CZ298182B6 - Polymerní ponorné topné teleso se skeletovou nosnou konstrukcí a zpusob jeho výroby - Google Patents

Abstract

Elektrické odporové topné teleso (100), které muze procházet stenou nádrze (13), pro pouzití ve spojení s ohrevem tekutého média, zahrnuje první prírubový konec (32), odporový drát (66), který je navinutý na nosný povrch nosného prostredku a pripojený k nejméne páru svorkových koncových cástí (12, 16) na prvním prírubovém konci (32) telesa (100). Nosný prostredek je opatren mnozinou otvoru, kteréskrz neho prochází. Nosný prostredek je ve forme tenkého skeletového nosného rámu (70) a zahrnuje mnozinu per (69) a mnozinu podper (60), propojujících pera (69). Dále zahrnuje tepelne vodivý polymerní povlak (30), který prekrývá odporový drát (66) pro hermetické oddelení a elektrické odizolování odporového drátu (66) od tekutiny. Popsáno je i pouzití takového topného telesa v ohrívaci vody, který zahrnuje nádrz pro uchovávání tekutého média, pricemz topné teleso je pripojeno ke stene nádrze pro ohrev cásti tekutého média v nádrzi. Popsán je téz zpusob výroby takového elektrického odporového topného telesa.

Description

Polymerní ponorné topné těleso se skeletovou nosnou konstrukcí a způsob jeho výroby

Oblast techniky

Vynález se týká elektrických odporových topných těles, vynález se týká zvláště takových odporových topných té les pro ohřev plynů a kapalin, která obsahují polymery.

Dosavadní stav techniky

US 2 846 536 popisuje elektrický ohřívač u něhož je odporový drát navinut na nosný povrch a je připojen k alespoň páru svorkových koncových částí, přičemž odporová cívka jc izolována granulovaným izolačním materiálem.

US 4 326 121 popisuje ponorný elektrický ohřívač pro použití v průmyslových procesech, který je zhotoven z antikorozního materiálu a může být ponořen do nckorozních kapalin. Ohřívač má tenký plochý polymerový nosný rám, mající boční členy s koncovými sekcemi vyčnívajícími za koncové části rámu.

WO 96/21336 popisuje elektrické odporové topné zařízení, zahrnující elektrický vodivý odporový topný člen, plně nesený a pokrytý integrální vrstvou elektricky izolujícího, tepelně vodivého, vstřikovaného polymerního materiálu, který je v přímém kontaktu s tekutinou. Nosná část má trubkovitý tvar s množinou otvorů.

Elektrická odporová topná tělesa, která se používají v souvislosti s ohřívači vody, se tradičné vyrábějí z kovových a keramických složek. Obvyklá konstrukce takového topného tělesa zahrnuje pár svorkových kolíků připájcných ke koncům Ni-Cr smyčky, která je axiálně umístěna do trubkového kovového pouzdra tvaru U. Odporová smyčkuje od kovového pouzdra odizolována práškovým keramickým materiálem, obvykle oxidem hořečnatým.

Ačkoliv jsou tato tradiční topná tělesa tažným koněm průmyslového odvětví ohřevu vody po mnoho desetiletí, nejsou prosta nedostatků. Například, galvanické proudy, ke kterým může dojít mezi kovovým pouzdrem a případným obnaženým kovovým povrchem nádrže, mohou způsoboval korozi anodických kovových složek systému. Na kovovém pouzdře, které je obvykle z mědi nebo jejích slitin, se z vody mohou usazovat vápenaté sloučeniny, které mohou vést až k předčasnému selhání topného tělesa. Navíc používání mosazných sroubení a měděných trubek je velmi nákladné, neboť cena mědi sc za poslední roky značné zvýšila.

Jako alternativu ke kovovým tělesům navrhl Cunningham v patentu US 3 943 328 elektrické topné těleso s krytem plastovým. V patentu popsaném zařízení se použije obvyklého odporového drátu a práškového oxidu horečnatého ve spojení s plastovým krytem. Protože plastový kryt je nevodivý, nemůže s dalšími kovovými díly topné jednotky, které se s vodou v nádrži stýkají, vzniknout galvanický článek, a rovněž vápenaté sloučeniny se na povrchu topného tělesa nemohou usazovat. Bohužel, z různých důvodů nelze z těchto dosud známých, plastem pokrytých topných těles po dobu normální životnosti dosáhnout vysokých příkonů a proto se tato tělesa nějak zvlášť nerozšířila.

Podstata vynálezu

Nedostatky známého stavu techniky řeší elektrické odporové topné těleso, které může procházet stěnou nádrže, pro použití ve spojení s ohřevem tekutého média, zahrnující, první přírubový konec, odporový drát, který je navinutý na nosný povrch nosného prostředku a připojený k nejméně páru svorkových koncových částí na prvním přírubovém konci tělesa a nosný prostředek jc

CZ 29X1X2 B6 opatřen množinou otvorů, které skrz něho prochází, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom. že nosný prostředek je ve formě tenkého skeletového nosného rámu a zahrnuje množinu per a množinu podpěr, propojujícího pera, a dále zahrnuje tepelně vodivý póly měrní povlak, který' překrývá odporový drát pro hermetické oddělení a elektrické odizolování odporového drátu od 5 tekutiny.

