RU7267U1

RU7267U1 - ELECTRIC STEEL STEEL HEATER

Info

Publication number: RU7267U1
Application number: RU97111488/20U
Authority: RU
Inventors: Леонид Изольдович Духовный; Игорь Юрьевич Шелехов; Леонид Александрович Шапран
Original assignee: Леонид Изольдович Духовный; Игорь Юрьевич Шелехов; Леонид Александрович Шапран
Priority date: 1997-07-08
Filing date: 1997-07-08
Publication date: 1998-07-16

Abstract

Нагреватель электрический плоский стальной, содержащий стальную подложку с последовательно размещенными на ней изолирующим и защитным стеклосодержащими слоями, между которыми расположен резистивный слой, отличающийся тем, что в качестве материала резистивного слоя использована толстопленочная паста на основе соединения борида никеля, а в качестве материала изолирующего и защитного слоев использованы порошок или толстопленочная паста на основе кристаллизующихся стекол - ситаллоцемента марки СЭ-3, или стеклоэмали марки ДСЭ.An electric flat steel heater containing a steel substrate with insulating and protective glass-containing layers sequentially placed on it, between which there is a resistive layer, characterized in that a thick film paste based on a nickel boride compound is used as the resistive layer material, and as an insulating and protective material layers used powder or thick film paste based on crystallizing glasses - glass cement grade SE-3, or glass enamel brand DSE.

Description

НАГРЕВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПЛОСКИЙ СТАЛЬНОЙELECTRIC STEEL STEEL HEATER

Предполагаемое полезная модель относится к области электрического нагрева и может быть использовано при изготовлении нагревателей для бытовых, медицинских, сельскохозяйственных и других технических приборах и устройствах с рабочей температурой нагревательного элемента до 650° С. Например, электроконфорка, электроплитка, водонагреватели различного назначения, электроконвектор, электровентилятор и т.п.The proposed utility model relates to the field of electric heating and can be used in the manufacture of heaters for household, medical, agricultural and other technical devices and devices with a working temperature of the heating element up to 650 ° C. For example, electric burner, electric stove, water heaters for various purposes, electric convector, electric fan etc.

Известен высокотемпературный нагревательный элемент /1/, состоящий из чередующихся резистивных и изоляционных слоев, которые выполнены из металлооксидных керметов, металлическая фаза которых представляет собой интерметаллическое соединение Ni, А1, в котором часть А1 изоморфно замещена Сг при общем содержании Сг в сплаве 2,5%, а оксидная фаза - алюмооксидную керамику 96А1 г О з + 2ТЮ г +2МпО г, причем в резистивных слоях металлическая фаза и оксидная находятся в соотношении 0,6 : 1, 4 а в изоляционных слоях, соответственно, как 1,6 : 4.Known high-temperature heating element / 1 /, consisting of alternating resistive and insulating layers, which are made of metal oxide cermets, the metal phase of which is an intermetallic compound Ni, A1, in which part A1 is isomorphically replaced by Cr with a total content of Cr in the alloy 2.5% and the oxide phase is alumina ceramic 96А1 g О З + 2ТУ g + 2МпО g, moreover, in the resistive layers the metal phase and oxide are in the ratio of 0.6: 1, 4 and in the insulating layers, respectively, as 1.6: 4.

Известен резистивный пленочный нагреватель /2/, содержащий пленку из тугоплавкого соединения, нанесенную на изолирующую основу, выполненную из нитрида титана с определенным содержанием азота.Known resistive film heater / 2 / containing a film of a refractory compound deposited on an insulating base made of titanium nitride with a certain nitrogen content.

