Способ регулирования температуры рабочей поверхности окисного нагревательного элемента Советский патент 1979 года по МПК G05D23/00 

Изобретение относится к области элек тротермии и может быть использовано для регулирования теь.тературы окисного нагревательного элетлента устройства; для резкстивного нагрева. Известен способ регулирования темпе ратуры окисного нагревательного элемента устройства для резистивного нагрева путем контактного позиционного регулирования силы тока, проходящего через нагревательный элемент р.. Недостатками известного способа являются невозможность достижения пяав ного изменения температуры, а также низкая точность регулирования за счет существенных колебаний силы тока и тем пературы в зоне регул1чх вания. Из известных способов наиболее близким к описываемому является способ регулирования температуры рабочей поверхности окисного нагревательного элемента путем регулирования тока, проходящего через него 2}. Однако при таком способе диапазон регулирования ограничен, так как максимальная температура рабочей поверхности этого элемента существенно ограничена тем, что температура в теле нагревательного элемента значительно превышает температуру его рабочей поверхности, что может привести к появлению расплава в теле нагревательного элемента. Это обусловлено отрицательным температурным коэффиш1ентом и низкой теплопроводностью материала окисного нагревательного элемента, пргшодяшими к увеличению плотности электрического тока во внутрешшх центральных областях элемента, нагретых выше его поверхностей, через которые происходит отвод тепла. Целью изобретения является расширение диапазона регулироваьшя. Эта цель достигается тем, что охлаждают поверхность, противолежащую рабочей поверхности нагревательного элемента. При охлаждении противолежащей поверхности температура материала вблизи

этой поверхности уменьшается, а сопро тивление увеличивается. Это приводит к тому, что плотность тока вблизи данной поверхности уменьшается, а вблизи рабочей поверхности соответственно возрастает.

Увед1гчение плотности тока вблизи рабочей поверхности окисного нагревательного элемента в свою очередь приводит к повышению ее температуры. При этом максимум температуры смещается к рабочей поверхности окисного нагревательного элемента, что позволяет существенн повысить максимально возможную темпе ратуру рабочей поверхности этого элемен та. Подвергая охлаждению определе гаые участки противолежащей поверхности нагревательного элемента, можно повышать температуру соответствующих отдельных участков его рабочей поверхности, и тем самым расширить диапазон регулирования

На чертеже изображена кривая зависимости расположения максимума температур-по толщине окисного нагревательного элемента, выполненного ввиде пластины, от соотношения тепловых потоков с рабочей поверхности и охлаждаемой противолежащей поверхности элемента.

Через окисный нагревательный элемент из стабилизированной двуокиси циркония, вьшолненный в виде пластины размерами 230x115x20 мм, пропускали электрический ток переменного нзпряжени промышленной частоты. При этом электрический ток проходил вдоль пластины. Поверхность пластины, противолежащую рабочей поверхности элемента на расстоянии 20 мм, подвергали охлаждению путем подачи на нее холодного воздуха от воздуходувки.

Степень охлаждения противолежащей поверхности была такой, чтобы температурный градиент по толщине нагрепательиного элемента не превышал значения разрушающего температурного градиента для двуокиси циркония - . Кроме того, охлаждение противолежащей поверхности производили до температуры не ниже 115 , которая является нижюгм пределом области упруго-пластичной деформации материала окисного нагревательного элемента, в которой он обладает повышенной термостойкостью.

Результаты проведенных испытаний представлены в т аблице.

Температура рабочей поверхности,

1640

Температура противолежащей При локальном охлаждении противолежащей поверхности получали увеличение температуры на соответствующих участках рабочей поверхности, и тем самым обеспечивали требуемую деформаштю температурного поля окисного нагревательного элемента. Распределение температуры по толщине окисного нагревательного элемента определяется при решении дифференциального уравнения теплопроводности для бесконечной пластины с внутренними источниками

2080

193О

176О тепла. При решении этого уравнения зависимость плотности теплоБьшеления от температуры в какой-либо точке аппроксимировалась линейной зависимостью. 4.,с-1) где - плотность тепловыделения; Q - константы, опред -ляемые эксп ерим енталь но; Т - температура в выбранной точке нагревательного элемента. С учетом граничных условий температура в какой-либо точке по толщине окиского нагревательного элемента определя ется по следующей формуле: -/JJ.vi yjic . М) г,. COS V ИТ) zVKbLV (-4} ,-Q 1 cos{cj/l) где A - коэффициент теплопроводности материала окисного нагревател ного элемента; Q . величина теплового потока с п тиволежащей охлаждаемой поверхности элемента; величина теплового потока с р бочей поверхности элемента; X- текущая координата точки по Iтолщине пластины, отсчитываемая от оси симметрии пластин (5- 1/2 толщина пластины. dT Найденное из условия 0 для указанного уравнения (2), расположение максимальной температуры по толщине окисного нагревательного элемента мож быть представлено в виде кривой на rj: фике, где значения X взяты в долях все толщины этого элемента. Эта кривая по- .казывает, что даже при небольшом относительном увеличении теплового потока охлаждаемой поверхности происходит зна чительное смещение максимальной темпе ратуры к рабочей поверхности нагревательного элемента. Изобретение позволяет получить дефо мированные температурные поля, необходимые для решения ряда важных задач, возникающих при термообработке тугопла

.30 ких материалов в окислительной атмосфере. В частности, оно имеет важноо значение для вытягивания опт1ТческогЬ волокна, при npoiteBoncTBe которого требуется сочетание в едином технолопгческом процессе доведения материала до степени размягчения и резкого охлаждения, а также для снятия напряжений в проволоке из драгоцершых металлов. Повышение максимальной температуры рабочей поверхности окисного нагревательного элемента знач ггельно расширяет сферу использования устройств для резистивного нагрева в различных областях науки и техшгки за счет возможности термообработки новых тугоплавких материа-. лов. Формула изобретения Способ регул1фовашш температуры рабочей поверхности окисного нагревательного элемента путем регулировать тока, проходящего через него, о т л и ч а ющ и и с я тем, 4to, с целью расщ1фения диапазона регзл фования, охлаждают поверхность, противолежащую рабочей поверхности нагревательного элемента. Источники информашш, принятые во внимание при экспертизе I.R. J.GeEEer/Resisior Jurnate wilti Some Rretiniinav v Re-suCis Uoto2ooo°c D.Reseai-cVi hot& BurslanaaPotSjiTCti 555- 66 (I94f); Ceram. Abstacts- 2f 1ъ1Ь5 У942). 2. Патент Вешособриташш № 1278657, кл. Н О5 В 3/42, F 27 D 11/02, опублшс. 21.06,72.