Нагреватель электрический для потенциально взрывоопасных сред

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ НАГРЕВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДЛЯ ПОТЕНЦИАЛЬНО ВЗРЫВООПАСНЫХ СРЕД(71) Заявитель Левин Рафаил Иосифович(72) Автор Левин Рафаил Иосифович(73) Патентообладатель Левин Рафаил Иосифович(57) 1. Нагреватель электрический для потенциально взрывоопасных сред, содержащий корпус, по крайней мере, один саморегулируемый нагревательный полупроводниковый элемент и, по крайней мере, один контакт, отличающийся тем, что корпус выполнен с внутренней полостью, охватывающей нагревательный элемент, нагревательный элемент помещен внутрь корпуса, электрические соединения нагревательного элемента с корпусом и контактом выполнены неразъемными, а свободное пространство внутри корпуса заполнено диэлектрическим материалом, имеющим коэффициент теплового объемного расширения не менее коэффициента теплового объемного расширения материала корпуса. 2. Нагреватель по п. 1, отличающийся тем, что электрические соединения нагревательного элемента с корпусом и контактом выполнены электропроводящим клеем. 3. Нагреватель по п. 2, отличающийся тем, что электропроводящий клей имеет хорошую теплопроводность. 4. Нагреватель по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрический материал имеет хорошую теплопроводность. 5. Нагреватель по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрический материал эластичный. 6. Нагреватель по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрический материал трудногорючий. 7. Нагреватель по п. 1, отличающийся тем, что его корпус выполнен в виде охладителя с пазами.(56) 1. Патент Российской Федерации 2093373, 1996. Данная полезная модель относится к устройствам подогрева, работающим в потенциально взрывоопасных средах, и может использоваться в топливной системе дизельных двигателей для обеспечения их запуска и работы при температуре окружающей среды ниже предельной температуры фильтруемости топлива. Известно устройство подогрева топлива для двигателя внутреннего сгорания, которое содержит подогреватели, выполненные в виде корпуса с расположенными по его внешней поверхности саморегулируемыми нагревательными полупроводниковыми элементами,прижатыми к нему посредством пружинных контактов 1. Это устройство является прототипом настоящей полезной модели. Одним из недостатков прототипа является невозможность использования его в пожаро- и взрывоопасных зонах, которыми являются элементы топливной системы двигателя внутреннего сгорания, т.к. он имеет открытые токопроводящие части, контактирующие с пожаро-взрывоопасной средой, а прижим нагревательных элементов к поверхности корпуса с помощью пружинных контактов при ударах и вибрациях, возникающих в процессе эксплуатации автотракторной техники, не исключает возможность искрообразования в местах токоподвода к нагревательным элементам. Кроме этого, при разрушении нагревательного элемента или при попадании в топливо токопроводящих примесей (например,металлической стружки), возможно образование электрической дуги, что в окружающей пожаро-взрывоопасной среде является недопустимым. Вторым недостатком прототипа является малая теплоотдача нагревательного элемента, т.к. из-за плохого теплового контакта с корпусом подогревателя нагревательный элемент, обладающий свойствами саморегулирования, быстро нагревается до температуры переключения и генерируемый им тепловой поток резко уменьшается. Это приводит к необходимости использования в прототипе нескольких нагревательных элементов. При этом возрастает пусковой ток нагревателя, увеличивается ток срабатывания устройств защиты,что увеличивает пожаро- и взрывоопасность нагревателя. Третьим недостатком прототипа являются его большие габаритные размеры, необходимые для установки нескольких нагревательных элементов и, как следствие, повышенная опасность взрыва при опустошении топливного бака, т.к. при этом горячие электрические нагреватели оказываются выше уровня жидкости и работают в окружении взрывоопасной смеси паров дизельного топлива с воздухом. Заявляемая полезная модель решает задачи повышения пожаро-взрывобезопасности работы электрического нагревателя в потенциально взрывоопасных средах при наличии вибраций и ударов. Эти задачи решаются за счет того, что нагреватель содержит, как и прототип, корпус,по крайней мере, один саморегулируемый нагревательный полупроводниковый элемент и,по крайней мере, один контакт. В отличие от прототипа корпус имеет внутреннюю полость, охватывающую нагревательный элемент, нагревательный элемент помещен внутрь корпуса, электрические соединения нагревательного элемента с корпусом и контактом выполнены неразъемными, а свободное пространство внутри корпуса заполнено диэлектрическим материалом, имеющим коэффициент объемного расширения не менее коэффициента объемного расширения материала корпуса. Электрические соединения нагревательного элемента с корпусом и контактом могут быть выполнены электропроводящим клеем, электропроводящий клей и диэлектрический материал могут иметь хорошую теплопроводность, диэлектрический материал может быть эластичным и трудногорючим, а корпус может быть выполнен виде охладителя с пазами. 