RU2246186C1

RU2246186C1 - Electric heating element (alternatives)

Info

Publication number: RU2246186C1
Application number: RU2003126288/09A
Authority: RU
Inventors: В.И. Котов (RU); В.И. Котов
Original assignee: Котов Владимир Иванович
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2005-02-10
Also published as: RU2003126288A

Abstract

FIELD: electrical engineering; electric heating elements for overheat-protected tubular electric heaters.

SUBSTANCE: heating element of first design alternate has high-resistivity metal wire spiral, heat-responsive section in the form of easy-melting metal alloy tube, metal plug inserted in spiral at its end disposed on heat-responsive section end, and contact in the form of metal tube secured thereon, partially fitted onto heat-responsive section, and rigidly fixed thereto. Spiral turns are joined together on length from end of spiral to at least plug to form rigid part of spiral. This rigid part is partially fitted onto heat-responsive section and joined to the latter so that distance through symmetry axis between rigid part of spiral and contact ensures opening of heating element circuit when heat-responsive section temperature exceeds critical value equal to melting point of its material. As an alternative, heat-responsive section may be soldered to metal plug. Heating element of second design alternate has two high-resistivity metal wire spirals and heat-responsive section is installed on two ends just as in first design alternate.

EFFECT: simplified design, reduced operating time of heat-responsive section.

4 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим нагревательным элементам, предназначенным для оснащения трубчатых электрических нагревателей (ТЭНов), защищенных от перегрева.The invention relates to electrical engineering, namely to electric heating elements designed to equip tubular electric heaters (TENOV), protected from overheating.

Известна конструкция трубчатого электронагревателя с термовыключателем по патенту на изобретение №2141745, Н 05 В 3/48, 1/02 // Н 01 Н 37/76, 1999. Электрический нагревательный элемент в этой конструкции содержит два контактных (электрических) вывода, спираль (нагреватель, выполненный в виде спирально намотанной проволоки), один конец которой электрически соединен с контактным выводом, другой конец - со стержнем, частично введенным в один из двух контактов термовыключателя, имеющего термозвено (термочувствительный элемент) в виде герметично закрытой трубки из легкоплавкого токопроводящего материала, заполненной веществом-активатором, два контакта, выполненные из трубок теплотокопроводящего материала. Часть контактов жестко закреплена на наружной поверхности термозвена, а между ними образован зазор, обеспечивающий безотказное срабатывание термовыключателя. Часть другого контактного вывода введена внутрь другого контакта. Стержень и контактный вывод зажаты контактами и могут из них выдвигаться. Внутри контактов между термозвеном и стержнем, также контактным выводом образованы полости, сообщаемые с внешней средой (газопроницаемые объемы).A known design of a tubular electric heater with a thermal switch according to the invention patent No. 2171745, Н 05 В 3/48, 1/02 // Н 01 Н 37/76, 1999. The electric heating element in this design contains two contact (electrical) leads, a spiral ( a heater made in the form of a spiral wound wire), one end of which is electrically connected to a contact terminal, the other end to a rod partially inserted into one of the two contacts of a thermal switch having a thermal link (thermosensitive element) in the form of a hermetically sealed cable tubes made of fusible conductive material filled with an activator substance, two contacts made of tubes of heat-conducting material. Some of the contacts are rigidly fixed to the outer surface of the thermal link, and a gap is formed between them, which ensures a reliable operation of the thermal switch. Part of another contact pin is inserted inside another contact. The terminal and the contact terminal are clamped by the contacts and can be extended from them. Inside the contacts between the thermal link and the rod, as well as the contact terminal, cavities are formed that communicate with the external environment (gas-permeable volumes).

Недостатком этой конструкции является ограниченность ее применения. Эта конструкция практически применима лишь для ТЭНов с алюминиевой оболочкой. В ТЭНах с другими типами оболочек сопротивление изоляции во время достижения критической температуры термозвена, равной температуре плавления его материала, понижается до недопустимых величин.The disadvantage of this design is the limited application. This design is practically applicable only for heating elements with an aluminum shell. In heating elements with other types of shells, the insulation resistance at the time of reaching the critical temperature of the thermal link, equal to the melting temperature of its material, decreases to unacceptable values.

