электрический нагреватель в форме тела вращения

Формула изобретения

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ В ФОРМЕ ТЕЛА ВРАЩЕНИЯ, содержащий нагревательный элемент в виде слоя электропроводного материала, закрытого с двух сторон слоями электроизоляционного материала, и установленный коаксиально к нему и с зазором от него защитный кожух, отличающийся тем, что нагревательный элемент выполнен из пропитанных химически и термостойким связующим стеклянных лент в качестве электроизоляционного материала и углеродного волокнистого материала в качестве слоя электропроводного материала, защитный кожух и нагревательный элемент выполнены с разностью периметров верхнего и нижнего оснований 2 - 40 мм, при этом указанный кожух, выполненный из стеклянных лент, пропитанных тем же связующим, установлен с зазором от нагревательного элемента 5 - 25 мм.

2. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что в качестве химически стойкого связующего использованы фенолформальдегидные смолы с вязкостью 100 - 900 мПа с.

3. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что в качестве термостойкого связующего использована кремнийорганическая смола или смесь силиката натрия с порошкообразным наполнителем и отвердителем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к электрическим нагревателям в виде тела вращения, используемым в различных отраслях народного хозяйства: для бытовых нагревателей, для нагрева различных газовых и жидких сред, в том числе высокоагрессивных, непосредственно проходящих через нагреватель и т.д.

Известен гибкий электронагреватель [1], включающий в себя токопроводящий элемент из углеграфитовой ткани и защитную оболочку из резины.

Однако данный нагреватель позволяет нагревать среды с ограниченной температурой, не более 150^оС. Кроме того, данное решение не позволяет изготавливать жесткие электронагреватели для нагрева жидких и газовых сред при их транспортировке и хранении, а также использовать в быту.

Известен пористый электрический нагревательный элемент из крученых углеродных или графитовых нитей [2], на поверхность которых нанесено углеродсодержащее покрытие, которое является оболочкой этих нитей и в местах их соприкосновения образует токопроводящие мостики, соединяющие волокна.

Недостатком такого нагревателя является его нестабильность при повышенных температурах из-за нарушения электрического контакта в местах соприкосновения волокон, а также из-за локального перегрева этих мест соприкосновения. Вследствие большого гидродинамического сопротивления он непригоден для нагревания вязких жидкостей.

Известны электрические нагреватели с использованием в качестве нагревательного элемента сажи, металлической сетки, фольги, углеродных волокон [3-6] . В качестве связующих используются полиэфирные смолы [5], поливинилхлорид [4], ненасыщенные полиэфирные смолы [6] и нагреватель выполнен в виде пластины, полиэфирные, эпоксидные, полиамидные смолы, керамика [3] и нагреватель выполнен в виде панели.

Использование указанных полимерных связующих ограничивает повышение температуры нагревателей: не более 120^оС [5,6], 60-80^оС [4], 250-300^оС [3]. Ограничение повышения температуры снижает технико-экономические характеристики нагревателя, а превышение указанных пределов по температуре может привести к термическому разложению полимерных связующих с выделением токсичных газообразных продуктов разложения. Этот фактор ограничивает применение нагревателей, в особенности в быту. Указанные выше полимерные связующие [3-6] имеют ограниченную химическую стойкость к агрессивным средам, что снижает их широкое применение в технике. Применение керамики в [3] в качестве связующего позволяет повысить температуру нагревателя, однако позволяет получать только плоские нагреватели, что, наряду с низкой механической прочностью (хрупкостью), ограничивает области их применения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является электрический нагреватель в виде трубы для подогрева воды, содержащий слой электропроводного материала, закрытый с двух сторон слоями электроизоляционного материала, и установленный коаксиально с ним с зазором от них защитный кожух [7].

Данный нагреватель сложен по конструкции, не может быть использован для нагрева непосредственно агрессивных жидких и газовых средств, использоваться в быту.

Цель изобретения - упрощение конструкции электронагревателя, работающего при повышенных температурах, способного нагревать агрессивные газовые и жидкие среды (при непосредственном контакте), а также возможность использования в качестве бытовых нагревателей.

