Электрический нагреватель

(51)5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР ЭЬНМ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН(56) Патент Великобритании МН 05 В 3/14, 1982.Авторское свидетельство СМ 1525952, кл. Н 05 В 3/14, 19(57) Сущность изобретения: эватель в форме стержня иэ окмики выполнен по длине с цтоковыводящими участками и у Изобретение относится к нагревательным устройствам и может быть использовано для печей сопротивления в окислительной, восстановительной и нейтральной атмосферах,Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей электрического нагревателя путем обеспечения автономного его включения без стартового разогрева, а также путем обеспечения способности его работать без разрушения на постоянном токе. На фиг.1 показан электрический нагреватель в разрезе; на фиг.2 - распределение температуры вдоль нагревателя в масштабе фиг.1; фиг,3 и 4 - варианты выполнения нагревателя; фиг.5 - габаритная схема нагревателя; фиг.6 - разрез А - А на фиг,5; фиг.7 - схема размещения волокнистого материала в полости нагревателя; фиг.8 - габаритная схема спирального варианта нагревателя; фиг.9 - разрез Б - Б на фиг,8; фиг,10 - разрез В - В на фиг.8,реходного сопротивления, Стержень содержит сердцевину и наружный слой, покрывающий сердцевину на центральном и переходных участках. В материал сердцевины введен оксид индия. На переходных участках его содержание увеличивается в направлении торцов стержня. Возможно выполнение сердцевины на подложке в виа де трубки из окисной керамики, выполнение покрытия переходных участков двуслойными. Сердцевина на центральном участке может быть выполнена в форме спирали. 3 э.п. ф-лы, 10 ил. Электрический нагреватель выполнен в форме стержня 1 иэ оксидной керамики с токовыводящими участками 2, 3. Стержень включает сердцевину 4, проходящую по всей длине стержня между его торцами 5, 6 и имеющую постоянное по длине сечение на . центральном участке 7 стержня, Сердцевина покрыта наружным слоем 8, имеющим торцы 9, 10 на границе с токовыводящими участками, Между токовыводящими участками 2, 3 и центральным участком 7 расположены участки 11, 12 переходного сопротивления, Наружный слой содержит оксид циркония. В сердцевину кроме того введен оксид индия с концентрацией 0,2-0,9 моль. Содержание оксида индия на единицу длины стержня выполнено на переходных участках увеличивающимся к ближайшим торцам стержня. На центральном участке 7 стержня, между его границами 13, 14 с участками переходного сопротивления, содержание оксида индия на единицу длины постоянно вдоль стержня, 1823154, рдц.".:,1 имеег н;1 коцах стержнятОЛ,ОНИЯ 15, 1: З СЧЕТ сО, ЧтО ПЕрЕХОд 1 ч 1 к и О со оинс,.д,1 жсат два слОян.5:й слой 17 одородний по длинестеж.; . .;ий слой 18 либо 19, нанесс;Н .,; Е 1",.1 гвуощ.;гс конца ссержняэиж,;й г" и 1, 1 ри эом указанное увеЛлЧЕН 5 Е СОДС Рч:ЕН 1 ОКСИДа ИНДИЯ К ТОРЦУстер:сия выполнено в верхнем слое за счетпосепенного уголщ;.Ия этого слоя на учаСГКЕ ПЕРЕХОДНОУО СОПРОТИВЛЕНИЯ,Г.,:1,еиа ннесе,; подложку 20,1 ысвс:ук 1 ли/1 е тр,.