Наиболее близким известным техническим решением, взятым за прототип, для первого варианта электрического нагревательного элемента является конструкция нагревательного термозащищенного элемента ЭНТЗ 1.1,0.220-02, изготавливаемого серийно предприятием ООО “ЭНТЗ”, г. Н.Новгород. Эти нагревательные элементы используются, как комплектующие изделия для электрокипятильников, серийно изготавливаемых ООО “ВЕКТОР”, г. Н.Новгород, для реализации. Указанное техническое решение изложено в пат. №2219610, 20.12.03.The closest known technical solution, taken as a prototype, for the first version of the electric heating element is the design of the thermally protected heating element ENTZ 1.1,0.220-02, manufactured in series by the enterprise ENTZ LLC, N. Novgorod. These heating elements are used as components for electric boilers manufactured by VECTOR LLC, N. Novgorod, for sale. The specified technical solution is set forth in US Pat. No. 22199610, 12.20.03.

Конструкция прототипа для первого варианта электрического нагревательного элемента содержит спираль, выполненную из металлической проволоки с высоким удельным электрическим сопротивлением, термозвено (термочувствительный элемент) в виде трубки, изготовленной из легкоплавкого металлического сплава, металлическую пробку, помещенную внутри спирали и закрепленную в ее конце, расположенном со стороны термозвена, контакт, выполненный из металлической трубки, частично надетый на термозвено, и жестко соединенный с ним.The prototype design for the first embodiment of the electric heating element comprises a spiral made of a metal wire with high electrical resistivity, a thermo link (heat-sensitive element) in the form of a tube made of a fusible metal alloy, a metal plug placed inside the spiral and fixed at its end located at side of the thermal link, a contact made of a metal tube, partially worn on the thermal link, and rigidly connected to it.

Недостатком конструкции прототипа для первого варианта заявляемого технического решения является сложность и относительно высокая трудоемкость изготовления, которая особо проявляется при изготовлении нагревательных элементов мощностью менее 1 кВт, предназначенных для комплектования ТЭНов со стальной оболочкой.The disadvantage of the design of the prototype for the first embodiment of the proposed technical solution is the complexity and relatively high complexity of manufacturing, which is especially manifested in the manufacture of heating elements with a capacity of less than 1 kW, designed for manning heating elements with a steel shell.

Наиболее близким известным техническим решением, взятым за прототип, для второго варианта электрического нагревательного элемента, также является конструкция нагревательного термозащищенного элемента ЭНТЗ 1.1,0.220-01.The closest known technical solution, taken as a prototype, for the second version of the electric heating element, is also the design of the heating thermally protected element ENTZ 1.1,0.220-01.

Указанная конструкция содержит спираль, выполненную из металлической проволоки с высоким удельным электрическим сопротивлением, термозвено (термочувствительный элемент) в виде трубки, изготовленной из легкоплавкого металлического сплава, металлическую пробку, помещенную внутри спирали и закрепленную в ее конце, расположенном со стороны термозвена.The specified design contains a spiral made of a metal wire with high electrical resistivity, a thermo link (heat-sensitive element) in the form of a tube made of fusible metal alloy, a metal plug placed inside the spiral and fixed at its end located on the thermal link side.

Недостатком конструкции прототипа для второго варианта, заявляемого технического решения, является относительно большое время срабатывания термозвена.The disadvantage of the design of the prototype for the second option, the claimed technical solution, is the relatively long response time of the thermal link.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является упрощение конструкции и снижение трудоемкости изготовления изделий, уменьшение времени срабатывания термозвена.The problem solved by the invention is to simplify the design and reduce the complexity of manufacturing products, reducing the response time of the thermal link.

Технический результат от использования изобретения для первого варианта устройства - упрощение конструкции, снижение трудоемкости ее изготовления.The technical result from the use of the invention for the first embodiment of the device is to simplify the design, reducing the complexity of its manufacture.

Технический результат от использования изобретения для второго варианта устройства - улучшение качества.The technical result from the use of the invention for the second variant of the device is improved quality.

Указанный технический результат для электрического нагревательного элемента по первому варианту предлагаемой конструкции достигается за счет того, что витки части спирали, на конце, расположенном со стороны термозвена, соединены между собой на длине от края конца спирали и, по меньшей мере, до пробки, образуя жесткую часть спирали, частично надетую на термозвено, и жестко соединенную с ним. Расстояние по оси симметрии между спиралью и контактом обеспечивает разрыв электрической цепи нагревательного элемента при превышении критической температуры термозвена, равной температуре плавления материала термозвена.The specified technical result for the electric heating element according to the first embodiment of the proposed design is achieved due to the fact that the turns of the spiral part, at the end located on the side of the thermal link, are interconnected along the length from the end of the spiral end, and at least to the plug, forming a rigid part of the spiral, partially worn on the thermal link, and rigidly connected to it. The distance along the axis of symmetry between the spiral and the contact provides a break in the electric circuit of the heating element when the critical temperature of the thermal link is exceeded, equal to the melting temperature of the thermal link material.

