Трубчатый электронагреватель и способ его изготовления Советский патент 1993 года по МПК H05B3/42 

Изобретение относится к электротермии, в частности к производству трубчатых электронагревателей для бытовых и промышленных нагревательных устройств.

Известен электронагреватель, содержащий трубчатое основание из натуральной слюды, нагревательную спираль и наружный слюдяной цилиндр. При его изготовлении проволоку, намотанную на слюдяной цилиндр, доводят до красного каления, обсыпают борной кислотой, дают ей опла- виться и одевают наружный слюдяной цилиндр.

Такой электронагреватель обладает недостаточной механической и электрической прочностью, т. к. оплавленная борная кислота очень хрупкая и гигроскопичная. Обильно поглощая влагу из атмосферного воздуха, нагреватель теряет электроизоляционные свойства. Наружный слюдяной цилиндр во время эксплуатации может быть легко сдвинут, т. к, он. во-первых, механически не закреплен, а, во-вторых, хрупкая оплавленная борная кислота выкрашивается, что также ухудшает электроизоляцию нагревателя. Кроме того, при непосредственном контакте раскаленного проводника со слюдяным цилиндром происходит вспучивание слюды и разрушение слюдяного основания с потерей электрической прочности. И, наконец, применение натуральной слюды для изготовления цилиндров, кроме

Х| 00

XI W

дороговизны, лимитирует минимальный диаметр цил индрбв -гТр й уменьшении диаметра слюда трескается и ломается.

Наиболее близким по технической сущности и предлагаемому результату является электронагреватель, изготавливаемый из. двух электроизоляционных слюдопласто- вых гильз различного диаметра. На гильзу меньшего диаметра наматывают нагревательную Спираль, затем сл.юдобумагу, пропитанную крё мШйорганическим связующим, узел ЬбкатШают на мтлкалексовой плите, уст4навлИв ают 1 йл(,ау:боЛьшего диаметра и производят термообработку при температуре деструкции кремнийорганиче- ского связующего.

В этом случае получается монолитный, механический прочный электронагреватель, одна ко, его электрическая прочность при рабочих температурах 500-600°С ограничена. Достоверная велйч ина испытательного напряжения при указанных температурах -;. 1250 В, т. е. нагреватель cddfBetcteybT нулевому классу электробезопасности. Это вызвано деструкцией кремнийЬргайическо- го связующего пр и указанных температурах и образованием воздушных промежутков между чешуйками слюДы в материале изоляций, которые р ёзко уменьшают электрическую прочность изоляции нагревателя.

Цел е Изобрётейия - повышение электрической гТрбЧнбст й элёКтрШ йгр ебателя.

Пбставленная цель достигается тем, что одна из гильз или обе, в-зависимости от направления теплоСъёма с электрбнагрева- теля, выполнены комбинированными из : слюдо сбдёржаЧцйх материалов с различ- нЫМи величинами диэлектрической проницаемости при рабочей температуре нагревателя.

Отношение диэлектрических пронйцае- . мостей материалов составляет не менее 1,5, причем из слюдоматериала С большей диэлектрической проницаемостью обращены к зоне непосредственного контакта гильзы с нагревательной спиралью и составляют 25- 50 % всей толщины гильзы, В качестве слюдоматериала с большим значением диэлектрической проницаемости при рабочей температуре применена слюдобумага, пропитанная водным раствором фосфатно- го связующего, в качестве слюдоматериала с меньшим значением диэлектрической проницаемости - слюдобумага, пропитанная кремнийорганическим связующим.

Применение комбинированной гильзы позволяет увеличить электрическую прочность нагревателя за счет того, что в предлагаемой конструкции происходит перераспределение прикладываемого рабочего или испытательного напряжения в электроизоляционных материалах в зависимости of величин диэлектрических проницаемостей материалов при рабочей температуре на- гревателя - градирование электрического

ПОЛЯ.. ;

При расположении материала с большей диэлектрической проницаемостью непосредственно в зоне контакта с нагрева0 тельной спиралью на его долю приходится меньшая величина прикладываемого напряжения, т. к; в случае последовательного расположения Двух электроизоляционных материалов с различными циэлектрически5 мй проницаемостями напряжения перераспределяются обратно пропорционально диэлекрйческим проницаемостям.

На материал же с меньшим значением диэлектрической проницаемости перерас0 пределится большая величина приложенного напряжения. При этом необходимо учитывать фактор воздействия различных

температур на применяемые электроизоля

цйонные материалы, т, е. на расположенный непЬсредственно в зоне контакта с нагревательной спиралью материал действуют большие температуры, чём на материал, из которого изготовлены слои, удалённые от нагревательной спирали и находящиеся в

0 контакте с поверхностями, производящими теплосъем. До нормального градирования поля достаточно соотношение диэлектрических проницаемостей с л юдосо держащих материалов -1,5, при меньших соотношени5 ях, приближающихся к 1,0, режим работы изоляции становится близким к режиму работы однородной изоляции.

