НАГРЕВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

Область техники к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к технике нагрева пропусканием электрического тока через резистивный элемент с высоким удельным сопротивлением.
Уровень техники
-3
Аналогом полезной модели является устройство (патент США №5948306 «Нагревательный элемент», 07.09.1999, по классу МПК Н05В 003/10), содержащее корпус с керамическим резистивным элементом, имеющим полупроводниковую температурную зависимость удельного сопротивления и его значением от ρ≈10 Ом·м и выше.
Недостатки аналога.
А. Низкая прочность, за счет возможности неконтролируемого увеличения потребляемой мощности вследствие понижения его сопротивления при повышении температуры.
Прототипом полезной модели является устройство нагревательного элемента устройство (патент США №5449886 «Нагревательный элемент»,
12.09.1995, по классу МПК Н05В 003/10), состоящее из стальной подложки и изолирующего, резистивного (нагревательного) и электро-теплозащитного слоев (частей). Для устранения отрицательного значения температурной зависимости удельного сопротивления резистивной части металлические элементы резистивной части последовательно соединяются с керамическими элементами.
С существенными признаками заявляемой полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа:
нагреватель электрический, состоящий из стальной подложки с последовательно размещенными на ней изолирующим, резистивным и электротеплозащитным слоями, при этом резистивный слой имеет электрические разъемы, соединенные последовательно включенными металлическими и керамическими элементами.
Заявляемая полезная модель отличается следующей совокупностью существенных признаков:
1. резистивный слой выполнен в виде спрессованного и спекшегося однородного металлокерамического материала, содержащего пространственно распределенные частицы металлического материала, покрытые тонким слоем керамического материала.
2. керамический материал состоит из композиции карбидов железа и оксидов алюминия.
3. объем тонкого слоя керамического материала в спрессованном и спекшемся однородном металлокерамическом материале составляет от 1 до 20 вес.% от общего веса последнего.
Недостатки прототипа.
А. Низкая надежность узлов соединения металлических и керамических элементов, связанная с их неоднородностью, и обуславливающая уменьшение срока службы всего устройства.
Сущность полезной модели
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание устройства электрического нагревателя обладающего повышенной надежностью за счет:
-3
- применения в роли резистивного нагревательного слоя спрессованного и спекшегося однородного металлокерамического материала, содержащего пространственно распределенные частицы металлического материала, покрытые тонким слоем керамического материала. Обладающего положительным значением температурного коэффициента удельного сопротивления, характерного для металлов и удельным сопротивлением порядка ρ≈10 Ом·м и выше, за счет тонких слоев керамического материала, покрывающего металлические частицы. Размер частиц металла колеблется в интервале от 40 до 150 мкм. Толщина керамического слоя составляет от 0,1 до 20 мкм.
- за счет того, что керамический материал состоит из композиции карбидов железа и оксидов алюминия. Сочетание пространственно распределенных
металлических частиц на основе порошка железа SE 100.26 покрытых тонким слоем керамического материала из композиции карбидов железа и оксидов алюминия оказалось технологически оправданным решением.
- изменение соотношения объема тонкого слоя керамического материала в спрессованном и спекшемся однородном металлокерамическом материале от 1 до 20 вес.% от общего веса последнего позволяет изменять характер проводимости от полупроводникового до металлического.
При осуществлении полезной модели могут быть получены следующие технические результаты:
А. Высокая надежность электрического нагревателя.
Б. Высокая надежность нагревателя электрического, создаваемого по единой конструкции, но с расширенным спектром применений - характер проводимости меняется от полупроводникового до металлического, за счет того, что объем тонкого слоя керамического материала в спрессованном и спекшемся однородном металлокерамическом материале составляет от 1 до 20 вес.% от общего веса последнего, признаки вошли во взаимодействие с существующими и обеспечили повышение надежности нагревателя электрического. Данный диапазон от 1 до 20 вес.% гарантирует высокую надежность устройства и долговечность его применения. Опыты, проделанные авторами, подтвердили это.
В. Высокая надежность при одновременном уменьшении размеров резистивного слоя и устройства в целом за счет применения в данном
-3
устройстве спрессованного и спекшегося однородного металлокерамического материала с металлическим характером проводимости и удельным сопротивлением порядка ρ≈10 Ом.м., что позволяет уменьшить размеры нагревательного элемента и создавать на его основе, например точечные нагревательные или световые источники.