В этом варианте конструкции витки на одном конце спирали соединены жестко между собой, и этот конец непосредственно соединен с термозвеном. В сравнении с прототипом конструкция имеет лишь один контакт. Короткий контакт, имеющий в прототипе, наибольшую трудоемкость изготовления, исключен в предлагаемой конструкции. Этот технический прием упрощает конструкцию и снижает трудоемкость изготовления изделия.In this embodiment, the coils at one end of the spiral are rigidly connected to each other, and this end is directly connected to the thermal link. In comparison with the prototype, the design has only one contact. Short contact, having in the prototype, the greatest complexity of manufacturing, is excluded in the proposed design. This technique simplifies the design and reduces the complexity of manufacturing the product.

С целью упрощения технологии сборки изделия металлическая пробка может быть соединена пайкой с термозвеном.In order to simplify the assembly technology of the product, the metal plug can be connected by soldering to the thermal link.

Указанный технический результат для электрического нагревательного элемента по второму варианту предлагаемой конструкции достигается за счет того, что он содержит вторую спираль, выполненную из металлической проволоки с высоким удельным электрическим сопротивлением и вторую металлическую пробку, помещенную внутри этой спирали, и закрепленную на ее конце со стороны термозвена. Витки на концах спиралей, в которые введены пробки, соединены между собой на длине от краев концов спиралей и, по меньшей мере, до пробок, образуя жесткие части спиралей, которые частично надеты на термозвено и жестко соединены с ним. Расстояние по оси симметрии между спиралями обеспечивает разрыв электрической цепи нагревательного элемента при превышении критической температуры термозвена, равной температуре плавления материала термозвена.The specified technical result for the electric heating element according to the second embodiment of the proposed design is achieved due to the fact that it contains a second spiral made of a metal wire with high electrical resistivity and a second metal plug placed inside this spiral and fixed to its end from the thermal link side . The turns at the ends of the spirals into which the plugs are inserted are interconnected along the length from the edges of the ends of the spirals and at least to the plugs, forming rigid parts of the spirals that are partially worn on the thermo link and are rigidly connected to it. The distance along the axis of symmetry between the spirals provides a break in the electrical circuit of the heating element when the critical temperature of the thermal link is exceeded, equal to the melting temperature of the thermal link material.

В этом варианте витки конструкции на одном из двух концов каждой спирали соединены жестко между собой и эти концы непосредственно соединены с термозвеном. В сравнении с прототипом в конструкции отсутствуют контакты термовыключателя и имеется вторая спираль. Этот технический прием снижает время срабатывания термозвена.In this embodiment, the turns of the structure at one of the two ends of each spiral are rigidly connected to each other and these ends are directly connected to the thermal link. In comparison with the prototype in the design there are no contacts of the thermal switch and there is a second spiral. This technique reduces the response time of the thermal link.

С целью упрощения технологии сборки изделия металлические пробки могут быть соединены пайкой с термозвеном.In order to simplify the assembly technology of the product, metal plugs can be soldered to the thermal link.

Время срабатывания защиты от перегрева у этого варианта конструкции меньше, чем у первого варианта.The response time of the overheat protection for this design option is less than that of the first option.

На фиг.1 показан электрический нагревательный элемент по первому варианту предлагаемой конструкции. На фиг.2 показан электрический нагревательный элемент по первому варианту предлагаемой конструкции второго исполнения. На фиг.3 показан электрический нагревательный элемент по второму варианту предлагаемой конструкции. На фиг.4 показан электрический нагревательный элемент по второму варианту предлагаемой конструкции второго исполнения На фиг.5 показано сечение ТЭНа со встроенным электрическим нагревательным элементом по первому варианту предлагаемой конструкции. На фиг.6 показано сечение ТЭНа со встроенным электрическим нагревательным элементом по второму варианту предлагаемой конструкции. На фиг.7 показано сечение ТЭНа, изображенного на фиг.3, после расплавления термозвена и разрыва электрической цепи нагревательного элемента. На фиг.8 показано сечение ТЭНа, изображенного на фиг.6, после расплавления термозвена и разрыва электрической цепи нагревательного элемента.Figure 1 shows the electric heating element according to the first embodiment of the proposed design. Figure 2 shows the electric heating element according to the first embodiment of the proposed design of the second design. Figure 3 shows the electric heating element according to the second embodiment of the proposed design. Figure 4 shows the electric heating element according to the second embodiment of the proposed design of the second embodiment. Figure 5 shows a cross section of the heater with an integrated electric heating element according to the first embodiment of the proposed design. Figure 6 shows a cross section of a heating element with an integrated electric heating element according to the second embodiment of the proposed design. In Fig.7 shows a cross section of the heater, shown in Fig.3, after the thermal link is melted and the electric circuit of the heating element is broken. On Fig shows a cross section of the heater, shown in Fig.6, after the thermal link is melted and the electric circuit of the heating element is broken.

