×
27.12.2013
216.012.9256

НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ БЛОК И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области электротехники, а именно к производству монолитных металлокерамических нагревательных элементов электрического, в частности резистивного, нагрева. Нагревательный блок содержит трубу из огнеупорного материала, резистивный металлокерамический нагреватель, размещенный на внешней поверхности трубы, имеющий зону нагрева и токоподвода, которые выполнены плазменным напылением с использованием металлокерамического материала, содержащего от 10 до 30 весовых % керамической компоненты, при этом напылением из сплава с керамической компонентой выполнена только зона нагрева. Предложен также способ изготовления нагревательного блока, в котором вначале металлическим сплавом напыляют зону токоподвода, после чего в сплав добавляют керамическую компоненту и напыляют зону нагрева. Снижение электрических потерь в электронагревателе за счет обеспечения равномерного распределения подводимого тока, а также повышение его надежности является техническим результатом изобретения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области электротехники, а именно к производству монолитных металлокерамических нагревательных элементов электрического, в частности резистивного нагрева, и может быть использовано при изготовлении нагревательного блока для электрических печей сопротивления.

Известен нагревательный элемент и способ его изготовления (Патент РФ №2369046, опубл. 27.09.2009 г.) [1]. Известный нагревательный элемент содержит резистивный элемент с положительным температурным коэффициентом сопротивления, выполненный из композиционного материала на основе железа и размещенный в электроизоляционном слое, выполненном из стеклокерамики на основе периклаза (MgO), термоизоляционный слой и защитный слой, а также, по меньшей мере, два токосъемных элемента, подключенных к резистивному элементу с шириной d. Способ производства нагревательного элемента включает изготовление резистивного элемента, формирование вокруг него электроизоляционного слоя с последующим прессованием и спеканием полученной многослойной структуры. При этом спекание осуществляют на воздухе при температуре 850-900°С с выдержкой при указанной температуре в течение от 0,5 до 1,5 часов и последующим охлаждением вместе с печью. Кроме того, известный способ, отличается тем, что в состав электроизоляционного слоя дополнительно вводят оксидное стекло, баритовый флинт, бентонитовую глину, микротальк и поливинилацетат и состав периклаза (MgO) из компонентов с различной дисперсностью. Известное техническое решение характеризуется тем, что для локального уменьшения температуры резистивного элемента в месте его соединения с токосъемным элементом выполнена контактная площадка, площадь поперечного сечения которой в n раз больше, чем в среднем по всей длине резистивного элемента. Это приводит к увеличению объема нагревательного элемента и повышенному расходу материала резистивного элемента.

Известен нагревательный блок и его изготовление плазменным напылением (Патент РФ на полезную модель №110174, опубл. 10.11.2011 г.) [2]. Известный блок содержит цилиндрическую трубу из огнеупорного материала, витковый резистивный нагреватель, размещенный на внешней поверхности цилиндрической трубы, выполненный из металлосодержащего материала, и теплоизоляционное покрытие. В известном решении витковый резистивный нагреватель выполнен металлокерамическим, в форме плоской ленты с изоляционными зазорами между ее фрагментами с размером каждого из зазоров не менее толщины ленты, расстояние от которой до внутренней поверхности цилиндрической трубы равно 5-10% от размера ее внутреннего диаметра. Для изготовления нагревательного блока используют порошок электрокорунда (оксида алюминия) и проволоку из нихрома, содержащую 80 мас.% никеля и 20 мас.% хрома. Первоначально напыляют керамическую цилиндрическую трубу, затем монтируют «маску» для формирования резистивного нагревателя в форме плоской ленты с изоляционными зазорами. Далее через «маску» напыляют резистивный нагреватель при одновременном вводе в плазму нихромовой проволоки и порошка оксида алюминия при отношении количества металлической компоненты к керамической от 7:3 до 9:1. После этого производят демонтаж «маски» и зачистку изоляционных зазоров. Затем снаружи резистивного нагревателя монтируют теплоизоляционное покрытие. В последнюю очередь монтируют токоподводы, через которые нагреватель подключают к электросети.

