Многослойные пленочные нагревательные элементы

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ БЫТОВЫЕ И ПРОМЫШЛЕННЫЕ
НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА НА ОСНОВЕ ПЛЕНОЧНЫХ
НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Пленочный нагревательный элемент
Характеристика
Предлагаемый пленочный нагревательный элемент (ПНЭ) является принципиально новой
разработкой. ПНЭ – это композиционное покрытие, нанесенное на изолированную подложку:
металл, керамику, фаянс, ситалл, стекло, природный или искусственный камень, строительные
материалы и др. Основное назначение продукта – преобразование электрической энергии в
тепловую, осуществление функции тепловыделяющего элемента в электрических нагревательных
устройствах.
Резистивные суспензии, служащие основой ПНЭ, созданы на основе металлов,
интерметаллидов, тугоплавких боридов, нитридов, силицидов, карбидов, оксидов металлов.
Большинство материалов для суспензий получено методом самораспространяющегося
высокотемпературного синтеза (СВС). Широкий выбор электропроводящих соединений позволяет
получить ПНЭ с практически любыми необходимыми электрическими характеристиками,
температурным диапазоном эксплуатации. В качестве связки могут быть использованы
термостойкие полимеры, в том числе кремнийорганические, стекло, высокотемпературные
цементы, неорганические полимеры. Керамика обладает химической и температурной
стабильностью, механической устойчивостью, что в сочетании с теплостойким связующим
(высокотемпературные полимеры, стекло) обеспечивает долговечность эксплуатации пленочных
нагревательных элементов и безвредность для здоровья.
Основные характеристики пленочных нагревательных элементов
Напряжение питания, В
12—220
Электрическая мощность, кВт
Удельная электрическая мощность, Вт/см
0,5—2,5
2
0,5—5,0
Рабочая температура, оС
60—300
Площадь поверхности, м2
до 0,5
Низкотемпературные электрообогреватели для бытового использования
Пленочные нагревательные элементы обладают низким тепловым
сопротивлением изоляции, малой инерционностью, более низкой
температурой поверхности, большей площадью и теплоотдачей элемента.
Это позволяет устранить недостатки нагревательных приборов с
традиционными нагревательными элементами. В ПНЭ теплоизлучающей
является практически вся поверхность элемента, слой электроизоляции
может быть выполнен толщиной 100—200 мкм, что снижает ее тепловое
сопротивление в десятки раз, по сравнению с ТЭНом (трубчатым
электронагревателем). Выделение тепла в ПНЭ происходит равномерно по всей поверхности
элемента. Использование элементов большой площади позволяет снизить тепловую нагрузку на
элементе, благодаря более эффективному теплоотводу, температура поверхности элемента может
быть существенно снижена, и может превышать температуру окружающей среды на 40—80 °С для
обогрева воздуха и 5-10 °С для воды. В данном случае реализуется режим «мягкого» нагрева. По
качеству обогрева помещения ПНЭ близок к традиционным системам водяного (парового)
отопления. Однако монтаж системы отопления с использованием ПНЭ проще, допускает легкое
размещение нагревателей в соответствие с требованиями рационального обогрева помещений.
Технические характеристики бытовых электрообогревателей
Напряжение питания, В
220
Электрическая мощность, Вт
до 1000
Рабочая температура, °С
60—100
Площадь поверхности, м2
до 10
Коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую, %
около 100
Лабораторный сушильный шкаф с использованием новых пленочных
нагревательных элементов»
Лабораторный сушильный шкаф с использованием новых
высокоэффективных пленочных нагревательных элементов обладает
меньшим потреблением электроэнергии, более высокой скоростью
нагрева по сравнению с традиционными ТЭНами. Нагревательные
элементы обладают малой инерционностью, что позволяет более точно
регулировать температуру.
Данный
сушильный
шкаф
обеспечивает
равномерное
распределение температуры по объему сушильной камеры. Данный
сушильный шкаф разработан для использования в научных, медицинских
учреждениях, на промышленных предприятиях.