Конструкция электрического нагревательного элемента по первому варианту состоит из спирали 1 (см. фиг.1), выполненной из металлической проволоки с высоким удельным электрическим сопротивлением, термозвена 2 в виде трубки, изготовленной из легкоплавкого металлического сплава, например, оловянно-свинцового сплава, металлической пробки 3, помещенной внутри спирали 1, и закрепленной в ее конце со стороны термозвена 2, контакта 4, выполненного из металлической трубки, частично надетого на термозвено 2, и жестко соединенного с ним. Витки спирали на длине L1 от края конца спирали и, по меньшей мере, до пробки (на длине до 12 мм) соединены между собой, образуя жесткую часть спирали 5. Эта часть частично надета на термозвено 2 и жестко соединена с ним. Другой конец термозвена 2 частично введен в контакт 4 и жестко соединен с ним.The design of the electric heating element according to the first embodiment consists of a spiral 1 (see Fig. 1) made of a metal wire with a high electrical resistivity, thermal link 2 in the form of a tube made of a low-melting metal alloy, for example, tin-lead alloy, metal cork 3, placed inside the spiral 1, and fixed at its end from the side of thermal link 2, contact 4, made of a metal tube, partially worn on thermal link 2, and rigidly connected to it. The turns of the spiral at a length L1 from the edge of the end of the spiral and at least to the plug (up to 12 mm long) are interconnected, forming the rigid part of the spiral 5. This part is partially worn on the thermal link 2 and rigidly connected to it. The other end of thermal link 2 is partially inserted into contact 4 and is rigidly connected to it.

Расстояние L3 по оси симметрии между спиралью и контактом, выполнено таким, чтобы обеспечить разрыв электрической цепи во время превышения критической температуры - при расплавлении термозвена. Это расстояние, обычно, больше величины наружного диаметра термозвена D1. Соединения витков в жесткой части спирали 5 между собой, а также соединение термозвена 2 с контактом 4 выполнено пайкой. Внутренний диаметр контакта D4 выполнен не более наружного диаметра термозвена D1.The distance L3 along the axis of symmetry between the spiral and the contact is such as to ensure that the electric circuit breaks when the critical temperature is exceeded - when the thermal link melts. This distance is usually greater than the outer diameter of the thermal link D1. The connections of the coils in the rigid part of the spiral 5 to each other, as well as the connection of the thermal link 2 with the contact 4 are soldered. The inner diameter of the contact D4 is made no more than the outer diameter of the thermal link D1.

Рекомендуется выполнять: диаметр D1 не менее 0,7 от величины внутреннего диаметра спирали D3, внутренний диаметр термозвена D2 от 0,3D1 до 0,6D1, длину термозвена L2 не менее 1,5D1.It is recommended that: the diameter D1 is not less than 0.7 of the internal diameter of the spiral D3, the inner diameter of the thermal link D2 is from 0.3D1 to 0.6D1, the length of the thermal link L2 is at least 1.5D1.

Металлическая пробка 3 выполнена из свитых проволок и имеет длину L4, обычно, не более 12 мм. Металлическая пробка закреплена в спирали. Расстояние L5 между металлической пробкой 3 и термозвеном 2 выполнено таким, чтобы обеспечить разрыв электрической цепи. То есть внутри жесткой части спирали 5, от металлической пробки 3 до термозвена 2 образовано свободное пространство 6, необходимое для размещения расплава термозвена, втягиваемого жестким концом спирали при разрыве электрической цепи. При этом выход газа из свободного пространства 6 обеспечивается через каналы в металлической пробке 3, существующие между отдельными проволоками, из которых она выполнена, то есть в этом случае пробка является газопроницаемой. В случае выполнения металлической пробки 3 в виде стержня, отвод газов из пространства 6 может осуществляться через каналы, выполненные в соединении жесткой части спирали 5 с металлической пробкой 3 или через неплотности в соединениях витков жесткой части спирали между собой, которые можно получить при встраивании электрического нагревательного элемента в ТЭН, во время редуцирования оболочки ТЭНа.The metal plug 3 is made of twisted wires and has a length L4, usually not more than 12 mm. The metal cork is fixed in a spiral. The distance L5 between the metal plug 3 and the thermal link 2 is made so as to ensure an open circuit. That is, inside the rigid part of the spiral 5, from the metal plug 3 to the thermal link 2, a free space 6 is formed necessary to accommodate the molten thermal link drawn by the rigid end of the spiral when the electric circuit breaks. In this case, the gas exit from the free space 6 is provided through the channels in the metal plug 3 existing between the individual wires from which it is made, that is, in this case the plug is gas permeable. In the case of a metal plug 3 in the form of a rod, gases can be removed from space 6 through channels made in the connection of the rigid part of the spiral 5 with the metal plug 3 or through leaks in the connections of the turns of the rigid part of the spiral to each other, which can be obtained by incorporating an electric heating element in the heater, during the reduction of the shell of the heater.

