ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИНФРАКРАСНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК H05B3/22 H01C3/12 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к инфракрасной технике, и может быть использовано для нагрева объектов различной конфигурации.

Известен электронагревательный элемент, выполненный в виде зигзагообразной ленты, дважды изогнутой в местах поворота, и содержащий пластины жесткости, установленные в местах поворота ленты и скрепленные с ней посредством клеящего материала (Авторское свидетельство СССР N 692116, H 05 B 3/22, 1979). Недостатком этого нагревателя является перегрев ленты в местах изгиба и перегрев несущей конструкции на участках крепления ленты.

Известен электронагревательный элемент, выполненный в виде зигзагообразной электропроводной ленты, дважды изогнутой в местах поворота, соединенной с электрическими шинами и связанной с несущей конструкцией из электроизоляционного материала через крепежные элементы (Патент США N 1355693, H 05 B 3/22, 1974). Недостатком нагревателя является низкая прочность соединения ленты с несущей конструкцией, высокая тепловая инерционность и невозможность изменения пространственного распределения потока создаваемого инфракрасного излучения (ИКИ).

Целью изобретения является повышение прочности соединения электропроводной ленты с несущей конструкцией, уменьшение нагрева несущей конструкции и исключение нагрева мест изгиба ленты, снижение тепловой инерционности нагревателя и возможность изменения пространственного распределения потока создаваемого им ИКИ. Уменьшение нагрева несущей конструкции позволяет также использовать для ее изготовления материалы более дешевые и более пригодные для механической обработки резанием, сверлением и т.п., чем широко используемые в высокотемпературных нагревателях материалы на основе керамики.

Это достигается путем выполнения зигзагообразной электропроводной ленты в виде жестко соединенных электропроводных гибких полос из прецизионного сплава, например - нихрома, с высоким удельным электрическим сопротивлением, попарно жестко соединенных между собой в плоскости ленты соединительными пластинами, выполненными из материала, однородного с материалом электропроводных полос, а также введения крепежного элемента для соединения получаемой зигзагообразной ленты с несущей конструкцией, состоящей не менее чем из двух опорных элементов, выполненных, например, из асбестоцементной электрической изоляционной плиты, и установленными на них защитными экранами.

На фиг. 1 представлен электрический инфракрасный нагреватель, общий вид, на фиг. 2 изображен увеличенный узел I соединения зигзагообразной ленты с несущей конструкцией, выделенный на фиг. 1.

Электрический инфракрасный нагреватель (фиг. 1) содержит зигзагообразную ленту, образованную гибкими полосами 1, выполненными из прецизионного сплава с высоким удельным электрическим сопротивлением, например - нихрома, толщиной до 0.5 мм, оксидированными на глубину до 4 мкм, попарно соединенными между собой путем точечной сварки 2 (фиг. 2) с соединительными пластинами 3 из того же материала, причем крепление каждой полосы с соединительными пластинами осуществляется не менее чем в двух точках с каждой из соединительных пластин 3. Соединительные пластины 3 жестко соединены с металлическими крепежными элементами 4, например, путем сварки. Крепежные элементы 4, выполненные, например, в виде стержней, установлены в опорных элементах 5 из электроизоляционного материала, например - из асбестоцементной электрической изоляционной плиты. Крайние электропроводящие полосы 6 связаны с контактными шинами 7. На опорных элементах 5, на их внутренней, обращенной к зигзагообразной ленте, стороне 8 по обе стороны от ряда крепежных элементов 4 установлены защитные экраны 9, выполненные, например, из полированного алюминия. Ширина соединительных пластин 3 составляет не менее удвоенной ширины электропроводящих полос 1.

Электрический инфракрасный нагреватель может принимать форму с различным радиусом кривизны - от плоскости до цилиндра, за счет фиксации в заданном положении опорных элементов 5 (фиг. 2).

В ряде случаев промышленного использования нагревателей необходима малая тепловая инерционность, что невозможно при использовании керамики для изготовления несущей конструкции в известных высокотемпературных нагревателях, но достигается при использовании асбестоцементной электрической изоляционной плиты.

