Способ изготовления нагревательного элемента Советский патент 1977 года по МПК H05B3/14 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО

ЭЛЕМЕНТА

1

Изобретение относится к области электротермии, а именно к способу изготовления нагревательных элементов с распределенным параметрическим сопротивлением.

По известному способу применяемые химические нагревательные элементы для нагрева электричеством могут изготовляться только из основного Материала на органической основе при помош и пластмасс.

Общим признаком всех известных способов является то, что токопроводящий материал (частички графита) ориентируется и фиксируется органическими цепными молекулами 1-4.

Недостаток связующих на органической основе заключается в том, что температура поверхности не должна превыщать уровня размягчения, разложения органического материала, т. е. чтобы не могла возникнуть за короткое время зависящая от примененного связующего температура поверхности, превыщающая 80-120°С, без повреледения теплоизлучающей ловерхности.

Установлено также, что температура поверхности 40-80°С, зависящая от выбранного связующего, так же как и действие окружающей среды (условия эксплуатации, включение и выключение, флюктуация силы тока, содержание кислорода и влаги в воздухе) является причиной медленного разрущения нагревательных поверхностей, созданных на полимерной основе любого вида.

При применении связующих на основе полиэс|)иров увеличивается ресурс по току 242- ваттного нагревателя (220 В; 1,1 А; температура поверхности 50-60°С до 600 ч при 2А/440 Вт).

Ввиду того, что температурный коэффициент сопротивления графита до 500°С отрицателен, увеличение мощности или повыщение температуры поверхности, возникающее вследствие обогащения графитом, особенно нежелательно, так как с повыщением температуры сопротивление падает и мощность нагревателя снова увеличивается.

Таким образом, нагреватель из материала на органической основе с приемлемой величиной ресурса может быть выполнен только с очень низкой удельной мощностью (0,02- 0,03 Вт/см), а также с очень низкой температурой нагрева.

Недостаток органических нагревателей заключается также в том, что процесс разложения вызывает интенсивный запах химикалиев, из-за чего использование нагревателя, например в жилищах, ограничено.

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления нагревательного элемента, при котором связующее смешивают с паполнителем с последующим добавлением отвердителя и полученный токопроводящий состав наносят на электроизоляционное термостойкое основание 5. Однако этот способ не позволяет увеличить температурный предел и повысить стабильность характеристик нагревательного элемента.

Для улучшения электрических характеристик нагревательного элемента путем увеличения температурного предела и повышения стабильности характеристик по предлагаемому способу в качестве связующего берут неорганический раствор, например водный раствор натрийметасиликата, в качестве наполнителя - элементарный углерод различной модификации, например графит, а после наиесения состава на основание нагревательный элемен обрабатывают неорганической кислотой.

Преимущество нагревателей, изготовленных по описываемому способу, заключается в том, что, так как связующее, состоящее из неорганических молекул, выдерживают в течение длительного времени высокую температуру, температура может быть увеличена до 400-500°С без разложения неорганического связующего. Далее не изменяются его поглощение тока и производительность (мощность) по времени потому, что в связующем не происходит разложения. Благодаря тому, что связующее может быть просто нанесено снаружи на носитель или сформировано простым методом, полученное тепло может быть распределено без какого-либо промежуточного слоя (например масла, шамота).

Кроме того, по предложенному способу нагревательный элемент может быть изготовлен на любой электроизоляционной поверхности, благодаря чему технически возможно выполнить его кольцевой формы.

Для изготовления смеси материалов для нагревателей (нагревательной массы) могут быть использованы концентрированные растворы натрийсиликатного стекла (растворимого). Качество смеси улучшается, когда содержание метакремниевой кислоты благодаря подведению СОг (отсюда возникает ) заранее становится концентрированным.

Для осуществления способа необходим также порошок графита. Выгоднее возможно меньшая величина его частиц.

Совмещение обоих материалов, образование их смеси быть произведено перемешиванием или втиранием. Способ втирания наиболее целесообразен.

Применяемая концентрация графита может изменяться от 5 до 90%.

Химическая смесь материалов или самостоятельно формируется и образует тем самым поверхность, или наносится каким-нибудь способом, например кистью, используя рассеивание, либо заливкой, на электрически

изолированный теплостойкий носитель. Нижний предел толщины нанесенного слоя может изменяться в общем между 10 мкм и несколькими сантиметрами. Получаемые величины ши рины и длины нагревательных элементов оиределяются только областью их применения. Нанесение может проводиться в один или несколько слоев, но из электрических соображений выгоднее нанесение в один слой.

