Пленочный нагревательный элемент

 

Полезная модель относится к области электрического нагрева и может быть использована при создании пленочного нагревательного элемента, работающего при температурах до 350ºС и позволяющего на его основе создавать приборы и нагревательные системы, предназначенные для использования в бытовой аппаратуре, в промышленности, в полиграфии, на транспорте и в других областях техники.

Пленочный нагревательный элемент включает взаимосвязанные между собой и расположенные на одной стороне подложки внутренний диэлектрический слой из композиционного материала на основе алюмофосфатного связующего, модифицированного наночастицами оксида алюминия в качестве наполнителя, нанесенный на него резистивный элемент, к которому присоединены токоподводящие элементы, и дополнительный внешний диэлектрический слой, выполненный из композиционного материала на основе алюмофосфатного связующего, модифицированного наночастицами оксида алюминия. Подложка выполнена из дюралюминия и оксидирована методом электродугового оксидирования.

Полезная модель относится к области электрического нагрева и может быть использована при создании пленочного нагревательного элемента, работающего при температурах до 350ºС и позволяющего на его основе создавать приборы и нагревательные системы, предназначенные для использования в бытовой аппаратуре (тепловентиляторы, конвекторы, электропосуда, утюги, котлы, проточные и накопительные водонагреватели, подогреватели пищи и др.), в промышленности (обогреватели промышленных помещений, приборы контроля влажности пищевых продуктов, сушильные шкафы, стерилизаторы, экструдеры и т.п.), в полиграфии, на транспорте и в других областях техники.

Известен толстопленочный резистивный элемент [RU 2054720, 1996], содержащий стальную подложку с последовательно размещенными на ней изолирующим и защитным стеклосодержащими слоями, между которыми расположен резистивный слой, в качестве материала изолирующего и защитного слоя использована толстопленочная паста на основе бесщелочных стекол, причем паста для изолирующего слоя выполнена на основе бесщелочного кристаллизующегося стекла, а паста для защитного слоя содержит бесщелочное стекло с керамическим наполнителем, при этом в качестве материала резистивного слоя использована толстопленочная паста на основе порошка никеля с добавками порошка хрома или нихрома и стеклосвязующего. К его недостаткам можно отнести нестабильность параметров, недостаточную надежность, узкие диапазоны питающего напряжения и значений удельной электрической мощности.

Известен нагревательный элемент для бытовых электронагревательных приборов [RU 10035, U1, 1999], содержащий основание из стали, верхняя сторона которого является рабочей поверхностью, а на нижней стороне нанесены слой электроизоляционной эмали, толстопленочная резистивная дорожка, содержащая по меньшей мере две спирали, образующие зоны нагрева, защитное диэлектрическое покрытие. Зоны нагрева выполнены в виде трех симметричных относительно центра основания и замкнутых друг с другом секторов, а основание снабжено выполненной в центре его рабочей поверхности антидеформирующей канавкой. Наличие в данном нагревательном элементе нескольких зон нагрева приводит к неравномерному нагреву металлической подложки и ее неравномерной деформации при термическом расширении. И, как следствие этого, при повышенных температурах происходит разрушение электроизоляционной эмали и прогорание резистивных дорожек из-за локального разогрева при электрическом пробое.

Известен нагреватель электрический плоский стальной [RU 2140134, 1999], содержащий стальную подложку с последовательно размещенными на ней изолирующим и защитным стеклосодержащими слоями, между которыми расположен резистивный слой. В качестве материала резистивного слоя использована толстопленочная паста на основе соединения борида никеля, а в качестве материала изолирующего и защитного слоев использованы порошок либо толстопленочная паста на основе кристаллизующегося стекло-ситаллоцемента марки СЭ-3. К недостаткам нагревателя можно отнести то, что он передает тепло в обогреваемый объем в основном путем непосредственного контакта и не может использоваться в устройствах для сушки, например, лакокрасочных покрытий и обогрева помещений. А также к неудовлетворительным свойствам вышеуказанного нагревателя можно отнести низкую механическую прочность точечных электрических выводов нагревателя, изготовленного методом сеткотрафаретной печати, вследствие окислительных процессов, протекающих при температурах вжигания контактной пасты и приводящих к ее слабой адгезии с металлическими материалами. Процесс изготовления нагревателей не обеспечивает необходимого сцепления контактной пасты и жгута никелевой или нихромовой проволоки с резистивной дорожкой.

