SU663132A1 - High-temperature heating element - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области электротермии и может быть использовано в электронагревательных тепловых агрегатах преимущественно с кислородсодержащими газовыми средами. Известны стержневые нагревательные элементы, изготовл емые на основе окисных высокоогнеупорных материа лов, содержащие соединенный с токоподводами по торцам цилиндрический резистивный элемент, выполненный из ThO2 с двум  утолщени ми на концах из ZrOg U1 . Нагревательный элемент работает следующим образом. Вертикально установленный резистивный элемент с прижатыми токоподвод дими блоками предварительно нагревают до температуры, при которой керамика нагревательного элемента становитс  достаточно электропроводной , и затем пропускают переменный электрический ток через резистивный элемент дл  получени  требуемых температур. Недостатком такого нагревательного элемента  вл етс  мала  крипоусто чивость, недостаточна  механическа  прочность и радиоактивность материала резистивного элемента. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению  вл ютс  нагревательные элементы, содержащие резистивный элемент в форме параллелепипеда, выполненный из стабилизированной двуокиси циркони , с одной нагревательной поверхностью, снабженный охлаждающими вырезами, ориентированными параллельно нагревающей поверхности. .Расположение вырезов обеспечивает посто нное увеличение эффективного рабочего сечени  от центральной части резистивного элемента к токоподводам, которые размещены в теле нагревател  12 . Известный нагревательный элемент работает следующим образом. Резистивный элемент в сборе с токоподвод щими электродами предварительно нагревают до температуры, при которой керамика резистивного 3neMef}та становитс  достаточно электропроводной , и затем пропускают переменный электрический ток через резистивный элемент, осуществл  пр мой нагрев его до требуемых температур. При этом охлаждающие вырезки способствуют созданию градиента температуры в продольном и поперечном сечени хThe invention relates to the field of electrothermal and can be used in electric heating thermal units, mainly with oxygen-containing gaseous media. Rod heating elements manufactured on the basis of high-refractory oxide materials are known, containing a cylindrical resistive element connected to the current leads at the ends, made of ThO2 with two thickenings at the ends of ZrOg U1. The heating element operates as follows. The vertically mounted resistive element with the dimi clamped to the current lead is preheated to a temperature at which the ceramics of the heating element becomes sufficiently conductive, and then an alternating electric current is passed through the resistive element to obtain the required temperatures. The disadvantage of such a heating element is low cryostubeiness, insufficient mechanical strength and radioactivity of the material of the resistive element. The closest to the technical essence of the present invention are heating elements containing a resistive element in the form of a parallelepiped, made of stabilized zirconium dioxide, with one heating surface, provided with cooling notches oriented parallel to the heating surface. . The location of the cuts provides a constant increase in the effective working section from the central part of the resistive element to the current leads, which are placed in the body of the heater 12. Known heating element works as follows. The resistive element assembled with current-conducting electrodes is preheated to the temperature at which the 3neMef resistive ceramics becomes sufficiently conductive, and then an alternating electric current is passed through the resistive element by heating it directly to the required temperatures. At the same time, cooling cuts contribute to the creation of a temperature gradient in the longitudinal and transverse sections

резистивного элемента и частично преп тствуют прохождению электрического тока. resistive element and partially prevent the passage of electric current.

Недостатком нагревательных элементов такого типа  вл етс  низка  эффективность охлаждени  нерабочей поверхности из-за малых градиентов тем пературы в поперечном сечений резистивногЬ элемента по его толщине и св занна  с этим недостаточна  крипоустойчивость нагревательного элеменfaj: который при этом имеет неравноМерные температуры на теплоразвивающей рабочей поверхности. В св зи с этим эксплуатаци  такихнагревательных элементов осуществл етс  при температурах ниже 1800 С.A disadvantage of heating elements of this type is the low cooling efficiency of the non-working surface due to small temperature gradients in cross sections of the resistive element along its thickness and the resulting lack of creep resistance of the heating elements: which at the same time has uneven Temperatures on the heat-developing working surface. In this connection, the operation of such heating elements is carried out at temperatures below 1800 C.

Цель насто щего изобретени  - повышение крипоустойчивссти высокотемпературного нагревательного элемента при эксплуатации.The purpose of the present invention is to increase the creep resistance of the high temperature heating element during operation.

