Способ изготовления электронагревательной конфорки и электронагревательная конфорка

 

Изобретение относится к электротехнике. Электронагревательная конфорка содержит литой металлический с ручьями корпус со сплошной рабочей поверхностью и размещенный в полости корпуса под рабочей поверхностью теплоизолятор из электроизоляционной огнеупорной массы, в теле которого размещен электрический нагреватель. Теплоизолятор выполнен двуслойным с поочередной запрессовкой слоев в корпус, а электрический нагреватель размещен между слоями теплоизолятора в канавках, выполненных в первом слое. Электроизоляционная огнеупорная масса первого слоя выполнена из композиционного материала, включающего в качестве основы кварцевый песок SiO₂, составляющий 55-70 мас.%, и отверждающие и гидрофобизирующие добавки. А электроизоляционная огнеупорная масса второго слоя теплоизолятора выполнена из композиционного материала, включающего отверждающие и гидрофобизирующие добавки и в качестве основы смесь кварцевого песка SiO₂ и периклаза MgO, составляющих 55-70 мас.%, или смесь кварцевого песка SiO₂ и электрокорунда Аl₂О₃, составляющих 55-70 мас. %. Технический результат - повышение термоустойчивости, увеличение к.п.д. нагрева и увеличение ресурса работы. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к нагревательным устройствам типа чугунных конфорок для кухонных электроплит с нагревателями из элементов с высоким омическим сопротивлением, выполненными из специальной электроизоляционной огнеупорной массы.

Известна электронагревательная конфорка, содержащая корпус со сплошной рабочей поверхностью из композиционного материала на основе железа, размещенные в полости корпуса под рабочей поверхностью электрический нагреватель и теплоизолятор (RU, патент 2020771, Н 05 В 3/68, опубл. 30.09.1994).

Из этого же источника информации известен способ изготовления электронагревательной конфорки, заключающийся в размещении в полости металлического корпуса со стороны, противоположной сплошной рабочей поверхности корпуса, электрического нагревателя и теплоизолятора, выполненного из прошедшей отжиг электроизоляционной огнеупорной массы.

Недостатком данной конструкции является то, что электрический нагреватель расположен в воздушной полости корпуса конфорки и изолирован от внешней среды теплоизолятором, что приводит к его постоянному взаимодействию с кислородом при нагреве. Срок службы такой конфорки ограничен.

Известна электронагревательная конфорка, содержащая чугунный корпус с сплошной гладкой рабочей поверхностью, размещенные в полости корпуса под рабочей поверхностью теплоизолятор, выполненный из электроизоляционной огнеупорной массы, заполняющей полость корпуса, в теле которого с зазором к стенкам корпуса размещен электрический нагреватель (SU, авт. свид. 534614, F 24 C 15/00, опубл. 08.02.1977).

Из этого же источника известен способ изготовления электронагревательной конфорки, заключающийся в размещении в полости чугунного корпуса со стороны, противоположной сплошной гладкой рабочей поверхности корпуса, электрического нагревателя и теплоизолятора, выполненного из прошедшей обжиг электроизоляционной огнеупорной массы.

Решение, известное из SU 534614, принято в качестве прототипа для заявляемого устройства и способа.

Недостатком данного устройства является то, что в основе электроизоляционной огнеупорной массы, используемой в известной конфорке, является электроизоляционный огнеупорный материал периклаз MgO, основой которого является магнезит, составляющий около 90% в объеме, и различные укрепляющие электроизоляционные огнеупорные добавки: борная кислота, ортофосфорная кислота, бентонит и др.

В результате использования такой массы чугунные конфорки: - обладают низкой теплопроводностью электроизоляционного огнеупорного слоя, в котором располагаются нагреватели, что снижает скорость нагрева, а следовательно, и к.п.д. конфорки; - повышается гигроскопичность по всей толщине электроизоляционного огнеупорного слоя; - периклаз марки ППЭ 2М является дефицитным материалом и обладает высокой стоимостью, что влияет на стоимость изделия в целом.