ки 2из гксид;ой(ГОГ,Н 1,5, и М СЕ С 1 ЛРУУКНЫ 1 ССОЕ Ипп 1 ложкой Об"зует конусинсские слОис .2,1, 2:1. ОкнсДЯ 1 о ус к 1 ы,наи 3 лмс :ексс и 1 и.ски, ,лм 25, 26мэталла,В друсом варианте элекгричского на.грееате я (сл, иг.3, 8) на цен срзльном участке 27 сторжчя с;:рдцесина 28 выполненав сормс спирли 29, вики 30 которой заключены я магрицу 31 из оксидной керамики, В об - .,у и 32 1 с риць, расположсуныемежду Би 1 ками с 1 еден Оксид индия с концентрацией, меньшей, чем в 1 итках, Концы33, 34 спирали соединены с грубчатыми частями 35, 36 с.рдцевины. Месга их соединеия сокрьс наружым слоем 37 матрицы,у сс.5:., Н концах стерсУ 51 39 нагре.1:. О . 6иполнень однород.1 ЕльИ:." :,С ОКС".Д ИНДИЯ,ч ОДНОРОДнийело 4 н;лн, ",пс;с.а,и ис 4),1 ри .Ол, Г;с лУу(н. слой 42металлчекиескрыия 43 располоч .ньтак жо, ":к и е Ос олном ериант (сл55 г,1) В ,сети 1- груки 21 нагреваелясккс.т бь ть ес; , ;.лсэкнисьи керамиОс,ий . сатри л 5, репятстлующии развитио сосуекции см фиг,7). В частности,пробки 1 з волокис гого магеоиала 45 могутбить усанвлгнь е нолосги Ф 1 на;сонцахнагревателя :1 ф си 1).Керамические элементы эсектрического ыагре 1 Геся име 1 от слдус 1 ций состав,моль; Однорсднй слой 17 - от 0,2 п 20 з ++ОМгО, ДО 0.61 п;Оз ". 0,4 Ъ 02 со смешаннойпровод лостью, электронной и-типа и ионной, например, 0,25 ЛОз ч 0,75 Ъ 02 с электрппроводнос;сью на постоянном токе 40См/м при,Ос К и 871 См/м при 2000 К, стемпературой плавления выше 2700 К; верхние слои 18, 19 - 0,9 Л 20 з+ 0,17 г 02 с электронной проводимостью 4 4 10 См/м при300 К и 80 10 См/м при 1700 К; трубка 21и наружный слой 8 - вакуум-плотная керамика 0,8,;0,121.,дз с ионной проводимогть с, Г" ,с./ми 1 о 11 К60 Г 1/м при 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 2000 К, межвитковые области 32 матрицы 31 - 0,88.гО -У 0,07 У 20 з + 0,05 п 20 з: материал 45 - вата из керамики 0,88 Лг 02 + 0,12 т 20 з,Размеры элементов нагревателя; диаметр полости 44 - 5-10 мм, толщина слоев 22, 23, 24 - 0,5 - 3 мм, длина токоотводящих участков 2, 3 50-100 мм, длина утолщений 15, 16 100 - 200 мм, длина центрального участка 7 100 - 500 мм, наружный диаметр центрального участка 10-25 мм,Например, у нагревателя с диаметром полости 10 мм, наружным диаметром центрального участка 20 мм, толщиной слоев 22, 24 по 1,5 мм и толщиной слоя 23 - 2 мм при составе этого слоя 0,25 п 20 з ф 0,752 г 02 сопротивление на единицудлины центрального участка составляет 2,65 Ом/см при 300 К и 0,122 Ом/см при 2000 К, Мощность, выделяемая на единицедлины центральногоучастка, и нагрузка на наружную поверхность этого участка сосавляют, соответственно; при 300 К (начало нагрева) и токе 3 А - 23,85 Вт/см и 3,79 Вт/см; при 2000 К и токе 15 А - 27 45 Вт/см и 4,37 Вт/смЭлектрический нагреватель может быть изготовлен, например. послойным осаждением тонкодисперсных порошков из шликера на заготовку в виде трубки из керамики на основе оксида циркония, Если трубка имеет открытую пористость, на нее наносят дополнительное