Указанна  цель достигаетс  тем,что резистивный элемент со стороны проти .волежащей нагревающей поверхности, по всей длине, кроме токоподвод щих участков, выполнен с утолщением, в котором проход т охлаждающие вырезы в направлении его толщины р дами, глубиной, рав.ной его толщине, причем в каждом р ду между вырезами выпол ненй перемычки в шахматном пЬр дке.| Указанные вырезы выполн ютс  в виде пр моугольных проточек либо в виде цилиндрических углублений. This goal is achieved by the fact that the resistive element on the side of the lying heating surface, along the entire length, except for the current-carrying portions, is made with a thickening, in which cooling notches extend in the direction of its thickness in rows, depth equal to its thickness, and in each row between the cuts there are jumpers in the chessboard. | These cuts are made in the form of rectangular grooves or in the form of cylindrical recesses.

Охлаждающие вырезы, выполненные в виде пр моугольных проточек или цилиндрических углублений, способствуют отжатию электрических силоBfcJx линий к рабочей поверхности с обеспечением значительного градиента температуры по- толщине резистивного элемента, а каркас материала, образованный вырезами и перемычками, дополнительно повьниает крипоустойчиворть нагревательного элемента при высоких температурах его работы . :- ... . -...На фиг.1 изображен высокотемпературный нагревательный элемент плоской формы с двум  токоподвод щими участками; на фиг.2 - плоский резистивный элемент с одним токоподвод щим участком; на фиг.З - резистивный элемент арочного типа; на фиг.4 - резистивный элемент без токоподвод щих участков.,Cooling cutouts made in the form of rectangular grooves or cylindrical depressions help to push the electrical forces of BfcJx lines to the working surface with a significant temperature gradient across the thickness of the resistive element, and the material frame formed by the cutouts and jumpers additionally increases the creep tolerance of the heating element at high temperatures work. : - .... --... FIG. 1 depicts a high temperature flat shaped heating element with two current-carrying portions; Fig. 2 shows a flat resistive element with one current-carrying section; fig.Z - resistive element arch type; Fig. 4 shows a resistive element without current conducting portions.,

Высокотемперату зный нагревательный элемент содержит плоский резистивный элемент 1, выполненный из тугоплавких электропроводчых окислов ,например, из стабилизированной двуокиси циркони , с одной нагревающей ndBepXHOCTbK 2, снабжённый вырезами 3 дл  охлажде ни . 1езистивный элемент 1 с6 :стОроны противолежащей нагревающей поверхнс сти 2 по всей длине, кроме токоподвод щих участков 4, выполнен с утолщением 5, э котором проход т указанные вырезы 3 в направлении егоThe high-temperature heating element contains a flat resistive element 1 made of refractory electrically conductive oxides, for example, of stabilized zirconia, with one heating ndBepXHOCTbK 2, equipped with notches 3 for cooling. The resistive element 1 c6: The sides of the opposite heating surface 2 along the entire length, except for the current-carrying sections 4, are made with a thickening 5, which extends said notches 3 in the direction of its

толщины р дами, глубиной, равной толщине утолщени  5, причем в каждом р ду между вырезами выполнены перемычки 6 в шахматном пор дке дл  образовани  ребер жесткости 7. Резистивный элемент 1 соединен по торцам с токоподводами 8, которые выполнены из однородного материала, или  вл ютс  составными с переходным керамическим блоком 9 и электродом 10.thickness in rows equal to the thickness of the thickening 5, and in each row between the notches jumpers 6 are made in a staggered order to form stiffeners 7. Resistive element 1 is connected at the ends with current leads 8, which are made of a uniform material, or are composite with transitional ceramic block 9 and electrode 10.

Реэистивные элементы 1 с одним токоподвод щим участком 4 (фиг.2) в сочетании с резистивным элементом 1 без токоподвод щих участков(фиг.4) образуют составной нагревательный резистивный элемент арочного типа. (фиг.Э ).The resistive elements 1 with one current-carrying section 4 (Fig. 2), in combination with the resistive element 1 without current-carrying sections (Fig. 4), form a composite heating resistive element of the arched type. (Fig. E).

Высокотемпературный нагревательный элемент работает следующим образом.High-temperature heating element operates as follows.

