RU2334374C1

RU2334374C1 - Glass-ceramic high-temperature and waterproof electric heater in shape of axisymmetrical body

Info

Publication number: RU2334374C1
Application number: RU2007119669/09A
Authority: RU
Inventors: В чеслав Николаевич Кургузов (RU); Вячеслав Николаевич Кургузов; Николай Александрович Ворошилов (RU); Николай Александрович Ворошилов; Юрий Викторович Омельчук (RU); Юрий Викторович Омельчук
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ЭЛКАД" (ООО "ЭЛКАД")
Priority date: 2007-05-29
Filing date: 2007-05-29
Publication date: 2008-09-20

Abstract

FIELD: electricity, heating.

SUBSTANCE: electric high-temperature and waterproof electric heater in the shape of an axisymmetrical body has a conduit from a composition of fibrous material in the form of wound up layers of fiberglass tape, impregnated with a bonding agent and a heating element from carbon fiber tape located inside the wall of the conduit. According to the invention the heating element and layers of fiberglass tape are impregnated with sodiumborosilicatephosphate cold setting binder with the subsequent drying at the temperature 70-120°C in an hour.

EFFECT: increase of efficiency and reliability in operation.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрокерамическим нагревателям, имеющим форму тел вращения, которые могут быть использованы в различных областях народного хозяйства.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to electroceramic heaters having the form of bodies of revolution, which can be used in various fields of the national economy.

В технике и в быту широко применяются различные электронагреватели, в которых в качестве нагревательного элемента служат всевозможные металлические вольфрамовые (тугоплавкие) сплавы в виде проволоки, лент и пластин, так называемые ТЭНы.In technology and in everyday life, various electric heaters are widely used, in which all kinds of metal tungsten (refractory) alloys in the form of wire, ribbons and plates, the so-called heating elements, serve as a heating element.

Указанные нагревательные элементы защищают различными неорганическими материалами (песок, фарфоровые трубки и т.п.) и органическими полимерными смолами (эпоксидные, полиамидные и др.).These heating elements are protected with various inorganic materials (sand, porcelain tubes, etc.) and organic polymer resins (epoxy, polyamide, etc.).

Все упомянутые выше электронагреватели имеют один общий недостаток - большую удельную поверхностно-тепловую нагрузку, что приводит к быстрому выходу из строя нагревателя.All the above-mentioned electric heaters have one common drawback - a large specific surface-thermal load, which leads to a quick failure of the heater.

Этот недостаток снижает технико-экономические характеристики самих электронагревателей, что обуславливает ограниченные области их применения.This drawback reduces the technical and economic characteristics of the electric heaters themselves, which leads to limited areas of their application.

Из уровня техники известен способ изготовления электронагревателя из полимерных композиционных материалов, используемых для нагрева малогабаритных помещений (подвала, лоджии, теплицы), сушки обуви и др., т.е. маломощного нагревателя (50-200 Вт), имеющего соответственно низкую температуру (в пределах 70-200°С). При этом электронагреватель является неводостойким ввиду наличия границы раздела между двумя трубчатыми оболочками. Из-за сложности изготовления и применения некондиционных и низкосортных материалов массовое производство упомянутых нагревателей неприемлемо (пат. RU 2011317, Н05В 3/28, 15.04.1994).A method is known from the prior art for manufacturing an electric heater from polymer composite materials used for heating small-sized rooms (basement, loggia, greenhouse), drying shoes, etc., i.e. low-power heater (50-200 W), having a correspondingly low temperature (in the range of 70-200 ° C). In this case, the electric heater is non-waterproof due to the presence of an interface between two tubular shells. Due to the complexity of the manufacture and use of substandard and low-grade materials, mass production of these heaters is unacceptable (US Pat. RU 2011317, Н05В 3/28, 04/15/1994).

Из области техники известен нагревательный элемент для бытовых электронагревательных приборов, в котором электроизолирующий слой представляет собой боросиликатное алюмостекло (RU 2091986, Н085В 3/28, 27.09.1997).A heating element for household electric heating appliances is known in the art, in which the electrically insulating layer is borosilicate aluminoglass (RU 2091986, Н085В 3/28, 09/27/1997).

Данный нагреватель является неводостойким и имеет ограничение по мощности применения, т.е. только для бытовых целей с мощностью нагрева 1,5-2,0 кВт. Кроме того, известный нагреватель неэффективен ввиду сложности его изготовления и требует термообработки при 600°С.This heater is non-water resistant and has a power limit, i.e. only for domestic purposes with a heating capacity of 1.5-2.0 kW. In addition, the known heater is inefficient due to the complexity of its manufacture and requires heat treatment at 600 ° C.

