СТЕКЛОКЕРАМИЧЕСКИЙ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ И ВОДОСТОЙКИЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ В ФОРМЕ ТЕЛА ВРАЩЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК H05B3/42 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрокерамическим нагревателям, имеющим форму тел вращения, которые могут быть использованы в различных областях народного хозяйства.

В технике и в быту широко применяются различные электронагреватели, в которых в качестве нагревательного элемента служат всевозможные металлические вольфрамовые (тугоплавкие) сплавы в виде проволоки, лент и пластин, так называемые ТЭНы.

Указанные нагревательные элементы защищают различными неорганическими материалами (песок, фарфоровые трубки и т.п.) и органическими полимерными смолами (эпоксидные, полиамидные и др.).

Все упомянутые выше электронагреватели имеют один общий недостаток - большую удельную поверхностно-тепловую нагрузку, что приводит к быстрому выходу из строя нагревателя.

Этот недостаток снижает технико-экономические характеристики самих электронагревателей, что обуславливает ограниченные области их применения.

Из уровня техники известен способ изготовления электронагревателя из полимерных композиционных материалов, используемых для нагрева малогабаритных помещений (подвала, лоджии, теплицы), сушки обуви и др., т.е. маломощного нагревателя (50-200 Вт), имеющего соответственно низкую температуру (в пределах 70-200°С). При этом электронагреватель является неводостойким ввиду наличия границы раздела между двумя трубчатыми оболочками. Из-за сложности изготовления и применения некондиционных и низкосортных материалов массовое производство упомянутых нагревателей неприемлемо (пат. RU 2011317, Н05В 3/28, 15.04.1994).

Из области техники известен нагревательный элемент для бытовых электронагревательных приборов, в котором электроизолирующий слой представляет собой боросиликатное алюмостекло (RU 2091986, Н085В 3/28, 27.09.1997).

Данный нагреватель является неводостойким и имеет ограничение по мощности применения, т.е. только для бытовых целей с мощностью нагрева 1,5-2,0 кВт. Кроме того, известный нагреватель неэффективен ввиду сложности его изготовления и требует термообработки при 600°С.

Известен способ соединения слоев металлических монокристаллических пластин путем скрепления их боросиликатным связующим. После этого заготовку пластин сушат при температуре 70°С в течение 3-х часов и прокаливают при температуре 900-1000°С в течение 1-го часа. Такой способ соединения боросиликатным связующим, т.е. получения высокотемпературного керамического слоя, является очень трудоемким и затратным и может найти применение только в области металлургии. Другим недостатком данного способа является то, что получаемый керамический слой является неводостойким из-за пористости материала, получаемого при высокой температуре термообработки (пат. RU 2230628, B22F 3/26, 20.06.2004).

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является электрический нагреватель в форме тела вращении по пат. RU 2072637, Н05В 3/78, 27.01.1997, используемый для подогрева различных жидких и газовых сред с температурой до 250°С с различной мощностью.

Упомянутый нагреватель имеет ограничения по температуре нагрева жидких сред (электролитов) с необходимостью установки дополнительных устройств для понижения напряжения питания, а также невозможно его применение при нагреве пищевых продуктов, т.к. он является неводостойким.

Техническим результатом при использовании заявленного изобретения является повышение эффективности работы нагревателя при одновременном повышении экономичности и надежности в работе.

Указанный технический результат достигается тем, что в электрическом высокотемпературном и водостойком электронагревателе в форме тела вращения, имеющем трубопровод из композиционного волокнистого материала в виде намотанной слоями стекловолокнистой ленты, пропитанной связующим, и нагревательный элемент из углеродной волокнистой ленты, расположенной внутри стенки трубопровода, согласно изобретению нагревательный элемент и слои стекловолокнистой ленты пропитаны натрийборосиликатфосфатным связующим холодного отверждения с последующей просушкой при температуре 70-120°С в течение одного часа.

Для соединения нагревателя с внешней нагрузкой токопроводящий провод соединен с нагревательным элементом посредством металлического хомута с последующей его изоляцией стеклянной лентой, пропитанной также натрийборосиликатфосфатным связующим и имеющей герметизирующее уплотнение на границе раздела металлического хомута и токоподводящего провода.

