UA108277U

UA108277U - INFRARED ELECTRIC HEATING ELEMENT

Info

Publication number: UA108277U
Application number: UAU201600420U
Authority: UA
Inventors: Євген Валерійович Родіонов
Original assignee: Євген Валерійович Родіонов
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2016-07-11

Abstract

Інфрачервоний електрообігрівальний елемент містить скляну підкладку з нанесеним на неї послідовно тонкоплівковим нагрівальним шаром із оксидного виродженого напівпровідника та діелектричним шаром із розташованими на ньому електропровідними шинами. На інфрачервону випромінювальну скляну поверхню була нанесена плівка оксикарбіду хрому з вмістом карбідної фази 40-85 % та випромінювальною здатністю 96-98 %.The infrared electric heating element comprises a glass substrate with a thin-film heating layer of a degenerate oxide semiconductor and a dielectric layer with electrically conductive busbars arranged thereon. A chromium oxycarbide film with a carbide phase content of 40-85% and an emissivity of 96-98% was applied to the infrared radiation glass surface.

Description

Корисна модель, що пропонується, належить до області техніки, пов'язаної з електричними пристроями для обігріву, а саме до резистивних плоских приладів інфрачервоного випромінювання.The proposed utility model belongs to the field of technology related to electrical heating devices, namely resistive flat infrared devices.

Широко відоме використання електричного струму для обігріву приміщень, наприклад прилади зі спіральним дротовим нагрівачем, з металокерамічним, графітовим та іншими видами нагрівачів, а також в технологічних печах при виробництві продуктів харчування.The use of electric current for heating premises is widely known, for example, devices with a spiral wire heater, with metal-ceramic, graphite and other types of heaters, as well as in technological ovens for the production of food products.

У відомому технічному рішенні (Патент Мо 970652 УМО) описане конструкторське рішення плоского електрообігрівального елемента, що містить тонкий резистивний шар, розташований між двома електроїзолюючими шарами. Вздовж протилежних країв резистивного нагрівального шару проходять електропровідні контактні смужки, що мають з ним електричний контакт.The known technical solution (Patent Mo 970652 UMO) describes the design solution of a flat electric heating element containing a thin resistive layer located between two electrically insulating layers. Along the opposite edges of the resistive heating layer, there are electrically conductive contact strips that have electrical contact with it.

Описана конструкція плоского обігрівального елемента має двостороннє випромінювання тепла і це є недоліком даного пристрою. Випромінююча поверхня завдяки високому рівню конвекції гріється лише до 60 "С, що значно знижує потужність інфрачервоного (ІЧ) випромінювання, яку пропорційно температурі (Т7). Тому електрична потужність таких ІЧ-елементів обмежена (400 вт/м7) через властивості самої плівки. Крім того, випромінювальні властивості плівки теж не перевищують 70 956, а завдяки значному температурному коефіцієнту розширення підвищення температури вище 150" С призводить до розриву тонкоплівкового нагрівального шару, який має значно менший коефіцієнт розширення.The described design of the flat heating element has two-sided heat radiation, and this is a disadvantage of this device. Due to the high level of convection, the radiating surface heats up to only 60 "C, which significantly reduces the power of infrared (IR) radiation, which is proportional to the temperature (T7). Therefore, the electrical power of such IR elements is limited (400 W/m7) due to the properties of the film itself. In addition moreover, the radiative properties of the film also do not exceed 70,956, and due to the significant temperature expansion coefficient, the temperature increase above 150"C leads to the rupture of the thin-film heating layer, which has a much lower expansion coefficient.