Ближайшим аналогом является толстопленочный резистивный элемент /3/, содержащий стальную подложку с последовательно размещенными на ней изолирующим и защитным стеклосодержащими слоями, между которыми расположен резистивный слой, в качестве материала изолирующего и защитного слоя использована толстопленочная паста на основе бесщелочных стекол, причем паста для изолирующего слоя выполнена на основе бесщелочного кристаллизирующегося стекла, а паста для защитного слоя содержит бесщелочное стекло с керамическим наполнителем, при этом в качестве материала резистивного слоя использована толстопленочная паста на основе порошка никеля с добавками порошка хрома или нихрома и стеклосвязующего.The closest analogue is a thick-film resistive element / 3 / containing a steel substrate with insulating and protective glass-containing layers sequentially placed on it, between which the resistive layer is located, a thick film paste based on alkali-free glasses is used as the material of the insulating and protective layer, and paste for the insulating layer made on the basis of alkali-free crystallizing glass, and the paste for the protective layer contains alkali-free glass with ceramic filler, while As the material of the resistive layer, a thick film paste based on nickel powder with the addition of chromium or nichrome powder and glass binding was used.

Н05В 3/62 Н05В 3/62

Недостатком известных нагревателей является нестабильность их параметров, недостаточная надежность, узкий диапазон питающего напряжения и значений удельной электрической мощности.A disadvantage of the known heaters is the instability of their parameters, insufficient reliability, a narrow range of supply voltage and specific electric power values.

Задачей предполагаемой полезной модели является создание плоского электрического нагревателя, позволяющего на его основе создать приборы и нагревательные системы отвечающие современным требованиям.The objective of the proposed utility model is to create a flat electric heater, which allows creating devices and heating systems based on it that meet modern requirements.

Поставленная задача решается тем, что в известном нагревателе электрическом плоском стальном, содержащем стальную подложку с последовательно размещенными на ней изолирующим и защитным стеклосодержащими слоями, между которыми расположен резистивный слой, в качестве материала резистивного слоя использована толстопленочная паста на основе соединения борида никеля, а в качестве материала изолирующего и защитного слоев использованы порошок либо толстопленочная паста на основе кристаллизующихся стекол - ситаллоцемента марки СЭ-3, или стеклоэмали марки ДСЭ.The problem is solved in that in the known electric flat steel heater containing a steel substrate with sequentially insulating and protective glass-containing layers between which the resistive layer is located, a thick film paste based on a nickel boride compound is used as the material of the resistive layer, and as the material of the insulating and protective layers used powder or a thick film paste based on crystallizing glasses - glass cement grade SE-3, or st kloemali brand RCM.

Электронагреватель представляет собой подложку из металла, которую предварительно изолируют слоем диэлектрического стекла толщиной 200 мкм. На диэлектрическое покрытие методом толстопленочной технологии наносится нагревательный элемент и защитный слой, Причем изолирующий и защитный слои могут быть получены и пневмоэлектростатическим методом нанесения, обладающим более высокой производительностью.The electric heater is a metal substrate, which is pre-insulated with a layer of dielectric glass with a thickness of 200 microns. Using a thick-film technology, a heating element and a protective layer are applied to the dielectric coating. Moreover, the insulating and protective layers can also be obtained by the pneumo-electrostatic method of application, which has a higher productivity.

Нагревательный элемент изготавливают следующим образом:The heating element is made as follows:

Подготавливают поверхность подложки, в качестве которой используют жаростойкую нержавеющую сталь марок 15Х25Т, 20X13, 08X17Т и 04X17Т или другую с аналогичными свойствами. Поверхности подложки придают нужную шероховатость - не ниже 6 класса. Обработку поверхности осуществляют одним из двух способов: или химическим травлением, или обработкой мелкодисперсным абразивным порошком корунда или карбида кремния наPrepare the surface of the substrate, which is used as heat-resistant stainless steel grades 15X25T, 20X13, 08X17T and 04X17T or another with similar properties. The surface of the substrate gives the desired roughness - not lower than grade 6. Surface treatment is carried out in one of two ways: either by chemical etching, or by processing finely dispersed abrasive powder of corundum or silicon carbide on

пескоструйной установке. Перед нанесением изолирующего слоя подложку необходимо тщательно очистить, промыть и просушить.sandblasting installation. Before applying the insulating layer, the substrate must be thoroughly cleaned, washed and dried.

Если изолирующий слой наносят методом сеткотрафаретной печати, то используют специально приготовленную пасту, содержащую стекло СЭ-3 или ДСЭ и органическое связующее на основе терпениола, составляющее 25-30 мас.% пасты. Пасту наносят в 4-6 слоев до толщины 180-220 мкм с последовательной сушкой и вжиганием каждого слоя.If the insulating layer is applied by screen printing, then a specially prepared paste containing glass SE-3 or DSE and an organic binder based on terpeniol, comprising 25-30 wt.% Paste, are used. The paste is applied in 4-6 layers to a thickness of 180-220 microns with sequential drying and burning of each layer.