Dále je popsáno i použití takového topného tělesa v ohřívači vody, který zahrnuje nádrž pro uchovávání tekutého média, přičemž topné těleso je připojen ke stěně nádrže pro ohřev části tekutého média v nádrži.

Předmětem vynálezu je i způsob výroby elektrického odporového topného tělesa pro ohřev tekutiny, jehož podstata spočívá v tom, že zahrnuje kroky:

(a) opatřeni trubkovitého polymerového skeletového nosného rámu, který má na sobě první 15 nosný povrch, a který zahrnuje množinu per a množinu kruhových podpěr, kterc spojují pera.

(b) navinutí odporového drátu, který je připojený k nejméně páru svorkových koncových částí, na nosný povrch, (c) odlití tepelné vodivého polymeruího povlaku na odporový drát a podstatnou část nosného rámu pro hermetické oddělení a elektrické odizolování a odporového drátu od tekutiny.

(d) vytvoření množiny přestupních žeber, vyčnívajících z prvního povrchu topného tělesa pro efektivnější ohřívání tekutého média.

Vynález řeší elektrická odporová topná tělesa, která mohou procházet stěnou nádrže, například zásobní nádrže ohřívače vody, a která se používají ve spojení s ohřevem tekutých medií. Těleso zahrnuje skeletový nosný rám. který na sobě má první nosný povrch. Na tomto nosném povrchu je navinut odporový drát, který' může zajišťovat odporový ohřev tekutiny. Odporový drát je her30 meticky uzavřen a elektricky izolován uvnitř tepelně vodivého polymeruího povlaku.

Vynález, značně usnadňuje licí operace tím, že přináší tenkou skeletovou konstrukci pro nesení odporového topného drátu. Konstrukce zahrnuje množství otvorů pro usnadnění toku roztaveného póly měrní ho materiálu. Otevřená konstrukce má větší licí průřezy, které se roztaveným poly35 merním materiálem snadněji zaplňují. V průběhu lití vstřikováním se roztaveny polymer může směrovat na téměř celou délku odporového topného drátu, takže se významně snižuje riziko možného výskytu bublinek v rozhraní mezi skeletovým nosným rámem a polymerním, dodatečně litým povlakem. O takových bublinkách je známo, žc za provozu ve vodě způsobují místní přehřátí tělesa. Navíc tenké skeletové nosné rámy podle vynálezu předchází možnému oddělení 40 vrstev odlitých složek, tj. oddělení odporového topného drátu od polymeruího povlaku. Způsoby podle vynálezu významně zlepšují pokrytí polymerem a protože vyžadují menší licí tlaky, napomáhají také zmenšení licích otvorů formy.

Dále vynález řeší způsob výroby elektrického odporového tělesa. Výrobní způsob zahrnuje kroky 45 opatření skeletového nosného rámu s nosným povrchem a navinutí odporového topného drátu na nosný povrch. Nakonec sc přes odporový topný drát odlije tepelně vodivý polymer tak, aby jej elektricky izoloval a hermeticky uzavíral. Způsob se může rozšířit tak, aby zahrnoval lití vstřikováním nosného rámu a tepelně vodivého polymeru. Na obě tyto části se může použít stejná pryskyřice, aby se tak zajistila stejnoměrná tepelná vodivost výsledného tělesa.

Přehled obrázků na výkresech

Doprovodné výkresy zobrazují nejen výhodná provedení vynálezu, ale i množství dalších infor55 mací, které se vynálezu přímo týkají. Na výkresech jednotlivé obrázky znázorňují:

- 2 CZ 298182 B6

Na obr. 1 je perspektivní pohled na přednostní provedení polymerního ohřívače tekutiny podle vynálezu;

Na obr. 2 je levý bokorys polymerního ohřívače tekutiny dle obr. 1;

Na obr. 3 je nárys. včetně částečného řezu, polymerního ohřívače tekutiny dle obr. 1:

Na obr. 4 je nárys, částečně v řezu, přednostního vnitřního výlisku polymerního ohřívače tekutiny dle obr. I;

Na obr. 5 je nárys, částečně v řezu, přednostní svorkové sestavy pro polymerní ohřívač tekutiny dle obr. 1:

Na obr. 6 jc nárys detailu konce přednostního vinutí pro polymerní ohřívač tekutiny podle vynálezu;

Na obr. 7 je nárys detailu provedení dvojitého vinutí pro polymeruí ohřívač tekutiny podle vynálezu;

Na obr. 8 je čelní perspektivní pohled na přednostní skeletový nosný rám topného tělesa podle vynálezu;

Na obr. 9 je zvětšený částečný pohled na přednostní skeletový nosný rám dle obr, 8. který' ukazuje nanesený tepelné vodivý póly měrní povlak;

Na obr. 10 je zvětšený řez alternativním skeletovým nosným rámem:

Na obr. 11 je bokorys skeletového nosného rámu dle obr. 10;

Na obr. 12 jc nárys celého skeletového nosného rámu dle obr. [ 0.

