электрический нагревательный элемент с термопредохранителем (варианты)

Формула изобретения

1. Электрический нагревательный элемент с термопредохранителем, содержащий термопредохранитель, состоящий из термозвена, выполненного в виде трубки из легкоплавкого металлического сплава, контакта, выполненного в виде трубки из металла, частично надетого на один из двух концов термозвена и соединенного с ним, электровывода, изготовленного из металлической проволоки, компенсатора, выполненного в виде ступенчатой пространственной спирали из металлической проволоки с высоким удельным электрическим сопротивлением, введенного зауженной частью в контакт и соединенного с ним, нагреватель, выполненный в виде винтовой пространственной спирали из металлической проволоки с высоким удельным электрическим сопротивлением, конечная часть которого надета на электровывод термопредохранителя и соединена с ним, отличающийся тем, что в термопредохранителе другой конец термозвена соединен с концом электровывода, выходящим из нагревателя, таким образом, чтобы в промежутке между контактом и электровыводом после расплавления материала термозвена образовывался разрыв электрической цепи.

2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что в конец зауженной части компенсатора термопредохранителя введена пробка.

3. Элемент по п.1, отличающийся тем, что конец зауженный части компенсатора термопредохранителя выполнен в виде пространственной спирали с переменным диаметром витков, уменьшающимся к ее концу.

4. Элемент по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что внутренняя поверхность термозвена термопредохранителя покрыта веществом-активатором.

5. Элемент по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что внутренняя полость термозвена термопредохранителя заполнена веществом-активатором.

6. Элемент по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что внутренняя полость термозвена термопредохранителя заполнена веществом-активатором и выполнена закрытой.

7. Элемент по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что внутренняя поверхность термозвена термопредохранителя покрыта веществом-активатором и на свободную часть термозвена надет ограничитель, выполненный в виде трубки из термостойкого электроизоляционного материала.

8. Элемент по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что внутренняя полость термозвена термопредохранителя заполнена веществом-активатором и выполнена закрытой, а на свободную часть термозвена надет ограничитель, выполненный в виде трубки из термостойкого электроизоляционного материала.

9. Электрический нагревательный элемент с термопредохранителем, содержащий термопредохранитель, состоящий из термозвена, выполненного в виде трубки из легкоплавкого металлического сплава, компенсатора, изготовленного из металлической проволоки с высоким удельным электрическим сопротивлением, электровывода, изготовленного из металлической проволоки, нагреватель, выполненный в виде винтовой пространственной спирали из металлической проволоки с высоким удельным электрическим сопротивлением, конечная часть которого надета на электровывод термопредохранителя и соединена с ним, отличающийся тем, что в термопредохранителе компенсатор выполнен в виде винтовой пространственной спирали, часть витков на конце которой соединены друг с другом, термозвено частично введено одним концом в конечную часть компенсатора со стороны витков, соединенных друг с другом, и соединено с ним, другим концом соединено с концом электровывода, выходящим из нагревателя, таким образом, чтобы в промежутке между компенсатором и электровыводом, после расплавления материала термозвена, образовывался разрыв электрической цепи.

10. Элемент по п.9, отличающийся тем, что внутренняя поверхность термозвена термопредохранителя покрыта веществом-активатором.

11. Элемент по п.9, отличающийся тем, что внутренняя полость термозвена термопредохранителя заполнена веществом-активатором.

12. Элемент по п.9, отличающийся тем, что внутренняя полость термозвена термопредохранителя заполнена веществом-активатором и выполнена закрытой.

13. Элемент по п.9, или 10, или 11, или 12, отличающийся тем, что на свободную часть термозвена надет ограничитель, выполненный в виде трубки из термостойкого электроизоляционного материала.