Недостатком данного способа является то, что теплоноситель выполнен из однородной массы с постоянной пористостью. При таком исполнении затруднен вывод влаги из слоев, близко расположенных к внешней рабочей поверхности конфорки, в результате чего в теплоизоляторе образуются трещины, разрушающие его и снижающие срок службы конфорки.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по изменению конструкции теплоизолятора, выполнении его слоистым из разных по составу композиционных материалов на основе кремниевых соединений и формировании нового способа изготовления теплоизолятора по типу "сэндвича".

Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении термической устойчивости электроизоляционной огнеупорной массы, увеличении к.п. д. нагрева до 76-80 градусов и увеличении ресурса работы чугунной или стальной электроконфорки.

Указанный результат в части способа достигается тем, что в способе изготовления электронагревательной конфорки, заключающемся в размещении в полости металлического корпуса с ручьями со стороны, противоположной сплошной рабочей поверхности корпуса, электрического нагревателя и теплоизолятора, выполненного из прошедшей обжиг электроизоляционной огнеупорной массы, для изготовления теплоизолятора до его обжига в полости корпуса укладывают первый слой теплоизолятора, выполненный из композиционного материала, включающего в качестве основы кварцевый песок SiO₂ и отверждающие и гидрофобизирующие добавки, и запрессовывают эту массу до заполнения объема корпуса и полостей ручьев со стороны сплошной рабочей поверхности корпуса, формируют в запрессованном первом слое канавки для укладки электрического нагревателя, затем после размещения в канавках электрического нагревателя в полость корпуса укладывают второй слой теплоизолятора, выполненный из композиционного материала, включающего отверждающие и гидрофобизирующие добавки и в качестве основы смесь кварцевого песка SiО₂ и периклаза MgO или смесь кварцевого песка SiO₂ и электрокорунда Аl₂О₃, запрессовывают второй слой до заполнения всего объема полости корпуса и осуществляют обжиг всей конфорки.

Указанный результат в части устройства достигается тем, что в электронагревательной конфорке, содержащей металлический литой с ручьями корпус со сплошной рабочей поверхностью, размещенный в полости корпуса под рабочей поверхностью теплоизолятор, выполненный из электроизоляционной огнеупорной массы, заполняющей полость корпуса, в теле которого с зазором к стенкам корпуса размещен электрический нагреватель, теплоизолятор выполнен двуслойным с поочередной запрессовкой слоев в корпус, а электрический нагреватель размещен между слоями теплоизолятора в канавках, выполненных в первом слое, электроизоляционная огнеупорная масса первого слоя теплоизолятора выполнена из композиционного материала, включающего в качестве основы кварцевый песок SiO₂, составляющий 55-70 мас.%, и отверждающие и гидрофобизирующие добавки на основе силиконовых связующих, а электроизоляционная огнеупорная масса второго слоя теплоизолятора выполнена из композиционного материала, включающего отверждающие и гидрофобизирующие добавки, а в качестве основы смесь кварцевого песка SiO₂ и периклаза MgO, составляющих 55-70 мас.%, или смесь кварцевого песка SiО₂ и электрокорунда Аl₂О₃, составляющих 55-70 мас.%.

При этом как кварцевый песок SiО₂ и периклаз MgO, так и кварцевый песок SiО₂ и электрокорунд Аl₂О_з могут быть взяты в необходимых соотношениях.

В качестве отверждающих и гидрофобизирующих добавок масса первого и второго слоев содержит гидрофобизатор 136-41 (ГОСТ 10834-76), огнеупорную глину, борную кислоту, тальк.

Указанные признаки как для способа, так и для устройства являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Так как электроконфорка не ремонтируется и представляет собой заменяемый полностью блок, то ее качество и срок службы в большой степени определяются свойствами корпуса и наполнителя, то есть теплоизолятора. В рамках настоящего изобретения предлагается использование наполнителей на основе SiO₂ (кварцевый песок). Применение кварцевого песка позволяет уменьшить цену наполнителя, составляющего примерно 50% всей электроизоляционной огнеупорной массы. Если традиционно используемые периклаз и электрокорунд продаются по цене соответственно 21000 руб./т и 25000 руб./т, то стоимость кварцевого песка составляет 300-780 руб./т.

