Плоский электронагреватель

(ГОСПАТЕНТ СССР) цдеЗНМ %РЫЩЯ РЕТЕ САНИЕ И ТОРСКО ИДЕТЕЛ ЬСТВ М 23нное о(57) Использованистей, в том числеизобретения: кер ЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬе; для нагревания жидкои агрессивных. Сущностьамический электронагре,Ю , 1823155 А 1 ватель содержит пластинчатую керамическую подложку 1 с размещенными на ней токопроводящими областями резистивных нагревательных элементов необходимой формы и плоских проводящих элементов 3 из электропроводной пасты, На токопроводящих областях размещены основная изоляционная керамическая пластина 4,со сквозными отверстиями 5, расположенными в ряду между токопроводящими областями резистивных нагревательных элементов и плоских проводящих элементов 3, На основную изоляционную пластину 4 помещена дополнительная изоляционная керамическая пластина 6, 2 з,п, ф-лы, 3 ил.40 45 50 Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкции электронагревателя, и может быть использовано для ндгревд жидкостей и их цдров в том числе агрессивных,Цель иэобре 1 ения повышение надежности путем повышения стойкости к термическим напряжениям при погружном нагреве,На фиг.1 представлен общий вид нагревателя со снятыми дополнительными и основными изоляционными пластинами, вид сверху; на фиг.2 - общий вид нагревателя (сечение А-А) с двухсторонней металлизацией подложки, двумя изоляционными цлдстинами, образующими внутренние слои с размещенными на них дополнительными изоляционными пластинами, образующими внешние слои; на фиг,З - общий вид нагревателя (сечение А - А) с изоляционной пластиной и подложкой и с нэнесенными на них дополнительными изоляционными пластинами,Плогкий электронагреватель содержит пластинчатую керамическую подложку 1 с размещенными на ней с одной стороны (фиг,З), либо с двух сторон (фиг.2) плоскими проводящими элементами 2 из электропроводной пасты и нагревательными элементами 3 из резистивной пасты, На поверхность подложки по существующей технологии нанесена паста сослоения 4, выравнивающая поверхность с нанесенными проводящими и реэистивными элементами, На токопроводящих областях размещена основная изоляционная керамическая плдстина 5. Изоляционные цлдстины 5, размещенные нд токоцроводящих областях керамической цодложки 1 (фиг.2) и 1 зо яцио цдл цластинд 5 и керамическая подлогкка 1 Ць г,З) образуют внутренние слои нагревателя, на ко 1 орых рдзмегцены дополнительные изоляционные цласгны 6, являющиеся внешними слоями нагревателя Подложка 1 и/или основные изоляционные пластины 5, образующие внутренние слои нагревателя. илгеют сквозные отверстия 7, расположенные в ряд между токоцроводящили областями нагревательных элементов 3 и плоских проводящих элементов 2, прикрыты сверху дополнительными изоляционными пластинами 6.При контакте жидкос 1 и с поверхностью разогретого нагревателя в его наружных слоях возникают термоупругие напряжения, под воздействием которых образуются трещины 8. Исследования показали, что область соприкосновения 9 основных и дополнительных изолирующих пластин или область соприкосновения 10 подложки и до 5 10 15 20 25 30 35 полнительных пластин является областью торможения такого родэ трещин, Торможение трещин можно обьяснить тем, что в зоне контакта изолирующих пластин и подложек, вырубленных из литой керамической ленты происходит сдвиг слоев, ориентированных при литье частиц. В то же время эона контакта 10 пасты сослоения и изолирующих пластин либо подложек, происоединяемых с помощью этой пасты сослоения, свойством торможения термических трещин не обладает, Неспособность тормозить трещины во втором случае обьясняется неориентированностью частиц пасты, наносимой поливом или продавливанием через трафарет по известной методике. Толщина слоев пасты 1 - 100 мкм, подложек и изолирующих пластин 200-1000 мкм. В отсутствие металлизации соединение пластин (основных и дополнительных) может осуществляться беэ пасты.