SE508779C2 - Infrarödstrålande panel - Google Patents

Description

lO 508 779 2 Pà värmeelementets yta tillväxer SiO2 med en parabolisk till- växthastighet, vilken är densamma oavsett värmeelementets tvärsnittsdimension, vid exponering för syre vid hög tempera- tur. Skiktets tjocklek kan efter nägra hundra timmars drift- tid vid 1850 grader C vara 0.1 till 0.2 mm. Detta glasskikt kommer vid avsvalning ned mot rumstemperatur att att stelna och utsätta värmeelementets grundmaterial för dragspänningar pà grund av att värmeutvidgningskoefficienten för grundmate- rialet och glasyren skiljer sig markant åt. Glasyren har en värmeutvidgningskoefficient som är O.5xlO'6, medan grundmate- rialets värmeutvidgningskoefficient är 7-8x1O'6.

Dragspänningarna ökar givetvis med ökande tjocklek hos gla- syrskiktet. När dragspänningarna överstiger grundmaterialets hàllfasthet uppstår brott i grundmaterialet, vilket således sker när glasyren växt över en viss kritisk tjocklek.

För klenare element utgör glasyren en större andel av tvär- snittsarean i relation till grundmaterialets jämfört med för grövre element. Detta innebär att den kritiska tjockleken hos glasyren näs efter en kortare driftstid för ett klenare ele- ment än för ett grövre element vid samma användningstempera- tur och samma driftsförhàllanden i övrigt.

Det är det ovan beskrivna som man hittills trott varit den helt dominerande faktorn för livslängden hos en infrarödstrà- lande panel.

Det har emellertid visat sig att panelens konstruktion av- seende infästningen av motstàndstråden har stor betydelse.

Föreliggande uppfinning erbjuder en infrarödstràlande panel med betydligt längre livslängd än kända paneler vid använd- ning av samma motstàndstràd.

Föreliggande uppfinning hänför sig sdàledes till infraröd- strålande panel innefattande en vägg (1) av ett keramiskt 508 779 3 fibermaterial vid vilken ett elektriskt motståndselement (2) är anbringat och vilket är anordnat att anslutas till en strömkälla för att uppvärmas till hög temperatur så att motstàndselementet avger infraröd strålning, där motstånd- selementet är fäst med märlor vid väggen och utmärkes av, att motstàndselementet är anbringat pà avstånd från nämnda väggs yta medelst keramiska stänger, av, att nämnda stänger av keramiskt material förefinns på avstånd från varandra och mellan nämnda väggs yta och motstàndselementet och av att keramiska stänger förefinns på avstånd fràn varandra på motsatt sida om motstàndselementet, vilka keramiska stänger är fästade i nämnda vägg medelst märlor som omgriper respek- tive keramiska stång.

Nedan beskrives uppfinningen närmare, delvis i samband med ett på bifogade ritningar visade utföringsexempel av upp- finningen, där - figur 1 visar en infrastrålande panel rakt framifrån - figur 2 visar panelen i ett snitt efter linjen A - A i figur 1.

I figur 1 och 2 visas en infrarödstràlande panel innefattande en vägg 1 av ett keramiskt fibermaterial vid vilken ett elektriskt motståndselement 2 är anbringat. Det keramiska fibermaterialet kan vara av aluminiumsilikattyp med cza 50% Al2O3. Motstàndselementet är anordnat att via tilledare 3, 4 anslutas till en strömkälla för att uppvärmas till hög tempe- ratur så att motståndstràden avger infraröd strålning. Mot- ståndstråden är fäst med märlor 5 vid väggen 1. Väggen 1 upp- bäres av ett lämpligt material, företrädesvis en skiva 7 med lägre aluminiumoxidhalt än väggen 1.

Enligt uppfinningen är motstàndselementet anbringat på av- stånd från nämnda väggs 1 yta 6.

