Инфракрасный излучатель Российский патент 2021 года по МПК H05B3/14 

Изобретение относится к экспериментальной технике, в частности к инфракрасным нагревателям, основным элементом которого является излучатель, способный работать при высоких температурах и создающий равномерный тепловой поток.

На сегодняшний день, известны инфракрасные излучатели, выполненные из графита и других композиционных материалов, способные работать при температурах излучающей поверхности до Т=2300 К и создающих тепловые потоки с плотностью до q=500 кВт/м².

За прототип принят инфракрасный излучатель, входящий в инфракрасный нагревательный блок (патент на изобретение «Инфракрасный нагревательный блок» RU №2539974, МПК Н05В 3/24, дата публикации 11.12.2014 г.). Инфракрасные излучатели выполнены цельными из композиционного материала углерод-углерод в виде единой П-образной пластины, представляющей собой излучающую часть в виде тела накала и две токоподводящие концевые части, при этом токоподводящие концы толще тела накала в 4-5 раз и перпендикулярны ему.

Основными недостатками являются:

1) Высокая стоимость и сложность изготовления, связанная с изготовлением инфракрасного излучателя в виде единой пластины.

2) При длительной эксплуатации токоподводящие концевые части пластины дополнительно нагреваются, при этом повышается вероятность электрического пробоя.

3) Выполнение концевых частей излучателя из одного материала с излучающей частью приводит к значительному падению напряжения и возрастанию температуры в них.

4) Ограничение температуры тела накала максимальной температурой Т=2300 К.

5) Недостаточная равномерность создаваемого теплового потока. Задачей и техническим результатом настоящего изобретения являются:

создание инфракрасного излучателя, обеспечивающего повышение максимальной температуры излучающей поверхности до Т=3000К, достижение равномерного теплового потока плотностью до q=3000 кВт/м², а также обеспечивающего возможность замены излучающей части и снижение общей стоимости излучателя. Дополнительно создание сборного инфракрасного излучателя позволяет расширить его функциональные возможности.

Решение задачи и технический результат достигаются тем, что инфракрасный излучатель, содержащий выполненную из углерод-углеродных материалов П-образную пластину с излучающей частью и концевыми частями снабжен токоподводящими ножками, последние выполнены съемными из графита или графитовых материалов и соединены с П-образной пластиной посредством крепежных элементов, расположенных вне зоны нагрева.

Технический результат также достигается тем, что излучающая часть П-образной пластины выполнена с продольными прорезями, а толщина П-образной пластины постоянна и находится в пределах 0,8 мм до 4,0 мм.

На фигуре 1 представлен общий вид предлагаемого сборного инфракрасного излучателя.

На фигуре 2 представлен вид сбоку токоподводящей ножки.

Инфракрасный излучатель (фиг. 1, фиг. 2) содержит П - образную пластину 1, с концевыми частями, выполненными под углом 90 градусов, и основной излучающей частью 2, выполненной с продольными сквозными прорезями 3, обеспечивающими снижение необходимой силы тока для получения более высокого и равномерного теплового потока. При этом П-образная пластина выполнена цельной из углерод-углеродных композиционных материалов. Параллельно концевым частям П-образной пластины с обеих сторон расположены токоподводящие ножки 4, имеющие вырез в своей верхней части, который выполнен таким образом, что позволяет устанавливать П-образные пластины толщиной в пределах от 0,8 мм до 4,0 мм в зависимости от задач эксперимента. Между внутренней стороной концевых частей П-образной пластины 1 и местом выреза в токоподводящих ножках 4 находятся прокладки 5, которые обеспечивают плотное прилегание соединяемых частей излучателя и снижают контактное сопротивление между ними. С внешней стороны концевых частей П-образной пластины 1 вне зоны нагрева находятся прижимные планки 6 и винты 7, которые фиксируют всю конструкцию инфракрасного излучателя. При этом составные части излучателя: П-образная пластина с излучающей частью выполнена из углерод-углеродных композиционных материалов, токоподводящие ножки, прокладки, прижимные планки и винты выполнены из графита или графитовых материалов, имеющих более низкий коэффициент удельного сопротивления по сравнению с П-образной пластиной.

