Электрический нагреватель

 

Сущность изобретения: электронагреватель в форме стержня из оксидной керамики выполнен по длине с центральным, токовыводящими участками и участками переходного сопротивления. Стержень содержит сердцевину и наружный слой, покрывающий сердцевину на центральном и переходных участках. В материал сердцевины введен оксид индия. На переходных участках его содержание увеличивается в направлении торцов стержня. Возможно выполнение сердцевины на подложке в виде трубки изокисной керамики,выполнение покрытия переходных участков двуслойными . Сердцевина на центральном участке может быть выполнена в форме спирали. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л Н 05 В 3/14, 3/42

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ с(ВЭ8НМ

< fggpq4$QQ - <3 l: .: Д

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4875622/07 (22) 18.10.90 (46) 23.06.93. Бюл. М 23 (75) Я.П.Гохштейн (56) Патент Великобритании М 2099670, кл.

Н 05 В 3/14, 1982.

Авторское свидетельство СССР

М 1525952, кл. Н 05 В 3/14, 1989. (54) ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ (57) Сущность изобретения: электронагреватель в форме стержня иэ оксидной керамики выполнен по длине с центральным, токовыводящими участками и участками пеИзобретение относится к нагревательным устройствам и может быть использовано для печей сопротивления в окислительной, восстановительной и нейтральной атмосферах, Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей электрического нагревателя путем обеспечения автономного его включения без стартового разогрева, а также путем обеспечения способности его работать без разрушения на постоянном токе.

На фиг.l показан электрический нагреватель в разрезе; на фиг.2 — распределение температуры вдоль нагревателя в масштабе фиг.l; фиг,3 и 4 — варианты выполнения нагревателя; фиг.5 — габаритная схема нагревателя; фиг.6 — разрез А — А на фиг.5; фиг.7— схема размещения волокнистого материала в полости нагревателя; фиг.8 — габаритная схема спирального варианта нагревателя; фиг.9 — разрез Б — Б на фиг,8: фиг,10 — разрез

 — В на фиг.8.

„., Ж„„1823154 А1 реходного сопротивления, Стержень содержит сердцевину и наружный слой, покрывающий сердцевину на центральном и переходных участках. В материал сердцевины введен оксид индия. На переходных участках его содержание увеличивается в направлении торцов стержня. Возможно выполнение сердцевины на подложке в виа де трубки из окисной керамики, выполнение покрытия переходных участков двуслойными. Сердцевина на центральном участке может быть выполнена в форме спирали. 3 э.п. ф-лы, 10 ил.

Электрический нагреватель выполнен в форме стержня 1 иэ оксидной керамики с токовыводящими участками 2, 3. Стержень включает сердцевину 4, проходящую по всей длине стержня между его торцами 5, 6 и имеющую постоянное по длине сечение на . центральном участке 7 стержня, Сердцевина покрыта наружным слоем 8, имеющим Q0 торцы 9, 10 на границе с токовыводящими ) участками. Между токовыводящими уча- (1 стками 2, 3 и центральным участком 7, д расположены участки 11, 12 переходного у сопротивления. Наружный слой содержит оксид циркония. В сердцевину кроме того введен оксид индия с концентрацией 0,2 — 0,9 моль. Содержание оксида индия на единицу длины стержня выполнено на переходных и участках увеличивающимся к ближайшим торцам стержня. На центральном участке 7 стержня, между его границами 13, 14 с участками переходного сопротивления, содержание оксида индия на единицу длины постоянно вдоль стержня.

1823154 . рдц . -:,) .1чеег II! кп»цах стержня тол,!>ения 15, 1 : >,.t счет ГГ)ГО, что переход>(>.> . y>I.! c l "", и >10 To. I » >H>40 сс>Д! .5>)кат Два слОЯ и >.;! (.1 С-io;»: 17 Од>(:: родНЫй ПО ДЛИНЕ сте> .кi i,;1 ..,. .:,(ий слой 18 либо 19, нанес(:>>н! . у:. >()Г".:.1 )ву>эщ;г(> конца с(ержня ..э . иж»и> — )и 1?, 1ри э>ол, указанное увеГ)ич()ние coä(peart>1 .>:t оксида индия к торцу стер:кня выполнено в верхнем слое за счет посtoltpнного уГОГ>щ;:>>ия этого слоя на учаСтКЕ ПЕРЕХОДНОГО COÏÐOTÈàËÅHÈß, Г.>:;>:ll .(>ви>>а;(,".>нес>>>(((:,! >top,.I0)!rK>/ 20, выГ О>»!(Iilly!r l Г . де тр, >ки 2 > из г>ксидной

КЕ() I, 1 1!, >1, и >!> 1! r Г>з С НЯРУ)КН»Л1 СЛÎ,."l И

fI0 I ЯОЯ(>(Ой ОГ)"- >3Ует к >it! to > I TPи 100 кие слОи

22 23, 2>1. 0>;".:. >::.rr/t ai,>::0 >) -I.:Ic i;(; r rn>;рыты. наприм«>; I>l >; rj)ri,iè f! 0>.>,1, >. Г((1>>л1>,1 25, 26 м >з т;! л л а .

В д>)у(ом вариант» электрич>эско о нагре>!ат(1»Я (см. фиг.3, 8) на (>е> Г()зГ>>.нол1 участке 27 ст05)жнЯ (;рд((()(!ина 28 выполнена в (»>Орме спир:>ли 29, ви)ки 30 которой заклк)ч>)нь! я магрицу 31 из оксидной керамики. В Об>1 —.(:>и 32 л1.>>5>ицы, расположенные

МЕ)>сДУ БИГК(1(ИИ ()ÂPÄC>t ОКг ИД !1> >ДИЯ (. КОНцентрацией, меньшей, чем в >!итках, Концы

33, 34 спирали соединены с Груб !атыл(и чаcTЯми,):), 5(i се>>дцевины. Месга tt)(соедине>(ия Г>окрь>Г» наруж>>ым слоем 37 матрицы,,;r;;r „"...:.>»:. 5, >:1 <0»:>ак (:тврял!Я 39 НаГр-.;(>r.>C.. "-...:. r I .. 6>>1> i >,>Г>ОЛНЕ>!Ь! >I/,COj)oд>I r! I>1 > :::, :, :: Г! II(I (> ОК(. »(д>I 11>fДИЯ, ::.Л>:,;;>.;; ",:;>,; (, r!« ILr r)I:..>Ч»» ОДНОРОДНЫЙ

С >1 0 I 4, !, . » » . Г (: >,! С,". ", (0 C Г:" Г а . >и . r j i 1 Г, 4), >IрИ» r ". I<>I (»,:.: > t >10 p/iñ>I i,", C!Ir)>1 47 !t металл(>че..кие Iir»:ры(ия 43 pIcrtono: .Иы так жо, "..:>, и !! Ос:>опнол1 Г>ариаГ(т(: (см. с>>иг. !). В 1(,1(сти 1-> г!)/.>ки 21 Г>аг()еГ>а еГ>я !

»()»(Г.т ЬЫтЬ РГ>З,:, - >1 О(! ifr)KHI1C r ЫИ КЕРаМИ >О> :.;<ий .1ат. 5 ».1 л >Г), >>Г)епЯтст>)у>о!Ций раз вити>о ко»векции см. фиг.7). В частности, пробки (>з волок >ис Гого материала 45 могут бЬ>тЬ ycr >(ЛВЛ;. >!Ы В НОЛОСГИ 4>1 На КОНцаХ

НЛГРЕВатвля >(:11. с>:ИГ 1).

Кера> >ичг>ск>1е элементы эу>ектрическоГÎ нагре!! ) Ге> >я имеlОт сл> ду>п(ций сОстав, моль; Однс)г)Г>д»>>й слой 17 — от 0,2!п20з +

+0,87г0. До 0.6)!п;>Оз "- 0,4ZI Oz co смешанной проводил>остью, электронной и-типа и ионной. например, 0,751!I Оз ч 0.75Z10Z с электропроводносгью на постоянном таке 40

См/м при 300 V, и 871 См/м при 2000 K, c температурой плавления выше 2700 К; верхние слои 18, 19 — 0,9!п20з+ 0,17г02 с электронной проводимостью 4.4 . 10 См/м при

300 К и 80 10 С>л/м при 1700 К; трубка 21 и наружный слой 8 — вакуум-плотная керамик,) 0,P.> II > ... ° О, 1 7У 1(>.1 с ионной rtpo>>optrtмость>о" " .Г .1/м Г>р,> !0>Itjj К, 60 Сл /м при

2000 К, межвитковые области 32 матрицы 31 — 0,88ZrOz + 0,07У20з + 0.05>п20з; материал

45 — вата из керамики 0,88ZCOz + 0.12Yz03, Размеры элементов нагревателя: диаметр полости 44 — 5-10 мм, толщина слоев

22, 23, 24 — 0,5 — 3 мм, длина токоотводящих участков 2, 3 50-100 мм. длина утолщений

15, 16 100 — 200 мм, длина центрального участка 7 100 — 500 мм, наружный диаметр центрального участка 10-25 мм.

