ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЗИСТИВНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1996 года по МПК H05B3/48 

Изобретение относится к линейным температурным нагревателям электрического сопротивления и, в частности, к линейным лампам накаливания, которые используют для электронагрева [1] Предлагаемые нагреватели могут быть использованы для плавки различных металлов и сплавов и для спекания изделий из металлических и керамических порошков.

Известны электрические линейные нагреватели сопротивления [2] изготовленные в виде стержней из карбида кремния или дисилицида молибдена. Недостатком этих нагревателей является недостаточно высокая температура нагрева /соответственно 1300 и 1500^oС/.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является высокотемпературный линейный нагреватель [З] принятый за прототип, в котором проводник в виде стержня из тех же жаропрочных материалов, что и в [2] /например, из карбида кремния/ помещен в оболочку в виде сапфировой трубы и на концах присоединен к металлическим токоподводам, а для компенсации разности температурных удлинений при нагреве стержня и сапфировой трубы на концах нагревателя между токоподводами и концами сапфировой трубы выполнены прокладки в в виде сжатых пружин. При этом нагреваемый стержень имеет контакт с окружающей атмосферой через зазоры в местах пружин-прокладок.

Хотя этот нагреватель является высокотемпературным, как и в устройствах [2] его рабочая температура ограничивается жаростойкостью стержня и лежит в пределах 1300-1500^oС. При более высоких температурах этот нагреватель работать не может.

Целью настоящего изобретения является создание высокотемпературного нагревателя с рабочей температурой 1800-1900^oС при большой мощности и надежности работы устройства.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что высокотемпературный резистивный нагреватель содержит оболочку выполненную, в виде трубы из сапфира, расположенный внутри нее резистивный элемент,соединенный по торцам с токоподводами, и компенсаторы разности температурных удлинений резистивного элемента и оболочки, каждый из которых соединен одним концом с одним из токоподводов, отличается тем, что резистивный элемент выполнен в виде, по меньшей мере, одной проволоки или полосы из жаропрочного материала с высокой температурой плавления, натянутых указанными компенсаторами выполненными, в виде сжатых сильфонов, каждый из которых укреплен вторым концом на одном из двух водоохлаждаемых холодильников, размещенных на торцах оболочки, и оба конца каждого сильфона прикреплены герметиком или цементом с обеспечением внутри оболочки вакуума или инертной среды.

Сущность изобретения состоит в том, что расположенные внутри сапфировой трубы вдоль ее оси нагреваемые жаропрочные проводники натягиваются достаточно жесткими сильфонами, присоединенными к токоподводам и расположенными в холодных областях на концах нагревателя. Поэтому натянутые проводники при нагреве не провисают и не касаются тугоплавкой сапфировой оболочки, вследствие чего устройство может работать в качестве высокотемпературного нагревателя длительное время. Нагреватели такой конструкции могут быть выполнены длинными /1-1,5 м/, что достаточно для нагрева печей со значительным объемом. Вакуум или инертная газовая атмосфера внутри сапфировой оболочки обеспечивают длительную работу нагреваемых резистивных элементов. На чертеже изображена конструкция высокотемпературного нагревателя в продольном разрезе. Нагреватель состоит из оболочки в виде сапфировой трубы 1 /диаметром 20-40 мм/, нагреваемых электрическим током одного 2 или нескольких проводников в виде проволок или полос фольги и двух достаточно жестких сильфонов 3, натягивающих проводники или проводники 2 /резистивные элементы/, двух охлаждаемых водой холодильников 4, укрепленных специальным цементом или герметиком 5 на концах сапфировой трубы 1 и токоподводов 6, установленных на сильфонах 3. Сильфоны 3 закреплены на холодильниках 4 и токоподводах 6 специальным цементом или герметиком 5. Нагреваемый резистивный элемент проводник 2 /или проводники/ соединен с токоподводами держателями 7. Для прикрепления подводящих проводов к токоподводам 6 предусмотрены болты 8. Для откачки воздуха из внутренней части нагревателя выполнена трубка 9, которую после откачки воздуха или заполнения инертным газом, если его используют, заваривают. Давление инертного газа внутри нагревателя должно быть в несколько раз ниже атмосферного /1OO-200 мм ртутного столба/, чтобы при нагреве давление газа изнутри не могло разрушить нагреватель. Инертным газом может быть аргон.

Работа нагревателя осуществляется следующим образом.

Нагреватели устанавливают в футерованную емкость печи, так что холодильники 4, сильфоны 3 и токоподводы 6 оказываются вне печи, т.е. также как нагреватели в [2,3] Далее токоподводы 6 с помощью болтов 8 присоединяют к источнику постоянного или переменного тока и включают ток. Ток через токоподводы 6 поступает в резистивные проводники 2 и нагреватель постепенно разогревается, создавая внутри печи температуру до 1800-1900^oС. Сжатые металлические сильфоны 2 постоянно натягивают проводники 2, а охлаждаемые водой холодильники 4 позволяют поддерживать низкую температуру в сильфонах 3 и в герметических соединениях 5, что обеспечивает механическую прочность устройства при нагреве. Благодаря натяжению с помощью сильфонов 3 нагревающих резистивных проводников 2 эти проводники при нагреве не провисают. Все это дает возможность высокотемпературным нагревателям работать длительно и надежно.

Применение предлагаемых высокотемпературных нагревателей создает новые возможности в области электронагрева. Будут созданы новые высокотемпературные печи для плавки и отжига различных металлов и сплавов и для спекания изделий из порошков путем высокотемпературного нагрева.

Экономический эффект от использования новых нагревателей велик, но количественно его в настоящее время оценить трудно.

Литература
1. Бураковский Т. Гизинский Е. Саля А. Инфракрасные излучатели. И-во "Энергия", Ленинград 1988г, стр. 170.

2. Каган Г.Н. Нагревательные элементы высокотемпературных печей. ВНИИМ. Москва 1965г. стр. 15,18.

3. Крейк ДжР. и др. Резистивный нагреватель. Патент США N 4241292, кл. Н О5 В 3/08, 1980г.

Использование: высокотемпературные резистивные нагреватели. Сущность изобретения: нагреватель содержит оболочку в виде трубы из сапфира и расположенные внутри нее резистивные элементы,выполненные в виде проволок или полос из жаропрочного материала. Нагреватель снабжен токоподводами на концах трубы и компенсаторами разности температурных удлинений резистивного элемента и оболочки, выполненных в виде сжатых металлических сильфонов. Каждый из сильфонов укреплен одним концом на одном из двyx холодильников, охлаждаемых водой, расположенных на концах оболочки. Вторым концом каждый сильфон соединен с одним из токоподводов. Оболочка заполнена инертным газом или вакууммирована. Технический результат: высокая надежность при работе на Т1800-1900^oС. 1 ил.

Высокотемпературный резистивный нагреватель, содержащий оболочку, выполненную в виде трубы из сапфира, расположенный внутри нее резистивный элемент, соединенный по торцам с токоподводами, и компенсаторы разности температурных удлинений резистивного элемента и оболочки, каждый из которых соединен одним концом с одним из токоподводов, отличающийся тем, что резистивный элемент выполнен в виде по меньшей мере одной проволоки или полосы из жаропрочного материала с высокой температурой плавления, натянутых указанными компенсаторами, выполненными в виде сжатых металлических сильфонов, каждый из которых укреплен вторым концом на одном из двух водоохлаждаемых холодильников, размещенных на торцах оболочки, оба конца каждого сильфона прикреплены герметиком или цементом с обеспечением внутри оболочки вакуума или инертной среды.