Технические характеристики:
Напряжение питания
220 В
Суммарная мощность прибора
1,14 кВт
Предельная рабочая температура
300 °С
Оптимальная рабочая температура
200 °С
Время выхода на оптимальную температуру
10 мин.
Скорость нагрева
20 град./мин.
Термопара
ТХА
Размеры рабочего пространства (ширина, глубина, высота)
190х300х200 мм
Габаритный размер (ширина, глубина, высота)
340х430х440 мм
Блок управления
Релейного типа
Регулятор температуры
РП-1
±2,5 °С
Точность поддержания температуры
2
Инфракрасный нагреватель
Инфракрасный излучатель для сушки краски был создан на
базе четырех нагревательных элементов. Данное устройство может
быть использовано для сушки автомобилей после окраски.
Инфракрасное излучение проникает в слой краски и прогревает его
равномерно по всей толщине. Вследствие этого увеличивается
скорость высыхания краски, исключается перегрев наружного
красочного слоя, как это обычно происходит при использовании
традиционных способов сушки. Использование данного устройства
позволяет значительно экономить электрическую и тепловую
энергию.
Технические характеристики инфракрасного нагревателя
Напряжение питания
220 В
Суммарная мощность прибора
2,27 кВт
Предельная рабочая температура
350 °С
Оптимальная рабочая температура
300 °С
Размер излучающей поверхности
500х500 мм
Нагревательный элемент для пресс-формы
Нагревательный элемент имеет электрическую мощность 1,35 кВт
и площадь поверхности 0,17 м2. Элемент предназначен для работы при
напряжении 220 В, температура поверхности при условии свободного
теплоотвода 200—250 °С.
Данный нагревательный элемент проходит испытания на Томском
заводе резиновых изделий. Он предназначен для замены ТЭНов,
используемых в пресс-формах и позволит значительно сократить время их
разогрева до рабочей температуры, обеспечить более равномерный
разогрев формы, уменьшить количество потребляемой электроэнергии.
Технические характеристики нагревателя
Напряжение питания
220 В
Мощность
1,35 кВт
Предельная рабочая температура
350 °С
Оптимальная рабочая температура
200 °С
Размер пластины
485х345 мм
3
Автомобильные зеркала бокового вида
с пленочными электрообогревателями
Зеркала бокового вида с пленочными нагревателями
предназначены
для
установки
на
автомобили,
эксплуатирующиеся в зимних условиях при температуре до
–40 °С или в весенне-осенний период при повышенной
влажности и пониженной температуре окружающей среды.
Резистивное покрытие наносится непосредственно на
тыльную сторону зеркала, что обеспечивает максимальную
теплоотдачу и минимальное потребление электроэнергии.
Мощность нагревателя достаточна для предотвращения запотевания зеркала и образования
льда. Зеркало было испытано при температуре –40 °С и показало высокую эффективность.
Резистивное покрытие обладает свойством саморегулирования: при низкой температуре
окружающей среды мощность нагревателя максимальна, при высокой температуре окружающего
воздуха мощность минимальна.
Технические характеристики электрообогреваемых автомобильных зеркал
Наименование характеристики
Единицы
измерения
В
Для легковых
автомобилей
12
Для грузовых
автомобилей
24
Электрическое сопротивление
Ом
7
27
Электрическая мощность
Вт
26
25
Рабочий ток
А
2,16
1,02
Пусковой ток
А
2,48
1,04
мин.
15
10
°С
75
85
Напряжение питания
Время выхода на режим при
Токруж = 19 °С
Температура зеркала при
Токруж = 19 °С
Электронагреватели для системы принудительного
срабатывания огнетушителей «Бонпет»
Нагреватели предназначены для принудительного срабатывания
огнетушителей, которые представляют собой тонкую стеклянную колбу, в
которой размещена огнегасящая жидкость. Действие огнетушителя
основано на том, что во время возникновения пожара, жидкость внутри
колбы нагревается и начинает разлагаться с выделением газов. Давление
газов повышается настолько, что это приводит к разрыву колбы и
огнегасящая жидкость распыляется на очаг пожара.