Использование натрийборосиликатфосфатного связующего холодного отверждения позволит иметь на поверхности нагревателя температуру 600-800°С, что, наряду с большой поверхностью теплообмена нагревателя и подаваемой мощностью не менее 4 кВт, позволит многократно увеличить технико-экономические показатели нагревателя в целом.

Предлагаемый стеклокерамический высокотемпературный нагреватель можно использовать для подогрева воды и других жидких сред, в том числе и агрессивных (кислот, щелочей) и пищевых продуктов.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 изображена схема нагревателя погружного стеклокерамического.

На фиг.2 изображен разрез по А-А на фиг.1.

Стеклокерамический высокотемпературный и водостойкий электронагреватель в форме тела вращения содержит нагревательный элемент 1 из углеродной волокнистой ленты, расположенной внутри стенки трубопровода 2 из композиционного волокнистого материала в виде намотанной слоями стекловолокнистой ленты. И углеродная волокнистая лента, и слои стекловолокнистой ленты пропитаны натрийборосиликатфосфатным связующим холодного отверждения с последующей просушкой при температуре 70-120°С в течение одного часа.

С нагревательным элементом 1 посредством металлического хомута 3 соединен токопроводящий провод 4, служащий для соединения нагревателя с внешней нагрузкой. Металлический хомут 3 изолирован стеклянной лентой, пропитанной натрийборосиликатфосфатным связующим и имеющей герметизирующее уплотнение 5 на границе раздела металлического хомута 3 и токопроводящего провода 4. Для крепления металлического хомута 3 предусмотрен крепежный элемент 6.

Изготовление стеклокерамического электронагревателя осуществляют следующим образом.

На изготовленный дорн диаметром 150 мм и длиной 1250 мм наматывают первый электро- и водоизоляционный слой из стеклоткани марки НПГ-210 в виде ленты шириной 200 мм в количестве 3-х слоев, предварительно пропитанной натрийборосиликатфосфатным связующим холодного отверждения. Затем укладывают нагревательный элемент 1 шириной 90 мм и длиной 3000 мм из углеродной ленты на основе гидратцеллюлозного волокна. Ленту закрепляют хомутами 3 из листовой стали. После этого наматывают ленту из стеклоткани НПГ-210 шириной 200 мм, аналогичной первому защитному слою. Затем дорн с намотанным нагревателем помещают на просушку в камеру на один час при температуре 70-120°С. После просушки снимают с дорна электронагреватель, обрабатывают, проверяют, упаковывают и отправляют потребителю.

Заявленное изобретение может применяться в различных отраслях народного хозяйства:

- для нагрева различных жидких и газовых сред, в том числе и агрессивных (кислот, щелочей) сред, а также пищевых продуктов;

- в качестве нагревательных элементов в калориферах, тепловых завесах, каминах, сушильных камерах;

- для нагрева электролитов в электролизерах;

- применение в качестве горячих «камней» в саунах и банях;

- обогрева поросятников для молодняка.

Изобретение относится к электронагревателям различных жидких и газовых сред с температурой поверхности нагрева до 800°С. Электрический высокотемпературный и водостойкий электронагреватель в форме тела вращения имеет трубопровод из композиционного волокнистого материала в виде намотанной слоями стекловолокнистой ленты, пропитанной связующим, и нагревательный элемент из углеродной волокнистой ленты, расположенной внутри стенки трубопровода. Согласно изобретению нагревательный элемент и слои стекловолокнистой ленты пропитаны натрийборосиликатфосфатным связующим холодного отверждения с последующей просушкой при температуре 70-120°С в течение одного часа, что обеспечивает повышение эффективности и надежности в работе. 2 ил.

Электрический высокотемпературный и водостойкий электронагреватель в форме тела вращения, имеющий трубопровод из композиционного волокнистого материала в виде намотанной слоями стекловолокнистой ленты, пропитанной связующим, и нагревательный элемент из углеродной волокнистой ленты, расположенной внутри стенки трубопровода, в котором нагревательный элемент и слои стекловолокнистой ленты пропитаны натрийборосиликатфосфатным связующим холодного отверждения с последующей просушкой при температуре 70-120°С в течение одного часа.