Использование нового материала для теплоизоляционной массы позволяет уменьшить усилия для укладки спирали в канавки. Поверхность канавок для нагревательных элементов получается более ровной и гладкой, чем при использовании традиционных наполнителей, что обусловлено меньшей пористостью SiO₂ основы.

Использование SiO₂ в качестве основы массы позволяет уменьшить износ оборудования и инструментов (запрессовочные кольца), а также уменьшить токи утечки электроизоляционной огнеупорной массы.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность получения требуемого технического результата.

На фиг. 1 - общий вид электронагревательной конфорки, после обжига теплоизолятора; на фиг. 2 - этап укладки и запрессовки первого слоя электроизоляционной огнеупорной массы для формирования теплоизолятора; на фиг.3 - формирование канавок для электрического нагревателя; на фиг. 4 - укладка второго слоя электроизоляционной огнеупорной массы для формирования теплоизолятора.

Согласно изобретению электронагревательная конфорка (фиг.1) содержит литой металлический (из стали или чугуна) с ручьями корпус 1 со сплошной рабочей поверхностью. В полости корпуса под рабочей поверхностью размещен теплоизолятор 2, выполненный из электроизоляционной огнеупорной массы, заполняющей полость корпуса. В теле теплоизолятора с зазором к стенкам корпуса размещен электрический нагреватель в виде, например, спирали 3 из материала с высоким удельным сопротивлением. Снизу конфорка закрыта экранирующим листом (не показан). Сплошная рабочая поверхность конфорки может иметь специализированное покрытие, например, слой капиллярно-пористого гигроскопичного вещества, как это представлено в примере исполнения по прототипу. Возможно использование и других покрытий, улучшающих распределение тепла по площади рабочей поверхности, снижающих термические напряжения и деформации корпуса при теплосменах (термоударах) в процессе эксплуатации. Сплошная рабочая поверхность конфорки может быть выполнена гладкой или профильной, например, с кольцевыми концентрично расположенными углублениями.

Теплоизолятор выполнен двуслойным (фиг. 1) с поочередной запрессовкой слоев 4 и 5 в корпус (фиг.3, 4), а электрический нагреватель размещен между слоями теплоизолятора в канавках 6, выполненных в первом слое 4. Теплоизолятор выполняется из электроизоляционной огнеупорной массы, представляющей собой композиционный материал на основе кварцевого песка SiO₂.

Электроизоляционная огнеупорная масса первого слоя теплоизолятора выполнена из композиционного материала, включающего в качестве основы кварцевый песок SiO₂, составляющий 55-70 мас.%, и отверждающие и гидрофобизирующие добавки на основе силиконовых связующих. В качестве отверждающих и гидрофобизирующих добавок масса первого слоя содержит гидрофобизатор 136-41 (ГОСТ 10834-76), огнеупорную глину, борную кислоту, тальк.

Электроизоляционная огнеупорная масса второго слоя теплоизолятора выполнена из композиционного материала, включающего в качестве основы смесь кварцевого песка SiО₂ и периклаза MgO, составляющих 55-70 мас.%, и отверждающие и гидрофобизирующие добавки. Электроизоляционная огнеупорная масса второго слоя теплоизолятора может быть выполнена из композиционного материала, включающего в качестве основы смесь кварцевого песка SiO₂ и электрокорунда Аl₂О₃, составляющих 55-70 мас.%, и отверждающие и гидрофобизирующие добавки. При этом как кварцевый песок SiO₂ и периклаз MgО, так и кварцевый песок SiО₂ и электрокорунд Аl₂О₃ могут быть взяты в необходимых соотношениях. В качестве отверждающих и гидрофобизирующих добавок масса второго слоя содержит гидрофобизатор 136-41 (ГОСТ 10834-76), огнеупорную глину, борную кислоту, тальк.