В качестве системы принудительного срабатывания используется
пленочный нагреватель, который размещен вокруг колбы. По сигналу датчика системы
пожаротушения на нагреватель подается напряжение 220 В 50 Гц и за время не более 2 мин.
нагревает жидкость до температуры 90 °С, что и приводит к его срабатыванию. Во время
срабатывания происходит разрушение самого нагревателя, что обеспечивает автоматическое
выключение электропитания.
4
Характеристики отдельных образцов нагревателей.
№ образца
R, Ом
Р, Вт
Длина, мм
Ширина, мм
1
31
1560
180
105
2
29
1670
180
105
3
21
2300
180
150
4
55
880
180
110
Технико-экономические преимущества
Применение пленочного нагревателя обеспечивает:
• повышение КПД в результате снижения нецелевого рассеивания тепла,
• уменьшение инертности за счет низкого теплового сопротивления,
• снижение пажаробезопасности вследствие низкой температуры нагревателя,
• упрощение конструкции нагревательных устройств.
Использование пленочного нагревателя позволит покупателям экономить не менее 50 %
электроэнергии и, как следствие, уменьшить затраты на обогревание помещений, нагрев воды.
Пленочный нагреватель позволит легко создавать комфортные условия непосредственно на
рабочем месте, транспорте или месте проживания человека. Это позволяет снизить среднюю
температуру в обогреваемом помещении на 2—5 °С, снизить затраты электроэнергии на
обогревание помещения. Малая инерционность нагревателя позволяет более точно регулировать
температуру, что очень важно, например, в теплицах, сушильных шкафах.
Применение пленочного нагревателя создает новые возможности для потребителей.
Благодаря более низкой температуре поверхности и лучшей теплоотдаче ПНЭ по сравнению с
классическими ТЭНами возможно предотвращение образования накипи в водонагревателях, что
позволяет упростить их техническое обслуживание. Использование высокоэффективных,
небольших по мощности нагревателей позволяет создать принципиально новую
децентрализованную систему отопления, позволяющую гибко регулировать температуру в каждом
отдельном помещении. Система легко может быть автоматизирована. Это позволит резко
сократить затраты на отопление зданий и сооружений.
ПНЭ обладает принципиально новой возможностью совмещения функций нагревателя и
стенок корпуса приборов. Это позволяет упростить конструкцию приборов, увеличить
эффективность работы нагревателя за счет большой площади контакта нагревателя с нагреваемым
телом. Данная возможность позволяет создавать принципиально новые виды бытовой техники,
электрически обогреваемой посуды, технологического оборудования.
Области применения
Область применения также широка, как и у традиционных нагревателей (электробытовые
приборы, ИК-нагреватели технического назначения), кроме того, ПНЭ могут использоваться в тех
случаях, где использование традиционных нагревателей неэффективно или вообще невозможно,
например, при необходимости нагревания детали сложной формы, или при необходимости
обогревать большие площади (пол, стены, и т.д.). Пленочные нагреватели представлены на рынке
в небольшом объеме (в основном в европейской части России), рынок не наполнен, перспективны
районы Сибири, Дальнего Востока и зарубежный рынок.
Уровень и место практической реализации
Опытные образцы нагревательных устройств.
5
Патентная защита
Патент РФ (2004 г.), ноу-хау.
Предложения по сотрудничеству
Совместное продвижение продукции на российский рынок
Сертификация, совместное производство нагревательных устройств.
Совместное производство.
Контактная информация
Отдел структурной макрокинетики Томского научного центра СО РАН, просп.
Академический, 10/3, Томск, 634021
Руководитель отдела д.т.н. Максимов Юрий Михайлович Тел.:
(3822) 49-27-02 Тел./факс: (3822) 49-28-38 E-mail:
maks@fisman.tomsk.ru
6