14. Электрический нагревательный элемент с термопредохранителем, содержащий термопредохранитель, состоящий из термозвена, выполненного в виде трубки из легкоплавкого металлического сплава, компенсатора, изготовленного из металлической проволоки с высоким удельным электрическим сопротивлением, электровывода, изготовленного из металлической проволоки, нагреватель, выполненный в виде винтовой пространственной спирали из металлической проволоки с высоким удельным электрическим сопротивлением, конечная часть которого надета на электровывод термопредохранителя и соединена с ним, отличающийся тем, что в термопредохранителе компенсатор выполнен в виде винтовой пространственной спирали, термозвено частично введено одним концом в конечную часть компенсатора и соединено с ним, другим концом соединено с концом электровывода, выходящим из нагревателя, таким образом, чтобы в промежутке между компенсатором и электровыводом после расплавления материала термозвена образовывался разрыв электрической цепи.

15. Элемент по п.14, отличающийся тем, что внутренняя поверхность термозвена термопредохранителя покрыта веществом-активатором.

16. Элемент по п.14, отличающийся тем, что внутренняя полость термозвена термопредохранителя заполнена веществом-активатором.

17. Элемент по п.14, отличающийся тем, что внутренняя поверхность термозвена термопредохранителя покрыта веществом-активатором и выполнена закрытой.

18. Элемент по п.14, отличающийся тем, что внутренняя полость термозвена термопредохранителя заполнена веществом-активатором и выполнена закрытой.

19. Элемент по п.14, или 15, или 16, или 17, или 18, отличающийся тем, что на свободную часть термозвена надет ограничитель, выполненный в виде трубки из термостойкого электроизоляционного материала.

20. Электрический нагревательный элемент с термопредохранителем, содержащий термопредохранитель, состоящий из термозвена, выполненного в виде трубки из легкоплавкого металлического сплава, компенсатора, изготовленного из металлической проволоки с высоким удельным электрическим сопротивлением, нагреватель, выполненный в виде винтовой пространственной спирали из металлической проволоки с высоким удельным электрическим сопротивлением, отличающийся тем, что в термопредохранителе компенсатор выполнен в виде винтовой пространственной спирали, частично надет на конец термозвена и соединен с ним, термозвено выполнено закрытым с другого конца, частично введено этим концом в конечную часть нагревателя и соединено с ним таким образом, чтобы в промежутке между компенсатором и нагревателем после расплавления материала термозвена образовывался разрыв электрической цепи.

21. Элемент по п.20, отличающийся тем, что внутренняя поверхность термозвена термопредохранителя покрыта веществом-активатором.

22. Элемент по п.20, отличающийся тем, что внутренняя полость термозвена термопредохранителя заполнена веществом-активатором.

23. Элемент по п.20, отличающийся тем, что внутренняя поверхность термозвена термопредохранителя покрыта веществом-активатором и выполнена закрытой.

24. Элемент по п.20, отличающийся тем, что внутренняя полость термозвена термопредохранителя заполнена веществом-активатором и выполнена закрытой.

25. Элемент по п.20, или 21, или 22, или 23, или 24, отличающийся тем, что на свободную часть термозвена надет ограничитель, выполненный в виде трубки из термостойкого электроизоляционного материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим нагревательным элементам, предназначенным для оснащения трубчатых электрических нагревателей (ТЭНов), защищенных от перегрева при ненормальной работе.

Известна конструкция электрического нагревательного элемента с термовыключателем по патенту РФ № 2189658, Н01Н 37/76, Н05В 3/48, 2002, фиг.1, фиг.7.

Недостатком этой конструкции является ограниченность ее применения для ТЭНов с алюминиевой оболочкой.

Наиболее близким техническим решением, взятым за прототип, для предлагаемых вариантов электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, является конструкция, состоящая из термопредохранителя (термовыключателя разового действия) по патенту РФ № 39740, H01H 37/76, Н05В 3/06, 2004, пункт 8 формулы, фиг.9, соединенного с нагревателем, как показано на фиг.21 описания патента.

