| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2030127
ПОБУТОВИЙ нагрівальних приладів
Ім'я винахідника: Биков Петро Андрійович; Биков Олег Петрович; Першина Євгенія Петрівна
Ім'я патентовласника: Биков Петро Андрійович; Биков Олег Петрович; Першина Євгенія Петрівна
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1991.09.17
Суть винаходу нагрівальний прилад містить індукційну котушку з зовнішнім магнітопроводом і внутрішній магнітопровід, який встановлюють усередині нагрівається елемента, що виконується у вигляді різних модифікацій побутових приладів.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до побутових приладів, зокрема до пристроїв для приготування їжі, опалення приміщень, пайки виробів і прасування одягу.
Відома електрична плитка "Нева-110", що містить корпус, термоелектричний нагрівач, біметалічний регулятор потужності і шнур з вилкою [1]. Недоліком даної електричної плитки є те, що вона має малий термін служби, обумовлений підгоранням контактів біметалічного регулятора потужності. Плитка вимагає постійного нагляду, коли вона включена в електромережу (необхідно періодично зменшувати і додавати потужність і вимикати плитку після закінчення варіння їжі), вона не дозволяє встановлювати будь-яку температуру і підтримувати її протягом заданого часу постійною. Термоелектричний нагрівач швидко виходить з ладу через окислення і перегорання спіралі, виконаної з ніхрому і нагрівається до високої температури. Плитка не придатна для ефективного опалення приміщень, нагрівання паяльника і праски до потрібної температури, що забезпечує пайку виробів і прасування одягу при постійній температурі.
Аналіз аналогів показує, що найбільш близьким технічним рішенням до пропонованого за призначенням і ознаками є побутовий нагрівальний прилад, що містить підставку і нагрівальний елемент і об'єкт нагріву [2].
Недоліком приладу-прототипу є те, що він має низькі споживчі властивості і малий коефіцієнт використання за часом.
Метою винаходу є розширення споживчих властивостей приладу і підвищення коефіцієнта його використання за часом.
Поставлена мета досягається тим, що нагрівальний елемент виконаний у вигляді індукційного котушки із зовнішніми і внутрішніми магнитопроводами, при цьому індукційна котушка з зовнішніми магнитопроводами встановлена на підставці, а внутрішній магнітопровід - в об'єкті нагріву; внутрішній магнітопровід в об'єкті нагріву встановлено з можливістю вертикального переміщення і забезпечений приводом переміщення у вигляді біметалічної пластини або камери, заповненої матеріалом з великим коефіцієнтом термічного розширення (наприклад галієм, мають КТР 124 · 10 -6 град -1 при температурі 339 про К, або фосфором , які мають КТР 125 · 10 -6 град -1 при температурі 273-313 про К.
Індукційна котушка з зовнішніми магнитопроводами встановлена з можливістю вертикального переміщення щодо підставки і забезпечена приводами переміщення.
Підставка забезпечена столом, встановленим з можливістю вертикального переміщення, і камерою з Воздухопріемние наконечником, або вентилятором;
Об'єкт нагріву виконаний у вигляді опори посуду, утвореної плитами, стягнутими між собою гвинтами, між плитами встановлено рухомо підпружинений магнітопровід з регулювальним гвинтом, а на верхній плиті опори закріплені приводи переміщення індукційної котушки і магнітопровода;
Об'єкт нагріву може бути виконаний у вигляді паяльника, що складається з корпусу з різьбовим кінцем і внутрішнім різьбою, ручкою, гайками, накрученими на різьбовій кінець корпусу, робочим стрижнем, угвинченим в отвір для гвинта корпуса, і магнітопріводом з приводом переміщення у вигляді біметалевих пластин.
Об'єкт нагріву виконаний у вигляді праски, що складається з підошви, муздрамтеатру з порожниною, регулювальним гвинтом і приводом переміщення.
В об'єктах нагріву на поверхнях деталей, що контактують з магнитопроводами, нанесено покриття з високою теплопровідністю (наприклад, діамантове покриття).