Согласно известному решению [2], зоны нагрева и токоподвода нагревательного блока формируют из одного и того же металлокерамического материала. При плазменном напылении металлокерамического нагревателя образуются многочисленные частицы, состоящие из металлической - токопроводящей, и керамической - диэлектрической, компонент. В результате этого в сечении нагревателя общая площадь, занимаемая диэлектрической компонентой, увеличивается, а площадь металлической компоненты - уменьшается. Это приводит к увеличению сопротивления нагревателя в зоне нагрева, повышению количества выделяющейся в нем теплоты, и тем самым, к увеличению теплового потока в рабочее пространство. Однако то же самое происходит и в зоне токоподвода, поскольку в известном решении [2] зона нагрева и токоподвода сформирована из одного и того же металлокерамического материала. Это приводит к нежелательному нагреву в зоне токоподвода, неоправданным потерям тепла и снижению срока службы нагревательного блока в результате разрушения контактной пары.

Задача настоящего изобретения заключается в повышении теплоэффективности и надежности нагревательного блока, а также в увеличении срока его службы.

Для решения поставленной задачи нагревательный блок содержит трубу из огнеупорного материала, резистивный металлокерамический нагреватель, размещенный на внешней поверхности трубы, имеющий зону нагрева и токоподвода, нагревательный блок выполнен плазменным напылением с использованием металлокерамического материала, при этом зона токоподвода напылена металлическим сплавом, а зона нагрева -металлокерамическим материалом, содержащим от 10 до 30 весовых % керамической компоненты.

Способ изготовления нагревательного блока включает плазменное напыление трубы с образованием зон нагрева и токоподвода, напыление ведут с использованием металлокерамического материала, содержащего от 10 до 30 весовых % керамической компоненты, при этом вначале металлическим сплавом напыляют зону токоподвода, после чего в сплав добавляют керамическую компоненту и напыляют зону нагрева.

Сущность заявленного способа заключается в следующем. Создание условий работы нагревателя, при которых зона токоподвода будет иметь пониженную температуру (холодная), а зона нагрева имеет максимальную температуру, позволяет избежать потерь из-за нагрева функциональной зоны и применять недорогие (нетугоплавкие) материалы для подведения электричества к токоподводам. Понижение сопротивления в зоне токоподвода, достигаемое отсутствием керамической компоненты в данной зоне, обеспечивает равномерное распределение подводимого тока, позволяет исключить разогрев в контактной зоне нагревателя и увеличить срок его службы.

Экспериментально установлено, что при содержании в зоне нагрева более 30 весовых % керамической компоненты, нагреватель в большей степени приобретает диэлектрические свойства, электросопротивление нагревателя резко увеличивается, его мощность уменьшается, нагрева не происходит и нагревательный блок не работает. При содержании в зоне нагрева менее 10 весовых % керамической компоненты, нагреватель в большей степени приобретает металлические свойства, сопротивления зон выравниваются и потери возрастают.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в снижении электрических потерь, повышении уровня теплораспределения и надежности работы нагревательного блока.

Приведенный на чертеже заявляемый нагревательный блок содержит трубу (1) из огнеупорного материала, размещенный на внешней поверхности трубы (1) резистивный металлокерамический нагреватель (2), имеющий зону нагрева (3) и зону токоподвода (4). В таблице приведены характеристики заявляемого нагревательного блока и прототипа [2]. Пример 1 - нагревательный блок-прототип; пример 2 - заявляемый нагревательный блок, зона нагрева сформирована керметом с содержанием керамической компоненты 20%; пример 3 - заявляемый нагревательный блок, зона нагрева сформирована керметом с содержанием керамической компоненты 10%.

Для изготовления нагревательного блока плазменным напылением применяют установку плазменного напыления, состоящую из аппарата УМП-6 и камеры-полуавтомата 15 В-Б, снабженных дополнительным устройством подачи металлической проволоки - полуавтоматом сварочным ПДГ-519. Из керамической компоненты, например, оксида алюминия, напыляют трубу нагревательного блока. После этого металлическим жаростойким сплавом, например, нихромом, на трубу напыляют зону токоподвода. Затем к металлическому сплаву добавляют керамическую компоненту, например, оксид алюминия, в количестве от 10 до 30 весовых % и напыляют на трубу зону нагрева. После этого нагреватель закрывают теплоизоляционным керамическим покрытием, например, из оксида алюминия, и монтируют токоподводы. Полученный нагревательный блок устанавливают в корпус печи и включают режим нагрева.

Из приведенной таблицы видно, что затраты электроэнергии на разогрев и поддержание температуры у заявленного нагревательного блока снижаются на 10-15%.