Такі недоліки частково усунені в технічному рішенні, яке використовується в обігрівальному елементі Бельгійсько-нідерландської фірми Епегду Ргодисів (ммлу.епегдургодисів.пІ). У таких обігрівальних елементах використана структура діелектричний шар-нагрівальний шар- діелектричний шар. Як основний випромінювальний елемент використовується поліроване скло завтовшки 3,5-4,5 мм, що має випромінювану ІЧ- властивість до 90 95. На скло способом шовкографії був нанесений товстоплівковий шар діелектрика, який є сумішшю оксидів, завтовшки 40-50 мкм, потім нанесений шар товстої плівки з резистивного порошку на основі вуглецю (40-60 мкм) і зверху порошковий діелектричний товстоплівковий шар з оксидних матеріалів. Робоча температура даного ІЧ-обігрівача в зоні нагріву є біля 160 "С, а на поверхні скла 130-149 "С. Проте головним недоліком є те, що ІЧ-випромінювання відбувається в обидва боки від скляної підкладки. При цьому потужність ІЧ-випромінювання в зворотний бік вища, томуSuch shortcomings are partially eliminated in the technical solution used in the heating element of the Belgian-Dutch company Epegdu Rgodisiv (mmlu.epegdurgodisiv.pI). Such heating elements use the dielectric layer-heating layer-dielectric layer structure. Polished glass with a thickness of 3.5-4.5 mm is used as the main radiating element, which has a radiated IR property of up to 90 95. A thick film dielectric layer, which is a mixture of oxides, 40-50 microns thick, was applied to the glass by silk-screen printing. a thick film layer of resistive carbon-based powder (40-60 μm) and a powder dielectric thick film layer of oxide materials on top. The working temperature of this IR heater in the heating zone is about 160 "C, and on the surface of the glass is 130-149 "C. However, the main disadvantage is that IR radiation occurs in both directions from the glass substrate. At the same time, the power of IR radiation in the reverse direction is higher, therefore

Зо що з того боку вища температура шарів.Why is the temperature of the layers higher on that side.

Таким чином, ефективність 14 випромінювання в потрібному напрямку відносно до спожитої потужності менше ніж 50 95. При цьому ККД (перетворення електричної потужності в теплову) перевищує 90 об.Thus, the efficiency of 14 radiation in the desired direction relative to the consumed power is less than 50 95. At the same time, the efficiency (transformation of electrical power into thermal power) exceeds 90 vol.

У відомому технічному рішенні (Патент Мо 100588 ША), описано створення інфрачервоної випромінювальної панелі, в якій завдяки використанню тонкоплівкового шару із оксидного виродженого напівпровідника як нагрівального шару покращується тепловий контакт між тонкоплівковим шаром та склом, за рахунок цього зменшуються втрати потужності випромінювання, що підвищує якість елемента. При цьому збільшується потужність ІЧ випромінювання у фронтальному напрямку та, як слідство, росте ККД інфрачервоного випромінювання.In a well-known technical solution (Patent Mo 100588 Sha), the creation of an infrared radiating panel is described, in which, thanks to the use of a thin-film layer of an oxide degenerate semiconductor as a heating layer, the thermal contact between the thin-film layer and the glass is improved, due to this, the loss of radiation power is reduced, which increases the quality element At the same time, the power of IR radiation in the frontal direction increases and, as a consequence, the efficiency of infrared radiation increases.

Крім того, опір резистивної плівки слабо залежить від температури і це повинно створити умови для функціонування пристрою зі стабільними параметрами.In addition, the resistance of the resistive film depends slightly on temperature, and this should create conditions for the operation of the device with stable parameters.

Таке технічне розв'язання поставленої задачі було вибране прототипом для рішення, що заявляється. Недоліком прототипу є залежність випромінювальної здатності (Пп) скляної підкладки від температури. Так при температурах: 1-20 С, Пст-94 95; Т-100 С, Пст-91 95;Such a technical solution to the task was chosen as a prototype for the proposed solution. The disadvantage of the prototype is the dependence of the emissivity (PP) of the glass substrate on temperature. So at temperatures: 1-20 C, Mon-94 95; T-100 C, Pst-91 95;

