Усовершенствованное армированное электрическое сопротивление для емкостного водонагревателя
В заявке описано электрическое сопротивление (R) электрического емкостного водонагревателя. Электрическое сопротивление (R) снабжено манжетами (4.1; 4.2), на которых с помощью однокомпонентной эпоксидной смолы закреплены металлические трубки (1) нагревательного элемента и оболочка (3) термостата.
В настоящем изобретении предложено электрическое сопротивление с усовершенствованными структурными особенностями, позволяющими повысить эффективность его изготовления.
Изобретение относится к защищенным (армированным) погружным сопротивлениям, рассчитанным на размещение в баке электрического емкостного водонагревателя с тепловым аккумулятором в непосредственном контакте с нагреваемой водой.
Как известно, емкостные водонагреватели с тепловым аккумулятором обычно содержат бак, фланец с установленным на нем одним или несколькими нагревательными элементами, оболочку термостата с одним или несколькими датчиками температуры, антикоррозийное устройство (обычно состоящее из магниевого анода), впускную трубу для подачи холодной воды в нижнюю часть бака и выпускную трубу для горячей воды, подаваемой в верхнюю часть бака при температуре использования около 40°.
Нагревательный элемент армированного или защищенного сопротивления состоит из металлической трубки, содержащей резистивную нить накала и диэлектрический изолирующий слой (обычно из окиси магния, наслоенной путем прессования вокруг резистивной нити накала). Этот трубчатый элемент, рассчитанный на погружение в воду, обычно изготавливается из меди, титана или сплавов на основе нержавеющей стали, обладающих требуемым сопротивлением коррозии.
Как было сказано, нагревательный элемент опирается на фланец, который закрывает отверстие в водогрейном баке и также служит опорой для оболочки 3 термостата.
Для ясности описания далее термином "электрическое сопротивление R" обозначена вся группа перечисленных выше элементов, применимых для нагрева и защиты (то есть фланец, на который опирается как нагревательный элемент, так и оболочка термостата).
На фиг.1 показано стандартное защищенное электрическое сопротивление R, у которого концы металлических трубок 1 нагревательного элемента и оболочка 3 помещаются во внутренней части опоры 2, состоящей из основания 2.1, ввинчиваемого в отверстие в водогрейном баке.
В конкретном примере, проиллюстрированном на прилагаемых чертежах, опора 2 состоит из латунного фланца, внутренняя часть которого (основание 2.1) выполнена в виде колпачка, а стороны снабжены круговой резьбой (не показанной на чертежах), позволяющей ввинчивать фланец в бак.
Как показано на соответствующих чертежах, металлическая трубка 1 нагревательного элемента электрического сопротивления R имеет форму свернутой спирали, оба конца которой входят в основание 2.1 опоры 2, а вертикальные участки параллельно поднимаются от опоры 2 и затем наклоняются вниз и соединяются в виде петли. Разумеется, что металлическая трубка 1 может быть сконфигурирована самыми разнообразными способами в соответствии с требованиями к конструкции и потребностями в энергии водонагревателя конкретного типа.
В проиллюстрированном электрическом сопротивлении R этого типа крепление металлической трубки 1 нагревательного элемента и оболочки 3 на основании 2.1 осуществляется путем сварки с припоем на основе олова; на фиг.2 и 3 показаны подробности конечного результата этого процесса, основные стадии которого кратко изложены далее:
подвергают травлению поверхности обычно медных металлических трубок нагревательного элемента и оболочки изначально, чтобы позволить им восстановить приемлемую металлоорганическую структуру, утерянную на предыдущей стадии наслаивания,
нагревают латунное основание 2.1 опоры 2 в пламени до температуры около 300°C или выше, которая значительно превышает температуру плавления олова;
дозируют олово в требуемом количестве и размещают в областях соединения основания 2.1 с нижними концами металлических трубок 1 и 3,
разжижают олово, контактирующее с нижними концами металлических трубок 1 и 3 и основанием 2.1 опоры 2 (нагретых в пламени до температур, превышающих их температуру плавления) и покрывают им область 5 наплавки,
охлаждают водой и воздухом полученное таким способом изделие и, наконец, направляют на стадию выдержки в сушильной печи в течение около 8 часов.
На фиг.2 и 3 показаны подробности только что описанной сварки с припоем: позицией 4 обозначены специальные манжеты, выполненные на основании 2.1 опоры 2 и служащие гнездами для концов металлической трубки 1 и оболочки 3; позицией 5 обозначена область наплавки оловянного припоя во время сварки с припоем.
Соединение металлических трубок 1, 3 и манжеты 4 является достаточно прочным для обеспечения механического уплотнения и водонепроницаемости элементов сопротивления R.
Тем не менее, ясно, что на сегодняшний день описанная технология крепления металлических трубок к основанию 2.1 является достаточно сложной, требующей излишних трудозатрат и множества стадий, что отрицательно сказывается на времени и стоимости производства.
Кроме того, требуемые операции, связанные с использования оловянного припоя, чреваты дополнительными недостатками, которые будут рассмотрены далее, в особенности, в том, что касается воздействия на здоровье и окружающую среду.