Эта конструкция содержит нагреватель, выполненный из металлической проволоки с высоким удельным электрическим сопротивлением в виде винтовой пространственной спирали, и термопредохранитель (термовыключатель разового действия), состоящий из термозвена (термочувствительного элемента) в виде трубки из легкоплавкого металлического сплава, двух контактов, выполненных из металлической трубки, каждый из которых частично надет на противоположные концы термозвена и жестко соединен с ним, расположенных друг от друга на расстоянии, обеспечивающем разрыв электрической цепи при срабатывании термопредохранителя, компенсатора (спирали), выполненного из металлической проволоки с высоким удельным сопротивлением, в виде двухступенчатой пространственной спирали, введенного зауженной частью в один из контактов и обжатого в нем, электровывода, выполненного из металлической проволоки, один конец которого введен в другой контакт и обжат в нем, другой конец введен в конец нагревателя и соединен с ними.

Недостатками этой конструкции являются сложность конструкции и достаточно большое время срабатывания термопредохранителя (30 40 с для ТЭНов с оболочкой из нержавеющей стали).

Задача, решаемая предлагаемым изобретением электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, - упрощение конструкции изделия, снижение трудоемкости изготовления изделия, улучшение технической характеристики изделия, в части быстродействия срабатывания термопредохранителя.

Технический результат от использования изобретения электрического нагревательного элемента с термопредохранителем - простая конструкция изделия, низкая трудоемкость изготовления изделия, малое время срабатывания термопредохранителя (20 30 с для ТЭНов с оболочкой из нержавеющей стали).

Указанный технический результат достигается за счет того, что:

- в 1, 2, 3 вариантах конструкции электровывод и термозвено соединены пайкой непосредственно друг с другом - исключается изготовление одного контакта;

- в 2, 3, 4 вариантах конструкции термозвено и компенсатор соединены друг с другом непосредственно - исключается изготовление второго контакта:

- в 4 варианте конструкции нагреватель и термозвено соединены друг с другом непосредственно - исключается изготовление электровывода термопредохранителя;

во всех вариантах конструкции увеличилась возможность приближения термозвена к источникам тепла (нагревателю и компенсатору), а это позволило увеличить быстродействие термозащиты.

С целью исключения попадания электроизоляционного сыпучего наполнителя к торцу термозвена при встраивании первого варианта конструкции в оболочку ТЭНа, конец компенсатора со стороны зауженной части закрыт пробкой, при этом прямой проход из внутреннего пространства компенсатора через контакт к термозвену перекрыт.

Прямой проход из внутреннего пространства компенсатора через контакт к термозвену может быть перекрыт витками спирали компенсатора, выполненными с переменным диаметром, уменьшающимся к концу спирали.

С целью уменьшения стоимости материала термозвена, во всех вариантах конструкции возможна замена дорогостоящего самофлюсуемого припоя на менее стоящий не самофлюсуемый припой. В этом случае внутренняя поверхность трубки термозвена покрыта веществом-активатором, с температурой плавления и удельной электрической проводимостью ниже, чем у материала термозвена.

Веществом-активатором можно заполнить всю внутреннюю полость термозвена во всех вариантах конструкции.

Для лучшей сохранности вещества-активатора и для исключения попадания сыпучего электроизоляционного наполнителя оболочки ТЭНа внутрь термозвена, во всех вариантах конструкции, торец конца трубки термозвена может быть герметично закрыт.

С целью упрощения технологии стыковки нагревателя с термопредохранителем, во всех вариантах конструкции, на термозвено может быть надет ограничитель, изготовленный из электроизоляционной трубки.

На фиг.1 показан первый вариант конструкции электронагревательного элемента с термопредохранителем, включающий в себя термозвено, один конец которого соединен пайкой с электровыводом, другой конец соединен с контактом, соединенным опрессовкой с зауженной частью компенсатора.

На фиг.2 показано сечение первого варианта конструкции электронагревательного элемента с термопредохранителем, изображенного на фиг.1, в месте соединения контакта с компенсатором.

