RU2340124C1

RU2340124C1 - Heater (2 versions)

Info

Publication number: RU2340124C1
Application number: RU2007106805/09A
Authority: RU
Inventors: Алексей Николаевич Пачколин (RU); Алексей Николаевич Пачколин
Original assignee: Алексей Николаевич Пачколин
Priority date: 2007-02-22
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2008-11-27
Also published as: RU2007106805A

Abstract

FIELD: electricity; heating.

SUBSTANCE: heater contains frame (6) with in-built cylinder (9) made of refractory heat-conducting material, additional cylinder (11) made of refractory material and circumjacent cylinder (9) coaxially, heating resistance element (12) mounted on the cylinder (9) in spiral groove, electrical and heat insulating layer (10) arranged between additional cylinder (11) and frame (6). Heating resistance element (12) is designed as wire on the cylinder (9) in spiral groove. In the second version of heater wire is fixed in spiral groove by means of locating fixture mounted on surface of the cylinder (9) above spiral groove and wire of heater providing air clearance between it and additional cylinder (11). Heater can be designed as separate sections. Separate sections can be parallel interconnected.

EFFECT: heating of long-measuring products for following shape change.

10 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к нагревательным устройствам, и предназначено для нагрева длинномерных изделий, например пластиковых изделий, для последующего изменения их формы.The invention relates to electrical engineering, in particular to heating devices, and is intended for heating long products, such as plastic products, for subsequent change in their shape.

Известны нагревательные устройства (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №76504, кл. 21 h, 15/01, опубл. 30 сентября 1949 г.; описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №92245, кл. 21 h, 15, опубл. 3 мая 1950 г.; описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №76041, кл. 21 h, 10/08, опубл. 31 мая 1949 г.), включающие нагревательный элемент сопротивления в виде спирали на теплопроводном основании цилиндрической формы. Недостатком указанных нагревательных устройств является высокая трудоемкость изготовления и невысокая надежность, обусловленная конструкцией крепления нагревательного элемента в устройстве. Не исключена возможность неравномерного распределения спирали нагревательного элемента на теплопроводном основании, вызывающая местные перегревы или даже замыкания соседних витков. Попытки устранения указанных недостатков расположением спирали нагревательного элемента в дистанционирующих изоляторах, выполненных с пазами (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №246721, кл. 21 b, 2/01 МПК H05b, опубл. 21.11.1969 г., описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №936465, МПК 3 Н05В 3/64, опубл. 17.06.1982 г.), привели к значительному усложнению конструкции и увеличению трудоемкости сборки таких нагревательных устройств.Heating devices are known (see, for example, the description of the invention to the USSR copyright certificate No. 76504, class 21 h, 15/01, publ. September 30, 1949; the description of the invention to the USSR copyright certificate No. 92245, class 21 h, 15 , published on May 3, 1950; a description of the invention to the USSR copyright certificate No. 76041, class 21 h, 10/08, published May 31, 1949), including a resistance heating element in the form of a spiral on a cylindrical heat-conducting base. The disadvantage of these heating devices is the high complexity of manufacturing and low reliability due to the design of the mounting of the heating element in the device. The possibility of uneven distribution of the spiral of the heating element on a heat-conducting base, which causes local overheating or even closure of adjacent turns, is not ruled out. Attempts to eliminate these drawbacks by arranging the spiral of the heating element in spacer insulators made with grooves (see, for example, the description of the invention to the USSR copyright certificate No. 246721, class 21 b, 2/01 IPC H05b, publ. 11/21/1969, description inventions to the USSR author's certificate No. 936465, IPC 3 Н05В 3/64, publ. 06/17/1982), led to a significant complication of the design and increase the complexity of the assembly of such heating devices.

Ближайшим аналогом к заявленному изобретению является «Лабораторная трубчатая электрическая печь сопротивления» (см. свидетельство на полезную модель RU 2294, МПК 6 F27B 17/02), содержащая корпус с расположенным в нем цилиндром из огнеупорного теплопроводящего материала, дополнительный цилиндр из огнеупорного материала, расположенный вокруг цилиндра соосно, нагревательный элемент сопротивления, расположенный на цилиндре в спиральной канавке, слой электротеплоизолирующего материала, расположенный между дополнительным цилиндром и корпусом.The closest analogue to the claimed invention is a “Laboratory tube electric resistance furnace” (see utility model certificate RU 2294, IPC 6 F27B 17/02), comprising a housing with a cylinder of refractory heat-conducting material located therein, an additional cylinder of refractory material located around the cylinder coaxially, a resistance heating element located on the cylinder in a spiral groove, a layer of electrothermal insulation material located between the additional cylinder and the housing.

