ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ
ELECTRIC HEATER

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.
6
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является электронагреватель по патенту РФ №2074521, МПК 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.
2
2
3
2
2
3
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.%: SiO - 43,8; AlO - 29,8; MgO - 11,8; TiO - 12,7; AsO - 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.
2
3
3
2
2
3
-6
Пример. Необходимо получить электронагреватель мощностью 1500 Вт. В качестве ситаллового моноблока использовался ситалл, содержащий, мас.%: SiO - 43,8; AlO - 29,8; MgO - 11,8; TiO - 12,7; AsO - 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 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.
6
2. Прототип - патент РФ №2074521, МПК Н05В 3/28, от 27.02.1997.