Сушку осуществляют в сушильном шкафу или конвейерной печи при температуре (140-160)° С в течение 8-12 мин. Вжигание происходит в конвейерной печи при температуре 810-850° С. Длительность цикла вжигания составляет 35-60 мин.Drying is carried out in an oven or conveyor oven at a temperature of (140-160) ° C for 8-12 minutes. The firing takes place in a conveyor furnace at a temperature of 810-850 ° C. The duration of the firing cycle is 35-60 minutes.

После изолирующего слоя наносят резистивную толстопленочную пасту, представляющую собой суспензию мелкодисперсных порошков борида никеля (N1 зВ) и стекла в органическом связующем на основе ланолина. Для корректировки свойств пасты в ее состав в процессе приготовления вводят добавки: ZnO, Al, TiO 2, Bi 2 О 3 Для улучшения стабильности параметров нагревательного элемента, увеличения надежности и предельно допустимой токовой нагрузки нанесение резистивного слоя осуществляют за 2-3 цикла трафаретной печати с промежуточной сушкой при температуре 250-270° С в течение 15 мин. После чего проводят один цикл вжигания при температуре 800-840° С длительностью 30-60 мин. Для обеспечения оптимального температурного режима работы нагревательного элемента рассчитаны геометрические размеры подложки и топология резистивного слоя. В некоторых случаях целесообразно применять топологию нагревательного элемента в виде нескольких параллельно расположенных и электрически соединенных дорожек.After the insulating layer, a thick film resistive paste is applied, which is a suspension of finely divided nickel boride powders (N1 zV) and glass in an organic binder based on lanolin. To adjust the properties of the paste, additives are introduced into its composition during the preparation process: ZnO, Al, TiO 2, Bi 2 О 3 In order to improve the stability of the parameters of the heating element, increase the reliability and the maximum allowable current load, the resistive layer is applied for 2-3 cycles of screen printing with intermediate drying at a temperature of 250-270 ° C for 15 minutes Then they carry out one burning cycle at a temperature of 800-840 ° C for a duration of 30-60 minutes. To ensure the optimum temperature regime of the heating element, the geometric dimensions of the substrate and the topology of the resistive layer are calculated. In some cases, it is advisable to apply the topology of the heating element in the form of several parallel and electrically connected tracks.

Нанесение защитного слоя осуществляют таким же образом как и нанесение изолирующего слоя. Используются такие же пасты на основе стекол СЭ-3 или ДСЭ. Количество защитных слоев зависит от условий эксплуатации нагревательного элемента и может варьироваться от двух до шести. Каждый нанесенный слой необходимо подвергнуть сушке при температуреThe application of the protective layer is carried out in the same manner as the application of the insulating layer. The same pastes are used on the basis of SE-3 or DSE glasses. The number of protective layers depends on the operating conditions of the heating element and can vary from two to six. Each applied layer must be dried at a temperature

140-160° С в течение 8-12 мин. и . 6жиганию в конвейерной печи при температуре 800-835 ° С, причем цикл В жигания составляет 35-50 мин.140-160 ° C for 8-12 minutes. and. 6 burning in a conveyor furnace at a temperature of 800-835 ° C, and the burning cycle B is 35-50 minutes.

Формирование изолирующего и защитных слоев может осуществляться не только с помощью сеткотрафаретной печати, но и методом пневмоэлектростатического нанесения. При использовании этого метода порошок стекла СЭ-3 или ДСЭ предварительно просеивают через сито с размером ячейки 40-64 мкм. С помощью специальной установки происходит послойное нанесение воздушно-порошковой смеси. После нанесения каждого слоя необходимо осуществить вжигание, причем цикл сушки исключается. Режимы вжигания при этом методе аналогичны режимам выжигания изолирующей и защитной толстопленочной паст на основе стекол СЭ-3 и ДСЭ.The formation of the insulating and protective layers can be carried out not only with the help of screen printing, but also by the method of pneumoelectrostatic deposition. When using this method, glass powder SE-3 or DSE is pre-sieved through a sieve with a mesh size of 40-64 μm. Using a special installation, layer-by-layer application of the air-powder mixture takes place. After applying each layer, it is necessary to carry out burning, and the drying cycle is excluded. The burning modes with this method are similar to the burning modes of insulating and protective thick-film pastes based on SE-3 and DSE glasses.