Příklady provedení vynálezu

Vynalez přináší elektrická odporová topná tělesa a ohřívače vody, které tato tělesa obsahují. l ato zařízení jsou užitečná tím, že minimalizují galvanickou korozi v ohřívačích vody a olejů, omezují usazování vápenatých sloučenin a řeší problémy sc zkrácenou životností. Termíny ..tekutina a ..tekutá látka se míní jak kapalina, tak plyn.

Na výkresech, zejména potom na obr. I až 3. je zobrazen přednostní póly měrní ohřívač 100 tekutiny podle vynálezu. Polymerní ohřívač 100 tekutiny obsahuje elektrický vodivý, odporový topný materiál. Odporový topný materiál může mít formu například drátu, síťoviny, pásky nebo být vlnitý'. V přednostním ohřívači 100 se odporové teplo generuje ve vinutí J4, jehož pár volných konců je připojen k páru svorkových zakončení 12 a 16. Vinutí 14 je od tekutiny hermeticky a elektricky izolováno integrální vrstvou vysokoteplotního polymerního materiálu. Jinak řečeno, aktivní odporový topný materiál jc před zkratováním v tekutině chráněn polymerním povlakem. Odporový materiál podle vynálezu má dostatečný povrch, délku a tloušťku k tomu, aby o hřál vodu na teplotu nejméně 120°F bez roztavení polymerní vrstvy. Jak bude uvedeno dále, pečlivým výběrem odpovídajících materiálů a jejich rozměrů se toho dá dosáhnout.

Jak je zřejmé zejména z obr. 3, přednostní polymerní ohřívač 100 tekutiny se obecně skládá ze tři integrálních částí: svorkové sestavy 200, která je zobrazena na obr. 5, vnitřního výlisku 300, který je zobrazen na obr. 4, a polymerního povlaku 30, Dále následuje podrobný popis všech uvedených částí a popis jejich sestavení do polymerního ohřívače 100 tekutiny.

- 3 CZ 298182 B6

Přednostní vnitrní výlisek 300 ukázaný na obr. 4 je jednodílnou, vstřikováním zhotovenou částí z vysokoteplotního polymeru. Vnitřní výlisek 300 má na vnějším konci s výhodou přírubu 32. Na přírubu 32 navazuje nákružková část s množstvím závitu 22. Závity 22 jsou navrženy takové, aby lícovaly s vnitřním průměrem upevňovacího otvoru ve stěně nádrže, například nádrže 13 ohřívače vody. Vnitrní strana příruby 32 se pro zajištění dokonalejšího utěsnění může osadit Okroužkem (není zobrazen). Přednostní vnitrní výlisek 300 dále zahrnuje termistorovou dutinu 39, která se nachází uvnitř jeho kruhového průřezu. Termistorová dutina může zahrnovat koncovou stěnu 33, která termistor 25 odděluje od tekutiny. Termistorová dutina 39 je s výhodou na straně příruby 32 otevřená, takže sc do ní může snadno vložit svorková sestava 200. Přednostní vnitřní výlisek 300 obsahuje také nejméně pár vodičových dutin 31 a 35, které se nachází mezi termistorovou dutinou a vnější stěnou vnitřního výlisku a do kterých se vloží sběrací vodič 18 a svorkový vodič 20 svorkové sestavy 200. Vnitřní výlisek 300 obsahuje řadu příčných vodicích drážek 38, které jsou rozmístěné po jeho vnějším obvodu. Drážky mohou být vinuty závitově, mohou být samostatnými rýhami, apod. a měly by být navzájem vzdáleny natolik aby zajišťovaly elektrické oddělení jednotlivých závitů přednostního vinutí ]_4.

Přednostní vnitřní výlisek 300 se může vyrobit postupy odlévání vstřikováním. Průtočná dutina 11 se s výhodou vytvoří pomocí 12,5 palce druhého, hydraulicky ovládaného středového jádra, takže vznikne těleso s délkou asi 13 až 18 palců. Vnitřní výlisek 300 se může odlít v kovové formě, jejíž prstencový vtok leží na opačném konci než příruba 32. Žádoucí tloušťka stěny aktivní části 10 tělesa je menší než 0.5 palce, výhodně méně než OJ palce, s konečným cílem v rozsahu od 0,04 do 0.06 palce, přičemž tento rozměr jc považován za současnou spodní hranici dosažitelnou se stávajícím licím zařízením. Na aktivní části 10 tělesa, mezi po sobě jdoucími závity nebo rýhami, se litím vytvoří i pár závěsů nebo kolíků 45 a 55, které slouží pro ukončení nebo zakotvení závitů jednoho nebo více vinutí. Termistorová dutina 39, průtočná dutina 11, vodičové dutiny 31 a 35 a průtočné otvory' 57 se vytvoří v rovněž v průběhu lití s použitím radiálních a axiálních jader.

