Вдосконалений армований електричний резистор для накопичувальних водонагрівачів

Реферат: Електричний резистор (R) призначений спеціально для електричних накопичувальних водонагрівачів у складі: металевих трубок (1) нагрівального елемента, опори (2) з основою (2.1), на якій підготовлені відповідні гнізда (4; 4.1; 4.2) для розміщення й підтримки зазначених металевих трубок (1), причому у зазначених гніздах (4.1; 4.2) знаходиться клейка смола (6), придатна для кріплення зазначених металевих трубок (1) до зазначеної основи (2.1). UA 95301 U (33) Код держави-учасниці IT UA 95301 U UA 95301 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Предметом корисної моделі є електричний резистор з покращеними конструктивними характеристиками, які мають підвищити ефективність його виробництва. Корисна модель належить до групи армованих занурюваних резисторів, призначених для занурювання в резервуар електричного накопичувального водонагрівача, у безпосередньому контакті з водою, яку належить нагріти. Як відомо, накопичувальні водонагрівачі зазвичай складаються з резервуара, фланця, на якому змонтовано один або декілька нагрівальних елементів, кожуха термостата з одним або кількома датчиками температури, антикорозійного пристрою (зазвичай - магнієвого анода), вхідного патрубка для підведення холодної води в нижню частину резервуара і вихідного патрубка для підігрітої води, яка накопичується у верхній частині резервуара при робочій температурі близько 40°. Нагрівальний елемент армованого резистора складається з металевої трубки, що містить нитку електричного розжарювання з високим опором і діелектричний ізолюючий шар (зазвичай з оксиду магнію, нашарованого навколо нитки розжарювання). Згаданий трубчатий елемент, призначений для занурювання в воду, як правило, виконують з міді, титану чи нержавіючої сталі з потрібної стійкістю до корозії. Як зазначено, цей нагрівальний елемент спирається на фланець, який також слугує для закриття отвору, виконаного в резервуарі водонагрівача, та для підтримки кожуха 3 термостату. Для ясності опису термін "електричний резистор R" надалі означає всю групу перелічених вище елементів, призначених для нагріву та захисту (тобто фланець, який тримає нагрівальний елемент і кожух термостата). На Фіг. 1 показано стандартний армований електричний резистор R, у якому кінці металевих трубок 1 нагрівального елемента та кожуха 3 розташовані у внутрішній частині опори 2, що складається з основи 2.1, виконаної для вгвинчування в отвір резервуара водонагрівача. У конкретному прикладі, показаному на фігурах, що додаються, згадана опора 2 складається з мідного фланця, внутрішня частина якого (основа 2.1) являє собою шляпку, бічні сторони якої мають кругову різьбу (не показана на фігурі) для вгвинчування фланця в резервуар. На відповідних фігурах металева трубка 1 нагрівального елемента електричного резистора R має форму вигнутої спіралі, з двома кінцями одного кріплення у зазначеній основі 2.1 опори 2 і вертикальними відрізками, що піднімаються паралельно з зазначеної опори 2, потім вигинаються донизу і сходяться у петлю. Звичайно, металева трубка 1 може мати дуже різні форми, у відповідності до конструктивних та енергетичних вимог даного типу водонагрівача. У типа електричного резистора R, показаного на рисунку, кріплення металевої трубки 1 нагрівального елемента й кожуха 3 на основі 2.1 здійснюється шляхом пайки-зварювання з використанням олова; на Фіг. 2 і 3 показані деталі кінцевого результату зазначеного процесу, його важливі етапи, узагальнені нижче: - поверхні металевих трубок нагрівального елемента й кожуха, зазвичай виконані з міді, спочатку піддають протравленню, щоб відновити потрібну металографічну структуру, яка була втрачена на попередньому етапі нашарування; - основа 2.1 опори 2, виконана з міді, нагрівається полум'ям до температури близько 300 °C чи вище, що набагато вище температури плавлення олова; - олово дозують у потрібній кількості і поміщають в