Предлагаемый излучатель работает следующим образом: Поступающий от системы электропитания электрический ток через токоподводящие ножки 4, которые через прокладки 5 и прижимные планки 6 соединены винтами 7 с концевыми частями П-образной пластины 1 преобразуется в тепловой поток, который реализуется на основной излучающей части пластины 2 с плотностью q=2500-3000 кВт/м². Прокладки 5 и прижимные планки 6 расположены по двум сторонам концевых частей П-образной пластины и служат для прочного соединения с ними и уменьшения контактного сопротивления. Достижение равномерного распределения теплового потока на нагреваемый объект реализуется с помощью продольных прорезей 3 (ширина и количество прорезей может быть различной). Также продольные прорези 3 снижают тепловую нагрузку излучающей части при высокой излучающей способности излучателя. Регулируя напряжение и силу тока, подаваемые на П-образную пластину, можно изменять температуру основной излучающей части пластины и плотность теплового потока, падающего на экран (инфракрасный излучатель является частью инфракрасного блока, в состав которого входит экран) и объект испытаний.

Возможность сборки составных частей излучателя, обеспечит расширение функциональных возможностей излучателя в целом, поскольку позволяет выбрать и установить П-образную пластину толщиной в пределах от 0,8 мм до 4,0 мм, выполненную из углерод-углеродных композиционных материалов, а также, при необходимости, заменить ее на пластину большего или меньшего размера и в зависимости от задач эксперимента.

Для увеличения коэффициента полезной мощности излучателя его составные части выполнены из разных материалов. Различие удельных сопротивлений токоподводящей ножки и излучающей пластины позволяет получать более низкие температуры на токоподводящей ножке и более высокие на излучающей пластине. Применение съемных токоподводящих ножек, прокладок, прижимных планок и винтов позволяет в дальнейшем производить многократную сборку излучателя, ускорять ремонт и снижать стоимость излучателя в целом.

Предлагаемый сборный инфракрасный излучатель позволяет снизить стоимость инфракрасного блока, который в свою очередь обеспечивает нагрев основной излучающей части пластины 2 до Т=3000 К с плотностью до q=3000 кВт/м², работающий в условиях вакуума или в среде нейтрального газа и обеспечивающий нагревание конструкций до заданных температур. Количество сборных инфракрасных излучателей зависит от требований к равномерности теплового поля, и мощности теплового воздействия на объект испытаний.

Изобретение относится к инфракрасным нагревателям, основным элементом которых является излучатель, создающий равномерный тепловой поток и способный работать при высоких температурах. Инфракрасный излучатель содержит выполненную из углерод-углеродных материалов П-образную пластину с излучающей частью и концевыми частями, токоподводящие ножки, выполненные съемными из графита или графитовых материалов и соединенные с П-образной пластиной посредством крепежных элементов, расположенных вне зоны нагрева, излучающая часть П-образной платины выполнена с продольными прорезями. Толщина П-образной пластины находится в пределах 0,8 мм до 4,0 мм. Инфракрасный излучатель согласно изобретению позволяет создать более дешевый инфракрасный блок, который обеспечит получение теплового потока с температурой до Т=3000 К и плотностью до q=3000 кВт/м², работающий в условиях вакуума или в среде нейтрального газа и обеспечивающий нагревание конструкций до заданных температур. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Инфракрасный излучатель, содержащий выполненную из углерод-углеродных материалов П-образную пластину с излучающей частью и концевыми частями, отличающийся тем, что содержит токоподводящие ножки, выполненные съемными из графита или графитовых материалов и соединенные с П-образной пластиной посредством крепежных элементов, расположенных вне зоны нагрева, при этом излучающая часть П-образной пластины выполнена с продольными прорезями.

2. Инфракрасный излучатель по п. 1, отличающийся тем, что толщина П-образной пластины постоянна и находится в пределах от 0,8 мм до 4,0 мм.