Detta är ett mycket väsentligt särdrag som ger att en högre effektkoncentration kan användas jämfört med om motstàndsele- 508 779 4 mentet ligger i kontakt med väggen l. Genom att motståndsele- mentet ligger på avstånd från väggen kan hela elementets man- telyta stråla fritt. Vidare föreligger inte någon risk för att elementet skall överhettas, vilket är fallet om elementet 2 skulle anligga mot väggen 1.

Genom detta utförande behöver inte elementet 2 eller dess tilledare 3, 4 kylas. Detta är en mycket stor fördel. Detta innebär att verkningsgraden för tillförd effekt i relation till stràlningseffekten ökas med 20 - 30% jämfört system med halogenlampor.

Jämfört med kända gasradiatorer kan energitätheten i infra- strålningen göras 2 - 3 gånger högre. Vidare erhålles strål- ning av kortare våglängd, vilket medför effektivare tork- ningsoperationer. Typiskt för ett Kanthal motståndselement är infrastrålning med en huvudtopp vid en våglängd av 1.5 mikro- meter och en sekundär topp vid 2.2 mikrometer.

Energitätheten i en panel enligt föreliggande uppfinning kan uppgå till 250 - 340 kW/m2 med en verkningsgrad av omkring 60% vid papperstorkning. För en gasradiator är motsvarande siffror vad avser energitätheten 90 - 150 kW/m2 och för en halogeninfrastrålare 220 - 300 kW/m2. En halogeninfrastràlare har en verkningsgrad av omkring 30 - 40%.

Det är således tydligt att genom föreliggande uppfinning för- billigas utrustningen genom att kylning inte behöver tillgri- pas samtidigt som energitätheten kan vara hög med en hög verkningsgrad som följd. Det är uppenbart att en infrastråla- re av föreliggande slag har betydligt bättre prestanda än gasstrålare och halogenstrålare.

Vidare förhåller det sig så att om elementet anligger mot väggen 1 kommer den glasyr som bildas vid drift av elementet att fastna på väggen 1. När sedan elementet nedsvalnas kommer glasyren först att stelna. Därefter är det stor risk att ele- 508 779 mentet dras av när det krymper, därför att elementets drag- hållfasthet är lägre än väggens fibermaterials kompressions- hållfasthet och glasyrens vidhäftning vid fibermaterialet.

Enligt ett mycket föredraget utförande förefinns stänger 8, , 12, 14, 16 av keramiskt material på avstånd fràn varandra och mellan nämnda väggs 1 yta 6 och motstàndselementet 2. Vi- dare förefinns också keramiska stänger 9, 11, 13, 15 på av- stånd från varandra på motsatt sida om motståndselementet.

De keramiska stängerna 8 - 16 är fästade i nämnda vägg 1 me- delst märlor 5 som omgriper respektive keramiska stång. Nedan kallas stängerna och märlorna tillsammans för stödkeramik.

Motstàndselementet 2 hålls således pä plats mellan de främre respektive de bakre stängerna och stängerna hålls på plats av märlorna.

Genom detta mycket fördelaktiga utförande kommer elementet endast punktvis i kontakt med stödkeramiken, varför den bil- dade glasyrens vidhäftningsyta mot stödkeramiken blir så liten att vid nedsvalning elementet förmår dra sönder den stelnade glasyren när elementet krymper.

Enligt ett föredraget utförande är de respektive keramiska stängerna pá ömse sidor om motstàndselementet placerade för- skjutna relativt varandra i ett plan parallellt med nämnda väggs yta, så att där en keramisk stång 10, 12, 14, 16 före- finns pà ena sidan om motståndselementet 2 förefinns ingen stång på andra sidan om motståndselementet. Som framgår av figurerna ligger keramikstängerna 10, 12 och 14, 16 paral- lellförskjutna relativt stängerna 9, 11, 13 och 15.

