Монолитный тепловой нагревательный блок из огнеупорного фосфатного бетона

Авторы патента:

H05B3/36 - в которых нагревательные проводники заделаны в изоляционный материал

Владельцы патента RU 2516253:

Закрытое Акционерное общество "ПикКерама" (RU)

Изобретение относится к области резистивного нагрева в промышленных печах сопротивления, а именно к монолитным металлокерамическим тепловым нагревательным блокам. Монолитный тепловой нагревательный блок выполнен из неэлектропроводного теплопроводящего огнеупорного фосфатного бетона, в котором залит нагревательный элемент, выполненный из проволочного нагревателя в виде зигзага и ленточных токовыводов, причем площадь и периметр сечения проволоки и площадь и периметр сечения токовывода соотносятся не менее чем 1:4, оси симметрии нагревательного элемента совпадают с осями симметрии теплового нагревательного блока, а места соединения проволочного нагревателя с токовыводами в тепловом блоке выполнены в виде конусообразных выемок. Технический результат изобретения - получение монолитного неэлектропроводного нагревательного блока, сочетающего высокую эффективность, надежность и простоту изготовления. 2 ил.

Изобретение относится к области резистивного нагрева в промышленных печах сопротивления, а именно, к монолитным металлокерамическим тепловым нагревательным блокам.

Практика конструирования и эксплуатации промышленных печей сопротивления определила требования к нагревательным элементам, основные из которых следующие: высокая эффективность и надежность, прочность и отсутствие электропроводности.

Известно, что наиболее эффективным процессом передачи тепла от нагретого тела к холодному в сравнении с нагревом излучением и другими видами теплопередачи является метод контактной теплопроводности. (М.А.Михеев, И.М.Михеева, «Основы теплопередачи», Москва, Энергия, 1977).

Известна максимально эффективная форма нагревателя (резистивного элемента), выполненная из круглой проволоки в виде зигзага, обоснована в работах Фельдмана И.А., например, «Расчет и конструирование нагревателей электропечей сопротивления», «Энергия», Москва-Ленинград, 1966.

Наиболее близким является нагревательный элемент, патент RU №2311742 от 02.01.2003 г., МПК H05B 3/14, выбранный в качестве прототипа, выполненный из железосодержащего материала с резистивным элементом, расположенным в электроизоляционном слое, покрытом композитным термоизолирующим и защитным слоями, где передача тепла от резистивного элемента на поверхность реализована через изоляционную композитную структуру, выполненную из нескольких керамических и органических веществ. Изоляционная композитная структура предназначена для сглаживания различия в резистивном элементе и материале нагревательного элемента коэффициента теплового расширения - КТР. Резистивный элемент покрыт электроизоляционным слоем от окисления. Нагревательный элемент выполняется последовательными этапами прессования в нескольких пресс-формах и окончательным обжигом. Недостатками данного нагревательного элемента являются:

- высокая электропроводность рабочей поверхности элемента, выполненного из железосодержащего материала (не менее 75%), что недопустимо по требованиям электробезопасности работ, выполняемых в промышленных печах сопротивления при процессах отпуска, закалки и нагрева металлических изделий разнообразной конфигурации;

- наличие поэтапной технологии изготовления нагревательного элемента в нескольких пресс-формах и прессового оборудования существенно усложняет и удорожает процесс изготовления.

Задачей настоящего изобретения является создание монолитного неэлектропроводного нагревательного блока, сочетающего высокую эффективность, надежность и простоту изготовления.

Монолитный тепловой нагревательный блок выполнен из неэлектропроводного теплопроводящего огнеупорного фосфатного бетона. В нем залит нагревательный элемент, выполненный из проволочного нагревателя в виде зигзага и ленточных токовыводов. Площадь и периметр сечения проволоки и площадь и периметр сечения токовыводов соотносятся не менее, чем 1:4. Оси симметрии нагревательного элемента совпадают с осями симметрии теплового нагревательного блока. Места соединения проволочного нагревателя с токовыводами в тепловом нагревательном блоке выполнены в виде конусообразных выемок.

На фиг.1 - конструкция теплового нагревательного блока.

На фиг.2 - нагревательный элемент.

Монолитный тепловой нагревательный блок (Фиг.1) выполнен в виде монолитной плиты 1. Линейные размеры блока устанавливаются линейными размерами нагревательного элемента 2, выполненного из проволочного нагревателя 3 (Фиг.2) в виде зигзага, как самого эффективного вида нагревателя, и ленточных токовыводов 4.