Например, у нагревателя с диаметром полости 10 мм, наружным диаметром центрального участка 20 мм, толщиной слоев 22, 24 по 1,5 мм и толщиной слоя 23 — 2 мм при составе этого слоя 0,25!п20з + 0,75ЛГ02 сопротивление на единицудлины центрального участка составляет 2,65 Ом/см при 300 К и 0,122 Омlсм при 2000 К, Мощность, выделяемая на единицедлины центральногоучастка, и нагрузка на наружную поверхность этого участка составляют, соответственно: при 300 j(. (начало нагрева) и токе 3 А — 23,85

В1 /см и 3.79 Втlсм; при 2000 К и токе 15 А — 27 45 Вт/см и 4,37 Вт/см

Электрический нагреватель может быть изготовлен, например. послойным осаждением тонкодисперсных порошков из шликера на заготовку в виде трубки из керамики на основе оксида циркония. Если трубка имеет открытую пористость, на нее наносят дополнительное покрытие для получения вакуум-плотной подложки 20. Затем наносят слои 17, 18, 19. наружный слой 8, который, как и подложка, является вакуум-плотным, что обеспечивают использованием порошков керамики достаточно тонкого помола.

Возможны другие способы изготовления нагревателя, в частности, с применением прессования керамики на основе оксидов индия и циркония, а также плазменного напыления герметизирующих покрытий из керамики на основе оксида циркония, Металлизацию токоотводящих участков 2, 3 проводят путем электроосаждения никеля, меди либо других металлов из растворов их солей, что возможно благодаря достаточной электронной проводимости керамики на основе оксида индия в утолщениях 15, 16, Электрический нагреватель подключают к источнику переменного либа постоянного тока, соединяя выход источника с металлизированной поверхностью токоотводящих участков 2, 3. Ток проходит по сердцевине 4, постепенно повышая температуру стержня 1. Нагрев центрального участка стержня производят со скоростью порядка

100 К/ч. По мере повышения температуры центрально(о участка силу тока увеличивают — в приведенном примере от 3 А при 300

К до 15 А при 2000 К.

* 82 j 1 г . -

-а > li(>) !)(>OIL(!i(; i

) > Л » » . ; (7 О »7 Т (7 f) (3

> . 7<- " Ir »:! ("7Г)3-!

) Р а, ! М а я

r:, r i r, i:I :i Ð >

: (>ат ) }79 7!7>

Г ". и (.

trÇ0 }

° г! P Н Р Г .

Т Р Г) Л 0 В а я М 0 > ц 1 О (Т Ь 1) Ь! до Л я Е М г!;) 1 а единицу длины г Г>3рх:ня ) )и!>Рдс:- "n;rq О дег)жанием оксида >1НГ(1(я >(3! Рп::; и дл(-и „(, МОЩнОсть м а к с и Г > r) jl » i " ". i I r . и Г -а г>!- НГ) м

УЧЗСтКЕ СТЕР.! .f:ß За; » . ; !I ОГ >1"::.СДУ r-j;.r ницами 1,1, 14, и у()(»»г>ет к>эll>1:>к1 .."!)р:;;нг>

На уЧаСтКаХ 11, 12 ni .(7(.Х(>Л(>г> !. >)> Г)>т;Игчлвния с ростом со>)з())кг!I-.-:..., )1; индия.

ТаКОЕ раСПрвдЕЛЕ(ИЕ О;(:;,,n;) Ип>:1).-r FF-.,!IO,>I;-нивает сопротивлени» .(pi (л>1;...

ПРИ СНИжЕНИ.1 УДГ ЛЬ!(Огв С >Г!Р()Т((В>(ЕНИГ! ИНД(ЛЕВОЙ КЕРаМИКИ (j)OCTO)r ТРМГ)ЕР."3 n>P!r(, НР> бОЛЕЕ И((ТЕ)!СИЛ:(Ít> ttà Ц;-.И. (7;);(в((С).":( уча(:-.êå. утолЩения 15, 16 > нихка(от cOnj)0т и в л е н и е )(o j) 0 q f« I x к о и ц о и ., Г е р г к н я

УМЕH) Шак)1 НЕПРОГ.ЗВО QF)r>F III! и РЗС),ОД энергии, СОдор)ка()(И1 )ся:1 C>30, >цЕВИ(:,; n;((:>".j),:r>H. дия у >а тву".т в равнпьч,и ко-Гг>р(с) г r>nr >(rr r; I, >,. !> »

В!(0 )(7(!. j, >(ас)1;;>Г>Г(>лса(с.i, г! О>.» Г)г".:КД У )ТОК» Г> .> : ° ", »! дцеви!»": 4 7.-;! Р >-, О ) n jl (! г> И 3 К Р }!, КО(!И>>, ВКЛК> !а 0(«g : Т !»r", r,>: rf И;(г»>

>0>кк>j 20. г> н} i Г)!: 0>}7 >" r молp.11 In",(7 >! г} Г:. (» - - :,". . >. ; л

НО, ОДИНаК()Л>, li;: I!- Г:,(!>1.;(„ :,, » .