Фіг. 1 показаний побутової нагрівальний прилад, розріз А-А
Фіг. 2 - прилад з опорою під посуд, розріз Б-Б
Фіг. 3 - прилад з опорою і посудом, встановлений на опорі вертикальний розріз
Фіг. 4 - прилад з встановленим на ньому паяльником, вертикальний розріз (прилад з нерухомими
котушкою і зовнішніми магнитопроводами), зліва - паяльник холодний, праворуч - паяльник гарячий
Фіг. 5 - прилад з встановленим на ньому праскою (прилад з нерухомими котушкою і зовнішніми магнитопроводами) вертикальний розріз
Фіг. 6 - показаний праска, розріз по С-С на фіг. 5
Фіг. 7 - привід переміщення індукційної котушки, або приводу пуску таймера, вертикальний розмір
Побутовий нагрівальний прилад складається з підставки 1, нагрівального елементу 2 і об'єкта нагріву 3. Підставка 1 утворена підставою 4, колонами 5, пружинами 6-8, наполегливими втулками 9, столом 10, кронштейнами 11, диском 12, пластинами 13 з трансформаторного заліза, камерою 14 з воздухопріемние наконечником 15, електродвигуном 16 з крильчаткою 17 вентилятора. У підставі 4 виконані отвори 18. Нагрівальний елемент 2 складається з індукційної котушки 19, утвореної каркасом 20 і дротом 21, намотаною на каркас 20, зовнішніх магнітопроводів 22, утворених фланцями 23, 24, кронштейнами 25, пластинами 26 з трансформаторного заліза і внутрішніх магнітопроводів 27 -29. Як об'єкт нагріву служать опора 30 посуду або паяльник або праска 32.
Опора 30 складається з плит 33, 34, гвинтів 35, втулок 36, муздрамтеатру 27, пружин 37, камери 38, гайок 39-41, матеріалу 42 з великим коефіцієнтом термічного розширення, штовхача 43 і гвинтом 44. На опорі 30 встановлена посуд 45 .
Паяльник складається з корпусу 46 з різьбовим кінцем 47 і внутрішнім різьбою 48, ручкою 31, гайками 49-51, нагвинченими на різьбовій кінець 47 корпусу 46, робочим стрижнем 52, угвинченим в отвір для гвинта 48 корпусу 46, і магнітопроводом 28 з приводом переміщення в вигляді біметалевих пластин 53. На муздрамтеатрі 28 закріплені теплоізоляційна прокладка 54 і фланець 55.
Праска 32 складається з підошви 56, кожуха 57, гвинтів 58, 59, втулок 60, пружин 61, біметалічної пластини 62, муздрамтеатру 29 з порожниною 63, регулювального гвинта 64, гайки 65 і ручки. Побутовий нагрівач прилад забезпечений колійним перемикачем 66, встановленим в камері 14, приводами 67 переміщення, встановленими на плиті 34 (на фіг. 1 на фланці 23 показані місця 68 торкання приводів 67). На столі 10 виконані радіальні канавки 69 (аналогічні канавки виконані на плиті 34, але не показані). На фланці 23 закріплений таймер 70, а на плиті 34 - привід пуску таймера 70. Привід пуску таймера 70 складається з камери 38, гайок 39, 40, штовхача 43, пружин 71, напрямних 72 і біметалевих 73 пластин. Привід переміщення 67 індукційної котушки 19 виконаний аналогічно приводу переміщення муздрамтеатру 27 в опорі 30 посуду 45 (фіг.2,3). Об'єкти нагріву 30-32 можуть бути забезпечені термометрами (не показані).
