RU2206137C1

RU2206137C1 - Thermoswitch

Info

Publication number: RU2206137C1
Application number: RU2001135278A
Authority: RU
Inventors: В.И. Котов
Original assignee: Котов Владимир Иванович
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-06-10

Abstract

FIELD: electrical engineering; overheat protection of electrical equipment under abnormal conditions. SUBSTANCE: thermoswitch has two current leads and heat-sensing member in the form of easy-melting conducting tube whose inner space is filled with activating material that does not conduct electric current, its melting point being lower than that of tube material. Thermoswitch may be provided with insulating shell made in the form of heat-resistant tube. Current leads may be made of single wire. Current leads are soldered into tube hollows at its opposite ends so that they hermetically seal the tube. Permissible outer diameters of heat-sensing member tube, permissible outer-to-inner diameter ratio of this tube and of current conductors, and permissible linear geometric dimensions are determined. Thermoswitch may be provided with current leads made of stranded conductor. EFFECT: enhanced reliability, enlarged functional capabilities. 4 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к тепловым выключателям, предназначенным для защиты электроприборов от перегрева при ненормальной работе. The invention relates to electrical engineering, namely to thermal switches designed to protect electrical appliances from overheating during abnormal operation.

Известна конструкция термовыключателя по авторскому свидетельству СССР 1647689. Эта конструкция содержит герметично закрытую защитную оболочку из электроизоляционного материала, два частично входящих в нее проволочных вывода, электрически соединенных с термочувствительным элементом в виде герметично закрытой трубки из легкоплавкого токопроводящего материала. Внутренняя полость этой трубки заполнена не проводящим электрический ток веществом -активатором, температура плавления которого ниже температуры плавления материала трубки. A known design of a thermal switch according to USSR author's certificate 1647689. This design contains a hermetically sealed protective sheath made of insulating material, two partially included wire leads electrically connected to a heat-sensitive element in the form of a hermetically sealed tube made of fusible conductive material. The internal cavity of this tube is filled with a non-conductive substance, an activator, whose melting temperature is lower than the melting temperature of the tube material.

Недостатком данной конструкции термовыключателя является невозможность его использования для защиты электроприборов мощностью выше 100 Вт. The disadvantage of this design of the thermal switch is the inability to use it to protect electrical appliances with a power above 100 watts.

Наиболее близким техническим решением является конструкция по патенту РФ 2087980, Н 01 Н 37/76, 1997, пункты 2, 3 формулы. Техническое решение по этому патенту взято за прототип. Конструкция содержит термочувствительный элемент в виде герметично закрытой трубки из легкоплавкого токопроводящего материала, внутренний объем которой заполнен веществом-активатором, не проводящим электрический ток, температура плавления которого ниже, чем у материала трубки, два проволочных электровывода (электрода), электрически соединенных с концами термочувствительного элемента, оболочку, выполненную из термостойкой электроизоляционной трубки, надетую на термочувствительный элемент, и часть электровыводов. The closest technical solution is the design according to the patent of the Russian Federation 2087980, H 01 H 37/76, 1997, paragraphs 2, 3 of the formula. The technical solution for this patent is taken as a prototype. The design contains a thermosensitive element in the form of a hermetically sealed tube of fusible conductive material, the internal volume of which is filled with an activator substance that does not conduct electric current, the melting temperature of which is lower than that of the tube material, two wire electrodes (electrodes), electrically connected to the ends of the thermosensitive element , a shell made of a heat-resistant insulating tube, worn on a heat-sensitive element, and part of the electrical leads.

Недостатком термовыключателя этой конструкции является низкая надежность. The disadvantage of the thermal switch of this design is its low reliability.

Недостатком конструкции является также отсутствие определения допустимых размеров элементов термовыключателя, при которых возможна надежная работа. The design drawback is also the lack of determining the permissible sizes of the elements of the thermal switch, in which reliable operation is possible.

Использование такого термовыключателя для защиты, электроприбора с током более 10 А затруднено. Это связано с тем, что по условию минимального нагрева от тока диаметр электровывода выполняется более 1 мм. В этом случае сравнительно жесткие проволочные электровыводы соединены с мягкой трубкой термочувствительного элемента. Во время монтажа термовыключателя в электроприбор при изгибах электровыводов происходит разрушение этих соединений. The use of such a thermal switch for protection, an electrical device with a current of more than 10 A is difficult. This is due to the fact that under the condition of minimum heating from the current, the diameter of the electrical outlet is more than 1 mm. In this case, relatively stiff wire electrical leads are connected to the soft tube of the heat-sensitive element. During the installation of the thermal switch in the electrical appliance during bending of the electrical leads, these compounds are destroyed.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - повышение надежности термовыключателя, определение его оптимальных габаритов, обеспечивающих надежность срабатывания, расширение возможной сферы его применения. The problem solved by the invention is to increase the reliability of the thermal switch, determine its optimal dimensions, ensuring reliability of operation, expanding the possible scope of its application.

