RU2128892C1

RU2128892C1 - Electrical infrared heater

Info

Publication number: RU2128892C1
Application number: RU98110112/09A
Authority: RU
Inventors: Э.Г. Лейпи
Original assignee: Лейпи Эмиль Густавович
Priority date: 1998-05-27
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 1999-04-10

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: device is designed as zigzag-shaped ribbon which consists of flexible strips which are made from precision alloy with high specific electrical resistance, for example, Nichrome, with depth up to 0.5 mm, oxidized at depth up to 4 mcm. Said ribbons are connected to each other by means of point welding using connection plates from same material. Connection plates are rigidly attached to metal wiring elements and are designed as rods and are mounted in resting members which are made from insulation material, for example, asbestos-cement slabs. Protection screens which are made from polished aluminum are mounted on inner side of resting members which is directed towards zigzag-shaped ribbon on both sides from sequence of wiring members. Shape of device may be arbitrary: from plane to cylinder by means of fixation of resting members in required position. EFFECT: increased strength of connection of current-conducting ribbon to carrying frame and possibility to alter three-dimensional distribution of infrared flow generated by device. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к инфракрасной технике, и может быть использовано для нагрева объектов различной конфигурации. The invention relates to electrical engineering, namely to infrared technology, and can be used to heat objects of various configurations.

Известен электронагревательный элемент, выполненный в виде зигзагообразной ленты, дважды изогнутой в местах поворота, и содержащий пластины жесткости, установленные в местах поворота ленты и скрепленные с ней посредством клеящего материала (Авторское свидетельство СССР N 692116, H 05 B 3/22, 1979). Недостатком этого нагревателя является перегрев ленты в местах изгиба и перегрев несущей конструкции на участках крепления ленты. Known electric heating element made in the form of a zigzag tape twice bent at the turning points, and containing stiffening plates installed at the turning points of the tape and fastened to it by means of adhesive material (USSR Author's Certificate N 692116, H 05 B 3/22, 1979). The disadvantage of this heater is the overheating of the tape in places of bending and overheating of the supporting structure in the areas of fastening of the tape.

Известен электронагревательный элемент, выполненный в виде зигзагообразной электропроводной ленты, дважды изогнутой в местах поворота, соединенной с электрическими шинами и связанной с несущей конструкцией из электроизоляционного материала через крепежные элементы (Патент США N 1355693, H 05 B 3/22, 1974). Недостатком нагревателя является низкая прочность соединения ленты с несущей конструкцией, высокая тепловая инерционность и невозможность изменения пространственного распределения потока создаваемого инфракрасного излучения (ИКИ). Known electric heating element, made in the form of a zigzag electrically conductive tape, double-curved at the turning points, connected to electric buses and connected to the supporting structure of electrical insulating material through fasteners (US Patent N 1355693, H 05 B 3/22, 1974). The disadvantage of the heater is the low strength of the connection of the tape with the supporting structure, high thermal inertia and the inability to change the spatial distribution of the flow of generated infrared radiation (IKI).

Целью изобретения является повышение прочности соединения электропроводной ленты с несущей конструкцией, уменьшение нагрева несущей конструкции и исключение нагрева мест изгиба ленты, снижение тепловой инерционности нагревателя и возможность изменения пространственного распределения потока создаваемого им ИКИ. Уменьшение нагрева несущей конструкции позволяет также использовать для ее изготовления материалы более дешевые и более пригодные для механической обработки резанием, сверлением и т.п., чем широко используемые в высокотемпературных нагревателях материалы на основе керамики. The aim of the invention is to increase the strength of the connection of the electrically conductive tape with the supporting structure, reducing the heating of the supporting structure and eliminating the heating of the bending places of the tape, reducing the thermal inertia of the heater and the possibility of changing the spatial distribution of the flux created by it. Reducing the heating of the supporting structure also makes it possible to use materials cheaper and more suitable for machining by cutting, drilling, etc., than the materials based on ceramics widely used in high-temperature heaters.

Это достигается путем выполнения зигзагообразной электропроводной ленты в виде жестко соединенных электропроводных гибких полос из прецизионного сплава, например - нихрома, с высоким удельным электрическим сопротивлением, попарно жестко соединенных между собой в плоскости ленты соединительными пластинами, выполненными из материала, однородного с материалом электропроводных полос, а также введения крепежного элемента для соединения получаемой зигзагообразной ленты с несущей конструкцией, состоящей не менее чем из двух опорных элементов, выполненных, например, из асбестоцементной электрической изоляционной плиты, и установленными на них защитными экранами. This is achieved by making a zigzag electrically conductive tape in the form of rigidly connected electrically conductive flexible strips of a precision alloy, for example, nichrome, with high electrical resistivity, pairwise rigidly interconnected in the plane of the tape by connecting plates made of a material homogeneous with the material of the electrically conductive strips, and also introducing a fastener for connecting the resulting zigzag tape with a supporting structure consisting of at least two supporting elements ntov made for example of asbestos electric insulating board, and mounted thereon shields.