Стіл 10 виконаний з металу (фіг. 2,3) або кераміки (фіг.4,5). Деталі 11, 25, 35, 36, 58,59,60 виконані з немагнітних матеріалів, наприклад з нержавіючої сталі. Каркас 20 виконаний зі скла або кераміки. Дріт 21 виконана з алюмінію і покрита окисной плівкою Al 2 O 3. Деталі 43, 44, 64 виконані з матеріалу з низькою теплопровідністю, наприклад з титанового сплаву, а деталі 34, 46, 51, 52, 56 - з матеріалу з великою теплопровідністю, наприклад зі сплаву на мідній або алюмінієвій основі. На поверхнях деталей 34, 46, 51, 52, 56 нанесено покриття з високою теплопровідністю, наприклад діамантове покриття, осаджувати гальванічним шляхом. Для харчування індукційної котушки 19 кращий електричний струм промислової частоти (50 Гц). У вихідному (холодному) стані біметалічні пластини 53, 56, 73 прямі, муздрамтеатр 27 притиснутий до плити 34, муздрамтеатр 28 - до корпусу 46, а магнітопровід 29 - до підошви 56.
Побутовий нагрівальний прилад зі столом 10, забезпеченим деталями 11-13 працює наступним чином. У вихідному положенні під дією пружин 6 стіл 10 знаходиться у верхньому положенні (фіг.2), пластини 13 з трансформаторного заліза розташовані навпроти індукційної котушки 19. При включенні в електромережу вилки приладу по котушці 19 протікає струм. Коли пластини 13 знаходяться всередині котушки 19, її електроопір велика (за рахунок великого індуктивного опору), а сила струму і споживана котушкою потужність мінімальні. При установці на диск 12 столу 10 опори 30 стіл 10 залишається у верхньому положенні. При установці на опору 30 посуду 45 з приготовляемой їжею стіл 10 опускається під дією ваги цього посуду, пружини 6 стискаються, стіл 10 стосується наполегливих втулок (фіг. 3). Разом зі столом 10 опускаються пластини 13 з трансформаторного заліза, що призводить до зменшення електроопору котушки 19 (за рахунок зменшення її індуктивного електроопору), збільшення сили струму і споживаної приладом (котушкою 19) потужності. Після установки посуду 45 на опору 30 встановлюють таймер 70 на потрібну витримку часу.
Як тільки муздрамтеатр 27 виявляється всередині котушки 19 (Фіг.3), в ньому наводяться вихрові струми і магнітопровід 27 нагрівається. Від муздрамтеатру тепло передається плиті 34, від плити - до посуді 45 з їжею і камері 38 з матеріалом 42. При нагріванні матеріалу 42 останній розширюється і при досягненні певної температури, на яку відрегульований гвинт 44, матеріал 42 діє через штовхач 43 і гвинт 44 на муздрамтеатр 27, останній стискає пружини 37, при цьому магнітопровід 27 опускається, між магнітопроводом 27 і плитою 34 утворюється зазор (величина якого досягає 2 мм). Теплопровідність повітря, що знаходиться в зазорі, багато нижче теплопровідності деталей 27 і 34. Тепловідведення від муздрамтеатру 27 до плити 34 різко зменшується або припиняється практично повністю, але призводить до збереження практично постійної температури на плиті 34 і дні 45 посуду з приготовляемой їжею. Температура ж муздрамтеатру 27 продовжує зростати.
При нагріванні плити 34 нагріваються приводи переміщення індукційної котушки 19 і привід пуску таймера 70. При нагріванні котушки 38 (фіг. 7) нагріваються пластини 72 і 73. Пластини 73 згинаються, опускають штовхач 43, стискаючи пружину 71, а штовхач 43 впирається у фланець 23 , стискає пружини 7 і опускає фланець 23 з закріпленими на ньому індукційного котушкою 19 та зовнішніми магнитопроводами 22. Пластини 13 з трансформаторного заліза знову опиняються всередині котушки 19, а це призводить до зростання електроопору даної котушки (за рахунок зростання індуктивного електроопору), зменшення сили струму і споживаної котушкою 19 потужності. В результаті зменшується нагрівання магнітопровода 27.