На фиг.3 показана часть продольного разреза исполнения первого варианта конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, в котором в конец зауженной части компенсатора введена пробка.

На фиг.4 показана часть продольного разреза исполнения первого варианта конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, в котором прямой проход из внутреннего пространства компенсатора через контакт к термозвену перекрыт витками спирали компенсатора, выполненными с переменным диаметром, уменьшающимся к концу спирали.

На фиг.5 показана часть продольного разреза исполнения первого варианта конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, в котором внутренняя поверхность термозвена покрыта веществом-активатором.

На фиг.6 показана часть продольного разреза исполнения первого варианта конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, в котором термозвено заполнено веществом-активатором.

На фиг.7 показана часть продольного разреза исполнения первого варианта конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, в котором внутренняя полость термозвена закрыта герметично.

На фиг.8 показана часть продольного разреза исполнения первого варианта конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, в котором на термозвено надет ограничитель, обеспечивающий точную стыковку электровывода термопредохранителя с нагревателем.

На фиг.9 показан второй вариант конструкции электронагревательного элемента с термопредохранителем, включающий в себя термозвено, один конец которого соединен пайкой с электровыводом, другой конец соединен с компенсатором, часть витков которого со стороны, обращенной к термозвену, соединены между собой.

На фиг.10 показана часть продольного разреза исполнения второго варианта конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, в котором термозвено соединено с компенсатором прессовым соединением.

На фиг.11 показано сечение второго варианта конструкции электронагревательного элемента с термопредохранителем, изображенного на фиг.10, в месте соединения термозвена с компенсатором.

На фиг.12 показана часть продольного разреза исполнения второго варианта конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, в котором внутренняя поверхность термозвена покрыта веществом-активатором.

На фиг.13 показана часть продольного разреза исполнения второго варианта конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, в котором термозвено заполнено веществом-активатором.

На фиг.14 показана часть продольного разреза исполнения второго варианта конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, в котором внутренняя полость термозвена закрыта герметично.

На фиг.15 показана часть продольного разреза исполнения второго варианта конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, в котором на термозвено надет ограничитель, обеспечивающий точную стыковку электровывода термопредохранителя с нагревателем.

На фиг.16 показан третий вариант конструкции электронагревательного элемента с термопредохранителем, включающий в себя термозвено, один конец которого соединен пайкой с электровыводом, другой конец соединен опрессовкой с компенсатором.

На фиг.17 показано сечение третьего варианта конструкции электронагревательного элемента с термопредохранителем, изображенного на фиг.16, в месте соединения термозвена с компенсатором.

На фиг.18 показана часть продольного разреза исполнения третьего варианта конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, в котором внутренняя поверхность термозвена покрыта веществом-активатором.

На фиг.19 показана часть продольного разреза исполнения третьего варианта конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, в котором термозвено заполнено веществом-активатором.

На фиг.20 показана часть продольного разреза исполнения третьего варианта конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, в котором внутренняя полость термозвена закрыта герметично.

На фиг.21 показана часть продольного разреза исполнения третьего варианта конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, в котором на термозвено надет ограничитель, обеспечивающий точную стыковку электровывода термопредохранителя с нагревателем и термозвена с компенсатором.

На фиг.22 показан четвертый вариант конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, включающий в себя термозвено, один конец которого обжат конечными витками спирали нагревателя, другой конец обжат конечными витками спирали компенсатора. Термозвено закрыто с торца со стороны, присоединенной к нагревателю.

На фиг.23 показано сечение четвертого варианта конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, изображенного на фиг.22, в месте соединения термозвена с нагревателем.

На фиг.24 показана часть продольного разреза исполнения четвертого варианта конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, в котором внутренняя поверхность термозвена покрыта веществом-активатором.

На фиг.25 показана часть продольного разреза исполнения четвертого варианта конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, в котором термозвено заполнено веществом-активатором.

