Электронагревательный элемент

 

Изобретение относится к области технологии изделий из углеродных материалов, к применению углеродных материалов для изготовления нагревательных элементов, а именно плоских нагревательных элементов, применяемых для обогрева жилых и производственных помещений, технологического оборудования, бытовых и медицинских приборов, пчелиных ульев и т.п. Цель изобретения - создание углеродного электронагревательного элемента пластинчатой формы из гибкого материала, дешевого и не сложного при изготовлении, с повышенной излучательной способностью в инфракрасной области для бытовой, медицинской и строительной техники. Изобретение заключается в том, что для получения монохроматизированного инфракрасного теплового излучения используется фольга терморасширенного графита толщиной 0,08-0,16 мм, плакированная стеклотканью полимеризуемым полиамидным лаком, причем толщина фольги составляет 0,5-1,0 от толщины плакирующих слоев. 2 ил.

Изобретение относится к области технологии изделий из углеродных материалов, к применению углеродных материалов для изготовления нагревательных элементов, а именно плоских нагревательных элементов, применяемых для обогрева жилых и производственных помещений, технологического оборудования, бытовых и медицинских приборов, пчелиных ульев и т.п.

Известен электронагревательный элемент, изготовленный из волокнистого композиционного углеродуглеродного материала (Разумов Л. Л. , Волга В.И. Исследование влияния температуры обработки на структуру и эксплуатационные свойства углеродных нагревательных элементов. В кн.: Применение углеродных материалов в цветной металлургии. Сборник научных трудов НИИграфита. М.: Металлургия, 1989, с.48-57). В процессе изготовления нагревательный элемент необходимых размеров формуется из углеродного волокна, которое скрепляется карбонизующимся связующим или осажденным пироуглеродом. Кажущаяся плотность волокнистого композиционного углерод-углеродного материала находится в пределах 1,20-1,45 г/см3, удельное электросопротивление находится в пределах 15-35 мкОмм.

Недостатком указанного выше углеродного материала, применяемого для изготовления электронагревательного элемента, является то, что для изготовления применяется специальное дорогое сырье, и производство материалов осуществляется с использованием сложного оборудования с применением термических процессов, что увеличивает цену изделий.

Известен электронагревательный элемент, в котором в качестве углеродного материала для нагревательного элемента используют гибкую и легкообрабатываемую фольгу терморасширенного графита (ТРГ).

Для обеспечения долговечности работы при больших размерах элемента фольга перфорируется, что предотвращает образование пузырей на поверхности при большой скорости подъема температуры.

Проводящее сечение электронагревательного элемента регулируется набором слоев фольги ТРГ в пакет до необходимой толщины, а также перфорацией фольги. Для предотвращения расслоения с образованием промежутков листы фольги в пакете скрепляются, используя склеивание или механическое скрепление, в частности прошивку (Электронагревательный элемент, патент РФ 2138927, 27.09.99, Бюл. 27) - (прототип).

Удельное электросопротивление фольги ТРГ находится в пределах (7-20)10-6 Омм. Это сравнимо с удельным сопротивлением искусственного мелкозернистого графита и углерод-углеродного волокнистого материала. Поэтому замена этих материалов на фольгу ТРГ не повлечет за собой изменения электрической схемы существующего электрооборудования и силовой сети нагревательных установок.

В настоящее время фольга ТРГ выпускается в виде гибкой ленты толщиной 0,08-3,0 мм, шириной до 800 мм, длиной до 100 м. Это позволяет вырезать листовые заготовки произвольной формы, изгибать их и набирать электронагревательные элементы в виде пакетов. При этом цена фольги ТРГ сравнима с ценой конструкционных графитов и в несколько раз ниже цены волокнистых углерод-углеродных композиционных материалов.

Одним из недостатков данного электронагревательного элемента является сравнительно низкая механическая прочность пластин ТРГ, что ограничивает возможности его применения в бытовой и медицинской технике и в других подобных областях, в частности при изготовлении низкотемпературных инфракрасных нагревателей.

Известен электрический нагревательный элемент на основе углеродного материала, который размещен между слоями электроизоляционного материала и выполнен из углеткани сатинного или полотняного плетения с пироуглеродным покрытием. Каждый электроизоляционный слой выполнен из чередующихся по толщине полиимидной пленки и прослойки из полимерной клеевой композиции с коэффициентом теплопроводности 0,01-0,3 В/смград. Слои заключены в жесткую металлическую обшивку с излучающим покрытием. Толщина нагревательного элемента составляет 0,15-0,4 от толщины обоих электроизоляционных слоев (Патент РФ 1811035, 23.04.93, Бюл. 15) - (аналог).

Недостатком данного электронагревательного элемента является сравнительная дороговизна используемого углеродного сырья, оборудования и технологии его изготовления, напряженные условия работы нагревательного элемента из-за избыточного слоя тепловой и электрической изоляции, что понижает его надежность, а также неполное использование излучательной способности углеродного материала в инфракрасной области из-за использования избыточной изоляции и жесткой металлической обшивки, что, кроме того, ограничивает разрешимые размеры электронагревательного элемента.

Задачей настоящего изобретения является создание углеродного электронагревательного элемента пластинчатой формы из гибкого материала, дешевого и не сложного при изготовлении, с повышенной излучательной способностью в инфракрасной области для бытовой, медицинской и строительной техники.

Решение поставленной задачи достигается использованием в качестве углеродного материала для электронагревательного элемента гибкой и легкообрабатываемой фольги терморасширенного графита (ТРГ) толщиной 0,08-0,16 мм.

Для обеспечения долговечности работы при больших размерах элемента фольга плакируется стеклотканью толщиной 0,05-0,10 мм при помощи полиамидного лака с последующей полимеризацией (имидизацией) полученного композиционного материала.