Nyní následuje, s odkazy na obr. 5, podrobný popis přednostního provedení svorkové sestavy 200. Základem svorkové sestavy 200 je polymerní zátka 28, do které se vloží pár svorek 23 a 24. Jak je ukázáno na obr, 2, svorky 23 a 24 mohou obsahovat závitem opatřené díry' 34 a 36, do kterých se zašroubují závitem opatřené koncovky, například šrouby, pro upevnění vnějších elektrických vodičů. Svorky 23 a 24 jsou koncovými částmi svorkového vodiče 20 a termistorového vodiče 21. Termistorový vodič 21 elektricky spojuje svorku 24 s vývodem 27 termistoru. Druhý vývod 29 termistoru je spojen sc sběracím vodičem j_8. který se vloží do vodičové dutiny 35 lak, že prochází podél spodní části vnitřního výlisku 300 dle obr. 4. Obvod se uzavře termistorem 25. Termistor 25 se volitelně může nahradit termostatem, termočlánkem nebo jednoduše zemnicím páskem, který se připojí k vnějšímu jističi nebo podobnému zařízení. Věří se, že zemnicí pásek (není zobrazen) se může umístit do blízkosti jednoho ze svorkových zakončení 16 a 12 tak, aby sc v případě tavení polymeru vinutí zkratovalo.

V přednostním provedení je termistorem 25 mžikový termostat/tepelná ochrana, jakým je Model W Series společnosti Portage Electric. Tato tepelná ochrana má malé rozměry' a pracuje pod střídavým napětím jak 120, tak 240 VAC. Tvoří ji vodivá, bimetalická konstrukce s elektricky aktivním pouzdrem. Zátkou 28 je s výhodou samostatný vstřikováním odlitý polymerní díl.

Po vyrobení svorkové sestavy 200 a vnitřního výlisku 300 se s výhodou obě tyto části sestaví ještě předtím, než se do vodicích drážek 38 aktivní části 10 tělesa navine vinutí j_4. Péče se musí věnovat zejména zajištění propojení okruhu ve svorkových zakončeních 12 a 16. Obvykle sc toho dosáhne připájením nebo bodovým přivařením svorkových zakončení 12 a 16 vinutí ke svorkovému vodiči 20 a sběračovému vodiči J_8. Důležité je rovněž uložení vinutí 14 na vnitřním výlisku 300 před nanesením polymerního povlaku 30. V přednostním provedení se polymerní povlak 300 na sestavu tlakově odlije tak, aby mezi ním a vnitřním výliskem 300 vznikla termoplastická polv

-4CZ 298182 B6 rncmí vazba. Stejně jako u výroby vnitřního výlisku 300 se do formy v průběhu licího procesu vloží jádra, která zachovají průchodnost průtočných otvorů 57 a průtočné dutiny U.

Na obr. 6 a 7 je zobrazeno provedení jednoduchého a dvojného vinutí odporového drátu polymerního odporového topného tělesa podle vynálezu. V provedení s jednoduchým vinutím odporového drátu dle obr. 6 se do vodicích drážek 38 vnitřního výlisku 300 navine první pár drátu se závity 42 a 43 tak. aby vnikla šroubovice. V přednostním provedení se odporový drát zachytí za kolík 45 tak, že vznikne ohyb nebo zakončení 44. Kolík 45 je v ideálním případě částí, tj. jc spolu s ním odlit, vnitřního výlisku 300.

Obdobně lze vytvořit uspořádání s dvojným odporovým drátem. V tomto provedení je první pár závitů 42 a 43 prvního odporového drátu oddělen od následného páru závitů 46 a 47 stejného odporového drátu zakončením 54 závitů sekundárního vinutí, které je zachycené za kolík 55. Druhý pár závitů 52 a 53 druhého odporového drátu, který je elektricky připojen k zakončení 54 závitů sekundárního vinutí, se poté navine okolo vnitřního výlisku 300 do volného páru navzájem sousedících vodicích drážek vedle závitů 46 a 47. Ačkoliv je sestava dvojného vinutí zobrazena s páry závitů jednotlivých odporových drátů, které se pravidelně střídají, rozumí se, že závity sc mohou navíjet ve skupinách dvou či více závitů každého z odporových drátů či v nepravidelných počtech a v libovolných tvarech vinutí, je nutné pouze dodržet pravidlo, žc jednotlivá vinutí jsou od sebe navzájem izolována bud' vnitřním výliskem, nebo jiným izolačním materiálem, jakým jsou například samostatné plastové povlaky apod.