С целью упрощения технологии сборки изделия металлическая пробка 3 может быть соединена пайкой с термозвеном 2 см. Фиг.2.In order to simplify the assembly technology of the product, the metal plug 3 can be connected by soldering with a thermal link of 2 cm. FIG. 2.

Трубка термозвена в конструкциях, изображенных на фиг.1, 2, может быть заполнена веществом - активатором с температурой плавления и удельной электрической проводимостью меньше, чем у материала указанной трубки, например канифолью, или покрыта тонким слоем этого вещества. В этих случаях увеличится срок хранения изделий до встройки в ТЭН. Заполнение трубки термозвена веществом - активатором может применяться для конструкций, используемых для комплектования ТЭНов с алюминиевой оболочкой, в которых нет резкого снижения сопротивления электрической изоляции при расплавлении термозвена.The thermal link tube in the constructions shown in Figs. 1, 2 can be filled with an activator substance with a melting point and electrical conductivity lower than that of the material of the specified tube, for example, rosin, or coated with a thin layer of this substance. In these cases, the shelf life of the products will be increased until installation in the heater. Filling the thermo link tube with an activator substance can be used for structures used to complete electric heating elements with an aluminum shell, in which there is no sharp decrease in the electrical insulation resistance during melting of the thermo link.

Конструкция электрического нагревательного элемента по второму варианту состоит из двух спиралей 1, 7 (см. фиг.3), выполненных из металлической проволоки с высоким удельным электрическим сопротивлением, термозвена 2 в виде трубки, изготовленной из легкоплавкого металлического сплава, например, оловянно-свинцового сплава, двух металлических пробок 3, 8, помещенных внутри спиралей 1, 7, и закрепленных в их концах, расположенных со стороны термозвена 2. Витки спиралей на длине L1 от края конца спирали и, по меньшей мере, до металлической пробки (обычно, на длине до 12 мм) соединены между собой, образуя жесткие части спиралей 5, 9. Эти части спиралей частично надеты на термозвено 2 и жестко соединены с ним. Соединения витков между собой в жесткой части спиралей выполнено пайкой. Расстояние по оси симметрии между жесткими частями спиралей L3, выполнено таким, чтобы обеспечить разрыв электрической цепи при расплавлении термозвена во время достижения критической температуры, равной температуре плавления материала термозвена, и, обычно, составляет не менее величины наружного диаметра термозвена D1.The design of the electric heating element according to the second embodiment consists of two spirals 1, 7 (see Fig. 3) made of a metal wire with high electrical resistivity, thermal link 2 in the form of a tube made of a fusible metal alloy, for example, tin-lead alloy , two metal plugs 3, 8, placed inside the spirals 1, 7, and fixed at their ends, located on the side of the thermal link 2. The turns of the spirals along the length L1 from the edge of the end of the spiral and at least to the metal plug (both but, over a length of 12 mm) are interconnected to form a rigid part helices 5, 9. These parts helices partially worn on termozveno 2 and is rigidly connected thereto. The connections of the turns to each other in the rigid part of the spirals are made by soldering. The distance along the axis of symmetry between the rigid parts of the spirals L3 is made so as to ensure that the electric circuit breaks when the thermal link melts while reaching a critical temperature equal to the melting temperature of the thermal link material, and, usually, is not less than the outer diameter of the thermal link D1.

Рекомендуется выполнять: диаметр D1 не менее 0,7 от величины внутреннего диаметра спирали D3, внутренний диаметр термозвена D2 от 0,3D1 до 0,6D1, длину термозвена L2 не менее 1,5D1.It is recommended that: the diameter D1 is at least 0.7 of the internal diameter of the spiral D3, the inner diameter of the thermal link D2 is from 0.3D1 to 0.6D1, the length of the thermal link L2 is at least 1.5D1.

