Гибкий инфракрасный излучатель

 

Изобретение относится к технике нагревания материалов инфракрасным излучением в диапазоне температур 400-1400^oС. В конструкции инфракрасного излучателя резистивный элемент выполнен в виде спирали, расположенной на окруженном многослойной изоляцией из стекловолокна гибком тонком металлическом каркасе и заключенной в многослойную оболочку из стекловолокна. Излучатель обладает пластичностью и повышенной надежностью. 1 ил.

Изобретение относится к технике нагревания материалов инфракрасным излучением и может быть использовано в излучателях, отопительных приборах и других устройствах для нагревания твердых тел. воздуха и газов. В качестве электрических источников инфракрасного излучения в диапазоне температур 100-400^oС известны гибкие электронагреватели с нагревательными спиралями из сплавов высокого сопротивления. Известен гибкий нагревательный элемент [1] Несущим элементом в нагревателе является гибкая электроизоляционная сердцевина из стекловолокна цилиндрической формы, в центре которой располагается металлическая проволока. Вокруг гибкой электроизоляционной сердцевины навит спиральный резистивный элемент и покрыт по всей длине электроизоляционной оболочкой из термопластичного материала. Недостатком гибкого нагревательного устройства является невысокий температурный диапазон эксплуатации нагревателя. В интервале температур 100-200^oС происходит расплавление или термическое разрушение электроизоляционной оболочки, что приводит к повреждению нагревательного элемента и ограничивает его применение. Известны также конструкции гибких нагревостойких проводов марки ПОЖ [2] с многослойной стекловолокнистой изоляцией, способных работать при температуре 600^oС, однако ресурс их работы составляет 150-170 часов. При температуре выше 600^oС токопроводящая жила начинает интенсивно окисляться на воздухе, наружный диаметр проволоки увеличивается, в связи с увеличением объема образующихся окислов по сравнению с объемом окисляемого металла. В результате в тонкостенной стекловолокнистойизоляции возникают растягивающие усилия, что приводит к растрескиванию и отслаиванию изоляционного покрытия и выводу проводника из строя.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является гибкий нагревательный элемент [3] На опорную сердцевину из тугоплавкого материала в виде тонкого металлического каркаса, изолированного слоями из стеклотканей, навита резистивная проволока и покрыта по всей длине пленкой из термопластичного материала для предварительного удержания витков резистивной проволоки в фиксированном положении. Электрические клеммы нагревательного элемента сформированы таким образом, что обеспечивают контакт с источником питания. При нагревании в течение короткого времени до температуры, которая находится внутри диапазона плавления стеклонитей и выше рабочей температуры нагревательного элемента, в нагревательном устройстве наружная поверхность изолирующих слоев из стеклонитей плавится так, что резистивная проволока становится частично внедренной в наружную поверхность изолирующего слоя. Нагревание приводит к испарению пленки из термопластичного материала, а резистивная проволока, внедренная в расплавленное стекло, после его последующего охлаждения и затвердевания, остается в фиксированном положении. Недостатком нагревательного элемента является отсутствие защиты витков спирали резистивной проволоки от воздействия атмосферного воздуха. При температуре выше 400^oС происходит окисление материала резистивной проволоки на воздухе, что уменьшает срок службы нагревательного элемента. Кроме того, при температуре выше 400^oC происходит размягчение и постепенное проплавление стекловолокнистой изоляции каркаса нагревательной спиралью, что приводит к провисанию и соприкосновению витков спирали с металлическим каркасом, что снижает надежность и долговечность работы нагревательного элемента.

Задача настоящего изобретения заключается в расширении функциональных возможностей нагревательного элемента и повышении его надежности.

Предлагаемое техническое решение позволит увеличить температурный интервал эксплуатации нагревательного элемента и повысить надежность его работы. Технический результат достигается за счет использования в предлагаемой конструкции многослойной оболочки из стекловолокна.