На электрически изолированной теплостойской поверхности носителя проводимость нанесенной массы вначале минимальная. За 1-4 ч возникает ступенчатая проводимость по толщине слоя, также зависящая от концентрации графита, которая согласована по форме со структурой поликремниевой кислоты.

Нагреватели, изготовленные в соответствии с изобретением, могут использоваться для

нагрева жидкости (в бойлерах), для теплодающих устройств (радиаторов), в качестве аппаратов для получения тепла в сельском хозяйстве (инкубаторов, нагревателей для стойл), для устройств строительной индустрии для непосредственного нагрева (земли, стен, тротуаров, дорог и т. д.), устройств для жарения (жаровни, электрические печи для жарения, тостеры, «самонагреваемые кухонные устройства), в сельском хозяйстве, индустрии, для нагрева емкостей, для изготовления печей и сушилок, для получения нагретых изделий в здравоохранении, мебельной и стекольной промышленности и т. д.

Пример 1. Изготовление нагревательной платы 1000-ваттного радиатора.

Основание - асбестовая бумага толшпной 5 мм.

Размеры 980X250 мм.

Поверхность нагрева (на две стороны) 2X020X200 мм 2X1840 см.

Нанесение иагревательной массы механическим распределением (в один слой).

Наносимое количество 200 г на сторону. Удельная масса с учетом потерь при распределении (по потерям при рассеивании) 0,1 г/см2.

Толщина слоя мкм. Содержание графита 13 вес. %. Фиксирование образовавшейся поверхности нагрева путем однократного смачивания 50%-ной НзРО4.

Метод включения (соединения) - включение поверхностей нагрева на обеих сторонах асбеста последовательное.

Крепление электродов - склеены с нагревательной массой и закреплены фарфоровыми изолирующими винтами.

Электрические характеристики нагревательной ленты, изготовленной по этому способу: температуре поверхности нагрева 80- 90°С, Г 1050 Вт при 220 В, ,8 А при 220В, 46 Ом.

Пример 2. Изготовление нагревательных плат для радиатора .мощностью 2000 Вт,

Основание - техническая асбестовая бумага толщиной 5 мм.

Размеры 980X250 мм.

Поверхность нагрева (на две стороны) 2X920X200 мм 2X1840 см.

Нанесение массы нагревателя машинным распределением (в один слой).

Наносимое количество 220 г на сторону.

Удельная масса с учетом потерь при распределении 0,1 г/см.

Толш,ина слоя мкм.

Содержание графита 19,3 вес. %.

Фиксация образовавшейся поверхности нагрева однократной промывкой 50%-ной

НзР04.

Метод включения - включение поверхностей нагрева на обеих сторонах асбеста последовательное.

Электроды - медные перфорированные пластины толш,иной 10 мм.

Крепление электродов - склеены с массой нагревателя и закреплены фарфоровыми изолируюш,ими винтами.

Электрические характеристики изготовленной нагревательной платы:

7 24,4 Ом

Вт при 220 В

7 9,0 А при 220 В

Температура поверхности 140-150°С.

Нример 3. Изготовление нагревательной платы 1500-ваттного нагревателя.

Носитель - техническая асбестовая бумага толш,иной 5 мм.

Размеры 980X250 мм.

Поверхность нагрева (на две стороны) 2X920X200 мм 2X1840 см2 3680 см.

Нанесение массы нагревателя механическим рассеиванием 0,075 г/см.

Толщина слоя 75 мкм.

Содержание графита 19,3 вес. %.

Фиксация образовавшейся поверхности нагрева однократной промывкой 50%-ной НзРО4.

Метод включения-включение поверхностей

нагрева на обеих сторонах асбеста последовательное.

Электроды - медные перфорированные пластины толщиной 10 мм.

Крепление электродов - склеены с массой нагревателя и закреплены фарфоровыми изолирующими винтами.

Электрические характеристики нагревательной платы, изготовленной по этому способу:

У 33,3 Ом

/ 6,6 А при 220 В

Вт при 220 В

Температура поверхности 110-120°С.

Формула изобретения

Способ изготовления нагревательного элемента, при котором связующее смешивают с наполнителем с последующим добавлением отвердителя и полученный токонроводящий состав наносят на электроизоляционное термостойкое основание, отличающийся тем, что, с целью улучшения электрических характеристик нагревательного элемента путем увеличения температ)фного предела и повышения стабильности характеристик, в качестве связующего берут неорганический раствор, например водный раствор натрийметасиликата, в качестве наполнителя - элементарный углерод различной модификации, например графит, а после нанесения состава на основание нагрева гельиый элемент обрабатывают неорганической кислотой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

5.Авторское свидетельство N° 355756, кл. Н 05b 3/10, 1970 (прототип).