При нагріванні приводу пуску таймера 70 його штовхач 43 опускається і включає таймер 70 в роботу. Після закінчення часу встановленої раніше витримки таймер 70 обезструмлює котушку 19 (вимикач таймера не показаний). Після відключення таймера варіння їжі деякий час триває за рахунок віддачі тепла від муздрамтеатру 27 до плити 34 (до вирівнювання їх температур).
Якщо після приготування їжі у відкритому посуді (їжа вариться при температурі 100 ° С) необхідно приготувати їжу в скороварці (їжа вариться при 105 ° С), то в опорі 30 послаблюють (відкручують) гайку 41, повертають (викручують) гвинт 44 на певний кут і знову затягують гайку 41. Потім на опору 30 встановлюють скороварку з приготовляемой їжею і варять їжу при тиску вище атмосферного і температурі вище 100 о С. при переході на приготування їжі у відкритому посуді знову перерегуліруют гвинт 44.
Прилад може використовуватися для нагріву (опалення) приміщення. Для цього включають електродвигун 16 або до Воздухопріемние наконечника 15 приєднують шланг від пилососа і включають останній. Крильчатка 17 електродвигуна 16 або пилососа жене повітря, який обдуває магнітопровід 27 (28 або 29), і нагріте повітря розсіюється через радіальні канавки 69 столу 10 або плити 34 по всьому об'єму приміщення (прилад використовується як опалювальний агрегат).
При необхідності пайки виробів на стіл 10 підставки 1 встановлюють паяльник (фіг. 4). Розглядаємо роботу приладу з підставкою 1, на якій індукційна котушка 19 із зовнішніми магнитопроводами 22 встановлені нерухомо, а стіл 10 виконаний з кераміки, під столом розміщений шляхової перемикач 66. При установці паяльника на стіл 10 останній опускається, стискаючи пружину 8, і натискає на шляховий перемикач 66, який подає харчування на індукційну котушку 19. При проходженні струму по індукційної котушці 19 в муздрамтеатрі 28 наводяться вихрові струми і він нагрівається. Поки паяльник холодний, магнітопровід 28 знаходиться в нижньому положенні, між ним і корпусом 46 зазор відсутній (фіг. 4, ліва частина паяльника). Від муздрамтеатру 28 нагрівається корпус 46, а від останнього тепло передається гайці 51, робітникові стрижня 52 і біметалічним пластин 53. При нагріванні пластини 53 згинаються, при досягненні певної температури, встановленої гайкою 51, вони впираються у фланець 55, а при подальшому нагріванні і вигині пластини 53, піднімають магнітопровід 28 щодо стрижня 46. Між магнітопроводом 28 і корпусом 46 утворюється зазор, що призводить до різкого зменшення тепловіддачі від муздрамтеатру 28 до корпусу 46. Це дозволяє нагрівати магнітопровід 28 до будь-якої температури і нагрівати корпус 46 до потрібної температури, а потім містити постійної температуру стрижня 46 протягом усього часу пайки. При нагріванні робочого стрижня 52 до потрібної температури паяльник знімає з підставки 1, при цьому стіл 10 піднімається під дією пружини 8, а контакт колійного перемикача 66 розмикає електричний ланцюг, і харчування котушки 19 припиняється.
При пайку виробів тепло інтенсивно відводиться від стрижня 52, а до стрижня 52 тепло передається від корпусу 46. При охолодженні корпуса 46 охолоджуються гайка 51 і біметалічні пластини 53, вигин яких зменшується в результаті опускається магнітопровід 28 і зменшується або усувається зазор між деталями 28 і 46 . Це призводить до збільшення тепловідведення від муздрамтеатру 28 до корпусу 46. За рахунок цього корпус 46 і стрижень 52 зберігають протягом деякого часу постійну температуру. При необхідності зміни температури корпусу 46 послаблюють гайку 50, повертають гайку 51 і знову затягують гайку 50.