Тонкий металлический каркас в виде длинной проволоки является армирующим компонентом и представляет собой гибкое, пластичное тело, изменяющее свою форму под действием внешней нагрузки и сохраняющее остаточную пластическую деформацию после ее устранения. Слои изоляции каркаса и многослойной оболочки инфракрасного излучения обладают сильной анизотропией свойств высокой прочностью при растяжении вдоль стекловолокна, за счет плотной намотки на тонкий металлический каркас и относительно низкой прочностью в поперечном направлении и при сдвиге, обусловленные только наличием сил трения между слоями, что обеспечивает низкое сопротивление межслойному сдвигу и изгибание инфракрасного излучателя. Изгиб инфракрасного излучателя не приводит к изгибу стекловолокна в многослойной изоляции каркаса и многослойной оболочке инфракрасного излучателя, так как намотка стеклонити на каркас осуществляется в плоскости, перпендикулярной оси каркаса. При включении и работе гибкого инфракрасного излучателя, за счет низкой теплопроводности стекловолокнистой изоляции и значительного температурного перепада по толщине многослойной оболочки, происходит размягчение изоляции тонкого металлического каркаса и внутренних слоев многослойной оболочки и частичное спекание слоев оболочки, примыкающих к размягченной стекломассе. Изменение температуры стекла в области точки размягчения на 100^oC приводит к изменению вязкости приблизительно на два порядка. В результатепо радиусу гибкого инфракрасного излучателя образуются три зоны: центральная с размягченным стеклом вязкостью 10⁷-10⁸ Пуаз, распространяющаяся от поверхности тонкого металлического каркаса и охватывающая спиральный резистивный элемент слоем толщиной 0,1-0,3 мм; зона в виде слоя спеченной стекловолокнистой изоляции с вязкостью 10⁹ Пуаз и зона неспеченных наружных слоев оболочки. На концевых частях гибкого инфракрасного излучателя в местах подсоединения токоподводящих наконечников происходит спекание стекловолокнистой изоляции тонкого металлического каркаса и внутренних слоев многослойной оболочки, что повышает вязкость каркаса и внутренних слоев многослойной оболочки, что повышает вязкость разрушения и прочность соединения тонкого металлического каркаса со спеченной стекловолокнистой изоляцией за счет торможения трещин на границе раздела "каркас-стекловолокно". Коаксиальное расположение металлического каркаса в размягченной стекломассе по всей длине спирального резистивного элемента обеспечивается его жесткой "заделкой" на концевых частях инфракрасного излучателя и достаточной механической прочностью и жесткостью на изгиб от собственного веса при повышенных температурах. Это достигается применением в качестве каркаса жаропрочных материалов или тугоплавких материалов с высокотемпературными защитными покрытиями, что исключает возможность провисания и искривления каркаса. При выключении гибкого инфракрасного излучателя, вследствие низкой теплопроводности многослойной оболочки, происходит медленное охлаждение стеклометаллической конструкции излучателя, не приводящее к растрескиванию застывающей стекломассы. Даже при последующем быстром нагревании трещины, образующиеся в застывшей стекломассе из-за температурных напряжений, быстро залечиваются при размягчении стекла до вязкости 10⁷-10⁸ Пуаз. Таким образом, размягченный слой стекла изолирует спиральный резистивный элемент от воздействия атмосферного воздуха и агрессивных газовых сред и уменьшает скорость окисленияспирального резистивного элемента в процессе эксплуатации по сравнению с нагревательными элементами открытого типа. Это увеличивает срок службы и расширяет рабочий интервал температур гибкого инфракрасного излучателя до 1400^oС. Многослойная оболочка гибкого инфракрасного излучателя увеличивает теплоотдающую поверхность по сравнению с открытой спиралью, что снижает температуру спирального резистивного элемента и исключает возможность проплавления многослойной оболочки спиральным резистивным элементом и соприкосновения витков спирали с металлическим каркасом. Применение стекловолокнистой изоляции в качестве материала для многослойной оболочки для волн инфракрасного диапазона обеспечивает надежную электроизоляцию спирального резистивного элемента.

На чертеже представлена конструкция гибкого инфракрасного излучателя.

Излучатель состоит из металлического каркаса 1 в виде тонкой проволоки из жаропрочного материала, изолированного обмоткой 2, образованной многослойной поперечной намоткой стеклонити, с плотно прилегающими витками. Резистивный элемент 3 в форме спирали расположен на обмотке 2. Токоподводящие наконечники 4 являются непрерывным продолжением спирального резистивного элемента 3. Снаружи резистивный элемент 3 и места крепления токоподводящих наконечников 4 закрыты многослойной оболочкой 5, образованной многослойной поперечной намоткой стеклонити. Толщина изолирующей обмотки 2 и многослойной оболочки 5 гарантирует невозможность замыкания спирального резистивного элемента на металлический каркас и нагреваемое изделие.

При подаче напряжения на резистивный элемент 3, расположенный на изолированном обмоткой 2 каркасе 1, через токоподводящие наконечники 4, спиральный резистивный элемент 3 накаливается до 750-800^oС и излучает лучистый поток через оболочку 5. При этом стекловолокнистая изоляция каркаса и часть внутренних слоев оболочки размягчается до вязкости 10⁷-10⁸ Пуаз и изолируют спиральный резистивный элемент от доступа атмосферного воздуха.

Пpедлагаемая констpукция излучателя обеспечивает увеличение темпеpатуpного интеpвала эксплуатации и повышает надежность его pаботы.

Формула изобретения

Гибкий инфракрасный излучатель, содержащий резистивный элемент в виде спирали, расположенный на гибком тонком металлическом каркасе, изолированном слоями из стекловолокна и заключенный в изоляционную оболочку, отличающийся тем, что оболочка выполнена многослойной из стекловолокна.

РИСУНКИ

Рисунок 1