Нагревательный элемент 2 (Фиг.1), расположен внутри теплового блока 1, причем, оси симметрии нагревательного элемента 2 совпадают с осями симметрии теплового блока 1. Теплопередача от нагревательного элемента со всей его площади к материалу фосфатного бетона осуществляется контактной теплопроводностью, при этом плотность бетона обеспечивает практически отсутствие окисления металла нагревателя. В нагревательном элементе 2 (Фиг.2) сечение, длина проволоки и шаг зигзага проволочного нагревателя 3 устанавливаются требуемой расчетной величиной электрического сопротивления нагревательного элемента 2, т.е. требуемой мощности теплового блока. При этом площадь и периметр сечения проволоки и площадь и периметр сечения токовывода соотносятся не менее, чем 1:4. Длина токовывода определяется способом крепления с силовым кабелем и толщиной футеровки конкретной печи.

Указанные условия устраняют эксплуатационные недостатки печей сопротивления - перегорание нагревательного элемента в месте соединения нагревателя с токовыводами и появление высокой температуры на токовыводе, приводящей к перегоранию элементов крепления силового кабеля электропитания с токовыводами, а именно:

- кратное увеличение периметра сечения токовывода по отношению к периметру сечения проволоки нагревателя ведет к уменьшению плотности тока такой же кратности на поверхности токовывода с соответствующим уменьшением электрического сопротивления токовывода и уменьшением температуры на нем;

- кратное увеличение площади сечения токовывода по отношению к площади сечения проволоки нагревателя ведет к кратному уменьшению плотности теплового потока в токовыводе с соответствующим увеличением теплового сопротивления токовывода, рассеиванием тепловой энергии и

уменьшением температуры;

- достижению этой же цели служит минимально необходимая длина токовывода, обеспечивающая дополнительное увеличение теплового сопротивления и уменьшение температуры по оси токовывода от соединения нагревателя с токовыводом до места соединения токовывода с силовым кабелем электропитания.

На Фиг.1 изображено место соединения проволочного нагревателя 3 с токовыводом 4, выполненное в тепловом блоке в виде конусообразной выемки 5 для предотвращения переноса энергии с материала теплового блока на токовыводы контактной теплопроводностью.

Монолитный фосфатный бетон блока однороден, имеет одинаковую теплопроводность по всем трем ординатам, что обеспечивает, с учетом совпадения осей симметрии нагревательного элемента с осями симметрии теплового блока, равномерное распределение температуры по всему объему и по каждой плоскости блока, в том числе, выравнивание температуры на рабочей поверхности блока. Тепловые блоки свободно соединяются в панели любого размера для печи сопротивления требуемой мощности.

Относительная пористость до 20% кристаллического фосфатного бетона, с одной стороны, и высокая прочность до 70 МПа, с другой стороны, обеспечивают демпфирование теплового расширения металлического нагревательного элемента, который увеличивает свою пластичность с повышением температуры, без разрушения собственно теплового блока.

Прочность и твердость теплового нагревательного блока из фосфатного бетона позволяет применять его на подах печей сопротивления, что обеспечивает сокращение потребления электроэнергии до 35%.

Технический результат изобретения - получение монолитного неэлектропроводного нагревательного блока, сочетающего высокую эффективность, надежность и простоту изготовления.

Практическая реализация предполагаемого изобретения выполнена на печи сопротивления с выдвижным подом и рабочим объемом 1,2 куб. м., температурой эксплуатации +1150°C. Нагрев печи осуществляется 28 монолитными тепловыми нагревательными блоками размером 400×400×30 мм с электрическим сопротивлением 1,5 Ω каждый, собранными в 5 панелей, что позволяет организовать силовое 3-х фазное электропитание мощностью до 30 кВт.

Монолитный тепловой нагревательный блок выполнен из неэлектропроводного теплопроводящего бетона, в котором залит нагревательный элемент, выполненный из проволочного нагревателя с токовыводами, оси симметрии нагревательного элемента совпадают с осями симметрии теплового нагревательного блока, отличающийся тем, что в качестве неэлектропроводного теплопроводящего бетона используется огнеупорный фосфатный бетон, причем площадь и периметр сечения проволоки и площадь и периметр сечения токовывода соотносятся не менее чем 1:4, а места соединения проволочного нагревателя с токовыводами в тепловом блоке выполнены в виде конусообразных выемок.

Похожие патенты:

Пленочный электронагреватель // 2443081

Изобретение относится к плоским электронагревателям излучающего типа, в частности к пленочным электронагревателям, применяемым для обогрева бытовых и производственных помещений.

Поверхностная нагревательная система // 2439861

Изобретение относится к электропроводящей пленке, изготовленной из термопластичной матрицы и электропроводящих армирующих волокон, причем электропроводящие волокна фактически изотропно распределены в электропроводящей пленке, а также к способу ее получения.

Термоэлектрический мат // 2413395

Изобретение относится к области строительства, в частности к термоэлектрическим матам, предназначенным для прогрева бетона, бетонных конструкций, каменной кладки и т.п.

