Гіпертермопарний електричний нагрівач і. м. федоткіна

1. Гіпертермопарний електричний нагрівач, що виготовлений з металевих провідників, який відрізняється тим, що він виготовляється з набору провідників, які утворюють між собою термопару, наприклад, хромель-копель, мідь-константан тощо, вказані провідники зварюються або спаюються між собою і утворюють термоспаї, провідники періодично чергуються - то один, то другий - і утворюють ланцюг спаїв, тобто гіпертермопару. 2. Гіпертермопарний електричний нагрівач за п. 1, який відрізняється тим, що провідники з різнорідних металів, що утворюють термопару, мають циліндричний профіль, круговий поперечний переріз, U 2 (19) 1 3 між собою термопару, наприклад, хромель-копель, мідь-константан, вказані провідники зварюються або спаюються між собою і утворюють термоспаї, провідники періодично чергуються - то один, то другий - і утворюють ланцюг спаїв, тобто гіпертермопару. Провідники з різнорідних металів, що утворюють термопару, мають циліндричний профіль, круговий поперечний переріз, при цьому довжина кожного провідника між спаями L відноситься до його діаметра d в межах від 1,0 до 5,0. Набор різнорідних провідників виконується, як варіант, у вигляді круглих або квадратних пластин, що зварюються між собою, утворюючи термоспаї. Спаяний ланцюг термопар, що утворює гіпертермопару, розміщується у циліндричному або призматичному захисному металевому корпусі і заливається тугоплавким електроізоляційним матеріалом або запресовується скловолокном, азбестом тощо, захисна оболонка зверху оздоблюється ізольованою кришкою, гіпертермопара всередині неї розміщується вздовж осі у вигляді Uподібної форми і її кінці з'єднуються з провідниками, покритими електроізоляцією, і виводяться через верхню кришку. Прототипом заявляємого пристрою обирається загальновідомий широко розповсюджений ТЕН, який являє собою провідник з великим електричним опором, наприклад, з ніхрому, сплавів нікелю, вольфраму тощо, намотаний у вигляді спіралі на керамічний циліндр, чи ізольований керамічними кільцями і розміщений в металевій циліндричній захисній оболонці. Опис корисної моделі. Пристрій являє собою гіпертермопару. Термопара утворюється шляхом спайки або зварки двох різнорідних за електродним потенціалом металів. Наприклад, мідь-константан, хромель-копель і т. д. Ці метали підбираються по їх електродним потенціалам. Термопара служить для вимірювання температури і відноситься до вимірювальної техніки. Діє термопара на основі ефекту Зеебека, згідно з яким від нагрівання спаю різнорідних металів утворюється термо-ЕРС, термо-електрорушійна сила. Утворення від нагрівання ТЕРС збуджує в електроконтурі, який включає в себе мікроамперметр, проградуйований в градусах Цельсія, термоелектричний струм. Величина термо-електричного струму пропорційна температурі. Так здійснюється вимір температури. Дана корисна модель створена за відомим принципом винахідництва: «зроби навпаки!» Якщо, користуючись цим принципом, пропускати електричний струм від мережі через термопару і провідники, які її з'єднують, то відбуваються такі процеси. При проходженні електроструму по провідникам і термопарі вони нагріваються і за законом Джоуля-Ленца від електронагріву виділяється стільки тепла, скільки витрачено електроенергії. А далі відбувається таке: від проходження електроструму по термоспаю за ефектом Пельт'є ще виділяється додаткове тепло, а від нагрівання термоспаю за ефектом Зеебека створюється термо-електрорушійна сила ТЕРС, яка збуджує термо-електрострум, а від термо-електроструму знову 60743 4 за ефектом Джоуля-Ленца виділяється ще додаткове тепло. І тут добавляється ще одне виділення тепла за рахунок перехресних потоків згідно з ефектом У. Томпсона (див. наукове обґрунтування). Загальний приріст тепла складає 232 % (див. приклад реалізації розглянутих процесів в термобатареї на напівпровідникових спаях). Опис креслень. На фіг. 1 показана стовпчикова компоновка гіпертермопари, складеної з квадратних пластин різнорідних металів 3 і 4, зварених точковою контактною зваркою 6. Форма елементів 3 і 4 може бути квадратною, круглою, еліптичною. При розміщенні термоспаїв слід керуватися їх розгорткою в ланцюгову форму гіпертермопари (фіг. 2). На фіг. 2 наведена ланцюгова пластинчата форма гіпертермопари. На фіг. 3 показана ланцюгова проволочна форма. На фіг. 4 - стовпчикова форма з фіксованими термоспаями, яка являє собою згорнуту в стовпчик ланцюгову пластинчату форму (фіг. 2). На фіг. 3 - стовпчикова пластинчата форма з ізоляційними опорними прокладками 