В основу настоящего изобретения положена задача преодоления таких недостатков путем создания электрического сопротивления с усовершенствованными средствами крепления металлических трубок на опоре.
Одной из дополнительных задач настоящего изобретения является создание конструктивных альтернатив средствам, рассчитанным на такое крепление, без ущерба для механического уплотнения и водонепроницаемости элементов, образующих электрическое сопротивление.
Решение этих и других задач, которые станут ясны далее, достигается за счет электрического сопротивления и соответствующих средств крепления составляющих элементов на опоре по п.1.
Решение других задач также может достигаться за счет дополнительных признаков зависимых пунктов формулы изобретения.
Дополнительные признаки настоящего изобретения будут лучше поняты из следующего описания некоторых предпочтительных вариантов осуществления, охарактеризованных в формуле изобретения и в качестве не ограничивающего примера проиллюстрированных на прилагаемых чертежах, на которых:
на фиг.1 показано известное из уровня техники электрическое сопротивление,
на фиг.2 подробно показана часть проиллюстрированного на фиг.1 электрического сопротивления, в частности, область крепления металлических трубок нагревательного элемента и оболочки на опоре,
на фиг.3 показан другой вид проиллюстрированного на фиг.2 электрического сопротивления,
на фиг.4 показано электрическое сопротивление согласно первому варианту осуществления изобретения,
на фиг.5 подробно показана область крепления металлических трубок нагревательного элемента и оболочки на опоре согласно первому варианту осуществления изобретения,
на фиг.6 показана только опора электрического сопротивления согласно первому варианту осуществления изобретения,
на фиг.7 показан вид в разрезе проиллюстрированной на фиг.5 области крепления металлических трубок нагревательного элемента на опоре,
на фиг.8 подробно показана область крепления металлических трубок нагревательного элемента и оболочки на опоре согласно второму варианту осуществления изобретения,
на фиг.9 показан вид в разрезе проиллюстрированной на фиг.8 области крепления металлических трубок нагревательного элемента на опоре.
Далее со ссылкой на позиции, представленные на чертежах, описаны признаки изобретения.
Рассмотрим фиг.4, на которой позицией R обозначено сопротивление в целом, содержащее упомянутые выше элементы: металлическую трубку 1 нагревательного элемента и оболочку 3 термостата, закрепленные и установленные на основании 2.1 нижележащей опоры 2 для ввинчивания в отверстие в водогрейном баке.
Следует отметить, что на фиг.4 показана согнутая в дугу металлическая трубка 1 (внутри которой, как и в известном уровне техники, размещается по меньшей мере резистивная нить 1.1 накала и изолирующий слой 1.2, обычно состоящий из порошковой окиси магния), но, очевидно, что, как было сказано, ей могут быть приданы другие формы при условии сохранения существенных характеристик настоящего изобретения.
На фиг. 5-7 показана форма основания 2.1 опоры 2 согласно первому варианту осуществления изобретения.
Как ясно видно из подробного вида на фиг.6, в основании 2.1 выполнены манжеты 4.1 большей высоты, чем в известном уровне техники (т.е. применимые для крепления путем сварки с припоем, показанной на фиг.1), при этом каждая из них образует полость 4.11 соответствующей глубины для размещения конца металлической трубки 1 или оболочки 3 сопротивления R, что обеспечивает повышенную механическую прочность соединения трубок 1, 3 и основания 2.1.
Вместо упомянутой сварки с припоем соединение трубок 1, 3 с основанием 2.1 в соответствии с изобретением обеспечивается с помощью клейкой смолы 6, обладающей особыми физико-химическими характеристиками (поясненными далее).
Смолу 6 помещают в раструб 4.12 манжеты 4.1 в ее нижней части, не занятой металлической трубкой 1 или оболочкой 3, где смола самовыравнивается под действием силы тяжести и после соответствующего катализа путем помещения в печь с неподвижным катализатором обеспечивает водонепроницаемость полученного соединения, а также значительно повышает его механическую прочность.
Смолой 6 является известная как таковая и однокомпонентная эпоксидная смола, обычно используемая, но не для соединения металлических элементов сопротивления.
Как показали лабораторные испытания, катализ смолы 6 происходит в течение около 10-20 минут при температуре выше 150°C; в качестве альтернативы, температура может быть снижена, что влечет пропорциональное увеличение времени, необходимого для протекания химической реакции преобразования смолы из пластичной пасты в твердый адгезив.
На фиг.8 и 9 показана форма основания 2.1 опоры 2 согласно второму варианту осуществления изобретения.
Аналогично основному варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг. 4-7, во втором варианте осуществления также предусмотрены манжеты 4.2 большей высоты, чем в известном уровне техники.
Помимо этого, каждую из манжет 4.2 подвергают механическому сжатию с целью создания кругового сужения 4.21 на наружной стенке для обеспечения еще более прочного плотного механического уплотнения между металлическими трубками 1, 3 и основанием 2.1 опоры 2.