Технический результат от использования изобретения: повышение надежности термовыключателя при оптимальных габаритах, расширение токового параметрического ряда и, как следствие, возможность использования термовыключателя для защиты электроприборов с токами более 10 А. The technical result from the use of the invention: improving the reliability of the thermal switch with optimal dimensions, expanding the current parametric series and, as a result, the ability to use a thermal switch to protect electrical appliances with currents of more than 10 A.

Указанный технический результат достигается за счет того, что термовыключатель содержит термочувствительный элемент в виде трубки из легкоплавкого токопроводящего материала, внутренний объем которой заполнен веществом-активатором, не проводящим электрический ток, температура плавления которого ниже, чем у материала трубки, два электровывода, электрически соединенных с противоположными концами термочувствительного элемента. Соединения термочувствительного элемента с электровыводами выполнены запайкой последних в отверстия трубки термочувствительного элемента, при этом электровыводы герметично закрывают трубку термочувствительного элемента. Эта трубка имеет длину от 6 до 19 мм и выполнена с наружным диаметром D от 0,8 до 3 мм, внутренним диаметром D который связан зависимостью 0,4D≤d≤0,6D. Электровыводы имеют диаметр D₁, связанный зависимостью 0,8d≤D₁≤1,4d, а расстояние по оси симметрии между электровыводами выполнено от 5 до 15 мм. Технологически впайка электровыводов с такими диаметрами, в том числе отличными от диаметра отверстия трубки легкоплавкого сплава, возможна за счет подплавления трубки в месте соединения с электровыводом. Длительная работоспособность термовыключателя обеспечивается только в случае выполнения соединений электровыводов с термочувствительным элементом пайкой. В противном случае, при срабатывании термовыключателя расплав трубки термочувствительного элемента не может собраться на электровыводах из-за окисления их поверхности в месте соединений с термочувствительным элементом. Окисел на поверхности электровыводов препятствует собиранию расплава термочувствительного элемента на концах электровыводов. В этом случае разрыва электрической цепи не произойдет.The specified technical result is achieved due to the fact that the thermal switch contains a thermosensitive element in the form of a tube of fusible conductive material, the internal volume of which is filled with an activator substance that does not conduct electric current, the melting temperature of which is lower than that of the tube material, two electrical outputs electrically connected to opposite ends of the heat-sensitive element. The connections of the thermosensitive element with electrical leads are sealed by the latter into the holes of the tube of the thermally sensitive element, while the electrical leads hermetically close the tube of the thermally sensitive element. This tube has a length of 6 to 19 mm and is made with an outer diameter D of 0.8 to 3 mm, an inner diameter of D which is connected by a relationship of 0.4D≤d≤0.6D. The electrical outputs have a diameter D ₁ connected by a relationship of 0.8d≤D ₁ ≤1.4d, and the distance along the axis of symmetry between the electrical outputs is made from 5 to 15 mm. Technologically, soldering of electrical leads with such diameters, including those different from the diameter of the fusible alloy tube hole, is possible due to the tube being melted at the junction with the electrical outlet. Long-term operability of the thermal switch is ensured only in the case of making connections of electrical leads with a heat-sensitive element by soldering. Otherwise, when the thermoswitch is triggered, the melt of the tube of the thermosensitive element cannot collect on the electrical outputs due to the oxidation of their surface at the joints with the thermosensitive element. The oxide on the surface of the electrical leads prevents the melt of the heat-sensitive element from collecting at the ends of the electrical leads. In this case, an open circuit will not occur.

Электровыводы для термовыключателей до 10 А выполнены из металлической проволоки, свыше 10 А - из многопроволочного провода. Выполнение электровыводов из многопроволочного провода уменьшает их жесткость. За счет этого при изгибах электровыводов во время монтажа их соединения с термочувствительным элементом не разрушаются. Electrical outputs for thermal switches up to 10 A are made of metal wire, over 10 A are made of multi-wire wire. The implementation of electrical leads from a multiwire wire reduces their rigidity. Due to this, when bending the electrical leads during installation, their connections to the heat-sensitive element are not destroyed.