Резистивный элемент в сборе с токоподвод щими электродами предварительного нагревают до температуры, п которой керамика резистивного элемента становитс  дс статочно электропроводной , затем пропускают переменный электрический ток через резистивный элемент,, осуществл   пр мой его нагрев до требуеких температур на рабочей поверхности. Охлаждающие вырезки своим расположением и ориентацией преп тствуют прохождению электрического тока по утолщению и отжимают электрические силовые линии к рабочей поверхности. В сечении нагревательного резистивного элемента создаетс  большой градиент температур и, благодар  ребрам жесткости, имеющим низкие температуры, достигаетс  повышение крипоустойчивости нагревательного элемента.The resistive element assembled with the current-carrying electrodes is preheated to a temperature where the ceramic of the resistive element becomes electrically conductive enough, then an alternating electric current is passed through the resistive element by heating it directly to the required temperatures on the working surface. The cooling cuts, with their location and orientation, prevent the electric current from passing through the thickening and squeeze the electric lines of force to the working surface. A large temperature gradient is created in the cross section of the heating resistive element and, due to stiffening ribs having low temperatures, the creep resistance of the heating element is improved.

Предложенный нагревательный элемент отличаетс  малой ползучестью, за счет низких температур наружной поверхности ребер жесткости при максимально высоких рабочих температурах нагревательного элемента до , которые достигаютс  благодар . концентрации электрического тока у рабочей поверхности резистивного элецента . Создание отдельных токоподвод щих блоков из керамических пластин обеспечивает большой экономический эффект, достигаемый путем Зс1мены пластины на токоподводах.The proposed heating element is characterized by low creep, due to the low temperatures of the outer surface of the stiffeners at the highest operating temperatures of the heating element, which are achieved thanks to. concentration of electric current at the working surface of the resistive element. The creation of separate current-carrying blocks of ceramic plates provides a large economic effect, achieved by means of a 3-shift plate on current leads.

Формула И.Зобретени Formula I. Invention

,1. Высокотемпературный нагревательный элемент, содержащий соединенный с токоподводами по торцам плоский резистивный элемент, вьтолненный из тугоплавких электропроводных окислов, например, из стабилизированной двуокиси циркони , с одной нагревающей поверхностью, снабженный вырезгили дл  охлаждени , отличаю щи йс   тем, что, с целью повышени  криnоустойчивости нагревательногоэлемента при эксплуатации, реэистивный элемент CQ стороны противолежащей нагревающей поверхности по всей дПк не, кроме токоподвод щих участков, выполнен с утолщением, в котором указанные вырезы в направлении его толщины проход т р дами, глубиной, равной его толщине, причем в каждом р ду между вырезами выполнены перемычки в шахматном пор дке.,one. A high-temperature heating element containing a flat resistive element connected to the current leads on the ends, made of refractory conductive oxides, for example, of stabilized zirconia, with one heating surface, provided with cutting for cooling, differs in that with the aim of improving the resistance of the heating element to operation, the re-active element CQ of the side opposite the heating surface over the entire DPC is not, except for the current-carrying portions, made with a thicker iem, wherein said recesses extending in the direction of its thickness t rows, a depth equal to the thickness thereof, wherein in each row between the notches formed webs staggered.

2. Устройство по П.1, о т л и ч аю щ е е с   тем, что указанные вырезы2. The device according to A.1., Of that, and with the fact that these cuts

выполнены в виде пр моугольных проточек .made in the form of rectangular grooves.

3. Устройство по П.1, от л и ч а-. к щ ее с   тем, что указанные вырезы выполнены в виде цилиндрических углублений.3. The device according to A.1, from l and h a-. to u so that these cuts are made in the form of cylindrical recesses.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизеSources of information taken into account in the examination

1.T.F.Geeeer,T}esislor hernace Hti Some, Preeiminar Resutts upto 2OOO°C jour. Re eednch . Nat Bur. Standards,94,v.27,6,p.555-5661.T.F.Geeeer, T} esislor hernace Hti Some, Preeiminar Resutts upto 2OOO ° C jour. Re eednch. Nat Bur. Standards, 94, v.27,6, p.555-566

2. Патент Франций 2138230, кл. Н 05 В 3/00 F 27 D 11/00, .2. Patent Franz 2138230, cl. H 05 W 3/00 F 27 D 11/00,.

гg

у/////////////жт т7ттu //////////// zhm m7

/ г/ g

ТT

о о о о о . б . о о о -о о о о G) о о- 0 о oh oh oh oh b. oh oh oh oh oh g) oo- 0 oh

0. о о о о . 0 . о о о 0. o o o o 0 Ltd

0.0.0.0.0 . 0.0.0.0. 0.0.0.0.00.0.0.0.0. 0.0.0.0. 0.0.0.0.0

тt