Наиболее близким к предлагаемому является нагревательный элемент, включающий взаимосвязанные между собой и расположенные на одной стороне подложки внутренний электроизоляционный слой, нанесенный на него резистивный слой, расположенный между токоподводящими элементами и выполненный в виде, по меньшей мере, одного пленочного резистивного элемента, в котором на противоположной излучающей стороне подложки расположен, по меньшей мере, один защитный слой, выполненный из композиционного материала на основе алюмофосфатного связующего, модифицированного частицами оксида железа в качестве наполнителя, кроме того, токоподводящие элементы размещены на внутреннем электроизоляционном слое и имеют протяженный контакт с резистивным слоем, при этом пленочный резистивный элемент включает, по меньшей мере, один формообразующий элемент (ПМ 55241). Однако в данном устройстве происходят локальные перегревы по периметру резистивного элемента, приводящие к его разрушению, имеют место недостаточная теплопроводность диэлектрического слоя и подложки и скачки напряжения в местах контактов токоподводящих элементов с резистивным элементом, приводящие к разрушению диэлектрического слоя.

Задачей создания полезной модели является пленочный нагревательный элемент многослойной конструкции, работающий при температуре до 350ºС, с повышенной прочностью, с большой выходной мощностью, надежностью, а также простотой изготовления и длительным временем эксплуатации.

Заявляемый пленочный нагревательный элемент включает взаимосвязанные между собой и расположенные на одной стороне подложки внутренний диэлектрический слой из полимерного неорганического материала на основе алюмофосфатного связующего, модифицированного наночастицами оксида алюминия в качестве наполнителя, нанесенный на него резистивный элемент, к которому присоединены токоподводящие элементы, и дополнительный внешний диэлектрический слой, выполненный из композиционного материала на основе алюмофосфатного связующего, модифицированного наночастицами оксида алюминия. Подложка выполнена из дюралюминия и оксидирована методом электродугового оксидирования.

Внутренний диэлектрический (защитный) слой выполнен из алюмофосфатного связующего, модифицированного наночастицами оксида алюминия в качестве наполнителя, и нанесен на подложку методом центрифугирования. Токоподводящие элементы присоединены к внешней поверхности резистивного элемента и имеют протяженные контакты с ним.

Резистивный элемент выполнен из высокоомного материала в виде фольги (из ленты прецизионных сплавов), который позволяет достичь равномерного разогрева по всей поверхности без локальных перегревов. Внешний диэлектрический слой, закрывающий резистивный элемент и токоподводящие элементы, по составу идентичен внутреннему, выполнен из алюмофосфатного связующего, модифицированного наночастицами оксида алюминия в качестве наполнителя и нанесен на подложку методом центрифугирования.

Нагревательный элемент (см. фиг.) включает подложку 1 с оксидированной поверхностью 2, внутренний диэлектрический слой 3, нанесенный на него резистивный элемент 4, токоподводящие элементы 5, расположенные на внешней стороне резистивного слоя, и внешний диэлектрический слой 6.

Пленочный нагревательный элемент изготавливают следующим образом. В качестве подложки используют жаропрочный коррозийно-стойкий дюралюминий марки Д-16 или другие сплавы с аналогичными свойствами. Обработку поверхности металлической подложки осуществляют химическим обезжириванием, затем проводят кислотное травление (смесью азотной и плавиковой кислот при соотношении 8:1 при температуре 25ºС, в течение 10-15 минут), или обрабатывают мелкодисперсным порошком карбида кремния или кварцевым песком на пескоструйной установке. Поверхность подложки оксидируют методом электродугового оксидирования. Такая поверхность выступает в качестве дополнительного защитного слоя. Внутренний диэлектрический слой выполняют из полимерного неорганического алюмофосфатного связующего, модифицированного наночастицами оксида алюминия в качестве наполнителя. Диэлектрический слой наносят равномерно по всей площади подложки методом центрифугирования в виде сплошного слоя-пленки. Нанесенный диэлектрический слой подвергают сушке при температуре 50-70ºС в течение 10 минут. Операцию повторяют 4 раза для получения слоя необходимой толщины. Затем нанесенные слои вжигают при температуре 150-180ºС в течение 30 минут. С помощью алюмофосфатного связующего приклеивают резистивный элемент, выполненный из высокоомного материала в виде фольги. После этого на внешнюю поверхность резистивного элемента присоединяют токоподводящие элементы, имеющие с ним протяженные контакты. Для получения внешнего диэлектрического слоя используют ту же композицию что и для внутреннего. Внешний диэлектрический слой наносят поверх резистивного и токоподводящего элементов методом центрифугирования в 3-4 слоя. Увеличение толщины защитного диэлектрического слоя не влияет на сцепление материала с подложкой. После нанесения внешнего диэлектрического (защитного) слоя пленочный нагревательный элемент сушат на воздухе в течение 10-15 минут и далее в печи при температуре 50-70ºС в течение 10 минут. Затем проводят операцию вжигания при температуре 150-180ºС в течение 30 минут.