Термовыключатели могут оснащаться электроизоляционной оболочкой, выполненной из термостойкой трубки, надетой на термочувствительный элемент и части электровыводов, примыкающие к нему. Такие термовыключатели устанавливаются в электроприбор таким образом, чтобы термочувствительный элемент через электроизоляционную оболочку контактировал с нагреваемой поверхностью. Thermal switches can be equipped with an insulating sheath made of a heat-resistant tube, worn on a heat-sensitive element and parts of electrical leads adjacent to it. Such thermal switches are installed in the electrical device in such a way that the heat-sensitive element contacts the heated surface through the insulating sheath.

Упрощенная конструкция термовыключателя без электроизоляционной оболочки применима, например, в электроутюгах, характеризующихся небольшой скоростью нагрева. При этом электровыводы жестко подсоединяются к электроклеммам терморегулятора и электронагревателя, а термочувствительный элемент располагается над подошвой утюга на расстоянии не менее его длины. A simplified design of a thermal switch without an insulating sheath is applicable, for example, in electric irons characterized by a low heating rate. In this case, the electrical leads are rigidly connected to the electrical terminals of the temperature controller and electric heater, and the heat-sensitive element is located above the sole of the iron at a distance of at least its length.

Надежное срабатывание термовыключателя возможно лишь в том случае, если его элементы выполнены в пределах допустимых размеров, определенных опытным путем. Reliable operation of the thermal switch is possible only if its elements are made within the permissible sizes determined experimentally.

На фиг.1 изображен разрез термовыключателя, выполненного по упрощенному варианту - без электроизоляционной оболочки, с электровыводами диаметром, меньшим внутреннего диаметра трубки термочувствительного элемента. На фиг.2 изображен разрез термовыключателя с электроизоляционной оболочкой, с электровыводами диаметром, большим внутреннего диаметра трубки термочувствительного элемента. На фиг.3 показан термовыключатель с электровыводами, выполненными из многопроволочного провода. На фиг.4 изображена установка в электрический прибор термовыключателя без электроизоляционной оболочки. На фиг. 5 изображена установка в электрический прибор термовыключателя с электроизоляционной оболочкой. На фиг.6 показан термовыключатель, изображенный на фиг 4, в сработанном состоянии. На фиг.7 показан термовыключатель, изображенный на фиг.3, в сработанном состоянии. Figure 1 shows a section of a thermal switch made in a simplified version - without an insulating sheath, with electrical leads with a diameter smaller than the inner diameter of the tube of the heat-sensitive element. Figure 2 shows a section of a thermal switch with an insulating sheath, with electrical terminals with a diameter larger than the inner diameter of the tube of the thermosensitive element. Figure 3 shows a thermal switch with electrical outputs made of a multiwire wire. Figure 4 shows the installation in an electrical device of a thermal switch without an insulating sheath. In FIG. 5 shows the installation of a thermal switch with an insulating sheath in an electric device. In Fig.6 shows the thermal switch depicted in Fig 4, in the activated state. In Fig.7 shows the thermal switch depicted in Fig.3, in the triggered state.

Конструкция термовыключателя состоит из термочувствительного элемента в виде трубки 1 (см. фиг.1) из легкоплавкого токопроводящего материала, внутренняя полость которой заполнена веществом-активатором 2, не проводящим электрический ток. В качестве термочувствительного элемента используется, например, трубка из оловянно-свинцового сплава, заполненная канифолью, являющейся веществом-активатором. В отверстия противоположных концов трубки 1 термочувствительного элемента впаяны электровыводы 3, 4, выполненные из металлической проволоки. Электровыводы 3, 4 герметично закрывают трубку 1 термочувствительного элемента. Трубка 1 термочувствительного элемента выполнена длиной от 6 до 19 мм, наружным диаметром D от 0,8 до 3 мм, внутренним диаметром d, связанным зависимостью 0,4D≤d≤0,6D. Электровыводы имеют диаметр D₁, связанный зависимостью 0,8d≤D₁≤1,4d. Расстояние по оси симметрии между электровыводами L2 выполнено от 5 до 15 мм.The design of the thermal switch consists of a thermosensitive element in the form of a tube 1 (see Fig. 1) of a fusible conductive material, the inner cavity of which is filled with an activator substance 2 that does not conduct electric current. As a thermosensitive element, for example, a tin-lead alloy tube filled with rosin, which is an activating substance, is used. Electrical outlets 3, 4 made of metal wire are soldered into the holes of the opposite ends of the tube 1 of the heat-sensitive element. Electrical leads 3, 4 hermetically close the tube 1 of the heat-sensitive element. The tube 1 of the heat-sensitive element is made in a length of 6 to 19 mm, an outer diameter D of 0.8 to 3 mm, an inner diameter of d, connected by a relationship of 0.4D≤d≤0.6D. The electrical outputs have a diameter D ₁ connected by the relationship of 0.8d≤D ₁ ≤1.4d. The distance along the axis of symmetry between the electrical terminals L2 is made from 5 to 15 mm.

