Плоский эластичный электронагреватель

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(57) Плоский эластичный электронагреватель, включающий гибкий электронагревательный элемент из токопроводящей ленты, например, графитовой или металлической, с электроконтактами, и электроизоляционные слои, покрывающие ее с обеих сторон, отличающийся тем, что электроизоляционные слои выполнены на основе стеклоткани, на обе стороны которой нанесен слой эластичного кремнийорганического полимера с диэлектрическим порошкообразным наполнителем, выбранным из группы соединений, включающей ,34, А 2 О 3, , , 2, а длина электронагревательного элемента выбрана из соотношения,где- длина электронагревательного элемента, м- напряжение электрической сети, В- толщина электронагревательного элемента, м- удельное объемное сопротивление электронагревательного элемента при температуре 270 С, 0 мм К(840. 2/1) - коэффициент, зависящий от содержания наполнителя в композиции, Вт 1/2 м-1 х - массовая доля порошкообразного наполнителя в композиции,1 - теплопроводность порошка нитрида алюминия при 270 С, Вт/мград 2 - теплопроводность порошкообразного наполнителя при 270 С, Вт/мград. Изобретение относится к области электронагревательных приборов и может найти применение в бытовой и промышленной технике для нагрева различных сред, в том числе и химически активных. Известен электронагреватель для упаковочной машины 1, содержащий нагревательную часть на основе композиции 48-65 органосиликатного материала ОС 92-18 и 35-52 технического углерода, а также электроизоляционные слои из органосиликатного материала ОС 92-18. Недостатком данного электронагревателя является удельное сопротивление нагревательной части, нестабильность ее электрических характеристик, низкая рабочая температура (160 С на поверхности нагревателя). В качестве прототипа выбран гибкий электронагревательный элемент 2, содержащий плоский резистивный слой из неметаллического материала на тканевой основе с электродами и покрывающие его с обеих сторон электроизоляционные слои из стеклоткани, пропитанной эпоксифенольным или фенольноформальдегидным лаком. Недостатком данного электронагревательного элемента является его низкая рабочая температура (100 С) и низкая эффективность работы вследствие малого коэффициента теплопроводности электроизоляционных слоев. Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в повышении рабочей температуры электронагревателей и эффективности нагрева окружающих сред и материалов. Поставленная техническая задача решается тем, что в предлагаемом плоском эластичном электронагревателе электроизоляционные слои выполнены на основе стеклоткани, на обе стороны которой нанесен слой эластичного кремнийорганического полимера с диэлектрическим порошкообразным наполнителем, выбранным из группы соединений, включающей , 34, А 123, , , 2, а длина электронагревательного элемента определяется из отношения//,где- длина электронагревательного элемента, м- напряжение электрической сети. В- толщина электронагревательного элемента, м- удельное объемное сопротивление электронагревательного элемента при температуре 270 С, Омм К(840,1 х 2/1) - коэффициент, зависящий от содержания наполнителя в композиции, Вт 1/2 м-1 х - массовая доля порошкообразного наполнителя в композиции,1 - теплопроводность порошка нитрида алюминия при 270 С, Вт/мград 2 - теплопроводность порошкобразного наполнителя при 270 С, Вт/мград. На фиг. представлен плоский эластичный электронагреватель, состоящий из электронагревательного элемента 1 толщинойи длиной , стеклоткани 2 для улучшения диэлектрических и механических свойств электронагревателя, диэлектрического материала 3 на основе кремнийорганических полимерных соединений и порошкообразного наполнителя, электроконтактов 4 в виде нанесенных на электронагревательный элемент 1 медных покрытий. Применение в составе электроизоляционных слоев высокотеплопроводных кремнийорганических полимерных соединений увеличивает теплоотвод от электронагревательного элемента в окружающую среду и,тем самым, повышает эффективность работы электронагревателя. Выбранная по предлагаемой формуле длина электронагревательного элемента обеспечивает максимальную температуру и эффективность работы электронагревателя. При увеличении длиныбольше значения, определенного по данной формуле, повышается сопротивление электронагревательного элемента и снижается его рабочая температура. При уменьшениитемпература электронагревательного элемента может превысить значение температуры деструкции композиционного материала на основе кремнийорганических полимерных соединений и порошкообразного наполнителя. Величина температуры деструкции зависит от содержания в композиции порошка нитрида алюминия, имеющего высокий коэффициент теплопроводности, и находится в пределах 240-300 С. С увеличением содержания порошка нитрида алюминия температура деструкции композиционного материала повышается, что в формуле учитывается коэффициентом К (840,1 х). При замене порошка нитрида алюминия на любой другой диэлектрический порошкообразный материал, например, 34,А 2 О 3 , , , 2, в коэффициент К вводится поправка, связанная с изменением материала К(840,1 х 2/1), где 1 - теплопроводность порошка нитрида алюминия при 270 С, Вт/мград 2 - теплопроводность порошкобразного наполнителя при 270 С, Вт/мград, заменяющего порошок нитрида алюминия. С целью более точного определения длиныэлектронагревательного элемента необходимо учитывать зависимость его удельного сопротивления от температуры. Например, для графитовой ткани при ее нагреве до 300 С удельное объемное сопротивление падает на 15. Поэтому в формулу должно вводиться значениепри температуре 270 С. Отклонения конкретной рабочей температуры электронагревателя 30 С приводят к погрешности определенияменее 2, существенного влияния на эффективную работу электронагревателя не оказывают и в формуле не учитываются. По сравнению с аналогом и прототипом рабочая температура электронагревателя повышается со 100 С 1, 160 С 2 до 260-300 С. Эффективность работы электронагревателя можно оценить по его удель 2310 1 ной поверхностной мощности у аналога 1 для достижения 160 С она составляет 20000 Вт/м 2, у предлагаемого электронагревателя с графитовой тканью ЛТ 2-22/40 (ТУ 6-12-0204056-91) - всего лишь 1800 Вт/м 2. Пример 1. Испытывали электронагреватель с электронагревательным элементом из графитовой ткани ЛТ 2-22/40 толщиной 0,3 мм и удельным объемным сопротивлением при 270 С равным 1,6-10-14 Омм, электроизоляционными слоями на основе стеклоткани, силоксанового каучука и порошка нитрида алюминия с массовой долей 66 при напряжении электрической сети 24 В. Определенная по предлагаемой формуле длина электронагревательного элемента составила 0,36 м. Удельная поверхностная мощность для этой температуры 4100 Вт/м 2. Следов деструкции материала электронагревателя не обнаружено. При нагреве электронагревателя более 300 С появились очаги разложения композиционного материала с выделением газовой фазы. Пример 2. Испытывали электронагреватель по примеру 1 с наполнителем из порошка оксида алюминия. Расчетная длина электронагревательного элемента с теплопроводностью нитрида алюминия 1120 Вт/мК и теплопроводностью А 23 220 Вт/мК составила 0,39 м. Максимальная температура нагревателя 262 С,удельная поверхностная мощность для этой температуры 3550 Вт/м 2. Начало процесса деструкции материала наблюдалось при температуре 275-280 С. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 3