Genom detta utförande undviks s.k. "hot spots", d.v.s. punk- ter där temperaturen kan bli högre än maximalt tillåten tem- peratur för elementet med elementbrott som följd. På grund av att elementets utstrålning endast hindras pà ena sidan om lO 508 779 6 elementet blir temperaturen lägre vid detta ställe jämfört med om stängerna inte var parallellförskjutna relativt var- andra.

Det är föredraget att keramikstängerna 9 - 16 består av ett keramiskt rör inuti vilket en stång av ett motståndselement- material löper. Detta ger en säkerhet mot haveri på grund av brott på en keramikstàng.

Keramikstängerna kan dock vara massiva av ett keramiskt mate- rial.

Det är vidare föredraget att stängernas keramiska rör är upp- delat utmed dess längd i två eller flera rör 17, såsom il- lustreras i figur 1 med stången 9. Härigenom riskeras inte att keramikröret bryts på grund av värmespänningar.

Enligt ett föredraget utförande är stången av motståndsele- mentmaterial som löper i de keramiska stängerna uppdelad 1 två stänger 18, 19 infästade i nämnda vägg 1, där stängernas respektive fria ände 20, 21 inte möter varandra. Detta il- lustreras i figur 1 med stången 18. Genom detta utförande kan den maximala elektriska spänningen över respektive stång gö- ras högre utan att krypströmmar och överslag inträffar.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande består även nämn- da märlor 5 av en tråd av ett motståndselementmaterial, där rör 22, 23 av keramiskt material förefinns utanpå tråden i åtminstone det område av märlan 5 som kommer i kontakt med motståndselementet 2. Detta förhindrar elektrisk kortslutning mellan elementets skänklar.

Enligt ett föredraget utförande är de keramiska stängernas yta liksom märlornas keramiska yta av ett material med hög halt Al2O3. Företrädesvis består materialet av omkring 99% Al203 och omkring 1% Si02. Det har nämligen visat sig att vidhäftningen mellan glasyr och stödkeramiken är mycket lägre 508 779 7 när material med en hög halt aluminiumoxid används jämfört med när halten är lägre.

Ett väsentligt utförande är att ett avstånd förefinns mellan respektive märla 5 och den keramikstáng 9 - 16 som märlorna kvarhàller. Detta utförande medger att stängerna kan röra sig relativt både märlor 5 och motstàndselementet 2 när struktu- ren rör sig pà grund av temperaturändringar.

Enligt ett mycket föredraget utförande utgöres motstàndsele- mentet 2 av ett homogent silicidmaterial innehållande molyb- den och volfram med bruttoformeln MoxWL*Si2, där x är mellan 0.5 och 0.75, och där 10% till 40% av totalvikten ersatts av åtminstone en av föreningarna molybdenborid eller volframbo- rid, och av att nämnda föreningar föreligger i partikelform i silicidmaterialet.

Detta material har visat sig tåla högre temperaturer och ge upphov till en mindre mängd glasyr än tidigare element. Genom att använda nyssnämnda motstàndselement minskas problemen med elementbrott pà grund av glasyrens vidhäftning vid strukturen samtidigt som verkningsgraden ökar med ökande temperatur.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande är motstàndsele- mentets tilledare 3, 4 fastlimmade med en keramiskt cement 24 i nämnda vägg 1, 7 där tilledarna löper genom nämnda vägg så att tilledarna inte kan vrida sig relativt väggen kring sin egen axel. Detta sker annars när motstàndselementet uppnår drifttemperatur. Vridningen uppträder på grund av de magnet- fält som uppkommer kring elementet, där de olika element- skänklarna påverkar varandra.

Ovan har en panel av ett utförande beskrivits. Det är dock uppenbart för fackmannen att föreliggande uppfinning kan tillämpas pà allehanda infrastràlande paneler oavsett pane- lens form och oavsett hur elementet är bockat. 508 779 8 Föreliggande uppfinning skall därför inte anses begränsad till de ovan angivna utföringsformerna utan kan varieras inom dess av bifogade patentkravs angivna ram.