Термовыключатели могут оснащаться электроизоляционной оболочкой 5 (см. фиг. 2), выполненной из термостойкой трубки, надетой на термочувствительный элемент и части электровыводов, примыкающие к нему. Thermal switches can be equipped with an insulating sheath 5 (see Fig. 2), made of a heat-resistant tube, worn on a heat-sensitive element and parts of electrical leads adjacent to it.

Термовыключатель на токи свыше 10 А оснащается электровыводами 6, 7, выполненными из многопроволочного провода (см. фиг.3). The thermal switch for currents over 10 A is equipped with electrical leads 6, 7 made of a multi-wire wire (see figure 3).

Термовыключатель 8 без электроизоляционной оболочки (см. фиг.4) устанавливается в электроприбор таким образом, чтобы термочувствительный элемент располагался над нагреваемой поверхностью 11 электроприбора на расстоянии L3, большем длины термочувствительного элемента L1 (см. фиг.1). Электровыводы термовыключателя подключаются к клеммам 9, 10 электроприбора в разрыв цепи питания. Для исключения попадания каплей расплава трубки термочувствительного элемента на корпус защищаемого электроприбора площади сечений электровыводов и трубки термочувствительного элемента выбираются из условия минимального нагрева от тока (в зависимости от температуры срабатывания термовыключателя не более 5...20^oС), при этом внутренний диаметр трубки d=D₁, наружный диаметр D выполняется минимально возможным по расчету из площади выбранного сечения, расстояние по оси между электровыводами L2 выбираются из условия надежного разрыва электрической цепи и выполняются минимально возможной длины, длина термочувствительного элемента L1 зависит от глубины запайки электровыводов в трубку термочувствительного элемента и выбирается из условия механической прочности соединений электровыводов с термочувствительным элементом.A temperature switch 8 without an electrical insulating sheath (see Fig. 4) is installed in the electrical device so that the heat-sensitive element is located above the heated surface 11 of the electric device at a distance L3 greater than the length of the heat-sensitive element L1 (see Fig. 1). The electrical terminals of the thermal switch are connected to the terminals 9, 10 of the electrical device in the open circuit of the power supply. In order to prevent a drop of the melt tube of the heat-sensitive element from entering the body of the protected electrical appliance, the cross-sectional areas of the electrical leads and the tubes of the heat-sensitive element are selected from the condition of minimum heating from the current (depending on the temperature of the thermal switch, not more than 5 ... 20 ^o С), while the inner diameter of the tube is d = D _1, the outer diameter D is performed by calculating the minimum possible area of the selected section, distance between the axis L2 elektrovyvodami chosen from the condition of reliable fracture electron nical circuit and performed the minimum possible length, the length L1 thermosensitive element depends on the depth of the tube sealing elektrovyvodov thermosensitive element and selected from the conditions of mechanical strength elektrovyvodov compounds thermosensitive element.

Термовыключатель 12 с электроизоляционной оболочкой (см. фиг.5) устанавливается в электроприбор таким образом, чтобы термочувствительный элемент соприкасался через электроизоляционную оболочку с нагреваемой поверхностью 11 электроприбора. Электровыводы термовыключателя подключаются к электроклеммам 9, 10 в разрыв цепи питания электроприбора. The temperature switch 12 with an insulating sheath (see figure 5) is installed in the electrical device so that the heat-sensitive element is in contact through the insulating sheath with the heated surface 11 of the electric device. The electrical terminals of the thermal switch are connected to electrical terminals 9, 10 to open the power supply circuit of the electrical appliance.

Термовыключатель работает следующим образом. The thermal switch operates as follows.