Проводящее сечение электронагревательного элемента регулируется раскроем плакированной фольги ТРГ.

На фиг.1 изображена структура слоев электронагревательного элемента; на фиг. 2 - продольный разрез конструкции по нагревательному элементу - сечение А-А на фиг.1.

Электронагревательный элемент содержит собственно углеродный нагреватель 1, плакированный слоями стеклоткани 2 при помощи полиамидного лака 3, переведенного при полимеризации в полиимид.

Отличительной особенностью данного углеродного нагревателя является высокая степень структурной ориентации углеродных молекул, что характеризует полученную макроструктуру по данным рентгеноструктурного анализа как квазимонокристалл углерода и что приводит к монохроматизации инфракрасного теплового излучения от плоскости нагревателя. Последнее повышает эффективность работы нагревателя при обогреве материалов, поглощающих данное инфракрасное излучение, что обеспечивает существенное снижение энергозатрат при сравнении с другими видами углеродных нагревателей.

Слои стеклоткани 2 имеют большую площадь и перекрывают нагревательный элемент 1. К выводам нагревательного элемента 1 прикреплены механически плоские шины 4 из фольги нержавеющей стали толщиной 0,3-0,5 мм. К шинам припаяны контактные провода 5.

При необходимости плакирование углеродного нагревателя слоями стеклоткани может быть проведено повторно.

Толщина углеродного нагревателя 1 составляет 0,5-1,0 от толщины обоих электроизоляционных слоев плакирующей стеклоткани, что обеспечивает быстрый нагрев элемента и его высокую надежность при термоциклировании в процессе работы.

Электронагревательный элемент подключается непосредственно к сети переменного или постоянного тока. При малой толщине электроизоляционных слоев и их достаточно высокой теплопроводности нагревательный элемент быстро выходит на номинальный режим работы при небольшом перепаде температур между поверхностью элемента и углеродным нагревателем.

Технология изготовления заявляемого электронагревательного элемента позволяет при малых затратах изготавливать элементы различных форм и размеров. В настоящее время имеется опыт изготовления и использования электронагревательных элементов мощностью до 40 до 4000 Вт площадью от 2..10-3м2 дo 0,8 м2.

Формула изобретения

Электронагревательный элемент на основе фольги терморасширенного графита, размещенной между электроизоляционными слоями, отличающийся тем, что для получения монохроматизированного инфракрасного теплового излучения используется фольга толщиной 0,08-0,16 мм, плакированная стеклотканью полимеризуемым полиамидным лаком, причем толщина фольги составляет 0,5-1,0 толщины плакирующих слоев.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для получения токопроводящей пленки резистивного пленочного электронагревателя

Изобретение относится к области разработки средств получения высоких температур

Изобретение относится к электротермии, а именно к электрическим нагревателям, и может быть использовано в промышленности, строительстве, жилищно-коммунальном хозяйстве, приборостроении, медицине и т.п
Изобретение относится к области создания материалов, предназначенных для использования в окислительной среде при высоких температурах, например для изготовления высокотемпературных электрических нагревателей, деталей, датчиков и инструментов, работающих при температурах до 1900oC и выше
Изобретение относится к области создания материалов, предназначенных для использования в окислительной среде при высоких температурах, в том числе для изготовления высокотемпературных электрических нагревателей и деталей, работающих при температурах до 1800°С

Изобретение относится к области электротермии, в частности к электронагревательным элементам резистивного нагрева на основе стеклоткани с пироуглеродным покрытием, и может найти применение для изготовления нагревательных элементов электронагревателей, используемых как в технике, так и в быту
Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам изготовления нагревательных элементов из композиционных материалов, и может быть использовано для промышленного изготовления нагревательных элементов к устройствам бытового и производственного назначения (нагревательные панели, теплый пол и т.п.) Для повышения производительности при прессовании и уменьшения разброса значений электрического сопротивления нагревательных элементов осуществляют сухое перемешивание в течение 5-60 минут в зависимости от типа смесителя, массы смеси, перед загрузкой смеси в пресс-форму проводят влажное перемешивание в течение не более 5 минут и протирку смеси через сито с размером ячеек 3-5 мм, устанавливают в пресс-форму подложку, загружают смесь, выравнивают, размечают места расположения тоководов и укладывают их, накладывают на поверхность смеси разделительную подложку, прессуют с выдержкой 0,5-10 секунд, нагревательный элемент извлекают вместе с подложками, которые удаляют перед гидротермальной обработкой, а гидротермальную обработку проводят после нормализации при температуре 95°±5°С в течение 8-10 часов, сушку проводят при температуре 105-110°С до постоянного веса

Изобретение относится к области электротермии, в частности к плоским композиционным электронагревательным элементам, и может быть использовано в бытовых и промышленных устройствах нагрева различного назначения

Изобретение относится к области электрического, в частности резистивного, нагрева, а именно к монолитным саморегулирующим металлокерамическим нагревательным элементам и предназначено для использования в различных электрических нагревательных устройствах, как промышленного, так и бытового назначения

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам получения нагревательных элементов, имеющих в качестве электропроводящего материала углеродное волокно, а в качестве изоляционного материала - синтетический полимер

Изобретение относится к области электротехники, в частности к лучистому обогревателю для нагрева конструкционного материала в лазерном агломерационном устройстве и лазерному агломерационному устройству с таким лучистым обогревателем

Изобретение относится к области электрического, в частности резистивного, нагрева, а именно к монолитным саморегулирующим металлокерамическим нагревательным элементам и способу их изготовления

Изобретение относится к элементам высокотемпературных печей, эксплуатируемых при температурах до 3000°С, и может найти применение в металлургии и в производстве композиционных материалов, например углерод-углеродных

Изобретение относится к резистору
Наверх