При необхідності прасування одягу або тканин на стіл 10 підставки 1 встановлюють праска 32 (фіг.5). При цьому стіл 10 опускається, стискаючи пружину 8, і змикає контакти колійного перемикача 66, на індукційну котушку 19 подається електроживлення, в муздрамтеатрі 29 наводяться вихрові струми і він нагрівається. Поки праска холодний, магнітопровід 29 лежить на підошві 56, при цьому біметалічна пластина 62 пряма. При нагріванні муздрамтеатру 29 відбувається швидке нагрівання підошви 56, оскільки між магнітопроводом 29 і підошвою 56 немає зазору. При нагріванні підошви 56 нагрівається і згинається пластина 62. При досягненні певної температури пластина 62 стосується регулювального гвинта 64, а в подальшому вона починає піднімати гвинт 64 щодо підошви 56. Оскільки гвинт 64 угвинчений в муздрамтеатр 29, то при підйомі гвинта 64 щодо підошви 56 піднімається і магнітопровід 29, який стискає пружини 61, між магнітопроводом 2 і підошвою 56 утворюється зазор, теплопровідність повітря в якому в багато разів менше теплопровідності деталей 29 і 56. Це дозволяє нагрівати магнітопровід 29 праски 32 до будь-якої температури, а підошву 56 нагрівати тільки до заданої температури, а потім тримати практично постійною температуру підошви 56 протягом усього часу прасування. При нагріванні підошви 56 праски 32 до температури прасування і муздрамтеатру 29 до температури, більш високою в порівнянні з температурою прасування, праска 32 знімають з підставки 1, при цьому стіл 10 піднімається під дією пружини 8, а контакт колійного перемикача 66 розмикає електричну піч і обезструмлює котушку 19. При глажении одягу тепло інтенсивно відводиться від підошви 56. При охолодженні підошви 56 охолоджується і випрямляється биметаллическая пластина 62, це призводить до опускання муздрамтеатру 29, зменшення або усунення зазору між деталями 29 і 56. У результаті збільшується тепловідвід з муздрамтеатру 29 до підошви 56, за рахунок чого підошва 56 зберігає протягом деякого часу постійну температуру. При необхідності зміни температури підошви 56 послаблюють гайку 65, повертають гвинт 64 і знову затягують гайку 65.
З вищевикладеного випливає, що заявляється прилад дозволяє готувати їжу, паяти вироби і прасувати одяг практично при постійній температурі. Цим запобігається інтенсивне википання рідини з їжі, що готується (витікання у вигляді піни через край посуду, наприклад, при кип'ятінні молока), спрощується пайка виробів і підвищується якість пайки, а й запобігає псування (перевитрата) одягу та підвищується продуктивність під час прасування одягу. Об'єкти нагріву можуть швидко перерегулювати на будь-яку задану температуру.
В заявляється приладі дріт 21 котушки 19 нагрівається до малої температури. Окісна плівка Al 2 O 3, нанесена на поверхню дроту, запобігає окисленню дроту. Це призводить до збільшення довговічності нагрівального елементу (робить його практично вічним). Виконання терморегулятора без контактного перемикача робить даний терморегулятор більш надійним і довговічним (практично вічним) в роботі, оскільки в контактному перемикачі контакти рано чи пізно підгорають і виходять з ладу. Виконання терморегулятора у вигляді біметалічної пластини (пластин) - найбільш просте технічне рішення, однак при великій кількості циклів вигину пластини в біметалах накопичуються втомні напруги і біметал руйнується (це відбувається при кількості циклів вигину, набагато перевищує кількість змикання контактів до підгоряння). Виконання терморегуятора у вигляді деталей 38-44 робить даний терморегулятор практично вічним, оскільки в ньому нема чому втомлюватися або підгорати, зміна співвідношення внутрішнього діаметра камери 38 до діаметру штовхача 43 дозволяє змінювати хід штовхача 43. Використання матеріалу 42 з великим коефіцієнтом термічного розширення дозволяє збільшити хід штовхача 43 при мінімальному обсязі матеріалу 42. Можливість встановлення практично постійної температури приладу і регулювання заданої температури, а й збільшення довговічності приладу розширюють споживчі властивості приладу і підвищують коефіцієнт його використання за часом (заявляється прилад може замінити традиційні прилади: електроплитку, електропаяльник, електропраски та електроопалювальних агрегат ).