Plastové díly topného tělesa podle vynálezu jsou přednostně z „vysokopecního“ polymeru, který se ani významně nezdeformuje. ani neroztaví při teplotách tekutého média asi od 120 do 180 °F. Nejvýhodnější jsou termoplastové polymery s teplotou tavení vyšší než 200 °F, lze však použít i určité keramické materiály a termosetove polymery. Přednostní termoplastové materiály mohou zahrnovat: fluorované uhlovodíky, polyaryl-sulfony, polyímidy, polyctcrctcrkctony, polyfenylen sulfidy, polyeter sulfony a směsi a kopolymery těchto termoplastů. Termosetové polymery vhodné pro tuto aplikaci zahrnují určité epoxidy, fenolové sloučeniny a silikony. Pro usnadnění chemického zpracování za vysokých teplot se mohou použít polymery kapalných krystalů.

V přednostním provedení vynálezu se použije polyfenylen sulfid (PPS). neboť má dobré vlastnosti při zvýšených teplotách, jc levný a, zejména litím vstřikováním, snadno zpracovatelný.

Polymery podle vynálezu mohou obsahovat asi 5 až 40 hmotnostních procent vláken, například grafitových, skelných nebo polyamidových. Dále se tyto polymery' mohou míchat s různými dalšími přísadami pro zlepšení tepelné vodivosti a vlastností uvolňování z formy. Tepelnou vodivost zlepší přídavek uhlíkového, grafitového nebo kovového prášku či šupin. Zároveň je však důležité. aby se těchto přísad nepoužilo nadbytečné množství, neboť přebytek vodivého materiálu může značně zhoršit izolační a ochranné, proti korozní vlastnosti přednostního polymemího povlaku. Polymerní tělesa podle vynálezu sc mohou zhotovit z libovolné kombinace výše zmíněných materiálů nebo se v závislosti na konečné aplikaci topného tělesa na výrobu různých částí topného tělesa podle vynálezu mohou použít vybrané polymery jak s přísadami, tak bez nich.

Odporovým materiálem, který v ohřívačích tekutiny podle vynálezu vede elektrický proud a generuje teplo, je s výhodou odporový kov, který je elektricky vodivý a teplu odolný. Oblíbeným kovem je Ni-Cr slitina, vhodné jsou však i některé slitiny mědi, oceli a nerezavějící oceli. Předvídáme dále, žc za předpokladu, že budou schopny generovat množství tepla dostatečné k ohřevu tekutin, jako je voda, bude možné v budoucnu kovové odporové materiály nahradit vodivými polymery' s obsahem grafitových, uhlíkových nebo kovových prášků nebo vláken. Zbývající elektrické vodiče přednostního polymemího ohřívače 100 tekutiny sc mohou vyrobit také z těchto vodivých materiálů.

Alternativou k přednostnímu vnitřnímu výlisku 300 vynálezu je skeletový nosný rám 70 zobrazený na obr. 8 a 9. Ukázalo sc, žc oproti vnitřnímu výlisku 300 má některé výhody. Při odlévání

- 5 CZ 298182 136 vstřikováním plného vnitřního výlisku 300, například v podobě trubky, může dojít díky konstrukci ohřívače, která vyžaduje malé tloušťky stěn (až 0.025 palce) na poměrně velké délce (až 14 palců), k nerovnoměrnému vyplnění formy. Tepelně vodivý polymer s výhodou obsahuje přídavky, jako jsou skelná vlákna a keramický prášek, oxid hlinitý (AKO.) a oxid hořečnatý (MgO). které však mají za následek extrémní viskozitu taven i ny polymeru. Pro správné vyplnění formy je proto nutné použít vysokých tlaků, které mohou způsobit í rozevření formy.

Kvůli snížení možnosti výskytu takového problému vynález uvažuje s použitím skeletového nosného rámu 70, který má množství otvorů a nosný povrch pro upevnění odporového topného drátu 66. V přednostním provedení skeletový nosný rám tvoří válcový člen, který' má asi 6 až 8 po obvodě rozmístěných podélných per, která probíhají po celé délce rámu 70. Pera 69 pohromadě drží množství prstencových podpěr 60, které jsou podélně rozmístěny po celé délce trubku připomínajícího členu. Prstencové podpěry 60 mají s výhodou tloušťku menší než asi 0,05 palce, výhodněji asi 0,025 až 0,03 palce. Pera 69 jsou s výhodou na vrcholu asi 0,125 palce široká a směrem dovnitř se zužují do zahroceného žebra 62 pro přestup tepla. Žebra 62 by měla pro dosažení maximální účinnosti přestupu tepla do ohřívané tekutiny, jako jc voda, přesahovat vnitřní průměr konečného tělesa po nanesení polymerního povlaku 64 o nejméně 0,125 palce, výhodněji o 0,25 palce.

Vnější povrch per 69 přednostně obsahuje drážky, do kterých sc může vložit dvojitá šroubovice přednostního odporového topného drátu 66.