Металлические пробки 3, 8 изготовлены из свитых проволок. Они выполнены длиной L4, составляющей, обычно, не более 12 мм и закреплены в спирали. Расстояния между металлическими пробками и термозвеном L5 выполнено таким, чтобы обеспечить размещение частей расплава термозвена, втягиваемых жесткими концами спиралей во время достижения критической температуры - при расплавлении термозвена, и составляет не менее 0,1 мм. То есть внутри жестких частей спиралей 5, 9 от металлических пробок 3, 8 до термозвена 2 образованы свободные пространства 6, 10, необходимые для разрыва электрической цепи. Свободное пространства 6, 10 соединены с внешней средой через каналы в пробках 3, 8, существующие между отдельными проволоками, из которых она выполнена, то есть в этом случае металлическая пробка является газопроницаемой. В случае выполнения металлических пробок в виде стержней, отвод газов из пространств 6, 10 может осуществляться через каналы, выполненные в соединениях жестких частей спиралей с металлическими пробками или через неплотности в соединениях витков жестких частей спиралей между собой, которые можно получить при встраивании электрического нагревательного элемента в ТЭН, во время редуцирования оболочки ТЭНа.Metal corks 3, 8 are made of twisted wires. They are made with a length of L4, usually not more than 12 mm, and are fixed in a spiral. The distance between the metal plugs and the thermal link L5 is made so as to ensure the placement of the molten parts of the thermal link drawn in by the rigid ends of the spirals when the critical temperature is reached - when the thermal link is melted, it is at least 0.1 mm. That is, inside the hard parts of the spirals 5, 9 from the metal plugs 3, 8 to the thermal link 2, free spaces 6, 10 are formed, which are necessary for breaking the electric circuit. The free spaces 6, 10 are connected to the external environment through channels in plugs 3, 8 existing between the individual wires of which it is made, that is, in this case, the metal plug is gas permeable. In the case of metal plugs in the form of rods, gases can be removed from spaces 6, 10 through channels made in the joints of the hard parts of the spirals with metal plugs or through leaks in the connections of the turns of the hard parts of the spirals with each other, which can be obtained by incorporating an electric heating element in the heater, during the reduction of the shell of the heater.

С целью упрощения технологии сборки изделия металлические пробки 3, 8 могут быть соединены пайкой с термозвеном 2, см. Фиг.4.In order to simplify the assembly technology of the product, metal plugs 3, 8 can be connected by soldering to the thermal link 2, see Figure 4.

Трубка термозвена в конструкциях, изображенных на фиг.3, 4, может быть заполнена веществом - активатором с температурой плавления и удельной электрической проводимостью меньше, чем у материала указанной трубки, например канифолью, или покрыта тонким слоем этого вещества. В этих случаях увеличится срок хранения изделий до встройки в ТЭН. Заполнение трубки термозвена веществом - активатором может применяться для конструкций, используемых для комплектования ТЭНов с алюминиевой оболочкой, в которых нет резкого падения сопротивления электрической изоляции при расплавлении термозвена.The thermal link tube in the constructions shown in Figs. 3 and 4 can be filled with an activator substance with a melting point and electrical conductivity lower than that of the material of the specified tube, such as rosin, or coated with a thin layer of this substance. In these cases, the shelf life of the products will be increased until installation in the heater. Filling the thermo link tube with an activator substance can be used for structures used to complete electric heating elements with an aluminum shell, in which there is no sharp drop in electrical insulation resistance during melting of the thermo link.

Электрический нагревательный элемент по первому варианту предлагаемой конструкции устанавливается в металлическую оболочку ТЭНа 11 (см. фиг.5). Перед установкой спираль 1 соединяется с контактным выводом 12, контакт 4 - с контактным выводом 13. В ТЭНе контактные выводы 12, 13, спираль 1, контакт 4 и термозвено 2 изолированы от оболочки 11 сыпучим электроизоляционным наполнителем 14. Металлическая пробка 3 не пропускает электроизоляционный наполнитель в свободное пространство 6. Выход контактных выводов 12, 13 из оболочки 11 осуществлен через электроизоляционные втулки 15. Внутри контакта 4 образовано свободное пространство 16, сообщающееся с пространством, окружающим контакт через газоотводные каналы, образованные, например, в соединении контакта 4 с контактным выводом 13.The electric heating element according to the first embodiment of the proposed design is installed in the metal shell of the heating element 11 (see figure 5). Before installation, spiral 1 is connected to terminal 12, pin 4 is connected to terminal 13. In the heating element, terminals 12, 13, spiral 1, terminal 4 and thermal link 2 are isolated from the shell 11 by a bulk electrical insulating filler 14. The metal plug 3 does not allow electrical insulating filler into the free space 6. The output of the contact conclusions 12, 13 from the shell 11 is carried out through electrical insulating sleeves 15. Inside the contact 4, a free space 16 is formed, communicating with the space surrounding the contact through the vent channels formed, for example, in the connection of the pin 4 to the pin 13.

