Электрический нагреватель с проволочным выводом

 

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано для сушки, нагрева и термостатирования изделий или бытовых помещений путем теплового контакта, тепловой отдачи свободной конвекцией, а также излучением, например, в кофеварках, кипятильниках, тостерах, утюгах, водонагревателях, электронагревателях для плит и в других электронагревательных приборах. В электрическом нагревателе, содержащем плоское металлическое основание, покрытое электроизоляционной пленкой из диэлектрической пасты, включающей органическое связующее и диэлектрическое мелкозернистое стекло, на которой размещен нагревательный элемент в виде топологического рисунка из резистивной пленки, покрытый диэлектрической защитной пленкой, металлическое основание выполнено толщиной 1,54 мм, электроизоляционная пленка - толщиной 100150 мкм, топологический рисунок - толщиной 2530 мкм, диэлектрическая защитная пленка - толщиной 2030 мкм, на контактных площадках резистивной пленки размещен проволочный вывод из нихромовой или медной проволоки, закрепленный контактной пастой, при этом пасты и их компоненты имеют определенный состав. Техническим результатом является повышение эксплуатационной надежности и равномерности теплового нагрева, снизить расход электроэнергии и себестоимость изготовления, обеспечить компактный монтаж в нагревательный прибор, увеличить надежность узла крепления выводов.

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано для сушки, нагрева и термостатирования изделий или бытовых помещений путем теплового контакта, тепловой отдачи свободной конвекцией, а также излучением, например, в кофеварках, кипятильниках, тостерах, утюгах, водонагревателях, электронагревателях для плит и в других электронагревательных приборах.

Известны электрические нагреватели, содержащие тепловоспринимающий сердечник с уложенным в каналы нагревательным элементом [1].

Известен также электрический нагреватель, содержащий тепловоспринимающее металлическое основание, покрытое электроизоляционным материалом, на поверхности которого размещен нагревательный элемент [2].

Недостатками данный нагревателей является низкая надежность и неравномерность теплового нагрева.

Кроме того, имеется электрический нагреватель [3], принятый за прототип, содержащий плоское тепловоспринимающее металлическое основание, выполненное из стали 15X25Т иди 20X13 и покрытое электроизоляционным материалом из диэлектрической пасты заданного состава, на поверхности электроизоляционного материала размещен нагревательный элемент в виде топологического рисунка из резистивной пасты заданного состава. Резистивный слой, в свою очередь, покрыт диэлектрической защитной пастой предложенного состава.

К недостаткам данного нагревателя относится недостаточно высокие эксплуатационная надежность и равномерность теплового нагрева, большой расход электроэнергии, высокая себестоимость, изготовления, недостаточно компактный монтаж в нагревательный прибор, низкая надежность узла крепления выводов.

Не обеспечивают также высокие технико-экономические показатели электрического нагревателя [3] предлагаемые составы диэлектрической и резистивной пасты.

Для ликвидации указанных недостатков предлагается электрический нагреватель, изображенный на чертеже.

Электрический нагреватель состоит из плоского металлического основания 1 толщиной 1,5-4,0 мм, выполненного из сталей 15X25Т, 13 или титана Ti и покрытого электроизоляционной пленкой 2 толщиной 100-150 мкм, на поверхность которой нанесен топологический рисунок резистивной пленки 3 определенной конфигурации толщиной 25-30 мкм, покрытый защитной диэлектрической пленкой 4 толщиной 20-30 мкм. На контактным площадках резистивной пленки 3 размещен проволочный вывод 5 из нихромовой или стальной проволоки, закрепленный контактной пастой 6.

Электроизоляционная пленка 2 выполняется из диэлектрической паста следующего состава, %: Органическое связующее - 25-30 Диэлектрическое мелкозернистое стекло на бариево-силикатной основе - Остальное Наиболее оптимальный состав диэлектрического мелкозернистого стекла, %: Si - 4445 Ti - 1,01,2 В - 5,46,1 Со - 0,30,4 Са - 2,12,3 Fe - 0,60,7
Ва - 2528
Mg - 1,21,3
Для формирования резистивной пленки 3 рекомендуется резистивная паста следующего уточненного состава, %:
Порошковая композиция - 8482
Органическое связующее - 1618
Порошковая композиция состоит из следующих порошкообразных компонентов, %:
Ni₂B - 73
FeSi - 12
SiС - 5
MoSi - 10
Органическое связующее состоит из раствора этилцеллюлозы в терпинеоле с добавлением касторового масла в следующей пропорции, %:
Терпинеол - 9596
Этилцеллюлоза - 3,54,0
Касторовое масло - 0,51,0
Для формирования контактного слоя и монтажа проволочного вывода на поверхности резистивной пленки 3 применяется контактная паста состава, %:
N₁₃В - 8284
Органическое связующее - 1618
На подготовленное металлическое основание через сетчатый трафарет наносится диэлектрическая паста, после чего она вжигается в конвейерных электропечах при температуре 830-840^oС. Время выдержки при максимальной температуре 18-20 минут. Паста наносится и вжигается неоднократно с учетом получения толщины диэлектрического слоя 100-150 мкм.