області обмежувачів між основою 2.1 і нижніми кінцями металевих трубок 1 і 3; - олово, що контактує з зазначеними кінцями металевих трубок 1 і 3 та основою 2.1 опори 2 (де при нагріві полум'ям температура вища за їх температуру плавлення), плавиться і покриває область наплавлення 5; - отриманий таким чином продукт охолоджують промивкою водою та повітрям і, нарешті, витримують у сушильній печі близько 8 годин. На Фіг. 2 і 3 детально показані результати щойно описаного процесу пайки-зварювання: під номером 4 показано спеціальні втулки на основі 2.1 опори 2, призначені для встановлення кінців основи металевої трубки 1 й кожуха 3; під номером 5 показано місце нанесення олов'яного припою, де здійснюється пайка-зварювання. Обмежувач між згаданими металевими трубками 1, 3 і згаданими втулками 4 достатньо жорсткий, щоб забезпечити механічне ущільнення і водонепроникність елементів резистора R. Але очевидно, що у нинішньому стані зазначений конструктивний процес кріплення металевих трубок на основі 2.1 досить складний, вимагає завеликих затрат праці і багатьох дій, з негативними наслідками для тривалості та вартості виробництва. Більше того, необхідні процеси, пов'язані з використанням олов'яного припою, спричиняють недоліки, особливо для здоров'я і навколишнього середовища, які будуть розглянуті нижче. 1 UA 95301 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Задача корисної моделі - уникнути таких недоліків, забезпечивши електричний резистор з покращеними засобами кріплення металевих трубок на опорі. Ще одна задача - запропонувати конструктивні альтернативи засобам, призначеним для такого кріплення, не порушуючи ані механічного ущільнення, ані водонепроникності елементів, що складають електричний резистор. Ці та інші завдання, які будуть чітко описані нижче, досягаються з електричним резистором і відповідними засобами для кріплення складових елементів на опорі, згідно формули корисної моделі 1. Завдяки додатковим характеристикам пов'язаних формул можна досягти також інших цілей. Інші характеристики краще проілюструвати наступним описом деяких бажаних втілень, згідно з формулами корисної моделі, що показано на необмежувальному прикладі доданих креслень, де: - На Фіг. 1 показано електричний резистор згідно з попереднім методом; - На Фіг. 2 детально показано частину електричного резистора з Фіг. 1, зокрема область кріплення між металевими трубками нагрівального елемента й кожухом; - На Фіг. 3 показано інший вид того самого, що на Фіг. 2; - На Фіг. 4 показано електричний резистор згідно з першим варіантом корисної моделі; - На Фіг. 5 показано детальний вид області кріплення між металевими трубками нагрівального елемента й кожухом на опорі, згідно з першим варіантом; - На Фіг. 6 показано лише електричний резистор з опорою згідно з першим варіантом; - Фіг. 7 - це розріз показаного на Фіг. 5, обмежений кріпленням металевих трубок нагрівального елемента на опорі; - На Фіг. 8 детально показано вид області кріплення між металевими трубками нагрівального елемента й кожухом на опорі, згідно з другим варіантом; - Фіг. 9 - розріз показаного на Фіг. 8, обмежений кріпленням металевих трубок нагрівального елемента на опорі. Далі характеристики описані з посиланням на рисунки. На Фіг. 4 "R" означає резистор в цілому, що складається з вищезгаданих елементів: металева трубка 1 нагрівального елемента й кожух термостата 3, яка обмежується і спирається на основу 2.1 нижньої опори 2, призначена для вгвинчування в отвір резервуара водонагрівача. Слід зауважити, що на Фіг. 4 показано металеву трубку 1 (всередині якої, згідно з попереднім методом, як мінімум, знаходиться нитка розжарювання з високим опором 1.1 і шар ізоляції 1.2, що зазвичай складається з порошку оксиду магнію), зігнуту дугою, але очевидно, що ніщо не заважає йому, як зазначено вище, мати різні форми, залишаючи незмінними важливі характеристики. На Фіг. 5-7 показана форма основи 2.1 опори 2, згідно з першим варіантом Як ясно видно з