Электрический нагревательный элемент по второму варианту предлагаемой конструкции устанавливается в металлическую оболочку ТЭНа 11 (см. фиг.6.) Перед установкой спирали 1, 7 соединяются с контактными выводами 12, 13. В ТЭНе контактные выводы 12, 13, спирали 1, 7 и термозвено 2 изолированы от оболочки 11 сыпучим электроизоляционным наполнителем 14. Металлические пробки 3, 8 не пропускает электроизоляционный наполнитель в полости 6, 10. Выход контактных выводов 12, 13 из оболочки 11 осуществлен через электроизоляционные втулки 15.The electric heating element according to the second embodiment of the proposed design is installed in the metal shell of the heating element 11 (see Fig. 6.) Before installing the spiral 1, 7 are connected to the contact leads 12, 13. In the heating element, the contact leads 12, 13, spiral 1, 7 and the thermal link 2 are isolated from the shell 11 by a bulk electrical insulating filler 14. The metal plugs 3, 8 do not allow the electrical insulating filler to pass through the cavities 6, 10. The output of the terminals 12, 13 from the shell 11 is through the electrical insulating sleeves 15.

Электрический нагревательный элемент по первому варианту конструкции, встроенный в ТЭН, работает следующим образом.The electric heating element according to the first embodiment, built into the heater, works as follows.

К контактным выводам 12, 13 (см. фиг.5, 7) подводится напряжение электрической сети. Ток, проходящий по спирали 1, разогревает ее до температуры 400...500°С. От спирали тепло передается на термозвено 2. При нормальной работе, когда ТЭН охлаждается нагреваемой средой, например водой, температура на оболочке ТЭНа составляет приблизительно 105...110°С. Температура термозвена 2 не превышает величины температуры плавления его материала. В случае выкипания воды или включения ТЭНа без воды увеличивается поток тепла от спирали к термозвену. Термозвено расплавляется, расплав материала термозвена собирается в капли 17, 18, которые под воздействием капиллярного эффекта втягивается в жесткую часть спирали 5 и контакт 4, заполняя пространства 6, 16. При этом газ, имеющийся в пространствах 6, 16, вытесняется из них через газоотводные каналы, имеющиеся в металлической пробке 3 и в соединении контакта 4 с контактным выводом 13. Электрическая цепь питания ТЭНа разрывается. После разрыва электрической цепи рост температуры ТЭНа прекращается.To the contact pins 12, 13 (see figure 5, 7) is supplied voltage of the electrical network. The current passing through the spiral 1, heats it to a temperature of 400 ... 500 ° C. Heat is transferred from the spiral to thermo link 2. During normal operation, when the heater is cooled by a heated medium, such as water, the temperature on the heater’s shell is approximately 105 ... 110 ° C. The temperature of thermal link 2 does not exceed the value of the melting temperature of its material. In the case of boiling water or switching on a heating element without water, the heat flux from the spiral to the thermal link increases. The thermal link melts, the molten material of the thermal link is collected in droplets 17, 18, which, under the influence of the capillary effect, are drawn into the rigid part of the spiral 5 and contact 4, filling the spaces 6, 16. At the same time, the gas present in the spaces 6, 16 is expelled from them through the gas the channels available in the metal plug 3 and in the connection of the contact 4 to the terminal 13. The electric power supply circuit of the heating element is broken. After a circuit break, the temperature of the heating element stops growing.

В случае выполнения электрического нагревательного элемента по первому варианту конструкции второго исполнения, разрыв электрической цепи производится за счет перехода свободного пространства, имеющегося в трубке термозвена, в разрывной электрический промежуток.In the case of performing an electric heating element according to the first embodiment of the second construction, the electric circuit is broken due to the transition of the free space available in the thermal link tube into the discontinuous electric gap.

Электрический нагревательный элемент по второму варианту конструкции, встроенный в ТЭН, работает следующим образом.The electric heating element according to the second embodiment, built into the heater, operates as follows.