Т-250 С, Пст-87 96; Т-500 "С, Пст-76 95. Таким чином, при роботі при температурах, вищих за 100 "С, що властиво для використання ІЧ-випромінювачів на склі у технологічних обладнаннях, наприклад у печах при випіканні хлібобулочних виробів, випромінювальної здатності таких устаткувань недостатньо.T-250 C, Pst-87 96; T-500 "C, Pst-76 95. Thus, when working at temperatures higher than 100 "C, which is typical for the use of IR emitters on glass in technological equipment, for example, in ovens for baking bakery products, the radiative capacity of such equipment not enough

В основу корисної моделі поставлено задачу створення такого ІЧ-електрообігрівального елемента, в якому завдяки нанесенню на поверхню скла плівки оксикарбіду хрому (цей матеріал часто називають ("чорним або темним" хлором) і в залежності від наявності у її складі карбідної фази забезпечується підвищення випромінювальної здатності плівки і завдяки цьому росте ефективність 14 випромінювальних панелей.The basis of a useful model is the task of creating such an IR electric heating element, in which thanks to the application of a film of chromium oxycarbide on the surface of the glass (this material is often called ("black or dark" chlorine) and depending on the presence of a carbide phase in its composition, an increase in emissivity is ensured film, and thanks to this, the efficiency of 14 radiating panels increases.

Поставлена задача вирішується тим, що в інфрачервоному електрообігрівальному елементі, що містить скляну підкладку з нанесеним на неї послідовно тонкоплівковим нагрівальним шаром із оксидного виродженого напівпровідника та діелектричним шаром із розташованими на ньому електропровідними шинами, згідно 3 корисною моделлю, на інфрачервону випромінювальну скляну поверхню була нанесена плівка оксикарбіду хрому з вмістом карбідної бо фази 40-85 9о та випромінювальною здатністю 96-98 обо.The problem is solved by the fact that in the infrared electric heating element, which contains a glass substrate with a thin-film heating layer made of an oxide degenerate semiconductor and a dielectric layer with electrically conductive busbars located on it, according to the 3rd useful model, a film was applied to the infrared emitting glass surface chromium oxycarbide with a content of the carbide bo phase of 40-85 9o and an emissivity of 96-98 obo.

Приклад реалізації.An example of implementation.

Для нанесення плівок оксикарбіду хрому була підготовлена скляна підкладка, яку підігріли до температури порядку 450-500 "С. Потім в реактор подається пара металоорганічної сполуки (бісетилбензолхром або дибензолхром) разом окислювачем на основі, наприклад пари багатоатомних спиртів (гліцерин, етиленгліколь і т.п.). При розкладі металоорганічної сполуки в присутності окислювача, у залежності від їх співвідношення, одержують плівки оксикарбіду хрому на скляній підкладці з різним співвідношенням оксидних та карбідних фаз. При наявності у плівці оксикарбіду хрому карбідної фази у кількості 20-60 95, інтегральна випромінювальна здатність такої плівки є 96-98 95. Одержані плівки відрізняються значною адгезією, твердістю, зносостійкістю та опірністю до різноманітних агресивних середовищ.For the application of chromium oxycarbide films, a glass substrate was prepared, which was heated to a temperature of the order of 450-500 "C. Then, a pair of an organometallic compound (bisethylbenzenechromium or dibenzenechromium) is fed into the reactor together with an oxidizing agent on the basis, for example, a pair of polyatomic alcohols (glycerol, ethylene glycol, etc. .). When an organometallic compound is decomposed in the presence of an oxidizing agent, depending on their ratio, chromium oxycarbide films are obtained on a glass substrate with a different ratio of oxide and carbide phases. If the chromium oxycarbide film contains a carbide phase in the amount of 20-60 95, the integral emissivity of such a film is 96-98 95. The obtained films differ in significant adhesion, hardness, wear resistance and resistance to various aggressive environments.

Claims

UTILITY MODEL FORMULA An infrared electric heating element comprising a glass substrate with a thin-film heating layer of an oxide degenerate semiconductor successively deposited thereon and a dielectric layer with electrically conductive busbars located thereon, characterized by the fact that a film of chromium oxycarbide containing carbide phase 40-85 95 and emissivity 96-98 b.