Плоский электронагреватель Советский патент 1993 года по МПК H05B3/20 

(Л С

Использование: для нагревания жидкостей, в том числе и агрессивных. Сущность изобретения: керамический электронагреватель содержит пластинчатую керамическую подложку 1 с размещенными на ней токопроводящими областями резистипных нагревательных элементов необходимой формы и плоских проводящих элементов 3 из электропроводной пасты. На токопрово- дящих областях размещены основная изоляционная керамическая пластина 4 „со сквозными отверстиями 5, расположенными в ряду между токопроводящими областями резистивных нагревательных элементов и плоских проводящих элементов 3. На основную изоляционную пластину 4 помещена дополнительная изоляционная керамическая пластина 6. 2 з.п. ф-лы 3 ил

5 Ц - 5

6

/

Фиг, I

со

|Ю Сл)

СЛ СЛ

Изобретение относится к электротехнике, в платности к конструкции электронагревателя, и может быть использовано для нагрева жидкостей и их паров в том числе агрессивных.

Цель изобретения повышение надежности путем повышения стойкости к термическим напряжениям при погружном нагреве.

На фиг.1 представлен общий вид нагревателя со снятыми дополнительными и основными изоляционными пластинами, вид сверху; на фиг.2 - общий вид нагревателя {сечение А -А) с двухсторонней металлизацией подложки, двумя изоляционными пластинами, образующими внутренние слои с размещенными на них дополнительными изоляционными пластинами, образующими внешние слои; на фиг.З - общий вид нагревателя (сечение А-А) с изоляционной пластиной и подложкой и с нанесенными на них дополнительными изоляционными пластинами.

Плоский электронагреватель содержит пластинчатую керамическую подложку 1 с размещенными на ней с одной стороны (фиг.З). либо с двух сторон (фиг.2) плоскими проводящими элементами 2 из электропроводной пасты и нагревательными элементами 3 из резистивной пасты. На поверхность подложки по существующей технологии нанесена паста сослоения 4, выравнивающая поверхность с нанесенными проводящими и резистивными элементами. На токопрово- дящих областях размещена основная изоля- ционная керамическая пластина 5 Изоляционные пластины 5 размещенные на токопроводящих областях керамической под-южки 1 (фиг.2, и изоляционная пластина S и керамическая подлоча з 1 (фиг 3) образуют внутренние слои на ревагеля, на коюрых размещены дополнительные изоляционные пластины 6, являющиеся внешними слоями нагревателя Подложка 1 и/или основные изпляционны0 пластины 5 образующие внутренние слои нагревателя имеют сквозные отверстия 7, расположенные в ряд между токопроводящими областями нагревательных элементов 3 и плоских проводящих элементов 2. прикрыты сверху допоанительными изоляционными пластинами б.

При контакте жидкости с поверхностью разогретого нагревателя в его наружных слоях возникают термоупругие напряжения, под воздействием которых образуются трещинк 8. Исследования показали, что область соприкосновения 9 основных и дополнительных изолирующих пластин или область соприкосновения 10 подложки и дополнительных пластин является областью торможения такого рода трещин. Торможение трещин можно объяснить тем, что в зоне контакта изолирующих пластин и подложек,

вырубленных из литой керамической ленты происходит сдвиг слоев, ориентированных при литье частиц. В то же время зона контакта 10 пасты сослоения и изолирующих пластин либо подложек, происоединяемых

с помощью этой пасты сослоения, свойством торможения термических трещин не обладает. Неспособность тормозить трещины во втором случае объясняется неориентированностью частиц пасты, наносимой пол5 ивом или продавливанием через трафарет по известной методике. Толщина слоев пасты 1-100 мкм, подложек и изолирующих пластин 200-1000 мкм. В отсутствие металлизации соединение пластин (основных и

0 дополнительных) может осуществляться без пасты.

Выполнение отверстий 7 во внутренних слоях нагревателя, граничащих с дополнительными изоляционными пластинами, рас5 положенных в ряд между областями резистивных нагревательных элементов 3 и плоских проводящих элементов 2, позволяет сформировать в нагревателе внутренние пустоты являющиеся эффективным препят0 станем для распространения теплового потока. Выполнение поверхности самого нагревателя сплошной дополнительно повышает его трещиностойкость к нагрузкам, перпендикулярным плоскости поверхности

5Большая часть тепла тормозится и концентрируется в зоне размещения нагревательного элемента, что позволяет уменьшить его мощность и повысить коэффициент полезного действия.

0Область размещения отверстий является областью повышенного термического сопротивления, но не является концентратором напряжений. На практике установлено, что края отверстий должны находиться от края

5 подложки на расстоянии не менее толщины слоя подложки, иначе размерные эффекты расслаивают керамику при спекании.

Средняя плотность размещения элементов резистивного нагревателя на повер0 хности основной пластины постепенно снижается вдоль линии, соединяющей область размещения резистивного нагревателя с областью размещения внешних контактов. Экспериментально установлено,

5 что оптимальным является снижение плотности размещения элементов резистивного нагревателя до нуля на отрезке, длина которого лежит в диапазоне от О 3 до утроенной ширины электронагревательного элемента Растрескивание устраняете при равномерном смещении концов меандра (змейки нагревательных полос), образующего нагреватель, на величину Д1, т.е. укорочение элементов от центрального к крайним проводникам происходит на величину Al. Причем самые короткие элементы проводника I располагают на краю нагревателя, а самые длинные D - в центре.

Таким образом, размещение нагревательного элемента на участке В - (0,3-3)0 является наиболее оптимальным, при этом укорочение элементов от центрального к крайним проводникам происходит на величину

где N - число элементов резистивного нагревателя;

В (0,3-3)0;

D - ширина нагревателя

Помимо погружного нагрева погружением части нагревателя в сплошную жидкую среду положительный эффект наблюдается и при другой форме локального погружения, когда жидкая среда не является сплошной, а состоит из капель (погружение в капельный поток).

Формула изобретения

1 Плоский электронагреватель, содержащий керамическую подложку с размещенным на ней плоским резис.тивным нагревательным элементом и токоподвода- ми, выполненными из электропроводной

L

0

5

0

5

пасты, и размещенную сверху изоляционную керамическую пластину, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем повышения стойкости к термическим напряжениям при погружном нагреве, нагреватель снабжен дополнительными Изоляционными керамическими пластинами, размещенными на указанной изоляционной пластине и/или керамической подложке и образующими внешние слои нагревателя.

30

где В (0,3-3)D, D - ширина нагревателя. N - количество витков

35

Фиг.1

6

Ј

/

Фиг.З

Ю

/