Известен способ соединения слоев металлических монокристаллических пластин путем скрепления их боросиликатным связующим. После этого заготовку пластин сушат при температуре 70°С в течение 3-х часов и прокаливают при температуре 900-1000°С в течение 1-го часа. Такой способ соединения боросиликатным связующим, т.е. получения высокотемпературного керамического слоя, является очень трудоемким и затратным и может найти применение только в области металлургии. Другим недостатком данного способа является то, что получаемый керамический слой является неводостойким из-за пористости материала, получаемого при высокой температуре термообработки (пат. RU 2230628, B22F 3/26, 20.06.2004).A known method of connecting layers of single-crystal metal plates by bonding them with a borosilicate binder. After that, the plate blank is dried at a temperature of 70 ° C for 3 hours and calcined at a temperature of 900-1000 ° C for 1 hour. This method of bonding with a borosilicate binder, i.e. obtaining a high-temperature ceramic layer is very time-consuming and expensive and can be used only in the field of metallurgy. Another disadvantage of this method is that the resulting ceramic layer is non-water resistant due to the porosity of the material obtained at high heat treatment temperatures (US Pat. RU 2230628, B22F 3/26, 06/20/2004).

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является электрический нагреватель в форме тела вращении по пат. RU 2072637, Н05В 3/78, 27.01.1997, используемый для подогрева различных жидких и газовых сред с температурой до 250°С с различной мощностью.The closest technical solution to the claimed invention is an electric heater in the form of a body rotation according to US Pat. RU 2072637, Н05В 3/78, 01/27/1997, used for heating various liquid and gas environments with temperatures up to 250 ° C with different capacities.

Упомянутый нагреватель имеет ограничения по температуре нагрева жидких сред (электролитов) с необходимостью установки дополнительных устройств для понижения напряжения питания, а также невозможно его применение при нагреве пищевых продуктов, т.к. он является неводостойким.Said heater has limitations on the temperature of heating liquid media (electrolytes) with the need to install additional devices to lower the supply voltage, and it is also impossible to use it when heating food products, because It is non-water resistant.

Техническим результатом при использовании заявленного изобретения является повышение эффективности работы нагревателя при одновременном повышении экономичности и надежности в работе.The technical result when using the claimed invention is to increase the efficiency of the heater while increasing efficiency and reliability.

Указанный технический результат достигается тем, что в электрическом высокотемпературном и водостойком электронагревателе в форме тела вращения, имеющем трубопровод из композиционного волокнистого материала в виде намотанной слоями стекловолокнистой ленты, пропитанной связующим, и нагревательный элемент из углеродной волокнистой ленты, расположенной внутри стенки трубопровода, согласно изобретению нагревательный элемент и слои стекловолокнистой ленты пропитаны натрийборосиликатфосфатным связующим холодного отверждения с последующей просушкой при температуре 70-120°С в течение одного часа.The specified technical result is achieved by the fact that in an electric high-temperature and waterproof electric heater in the form of a body of revolution, having a pipe made of composite fibrous material in the form of fiber-wound tape impregnated with layers of binder and a heating element made of carbon fiber tape located inside the pipe wall, according to the invention, the heating the element and layers of fiberglass tape are impregnated with sodium borosilicate phosphate binder of cold curing with the last blowing drying at a temperature of 70-120 ° C for one hour.

Для соединения нагревателя с внешней нагрузкой токопроводящий провод соединен с нагревательным элементом посредством металлического хомута с последующей его изоляцией стеклянной лентой, пропитанной также натрийборосиликатфосфатным связующим и имеющей герметизирующее уплотнение на границе раздела металлического хомута и токоподводящего провода.To connect the heater with an external load, the conductive wire is connected to the heating element by means of a metal collar followed by its insulation with a glass tape, also impregnated with sodium borosilicate phosphate binder and having a sealing seal at the interface between the metal collar and the lead wire.

Использование натрийборосиликатфосфатного связующего холодного отверждения позволит иметь на поверхности нагревателя температуру 600-800°С, что, наряду с большой поверхностью теплообмена нагревателя и подаваемой мощностью не менее 4 кВт, позволит многократно увеличить технико-экономические показатели нагревателя в целом.The use of sodium borosilicate phosphate binder of cold curing will make it possible to have a temperature of 600-800 ° С on the surface of the heater, which, along with a large heat exchange surface of the heater and a supplied power of at least 4 kW, will significantly increase the technical and economic performance of the heater as a whole.

Предлагаемый стеклокерамический высокотемпературный нагреватель можно использовать для подогрева воды и других жидких сред, в том числе и агрессивных (кислот, щелочей) и пищевых продуктов.The proposed glass-ceramic high-temperature heater can be used to heat water and other liquid media, including aggressive (acids, alkalis) and food products.

Изобретение иллюстрируется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображена схема нагревателя погружного стеклокерамического.Figure 1 shows a diagram of a submersible glass-ceramic heater.