На сформированный диэлектрический слой резистивной пастой наносится топологический рисунок. Конкретный состав пасты и топологическая конфигурация подбирается таким образом, чтобы обеспечить требуемые технические характеристики нагревательного элемента.

Затем в конвейерных электропечах производится вжигание резистивной пасты при температуре 820-830^oС в течение 8-12 минут.

Резистивная паста может наносится в один или два слоя.

На резистивную пленку может быть нанесен слой защитной пасты с последующей сумкой и вжиганием.

Вжигание предпочтительнее осуществлять в ламповых электропечах, что уменьшает затрата электроэнергии и улучшает качество вжигаемых элементов.

Составы паст и материал металлического основания подбираются с идентичными коэффициентами линейного расширения.

На контактные площадки готового основания наносится контактная паста, в центре которой размещается нихромовая или стальная проволока, композиция подсушивается в сушильной печи при температуре 100-120^oС после чего вжигается в печах вжигания аналогично резистивной пасте.

Проволочные возжженные электрические контакты имеют низкое переходное сопротивление, позволяет проводить, пайку электропровода с последующей заливкой паяного соединения пластмассой, а также производить любой другой вид монтажа присоединительной электропроводки. Проволочный вывод может быть изолирован фторпластовой трубкой.

Проволочный контакт улучшает монтажные свойства электронагревателя, позволяет изготавливать электронагреватель для электроплит и других нагревательный приборов, так как его обратная поверхность не имеет ответной детали.

Электрический нагреватель может быть изолирован от окружающей среды эмалевой силикатной фриттой по ТУ 2367-047-075-01-403-97, что позволяет его использовать в качестве кипятильника, нагревательного элемента в кофейниках и других пищевых приборах, используемого в виде дна нагревательной посуды. Фритта наносится распылением в виде порошка на специальных установках с последующей термообработкой в конвейерных печах. После этого к выводу припаивается стандартный шнур питания от электросети. Место соединения запивается Фенопластом в специальных пресс-формах.

Применение электрического нагревателя с предлагаемой толщиной составляющих его элементов и составом паст электроизоляционной, резистивной и защитной пленок позволяет повысить эксплуатационную надежность и равномерность теплового нагрева, уменьшить раскол электроэнергии, снизить себестоимость изготовления, обеспечить компактный монтаж в нагревательный прибор, повысить надежность узла крепления выводов.

Источники информации
1. Старикович М. А. , Резников М.И. Методы экспериментального изучения внутрикотловых процессов. - М.: Госэнергоиздат, 1961.

2. А.с. СССР 1612380, кл. Н 05 В 3/06, 1988.

3. Патент РФ 2084082, кл, Н 05 В 3/28.

Формула изобретения

Электрический нагреватель с проволочным выводом, содержащий плоское металлическое основание, покрытое электроизоляционной пленкой из диэлектрической пасты, включающей органическое связующее и диэлектрическое мелкозернистое стекло, на котором размещен нагревательный элемент в виде топологического рисунка из резистивной пленки, покрытый диэлектрической защитной пленкой, отличающийся тем, что металлическое основание выполнено толщиной 1,54 мм, электроизоляционная пленка - толщиной 100150 мкм, топологический рисунок - толщиной 2530 мкм, диэлектрическая защитная пленка - толщиной 2030 мкм, на контактных площадках резистивной пленки размещен проволочный вывод из нихромовой проволоки, закрепленный контактной пастой, при этом пасты и их компоненты имеют следующий состав, мас.%: диэлектрическая паста электроизоляционной и защитной пленки: органическое связующее 2530; диэлектрическое мелкозернистое стекло остальное, следующего состава: Si 4445; Тi 1,01,2; В 5,46,1; Со 0,30,4; Са 2,12,3; Fe 0,60,7; Ва 2528; Мg 1,21,3, резистивная паста резистивной пленки: органическое связующее 1618, состава: терпинеол 9596; этилцеллюлоза 3,54,0; касторовое масло 0,51,0, порошковая композиция 8482, состава: Ni₂B 73; FeSi 12; SiC 5; MoSi 10, контактная паста: Ni₃B 8284, органическое связующее 1618.