Недостатком ближайшего аналога является невысокая надежность закрепления спирали нагревателя на цилиндре, не исключающая возможность неравномерного распределения витков спирали нагревателя на цилиндре вплоть до замыкания отдельных витков. Указанный недостаток приводит к получению неравномерности теплового поля внутри печи, особенно заметной при нагревании изделий до температур порядка 100-150°С.The disadvantage of the closest analogue is the low reliability of fixing the heater spiral on the cylinder, which does not exclude the possibility of uneven distribution of the turns of the heater spiral on the cylinder until the individual turns are closed. This drawback leads to unevenness of the thermal field inside the furnace, especially noticeable when the products are heated to temperatures of the order of 100-150 ° C.

Задачей изобретения является получение нагревательного устройства с равномерным распределением теплового поля внутри устройства и обеспечением снижения трудоемкости изготовления.The objective of the invention is to obtain a heating device with a uniform distribution of the thermal field inside the device and to reduce the complexity of manufacturing.

Технический результат выражается в повышении надежности закрепления проволочного нагревательного элемента с сохранением заданного шага расположения его витков, исключении перемещения витков проволочного нагревательного элемента как в процессе сборки нагревательного устройства, так и при эксплуатации нагревательного устройства.The technical result is expressed in increasing the reliability of fixing the wire heating element while maintaining a given step of arranging its turns, eliminating the movement of turns of the wire heating element both during assembly of the heating device and during operation of the heating device.

Сущность изобретения характеризуется совокупностью существенных признаков, общих с ближайшим аналогом: корпус с расположенным в нем цилиндром из огнеупорного теплопроводящего материала, дополнительный цилиндр из огнеупорного материала, расположенный вокруг цилиндра соосно, нагревательный элемент сопротивления, расположенный на цилиндре в спиральной канавке, слой электротеплоизолирующего материала, расположенный между дополнительным цилиндром и корпусом, и признаками, отличными от ближайшего аналога: нагревательный элемент сопротивления выполнен в виде натянутой проволоки, расположенной на цилиндре в спиральной канавке, размеры которой по высоте и ширине соответствуют диаметру проволоки и обеспечивают фиксацию проволоки в спиральной канавке.The invention is characterized by a combination of essential features common with the closest analogue: a housing with a cylinder of refractory heat-conducting material located in it, an additional cylinder of refractory material located coaxially around the cylinder, a resistance heating element located on the cylinder in a spiral groove, a layer of electrothermal insulation material located between the additional cylinder and the housing, and features other than the closest analogue: heating element The tensile wire is made in the form of a stretched wire located on the cylinder in a spiral groove, the dimensions of which in height and width correspond to the diameter of the wire and provide fixation of the wire in the spiral groove.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на фиг.1 показан вид нагревательного устройства в продольном сечении;figure 1 shows a view of a heating device in longitudinal section;

на фиг.2 показан вид В - расположение витков нагревательного элемента на цилиндре;figure 2 shows a view In the location of the turns of the heating element on the cylinder;

на фиг.3 показан вид С - расположение витков нагревательного элемента на цилиндре и соединение с гибким проводом;figure 3 shows a view C - the location of the turns of the heating element on the cylinder and the connection with a flexible wire;

на фиг.4 показан вид в сечении А-А первого варианта изобретения при фиксации проволоки в спиральной канавке;figure 4 shows a view in section aa of the first embodiment of the invention when fixing the wire in a spiral groove;

на фиг.5 показан вид в сечении А-А второго варианта изобретения при фиксации проволоки в спиральной канавке.figure 5 shows a view in section aa of the second variant of the invention when fixing the wire in a spiral groove.

Нагревательное устройство содержит корпус 6 с расположенным в нем цилиндром 9 из огнеупорного теплопроводящего материала, нагревательный элемент сопротивления 12 (фиг.1-5). Нагревательный элемент сопротивления 12 может быть выполнен из проволоки с высоким удельным электрическим сопротивлением материала, например из нихрома. На внешней стороне цилиндра 9 выполнена спиральная канавка 15, в которую уложен нагревательный элемент сопротивления 12 (фиг.2-5). Канавка 15 может иметь прямоугольное сечение, в частности квадратное, в поперечном сечении или скругленное дно в сечении в виде полуокружности (фиг.4, 5).The heating device comprises a housing 6 with a cylinder 9 made of refractory heat-conducting material located therein, a resistance heating element 12 (Figs. 1-5). The resistance heating element 12 may be made of a wire with a high electrical resistivity of the material, for example, nichrome. On the outer side of the cylinder 9, a spiral groove 15 is made, in which a heating element of resistance 12 is laid (Figs. 2-5). The groove 15 may have a rectangular section, in particular a square, in cross section or a rounded bottom in section in the form of a semicircle (Figs. 4, 5).

