Способ изготовления нагревательного элемента
(11) 554828
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К П АТЕ НТУ
Сова Советских
Соииалистически» респуелик (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 15.08,74 (21) 2053702/07 (23) Приоритет — (32) (51) М. Кл."- Н 05В 3/14
Государственный комитет
0ооета Минкстров СССР (33) (31) Опубликовано 15.04.77, Бюллетень М 14
Дата опубликования описания 20.06.77 (53) УДК 621.3.035.2 (088.8) оо делам нзооретеннй н открытнй (72) Авторы изобретения
Иностранцы
Иштван Крайчович, Ласло Прокоп и Илона Тодор (BHP) Иностранное предприятие
«Хайдушаги Ипармювек» (ВНР) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО
ЭЛЕМЕНТА
Изобретение относится к области электротермии, а именно к способу изготовления нагревательных элементов с распределенным параметрическим сопротивлением, По известному способу применяемые химические нагревательные элементы для нагрева электричеством могут изготовляться только из основного материала на органической основе при помощи пластмасс.
Общим признаком всех известных способов является то, что токопроводящий материал (частички графита) ориентируется и фиксируется органическими цепными молекулами (1 — 4).
Недостаток связующих на органической основе заключается в том, что температура поверхности не должна превышать уровня размягчения, разложения органического материала, т. е. чтобы не могла возникнуть за короткое время зависящая от примененного связующего температура поверхности, превышающая 80 — 120 С, без повреждения теплоизлучающей поверхности.
Установлено также, что температура поверхности 40 — 80 С, зависящая от выбранного связующего, так же как и действие окружающей среды (условия эксплуатации, включение и выключение, флюктуация силы тока, содержание кислорода и влаги в воздухе) является причиной медленного разрушения нагревательных поверхностей, созданных на полимерной основе любого вида.
При применении связующих на основе полиэфиров увеличивается ресурс по току 242— ваттного нагревателя (220 В; 1,1А; температура поверхности 50 — 60 С до 600 ч прн
2А/440 Вт).
1р Ввиду того, что температурный коэффициент сопротивления графита до 500 С отрицателен, увеличение мощности или повышение температуры поверхности, возникающее вследствие обогащения графитом, особенно
15 нежелательно, так как с повышением температуры сопротивление падает и мощность нагревателя снова увеличивается.
Таким образом, нагреватель из материала на органической основе с приемлемой величиной ресурса может быть выполнен только с очень низкой удельной мощностью (0,02—
0,03 Вт/см ), а также с очень низкой температурой нагрева.
Недостаток органических нагревателей заключается также в том, что процесс разложения вызывает интенсивный запах хими<алиев, из-за чего использование нагревателя, например в жилищах, ограничено.
554828
И
Наиболее близким к изобретению является способ изготовления нагревательного элемента, при котором связующее смешивают с папзлнителсм с последующим добавлением отвердителя и полученный токопроводящий состав наносят на электроизоляционное термостойкое ос озание (5). Однако этот способ не позволяет увеличить температурный предел и повысить стабильность характеристик иагревательного элемента.
Для улучшения электрических характеристик нагрсвательного элемента путем увеличения температурного предела и повышения стабильности характеристик по предлагаемому способу в качестве связующего берут неорганический раствор, например водный раствор натрийметасиликата, в качестве наполнителя — элементарный углерод различной модификации, например графит, а после нанесения состава на основание нагревательчыи элемс п обрабатывают нсорганической кислотой.
Преимущество нагревателей, изготовленных по описываемому способу, заключается в том, что, так как связующее, состоящее из неорганических молекул, выдерживают в течение длительного времени высокую температуру, температура может быть увеличена до 400 †5 С без разложения неорганического связующего. Далее не изменяются его поглощение тока и производительность (мощность) по времени потому, что в связующем не происходит разложения. Благодаря тому, что связующее может быть просто нанесено снаружи на носитель или сформировано простым методом, полученное тепло может быть распределено без какого-либо промежуточного слоя (например масла, шамота).
Кроме того, по предложенному способу нагревательный элемент может быть изготовлен на любой электроизоляционной поверхности, благодаря чему технически возможно выполнить его кольцевой формы.
Для изготовления смеси материалов для нагревателей (нагревательной массы) могут быть использованы концентрированные растворы натрийсиликатного стекла (растворимого). Качество смеси улучшается, когда содержание метакремниевой кислоты благодаря подведению СО (отсюда возникает Н СОз) заранее становится концентрированным.
Для осуществления способа необходим также порошок графита. Выгоднее возможно меньшая величина сго частиц.
Совмещение обоих материалов, образование их смеси может быть произведено перемешиванием или втиранием. Способ втирания наиболее целесообразен.
Применяемая концентрация графита может изменяться от 5 до 90 .
Химическая смесь материалов или самостоятсль и формируется и образует тем самым поверхность, или наносится каким-нибудь способом, например кистью, используя рассеивание, либо заливкой, на электрически изолированный теплостойкий носитель. Нижний предел толщины нанесенного слоя может изменяться в общем между 10 мкм и несколькими сантиметрами. Получаемые величины шн рины и длины нагревательных элементов определяются только областью их применения.
Нанесение может проводиться в один или несколько слоев, но из электрических соображений выгоднее нанесение в один слой.