деталей Фіг. 6, на зазначеній основі 2.1 виконані втулки 4.1 більшої висоти, порівняно зі втулками за попереднім методом (тобто придатні для кріплення шляхом пайкизварювання, показано на Фіг. 1): кожна з них позначає порожнину 4.11 належної глибини, пристосовані для вставлення й розміщення краю основи металевої трубки 1 або кожуха 3 резистора R, забезпечуючи покращену механічну міцність з'єднання між зазначеними трубками 1, 3 та основою 2.1. Згідно з корисною моделлю, замість використання вищезгаданого процесу пайкизварювання, з'єднання труб 1, 3 з основою 2.1 здійснюється за допомогою клейкої смоли 6, яка має специфічні хімічні та фізичні характеристики (пояснені нижче). Така смола 6 наноситься у розширення 4.12 втулки 4.1, у внутрішній частині втулки, не зайнятій металевою трубкою 1 чи кожухом 3: вона самовирівнюється у зазначеному розширенні 4.12 під дією сили тяжіння і, після належної каталізації шляхом поміщення у стаціонарну піч, забезпечує водонепроникність отриманого з'єднання, на додачу до очевидного покращення механічного зв'язку. Зазначена смола 6 - це однокомпонентна епоксидна смола загальновідомої формули, яку зазвичай використовують, хоча і не в резисторах, для скріплення металевих деталей. Лабораторні випробування показали, що каталізація цієї смоли 6 відбувається приблизно за 10-20 хвилин при температурі вище 150 °C; можна встановити нижче обмеження температури, з відповідним пропорційним збільшенням часу, необхідного для хімічної реакції перетворення смоли з в'язкої пасти на твердий клей. На Фіг. 8-9 показана форма основи 2.1 опори 2, згідно з другим варіантом. Подібно до основного варіанта, показаного на Фіг. 4-7, навіть зазначений другий варіант забезпечує втулки 4.2 більшої висоти, порівняно з попереднім методом. 2 UA 95301 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 На додачу до зазначеної характеристики, кожна з зазначених втулок 4.2 піддається механічному процесу стискання, щоб створити кругове звуження 4.21 на зовнішній стінці, здатне забезпечити ще міцніше механічне ущільнення між металевими трубками 1, 3 та основою 2.1 опори 2. З'єднання зазначених металевих трубок 1, 3 з основою 2.1 відбувається шляхом нанесення вищезгаданої смоли 6 у розширення 4.22 втулки 4.2 та описаної вище каталізації. Електричний резистор R, отриманий зазначеними засобами й методами, дозволяє забезпечити чимало переваг, порівняно зі стандартним електричним резистором згідно з попереднім методом. Перша група переваг прямо пов'язана з використанням епоксидної смоли 6 замість сплаву на основі олова для пайки-зварювання: лабораторні випробування показали, що така смола 6 більш стійка до корозії, крім здатності прикріпити до основи 2.1 металеві трубки з титану, (якщо вони зроблені не з міді), матеріалу, який неможливо приварити в інший спосіб, застосовуючи нинішню технологію пайки-зварювання з використанням олова, що вимагало б значно складніших методів та інструментів. Друга група переваг є наслідком спрощення і прискорення процесів кріплення, за допомогою смоли 6, металевих трубок 1, 3 до основи 2.1 опори 2, Фактично така обробка ліквідує потребу здійснення багатьох етапів, необхідних при пайцізварюванні, починаючи з відмови від первісного протравлення за допомогою патрубків для промивки з сірчаною кислотою і до газового зварювання (з ризиком прожарювання труб), і нарешті дозволяє відмовитись від промивки водою і наступної витримки у сушильній печі. Особливо важлива відмова від використання води у виробничому процесі, що зараз є дуже важливим етапом для таких виробів, як резистори, що, своєю чергою, має забезпечити герметичність і водонепроникність нитки розжарювання з високим опором 1.1 і шару ізоляції 1.2, гарантуючи відсутність води й вологи, щоб вони не впливали на ізолюючі властивості. Інші переваги є наслідком відмови від використання газового зварювання, що, крім покращення зовнішніх якостей резистора, виключає стрибки температури для металевих матеріалів та