Ačkoliv je vy nález popsán na příkladě, v němž jsou přestupní žebra 62 částí skeletového nosného rámu 70, mohou se tato žebra 62 vytvořit i jako část prstencových podpěr 60 nebo dodatečně odlitého polymerního povlaku 64. popřípadě množství těchto povrchů. Obdobně se mohou přestupní žebra 62 vytvořit vně per 69 tak, aby procházela polymerním povlakem 64. Dále, vynález předvídá opatření vnitřního i vnějšího povrchu topného tělesa množstvím nepravidelných nebo geometricky tvarovaných boulí a prohlubní. O takových površích jc známo, že usnadňují přestup tepla z povrchu do kapalin, l akový povrch lze vyrobit mnoha způsoby, včetně odlévání vstřikováním polymerního povlaku 64 nebo žeber 62, leptání, pískování nebo mechanického opracování topných těles podle vynálezu.

V přednostním provedení vynálezu jc skeletový nosný rám 70 z termoplastové pryskyřice, která může být z jedním „vysokoteplotních polymerů popsaných v tomto textu, jako je polyfenylen sulfid (PPS) s malým množstvím skelných vláken pro zvýšení strukturální pevnosti a případně keramickým práškem, jako je AKCK nebo MgO, pro zvýšené tepelné vodivosti. Alternativně sc skeletový nosný rám může vyrobit jako člen z tavené keramiky včetně jednoho či více materiálů ze skupiny, která zahrnuje křerničitan hlinitý, ΛΕΟ;, MgO, grafit. ΖγΟί, Sí.;N₄, Y2O3. SiC. SiO?, apod., nebo z termoplastového nebo termosetového polymeru, který je jiný než „vysokoteplotní“ polymery navrhované pro použití v povlaku 30. Pokud se použije na skeletový nosný rám použije termoplastu, mel by tento materiál mít teplotu skelného přechodu větší, než je teplota tavení polymeru použitého na povlak 30.

Skeletový nosná rám 70 se vloží do navíjecího stroje a přednostní odporový topný drát sc složí a navine na přednostní nosný povrch, tj. do po délce rozmístěných drážek 68, skeletového nosného rámu 70 vc dvojité šroubovici. Navinutý skeletový nosný rám 70 se pote vloží do vstřikovací formy, kde se na něj litím vstřikováním nanese jeden z přednostních polymerních povlaků podle vynálezu. V jednom z přednostních provedení zůstávají pro styk s tekutinou obnaženy jen malé části přestupních žeber 62, zbytek skeletového nosného rámu 70 se pokryje pryskyřicí vně i uvnitř, tedy poklid má válcový tvar. Plocha obnaženého povrchu je přednostně menší než 10 procent plochy povrchu skeletového nosného rámu 70.

Otevřené plochy v průřezu, které tvoří množství otvorů v skeletovém nosném rámu 70, dovolují snadnější plnění a větší pokrytí odporového topného drátu 66 licí pryskyřicí a zároveň snižují nebezpečí vzniku bublin a nerovnoměrností. V přednostních provedeních by měly otevřené

-6CZ 298182 B6 oblasti zaujímat nejméně asi 10 procent, přednostně více než 20 procent celkového povrchu válcové plochy skeletového nosného rámu 70 tak, aby roztavený polymer mohl snadněji proudit okolo nosného rámu 70 a odporového topného drátu 66.

Alternativní skeletový nosný rám 200 je zobrazen na obr. 10 až 12. Také alternativní skeletový nosný rám 200 má množství podélných per 268 s po dclce rozmístěnými drážkami pro vložení odporového topného drátu (není zobrazen). Podélná pera jsou držena pohromadě distančními prstencovými podpěrami 266. Distanční prstencové podpěry 266 mají konstrukci „kola od vozu“ s množstvím paprsků 264 a středem 262. To zaručuje větší strukturální pevnost, než má skeletový 10 nosný rám 70, aniž by to však podstatněji znesnadňovalo operaci lití vstřikováním.

Alternativně se polymemí povlaky podle vynálezu na popsané skeletové nosné rámy 70 nebo 200 mohou nanášet například ponořením do fluid ní ho lože pelet izovaného nebo práškového polymeru, jakým je PPS. V takovém procesu se na skeletový nosný rám navine odporový drát, do kteréi? ho se přivede proud, aby tak vzniklo teplo. Pokud se použije PPS, musí se dosáhnout před ponořením skeletového nosného rámu do fluidního lože peletizovaného polymeru teploty nejméně 500 °F. Fluidní lože umožní těsný kontakt mezi peletizovaným polymerem a ohřívaným odporovým drátem, takže se polymemí povlak v podstatě rovnoměrně nanese na odporový topný drát a v podstatě okolo skeletového nosného rámu. Výsledné těleso může mít relativně plnou konst20 rukci. nebo může v průřezu zahrnovat nezanedbatelné množství otevřených otvorů, ačkoliv se předpokládá, že odporový topný drát je od tekutiny hermeticky izolován. Rozumí se, že skeletový nosný rám a odporový topný drát sc mohou namísto připojení drátu ke zdroji elektrického proudu ohřát předem tak, aby vzniklo dostatečné množství tepla pro natavení pelet polymeru na jejich povrchy. Proces může zahrnovat i ohřev po vyjmutí z lože pro dosažení větší rovnoměrnosti 25 nanesení povlaku. Další úpravy procesu nevybočují z odborníkům známých postupů stávající technologie polymerů.