Кроме того, приходится увеличивать толщину изоляций, что влечет за собой уве0 личение теплового сопротивления и ухудшение работы резистива.

Исходя из того предложено в качестве материала с большим значением диэлектрической проницаемости применять слюдобу5 магу, пропитанную водным раствором фосфатного связующего, имеющую при рабочей температуре 700-800°С диэлектрическую проницаемость порядка 12, и электрическую прочность в неоднородном

0 электрическом поле - 5 кВ/мм. В качестве материала с меньшим значением диэлектрической проницаемости - применить слюдобумагу, пропитанную кремнийорганическим связующим. Она имеет рабочую

5 температуру до 600°С, значение диэлектрической проницаемости при данной температуре составляет 4, а электрическая прочность в неоднородном поле достигает 7,5 кВ/мм. Толщина гильзы ито лщина слоев

различных материалов определяется из условия минимального сопротивления тепловому потоку и величиной пробивного напряжения соответствующих слюдосбдержащих материалов в неоднородном электрическом поле при рабочих температурах электронагревателя. При максимально допустимых рабочих температурах на резистивном материале толщина слоя материала с шей диэлектрической проницаемостью составляет 25-50 % всей толщины гильзы. При толщине менее 25 % слой слюдосодержа- щего материала с большей диэлектрической проницаемостью оказывается недостаточным для понижения температуры до 600°С и обеспечения нормальных условий работы слою с меньшей диэлектрической проницаемостью, что приводит к снижению его электрической прочности, при толщине более 50 % всей гильзы, толщина слоя слюдосодержа- щего материала, пропитанного кремний- органическим связующим, окажется недостаточной по своей электрической проч- ностй, т. к, именно этот слой обеспечивает электрическую прочность всего электронагревателя. /

На фиг. 1 представляет общий вид трубчатого электронагревателя; на фиг. 2 - фрагмент электронагревателя С; комбинированной гильзой меньшего диаметра; на фиг. 3 - фрагмент электронагревателя с комбинированной гильзой большего диаметра; на фиг. 4 - фрагмент электронагревателя с двумя комбинированными гильзами.

Электронагреватель состоит из гильзы меньшего диаметра 1, нагревательной спирали 2, намотанной на нее, и гильзы большего диаметра 3, надетой поверх нагревательной спирали 2./

Применение одной из гильз или обеих комбинированными позволил создать новый высоковольтный электронагреватель на основе слюдосбдержащих материалов, не имеющий себе аналогов.

Формул а изобретения 1. Трубчатый электронагреватель, содержащий две гильзы различного диаметра, выполненные из слюдьс6дё0жай(ёго материала, на меньшую из кртор 7намотана нагревательная спиральГ и йа,дета гильза

большего диаметра, 6 т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения электрической

прочности изоляции нагревателя, по меньшей мере одна из гильз выполнена двухслойной из слюдоматериалов с разной величиной диэлектрической проницаемости при рабочих температура электронагревателя в каждом слое й сШтНбийеннем диэлек- трических Г1 рйнй4|а м1с менее 1,5. причём слой из слюдоматёр%ла с большей диэлектрической п роницаембсть ю п ри- мык.)а ё|Гьнч.о Тг1;ирали, а

толщина этого слой составляет 25-50 % всей толщины гильзы.

2. Электронагреватель по п. 1, о т л и - чающий с я тем, что слой с большим

значением диэлектрической проницаемости при рабочей температуре электронагревателя выполнен из слюдобумаги. пропитанной водным раствором фосфатного связующего, а слой с меньшим значением

диэлектрической проницаемости - из слюдобумаги, пропитанной кремнийорганиче- ским связующим.

Фиг. 2

&&

Изобретение относится к электротермии. Трубчатый электронагреватель представляет собой две гильзы различного диаметра изслюдосодержащего материала, на меньшую из которых намотана нагревательная спираль, и надета гильза большего диаметра.-Одна из гильз или обе выполняются комбинированными из слюдосодержэ- щих материалов с различными величинами диэлектрических проницаемостей при рабочей температуре нагревателя, отношение диэлектрических проницаемостей не менее 1,5, причем слои с большей диэлектрической проницаемостью расположены непосредственно в контакте с нагревательной спиралью и составляют 25-50 % толщины гильзы. В качестве слюдоматериала с большим значением диэлектрической проницаемости может быть использована слю- добумага, пропитанная водным раствором фосфатного связующего, с меньшим значением диэлектрической проницаемости - слюдобумага, пропитанная кремнийорганИ- ческим связующим. 2 с. п. ф-лы, 4 ил.

ФмгА.