Использование двух слоев в теплоносителе, отличающихся основой, позволяет сформировать второй слой с большей пористостью, чем первый, что обеспечивает при разогреве электрического нагревателя вывод влаги из первого слоя во второй и ее удаление наружу. При таком исполнении теплоизолятора практически исключается образование микротрещин в первом слое, что существенно продлевает срок службы конфорки. Варьированием состава второго слоя можно обеспечить регулирование пористости и процесса вывода влаги из первого слоя при разогреве нагревателя.

При таком исполнении электронагревательная конфорка с кремниевой основой в электроизоляционной огнеупорной массе обладает повышенной теплопроводностью, термостойкостью, сниженной гигроскопичностью и повышенными к.п.д. и надежностью при отсутствии зависимости от сырья, что подтверждается проведенными испытаниями, результаты которых приведены в таблице 1 "Испытания электроконфорок в холодном состоянии", таблице 2 "Испытания электроконфорок при рабочей температуре" и таблице 3 "Испытания электроконфорок на влагостойкость".

Согласно изобретению для изготовления электронагревательной конфорки применена технология, названная авторами "СЭНДВИЧ-ПРОЦЕСС". Согласно данному способу изготовление электронагревательной конфорки заключается в размещении в полости металлического корпуса с ручьями со стороны, противоположной сплошной рабочей поверхности корпуса, электрического нагревателя и теплоизолятора, выполненного из прошедшей обжиг электроизоляционной огнеупорной массы. Особенностью способа является то, что теплоизолятор изготавливают двуслойным.

Для изготовления теплоизолятора до его обжига в полости корпуса укладывают первый слой теплоизолятора (фиг.2). Электроизоляционная огнеупорная масса первого слоя теплоизолятора выполнена из композиционного материала, включающего в качестве основы кварцевый песок SiО₂, составляющий 55-70 мас. %, и отверждающие и гидрофобизирующие добавки на основе силиконовых связующих. В качестве отверждающих и гидрофобизирующих добавок масса первого слоя содержит гидрофобизатор 136-41 (ГОСТ 10834-76), огнеупорную глину, борную кислоту, тальк.

Массу первого слоя запрессовывают в корпус до заполнения объема корпуса и полостей ручьев со стороны сплошной рабочей поверхности корпуса. В запрессованном первом слое с внешней его стороны формируют канавки для укладки электрического нагревателя (фиг. 3). Затем после размещения в канавках электрического нагревателя в полость корпуса укладывают второй слой теплоизолятора (фиг.4).

Электроизоляционная огнеупорная масса второго слоя теплоизолятора выполнена из композиционного материала, включающего в качестве основы смесь кварцевого песка SiО₂ и периклаза MgO, составляющих 55-70 мас.%, и отверждающие и гидрофобизирующие добавки. Электроизоляционная огнеупорная масса второго слоя теплоизолятора может быть выполнена из композиционного материала, включающего в качестве основы смесь кварцевого песка SiО₂ и электрокорунда Аl₂О₃, составляющих 55-70 мас.%, и отверждающие и гидрофобизирующие добавки. При этом как кварцевый песок SiО₂ и периклаз MgO, так и кварцевый песок SiO₂ и электрокорунд Аl₂О₃ могут быть взяты в необходимом соотношении. В качестве отверждающих и гидрофобизирующих добавок масса второго слоя содержит гидрофобизатор 136-41 (ГОСТ 10834-76), огнеупорную глину, борную кислоту, тальк.

Массу данного второго слоя запрессовывают в корпус до заполнения всего объема полости корпуса. И только после этого осуществляют обжиг всей конфорки.