Изготовленный вышеизложенным способом пленочный нагревательный элемент готов к использованию в различных электрических приборах осуществляющих нагревательные функции.

Устройство работает следующим образом. Через токоподводящие элементы нагревателя пропускают электрический ток, в результате чего происходит выделение тепла в резистивном элементе и нагрев подложки до рабочей температуры 300-350ºС. Тепловая энергия с поверхности нагревателя передается поверхностям, предметам и объектам, находящимся в зоне его действия.

Предлагаемый пленочный нагревательный элемент обладает пониженным энергопотреблением, прост в производстве и при эксплуатации, перспективен для производства различных изделий и приборов на его основе, экологичен.

Пленочный нагревательный элемент, включающий подложку, внутренний электроизоляционный слой, нанесенный на него пленочный резистивный элемент, отличающийся тем, что на поверхности оксидированной методом электродугового оксидирования подложки, выполненной из дюралюминия, расположен выполненный из композиционного материала на основе алюмофосфатного связующего и модифицированный наночастицами оксида алюминия внутренний диэлектрический слой с нанесенным на него резистивным элементом, на внешней поверхности которого закреплены токоподводящие элементы, дополнительный внешний диэлектрический слой выполнен из композиционного материала на основе алюмофосфатного связующего и модифицирован наночастицами оксида алюминия.



 

Похожие патенты:

Полезная модель представляет собой обогреватель электрический взрывозащищенный, являющийся стационарным сухим электрорадиатором напольного/настенного типа, предназначенным для обогрева помещений.

Инфракрасный электрический настенный обогреватель-панно конвекторного типа относится к электротехнике, а именно к электронагревателям, которые могут быть использованы для обогрева воздуха в домах, в жилых и административных помещениях. Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности теплоотдачи вследствие комбинирования теплового излучения и конвекции и упрощение конструкции.

Изобретение относится к бытовой технике, а именно к бытовым отопительным приборам - электрическим конвекторам

обогреватель-панно конвекторного типа относится к электротехнике, в частности, к электронагревателям, и предназначен для отопления дома, жилых и производственных помещений. Задачей инфракрасного настенного бытовоого электронагревателя-конвектора для дома является увеличение теплоотдачи электронагревателя без увеличения размеров устройства, повышение электробезопасности изделия, повышение потребительских свойств за счет исключения испарения вредных веществ в обогреваемое помещение и придания изделию привлекательного внешнего вида без дополнительных затрат.

Изобретение относится к системам отопления и вентиляции, использующим в качестве источника питания электрическую энергию

Полезная модель относится к электротехнике, более конкретно к тепловентиляторам, применяемым в качестве нагревателей для производственных и бытовых нужд, причем в данной конструкции предусмотрен как режим нагрева, так и режим вентиляции. Тепловентилятор электрический может быть использован в строительстве, легкой промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях народного хозяйства.

Проект системы автономного энергоснабжения направлен на сокращение расхода энергоресурсов и повышение качества прогрева складских и производственных помещений. Указанный технический результат достигается тем, что система включает объединенные в единый производственный цикл генератор тепла, воздуховод, воздушные тепловые завесы. В условиях монтажа систем отопления не неподготовленных площадках, а также при недостаточной эффективности работы котлов отопления в системе отопления, возникает необходимость применения данной полезной модели.

Изобретение относится к отопительной технике, а именно к конструктивным элементам, используемым в электрообогревателях, а именно к обогревателям с инфракрасным излучением
Наверх