усуває ризик формування кислотних газів і пари, потенційно небезпечних для працівника. Крім того, з відмовою від газової пайки-зварювання, вибір матеріалів для опори 2 та основа 2.1 суттєво розширюється, аж до можливості використання металевих сплавів, відмінних від міді, включаючи пластмаси, оскільки використання смоли та етап її каналізації потребують нижчих робочих температур. Зрозуміло, що кілька варіантів резистора R, описаних вище, фахівець у даній галузі може освоїти без відходу від інноваційних аспектів ідеї; також зрозуміло, що при практичній реалізації корисної моделі різні компоненти, описані вище, можна замінити технічно еквівалентними. Наприклад, на доданих рисунках завжди показано резистор R з однією металевою трубкою 1 для нагрівального елемента, навіть якщо він має інші форми: проте, ніщо не заважає встановити на опорі 2 декілька нагрівальних елементів, кожна металева трубка яких прикріплена до основи 2.1 опори 2 за допомогою засобів і методів, описаних у цій корисній моделі. Крім того, на фігурі показано нагрівальний елемент 1.2 з одним шаром ізоляції і з однією металевою трубкою 1, але очевидно, що принципи даної корисної моделі можуть бути застосовані також до нагрівальних елементів резисторів, які мають декілька шарів ізоляції і декілька металевих трубок. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 1. Електричний резистор (R), призначений спеціально для електричних накопичувальних водонагрівачів, у складі: металевих трубок (1) нагрівального елемента, опори (2) з основою (2.1), на якій підготовлені відповідні гнізда (4; 4.1; 4.2) для розміщення й підтримки зазначених металевих трубок (1), який характеризується тим, що у зазначених гніздах (4.1; 4.2) знаходиться клейка смола (6), придатна для кріплення зазначених металевих трубок (1) до зазначеної основи (2.1). 2. Електричний резистор (R) за п. 1, який характеризується тим, що зазначені гнізда (4.1) мають втулки (4.1): більшої висоти, що дає виїмку (4.11) глибшу, ніж у втулки (4) для пайки-зварювання, 3 UA 95301 U 5 10 15 20 25 з розширенням (4.12), що визначається внутрішньою частиною, не зайнятою металевими трубками (1), зазначена клейка смола (6) наноситься у зазначеному розширенні (4.12). 3. Електричний резистор (R) за п. 1, який характеризується тим, що зазначені гнізда (4.2) мають втулки (4.2): більшої висоти, що дає виїмку (4.11) глибшу, ніж у втулки (4) для пайки-зварювання, мають кругове звуження (4.21) на зовнішній стінці, з розширенням (4.22), що визначається внутрішньою частиною, не зайнятою металевими трубками (1), зазначена клейка смола (6) наноситься у зазначеному розширенні (4.22). 4. Електричний резистор (R) згідно з будь-яким попереднім пунктом формули, який характеризується тим, що зазначена клейка смола (6) - це однокомпонентна епоксидна смола, яка піддається каталізації для перетворення смоли з в'язкої пасти, яку можна помістити у зазначеному розширенні (4.12; 4.22), на твердий клей. 5. Електричний резистор (R) згідно з будь-яким попереднім пунктом формули, який характеризується тим, що складається, своєю чергою, принаймні з кожуха (3) для термостата, цей кожух (3) спирається на зазначену основу (2.1) згаданої опори (2) і розміщується у гнізді (4.1; 4.2), в якому він кріпиться за допомогою зазначеної клейкої смоли (6). 6. Електричний резистор (R) згідно з будь-яким попереднім пунктом формули, який характеризується тим, що зазначена основа (2.1) зазначеної опори (2) виготовлена з міді чи пластмаси, у той час як зазначені металеві трубки (1) і зазначений кожух (3) виготовлені з міді, титану або нержавіючої сталі. 7. Електричний резистор (R) згідно з будь-яким попереднім пунктом формули, який характеризується тим, що зазначена опора (2) являє собою фланець, а зазначена основа (2.1) - кришку для закриття отвору, виконаному у передбаченому резервуарі зазначеного електричного резистора (R). 4 UA 95301 U 5 UA 95301 U 6 UA 95301 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7