Выполнение отверстий 7 во внутренних слоях нагревателя, граничащих с дополнительными изоляционными пластинами, расположенных в ряд между областями резистивных нагревательных элементов 3 и плоских проводящих элементов 2, позволяет сформировать в нагревателе внутренние пустоты. являющиеся эффективным препятствием для распространения теплового потока. Выполнение поверхности самого нагревателя сплошной дополнительно повышает его трещиностойкость к нагрузкам, перпендикулярным плоскости поверхности.Большая часть тепла тормозится и концентрируется в зоне размещения нагревательного элел 1 ента, что позволяет уменьшить его мощность и повысить коэффициент полезного действия. Область размещения отверстий является областью повышенного термического сопротивления, но не является концентратором напряжений, На практике установлено, что края отверстий должны находиться от края подложки на расстоянии не менее толщины слоя подложки, иначе размерные эффекты расслаивают керамику при спекании,Средняя плотность размещения элементов резистивного нагревателя на поверхности основной пластины постепенно снижается вдоль линии, соединяющей область размещения резистивного нагревателя с областью размещения внешних контактов, Экспериментально установлено, что оптимальным является снижение плотности размещения злеменгов резистивного нагревателя до нуля на отрезке, длина которого лежит в диапазоне от 0.3 до утроенной ширины электронагревательного элемента. Растрескивание устраняется цри рднномер 1823155ном смещении концов меандра (змейки нагревательных полос), образующего нагреватель, на величину Ь 1, т,е, укорочение элементов от центрального к крайним проводникам происходит на величину Ь 1. При чем самые короткие элементы проводника располагают на краю нагревателя, а самые длинные О - в центре,Таким образом, размещение нагревательного элемента на участке В - (0,3-3)О 10 является наиболее оптимальным, при этом укорочение элементов от центрального к крайним проводникам происходит на величину15Л = -Мгде М - число элементов резистивного нагревателя; 20В = (0,3 - 3)О,О - ширина нагревателя,Помимо погружного нагрева погружением части нагревателя в сплошную жидкуюсреду положительный эффект наблюдается 25и при другой форме локального погружения,когда жидкая среда не является сплошной,а состоит из капель (погружение в капельный поток),Формула изобретения 301. Плоский электронагреватель, содержащий керамическую подложку с размещенным на ней плоским реэистивнымнагревательным элементом и токоподводами, выполненными из злектропроводной 35 пасты, и размещенную сверху иэоляцион. ную керамическую пластину, о т л и ч в ю щ ий с я тем, что, с целью повышения надежности путем повышения стойкости к термическим напряжениям при погружном нагреве, нагреватель снабжен дополнительными йзоляционными керамическими пластинами, размещенными на указанной изоляционной пластине и/или керамической подложке и образующими внешние слои нагревателя,2. Электронагреватель по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что в изоляционной керамичеакой пластине и/или керамической подложке в зоне между токоподводами и резистивным элементом выполнены сквозные отверстия, расстояния между крайними из которых и краем подложки и резистивным элементом выбраны не менее толщины изоляционной пластины,3. Электронагреватель по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем. что при выполнении нагре-, вательного элемента в виде меандра, длинная сторона. витков которого ориентирована вдоль подложки, дл.,на витков выполнена переменной, уменьшающейся от центра подложки и краю на величину Л 1, выбранной из соотношенияЬ = -Вйгде В =(0,3 - 3)О, О - ширина нагревателя, й.- количество витков,1823 155 Фиг Составитель Н.Скулк Техред М,Моргентал Корректор М,Тка едактор ф Заказ 2187 Тираж Подписн ВНИИПИ Государственного комитета р 113035, Москва. Жтиям при ГКНТ СССР по изобретениям и отк 35, Раушская наб., 4/ Гагарина. 101 роиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго