электронагреватель

Формула изобретения

Электронагреватель, содержащий электропроводный материал, выполненный из угольной нити либо угольного волокна, электроизоляционный материал и тоководы, отличающийся тем, что электронагреватель выполнен в виде моноблока из ситалла, в котором расположен электропроводный материал, тоководы выполнены из графита и расположены соосно, причем входной токовывод выступает за моноблок, а выходной утоплен в моноблок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к бытовым и промышленным нагревателям, и может быть использовано для создания экологических электронагревательных систем.

Известен электронагреватель, представляющий собой многослойную композицию: электроизоляционный слой - электропроводный слой - электроизоляционный слой. В качестве электроизоляционных слоев в основном применяются различные многослойные стеклопластики, а в качестве электропроводного слоя применяют металлические сплавы с высоким удельным сопротивлением или различные электропроводные смеси по а.с. СССР № 180270, МКИ H05B 3/14, 1966.

Недостатком известного электронагревателя на основе стеклокомпозиций является сравнительно низкая рабочая температура не более 200°C, возможное выделение вредных веществ при производстве и эксплуатации, а также его инерционность.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является электронагреватель по патенту РФ № 2074521, МПК⁶ Н05В 3/28, от 27.02.1997.

Электронагреватель выполнен из слоев электроизоляционного материала, между которыми заключен электропроводный материал, причем слой электроизоляционного материала выполнен из стеклоткани 100-300 мас.ч., жидкого стекла 100 мас.ч. с отверждающими агентами, например кремнефтористый натрий, окись цинка 3,5-10 мас.ч. и наполнителями, например окись алюминия, мел 50-150 мас.ч., а также слой электропроводного материала, выполненный из угольной нити, либо электропроводной композиции, состоящей из смеси 100 мас.ч. жидкого стекла, 3,5-10 мас.ч. отверждающих агентов и 50-150 мас.ч. наполнителя, графит 5-20 мас.ч., угольное волокно 0,15 мас.ч.

Электронагреватель снабжен электрошнуром и тоководами, которые закреплены в колодке с болтиками с потайной головкой, колодка закреплена на электронагревателе болтиком и снабжена колпачком.

К недостаткам известного электронагревателя следует отнести то, что температура его эксплуатации не превышает 300°C, поэтому электронагреватель не может быть использован в высокотемпературных печах. Кроме того, система соединения тоководов является усложненной.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение температуры эксплуатации электронагревателя и расширение возможности его применения в качестве элемента в нагревательных системах различного назначения.

Для достижения задачи изобретения предложен электронагреватель, содержащий электропроводный материал, выполненный из угольной нити либо угольного волокна, электроизоляционный материал и тоководы, отличающийся тем, что электронагреватель выполнен в виде моноблока из ситалла, в котором расположен электропроводный материал, тоководы выполнены из графита и расположены соосно, причем входной токовывод выступает за моноблок, а выходной утоплен в моноблок.

Известно, что угольная нить в отсутствие кислорода может работать при высоких температурах (выше 2000°C). Для того, чтобы обеспечить это условие, необходимо поместить угольный элемент с электрическими контактами в виде моноблока. Авторы установили, что выполнение электронагревателя в виде моноблока из ситалла, внутри которого расположен электропроводный материал, обеспечивает работу электронагревателя без доступа кислорода. В этом случае рабочая температура электропроводного слоя будет определяться максимальной температурой эксплуатации ситалла. Из известных ситаллов наиболее высокой температурой эксплуатации обладает ситалл, содержащий, например, мас.%: SiO₂ - 43,8; Al₂O₃ - 29,8; MgO - 11,8; TiO₂ - 12,7; As₂O₃ - 1,8; фторопол - 0,1.

Применяя указанный ситалл, можно довести рабочую температуру нагревателя до 1350°C. Это дает возможность применить предложенный нагреватель в высокотемпературных печах, например в миниатюрных печах для плавления драгоценных металлов.

Прозрачность ситалла в ИК-области спектра дает возможность уменьшить инерционность нагревателя за счет того, что большая часть энергии, которая выделяется электропроводным слоем, передается к нагреваемому объекту излучением. Кроме того, учитывая, что угольный электронагреватель при температурах выше 800°С изменяет интенсивность свечения в видимой области спектра, то этот эффект можно использовать для создания динамичных элементов дизайна, например имитировать эффект камина в квартире и др.

Выполнение токовыводов из графита позволяет исключить разгерметизацию электропроводного материала, выполненного из угольных нитей либо угольного волокна. Это объясняется тем, что тепломеханические свойства графита и угольных элементов близки друг к другу. Кроме того, тепломеханические свойства графитовых токовыводов могут регулироваться в процессе их изготовления. Расположение графитовых токовыводов соосно друг к другу позволяет соединять их между собой в любом наборе самым простым способом, совмещая токовывод, выступающий за моноблок, с токовыводом, утопленным в моноблок.

Следует отметить, что предложенный электронагреватель является экологически чистым при высоких рабочих температурах, включая 1350°C.

На чертеже представлен электронагреватель.

Нагреватель состоит из электропроводного слоя 1, помещенного в середине ситалла 2, причем электропроводный слой 1 выполнен из угольного волокна, концы которого заделаны в графитовые тоководы 3 и 4. Через графитовые тоководы 3 и 4 осуществляется включение нагревателя в электрическую цепь.

Пример. Необходимо получить электронагреватель мощностью 1500 Вт. В качестве ситаллового моноблока использовался ситалл, содержащий, мас.%: SiO₂ - 43,8; Al₃ O₃ - 29,8; MgO - 11,8; TiO₂ - 12,7; As ₂O₃ - 1,8; фторопол - 0,1. Геометрические размеры моноблока 220×220×30 мм. Использовались графитовые тоководы диаметром 10 мм и длиной 20 мм. Были применены угольные нити, изготовленные по технологии «mesophase-pitch», диаметром 0,7 мм и длиной 2 м. При удельном электрическом сопротивлении указанных нитей величиной 6,5·10^-6 Ом·м была достигнута мощность электронагревателя 1500 Вт при напряжении питания 220 В.

Полученные по описанному примеру электронагреватели мощностью 1500 Вт могут работать при рабочей температуре 1350°C, что значительно расширяет область их применения в электронагревательных системах.

Источники информации

1. Аналог - а.с. СССР № 180270, МКИ Н05В 3/14, 1966.

2. Прототип - патент РФ № 2074521, МПК⁶ Н05В 3/28, от 27.02.1997.