В первом варианте нагревательного устройства фиксация проволоки в спиральной канавке 15 осуществлена посредством расположенного между стенками канавки и проволокой фиксирующего элемента. Фиксирующий элемент заполняет спиральную канавку 15 в полужидком или сметанообразном состоянии и затвердевает при испарении жидкого компонента, приобретая твердость. Таким фиксирующим элементом может быть самозатвердевающий раствор цемента (фиг.4).In the first embodiment of the heating device, the wire is fixed in the spiral groove 15 by means of a fixing element located between the walls of the groove and the wire. The locking element fills the spiral groove 15 in a semi-liquid or creamy state and hardens upon evaporation of the liquid component, acquiring hardness. Such a fixing element may be a self-hardening cement mortar (figure 4).

Во втором варианте нагревательного устройства фиксация проволоки в спиральной канавке 15 осуществлена посредством наложенного на проволоку и поверхность цилиндра 9 фиксирующего элемента 17 (фиг.5) с обеспечением воздушного зазора между ним и дополнительным цилиндром 11. Фиксирующий элемент 17 выполнен в виде ленты, намотанной на поверхность цилиндра 9 (фиг.5). Таким фиксирующим элементом 17 может быть лента из стеклоткани или лакоткани. Вокруг цилиндра 9 соосно расположен дополнительный цилиндр 11. Цилиндр 9 и дополнительный цилиндр 11 могут быть выполнены, например, из асбоцементного материала. Между дополнительным цилиндром 11 и стенками 16 корпуса 6 расположен слой электротеплоизолирующего материала 10 (фиг.1-3), например пенопена. Концы нагревательного элемента 12 присоединены к стойкам 14, установленным в цилиндре 9, например, посредством резьбового соединения. К стойкам 14 присоединены жилы 13 гибких проводов 4 (фиг.3). Стойки 14 могут быть выполнены из электропроводящего материала с низким удельным электрическим сопротивлением. Жилы 13 могут быть медными, а провод 4 иметь винилрезиновую изоляцию. Гибкие провода 4 проложены через отверстия дополнительного цилиндра 11, через слой электротеплоизолирующего материала 10 и присоединены к выключателю 2, расположенном на корпусе 6. Выключатель 2 через регулятор температуры 3 соединен с источником переменного тока.In the second embodiment of the heating device, the wire is fixed in the spiral groove 15 by means of a fixing element 17 (Fig. 5) superimposed on the cylinder and the surface of the cylinder 9, providing an air gap between it and the additional cylinder 11. The fixing element 17 is made in the form of a tape wound on the surface cylinder 9 (figure 5). Such a fixing element 17 may be a fiberglass or varnished fabric tape. An additional cylinder 11 is coaxially arranged around the cylinder 9. The cylinder 9 and the additional cylinder 11 can be made, for example, of asbestos-cement material. Between the additional cylinder 11 and the walls 16 of the housing 6 is a layer of electrothermal insulation material 10 (Fig.1-3), for example foam. The ends of the heating element 12 are connected to the uprights 14 installed in the cylinder 9, for example, by means of a threaded connection. To the racks 14 are connected cores 13 of flexible wires 4 (figure 3). Racks 14 can be made of electrically conductive material with a low electrical resistivity. The cores 13 may be copper, and the wire 4 may have vinyl rubber insulation. Flexible wires 4 are laid through the openings of the additional cylinder 11, through a layer of electrothermal insulation material 10 and are connected to a switch 2 located on the housing 6. The switch 2 is connected to an alternating current source through a temperature controller 3.

