Пластинчатый электронагреватель
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 Н 05 В 3/16
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Фиг. 1 (21) 4938436/07 (22) 22.05.91 (46) 23,04.93. Бюл. ¹ 15 (71) Тульский политехнический институт (72) В,В.Ветров, Н.А.Егорова, T.Н.Панова и
С.И.Стреляев (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 423261, кл. Н 05 В 3/28, 1972, PCT заявка 86/01672. кл, Н 05 В 3/16, 1986.
„, 50 „1811036 А1 (54) ПЛАСТИНЧАТЫЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВА. ТЕЛЬ (57) Использование: в боковых электронагревательных приборах, а также в тепловых имитаторах. Сущность изобретения: нагреватель содержит диэлектрическую подложку 1, токоподводы 2, электропрово@ное покрытие 3, Расположение токоподводов под определенным углом друг к другу, выбираемым из определенной зависимости, позволяет достичь технический результат. 3 ил.
1811036
Изобретение относится к электротехническим устройствам с поверхностным тепловы. делением в высокоомных резистивных покрытиях и может быть использовано в бытовых и промышленных электронагревательных приборах и установках, а также в научных исследованиях при физическом моделировании теплообмена в составе тепловых имитаторов.
Цель изобретения — оптимизация распределения тепловых потоков по поверхности нагревателя в зависимости от условий эксплуатации, При дости>кении указанной цели для электронагревателей, используемых в бытовых и промышленных нагревательных устройствах, возникает возможность обеспечить равномерность нагрева электропроводного покрытия по всей рабочей поверхности; т.е. повысить надежность и долговечность конструкции.
В случаях использования предлагаемого пластинчатого нагревателя в составе тепловых имитаторов для научных исследований, расширяются их функциональные возможности.
Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом пластинчатом электронагревателе внутренние стороны токоподводов расположены друг к другу под углом а, определяемым зависимостью а =arctg (0,83(К +T>/Tö,)b/!)) где К вЂ” коэффициент, учитывающий влияние естественного конвективного переноса тепла на изменение температуры в заданном направлении, если нагретая поверхность расположена горизонтально K=O, если зафиксировано вертикальное положение и изменение температуры совпадает с вертикалью, то К 0,04. Для промежуточных углов наклона нагретой поверхности К уточняется экспериментально и его значения не выходят за пределы 0 — 0,04, .
ЛТ! — полное изменение температуры по длине нагревателя;
T !> — среднее значение температуры по поверхности нагрева;
 — средняя ширина нагревателя между токоподводами; ! — длина нагревателя вдоль токоподводов.
Указанное расположение токоподводов позволяет соответствующим образом изменять поверхностную плотность электрической энергии, рассеиваемой в электропроводном покрытии, а следовательно, и линейную плотность тепловыделения за счет изменения расстояния между токоподводами. В конечном итоге за позволяет обеспечить линейное изменение температуры в заданном направлении.
Вслучае,,когда необходимо компенсировать неравномерность нагрева верти5 кально расположенного пластинчатого нагревателя, обусловленную естественной конвекцией, ЛТ1=0 и, следовательно, формула для определения угла а принимает упрощенный вид
10 c=arctg (0,83 К b/!).
При этом минимальное расстояние между токоподводами должно быть внизу, На фиг.1 в плане представлен пластинчатый нагреватель, здесь же показан реали15 зуемый на наружной поверхности нагревателя характер изменения температуры; на фиг,2 — поперечное сечение нагревательного элемента; на фиг.3 экспериментальные зависимости средней
20 температуры внешней поверхности пластинчатого электронагревателя на основе электропроводной эмали от поверхностной плотности потребляемой электрической мощности для горизонтальной и вертикаль25 ной Ориентации нагреваемой поверхности.
Пластинчатый электронагреватель содержит диэлектрическуЮ подложку 1..с расположенными на ней токоподводами 2, выполненными, например, из медной фольги, сверху равномерным слоем нанесено электропроводное покрытие 3 в виде высокоомной эмали.
Электронагреватель работает следующим образом, При подаче электропитания на токоподводы 2 на них образуется разность потенциалов. Из-за переменного расстояния между ближними границами токоподводов, обусловленного углом а, электрическое сопротивление элементар40 ного электропроводного слоя шириной(смг. фиг,1} будет линейным образом изменяться от величины d x
45 !х. : до дх.!, где р- удельное электрическое сопротивление электропроводной эмали;
h — толщина слоя эмали.
Поэтому относительное изменение удельной электрической мощности вдоль токоподводов, т.е. на границах нагревателя выражается зависимостью
bW 2!Ыца
Wcp b2 — !2 (tg g )2
Учитывая, что:температура Т внешней поверхности электропроводного слоя в ра1811036 ния пластинчатого нагревателя квадратной . формы К=0,04, Формула изобретения
Пластинчатый электронагреватель, со5 держащий подложку, тонкослойное электропроводное покрытие и два токоподвода в виде плоских шин, размещенных по противоположным краям подложки, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью оптимизации
10 распределения тепловых потоков по поверхности нагревателя, внутренние стороны токоподводов расположены друг к другу под углом, выбранным из следующей зависимости:
15 бочем диапазоне (70-130) С линейным образом зависит от поверхностной плотности электрической мощности W/$ (см, фиг.3), соотношение, связывающее относительные изменения температуры и электрической мощности, имеет вид
ЬТ Л
Tcp Wcp (2) В конечном итоге градиент изменения температуры, представленный на фиг.1 с учетом (1) и (2) для горизонтальной ориентации нагревателя выражается соотношением
a=arctg (0.83(R ) — ), ЛТi b
Tð I
ЛТ Тср
I 083 Ь
=щ а/0,83 b.
720
ЛЮ
5 gg. бд
Составитель В. Ветров
Редактор Г. Бельская, Техред M. Моргентал Корректор T. Вашкович
Заказ 1453 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
При вертикальном расположении на- 20 греваемой поверхности градиент температуры искажается за счет естественной конвекции, что учитывается коэффициентом
К, «У 25 Как показали экспериментальные исследования, для вертикального расположе30 тде а — угол сближения внутренних сторон токоподводов в градусах;
К вЂ” коэффициент, учитывающий влияние естественного конвективного переноса тепла на изменение температуры в заданном направлении;
Т вЂ” полное изменение температуры в длине нагревателя;
Т р — среднее значение температуры нагревателя, С;
f — средний размер между внутренними сторонами токоподводо в.