При нормальной работе температура трубки термочувствительного элемента термовыключателя не превышает величины температуры плавления легкоплавкого материала и срабатывания термовыключателя не происходит. При выходе из строя терморегулятора электроприбора увеличивается поток тепла от нагреваемой поверхности электроприбора 11 через воздушный промежуток, как на фиг.4, или электроизоляционную оболочку, как на фиг.5, к термочувствительному элементу. Трубка термочувствительного элемента расплавляется. Этот расплав под воздействием расплава вещества-активатора, уменьшающего поверхностное натяжение расплава трубки термочувствительного элемента, собирается на концах электровыводов в капли 13, 14 (см. фиг.6, 7). Это произойдет только в том случае, если электровыводы 3, 4, 6, 7 в месте соединения с трубкой 1 термочувствительного элемента не окислились. При длительной эксплуатации это обеспечивается лишь тогда, когда электровыводы 3, 4, 6, 7 впаяны в отверстия трубки 1 термочувствительного элемента и герметично закрывают ее. Цепь питания электроприбора разрывается. Если расстояния по оси L1, L2, диаметр D выполнены минимально возможными, диаметр d=D₁, то капли расплава 13, 14 не падают на поверхность, а удерживаются на концах электровыводов (см. фиг.6). При этом исключается электрическое замыкание токоведущих частей термовыключателя на корпус защищаемого электроприбора. В термовыключателях, оснащенных электроизоляционной оболочкой, избыточное давление газов, возникающее от воздействия электрической дуги при разрыве электроцепи, может протолкнуть части каплей расплава 13, 14 (см. фиг.7) по электровыводам внутри электроизоляционной оболочки. Выполнение элементов термовыключателя в пределах допустимых размеров и выполнение соединений электровыводов с трубкой термочувствительного элемента запайкой обеспечивает надежную работу термовыключателя. Выполнение электровыводов из многопроволочного провода позволяет использовать термовыключатель на токи больше 10 А.During normal operation, the temperature of the tube of the thermosensitive element of the thermal switch does not exceed the melting temperature of the low-melting material and the thermal switch does not operate. When the temperature of the electrical appliance fails, the heat flux from the heated surface of the electrical appliance 11 increases through the air gap, as in FIG. 4, or the insulating sheath, as in FIG. 5, to the heat-sensitive element. The tube of the thermosensitive element melts. This melt under the influence of the melt of the activator substance, which reduces the surface tension of the melt of the tube of the heat-sensitive element, is collected at the ends of the electrical leads in drops 13, 14 (see Fig.6, 7). This will happen only if the electrical leads 3, 4, 6, 7 at the junction with the tube 1 of the thermally sensitive element are not oxidized. With long-term operation, this is ensured only when the electrical leads 3, 4, 6, 7 are soldered into the holes of the tube 1 of the heat-sensitive element and hermetically close it. The power supply circuit of the appliance breaks. If the distances along the axis L1, L2, diameter D are made as small as possible, diameter d = D ₁ , then the drops of melt 13, 14 do not fall to the surface, but are held at the ends of the electrical leads (see Fig.6). This eliminates the electrical circuit of the current-carrying parts of the thermal switch on the housing of the protected electrical appliance. In thermal switches equipped with an insulating sheath, the excess gas pressure arising from the action of an electric arc when the circuit breaks can push a part with a drop of melt 13, 14 (see Fig. 7) through the electrical leads inside the insulating sheath. The implementation of the elements of the thermal switch within the permissible size and the connection of the electrical leads with the tube of the thermally sensitive element by sealing ensures reliable operation of the thermal switch. The implementation of electrical outputs from a multi-wire wire allows the use of a thermal switch for currents greater than 10 A.

Промышленная применимость предлагаемых конструкций очевидна. Эти конструкции испытаны в Нижнем Новгороде на предприятии ООО НПП "УЗЭП" и показали хорошие результаты. The industrial applicability of the proposed designs is obvious. These structures were tested in Nizhny Novgorod at the enterprise NPP UZEP LLC and showed good results.

Перечисленные признаки отличают предлагаемые технические решения от прототипа и обуславливают соответствие этих решений требованиям изобретения. These signs distinguish the proposed technical solutions from the prototype and determine the compliance of these solutions with the requirements of the invention.

Claims

1. A temperature switch containing a thermosensitive element in the form of a tube of fusible conductive material, the internal volume of which is filled with an activator substance that does not conduct electric current, the melting temperature of which is lower than that of the tube material, two electrical outputs electrically connected to opposite ends of the thermosensitive element, characterized the fact that the connections of the heat-sensitive element with electrical leads are made by sealing the latter into the holes of the tube of the heat-sensitive element, and the electrical leads hermetically close the tube of the thermosensitive element, having a length of 6 to 19 mm, made with an outer diameter D of 0.8 to 3 mm, the inner diameter d of which is connected by a relationship of 0.4D≤d≤0.6D, while the electrical leads have a diameter D ₁ , connected by the dependence of 0.8d≤D ₁ ≤1.4d, and the distance along the axis of symmetry between the electrical outputs is made from 5 to 15 mm.

2. The temperature switch according to claim 1, characterized in that it is equipped with an insulating sheath made of a heat-resistant tube, worn on a heat-sensitive element and parts of the electrical outputs adjacent to it.

3. The temperature switch according to claim 1 or 2, characterized in that the electrical outputs are made of metal wire.

4. The temperature switch according to claim 1 or 2, characterized in that the electrical outputs are made of multi-wire.