Нагревательный элемент сопротивления 12 может быть выполнен из отдельных секций. Эти секции соединяются параллельно между собой через раздельные выключатели 2 и регулятор нагрева 3 посредством гибких проводов, расположенных в слое электротеплоизолирующего материала 10 внутри корпуса 6, с общим источником переменного напряжения. Концы секций нагревательного элемента 12 также могут быть присоединены к жилам 13 гибких проводов 4 посредством дополнительно установленных в цилиндре 9 стоек 14. Стойки 14 могут быть выполнены из электропроводящего материала с низким удельным электрическим сопротивлением. Над дополнительно установленными стойками 14 в цилиндре 11 расположены соответствующие отверстия для гибких проводов 4. Фиксация положения цилиндра 9 внутри дополнительного цилиндра 11 осуществляется набивкой теплоизолирующего материала (на чертежах условно не показан) в пространство между цилиндром 9 и дополнительным цилиндром 11. Дополнительный цилиндр 11 внутри корпуса 6 закреплен посредством перегородок 8 с внешней формой, соответствующей внутренней форме корпуса и отверстием, соответствующим наружному диаметру дополнительного цилиндра 11. Перегородки 8 выполнены из электротеплоизолирующего материала, например древесностружечной плиты. В перегородках 8 выполнены каналы для прокладки через них гибких проводов 4.The heating element of the resistance 12 can be made of separate sections. These sections are connected in parallel with each other through separate switches 2 and a heating controller 3 by means of flexible wires located in a layer of electrothermal insulation material 10 inside the housing 6, with a common source of alternating voltage. The ends of the sections of the heating element 12 can also be connected to the cores 13 of the flexible wires 4 through additional racks 14 installed in the cylinder 9. The racks 14 can be made of electrically conductive material with a low electrical resistivity. Above the additionally installed racks 14 in the cylinder 11 there are corresponding openings for flexible wires 4. The position of the cylinder 9 inside the additional cylinder 11 is fixed by stuffing heat-insulating material (not shown conditionally in the drawings) into the space between the cylinder 9 and the additional cylinder 11. The additional cylinder 11 inside the housing 6 is fixed by means of partitions 8 with an external shape corresponding to the internal shape of the housing and an opening corresponding to the outer diameter of the additional cylinder pa 11. Partitions 8 elektroteploizoliruyuschego made of material such as particle board. In the partitions 8, channels are made for laying flexible wires 4 through them.

Корпус 6 может быть выполнен в виде прямоугольных стенок 16 (фиг.4, 5), например из древесностружечных плит, и торцевых стенок (на чертеже условно не показаны), например из древесностружечной плиты с отверстием, превышающим в диаметре внутренний диаметр цилиндра 9 примерно на 1-4 мм. Эта разница в диаметрах необходима для исключения контакта отверстия торцевой крышки корпуса 6 с поверхностью изделия, помещаемого внутрь цилиндра 9 для нагрева или вынимаемого из цилиндра 9, и нанесения возможных царапин на поверхности изделия.The housing 6 can be made in the form of rectangular walls 16 (Figs. 4, 5), for example, of particle boards, and end walls (not shown conventionally in the drawing), for example, of a particle board with a hole larger than the diameter of the inner diameter of the cylinder 9 by approximately 1-4 mm. This difference in diameters is necessary to prevent contact of the opening of the end cover of the housing 6 with the surface of the product placed inside the cylinder 9 for heating or removed from the cylinder 9, and causing possible scratches on the surface of the product.

В средней части цилиндра 9 из огнеупорного теплопроводящего материала выполнено отверстие, в котором установлен теплочувствительный измерительный элемент (на чертеже условно не показан), который электрически присоединен проводами через электротеплоизолирующий материал 10 к прибору измерения температуры 7, расположенном на внешней стороне корпуса 6. Выключатели 2 и регулятор температуры 3, расположенные на внешней стороне корпуса 6, могут быть накрыты прозрачной крышкой 1, закрепленной на корпусе, например, на петлях. Крышка 1 позволяет избежать случайного отключения выключателем 2 какой-либо секции нагревательного элемента 12 или изменения положения регулятора температуры 3. Для визуальной индикации работы секций нагревательного элемента 12 к каждой секции посредством гибких проводов 4 параллельно подключены лампы индикации 5, расположенные на боковой стороне корпуса 6.In the middle part of the cylinder 9, a hole is made of refractory heat-conducting material, in which a heat-sensitive measuring element (conventionally not shown in the drawing) is installed, which is electrically connected by wires through an electrothermal insulation material 10 to a temperature measuring device 7 located on the outside of the housing 6. Switches 2 and the temperature regulator 3 located on the outside of the housing 6 can be covered with a transparent cover 1 mounted on the housing, for example, on hinges. The cover 1 allows you to avoid accidentally turning off the switch 2 of any section of the heating element 12 or changing the position of the temperature controller 3. For visual indication of the operation of the sections of the heating element 12 to each section through flexible wires 4 are connected in parallel indication lamps 5 located on the side of the housing 6.