На фиг.26 показана часть продольного разреза исполнения четвертого варианта конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, в котором внутренняя полость термозвена закрыта герметично.

На фиг.27 показана часть продольного разреза исполнения четвертого варианта конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, в котором на термозвено надет ограничитель, обеспечивающий точную стыковку термопредохранителя с нагревателем.

На фиг.28 показана часть продольного разреза ТЭНа со встроенным первым вариантом конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, изображенным на фиг.1.

На фиг.29 показана часть продольного разреза ТЭНа, изображенного на фиг.28 в состоянии, наступившем после срабатывания термопредохранителя.

На фиг.30 показана часть продольного разреза ТЭНа со встроенным вторым вариантом конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, изображенным на фиг.9.

На фиг.31 показана часть продольного разреза ТЭНа, изображенного на фиг.30 в состоянии, наступившем после срабатывания термопредохранителя.

На фиг.32 показана часть продольного разреза ТЭНа со встроенным третьим вариантом конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, изображенным на фиг.16.

На фиг.33 показана часть продольного разреза ТЭНа, изображенного на фиг.32 в состоянии, наступившем после срабатывания термопредохранителя.

На фиг.34 показана часть продольного разреза ТЭНа со встроенным четвертым вариантом конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем, изображенным на фиг.22.

На фиг.35 показана часть продольного разреза ТЭНа, изображенного на фиг.34 в состоянии, наступившем после срабатывания термопредохранителя.

Конструкция первого варианта электрического нагревательного элемента с термопредохранителем содержит термопредохранитель, состоящий из термозвена 1, см. фиг.1, выполненного в виде трубки из легкоплавкого металлического сплава, например, самофлюсуемого припоя, контакта 2, выполненного из металлической, например, медной трубки, частично надетого на один конец термозвена и соединенного с ним, электровывода 3, изготовленного из металлической проволоки, один конец которого соединен торцовой поверхностью с другим концом термозвена, компенсатора 4, выполненного из металлической проволоки с высоким удельным сопротивлением, в виде ступенчатой пространственной спирали, введенного зауженной частью в контакт и соединенного с ним опрессовкой, см. фиг.2, нагреватель 5, выполненный из металлической проволоки с высоким удельным сопротивлением, в виде винтовой пространственной спирали, один конец которого надет на другой конец электровывода термопредохранителя и соединен с ним. Нагреватель и компенсатор, обычно, изготавливаются из одинаковой проволоки, с одинаковыми размерами витков наружных концов спиралей. Электровывод, обычно, соединяется с термозвеном пайкой, а с нагревателем контактной сваркой или опрессовкой. Соединение термозвена с контактом, обычно, выполняется пайкой. Разрыв электрической цепи при срабатывании термопредохранителя происходит в промежутке между электровыводом и контактом термопредохранителя. Этим обстоятельством руководствуются при расчете размеров термозвена и при определении длины его свободной и введенной в контакт частей, также при определении объема свободного пространства внутри контакта между концом зауженной части компенсатора и термозвеном. Этот объем выполняется таким, чтобы при заполнении его расплавом материала термочувствительного элемента в зоне между электровыводом и контактом образовался электроизоляционный промежуток, обеспечивающий надежный разрыв электрической цепи ТЭНа. Обычно, этот объем, ориентировочно, равен объему материала термозвена, находящегося между электровыводом и контактом.

С целью исключения попадания сыпучего электроизоляционного наполнителя оболочки ТЭНа к торцу термозвена, введенному в контакт 2, в конец зауженный части компенсатора 4 вставлена пробка 6, выполненная, например, из термостокого кремнеорганического герметика, см. фиг.3.

С целью исключения попадания сыпучего электроизоляционного наполнителя оболочки ТЭНа к торцу термозвена 1, введенному в контакт 2, конец 7 зауженной части компенсатора 4 выполнен в виде пространственной спирали с переменным диаметром витков, уменьшающимся к концу, см. фиг.4.