На фиг.2 изображен разрез по А-А на фиг.1.Figure 2 shows a section along aa in figure 1.

Стеклокерамический высокотемпературный и водостойкий электронагреватель в форме тела вращения содержит нагревательный элемент 1 из углеродной волокнистой ленты, расположенной внутри стенки трубопровода 2 из композиционного волокнистого материала в виде намотанной слоями стекловолокнистой ленты. И углеродная волокнистая лента, и слои стекловолокнистой ленты пропитаны натрийборосиликатфосфатным связующим холодного отверждения с последующей просушкой при температуре 70-120°С в течение одного часа.A glass-ceramic high-temperature and waterproof electric heater in the form of a body of revolution contains a carbon fiber tape heating element 1 located inside the pipe wall 2 of composite fiber material in the form of fiberglass tape wound in layers. Both the carbon fiber tape and the layers of fiberglass tape are impregnated with a cold-cured sodium borosilicate phosphate binder, followed by drying at a temperature of 70-120 ° C for one hour.

С нагревательным элементом 1 посредством металлического хомута 3 соединен токопроводящий провод 4, служащий для соединения нагревателя с внешней нагрузкой. Металлический хомут 3 изолирован стеклянной лентой, пропитанной натрийборосиликатфосфатным связующим и имеющей герметизирующее уплотнение 5 на границе раздела металлического хомута 3 и токопроводящего провода 4. Для крепления металлического хомута 3 предусмотрен крепежный элемент 6.A conductive wire 4 is connected to the heating element 1 by means of a metal clamp 3, which serves to connect the heater to an external load. The metal clamp 3 is insulated with a glass tape impregnated with a sodium borosilicate phosphate binder and having a sealing seal 5 at the interface of the metal clamp 3 and the conductive wire 4. A fastener 6 is provided for fastening the metal clamp 3.

Изготовление стеклокерамического электронагревателя осуществляют следующим образом.The manufacture of a glass-ceramic electric heater is as follows.

На изготовленный дорн диаметром 150 мм и длиной 1250 мм наматывают первый электро- и водоизоляционный слой из стеклоткани марки НПГ-210 в виде ленты шириной 200 мм в количестве 3-х слоев, предварительно пропитанной натрийборосиликатфосфатным связующим холодного отверждения. Затем укладывают нагревательный элемент 1 шириной 90 мм и длиной 3000 мм из углеродной ленты на основе гидратцеллюлозного волокна. Ленту закрепляют хомутами 3 из листовой стали. После этого наматывают ленту из стеклоткани НПГ-210 шириной 200 мм, аналогичной первому защитному слою. Затем дорн с намотанным нагревателем помещают на просушку в камеру на один час при температуре 70-120°С. После просушки снимают с дорна электронагреватель, обрабатывают, проверяют, упаковывают и отправляют потребителю.The first electric and water insulation layer made of NPG-210 brand fiberglass in the form of a tape 200 mm wide in the amount of 3 layers, pre-impregnated with cold-cured sodium borosilicate binder, is wound on a mandrel manufactured with a diameter of 150 mm and a length of 1250 mm. Then, a heating element 1 is laid with a width of 90 mm and a length of 3000 mm from a carbon tape based on cellulose hydrate fiber. The tape is fixed with 3 steel clamps. After that, a 200 mm wide NPG-210 fiberglass tape is wound, similar to the first protective layer. Then the mandrel with a wound heater is placed for drying in the chamber for one hour at a temperature of 70-120 ° C. After drying, the electric heater is removed from the mandrel, processed, checked, packaged and sent to the consumer.

Заявленное изобретение может применяться в различных отраслях народного хозяйства:The claimed invention can be applied in various sectors of the economy:

- для нагрева различных жидких и газовых сред, в том числе и агрессивных (кислот, щелочей) сред, а также пищевых продуктов;- for heating various liquid and gas environments, including aggressive (acids, alkalis) environments, as well as food products;

- в качестве нагревательных элементов в калориферах, тепловых завесах, каминах, сушильных камерах;- as heating elements in heaters, thermal curtains, fireplaces, drying chambers;

- для нагрева электролитов в электролизерах;- for heating electrolytes in electrolyzers;

- применение в качестве горячих «камней» в саунах и банях;- use as hot "stones" in saunas and baths;

- обогрева поросятников для молодняка.- heating piglets for young animals.

Claims

An electric high-temperature and water-resistant electric heater in the form of a body of revolution, having a pipe made of composite fiber material in the form of layers of fiberglass tape impregnated with a binder, and a heating element of carbon fiber tape located inside the pipe wall, in which the heating element and layers of fiberglass tape are impregnated with sodium borosilicate phosphate binder cold curing followed by drying at a temperature of 70-120 ° C for one hour.