Таблица
№1 №2 №3
Время разогрева до 1000°С, при скорости разогрева 10°С/ мин 110 100 100
Сила тока при температуре 1000°С, напряжение, стабилизированное 50 В, сопротивление нагревателей 1,7 Ом 33,9 30 30,9


НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ БЛОК И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 120.
10.02.2013
№216.012.24d3

Электрохимический генератор на твердооксидных топливных элементах

Изобретение относится к устройствам для прямого преобразования химической энергии топлива в электрическую с использованием твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Электрохимический генератор на твердооксидных топливных элементах содержит корпус, камеру смешения метана и воздуха, камеру...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474929
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.04.2013
№216.012.338a

Способ электролизного борирования стальных изделий в расплаве, содержащем оксид бора

Изобретение относится к области химико-термической обработки металлов и сплавов, в частности к диффузионному борированию стальных изделий в солевом расплаве. Способ электролизного борирования стальных изделий в расплаве, содержащем оксид бора, включает реверсирование постоянного тока. При этом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478737
Дата охранного документа: 10.04.2013
27.05.2013
№216.012.4539

Твердоэлектролитный датчик для амперометрического измерения концентрации водорода и кислорода в газовых смесях

Изобретение относится к аналитической технике, в частности к твердо-электролитным датчикам для анализа газовых сред. Твердоэлектролитный датчик для амперометрического измерения концентрации водорода и кислорода в газовых смесях содержит диск из твердого электролита с кислородной проводимостью,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483298
Дата охранного документа: 27.05.2013
27.05.2013
№216.012.453a

Твердоэлектролитный датчик для амперометрического измерения концентрации водорода в газовых смесях

Изобретение относится к аналитической технике, в частности к твердоэлектролитным датчикам для анализа газовых сред. Твердоэлектролитный датчик для амперометрического измерения концентрации водорода в газовых смесях содержит два электрода, нанесенные на противоположные поверхности одного из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483299
Дата охранного документа: 27.05.2013
27.05.2013
№216.012.453b

Твердоэлектролитный датчик для амперометрического измерения влажности газовых смесей

Изобретение относится к аналитической технике, в частности к датчикам для анализа газовых сред. Твердоэлектролитный датчик для амперометрического измерения влажности газовых смесей содержит диск из твердого электролита с кислородной проводимостью с двумя электродами - наружным и внутренним,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483300
Дата охранного документа: 27.05.2013
27.06.2013
№216.012.50d9

Способ получения нано- и микроструктурных порошков и/или волокон кристаллического и/или рентгеноаморфного кремния

Изобретение относится к области металлургии неметаллов, а именно к производству электролитического кристаллического и/или рентгеноаморфного кремния в виде нано- и микроструктурных порошков и/или волокон. Способ включает электролитическое растворение по меньшей мере одного выполненного из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486290
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.07.2013
№216.012.538a

Способ кладки футеровки сталеразливочного ковша и сталеразливочный ковш

Изобретение относится к области металлургии, в частности к футеровке сталеразливочного ковша. Способ включает выполнение рабочего слоя футеровки с утолщением по высоте ковша к днищу. Утолщенный рабочий слой нижней части выполняют высотой 0,2-0,5 внутренней высоты полезного объема...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486989
Дата охранного документа: 10.07.2013
10.07.2013
№216.012.545c

Способ электролитического получения свинца

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению свинца электролитическим способом. Способ включает электролитическое рафинирование свинца в расплаве галогенидов солей с использованием жидкометаллических катода и анода. При этом процесс электролиза ведут с применением одного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487199
Дата охранного документа: 10.07.2013
10.08.2013
№216.012.5e1a

Твердоэлектролитный датчик для измерения концентрации кислорода в газах и металлических расплавах

Изобретение относится к аналитической технике, в частности к датчикам, предназначенным для анализа газовых сред и металлических расплавов на кислородосодержание. Твердоэлектролитный датчик для измерения концентрации кислорода в газах и металлических расплавах содержит выполненный в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489711
Дата охранного документа: 10.08.2013
20.08.2013
№216.012.619f

Твердоэлектролитный датчик для потенциометрического измерения концентрации водорода в газовых смесях

Изобретение относится к аналитической технике, в частности к датчикам для анализа газовых сред. Твердоэлектролитный датчик для потенциометрического измерения концентрации водорода в газовых смесях содержит мембрану из протонпроводящего твердого электролита, эталонный и измерительный электроды,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490623
Дата охранного документа: 20.08.2013
Показаны записи 1-10 из 119.
10.02.2013
№216.012.24d3

Электрохимический генератор на твердооксидных топливных элементах

Изобретение относится к устройствам для прямого преобразования химической энергии топлива в электрическую с использованием твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Электрохимический генератор на твердооксидных топливных элементах содержит корпус, камеру смешения метана и воздуха, камеру...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474929
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.04.2013
№216.012.338a

Способ электролизного борирования стальных изделий в расплаве, содержащем оксид бора

Изобретение относится к области химико-термической обработки металлов и сплавов, в частности к диффузионному борированию стальных изделий в солевом расплаве. Способ электролизного борирования стальных изделий в расплаве, содержащем оксид бора, включает реверсирование постоянного тока. При этом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478737
Дата охранного документа: 10.04.2013
27.05.2013
№216.012.4539

Твердоэлектролитный датчик для амперометрического измерения концентрации водорода и кислорода в газовых смесях

Изобретение относится к аналитической технике, в частности к твердо-электролитным датчикам для анализа газовых сред. Твердоэлектролитный датчик для амперометрического измерения концентрации водорода и кислорода в газовых смесях содержит диск из твердого электролита с кислородной проводимостью,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483298
Дата охранного документа: 27.05.2013
27.05.2013
№216.012.453a

Твердоэлектролитный датчик для амперометрического измерения концентрации водорода в газовых смесях

Изобретение относится к аналитической технике, в частности к твердоэлектролитным датчикам для анализа газовых сред. Твердоэлектролитный датчик для амперометрического измерения концентрации водорода в газовых смесях содержит два электрода, нанесенные на противоположные поверхности одного из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483299
Дата охранного документа: 27.05.2013
27.05.2013
№216.012.453b

Твердоэлектролитный датчик для амперометрического измерения влажности газовых смесей

Изобретение относится к аналитической технике, в частности к датчикам для анализа газовых сред. Твердоэлектролитный датчик для амперометрического измерения влажности газовых смесей содержит диск из твердого электролита с кислородной проводимостью с двумя электродами - наружным и внутренним,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483300
Дата охранного документа: 27.05.2013
27.06.2013
№216.012.50d9

Способ получения нано- и микроструктурных порошков и/или волокон кристаллического и/или рентгеноаморфного кремния

Изобретение относится к области металлургии неметаллов, а именно к производству электролитического кристаллического и/или рентгеноаморфного кремния в виде нано- и микроструктурных порошков и/или волокон. Способ включает электролитическое растворение по меньшей мере одного выполненного из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486290
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.07.2013
№216.012.545c

Способ электролитического получения свинца

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению свинца электролитическим способом. Способ включает электролитическое рафинирование свинца в расплаве галогенидов солей с использованием жидкометаллических катода и анода. При этом процесс электролиза ведут с применением одного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487199
Дата охранного документа: 10.07.2013
10.08.2013
№216.012.5e1a

Твердоэлектролитный датчик для измерения концентрации кислорода в газах и металлических расплавах

Изобретение относится к аналитической технике, в частности к датчикам, предназначенным для анализа газовых сред и металлических расплавов на кислородосодержание. Твердоэлектролитный датчик для измерения концентрации кислорода в газах и металлических расплавах содержит выполненный в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489711
Дата охранного документа: 10.08.2013
20.08.2013
№216.012.619f

Твердоэлектролитный датчик для потенциометрического измерения концентрации водорода в газовых смесях

Изобретение относится к аналитической технике, в частности к датчикам для анализа газовых сред. Твердоэлектролитный датчик для потенциометрического измерения концентрации водорода в газовых смесях содержит мембрану из протонпроводящего твердого электролита, эталонный и измерительный электроды,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490623
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.08.2013
№216.012.6489

Электрохимический способ получения сплошных слоев кремния

Способ может быть использован в фотонике, полупроводниковой технике, а также для производства солнечных батарей. Сплошные слои кремния получают электролизом гексафторсиликата калия (KSiF) в расплаве следующего состава, мас.%: КСl (15÷50) - KF (5÷50) - (10÷35) KSiF. Электролиз ведут при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491374
Дата охранного документа: 27.08.2013
+ добавить свой РИД