Пленочный электронагреватель // 2413394

Потолочный пленочный электронагреватель, система обогрева помещения, содержащая потолочный пленочный электронагреватель, способ производства потолочного пленочного электронагревателя и устройство для производства полотна потолочного пленочного электронагревателя // 2389161

Изобретение относится к области электротермии, в частности к пленочным электронагревателям, и может использоваться для обогрева бытовых и производственных помещений, а также к области производства таких электронагревателей.

Наземное антиобледенительное устройство // 2384477

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к антиобледенительным системам летательных аппаратов (ЛА) при наличии условий их наземного обледенения, и может быть применено в любых областях энергомашиностроения.

Многослойный чехол для термостатирования изделий сложной геометрической формы // 2356185

Изобретение относится к области электротехники, в частности к многослойному пакету для термостатирования изделий сложной геометрической формы, который содержит наружный и внутренний защитные слои с размещенными между ними состыкованными теплоизоляционными прокладками и полосами токопроводящего материала с электроизоляционными слоями.

Пленочный электронагреватель // 2321188

Изобретение относится к плоским электронагревателям излучающего типа, в частности к пленочным электронагревателям, применяемым в качестве базы для создания систем лучистого отопления производственных, социально-культурных и жилых помещений, а также для систем обогрева молодняка животных и птиц.

Способ лечения риноларингологических заболеваний и устройство для осуществления способа // 2318549

Изобретение относится к медицине и предназначено для лечения риноларингологических заболеваний. .

Термоэлектрический мат // 2304368

Изобретение относится к области электротехники, в частности к термоэлектрическим матам, предназначаемым для обогрева бетона, грунта, заполнителей и т.д. .

Способ производства электропроводящего тепловыделяющего материала, входящего в состав напольных покрытий, и электропроводящий тепловыделяющий материал // 2517178

Данное изобретение относится к электропроводящему тепловыделяющему материалу. Указанный выше электропроводящий тепловыделяющий материал состоит из подложки и электропроводящего тепловыделяющего слоя, практически равномерно нанесенного на указанную выше подложку. Упомянутый выше электропроводящий тепловыделяющий слой образуется из электропроводящей тепловыделяющей краски, в состав которой входит электропроводящий тепловыделяющий базовый материал и связующее вещество. Указанный выше электропроводящий тепловыделяющий базовый материал выбирают из группы, включающей в себя природный графит, искусственный графит или электропроводящую углеродную сажу; указанное выше связующее вещество выбирают из группы, которая включает в себя акриловую смолу, эпоксидную смолу, полиуретан, меламин, желатин, карбоксиметилцеллюлозу и поливиниловый спирт. В некоторых примерах осуществления подложка представляет собой бумагу. Указанный выше электропроводящий тепловыделяющий материал может быть использован при изготовлении ламинированного напольного покрытия с электроподогревом, температура поверхности которого может быть увеличена до 15-70°С в течение 5 минут при подаче питания от источника с напряжением 220 В, при этом эту температуру можно поддерживать постоянной в течение длительного времени. Ламинированное напольное покрытие с электроподогревом может быть применено вместо существующих систем «теплый пол», оно является надежным, безопасным, энергосберегающим, простым в ремонте и замене, а также экономичным.2 н. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

Тонкопленочный гибкий электронагреватель // 2554097

Изобретение относится к гибким электронагревателям. Тонкопленочный гибкий электронагреватель, содержащий резистивный элемент, расположенный между двумя склеиваемыми между собой гибкими термостойкими электроизоляционными пленками и снабженный токоотводящими проводами, имеет резистивный элемент в виде многослойного ионно-плазменного металлического покрытия, нанесенного на внутреннюю поверхность одной из склеиваемых пленок. Металлическое покрытие выполнено с толщиной каждого слоя (5…300) нм и имеет удельное электросопротивление в пределах (535…20)·10-8 Ом·м, а также металлическое покрытие имеет толщину в пределах (1…40) мкм и выполнено в виде зигзагообразно расположенных прямолинейных конечных полосок, соединенных между собой по концам полос медными переходниками, за исключением концов, к которым присоединены токоотводящие провода. Изобретение позволяет упростить конструкцию и снизить трудоемкость изготовления электронагревателя, расширить его функциональные возможности при изготовлении малогабаритных электронагревателей малой мощности, уменьшить его толщину и массу, снизить стоимость его изготовления. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Электрообогревательная водолазная одежда // 2558409

Изобретение относится к области подводной техники. Электрообогревательная водолазная одежда содержит электрообогревательные элементы, размещенные на внутренней поверхности эластичного материала, прилегающего к телу водолаза. В качестве нагревательных элементов используется провод, изготовленный из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, расположенный децентрализовано, т.е. со смещением, что позволяет подключать его ступенчато. Повышается пожаровзрывобезопасность водолазной одежды, обеспечивается надежность обогрева различных частей тела водолаза в зависимости от температуры окружающей среды. 3 ил.