На фиг. 1 представлен электрический инфракрасный нагреватель, общий вид, на фиг. 2 изображен увеличенный узел I соединения зигзагообразной ленты с несущей конструкцией, выделенный на фиг. 1. In FIG. 1 shows an electric infrared heater, a general view; FIG. 2 shows an enlarged assembly I of the connection of the zigzag tape with the supporting structure, highlighted in FIG. 1.

Электрический инфракрасный нагреватель (фиг. 1) содержит зигзагообразную ленту, образованную гибкими полосами 1, выполненными из прецизионного сплава с высоким удельным электрическим сопротивлением, например - нихрома, толщиной до 0.5 мм, оксидированными на глубину до 4 мкм, попарно соединенными между собой путем точечной сварки 2 (фиг. 2) с соединительными пластинами 3 из того же материала, причем крепление каждой полосы с соединительными пластинами осуществляется не менее чем в двух точках с каждой из соединительных пластин 3. Соединительные пластины 3 жестко соединены с металлическими крепежными элементами 4, например, путем сварки. Крепежные элементы 4, выполненные, например, в виде стержней, установлены в опорных элементах 5 из электроизоляционного материала, например - из асбестоцементной электрической изоляционной плиты. Крайние электропроводящие полосы 6 связаны с контактными шинами 7. На опорных элементах 5, на их внутренней, обращенной к зигзагообразной ленте, стороне 8 по обе стороны от ряда крепежных элементов 4 установлены защитные экраны 9, выполненные, например, из полированного алюминия. Ширина соединительных пластин 3 составляет не менее удвоенной ширины электропроводящих полос 1. The electric infrared heater (Fig. 1) contains a zigzag ribbon formed by flexible strips 1 made of a precision alloy with a high electrical resistivity, for example, nichrome, up to 0.5 mm thick, oxidized to a depth of 4 mm, pairwise interconnected by spot welding 2 (Fig. 2) with connecting plates 3 of the same material, and the fastening of each strip with connecting plates is carried out at least at two points from each of the connecting plates 3. Connecting plates 3 are rigidly connected to metal fasteners 4, for example by welding. The fastening elements 4, made, for example, in the form of rods, are installed in the supporting elements 5 from an insulating material, for example, from an asbestos-cement electric insulating plate. The extreme electrically conductive strips 6 are connected with the contact bars 7. On the supporting elements 5, on their inner side facing the zigzag ribbon 8, on both sides of the row of fastening elements 4, protective shields 9 are made, for example, made of polished aluminum. The width of the connecting plates 3 is at least twice the width of the electrically conductive strips 1.

Электрический инфракрасный нагреватель может принимать форму с различным радиусом кривизны - от плоскости до цилиндра, за счет фиксации в заданном положении опорных элементов 5 (фиг. 2). An electric infrared heater can take a form with a different radius of curvature - from the plane to the cylinder, by fixing the supporting elements 5 in a predetermined position (Fig. 2).

В ряде случаев промышленного использования нагревателей необходима малая тепловая инерционность, что невозможно при использовании керамики для изготовления несущей конструкции в известных высокотемпературных нагревателях, но достигается при использовании асбестоцементной электрической изоляционной плиты. In some cases of industrial use of heaters, low thermal inertia is necessary, which is impossible when using ceramics for the manufacture of a supporting structure in known high-temperature heaters, but is achieved using an asbestos-cement electric insulating plate.

При подаче промышленного тока U = 380 В, F = 50 Гц за счет резистивного нагрева электропроводящих полос 1 до температуры около 1100 ^o Цельсия нагреватель генерирует ИКИ заданной длины волны, например 1.5 - 2.4 мкм. За счет придания определенной формы электронагревательному элементу создается поток ИКИ необходимой плотности, сфокусированный в заданном участке нагреваемого объекта.When applying industrial current U = 380 V, F = 50 Hz due to the resistive heating of the electrically conductive bands 1 to a temperature of about 1100 ^o Celsius, the heater generates an IRR of a given wavelength, for example 1.5 - 2.4 microns. By giving a certain shape to the electric heating element, an IKI flow of the required density is created, focused in a given section of the heated object.