На электрически изолированной теплостойcI 1 — 4 ч возникает ступенчатая проводимость по толщине слоя, также зависящая от концентрации графита, которая согласована по форме со структурой поликремниевой кислоты. Нагреватели, изготовленные в соответствии с изобретением, могут использоваться для нагрева жидкости (в бойлерах), для теплодающих устройств (радиаторов), в качестве аппаратов для получения тепла в сельском хозяйстве (инкубаторов, нагревателей для стойл), для устройств строительной индустрии для непосредственного нагрева (земли, стен, тротуаров, дорог и т. д.), устройств для жарения (жаровни, электрические печи для жарения, тостеры, «самонагреваемые» кухонные устройства), в сельском хозяйстве, индустрии, для нагрева емкостей, для изготовления печей и сушилок, для получения нагретых изделий в здравоохранении, мебельной и стс. кольной промышленности и т. д. Пример 1. Изготовление нагревательной платы 1000-ваттного радиатора. Основание — асбестовая бумага толщиной 5 MM. Размеры 980)(250 мм . Поверхность нагрева (на две стороны) 24,920Х200 мм 2)(1840 см =-3680 см . Нанесение нагревательной массы механическим распределением (в один слой). Наносимое количество 200 г на сторону. Удельная масса с учетом потерь при распределении (по потерям при рассеивании) 0,1 г/см . Толщина слоя 100 мкм. Содержание графита 13 вес. /о. Фиксирование образовавшейся поверхности нагрева путем однократного смачивания 50%-ной НаРО4. Метод включения (соединения) — включение поверхностей нагрева на обеих сторонах асбеста последовательное. Крепление электродов — склеены с нагревательной массой и закреплены фарфоровыми изолирующими винтами, Злектрические характеристики нагревательной ленты, изготовленной по этому способу: температуре поверхности нагрева 80— 90 С, W 1050 Вт при 220 В, 1= — 4,8 А при 220 В, 8=46 Ом. Пример 2. Изготовление нагревательных плат для радиатора мощностью 2000 Вт, 554828 Составитель О. Щедрина Редактор А. Пейсоченко Техред И. Карандашова - Корректор Н. Аук Заказ 989/8 Изд. № 370 Тираж 1011 Подписное Ц11ИИПИ Гос>дарственного комитста Совста Л aпстрои ССС1 по делам изобретений и открытии 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5 Типография, пр. Сапунова, 2 Основание — техническая асбестовая бумага толщиной 5 мм. Размеры 980;(250 мм. Поверхность нагрева (на две стороны) 2>(920;>(200 мм 2 (1840 см =3680 смз, 1-lанесение массы нагревателя машинным распределением (в один слой). Наносимое количество 220 г на сторону. Удельная масса с учетом потерь при распределении 0,1 г/см . Толщина слоя 100 мкм. Содержание графита 19,3 вес. %. Фиксация образовавшейся поверхности нагрева однократной промывкой 50%-ной НзРО4 Метод включения — включение поверхностей нагрева на обеих сторонах асбеста последовател ное. Электроды — медные перфорированные пластины толщиной 10 мм. Крепление электродов — склеены с массой нагревателя и закреплены фарфоровыми изолирующими винтами. Электрические характеристики изготовленной нагревательной платы: P=24,4 Ом Р =1980 Вт при 220 В 1=9,0 А при 220 В Температура поверхности 140 — 150 С. Пример 3. Изготовление нагревательной платы 1500-ваттного нагревателя. Носитель — тсхническая асбестовая бумага толщиной 5 мм. Размеры 980;>(250 мм . Поверхность нагрева (на две стороны) 2>(920;>(200 мм 2>(1840 см =-3680 смз. Нанесение массы нагревателя механическим рассеиванием 0,075 г/см . Толщина слоя 75 мкм. Содержание графита 19,3 вес. %. Фиксация образовавшейся поверхности нагрева однократной промывкой 50%-ной НзР04. Метод Вкл1очения — ык,.ч1очсние поверхностей нагрева на обеих сторонах асбеста последовательное. Электроды — медные перфорированные пластины толщиной 10 мм. 5 Крепление электродов — склеены с массой нагревателя и закреплены фарфоровыми изолирующими винтами. Электрические характеристики нагревательной платы, изготовленной по этому способу: 10 Я=33,3 Ом 1=66 А при 220 В W= 1452 Вт при 220 В Температура поверхности 110 — 120 С. Формула изобретения Способ изготовления нагревательного элемента, при котором связующее смешивают с наполнителем с последующим добавлением отвердитсля и полученный токопроводящий 20 состав наносят на электроизоляционное термостойкое основание, отличающийся тем, что, с целью улучшения электрических характеристик нагревательного элемента путем увеличения температурного предела и повыше25 ния стабильности характеристик, в качестве связующего берут неорганический раствор, например водный раствор натрийметасиликата, в качестве наполнителя — элементарный углерод различной модификации, например 30 графит, а после нанесения состава на основание нагрева гельный элемент обрабатывают неорганической кислотой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 35 1. Патент США № 3513297, кл. 219 — 545, опубл. 1967. 2. Патент ФРГ № 1911099, кл. 2lh 2/02, опубл. 1970. 3. 1. Litant, Conductive plastics, <: Electronic 40 Engineers Design Nagarcine», 1966, ¹ 13, стр. 66 — 69. 4. Electro-Leitsebré, 1971, ¹ 8. стр. 78. 5, Авторское свидетельство № 355756, кл. Н 05b 3/10, 1970 (прототип).
