Плоский электронагреватель

 

Использование: для нагревания жидкостей , в том числе и агрессивных. Сущность изобретения: керамический электронагреватель содержит пластинчатую керамическую подложку 1 с размещенными на ней токопроводящими областями резистипных нагревательных элементов необходимой формы и плоских проводящих элементов 3 из электропроводной пасты. На токопроводящих областях размещены основная изоляционная керамическая пластина 4 „со сквозными отверстиями 5, расположенными в ряду между токопроводящими областями резистивных нагревательных элементов и плоских проводящих элементов 3. На основную изоляционную пластину 4 помещена дополнительная изоляционная керамическая пластина 6. 2 з.п. ф-лы 3 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 05 B3/20

ГОСУДАРСТВЕН.ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) кмде3ИЯЯ - Е ОЛИМП ." " )Т -; ..

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю

10

5 з

5

6 00 ) () (Л (Л (21) 4929187/07 (22) 18.04.91 (46) 23.06.93. Бюл. № 23 (71) Производственное объединение "Изотоп (72) P.È.Íèêèòèí, В.Н,Золотарев, P.À.Средин, В.С.Трифонов и Н.М,Скулкин (56) Заявка ФРГ № 3538460, кл. Н 05 В 3/08, 1987.

Заявка Японии ¹ 63-22434, кл, Н 05 В

3/20. 1988. (54) ПЛОСКИЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ (57) Использование; для нагревания жидкостей, в том числе и агрессивных. Сущность изобретения: керамический электронагре„,!Ж„, 1823155 А1 ватель содержит пластинчатую керамическую подложку 1 с размещенными на ней токопроводящими областями резистивных нагревательных элементов необходимой формы и плоских проводящих элементов 3 из электропроводной пасты. На токопроводящих областях размещены основная изоляционная керамическая пластина 4,со сквозными отверстиями 5, расположенными в ряду между токопроводящими областями резистивных нагревательных элементов и плоских проводящих элементов 3. На основную изоляционную пластину 4 помещена дополнительная изоляционная керамическая пластина 6. 2 з,п. ф-лы, 3 ил.

1823155

50

Изобретение относится к электротехнике, в ч IGTHQGTM к конструкции электронагревагеля, и может быть использовано для нагрева жидкостей и их паров в том числе агрессивных.

Цель изобретения повышение надежности путем повышения стойкости к термическим напряжениял1 при погружном нагреве, На фиг.1 представлен общий вид нагревателя со снятыми дополнительными и основными изоляционными пластинами, вид сверху; на фиг.2 — общий вид нагревателя (сечение А-А) с двухсторонней л еталлизацией подложки, двумя изоляционными flластинами, образующими внутренние слои с размещенными на них дополнительными изоляционными пластинами, образующими внешние слои; на фиг.3 — общий вид нагревателя (сечение А — А) с изоляционной пластиной и подложкой и с нанесенными на них дополнительными изоляционными пластинами, Плогкий электронагреватель содержит пластинчатую керамическую подложку 1 с размещенными на ней с одной стороны (фиг.3), либо с двух сторон (фиг.2) плоскими проводящими элементами 2 из электропроводной пасты и нагревательными элементами 3 из резистивной пасты, На поверхность подложки по существующей технологии нанесена паста сослоения 4, выравнивающая поверхность с нанесенными проводящими и реэистивными элел1ентами, На токопроводящих областях размещена основная изоляционная керамическая пластина 5.

Изоляционные пласTèíû 5, размещенные на токопроводящих областях керамической подложки 1 (фиг.2) и 1зо яционнлл пластина . и керамическая подло.,1ка 1 (фиг.3) образуют Bllóòðåííèå слои нагревателя, на ка1орых размегцены дополнительные изоляционные пласг»ны 0, являющиеся внешними слоями нагревателя. Подложка 1 и/или основные изоляционные пластины 5, образующие внутренние слои нагревателя. ил1еют сквозные отверстия 7, расположенные в ряд между токопроводящил1и областями нагревательных элементов 3 и плоских проводящих элементов 2, прикрыты сверху дополнительными изоляцион/1ыл1т1 пластинами 6.