К контактным выводам 12, 13 (см. фиг.6, 8) подводится напряжение электрической сети. Ток, проходящий по спиралям 1, 7, разогревает их до температуры 400...500°С. Тепло передается от спиралей на термозвено 2. При нормальной работе, когда ТЭН охлаждается нагреваемой средой, например водой, температура на оболочке ТЭНа составляет приблизительно 105...110°С. Температура термозвена 2 не превышает величины температуры плавления его материала. В случае выкипания воды или включения ТЭНа без воды увеличивается поток тепла от спиралей к термозвену. Термозвено расплавляется, расплав материала термозвена собирается в капли 17, 18, которые под воздействием капиллярного эффекта втягиваются в жесткие части спиралей 5, 9, заполняя пространства 6, 10. При этом газ, имеющийся в пространствах 6, 10, вытесняется из них через газоотводные каналы, имеющиеся в металлических пробках 3, 8. Электрическая цепь питания ТЭНа разрывается. После разрыва электрической цепи рост температуры ТЭНа прекращается.To the contact pins 12, 13 (see Fig.6, 8) is supplied voltage of the electrical network. The current passing through the spirals 1, 7, heats them to a temperature of 400 ... 500 ° C. The heat is transferred from the spirals to the thermal link 2. During normal operation, when the heating element is cooled by a heated medium, such as water, the temperature on the heating element shell is approximately 105 ... 110 ° C. The temperature of thermal link 2 does not exceed the value of the melting temperature of its material. In the case of boiling water or switching on a heating element without water, the heat flux from spirals to the thermal link increases. The thermal link is melted, the molten material of the thermal link is collected in droplets 17, 18, which, under the influence of the capillary effect, are drawn into the rigid parts of the spirals 5, 9, filling the spaces 6, 10. At the same time, the gas available in the spaces 6, 10 is expelled from them through the gas outlet channels available in metal plugs 3, 8. The electric power supply circuit of the heating element breaks. After a circuit break, the temperature of the heating element stops growing.

В случае выполнения электрического нагревательного элемента по второму варианту конструкции второго исполнения, разрыв электрической цепи производится за счет перехода свободного пространства, имеющегося в трубке термозвена, в разрывной электрический промежуток.In the case of performing an electric heating element according to the second embodiment of the second design, the electric circuit is broken due to the transition of the free space available in the thermal link tube into the discontinuous electric gap.

Предлагаемые электрические нагревательные элементы имеют малую трудоемкость изготовления, простую конструкцию, высокие технические характеристики, высокую надежность.The proposed electric heating elements have a low manufacturing complexity, simple design, high technical characteristics, high reliability.

Промышленная применимость предлагаемых конструкций очевидна. Эти конструкции прошли опытные испытания в Нижнем Новгороде на предприятии ООО “ЭНТЗ” и показали хорошие результаты.The industrial applicability of the proposed designs is obvious. These designs have been tested in Nizhny Novgorod at the enterprise ENTZ LLC and have shown good results.

Claims

1. An electric heating element containing a spiral made of a metal wire with high electrical resistivity, a thermo link in the form of a tube made of fusible metal alloy, a metal plug placed inside the spiral and fixed at its end located on the thermal link side, a contact made from a metal tube, partially worn on the thermo link and rigidly connected to it, characterized in that the coils of the spiral part at the end located on the thermo link side are connected They are interconnected along the length from the edge of the end of the spiral, and at least to the cork, forming the rigid part of the spiral, which is partially worn on the thermo link and rigidly connected to it, while the distance along the axis of symmetry between the spiral and the contact provides a break in the heating circuit element when exceeding the critical temperature of the thermal link equal to the melting temperature of its material.

2. The electric heating element according to claim 1, characterized in that the metal plug is connected by soldering to the thermal link.

3. An electric heating element containing a spiral made of a metal wire with high electrical resistivity, a thermo link in the form of a tube made of a low-melting metal alloy, a metal plug placed inside the spiral and fixed at its end located on the thermal link, characterized in that it contains a second spiral made of a metal wire with high electrical resistivity and a second metal plug placed inside this spiral whether it is fixed at its end, located on the other side of the thermal link, the coils of the spiral part, at the ends located at the thermal link, are interconnected along the length from the edges of the ends of the spirals and, at least, to the metal plugs, forming rigid parts of the spirals, which are partially put on the thermo link and rigidly connected to it, while the distance along the axis of symmetry between the spirals ensures a break in the electric circuit of the heating element when the critical temperature of the thermo link exceeds the melting temperature of its material.

4. The electric heating element according to claim 3, characterized in that the metal plugs are connected by soldering to the thermal link.