покрытие для получения вакуум-плотной подложки 20, Затем наносят слои 17, 18, 19, наружный слой 8, который, как и подложка, является вакуум-плотным, что обеспечивают использованиел порошков керамики достаточно тонкого помола,Возможны другие способы изготовления нагревателя, в частности, с применением прессования керамики на основе оксидов индия и циркония, а также плазменного напыления герметизирующих покрытий из керамики на основе оксида циркония, Металлизацию токоотводящих участков 2, 3 проводят путем электроосаждения никеля, меди либо других металлов из растворов их солей, что возможно благодаря достаточной электронной проводимости керамики на основе оксида индия в утолщениях 15, 16,Электрический нагреватель подключают к источнику переменного либа постоянного тока, соединяя выход источника с металлизированной поверхностью токоотводящих участков 2, 3, Ток проходит по сердцевине 4, постепенно повышая температуру стержня 1. Нагрев центрального участка стержня производят со скоростью порядка 100 К/ч, По мере повышения температуры централеносо участка силу тока увеличивают - в приведенном примере от 3 А при 300 К до 15 А при 2000 КТЕГ 1 ЛОВая МО(ЦО(ТЬ ЕЫДЕГявма аЕДИНИцу ДЛИНЫ СГЕржня Г ППЕ эсг",;Ся ГОдержанием оксида 1 НД 55 ц: Вп .,и Длинь,Уощность макси Лл к" . .;и глг г номучастке стер,:я зак, (Ог. г";.у Гр)ницами 1;1, 1 г 1, и у 1 ь,а(;т; кпн:,., тэр(н.На уЧаСтКаХ 11, 12 П;рвкрл Л,Г)г)гигЧЛЕНИЯ С РОСТОМ СОД,)РКЛН,: г Ь (Иэз ИНДИЯ.Такое распрРделе)а п(сд.) 5 чи. вераНИВВЕт СОПРОтИЯЛЕНИЕ г,гвПРИ СНИЖЕН1 УдеЛЬпгО С гсРГИВЛЕНИЯ ИНДИЕВОЙ КЕРамики Г РОСТОЕ) ТРМГЕРВТ)г(2 Ь 1, НВИболее интенсисцым;а ц.н; реьс яучастке Утол(Гения 15, 16 сеИжаот сопротивление холодных концов стеркняумРнь ша к)1 н(.ПрО;зе)сдс) есЬЙ рзс),1энергии,Содг.ржа)(ийся ) сер цеви- Зкс)д индия уВлтвует в Павцп,; 11)г 2 3 и г)пД(тзр.-эцвет утчк; 1 П 2( из ппд5 л 1 жнгГО ) лоя О г л е с "поцамиЙ з;(стремальн,х улог,иях эксплуатанаприме 12 при прГускачииГка е)йгвРо р("г;,еНгео г ревела и бьстргк; Говыщегэ(,",сг)г 21)аг 1,. с) сржнчЗг гмокЕ 81)еменС", г .г:.1 ЕННЕ ра ОМ Зр 10 ГО расореД ЛЕЭЕгг., )с)и Гока Ео с(2 чен 1 о се 12 дц(евлны 4 из1 О зп ани; ВДОль с ге) ржця гззие)с)лРгг не)1) " , ГГС КРЕ "Ла С НаМ -1 ЬЬИМ ГС Сг. ЕНИОГ) РгЧНОГоболочки. 1:.,;. ус.:,:. 5: г:.с.; ,;:.мп 3,я(ске. Ег) г-ПгчКО К Суммарпо.) длг :.: п 2 р и О: - :;Е;я ВЕСКОЛЕ КО гЗ . К,г =, П; гг: "я ., , о ; к. 0 и Г р а к Г 1)- г" ; лг(се;ат 3 Гых ГОанин бла 1 ОД12 я3" . " -5 э ":2;:ктоппг)(2(пдчо(; Ги эти:". (1 аз и1823154 О 7 П 8 Х Э. Нагреватель по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что переходные участки но толщине содержат два слоя, причем укаэанное увеличивающееся содержание оксида индия выполнено в верхнем слое. 4. Нагреватель по пп.1 и 2. о т л и ч а ющ и й с я тем. что на центральном участке сердцевина выполнена в форме спирали.5.Ткач еда ктор Тираж Подписноественного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 каз 2187 ВНИИПИ Гос Составитель Я.ГохштейТехред М.Моргентал