Работа нагревательного устройства осуществляется следующим образом. Нагревательный элемент 12 через выключатель 2 и регулятор 3 подключается к сети питания переменного тока. Нагрев объема внутри цилиндра 9 до заданной температуры, например до 110°С, осуществляется при контролировании температуры посредством прибора измерения температуры 7. При достижении необходимой температуры регулятор 3 оставляют в положении, обеспечивающем поддержание заданной температуры. Внутрь цилиндра 9 могут быть помещены изделия, например длинные профили из пластикового материала, для осуществления нагрева до заданной температуры для последующего внешнего формообразования, например изгиба по дуге после выемки из цилиндра на подготовленном заранее для гибки оборудовании.The operation of the heating device is as follows. The heating element 12 through the switch 2 and the regulator 3 is connected to the AC power supply. The volume inside the cylinder 9 is heated to a predetermined temperature, for example, to 110 ° C., when the temperature is controlled by means of a temperature measuring device 7. When the required temperature is reached, the regulator 3 is left in a position that maintains the set temperature. Inside the cylinder 9, articles can be placed, for example, long profiles of plastic material, for heating to a predetermined temperature for subsequent external shaping, for example, bending along an arc after being removed from the cylinder on equipment prepared in advance for bending.

При выполнении нагревательного элемента 12 из отдельных секций каждая секция подключается к сети переменного тока через соответствующие выключатели 2 и далее осуществляется нагрев цилиндра 9 до получения внутри него необходимой температуры.When performing the heating element 12 from separate sections, each section is connected to the AC network through the corresponding switches 2 and then the cylinder 9 is heated to obtain the necessary temperature inside it.

Claims

1. A heating device comprising a housing with a cylinder of refractory heat-conducting material located inside it, an additional cylinder of refractory material located coaxially around the cylinder, a resistance heating element located on the cylinder in a spiral groove, a layer of electrothermal insulation material located between the additional cylinder and the housing, characterized in that the resistance heating element is made in the form of a stretched wire located on a cylinder in a spiral channel Application of a size in height and width correspond to the diameter of the wire and provide a fixation of the wire in the helical groove means disposed between the groove walls and the wire fixing member.

2. The heating device according to claim 1, characterized in that on the outer side of the cylinder the heating element is made in the form of separate sections, the number is more than one, and the ends of each section are mounted on racks installed in the cylinder from electrically conductive material with low electrical resistivity.

3. The heating device according to claim 2, characterized in that the separate sections of the heating element are interconnected in parallel through respective individual switches and a common heating controller by means of flexible wires located in a layer of electrically heat-insulating material inside the housing.

4. The heating device according to claim 1, characterized in that a hole is made in the middle part of the cylinder of the refractory heat-conducting material, in which a heat-sensitive measuring element is mounted, connected by wires through a layer of electrically heat-insulating material to a temperature measuring device located on the outside of the housing.

5. The heating device according to claim 1, characterized in that the additional cylinder inside the housing is fixed by means of partitions with an opening corresponding to the outer diameter of the additional cylinder.

6. A heating device comprising a housing with a cylinder of refractory heat-conducting material located therein, an additional cylinder of refractory material located coaxially around the cylinder, a resistance heating element located on the cylinder in a spiral groove, a layer of electrothermal insulation material located between the additional cylinder and the housing, characterized in that the resistance heating element is made in the form of a stretched wire located on a cylinder in a spiral channel Application of a size in height and width correspond to the diameter of the wire and provide a fixation of the wire in the helical groove means located on the cylinder surface of the spiral groove and a wire fixing member ensuring an air gap between it and the auxiliary cylinder.

7. The heating device according to claim 6, characterized in that on the outer side of the cylinder the heating element is made in the form of separate sections, the number is more than one, and the ends of each section are mounted on racks installed in the cylinder from electrically conductive material with low electrical resistivity.

8. The heating device according to claim 7, characterized in that the separate sections of the heating element are interconnected in parallel through respective individual switches and a common heating controller by means of flexible wires located in a layer of electrically heat-insulating material inside the housing.

9. The heating device according to claim 6, characterized in that a hole is made in the middle part of the cylinder of the refractory heat-conducting material, in which a heat-sensitive measuring element is mounted, connected by wires through a layer of electrically heat-insulating material to a temperature measuring device located on the outside of the housing.

10. The heating device according to claim 6, characterized in that the additional cylinder inside the housing is fixed by means of partitions with an opening corresponding to the outer diameter of the additional cylinder.