Розглянемо реальність здійснення технічного рішення для праски. Вага (G) серійно випускаються прасок становить 1,2 кг, а середня споживана потужність (Р), що витрачається на прасування, 500 Вт. При середній температурі прасування t o = 150 о С, нагріванні муздрамтеатру до t 1 = 450 о С і теплоємності сталевого муздрамтеатру С = 500 Дж / кг · град час безперервного прасування становить 
При потужності котушки 1 квт нагрів муздрамтеатру праски до 450 о С триває 2,5 хв. Якщо потрібне безперервне час прасування обмежити час хвилинами, то вага праски можна значно знизити (майже в 2 рази). При потужності індукційної котушки 1 квт час нагрівання магнітопровода праски до 450 о С скорочується до 1,5 хв. Даний розрахунок показує, що праска заявляється конструкції матиме набагато кращі експлуатаційні характеристики в порівнянні з серійно випускаються прасками (праска виходить більш простим по конструкції, практично вічним, він дозволяє встановлювати будь-яку температуру і підтримувати її протягом усього часу прасування, він більш зручний в роботі , оскільки не має електропроводу, що заважає прасуванню, він не створює радіоперешкоди, обумовлені роботою контактних терморегуляторів. Все вищевикладене стосується і паяльнику.
Нанесення на поверхню деталей 34, 46, 51,52,56 покриття з високою теплопровідністю, наприклад алмазного покриття, що має теплопровідність 545 Вт / м · до при Т = 293 про До покращує тепловідвід від однієї деталі до іншої. Крім поліпшення тепловідводу, діамантове покриття запобігає утворенню подряпин і забоїн на деталях приладу і схоплювання різьбових з'єднань.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
ПОБУТОВИЙ нагрівальних приладів, що містить підставку, нагрівальний і нагрівається елементи, що відрізняється тим, що нагрівальний елемент виконаний у вигляді індукційного котушки із зовнішніми і внутрішніми магнитопроводами, при цьому індукційна котушка з зовнішніми магнитопроводами встановлена на підставці, а внутрішній магнітопровід - внагрівається елементі.
Прилад по п.1, що відрізняється тим, що котушка з зовнішніми магнитопроводами і внутрішній магнітопровід встановлені з можливістю вертикального переміщення і забезпечені приводами переміщення у вигляді камер, заповнених матеріалом з великим коефіцієнтом термічного розширення, наприклад галієм або фосфором.
Прилад по п.1, що відрізняється тим, що підставка забезпечена столом, встановленим з можливістю вертикального переміщення, і камерою з Воздухопріемние наконечником і вентилятором.
Прилад по пп.1-3, що відрізняється тим, що нагрівається елемент виконаний у вигляді підставки для посуду з набору плит, стягнутих між собою гвинтами, причому рухомо підпружинений внутрішній магнітопровід з регулювальним гвинтом встановлений між плитами.
Прилад по п.1, що відрізняється тим, що нагрівається елемент виконаний у вигляді паяльника, що містить корпус з різьбовим кінцем і внутрішнім різьбою, ручку, гайки, навінченной на різьбовій кінець корпусу, робочий стрижень, угвинчений в корпус, і магнітопровід з приводом переміщення, виконаним у вигляді біметалевих пластин.
Прилад по п.1, що відрізняється тим, що нагрівається елемент виконаний у вигляді праски, що містить підошву, внутрішній магнітопровід, виконаний з порожниною, з регулювальним гвинтом і гайкою, а й приводом переміщення у вигляді біметалічної пластини.
Прилад по пп.4-6, що відрізняється тим, що на поверхні деталей, що нагріваються елементів, що контактують з магнитопроводами, нанесено покриття з високою теплопровідністю, наприклад діамантове.
Версія для друку
Дата публікації 06.12.2006гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.