Повышенный теплообмен с окружающей средой соединительных пластин 3 и крепежных элементов 4 позволяет снизить контактный нагрев опорных элементов 5, наличие защитных экранов 9 снижает их радиационный нагрев. Помимо использования защитных экранов 9 и снижения контактной теплопередачи уменьшение нагрева опорных элементов достигается за счет создания определенной формы фотометрического тела излучения нагревателя. Особенностью такой формы является снижение плотности излучения с приближением направления распространения излучения к плоскости, в которой лежит излучающая поверхность, т.е. в направлении на опорные элементы. Такая форма излучения, свойственная диэлектрикам, в отличие от проводящих материалов, например металлов, при использовании которых ИКИ равномерно распространяется во всех направлениях. Излучающие свойства оксидированного слоя электропроводных полос в инфракрасном диапазоне близки к свойствам диэлектриков. Increased heat transfer with the environment of the connecting plates 3 and the fasteners 4 allows to reduce contact heating of the supporting elements 5, the presence of protective shields 9 reduces their radiation heating. In addition to using protective shields 9 and reducing contact heat transfer, a decrease in the heating of the support elements is achieved by creating a certain shape of the photometric radiation body of the heater. A feature of this form is a decrease in the radiation density as the direction of radiation propagation approaches the plane in which the radiating surface lies, i.e. in the direction of the supporting elements. This form of radiation, characteristic of dielectrics, in contrast to conductive materials, such as metals, when used, the IRI is uniformly distributed in all directions. The radiating properties of the oxidized layer of electrically conductive bands in the infrared range are close to the properties of dielectrics.

В совокупности указанные выше свойства нагревателя позволяют использовать в качестве электроизоляционного материала опорные элементы 5 без принудительного охлаждения, поскольку конвективного теплообмена с окружающей средой оказывается достаточно для поддержания в процессе эксплуатации термических характеристик опорных элементов в пределах нормы, т.е. около 500 ^oC, что оказывает влияние на их диэлектрические и механические свойства.Together, the above properties of the heater make it possible to use supporting elements 5 as an insulating material without forced cooling, since convective heat exchange with the environment is sufficient to maintain the thermal characteristics of the supporting elements during operation in the normal range, i.e. about 500 ^o C, which affects their dielectric and mechanical properties.

Асбестоцементная электрическая изоляционная плита является одним из наиболее дешевых электроизоляционных материалов. Ее механические свойства допускают различные виды обработки, такие как пиление, сверление, строгание, что позволяет легко придавать любую форму опорным элементам и значительно облегчает крепление на них зигзагообразной ленты. Asbestos-cement electrical insulating board is one of the cheapest electrical insulating materials. Its mechanical properties allow various types of processing, such as sawing, drilling, planing, which makes it easy to give any shape to the supporting elements and greatly facilitates the attachment of a zigzag ribbon on them.

Claims

1. Электрический инфракрасный нагреватель, содержащий зигзагообразную электропроводную ленту из прецизионного сплава с высоким удельным электрическим сопротивлением, соединенную с электрическими шинами, связанную через крепежные элементы с несущей конструкцией, выполненной из электроизоляционного материала, отличающийся тем, что лента образована гибкими полосами, несущая конструкция содержит не менее двух опорных элементов, установленных с возможностью перемещения один относительно другого в плоскости, перпендикулярной плоскости ленты, при этом гибкие полосы попарно жестко соединены между собой в плоскости ленты соединительными пластинами из того же материала. 1. Electric infrared heater containing a zigzag conductive tape of a precision alloy with high electrical resistivity, connected to electric buses, connected through fasteners with a supporting structure made of electrical insulation material, characterized in that the tape is formed by flexible strips, the supporting structure does not contain less than two support elements installed with the possibility of moving one relative to the other in a plane perpendicular to the plane ribbon, wherein the flexible strip are rigidly connected in pairs with each other in the band plane connecting plates of the same material.

2. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что поверхность гибких полос оксидирована, при этом толщина оксидированного слоя составляет не менее 4 мкм. 2. The heater according to claim 1, characterized in that the surface of the flexible strips is oxidized, while the thickness of the oxidized layer is at least 4 microns.

3. Нагреватель по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что опорные элементы выполнены из асбестоцементной электроизоляционной плиты. 3. The heater according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that the supporting elements are made of asbestos-cement insulating boards.

4. Нагреватель по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что каждый из опорных элементов выполнен с защитными экранами, установленными на внутренних поверхностях опорных элементов по обе стороны от крепежных элементов изолированно от последних. 4. The heater according to any one of claims 1 to 3, characterized in that each of the supporting elements is made with protective shields mounted on the inner surfaces of the supporting elements on both sides of the fasteners isolated from the latter.