2 39442007.10.30 Такое выполнение нагревателя обеспечивает исключение искрения во время его работы при ударах и вибрациях за счет выполнения электрических соединений нагревательного элемента с корпусом и контактом неразъемными (все электрические соединения могут быть выполнены с помощью электропроводящего клея) понижение вероятности возникновения пожара и взрыва при разрушении нагревательного элемента и нарушении электрических контактов в цепи токоподвода к нагревательному элементу за счет герметизации всех токоведущих частей внутри корпуса нагревателя диэлектрическим материалом. Вероятность возникновения пожара и взрыва еще более может быть понижена при использовании трудногорючего диэлектрического материала повышенную теплоотдачу нагревательного элемента за счет хорошего теплового контакта с корпусом. При выполнении корпуса в виде охладителя с пазами, а также при использовании клея и диэлектрического материала с хорошей теплопроводностью,теплоотдача нагревательного элемента еще более увеличивается. При этом без изменения количества тепла, генерируемого нагревателем, количество нагревательных элементов и соответственно высота корпуса и пусковой ток нагревателя в данной полезной модели могут быть уменьшены по сравнению с прототипом понижение вероятности возникновения пожара и взрыва за счет уменьшения высоты корпуса нагревателя. При этом даже при опустошении топливного бака, нагреватель постоянно погружен в топливо и не имеет контакта с взрывоопасной смесью паров дизельного топлива с воздухом понижение вероятности возникновения пожара и взрыва при попадании в топливо токопроводящих примесей (например, металлической стружки) и при наличии вероятности механических повреждений за счет выполнения корпуса с внутренней полостью, охватывающей нагревательный элемент, и герметизации всех токоведущих частей внутри корпуса нагревателя диэлектрическим материалом увеличение виброустойчивости нагревателя за счет заполнения свободного пространства внутри корпуса диэлектрическим материалом, имеющим коэффициент теплового объемного расширения не менее коэффициента теплового объемного расширения материала корпуса нагревателя. При этом в широком диапазоне температур хрупкий нагревательный элемент через контакт равномерно прижимается диэлектрическим материалом к жесткой поверхности прочного корпуса и нагреватель может надежно работать при ударах и вибрациях. Виброустойчивость нагревателя может быть дополнительно увеличена при использовании эластичного диэлектрического материала, позволяющего уменьшить механические нагрузки на хрупкий нагревательный элемент. Вариант конструкции нагревателя электрического для потенциально взрывоопасных сред, где неразъемные электрические соединения выполнены тепло-электропроводящим клеем, а диэлектрический материал имеет хорошую теплопроводность, эластичность и свойства трудногорючести проиллюстрирован чертежами, где на фиг. 1 изображен поперечный разрез нагревателя, а на фиг. 2 вид нагревателя в плане. Нагреватель электрический для потенциально взрывоопасных сред содержит корпус 1 с внутренней полостью, охватывающей саморегулируемый нагревательный полупроводниковый элемент 2, помещенный внутрь корпуса и контакт 3. Электрические соединения нагревательного элемента 2 с корпусом 1 и контакта 3 с нагревательным элементом 2 выполнены с помощью электропроводящего клея, а свободное пространство внутри корпуса 1 заполнено трудногорючим эластичным диэлектрическим теплопроводящим материалом 4, имеющим коэффициент теплового объемного расширения не менее коэффициента теплового объемного расширения материала корпуса 1. Описанный нагреватель работает следующим образом. При протекании электрического тока через нагревательный элемент 2 на его активном сопротивлении происходит преобразование электрической энергии в тепловую. Тепловой 39442007.10.30 поток от нагревательного элемента 2 к поверхности внутренней полости корпуса 1 проходит по трем параллельным каналам через тепло- и электропроводящий клей - от нижней (по чертежу) поверхности нагревательного элемента 2 через тепло- и электропроводящий клей, контакт 3 и теплопроводящий материал 4- от верхней (по чертежу) поверхности нагревательного элемента 2 через теплопроводящий материал 4 - от остальных (кроме указанных выше) поверхностей нагревательного элемента 2. Перенос тепла от поверхности внутренней полости корпуса 1 на его наружную поверхность происходит за счет теплопроводности корпуса. По мере накопления тепла на корпусе 1, его температура возрастает. Поскольку тепловое объемное расширение материала 4 не менее теплового объемного расширения материала корпуса 1, то эластичный материал 4 в широком диапазоне температур равномерно прижимает хрупкий нагревательный элемент 2 через контакт 3 к жесткой поверхности прочного корпуса нагревателя,разгружая нагревательный элемент и клеевые соединения от механических нагрузок. Это позволяет нагревателю надежно работать при ударах и вибрациях. При увеличении температуры саморегулирующегося нагревательного элемента 2 до температуры переключения происходит скачкообразное увеличение его активного сопротивления и тепловой поток, генерируемый нагревательным элементом, резко уменьшается. Вследствие отбора тепла в окружающую среду, например для нагрева дизельного топлива, температура нагревателя понижается. При охлаждении нагревательного элемента 2 до температуры ниже температуры переключения, его активное сопротивление скачкообразно уменьшается, генерируемый им тепловой поток снова возрастает и компенсирует потери тепла. Таким образом, осуществляется автоматическая стабилизация температуры поверхности нагревателя на уровне, определяемом температурой переключения саморегулирующегося нагревательного полупроводникового элемента 2. Поскольку температура переключения и предельная температура поверхности нагревательного элемента 2 являются его параметрами и не могут превысить заранее установленные величины, то использование саморегулирующегося нагревательного полупроводникового элемента в нагревателе исключает создание пожаро- и взрывоопасных ситуаций за счет перегрева нагревателя. При изготовлении корпуса нагревателя из алюминиевого сплава АК-12 в качестве трудногорючего эластичного диэлектрического теплопроводящего материала может быть использован материал керамико-полимерный теплопроводящий диэлектрический ТУ В 100009933.004-2001, а в качестве тепло- и электропроводящего клея может быть использован токопроводящий клей ТОК-1 ШКФЛО.028.002 ТУ. В качестве саморегулируемых полупроводниковых элементов могут быть использованы терморезисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления (позисторы). Фиг. 2 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4