Это обеспечит повышенную результативность и экономичность нагревателя электрического.
Указанные технические результаты достигаются за счет изменений:
- резистивный слой выполнен в виде спрессованного и спекшегося однородного металлокерамического материала, содержащего пространственно распределенные частицы металлического материала, покрытые тонким слоем керамического материала;
- керамический материал состоит из композиции карбидов железа и оксидов алюминия.
- объем тонкого слоя керамического материала в спрессованном и спекшемся однородном металлокерамическом материале составляет от 1 до 20 вес.% от общего веса последнего.
В результате заявляемая полезная модель характеризуется следующей совокупностью признаков: «Нагреватель электрический, состоящий из стальной подложки с последовательно размещенными на ней изолирующим, резистивным и электро-теплозащитным слоями, при этом резистивный слой имеет электрические разъемы, кроме того резистивный слой выполнен в виде спрессованного и спекшегося однородного
металлокерамического материала, содержащего пространственно распределенные частицы металлического материала, покрытые тонким слоем керамического материала».
Для рассмотрения вариантов полезной модели приведены варианты:
По п.2. С целью согласования свойств пространственно распределенных частицы металлического материала и покрытия их тонким слоем керамического материала керамический материал предлагается из композиции карбидов железа и оксидов алюминия. Увеличение однородности приводит к повышению надежности.
По п.3. С целью расширения области применения по широкому спектру температурных зависимостей удельного сопротивления при обеспечении высокой надежности предлагаемого устройства предложен диапазон изменяемых параметров, так объем тонкого слоя керамического материала в спрессованном и спекшемся однородно металлокерамическом материале составляет от 1 до 20 вес.% от общего веса последнего материала.
Таким образом, задача полезной модели решена за счет вошедших во взаимодействие отличительных признаков устройства (его вариантов) и обеспечивших в процессе работы высокую надежность и долговечность устройства.
Перечень фигур чертежей.
На Фиг.1. представлен состав устройства по п.1, где обозначены:
1 - стальная подложка;
2 - изолирующий слой;
3 - резистивный слой;
4 - электро-теплозащитный слой;
5 и 6 - электрические разъемы;
7 - спрессованный и спекшийся однородный металлокерамический материал;
8 - пространственно распределенные частицы металлического материала;
9 - тонкий слой керамического материала, состоящий из композиции карбидов железа и оксидов алюминия.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели.
На Фиг.1 изображено устройство по п.1 формулы - нагреватель электрический, состоящий из стальной 1 подложки с последовательно размещенными на ней изолирующим 2, резистивным 3 и электротеплозащитным 4 слоями, при этом резистивный 3 слой имеет электрические 5 и 6 разъемы, при этом резистивный 3 слой выполнен в виде спрессованного 7 и спекшегося однородного металлокерамического материала, содержащего пространственно 8 распределенные частицы металлического материала, покрытые тонким слоем керамического 9 материала.
По п.2. формулы устройство отличается от описанного в п.1, тем, что тонкий слой керамический 9 материал состоит из композиции карбидов железа и оксидов алюминия.
По п.3. формулы устройство отличается от описанного в п.1, тем, что объем тонкого слоя 9 керамического материала в спрессованном 7 и спекшемся однородном металлокерамическом материале составляет от 1 до 20 вес.% от общего веса последнего 7.
Устройство по п.1 формулы работает следующим образом.
Рассмотрим работу вначале на примере п.1 формулы, а затем приведем только отличия для других пунктов формулы.
Электрическое напряжение подают на электрические 5 и 6 разъемы. Пропуская электрический тока через спрессованный 7 и спекшийся однородный металлокерамический материал с высоким удельным сопротивлением, последний нагревается, передавая тепло стальной 1 подложке через изолирующий 2 слой. При этом резистивный материал 3 выполненный в виде спрессованного 7 и спекшегося однородного металлокерамического материала, за счет содержащего пространственно 8 распределенные частицы металлического материала, покрытые тонким 9 слоем керамического материала обеспечивает однородное в пространстве материала и во времени удельное сопротивление.
По п.2. формулы устройство работает аналогично п.1 формулы. Отличием является улучшенное согласование свойств пространственно распределенных частиц металлического материала и тонких слоев керамического материала за счет того, что керамический материал предлагается из композиции карбидов железа и оксидов алюминия.
