нагревательное устройство (варианты)

Формула изобретения

1. Нагревательное устройство, содержащее 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, отличающееся тем, что 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 посредством расположенного между стенками канавки и проволокой фиксирующего элемента.

2. Нагревательное устройство по п.1, отличающееся тем, что на внешней стороне цилиндра нагревательный элемент выполнен в виде раздельных секций, числом более одной, причем концы каждой секции закреплены на установленных в цилиндре стойках из электропроводящего материала с низким удельным электрическим сопротивлением.

3. Нагревательное устройство по п.2, отличающееся тем, что раздельные секции нагревательного элемента соединены между собой параллельно через соответствующие отдельные выключатели и общий регулятор нагрева посредством гибких проводов, расположенных в слое электротеплоизолирующего материала внутри корпуса.

4. Нагревательное устройство по п.1, отличающееся тем, что в средней части цилиндра из огнеупорного теплопроводящего материала выполнено отверстие, в котором установлен теплочувствительный измерительный элемент, присоединенный проводами через слой электротеплоизолирующего материала к прибору измерения температуры, расположенном на внешней стороне корпуса.

5. Нагревательное устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительный цилиндр внутри корпуса закреплен посредством перегородок с отверстием, соответствующим наружному диаметру дополнительного цилиндра.

6. Нагревательное устройство, содержащее 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, отличающееся тем, что 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 посредством расположенного на поверхности цилиндра над спиральной канавкой и проволокой фиксирующего элемента с обеспечением воздушного зазора между ним и дополнительным цилиндром.

7. Нагревательное устройство по п.6, отличающееся тем, что на внешней стороне цилиндра нагревательный элемент выполнен в виде раздельных секций, числом более одной, причем концы каждой секции закреплены на установленных в цилиндре стойках из электропроводящего материала с низким удельным электрическим сопротивлением.

8. Нагревательное устройство по п.7, отличающееся тем, что раздельные секции нагревательного элемента соединены между собой параллельно через соответствующие отдельные выключатели и общий регулятор нагрева посредством гибких проводов, расположенных в слое электротеплоизолирующего материала внутри корпуса.

9. Нагревательное устройство по п.6, отличающееся тем, что в средней части цилиндра из огнеупорного теплопроводящего материала выполнено отверстие, в котором установлен теплочувствительный измерительный элемент, присоединенный проводами через слой электротеплоизолирующего материала к прибору измерения температуры, расположенном на внешней стороне корпуса.

10. Нагревательное устройство по п.6, отличающееся тем, что дополнительный цилиндр внутри корпуса закреплен посредством перегородок с отверстием, соответствующим наружному диаметру дополнительного цилиндра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, в частности к нагревательным устройствам, и предназначено для нагрева длинномерных изделий, например пластиковых изделий, для последующего изменения их формы.

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.

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.

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.

Задачей изобретения является получение нагревательного устройства с равномерным распределением теплового поля внутри устройства и обеспечением снижения трудоемкости изготовления.

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.

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.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 показан вид нагревательного устройства в продольном сечении;

на фиг.2 показан вид В - расположение витков нагревательного элемента на цилиндре;

на фиг.3 показан вид С - расположение витков нагревательного элемента на цилиндре и соединение с гибким проводом;

на фиг.4 показан вид в сечении А-А первого варианта изобретения при фиксации проволоки в спиральной канавке;

на фиг.5 показан вид в сечении А-А второго варианта изобретения при фиксации проволоки в спиральной канавке.

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).

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.