При подаче промышленного тока U = 380 В, F = 50 Гц за счет резистивного нагрева электропроводящих полос 1 до температуры около 1100 ^o Цельсия нагреватель генерирует ИКИ заданной длины волны, например 1.5 - 2.4 мкм. За счет придания определенной формы электронагревательному элементу создается поток ИКИ необходимой плотности, сфокусированный в заданном участке нагреваемого объекта.

Повышенный теплообмен с окружающей средой соединительных пластин 3 и крепежных элементов 4 позволяет снизить контактный нагрев опорных элементов 5, наличие защитных экранов 9 снижает их радиационный нагрев. Помимо использования защитных экранов 9 и снижения контактной теплопередачи уменьшение нагрева опорных элементов достигается за счет создания определенной формы фотометрического тела излучения нагревателя. Особенностью такой формы является снижение плотности излучения с приближением направления распространения излучения к плоскости, в которой лежит излучающая поверхность, т.е. в направлении на опорные элементы. Такая форма излучения, свойственная диэлектрикам, в отличие от проводящих материалов, например металлов, при использовании которых ИКИ равномерно распространяется во всех направлениях. Излучающие свойства оксидированного слоя электропроводных полос в инфракрасном диапазоне близки к свойствам диэлектриков.

В совокупности указанные выше свойства нагревателя позволяют использовать в качестве электроизоляционного материала опорные элементы 5 без принудительного охлаждения, поскольку конвективного теплообмена с окружающей средой оказывается достаточно для поддержания в процессе эксплуатации термических характеристик опорных элементов в пределах нормы, т.е. около 500 ^oC, что оказывает влияние на их диэлектрические и механические свойства.

Асбестоцементная электрическая изоляционная плита является одним из наиболее дешевых электроизоляционных материалов. Ее механические свойства допускают различные виды обработки, такие как пиление, сверление, строгание, что позволяет легко придавать любую форму опорным элементам и значительно облегчает крепление на них зигзагообразной ленты.

Использование в электротехнике для нагревания объектов различной конфигурации. Техническим результатом является повышение прочности соединения электропроводной ленты с несущей конструкцией и возможность изменения пространственного распределения потока, создаваемого нагревателем инфракрасного излучения. Электрический инфракрасный нагреватель выполнен в виде зигзагообразной ленты, образованной гибкими полосами, выполненными из прецизионного сплава с высоким удельным электрическим сопротивлением, например нихрома, толщиной до 0,5 мм, оксидированными на глубину до 4 мкм, соединенными между собой путем точечной сварки с соединительными пластинами из того же материала. Соединительные пластины жестко соединены с металлическими крепежными элементами, выполненными в виде стержней и установленными в опорных элементах из электроизоляционного материала, например из асбестоцементной плиты. На внутренней обращенной к зигзагообразной ленте стороне опорных элементов, по обе стороны от ряда крепежных элементов, установлены защитные экраны из полированного алюминия. Электрический инфракрасный нагреватель может принимать форму с различным радиусом кривизны от плоскости до цилиндра за счет фиксации в заданном положении опорных элементов. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электрический инфракрасный нагреватель, содержащий зигзагообразную электропроводную ленту из прецизионного сплава с высоким удельным электрическим сопротивлением, соединенную с электрическими шинами, связанную через крепежные элементы с несущей конструкцией, выполненной из электроизоляционного материала, отличающийся тем, что лента образована гибкими полосами, несущая конструкция содержит не менее двух опорных элементов, установленных с возможностью перемещения один относительно другого в плоскости, перпендикулярной плоскости ленты, при этом гибкие полосы попарно жестко соединены между собой в плоскости ленты соединительными пластинами из того же материала. 2. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что поверхность гибких полос оксидирована, при этом толщина оксидированного слоя составляет не менее 4 мкм. 3. Нагреватель по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что опорные элементы выполнены из асбестоцементной электроизоляционной плиты. 4. Нагреватель по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что каждый из опорных элементов выполнен с защитными экранами, установленными на внутренних поверхностях опорных элементов по обе стороны от крепежных элементов изолированно от последних.