Способ изготовления гибкого электрообогревателя // 2597836

Изобретение относится к изготовлению гибких электрообогревателей, создающих температуру до 150°С, которые применяются для поддержания заданной температуры бортовой аппаратуры и элементов конструкции космических аппаратов, воздушного, морского или наземного транспорта и др. Способ включает формирование резистивного элемента, присоединение к нему, по меньшей мере, двух листов электроизоляционного материала, с размещением их с двух сторон от него, и обеспечение токоподвода к резистивному элементу. Формирование заготовки из резистивного материала проводят нанесением на лист электроизоляции с последующим формированием конфигурации резистивного элемента путем удалениея части резистивного материала и присоединения, по меньшей мере, второго листа электроизоляции. Листы электроизоляции выполняют из гибкого термо-радиационностойкого высокоизоляционного материала, состоящего из одного материала или нескольких разнородных, с малым газовыделением в вакууме. Изобретение обеспечивает упрощение технологии изготовления высокотехнологичного электрообогревателя с высокой надежностью, уменьшение его габаритов при увеличении мощности, обогрев объектов различной формы до различных значений температур и при эксплуатации в широких диапазонах температур. 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 пр.

Способ изготовления гибко-плоского электронагревателя // 2602799

Изобретение относится к изготовлению гибко-плоских электронагревателей, поддерживающих в работоспособном состоянии радиоэлектронную аппаратуру космического аппарата при воздействии условий космического пространства, а также используемых в других областях техники. В способе осуществляют сборку основания из слоев гибкой стеклоткани Э1-30П, гибкой стеклоткани СТП-4-0,062 и проводящего слоя из фольги, выполняют ступенчатое прессование собранного основания при температуре 150±10°С, которое на первой ступени осуществляют при давлении 25 Н/см2 в течение 5 минут, а на второй - при давлении 100 Н/см2 в течение 120 минут с последующим охлаждением, рисунок резистивного слоя создают на проводящем слое методом фотолитографии, вытравливают рисунок и паяют гибкие токовыводы, проводят сборку основания с токовыводами со слоем гибкой стеклоткани СТП-4-0,062 и выполняют их ступенчатое прессование при температуре 150±10°С, которое на первой ступени осуществляют при давлении 25 Н/см2 в течение 5 минут, а на второй - при давлении 100 Н/см2 в течение 120 минут с последующим охлаждением. Изобретение обеспечивает получение гибко-плоских электронагревателей с заданными геометрическими размерами, прочностными характеристиками, нормируемой тепловой отдачей при минимальных затратах на производство.

Гибкий электрообогреватель // 2613497

Изобретение относится к гибким электрообогревателям, создающим температуру до 150°С, которые применяются для поддержания заданной температуры бортовой аппаратуры космических аппаратов, элементов конструкции воздушного, морского или наземного транспорта, регулирования температуры в скафандрах и бытового применения. Гибкий электрообогреватель содержит резистивный элемент, расположенный между двумя листами электроизоляционного материала, токоподводящие провода. При этом резистивный элемент выполнен из металла или сплава и без перегибов и закреплен на дополнительном листе электроизоляционного материала, расположенном между двумя указанными листами. Причем листы электроизоляционного материала состоят из одного или нескольких разнородных гибких термостойких радиационностойких высокоэлектроизоляционных материалов с малым газовыделением в вакууме и имеют плоскую или криволинейную форму. Изобретение обеспечивает высокую однородность температуры по площади электрообогревателя, высокую электрическую прочность электроизоляции, возможность монтажа на криволинейные поверхности, высокую стойкость к факторам хранения и эксплуатации. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Тонкопленочный электронагреватель // 2646421

Изобретение относится к плоским электронагревателям излучающего типа, в частности к тонкопленочным электронагревателям, предназначенным для обогрева малообъемных помещений. Тонкопленочный электронагреватель содержит расположенный между двумя термостойкими электроизоляционными пленками резистивный элемент из полимерной пленки с токопроводящим покрытием в виде наноразмерного слоя, по всей ширине которого, по двум краям, напротив друг друга, размещены контакты, выполненные из материала, обладающего адгезией к токопроводящему покрытию, с токоподводами и выводами для подключения к электрической сети, причем токоподводы для подключения к электрической сети выполнены из материала с низким электрическим сопротивлением в виде сплошной ленты из фольги по всей длине контактов и прижаты к контактам, кроме того, контакты выполнены в виде плоской фигуры, ограниченной с двух сторон периодическими волнообразными линиями. Изобретение обеспечивает повышение надежности за счет оптимизации формы контактов путем максимального использования всей длины края контакта. 4 ил.