С целью уменьшения стоимости материала термозвена, возможна замена дорогостоящего самофлюсуемого припоя, содержащего гидрид натрия, на менее стоящий, не самофлюсуемый припой, например оловянисто-свинцовый. В этом случае внутренняя поверхность трубки термозвена 1 покрыта веществом-активатором 8, см. фиг.5, с температурой плавления и удельной электрической проводимостью ниже, чем у материала термозвена, например, канифолью.

Иногда, технологически проще заполнить веществом-активатором 8 всю внутреннюю полость термозвена 1, см. фиг.6.

Для лучшей сохранности вещества-активатора 8 и для исключения попадания сыпучего электроизоляционного наполнителя оболочки ТЭНа внутрь термозвена, конец 9 термозвена 1, введенный в контакт, герметично закрыт, например, запаян, см. фиг.7.

С целью упрощения технологии стыковки нагревателя 5 с электровыводом 3 термопредохранителя на термозвено 1 надет ограничитель 10, изготовленный из электроизоляционной термостойкой трубки, см. фиг.8.

Конструкция второго варианта электрического нагревательного элемента с термопредохранителем содержит термопредохранитель, состоящий из термозвена 1, см. фиг.9, в виде трубки из легкоплавкого металлического сплава, например, самофлюсуемого припоя, электровывода 3, изготовленного из металлической проволоки, соединенного торцовой поверхностью с одним концом термозвена, компенсатора 4, изготовленного из металлической проволоки с высоким удельным сопротивлением, в виде винтовой пространственной спирали, часть витков которой соединены друг с другом, например, спаяны припоем 11, конец которого со стороны, где витки соединены между собой, надет на другой конец термозвена и соединен с ним, нагреватель 5, выполненный из металлической проволоки с высоким удельным сопротивлением, в виде винтовой пространственной спирали, один конец которого надет на электровывод термопредохранителя со стороны другого его конца и соединен с ним, например, контактной сваркой. Обычно, нагреватель и компенсатор изготавливаются из одинаковой проволоки с одинаковыми размерами витков спиралей. Электровывод соединяется с термозвеном пайкой, а с нагревателем контактной сваркой или опрессовкой. Соединение термозвена с компенсатором выполняется пайкой или опрессовкой, см. фиг.10, фиг.11. Разрыв электрической цепи при срабатывании термопредохранителя происходит в промежутке между электровыводом и компенсатором термопредохранителя. Этим обстоятельством руководствуются при расчете размеров термозвена и при определении длины его свободной и введенной в компенсатор частей, также при определении количества витков компенсатора, соединяемых между собой.

С целью уменьшения стоимости материала термозвена, возможна замена дорогостоящего самофлюсуемого припоя, содержащего гидрид натрия, на менее стоящий, не самофлюсуемый припой, например оловянисто-свинцовый. В этом случае внутренняя поверхность трубки термозвена 1 покрыта веществом-активатором 8, см. фиг.12, с температурой плавления и удельной электрической проводимостью ниже, чем у материала термозвена, например, канифолью.

Иногда, технологически проще заполнить веществом-активатором 8 всю внутреннюю полость термозвена 1, см. фиг.13.

Для лучшей сохранности вещества-активатора 8 и для исключения попадания сыпучего электроизоляционного наполнителя оболочки ТЭНа внутрь термозвена, конец 9 термозвена 1, введенный в компенсатор, герметично закрыт, например, запаян, см. фиг.14.

С целью упрощения технологии стыковки нагревателя 5 с электровыводом 3 термопредохранителя на термозвено 1 может быть надет ограничитель 10, изготовленный из электроизоляционной термостойкой трубки, см. фиг.15.