Электрические выводы нагревательного элемента изготавливаются из жгута никелевой, нихромной или медной проволоки. Причем медную проволоку предварительно никелируют. Допускается применение вместо жгута фольги из аналогичных материалов, ширина и толщина которой рассчитывается исходя из значений максимальной силы тока. Присоединение выводов осуществляют с помощью контактной пасты на основе борида никеля с удельным поверхностным сопротивлением не более 0,1 Ом/квадрат. После присоединения контакты сушат при температуре 140-160° С в течение 14-16 мин. Затем на контактную площадку наносят защитное покрытие, повторно сушат и проводят цикл вжигания в конвейерной печи при температуре 790-830° С в течение 40-60 мин.The electrical terminals of the heating element are made of a plait of nickel, nichrome or copper wire. Moreover, the copper wire is pre-nickelized. It is allowed to use foil from similar materials instead of a bundle, the width and thickness of which is calculated on the basis of the maximum current strength. The terminals are connected using a contact paste based on nickel boride with a specific surface resistance of not more than 0.1 Ω / square. After joining, the contacts are dried at a temperature of 140-160 ° C for 14-16 minutes. Then, a protective coating is applied to the contact pad, re-dried, and a firing cycle is carried out in a conveyor oven at a temperature of 790-830 ° C for 40-60 minutes

В предлагаемом электрическом плоском стальном нагревателе греющий слой равномерно распределен по поверхности подложки с максимально возможной площадью. Это позволяет обеспечить отсутствие локальных перегревов и более «мягкий тепловой режим работы, благодаря чему приборы и нагревательные системы, созданные на основе НЭПС, соответствуют современным требованиям. Кроме того НЭПС полностью удовлетворяют международным требованиям по электробезопасности. Соответствие требованиям безопасности подтверждено сертификатом РОСС RU ME 23B00053 № 0835962 Испытания проведены исп ийтельной лабораторией «НИСЦЭО, регистрационный номер которой в Госреестре POQ6 Й& 0001 21МЕ83In the proposed electric flat steel heater, the heating layer is evenly distributed over the surface of the substrate with the largest possible area. This allows us to ensure the absence of local overheating and a more “soft thermal operation, so that devices and heating systems created on the basis of NEPS comply with modern requirements. In addition, NEPS fully comply with international requirements for electrical safety. Compliance with safety requirements is confirmed by ROSS certificate RU ME 23B00053 No. 0835962 The tests were conducted by the IISSEO testing laboratory, the registration number of which is in the State Register POQ6 J & 0001 21ME83

Источники информации, принятые во вниманиеSources of information taken into account

1А С СССР N 1700773, Н05В 3/10, 1986 г1A С USSR N 1700773, Н05В 3/10, 1986

2Заявка Российской Федерации N 92016140/07 1992 г2 Application of the Russian Federation N 92016140/07 1992

3Патент Российской Федерации № 2054720, НО 1C 7/00 1992 (прототип)3 Patent of the Russian Federation No. 2054720, BUT 1C 7/00 1992 (prototype)

ЗаявителиДуховный Л И Шелехов И Ю Шапран Л А J@wXLW &4r 13,0Ј,Я &f S tf-rt&ФормулаApplicants Spiritual L & Shelekhov & Yu Shapran LA J @ wXLW & 4r 13.0Ј, I & f S tf-rt & Formula

Claims

An electric flat steel heater containing a steel substrate with insulating and protective glass-containing layers sequentially placed on it, between which there is a resistive layer, characterized in that a thick film paste based on a nickel boride compound is used as the resistive layer material, and as an insulating and protective material layers used powder or thick film paste based on crystallizing glasses - glass cement grade SE-3, or glass enamel brand DSE.