Гнучкий інфрачервоний випромінювач

Изобретение относится к технике нагревания материалов инфракрасным излучением и может быть использовано в нагревателях, отопительных приборах и других устройствах для нагревания твердых тел, воздуха и газов. В качестве электрических источников инфракрасного излучения в диапазоне температур 4001400°С используются кварцевые и стеклянные трубчатые нагреватели с проволочными спиралями из нихрома. Известен инфракрасный излучатель в виде трубы из кварца, с установленным внутри спиральным проволочным излучающим элементом (1). Недостатком инфракрасного излучателя является высокая жесткость при изгибе, что не обеспечивает его формоизменение и соответственно ограничивает его применение. Невысокая механическая жесткость спирального излучающего элемента при температуре 750°С и выше приводит к провисанию и перегреву участков спирали и их межвитковому замыканию, что снижает надежность работы излучателя и уменьшает срок его службы. Наиболее близким к заявляемому является нагревательный элемент в виде гибкого кабеля, несущим элементом в котором является гибкий электроизоляционный жгут, состоящий из стекловолокна и податливой матрицы из полимерного материала, заполняющей межволоконное пространство (2). Вокруг электроизоляционного жгута расположен резистивный спиральный проволочный элемент с изменяющимся шагом на различных участках и покрытый по всей длине электроизоляционного жгута многослойной электроизоляционной оболочкой из стекловолокна. Электрические клеммы нагревательного элемента сформированы таким образом, что обеспечивают хороший контакт с источником питания. Недостатком нагревательного элемента является уменьшение прочности гибкого электроизоляционного жгута при повышении температуры. В интервале температур 10О-4ОО°С происходит расплавление или термическое разрушение матрицы, что приводит к повреждению жгута и уменьшает прочность сцеплений резистивной проволоки и многослойной оболочки со жгутом. В результате разрушения матрицы стеклянные волокна в жгуте становятся чувствительными к поверхностным повреждениям при изгибах и взаимном трении, из-за низкой стойкости стекловолокна к многократному изгибу и истиранию, что приводит к разрушению жгута и уменьшает срок службы нагревательного элемента. При температурах выше 400°С происходит спекание стекловолокна, нагревательный элемент становится хрупким из-за беспрепятственного развития трещин при его деформации, что снижает прочность нагревательного элемента и надежность его работы. Кроме того, нагревательный элемент способен работать только на растяжение, в виду незначительной жесткости на изгиб электроизоляционного жгута, что не позволяет сохранять приданную ему форму без специальной поддержки и соответственно ограничивает его применение. Задача настоящего изобретения заключается в расширении функциональных возможностей нагревательного элемента и повышении его надежности. Предлагаемое техническое решение позволит увеличить температурный интервал эксплуатации нагревательного элемента, сделать нагревательный элемент пластичным и повысить надежность его работы. Технический результат достигается за счет использования в предлагаемой конструкции спирального резистивного элемента, расположенного на гибком тонком металлическом каркасе в виде проволоки, изолированной слоями из стекловолокна. Гибкий тонкий металлический каркас в виде длинной проволоки является армирующим компонентом и представляет собой гибкое, пластичное тело, изменяющее свою форму и размеры под действием внешней нагрузки и сохраняющее остаточную пластическую деформацию после ее устранения. Гибкий тонкий металлический каркас обладает малой жесткостью на изгиб, так как при изгибе напряжения, вызываемые растяжением наружных и сжатием внутренних волокон, сравнительно малы из-за малых размеров сечения каркаса. Слои изоляции каркаса и многослойной оболочки инфракрасного нагревателя обладают сильной анизотропией свойств - высокой прочностью при растяжении вдоль стекловолокна, за счет плотной намотки на гибкий тонкий металлический каркас и относительно низкой прочностью в поперечном направлении и при сдвиге, обусловленные наличием только сил трения между слоями, что обеспечивает низкое сопротивление межслойному сдвигу и низкую жесткость инфракрасного нагревателя при изгибе. Изгиб инфракрасного нагревателя не приводит к изгибу стекловолокна в многослойной изоляции каркаса и многослойной оболочке инфракрасного нагревателя, так как намотка стеклонити на каркас осуществляется в плоскости перпендикулярной оси каркаса. При спекании стекловолокна гибкий тонкий металлический каркас повышает вязкость разрушения, термостойкость и прочность инфракрасного нагревателя при его деформации за счет торможения трещин на границе раздела "каркас-стекловолокно". Применение стекловолокна в качестве материала для многослойной оболочки инфракрасного нагревателя и многослойной изоляции каркаса расширяет рабочий интервал температур инфракрасного нагревателя до 1400°С и обеспечивает как прозрачность многослойной оболочки для волн инфракрасного диапазона, так и надежную электроизоляцию спирального резистивного элемента. Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена конструкция гибкого инфракрасного нагревателя. Нагреватель содержит несущий элемент (металлический каркас) 1, выполненный в виде тонкой проволоки, изолированный обмоткой 2, образованной многослойной поперечной намоткой стеклонити, с плотно прилегающими витками, из алюмоборосили-катного непрерывного стекловолокна. Рези-стивный элемент 3 в форме спирали* расположен на обмотке 2. Токоподводящие наконечники 4 являются непрерывным продолжением спирального резистивного элемента 3. Снаружи резистивный элемент 3 и места крепления токоподводящих наконечников 4 закрыты многослойной оболочкой 5, образованной многослойной поперечной намоткой стеклонити из алюмоборосиликатного непрерывного стекловолокна. Толщина изолирующей обмотки 2 и многослойной оболочки 5 гарантирует невозможность замыкания резистивного элемента на металлический каркас и нагреваемое изделие. При подаче напряжения на резистивный элемент 3, расположенный на изолированном обмоткой 2 каркасе 1, через токоподводящие наконечники 4, резистивный элемент 3 накаливается до 750-800°С и излучает лучистый поток через оболочку 5, Предлагаемая конструкция обеспечивает увеличение температурного интервала эксплуатации, придает пластичность нагревателю и повышает надежность его работы.