Соединение металлических трубок 1, 3 с основанием 2.1 обеспечивается с помощью упомянутой смолы 6, которую помещают в раструб 4.22 манжеты 4.2, и путем описанного катализа.
Электрическое сопротивление R, сформированное описанными средствами и способами, обеспечивает значительные преимущества по сравнению со стандартным электрическим сопротивлением, известным из уровня техники.
Первое преимущество непосредственно связано с применением эпоксидной смолы 6 вместе сварки с припоем на основе олова, поскольку согласно лабораторным испытаниям смола 6 является более устойчивой к коррозии, а также позволяет крепить к основанию 2.1 металлических трубок из титана (когда они изготовлены не из меди) материал, который не поддается сварке существующим методом с припоем, и для крепления которого в противном случае потребовались бы значительно более сложные методы и оборудование.
Второе преимущество связано с упрощением и ускорением процессов соединения 6 металлических трубок 1, 3 с основанием 2.1 опоры 2 с помощью смолы.
По существу, технология такого типа исключает необходимость выполнения множества стадий, предусмотренных сваркой с припоем, от начального травления путем промывания трубок серной кислотой и газовой сварки (с риском отжига трубок) до промывания водой и выдержки в сушильной печи.
Особо важным является исключение использования воды, что в настоящее время является важнейшей стадией, в процессе изготовления таких изделий, как сопротивления, в которых требуется обеспечивать водонепроницаемость резистивной нити накала 1.1 и изолирующего слоя 1.2 и отсутствие воды и влаги во избежание воздействия на изолирующие свойства.
Дополнительные преимущества связаны с исключением применения газовой сварки, что помимо улучшения внешнего вида сопротивления устраняет тепловые удары, воздействующие на металлические материалы, и исключает риск образования кислых газов и паров, потенциально опасных для персонала.
Кроме того, за счет исключения газовой сварки с припоем значительно расширяются варианты выбора материалов опоры 2 и основания 2.1 вплоть до возможности использования сплавов помимо латуни, включая пластмассы, поскольку для применения смолы и ее катализа требуются более низкие температуры.
Специалистам в данной области техники ясно, что возможно несколько вариантов осуществления описанного сопротивления R, не выходящих за пределы объема изобретения, а также, что при практическом осуществлении изобретения различные описанные компоненты могут быть заменены техническими эквивалентами.
Например, хотя на чертежах показано сопротивление R с одной металлической трубкой 1 нагревательного элемента изменяемой формы, на опоре 2 может быть установлено несколько нагревательных элементов, металлическая трубка каждого из которых соединена с основанием 2.1 опоры 2 средствами, описанными в настоящем изобретении.
Кроме того, хотя на чертежах показан один нагревательный элемент 1.2 с одной металлической трубкой 1, идеи настоящего изобретения также применимы к нагревательным элементам сопротивлений с множеством изолирующих слоев и металлических трубок.
1. Электрическое сопротивление (R), в частности, для электрического водонагревателя, содержащее:
- металлические трубки (1) нагревательного элемента,
- опору (2) с основанием (2.1), в которой выполнены соответствующие гнезда (4; 4.1; 4.2) и на которую опираются металлические трубки (1),
отличающееся тем, что в гнездах (4.1; 4.2) находится клейкая смола (6), применимая для крепления металлических трубок (1) к основанию (2.1).
2. Электрическое сопротивление (R) по п.1, отличающееся тем, что гнездами (4.1) являются манжеты (4.1):
- увеличенной высоты, образующие более глубокую полость (4.11), чем у манжеты (4) для сварки с припоем,
- с раструбом (4.12) в нижней части, не занятой металлическими трубками (1), в котором находится клейкая смола (6).
3. Электрическое сопротивление (R) по п.1, отличающееся тем, что гнездами (4.2) являются манжеты (4.2):
- увеличенной высоты, образующие более глубокую полость (4.11), чем у манжеты (4) для сварки с припоем,
- с круговым сужением (4.21) на наружной стенке,
- раструбом (4.22), образованным нижней частью, не занятой металлическими трубками (1), в котором находится клейкая смола (6).
4. Электрическое сопротивление (R) по п.1, отличающееся тем, что клейкой смолой (6) является однокомпонентная эпоксидная смола, которую подвергают катализу для перехода из состояния пластичной пасты, которая может быть помещена в раструб (4.12; 4.22), в состояние твердого адгезива.
5. Электрическое сопротивление (R) по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере оболочку (3) термостата, которая опирается на основание (2.1) опоры (2) и установлена в дополнительном гнезде (4.1; 4.2), в котором она закреплена с помощью клейкой смолы (6).
6. Электрическое сопротивление (R) по п.1, отличающееся тем, что основание (2.1) опоры (2) изготовлено из латуни или пластмассы, а металлические трубки (1) и оболочка (3) изготовлены из меди, или титана, или нержавеющей стали.
7. Электрическое сопротивление (R) по п.6, отличающееся тем, что опорой (2) является фланец, а основанием (2.1) является колпачок, закрывающий отверстие в баке, рассчитанном на электрическое сопротивление (R).