Конструкция третьего варианта электрического нагревательного элемента с термопредохранителем содержит термопредохранитель, состоящий из термозвена 1, см. фиг.16, в виде трубки из легкоплавкого металлического сплава, например, самофлюсуемого припоя, электровывода 3, изготовленного из металлической проволоки, соединенного торцовой поверхностью одного конца с одним из концов термозвена, компенсатора 4, изготовленного из металлической проволоки с высоким удельным сопротивлением, в виде винтовой пространственной спирали, частично надетого на другой конец термозвена и опрессованого на нем, см. фиг.17, нагреватель 5, выполненный из металлической проволоки с высоким удельным сопротивлением, в виде винтовой пространственной спирали, один конец которого надет на электровывод со стороны его другого конца и соединен с ним, например, контактной сваркой. Обычно, нагреватель и компенсатор изготавливаются из одинаковой проволоки с одинаковыми размерами витков спиралей. Разрыв электрической цепи при срабатывании термопредохранителя происходит в промежутке между электровыводом и компенсатором термопредохранителя. Этим обстоятельством руководствуются при расчете размеров термозвена и при определении длины его свободной и введенной в компенсатор частей.

С целью уменьшения стоимости материала термозвена, возможна замена дорогостоящего самофлюсуемого припоя, содержащего гидрид натрия, на менее стоящий, не самофлюсуемый припой, например оловянисто-свинцовый. В этом случае внутренняя поверхность трубки термозвена 1 покрыта веществом-активатором 8, см. фиг.18, с температурой плавления и удельной электрической проводимостью ниже, чем у материала термозвена, например, канифолью.

Иногда, технологически проще заполнить веществом-активатором 8 всю внутреннюю полость термозвена 1, см. фиг.19.

Для лучшей сохранности вещества-активатора 6 и для исключения попадания сыпучего электроизоляционного наполнителя оболочки ТЭНа внутрь термозвена, конец 9 трубки термозвена 1 герметично закрыт, например, запаян, см. фиг.20, или завальцован.

С целью упрощения технологии стыковки нагревателя 5 с электровыводом 3 термопредохранителя и термозвена 1 с компенсатором 4 на термозвено надет ограничитель 10, изготовленный из электроизоляционной термостойкой трубки, см. фиг.21.

Конструкция четвертого варианта электрического нагревательного элемента с термопредохранителем содержит термопредохранитель, состоящий из термозвена 1, см. фиг.22, в виде трубки из легкоплавкого металлического сплава, например, самофлюсуемого припоя, закрытой с одного конца 12, компенсатора 4, изготовленного из металлической проволоки с высоким удельным сопротивлением, в виде винтовой пространственной спирали, частично надетого на другой конец термозвена и опрессованого на нем, нагреватель 5, выполненный из металлической проволоки с высоким удельным сопротивлением, в виде винтовой пространственной спирали, один конец которого надет на закрытый конец термозвена термопредохранителя и опрессован на нем, см. фиг.23. Обычно нагреватель и компенсатор изготавливаются из одинаковой проволоки, с одинаковыми размерами витков спиралей. Фактически нагреватель и компенсатор - это спираль, разделенная на две части. Разрыв электрической цепи при срабатывании термопредохранителя производится в промежутке между нагревателем и компенсатором. Этим обстоятельством руководствуются при расчете размеров термозвена и при определении длины его свободной и введенных в компенсатор и нагреватель частей.

С целью уменьшения стоимости материала термозвена, возможна замена дорогостоящего самофлюсуемого припоя, содержащего гидрид натрия, на менее стоящий, не самофлюсуемый припой, например оловянисто-свинцовый. В этом случае внутренняя поверхность термозвена 1 покрыта веществом-активатором 8, см. фиг.24, с температурой плавления и удельной электрической проводимостью ниже, чем у материала термозвена, например, канифолью.

Иногда, технологически проще заполнить веществом-активатором 8 всю внутреннюю полость термозвена 1, см. фиг.25.

