщений 7 из материала резистивного элемента 1 электронагревателя, в этих местах за счет увеличения их проводимости уменьшается перегрев. Это приводит к еще большему выравниванию температурного поля электронагревателя. In one of the parts 5 of the resistive element 1 of the electric heater, the current passes near the end of the main slot 2, which leads to local overheating (the tendency of the current to go the shortest way). If at the ends of the main slots 2 inserts 6 are made of a material more electrically conductive than the material of the resistive element 1 (Fig. 9) or bulges 7 are made of the material of the resistive element 1 of the electric heater, overheating is reduced in these places by increasing their conductivity. This leads to even more equalization of the temperature field of the electric heater.

При отсутствии прорезей 4 ток в последовательно соединенных частях 3 резистивного элемента 1 электронагревателя стремится идти кратчайшим путем (по диагонали каждой из частей 3 и в непосредственной близости от конца прорези 2), что приводит к неравномерности температурного поля (более яркое свечение наблюдается именно на этих участках резистивного элемента 1 электронагревателя, а остальные участки и особенно торцы остаются захоложенными). In the absence of slots 4, the current in the series-connected parts 3 of the resistive element 1 of the electric heater tends to go the shortest way (along the diagonal of each of the parts 3 and in the immediate vicinity of the end of the slot 2), which leads to an uneven temperature field (a brighter glow is observed in these areas resistive element 1 of the electric heater, and the remaining sections and especially the ends remain cold).

Отрицательное влияние этого явления на температурное поле электронагревателя можно избежать, если уменьшить ширину каждой из частей 3 резистивного элемента 1 электронагревателя. Однако в известном электронагревателе это можно было сделать за счет одновременного увеличения толщины стенки электронагревателя, что не всегда целесообразно, т. к. увеличивается материалоемкость. The negative effect of this phenomenon on the temperature field of the electric heater can be avoided by reducing the width of each of the parts 3 of the resistive element 1 of the electric heater. However, in the known electric heater, this could be done by simultaneously increasing the wall thickness of the electric heater, which is not always advisable, since the material consumption increases.

В предлагаемом электронагревателе эта задача решается за счет разделения потока, протекающего по части 3 на два или более параллельных потока, при этом отпадает необходимость в увеличении толщины стенки резистивного элемента 1 электронагревателя, т. к. сечение токопроводящей части 3 практически не изменяется. Повышение равномерности температурного поля позволяет повысить надежность и ресурс работы электронагревателя. In the proposed electric heater, this problem is solved by dividing the stream flowing along part 3 into two or more parallel flows, while there is no need to increase the wall thickness of the resistive element 1 of the electric heater, since the cross section of the conductive part 3 practically does not change. Increasing the uniformity of the temperature field allows to increase the reliability and service life of the electric heater.

Claims

1. An electric heater containing a resistive element in which the main slots are made, dividing it into series-connected parts, characterized in that at least one additional slot is made therein, enveloping the main slots and dividing the series-connected parts into equal sections for the current passage parts.

2. The electric heater according to claim 1, characterized in that at the ends of the main slots there are inserts made of a material more electrically conductive than the material of the resistive element or thickenings are made of the material of the resistive element.