При контакте жидкости с поверхностью разогретого нагревателя в его наружных слоях возникают термоупругие напряжения, под воздействием которых образуются трещины 8. Исследования показали, что область соприкосновения 9 основных и дополнительных изолирующих пластин или область соприкосновения 10 подложки и до5

35 полнительных пластин является областью торможения такого рода трещин, Торможение трещин можно обьяснить тем, что в зоне контакта изолирующих пластин и подложек, вырубленных из литой керамической ленты происходит сдвиг слоев, ориентированных при литье частиц. В то же время эона контакта 10 пасты сослоения и изолирующих пластин либо подложек, происоединяемых с помощью этой пасты сослоения, свойством торможения термических трещин не обладает, Неспособность тормозить трещины во втором случае обьясняется неориентированностью частиц пасты, наносимой поливом или продавливанием через трафарет по известной методике. Толщина слоев пасты 1-100 мкм, подложек и изолирующих пластин 200-1000 мкм. В отсутствие металлизации соединение пластин (основных и дополнительных) может осуществляться беэ

f13CTbl.

Выполнение отверстий 7 во внутренних слоях нагревателя, граничащих с дополнительными изоляционными пластинами, расположенных в ряд между областями резистивных нагревательных элементов 3 и плоских проводящих элементов 2, позволяет сформировать в нагревателе внутренние пустоты. являющиеся эффективным препятствием для распространения теплового потока. Выполнение поверхности самого нагревателя сплошной дополнительно повышает его трещиностойкость к нагрузкам, перпендикулярным плоскости поверхности.

Большая часть тепла тормозится и концентрируется в зоне размещения нагревательного элел1ента. что позволяет уменьшить его мощность и повысить коэффициент полезного действия.

Область размещения отверстий является областью повышенного термического сопротивления, но не является концентратором напряжений. На практике установлено, что края отверстий должны находиться от края подложки на расстоянии не менее толщины слоя подложки, иначе размерные эффекты расслаивают керамику при спекании, Средняя плотность размещения элементов резистивного нагревателя на поверхности основной пластины постепенно снижается вдоль линии, соединяющей область размещения резистивного нагревателя с областью размещения внешних контактов. Экспериментально установлено, что оптимальным является снижение плотности размещения элементов резистивного нагревателя до нуля на отрезке, длина которого лежит в диапазоне от 0.3 до утроенной ширины электронагревательного элемента.

Растрескивание устраняяT<: при равномер1823155

Ai=—

h,i=—

Фиа 1 ном смещении концов меандра (змейки нагревательных полос), образующего нагреватель, на величину b,1, т,е. укорочение элементов от центрального к крайним проводникам происходит на величину Ь1. При- 5 чем самые короткие элементы проводника I располагают на краю нагревателя, а самые длинные 0 — в центре, Таким образом, размещение нагревательного элемента на участке В - (0,3-3)0 10 является наиболее оптимальным, при этом укорочение элементов от центрального к крайним проводникам происходит на величину

15 где N — число элементов резистивного нагревателя; 20

В = (0,3 — 3)0, 0 — ширина нагревателя.

Помимо погружного нагрева погружением части нагревателя в сплошную жидкую среду положительный эффект наблюдается 25 и при другой форме локального погружения, когда жидкая среда не является сплошной, а состоит иэ капель (погружение в капельный поток), Формула изобретения 30

1. Плоский электронагреватель, содержащий керамическую подложку с размещенным на ней плоским реэистивным нагревательным элементом и токоподводами, выполненными иэ электропроводной 35 пасты, и размещенную сверху изоляционную керамическую пластину, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения надежности путем повышения стойкости к термическим напряжениям при погружном нагреве, нагреватель снабжен дополнительными йзоляционными керамическими пластинами, размещенными на указанной изоляционной пластине и/или керамической подложке и образующими внешние слои нагревателя.

2. Электронагреватель по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что в изоляционной керамичеакой пластине и/или керамической подложке в зоне между токоподводами и резистивным элементом выполнены сквозные отверстия, расстояния между крайними из которых и краем подложки и реэистивным элементом выбраны не менее толщины изоляционной пластины, 3. Электронагреватель по п.1, о т л и ч аю шийся тем. что при выполнении нагревательного элемента в виде меандра, длинная сторона. витков которого ориентирована вдоль подложки, дл.-на витков выполнена переменной, уменьшающейся от центра подложки и краю на величину Л1. выбранной иэ соотношения где В = (0,3 — 3)0, D — ширина нагревателя, N — количество витков, 1823 1%5

Редактор э

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 б

Составитель Н.Скулкин

Техред М.Моргентал Корректор M.Têà÷