Claims (11)

10 15 20 25 30 35 -. 508 779 Patentkrav

1. Infrarödsträlande panel innefattande en vägg (l) av ett keramiskt fibermaterial vid vilken ett elektriskt mot- (2) är anbringat och vilket är anordnat att hög stàndselement anslutas till en strömkälla för att uppvärmas till temperatur så att motståndselementet avger infraröd strål- motståndselementet är fäst med märlor vid väggen, t e c k n a d a v, att motstàndselementet (2) är ning, där k ä n n e på avstånd från nämnda väggs (1) yta (6) medelst stänger (10-16), keramiskt material förefinns på avstånd från va- (6) (2) och av att keramiska stänger anbringat keramiska av, att nämnda stänger (10,l2, 14,16) randra och mellan nämnda väggs (1) yta av och motstånds- (9,ll,l3,l5) sida om mot- elementet förefinns på avstånd från varandra på motsatt stàndselementet (2), vilka keramiska stänger är fästade i nämnda vägg (1) medelst märlor (5) som omgriper respektive keramiska stång (9-16).

2. Infrarödstràlande panel enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a d a v, att materialet består av omkring 99% Al203 och omkring 1% Si02.

3. Infrarödstrålande panel enligt krav 1 eller 2, k ä n - n e t e c k n a d a v, att de respektive keramiska stäng- erna (9-16) på ömse sidor om motståndselementet (2) är placerade förskjutna relativt varandra i ett plan paral- lellt med nämnda väggs yta (6) så att där en keramisk stång förefinns på ena sidan om motståndselementet förefinns ingen stång på andra sidan om motstàndselementet.

4. Infrarödstrålande panel enligt krav 1, 2 eller 3, n a d a v, att keramikstängerna (8,9-16) (26) inuti vilket en stång (25) k ä n n e t e c k består av ett keramiskt rör av ett motständselementmaterial löper.

5. Infrarödstrålande panel enligt krav 4, k ä n n e - t e c k n a d a v, att de keramiska rören (26) utmed dess längd är uppdelat i två eller flera rör (17). 10 15 20 25 30 35 508 779 I

6. Infrarödstràlande panel enligt krav 4 eller 5, k ä n - n e t e c k n a d a v, att stången av motståndselementma- terial är uppdelad i två stänger (l8,19) infästade i nämnda vägg (1), där stängernas (l8,19) respektive fria ände (20, 21) inte möter varandra.

7. Infrarödstrålande panel enligt krav 1, 2, 3, 4, 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a d a v, att nämnda märlor (5) be- står av en tråd (27) av ett motståndselementmaterial och av att rör (22,23) av keramiskt material förefinns utanpå trà- den i åtminstone det område av märlan som kommer i kontakt med motstàndselementet (2).

8. Infrarödstrålande panel enligt något av kraven 1 - 7, k ä n n e t e c k n a d a v, att de keramiska stängernas (8,9-16) yta liksom märlornas (5) keramiska yta är av ett material med hög halt Al203.

9. Infrarödstrålande panel enligt något av kraven l - 8, k ä n n e t e c k n a d a v, att ett avstånd förefinns mellan respektive märla (5) och den keramikstàng (8,9-16) som märlan kvarhàller.

10. Infrarödstrålande panel enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v, att motstàndselementet (2) utgöres av ett homogent silicidmaterial innehållande molybden och volfram med bruttoformeln MoxWL*Si2, där x är mellan 0.5 och 0.75, och där 10% till 40% av totalvikten ersatts av åtminstone en av föreningarna molybdenborid eller volframborid, och av att nämnda föreningar föreligger i partikelform i silicidmaterialet.

11. Infrarödstrålande panel enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v, att motståndselementets (2) tilledare (3,4) är fastlimmade med ett keramiskt cement (24) i nämnda vägg (1,7) vid det ställe där tilledarna löper genom nämnda vägg så att tilledarna inte kan vrida sig relativt väggen (1) kring sin egen axel-