УВРЛИЧ;- НИГ-." :,!,"Гr, >,,,,r,,,-I,1: . .;>,; альное даглсн>ге 0 .>О ра!. Ос!: it! (}0 ат при 1000 К; О. 1 .. }. . а . „-.::;,".(}

2.04 10 а) при 2(}(3Г),; l!,1 -:; -r! . >}(:

К; 0.40 ат пои, >0(0!; I;r г,rrлгл!.". с;, (,г>Р(-:

FII,l серд>>е.-»)F>F,!!) OL;..r.,,P, .:. ГГ..Г-,, >Г д;>вл()

tI1)p, I r)>0 и (} >,:,, г -,, > >, . Р„(.,-„..., ДИаГ(а:ОНЕ 1 !.", Р, »., О;: ..:;ri>кс аТМОС(t>PI)t)0! > (> бЕЗ РЕ рс).-.ру", нах нару)кнг>г > зи:> ()I >nn()r, >.;: пРОч li)C;, Оболочки. (3 . », ° Ус 7(:,. : I! ..>:.

М; .а> >()ЧГ>СК> Pi,! F>0,,;: ;;,а (i r"; .: > > - »Г;. ко к суммарно.- ) д-..>::, «О 2р и ():) .« и:я в

>IPPfrOj)>" =)З >Л : !;! : >= >)>)

РаМИКИ Д")с; .iij:: :: . " -! (г :I!F) )r рЕ уКДЗД>>Н ЛИ r!i >! = 1{ }О

Г(3})((а>1 . 7, (0 н i: > с,) В „ЕТ (!7Ч!, > -(! > ii р а С С т >) i i! I!: ! СГ.1. > .>(1(1

С) г> .r 110!! а Р> > : l.. р;) > у;7;3 F :! 1 г ч >(> (((), >- »,, }и (7 > (- г>:::(;.

Р) >!,с>, (Li nnnдотг(р.>; ((ас>Т у-,(ЧК „ In;(r И ) nri jt ! in(ах Нг>ГЙ (.>10!3 0 ". "r (О ПРцами (" (} и ".(rt Fppìàëüí; (к у.. лог;иях зксплуата наприм(3}7 np(1 п()Г>!(ускании in!(> f>hilt!p

0» РГ j>n >,—:Н НОГ ) (7>>)ЕДРЛа и ill !0(>)c>ir.; ПО()Ь)ЩЕ

r»i i ..:,,i >г) I =," )ат) j, 1 . С) F!P».НI) В() а(IО."К i r(: ВРРМРH

Irк - ., r » >вниз Ра» >i >14РР(!ОГО Расf)PPP> jil)HL<>r ., !7сти Гока fir" 00÷PН!1к7 сердцг:линь, 4 из

}ir7r>;i(>i апи..f ВДОЛЬ >.. (Pp (>- .я Н 3ui(70/)C Pr На1>) "! -; Гг .: к".Г!Г»>а с на(>м> ((ьс>(и(>" по;-Р" Рни)0 Д:->! Ь(i H! l;> !.ОПРОТИВЛЕ.»:1,.:1ЕГ"1 КЕ;..")(:ИКИ (,ПИj):3ËtrPI.:>я форМ>З> СЕ>7дцЕВ(,НЬ! (С "»,!L!Г,3), 8»

:->;.е;н)тствует обра.->оввни)о );-.;oro .:,Hans

Р-ci> ил1з )сует работу нагргзва)еля, р((с(1(и

: .. щ,, а )он v(.л>)вий его использования, (>г>; —.((ен(= оксида индия в;1ехквитковые

i .. : ": к: I 7.. ООЗ Г}-. ат уто>(v, г 00)с» (ного .:> :! Г!7-"H! II.,1. ((>э 3 .-» )!< 3(.. » )3r".!j?L!ÖÛ 31 к)рР -:,,> (1 а- .i!, !1. Ща !ioli (7 ро

)(). « " r \ >> > гч.з 1ЛГО>)в )тель, :, » ОЛ:. () It! I)if, i>: ) I>nrl-.»Ь;)З Р РЛЗНЬ>) Г) > г) » >;, ОС И . }7д>7>Р»в(1(11-! 4, »