Цель достигается тем, что в электpическом нагревателе в виде тела вращения, содержащем нагревательный элемент и защитный кожух, согласно предложению нагревательный элемент выполнен из пропитанных химически и термостойким связующим стеклянных лент в качестве электроизоляционного материала и углеродного волокнистого материала в качестве электропроводного материала, защитный кожух и нагревательный элемент выполнен с разностью периметров верхнего и нижнего оснований 2-40 мм, при этом указанный кожух, выполненный из стеклянных лент, пропитанных тем же связующим, установлен с зазором от нагревательного элемента 5-25 мм. В качестве химически стойкого связующего используют фенолформальдегидные смолы с вязкостью 100-900 мПа с марок СФЖ-309, СФЖ-3031 и др. (ГОСТ 20907-75) или марки НРБ-125 (ТУ 6-55-221-1049-89). При применении смолы НРБ-125 используют отвердитель - бензосульфокислоту (ТУ 36-0204229-25-89). В качестве термостойкой и экологически чистой при повышенных температурах используют кремнийорганическую смолу КМ-9К (ТУ 6-05-101-20-83) или смесь силиката натрия (100 мас.ч.), порошкообразного наполнителя (диабазовая, базальтовая, андезитовая мука) 70-110 мас.ч. и отвердителя (кремнефтористый натрий) 10-15 мас.ч.

На фиг.1 представлен электронагреватель, продольный разрез; на фиг.2 - узел I на фиг.1; на фиг.3-5 представлены варианты исполнения нагревателя, поперечное сечение; на фиг.6 - нагреватель в аксонометрии.

Электрический нагреватель состоит из нагревательного элемента 1 и защитного кожуха 2. Нагревательный элемент выполнен из послойно расположенных стеклянных лент 3 и углеродной ленты 4, скобы 5.

Электрический нагреватель получают следующим образом.

На изготовленную форму, имеющую ось вращения, наносят антиадгезионный слой (солидол, лавсановую пленку). Затем производят намотку стеклянной ленты шириной 100-200 мм марки ТСФ-(7а)-7с(ГОСТ 10146-74), пропитанной химически стойким или термостойким связующим. В зависимости от назначения нагревателя наматывают от двух до восьми слоев стеклянной ленты. Затем проводят намотку углеродной ленты Урал-24 (ГОСТ 28005-88) шириной 10-100 мм и длиной, необходимой для данного нагревателя (определенное заранее электрическое сопротивление), пропитанной тем же связующим. Снова проводят намотку стеклянной ленты по описанному выше способу. Последний слой при намотке - викилевочный, т.е. сверху стеклянной ленты проводят намотку лавсановой (или другой) пленки (может и отсутствовать). В качестве химически стойкого связующего используют фенолформальдегидные смолы с вязкостью 100-900 мПа с (СФЖ-309 или СФЖ-3031 и др. по ГОСТ 20907-75 или НРБ-125 по ТУ 6-55-221-1049-89). При этом отверждение проводят при использовании смол "горячего" способа отверждения (СФЖ-309, 3031 и др.) при температуре 150-170^оС в течение 1-2 ч, а смолы НРБ-125 ("холодного" способа отверждения с использованием катализатора-бензосульфокислоты) при температуре помещения в течение 4-6 ч. В качестве термостойкого связующего используют кремнийорганическую смолу КМ-9К (ТУ 6-05-101-20-83) или смесь силиката натрия (100 мас.ч.), порошкообразного наполнителя (диабазовая, базальтовая, андезитовая мука) 70-110 мас.ч. и отвердителя (кремнефтористый натрий) 10-15 мас.ч. При этом отверждение проводят при 180-200^оС в течение 3-5 ч, используя кремнийорганическое связующее, и при 20-80^оС в течение 5-24 ч, используя смесь силиката натрия с компонентами. После охлаждения формы и нагревателя последний снимают с формы.

Кожух получают так же, как и нагревательный элемент, но без использования углеродной ленты, т.е. намоткой двух - шестнадцати слоев стеклянной ленты, пропитанной тем же связующим с последующим отверждением и съемом с формы.

При использовании жидких фенолформальдегидных смол с вязкостью меньше 100 мПа с проходит некачественная пропитка при намотке и полученное изделие имеет низкую механическую прочность. Аналогичный эффект получается при использовании смол с вязкостью более 900 мПас.

Бытовые (воздушные) нагреватели получают с использованием кремнийорганических связующих или смеси силиката натрия с компонентами. При эксплуатации нагревателей не выделяются токсичные газообразные продукты. При этом нагреватель работает как конвектор, т.е. происходит интенсивное движение воздушной нагреваемой среды через нижний зазор между нагревательным элементом и кожухом. Если этот зазор перекрыт, то нагреватель работает как панель.

Электрический нагреватель работает следующим образом.

После установки нагревателя в необходимом для нагрева месте к нему подключается напряжение, которое подводится к углеродному волокнистому нагревательному элементу. Подвод осуществляется посредством электрических проводов необходимого сечения в зависимости от мощности электрического нагревателя.

Предлагаемый электрический нагреватель позволяет нагревать различные газовые среды до 400^оС, которые могут содержать пары различных химически активных веществ (кислоты, щелочи, растворители). Нагреватели могут быть использованы для нагрева жидких сред до температуры 100-1800^оС, в том числе высокоагрессивных (кислоты, щелочи, растворители).