Увеличение однородности металлических и керамических материалов приводит к повышению надежности.
По п.3. формулы устройство работает аналогично п.1 формулы. Отличием является повышение надежности работы устройства в экспериментально подтвержденном диапазоне изменяемых параметров, так объем тонкого 9 слоя керамического материала в спрессованном и спекшемся 7 однородном металлокерамическом материале можно изменять от 1 до 20 вес.% от общего веса последнего материала 7 с целью получения устойчивых свойств резистивного материала при изменении характера проводимости от полупроводникового до металлического. Данный диапазон от 1 до 20 вес.% гарантирует высокую надежность устройства и долговечность его применения, что подтверждено экспериментами, проведенными авторами.
Все варианты технического решения позволяют достичь сверхсуммарного эффекта за счет взаимодействия явлений прототипа и внесенных изменений.
Возможность осуществления полезной модели с реализацией указанного назначения подтверждается известностью средств и методов получения и конструирования подобных устройств.
Описание элементов которые могут быть использованы при реализации данного устройства приведены в:
1 - стальная подложка - является основание устройств и выполнена аналогично описанным в патентах «Нагреватель электрический плоский стальной» №2140134, и нагревательных элементах №2091986, №2074527;
2 - изолирующий слой - является обязательным компонентом устройства и выполнена аналогично описанным в патентах «Нагреватель электрический плоский стальной» №2140134, и нагревательных элементах №2091986, №2074527;
3 - резистивный слой выполнен в виде 7;
4 - электро-теплозащитный слой - является обязательным компонентом устройства и выполнена аналогично описанным в патентах «Нагреватель электрический плоский стальной» №2140134, и нагревательных элементах №2091986, №2074527;
5 и 6 - электрические разъемы - является обязательным компонентом устройства нагрева пропусканием электрического тока через резистивный элемент и выполнены аналогично токоподводам, описанным в патенте «Высокотемпературный неметаллический нагреватель» №2164728;
7 - спрессованный и спекшийся однородный металлокерамический материал выполнен из 8 и 9, находящихся в процентном соотношении согласно п.3 формулы;
8 - пространственно распределенные частицы резистивного материала, например, металлических частиц железа SE 100.26, хрома;
9 - тонкий слой керамического материала - композиция карбидов железа и оксидов алюминия, например, на основе системы Fе-Al-С.
Таким образом, подтверждена возможность осуществления и работоспособности полезной модели.
При осуществлении полезной модели будут получены следующие технические результаты:
А. Высокая надежность электрического нагревателя.
Б. Высокая надежность нагревателя электрического, создаваемого по единой конструкции, но с расширенным спектром применений - характер проводимости меняется от полупроводникового до металлического, за счет того, что объем тонкого слоя керамического материала в спрессованном и спекшемся однородном металлокерамическом материале составляет от 1 до 20 вес.% от общего веса последнего, признаки вошли во взаимодействие с существующими и обеспечили повышение надежности нагревателя электрического. Данный диапазон от 1 до 20 вес.% гарантирует высокую надежность устройства и долговечность его применения.
-3
В. Высокая надежность при одновременном уменьшении размеров резистивного слоя и устройства в целом за счет применения в данном устройстве спрессованного и спекшегося однородного металлокерамического материала с металлическим характером проводимости и удельным сопротивлением порядка ρ≈=10 Ом.м. позволяет уменьшить размеры нагревательного элемента и создавать на его основе, например точечные нагревательные или световые источники.
Это обеспечит повышенную надежность и в результате экономичность заявляемого устройства.
Источники информации
1. Патент США №5948306 «Нагревательный элемент», 1999.09.07, по классу МПК Н05В 003/10.
2. Патент США №5449886 «Нагревательный элемент», 1995.09.12, по классу МПК Н05В 003/10.
4. Патент РФ «Нагреватель электрический плоский стальной» №2140134, по классу МПК Н05В 003/62, Н05В 003/68 и Н05В 003/10.
5. Патент РФ «Высокотемпературный нагревательный элемент для бытовых электронагревательных приборов» №2091986, по классу МПК Н05В 003/28, Н05В 003/68.
6. Патент РФ «Нагревательный элемент для бытовых электронагревательных приборов» №2074527, по классу МПК Н05В 003/68.