;i r: " » - г л » () и (1 р 3 t; Г>)-!

r », "- 0(:ака» Р i ИХ f О,r HLII (бла(Op(3!71) > Г . - >1,") ";3r(,> КТ 70!) >7)0(>0>ОНОi. ГИ,"-, ГИ .". ((>ЗЗ И ,.-,;:nI!0;a11Io 0nÿ÷ê0 (!оте;циалов мо)кду

>>07 г>Р(.(:.,> СЛУЧОЕ КЕРс)(41»З> На ОСНОВЕ > . ; . (" И, r (0 Н 1 ;; > !1!." .: Е f,: i u C i и (". Ь 2 R О Н О

К > }>.., >..,>В> .Оr>С". (3!)> . (:ИС/(оj!0/1 !> Г О ЗЛЕK

> ° » (f i ":М ) ",; !»> ; >10(>ОЛЬЗОВа i! ! r,i-,r, !, ; (;1» ::;I;-..!,(> И l,(7(i r Г>Я>>11(((1

> Р> r. П(..>! >(Г>((>;(, >,, с

i) . f . r r; )

Г : >) :.> >7 р . 1 > > : !, . . r i > „

r -) >а>7:! i ir (с> (, !,».1 » > .. ° — ». Г;,1

>; I ) r, > lr I f(>

> г 1, 1 !, " г 1 7 > !Р, (;i .-",, .;:,, lr г " . . (1

;ь г,,", r> Г;: (, .>,(» г

1823154

О 7

ff 8

3. Нагреватель по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что переходные участки по толщине содержат два слоя, причем укаэанное увеличивающееся содержание оксида индия вы полнено в верхнем слое.

4. Нагреватель по пп.1 и 2. о т л и ч а юшийся тем. что на центральном участке сердцевина выполнена в форме спирали.

1823154

/S / Х // JA

7 / / /2 Ю /У У Ю

Фиг. 8

РигМ

%ra. У

Редактор

Заказ 2187 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

/ (т l y

I I i l

Составитель Я.Гохштейн

Техред М.Моргентал Корректор M.Têà÷

/7

Р/

Электрический нагреватель Электрический нагреватель Электрический нагреватель Электрический нагреватель Электрический нагреватель 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротермии

Изобретение относится к резистивным электронагревателям, применяемым , в частности, в-разъемных электропечах

Изобретение относится к электротермии, в частности к кольцевым резистивным электронагревателям, используемым в роторных транспортно-технологических устройствах

Изобретение относится к электротехнике

Изобретение относится к электротехнике , в частности к электрическим паяльникам

Изобретение относится к металлургии , а точнее к оборудованию для внепечного вакуумирования жидкой стали

Изобретение относится к области электротермии и может быть использовано при производстве полимерных электронагревателей

Изобретение относится к жаростойким материалам различных составов

Изобретение относится к высокотемпературным стержневым нагревателям

Изобретение относится к ieTaiup и ческой и з 1екгротехническои промыт кн ности Це.1ью изобретения явшется повыпк Hut ресурса работы :Нектрона1 реватс к и при температуре 1500 160(Р( в u овинх itpvio никтирования в окис 1ите 1ьнои среде llpt li 1C МОС ,1.К 1|К)И 1 К I МНИС НИХ it к i i i п pc в i rt i i i i u p A nee i io i HI 0IK) H ..Hi И IlllUi l Ml, О UH i 10110 I I) H i no eo u ржи i noi i ) iiiUiHM 1 5I1 2()|)ьи И НИ II l И II 1 U I VM Ill6 ( II i ( v I o 4i и cooriK me и i )H - )%i i и M J о I ( К 114 I i I I 1 M ) ll O e li i BHII t H io i Ниной «() 2() t v i1 mo i i i if t u l1 i 20 iO M iiи it i oil MII i,nil IH 1i in ii и OKI и i iiHivo ui и о c i n t i i ,чич в urn и u t ним 4 i i i H) Mih r i i ,нм npi Т.Ч 10 IK M ООТЦО СИНИ к JV ПОИ 1ПОВ В К ch UIOM H nn IHHTI e v сMCtb w ми t i циркония и иьл и i .1 и трии 5 l Hi aiiosii 111 1Г|ИЯ 10 i() P 4 , H lOibl i I Mil и II I I

Изобретение относится к нагревательным устройствам для упаковочных машин, может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства и направлено на расширение технологических возможностей

Изобретение относится к электротехнике

Изобретение относится к материалам, обладающим способностью проводить электрический ток
Наверх