Для лучшей сохранности вещества-активатора 6 и для исключения попадания сыпучего электроизоляционного наполнителя оболочки ТЭНа внутрь термозвена, термозвено 1 герметично закрыто с концов 9 и 12, например, запаяно, см. фиг.26, или завальцовано.

С целью упрощения технологии стыковки нагревателя 5 и компенсатора 4 с термозвеном 1, на термозвено термопредохранителя может быть надет ограничитель 10, изготовленный из электроизоляционной термостойкой трубки, см. фиг.27.

Предлагаемые варианты электрического нагревательного элемента с термопредохранителем используются в трубчатых электрических нагревателях (ТЭНах) стиральных машин, в погружных бытовых электрических кипятильниках и в других подобных электрических приборах, защищаемых от перегрева при работе в ненормальных условиях эксплуатации.

В качестве примеров рассмотрим установку различных вариантов электрического нагревательного элемента с термопредохранителем в ТЭН: первого варианта - фиг.28, второго варианта - фиг.30, третьего варианта - фиг.32, четвертого варианта - фиг.34. Перед установкой в ТЭН компенсатор 4 соединяется с одним из двух контактных выводов ТЭНа 13 и нагреватель 5 с другим контактным выводом ТЭНа 13. Соединение может быть, например, сварным или прессовым. Спирали нагревателя и компенсатора растягиваются с равномерным шагом витков до нужной длины. Для того чтобы нагреватель и компенсатор растягивались с равномерным шагом витков, необходимо, чтобы они были изготовлены из одинаковой проволоки, с одинаковым размерами витков спиралей. Собранный узел устанавливается в оболочку ТЭНа 14, выполненную из металлической трубки. Выход контактных выводов 13 из оболочки 14 осуществляется через электроизоляционные втулки 16. Электрический нагревательный элемент с термопредохранителем и контактные выводы ТЭНа изолируются от оболочки сыпучим электроизоляционным наполнителем 15, например, кварцевым песком или периклазом. Набивка электроизоляционного наполнителя осуществляется со стороны нагревателя. Для уплотнения сыпучего электроизоляционного наполнителя оболочка ТЭНа обжимается, например, редуцируется. Для обеспечения изгибания ТЭНа его оболочка может подвергаться отжигу. Отжиг должен производиться с охлаждением места нахождения термопредохранителя.

Электрический нагревательный элемент с термопредохранителем, встроенный в ТЭН, работает следующим образом:

К контактным выводам ТЭНа подводится напряжение электрической сети. Ток разогревает нагреватель и компенсатор. Тепло передается от нагревателя и компенсатора на термозвено термопредохранителя. При нормальной работе, когда ТЭН охлаждается нагреваемой средой, например, водой, температура на оболочке ТЭНа составляет, приблизительно, 105 110°С. Температура термозвена термопредохранителя не превышает величины температуры плавления его материала и срабатывания термопредохранителя не происходит. В случае выкипания воды или включения ТЭНа без воды увеличивается поток тепла от нагревателя и компенсатора к термозвену термопредохранителя. Вещество-активатор 8 и термозвено 1 расплавляются. Под воздействием вещества-активатора, изменяющего поверхностное натяжение, расплав термозвена собирается в капли 17 и 18, на сопрягаемых с термозвеном деталях, см. фиг.29, фиг.31, фиг.33, фиг.35. Электрическая цепь ТЭНа разрывается. При разрыве электрической цепи рост температуры ТЭНа прекращается. Если время срабатывания термовыключателя составляет около 20 с, то температура оболочки ТЭНа, обычно, не превышает 200°С.

Проведенные испытания показали, что предлагаемые варианты конструкции электрического нагревательного элемента с термопредохранителем просты в изготовлении, несложно встраиваются в ТЭНы, надежны в работе.

Промышленная применимость предлагаемых конструкций очевидна. Эти конструкции прошли опытные испытания на предприятии OOO «НПП «УЗЭП», г.Нижний Новгород, и показали хорошие результаты.