Пример 1. Для ЭКЧ 180 - 1.5/220 Первый слой теплоизолятора выполнен из композиционного материала, включающего, мас.%: Основа SiО₂ - 55 Гидрофобизатор 136-41 (ГОСТ 10834-76) - 0,5
Огнеупорная глина - 10
Борная кислота - 20
Тальк - 14,5
Второй слой теплоизолятора выполнен из композиционного материала, включающего, мас.%:
Основа SiО₂+MgO - 55
Гидрофобизатор 136-41 (ГОСТ 10834-76) - 0,5
Огнеупорная глина - 10
Борная кислота - 20
Тальк - 14,5
Пример 2. Для ЭКЧ 180-1.5/220
Первый слой теплоизолятора выполнен из композиционного материала, включающего, мас.%:
Основа SiО₂ - 70
Гидрофобизатор 136-41 (ГОСТ 10834-76) - 0,3
Огнеупорная глина - 5,7
Борная кислота - 12
Тальк - 11
Второй слой теплоизолятора выполнен из композиционного материала, включающего, мас.%:
Основа SiО₂+Аl₂О₃ - 70
Гидрофобизатор 136-41 (ГОСТ 10834-76) - 0,3
Огнеупорная глина - 5,7
Борная кислота - 12
Тальк - 11
Настоящее изобретение промышленно применимо, так как для его изготовления применяется известная технология изготовления конфорок, а в качестве сырья - широко распространенный кварцевый песок.

Формула изобретения

1. Способ изготовления электронагревательной конфорки, заключающийся в размещении в полости металлического корпуса с ручьями со стороны, противоположной сплошной рабочей поверхности корпуса, электрического нагревателя и теплоизолятора, выполненного из электроизоляционной огнеупорной массы, отличающаяся тем, что для изготовления теплоизолятора до его обжига в полости корпуса укладывают первый слой теплоизолятора, выполненный из композиционного материала, включающего в качестве основы кварцевый песок, составляющий 55-70 мас. %, и отверждающие и гидрофобизирующие добавки, и запрессовывают эту массу до заполнения объема корпуса и полостей ручьев со стороны, противоположной сплошной рабочей поверхности корпуса, формируют в запрессованном первом слое канавки для укладки электрического нагревателя, затем после размещения в канавках электрического нагревателя в полость корпуса укладывают второй слой теплоизолятора, выполненный из композиционного материала, включающего отверждающие и гидрофобизирующие добавки и в качестве основы смесь кварцевого песка и периклаза, составляющих 55-70 мас. %, или смесь кварцевого песка и электрокорунда, составляющих 55-70 мас. %, запрессовывают второй слой до заполнения всего объема полости корпуса и осуществляют обжиг всей конфорки.

2. Электронагревательная конфорка, содержащая литой металлический с ручьями корпус со сплошной рабочей поверхностью, размещенный в полости корпуса под рабочей поверхностью теплоизолятор, выполненный из электроизоляционной огнеупорной массы, заполняющей полость корпуса, в теле которого с зазором к стенкам корпуса размещен электрический нагреватель, отличающаяся тем, что теплоизолятор выполнен двуслойным с поочередной запрессовкой слоев в корпусе, а электрический нагреватель размещен между слоями теплоизолятора в канавках, выполненных в первом слое, электроизоляционная огнеупорная масса первого слоя теплоизолятора выполнена из композиционного материала, включающего в качестве основы кварцевый песок SiO₂, составляющий 55-70 мас. %, и отверждающие и гидрофобизирующие добавки, а электроизоляционная огнеупорная масса второго слоя теплоизолятора выполнена из композиционного материала, включающего отверждающие и гидрофобизирующие добавки и в качестве основы смесь кварцевого песка SiO₂ и периклаза MgO, составляющих 55-70 мас. %, или смесь кварцевого песка SiO₂ и электрокорунда А1₂O₃, составляющих 55-70 мас. %.

3. Конфорка по п. 2, отличающаяся тем, что в качестве отверждающих и гидрофобизирующих добавок масса первого и второго слоев содержит гидрофобизатор 136-41 (ГОСТ 10834-76, ), огнеупорную глину, борную кислоту, тальк.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6