10. На фіг. 6 показано, як ланцюгова проволочна гіпертермопара вкладається в гвинтові канавки 12 керамічного циліндру 11. На фіг. 7 - проволочна форма гіпертермопари оздоблюється електро- і термоізоляційними чешуйками 13, які нанизують на неї. На фіг. 8 - укладка гіпертермопари 3 в тонкостінну циліндричну оболонку 7. На фіг. 9 - змійовикова форма оболонки 7. На фіг. 10 - спіральна форма. Гіпертермопарний електричний нагрівач має вхідну 1 і вихідну 2 електроізольовані шини для підвода і відводу електричного струму і гіпертермопарний ланцюг 3. Гіпертермопарний ланцюг 3 складається з відрізків або пластин, або елементів спеціальної форми з різнорідних за електродним потенціалом металів 4 і 5, з'єднаних між собою термоспаями 6. Гіпертермопарний ланцюг вкладається в тонкостінний металевий корпус 7, якому можна надати будь-якої форми: у вигляді циліндричної трубки, прямої або згорнутої в спіраль, або в змійовик тощо. Гіпертермопарний ланцюг 3 ізолюється від тонкостінного металевого корпусу 7 волокнистим порошковим або заливним електроізоляційним тугоплавким матеріалом 8, наприклад (фіг. 8), азбест, скловата тощо. Металевий тонкостінний корпус 7 має для розміщення ввідних шин 1 і 2 пластмасову або керамічну, або з іншого тугоплавкого електроізоляційного матеріалу, головку 9 (фіг. 8). В деяких стовпчикових конструкціях вставляються діелектричні вставки 10 (фіг. 5). Застосовуються також керамічні циліндри 11 (фіг. 6) з гвинтовими канавками 12, або чешуйки 13 (фіг. 7), які нанизуються на гіпертермопарний ланцюг 3 (фіг. 7). Форма корпусів гіпертермопарних електронагрівачів може бути будь-яка - звично тонкотрубча 5 та. Трубка корпусу може бути прямою (фіг. 8), змійовикової (фіг. 9) або спіральною (фіг. 10). Для регулювання рівня температури нагріву гіпертермопарний електричний нагрівач сполучається з будь-яким автоматичним пристроєм, регулюючим величину електричного струму в залежності від температури нагріву. Це регулювання може відбуватись у двохпозиційному режимі «включено-виключено», а може мати електронну мостову схему, яка допускає плавне регулювання. В мережу і в склад терморегулюючого пристрою може входити задатчик температури. Працює гіпертермопарний електричний нагрівач наступним чином. На задатчику задається температура нагріву середовища, яка контролюється датчиком температури, встановленим в самому нагріваємому середовищі. Після цього включається струм мережі. Електричний струм, проходячи через різнорідні за електродним потенціалом металеві елементи гіпертермопарного електричного нагрівача і через термоспаї, що з'єднують ці елементи, нагріває їх по закону Джоуля-Ленца. При цьому згідно з цим законом і відповідно до закону збереження енергії скільки електричної енергії буде підведено, стільки тепла буде виділено. А далі від проходження електроструму через термоспаї виділяється додаткове тепло, від нагріву термоспаїв створюється термо-ЕРС (електрорушійна сила), виникає термострум, який ще раз додатково нагріває термопарний ланцюг 3, від сумісної дії спайового (Пельт'є) і термо (Зеебека) нагріву виникає сумісний перехресний потік теплової енергії нерівномірно 60743 6 нагрітого (спай-метал) провідника, від якого за законом Фур'є q  gradT і за ефектом У. Томпсона виникає ще третє тепловиділення. Енергія на ці додаткові тепловиділення зверх затрат електроенергії виділяється згідно з теорією термоефектів (Джоуля, Пельт'є, Зеебека, Томпсона, Фур'є) за рахунок послаблення квантомеханічних атомарних зв'язків нагріваємого тіла. Ця додаткова теплова енергія виділяється зверх затраченої електричної енергії. Це підтверджується квантовою механікою, оскільки послаблення квантомеханічних атомарних зв'язків зменшує витрати енергії на теплові коливання атомів і молекул. Корисна модель може бути, зі значним економічним ефектом, обумовленим економією електроенергії на нагрів, застосований у всіх сферах, де використовується електроенергія для нагрівання: - електрокотли на базі звичайних ТЕНів - економія електроенергії в 2,5 рази; - пральні машини; - електронагрівачі різних форм для опалення приміщень; - електрореактори хімічної, харчової, нафтопереробної і інших галузей промисловості, які (реактори) використовуються для електронагріву і хімічних перетворень; - в енергетиці і електроенергетиці; - в процесах крекінгу, конверсії, ректифікації, пароутворення, кип'ятіння, возгонки, ендохімічних реакціях і процесах; - в електробойлерах тощо. 7 60743 8 9 Комп’ютерна верстка Мацело В. 60743 Підписне 10 Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601