Standardní parametry přednostních polymcrních ohřívačů podle vynálezu pro ohřev vody je 240 V a 4500 W. Délku a průměr drátu vodivých vinutí 14 lze měnit podle potřeby pro dosažení 30 příkonů od 1000 W do asi 6000 W, přednostně v rozmezí od 1700 W do 4500 W. Pro ohřev plynů lze použít nižších příkonů asi 100 až 1200 W. Dvojnásobných či dokonce trojnásobných příkonů lze dosáhnout využitím vícenásobných vinutí nebo jiných odporových materiálů, která končí v různých částech délky aktivní části 10 tělesa.

Z předchozích odstavcuje zřejmě, že vynález přináší zlepšená topná tělesa tekutin pro použití ve všech typech zařízení pro ohřev tekutin, jako jsou ohřívače vody a oleje. Přednostní zařízení podle vynálezu jsou z převážné části z polymerů, což snižuje náklady a podstatně zmenšuje možné galvanické jevy uvnitř nádrže tekutiny. V určitých provedeních vy nálezu se polymemí ohřívače tekutiny mohou kombinovat s polymemí skladovací nádrží, takže se zcela předejde vzniku 40 koroze vázané na přítomnost iontů kovů.

Alternativně se ty lo polymemí ohřívače tekutiny mohou navrhnout jako skladovací kontejner, kdy tekutinu zároveň uchovávají a ohřívají. V takových provedeních se průtočná dutina 11 odlije tak, aby měla tvar nádrže nebo vodojemu, ohřevové vinutí 14 může být součástí stěny a po 45 zapnutí přívodu elektrické energie může ohřívat kapalinu nebo plyn v nádrži nebo vodojemu.

Ohřívače podle vynálezu se mohou použít i v ohřívačích jídla, kulmách, vysoušečích vlasů, žehličkách a rekreačních ohřívačích používaných v lázních a plovárnách.

Vynález je použitelný i na průtočné ohřívače, ve kterých tekutina prochází trubkou obsahující 50 jedno nebo více vinutí čí odporových materiálů podle vynálezu. Když tekutá látka prochází vnitřním průměrem takové trubky, generované odporové teplo prochází vnitřní stěnou trubky a přechází do plynu či kapaliny. Průtočné ohřívače sc používají ve vysoušečích vlasů a ohřívačích pracujících „na požádání“, které mají nej častěji podobu nástěnného ohřívače vody.

Ačkoliv byla výše popsána různá provedení vynálezu, v žádném případě se na ně vynález neomezuje. Odborníkům jsou jistě zřejmé mnohé úpravy uvedených provedení, které by měly být posuzovány v souvislosti s připojenými patentovými nároky.

Claims (10)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Elektrické odporové topné těleso (100), které může procházet stěnou nádrže (13), pro použití ve spojení s ohřevem tekutého média, zahrnující (a) první přírubový konec (32).

(b) odporový drát (66), který je navinutý na nosný povrch nosného prostředku a připojený k nejméně páru svorkových koncových částí (12. 16) na prvním přírubovém konci (32) tělesa (100) a (c) nosný prostředek je opatřen množinou otvorů, které skrz něho prochází, vyznačující se tím, že (d) nosný prostředek je ve formě tenkého skeletového nosného rámu (70) a (e) zahrnuje množinu per (69) a množinu podpěr (60), propojujících pera (69) a (f) tepelně vodivý póly měrní povlak (30), který překrývá odporový drát (66) pro hermetické oddělení a elektrické odizolování odporového drátu (66) od tekutiny.

2. Topné těleso podle nároku 1, vyznačující se t í m , žc pera (69) jsou podélná pera a podpěry' (60) jsou kruhové podpěry.

3. Topné těleso podle nároku 2, vyznačující se t í m . že podélná pera (69) zahrnují množinu drážek (68) pro nesení odporového drátu (66).

4. Topné těleso podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se t í m . že skeletový nosný rám (70) dále zahrnuje přestupní žebra (62) umístěná tak, aby zasahovala do tekutého média.

5. Topné těleso podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující sc t í m , že skeletový nosný rám (70) má obecně trubkovitý tvar, kde otvory představují nejméně asi 10 % celkové plochy povrchu trubkovitého tvaru pro usnadnění odlití tepelně vodivého polymeruího povlaku (30) na odporový drát (66).

6. Topně těleso podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se t í m , žc skeletový nosný rám (70) a tepelně vodivý póly měrní povlak (30) zahrnují běžnou termoplastovou pryskyřici.

7. Topné těleso podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se t í m , že skeletový nosný rám (70) zahrnuje póly měrní materiál.

8. Topné těleso podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se t í m . že skeletový nosný rám (70) má obecně trubkovitý tvar.

9. Topné těleso podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se t í m , že přestupní žebra (62) jsou uspořádána na vnitřním povrchu trubkovitého tvaru.

-8CZ 298182 B6

10. Γορηό těleso podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím,žc tepelně vodivý polymerní povlak (30, 64) je uspořádaný přes odporový drát (66) a přes podstatnou část nosného rámu (70) pro hermetické oddělení a elektrické odizolování odporového drátu (66) od tekutiny a množina přestupních žeber (62) vyčnívá z povrchu topného tělesa pro efektivnější ohřívání tekutého media,

11. Topné těleso podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že polymerní povlak (30) zahrnuje přísadu pro zlepšení tepelné vodivosti polymemího povlaku (30) a překrývá odporový drát (66) a nejméně 90 procent skeletového nosného rámu (70) pro hermetické oddělení a elektrické odizolování odporového drátu od tekutiny, přičemž skeletový nosný rám (70) má množinu otvorů pro usnadnění odlití polymemího povlaku (30),

12. Použití topného tělesa podle kteréhokoliv z předchozích nároku v ohřívači vody, který' zahrnuje nádrž (13) pro uchovávání tekutého média, přičemž topné těleso je připojeno ke stěně nádrže (13) pro ohřev části tekutého média v nádrži (13).

13. Způsob výroby elektrického odporového topného tělesa (100) podle kteréhokoliv z nároku 1 až 11 pro ohřev tekutiny, vyznačující se t í m , že zahrnuje kroky:

(a) opatření trubkovitého polymerového skeletového nosného rámu (70). který má na sobě první nosný povrch, a který zahrnuje množinu per (69) a množinu kruhových podpěr (60), které spojují pera (69), (b) navinutí odporového drátu (66), který je připojený k nejméně páru svorkových koncových částí (12, 16), na nosný povrch.

(c) odlití tepelně vodivého polymemího povlaku (30) na odporový drát (66) a podstatnou část nosného rámu (70) pro hermetické oddělení a elektrické odizolování a odporového drátu (66) od tekutiny, (d) vytvořeni množiny přestupních žeber (62), vyčnívajících z prvního povrchu topného tělesa pro efektivnější ohřívání tekutého média.

14. Způsob podle nároku 13. vy z n ač u j í c í sc t í m , že skrz skeletový nosný rám (70) se vytvoří množina otvorů a tepelně vodivý polymerní povlak (30) se dotýká odporového drátu (66), přičemž topné těleso je elektrické odporové topné těleso pro ohřev tekutého média a odporový drát (66) a podstatná část nosného rámu (70) jsou odděleny od tekutého media, přičemž krok (a) zahrnuje vstřikovací lisování skeletového nosného rámu (70) a krok (c) zahrnuje vstřikovací lisování tepelně vodivého polymemího povlaku (30) pro pokrytí odporového drátu (66) a alespoň 90 % nosného rámu (70), přičemž zbývající část nosného rámu (70). která není pokryta, zahrnuje množinu přestupních žeber (62).

15. Způsob podle nároku 13 nebo 14, vyznačující se tím, že skeletový nosný rám (70) zahrnuje množinu podélných per (69) spojených množinou s odstupem uspořádaných kruhových podpěr (60), kde podélná pera (69) zahrnují s odstupem uspořádané drážky (68), přičemž v kroku (b) se navine odporový drát (66) na s odstupem uspořádané drážky (68), a pár volných konců odporového drátu (66) se připojí k páru svorkových koncových částí (12, 16). a v kroku (c) se odlije tepelně vodivý polymerní povlak (30), zahrnující přísady pro zlepšení tepelné vodivosti polymemího povlaku (30), přes odporový drát (66) a alespoň 90 % skeletového nosného rámu (70) pro hermetické oddělení a elektrické odizolování a odporového drátu (66) od tekutiny, přičemž skeletový nosný rám (70) je opatřen množinou otvorů pro usnadnění odlévání polymemího povlaku (30).

-9CZ 298182 B6

16. Způsob podle nároků 13 až 15, vyznačující se t í m , žc skeletový nosný rám (70) a tepelně vodivý póly měrní povlak (30) zahrnují běžnou termoplastovou pryskyřici.

17. Způsob podle nároků 13 až 16. vyznačující se t í m , že podélná pera (69) zahrnují 5 množinu drážek (68) pro uložení odporového drátu (66).

18. Způsob podle nároku 16. v y z n a č uj í c í se t í m , že polymemí povlak (30) je tepelně vodivý.

10 19. Způsob podle nároků 13 až 18, vyznačující se t í m , žc krok (a) zahrnuje vstřikovací lisování skeletového nosného rámu (70) a krok (c) zahrnuje vstřikovací lisování polymeruího povlaku (30) pro pokrytí odporového drátu (66) a alespoň 90 % skeletového nosného rámu (70).