Нагревательный элемент - устройство различного вида, обеспечивающие выработку тепловой энергии используемой при решении инженерных задач. Элементы нагрева имеют различную конфигурацию, потребляемую мощность, различаются по видам и типам, применяются в установках, расходующих для работы тепло.
Применение нагревательных элементов
Нагревательный элемент, созданный по инновационной технологии с использованием токопроводящей пасты, стал широко применяться в производстве тепловыделяющих устройств. Ниже приведены примеры эффективного использования новых нагревательных элементов для решения технических задач, связанных с тепловыми процессами.
Металлические нагревательные элементы
Металлические нагревательные элементы — это устройства с металлической тепловыделяющей поверхностью. Они используются для равномерного прогрева термопластичных полимеров (полимер, который легко размягчается, не разрушается при плавлении и выдерживает многократное нагревание и охлаждение), например, в процессе вакуумной формовки (производство изделий из термопластичных материалов в горячем виде методом воздействия вакуума или низкого давления воздуха).
Одним из важных этапов технологии вакуумной формовки является необходимость обеспечить равномерный прогрев всего объёма термопластичной полимерной заготовки. Если этого не сделать, то изделие может деформироваться. Для этого процесса наиболее оптимальными и экономичными являются плоские нагреватели на металлическом основании, изготовленные по плёночной технологии с использованием токопроводящих паст.
Металл обладает высокой теплопроводностью, поэтому такие электронагреватели идеально подходят для вакуумной формовки. Они позволяют моментально реагировать на изменение мощности, обеспечивая равномерный поток тепла по всей поверхности заготовки и существенно сокращая время цикла обработки пресс-формы.
Другим примером металлических нагревательных элементов являются устройства для ультразвуковой ванны (устройство для создания кавитации в жидкости, налитой в ванну. Обычно применяется для ультразвуковой очистки твёрдых тел в моющих растворах). Большинство таких установок имеют встроенные нагреватели, необходимые для поддержания нужной температуры чистящего раствора. Температура раствора влияет на механизм кавитации (физический процесс образования разрывов, то есть пузырьков (пустот) в жидкостях в результате местного понижения давления) и другие свойства жидкости.
Максимальные размеры плоских нагревательных элементов нового вида составляют 300 х 200 мм. Для создания греющей поверхности больших размеров применяют модульную сборку из нескольких термоэлементов. При модульном монтаже необходимо учитывать параметры расширения металла (физическая величина, характеризующая относительное изменение объёма или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1 К при постоянном давлении) при нагреве, чтобы предотвратить разрушение конструкции. Крепление плоских нагревателей осуществляется с помощью теплопроводящей пасты или болтов.
Для повышения эффективности теплоотдачи тепловыделяющей поверхности обратную сторону металлического термоэлемента экранируют теплоизолирующим материалом (основной особенностью теплоизоляционных материалов является их высокая пористость и, следовательно, малая плотность и низкая теплопроводность). Это позволяет повысить КПД ещё на 15–20% от заданной характеристики.
Нагревательные элементы на керамике
Нагревательные элементы на керамике состоят из керамической подложки (поверхность, служащая основой для покрытия чего либо) с нанесённым на неё резистивным слоем. Когда через этот слой проходит электрический ток, он преобразуется в тепло.
Сравнительная характеристика тепловыделяющих поверхностей керамических Тэнов с нагревателями на металлической основе свидетельствуют о хороших характеристиках. По сравнению с нагревателями на металлической основе, керамические нагревательные элементы обладают отличными техническими характеристиками.
Ещё одним примером успешного применения керамических нагревательных элементов может быть их использование для высокотемпературного нагрева деталей с небольшой рабочей поверхностью. В этом случае термоэлементы изготавливаются из керамики толщиной 1 мм с высокой теплопроводностью. Устройства приклеиваются к металлической плоскости теплопроводным клеем (клейкое вещество, в состав которого включены частицы, обладающие большей теплопроводностью, чем воздух), а плоскость крепится к поверхности нагреваемого предмета тем же клеем. Такая конструкция обеспечивает эффективную передачу тепла во время точечного нагрева рабочей платформы.
Режим работы может быть постоянным, переменным или импульсным, а рабочая поверхность детали может подвергаться сильной механической вибрации (механические вибрации - колебания твёрдых тел).
Керамические нагреватели широко используются в микроэлектронике, радиоаппаратуре и производстве медицинских инструментов, где требуется надёжное и компактное устройство.
Плёночные нагревательные элементы
Пленочные нагреватели - это устройства, которые отдают тепло. На плёнку, толщина которой составляет примерно 0,15–0,5 мм, нанесён слой сопротивления.
Гибкие плёночные нагреватели завоевали популярность в современном мире. Они успешно применяются в различных отраслях и повседневной жизни. Термоэлемент можно приспособить практически к любой форме, занимая при этом минимум места. Поэтому он незаменим при разработке и производстве специального оборудования для работы в суровых зимних условиях нашей страны.
Способы крепления гибких нагревателей имеют свою особенность. Например, фольгированные элементы крепятся к нагреваемой поверхности с помощью специального клея. Важно, чтобы нагреватель был плотно прижат к обогреваемой поверхности, чтобы не образовывались пузырьки воздуха. Воздух плохо проводит тепло, поэтому тепло, выделяемое нагревательным элементом, будет скапливаться в точке свободного контакта, что может привести к выгоранию токопроводящей дорожки при длительном использовании.
Нагревательный элемент плёнка выдерживает температуру нагрева до 90 °С. Поэтому важно обеспечить хороший отвод тепла (отдача избыточного тепла), например, путём плотного контакта с теплопоглощающей поверхностью устройства.
Нагревательные элементы на основе токопроводящей пасты
Нагревательные элементы на основе токопроводящей пасты — это тонкие и высокоэффективные нагреватели с низкой инерционностью и равномерным тепловым потоком.
Токопроводящая паста — это порошкообразная смесь, которая используется при производстве резистивных дорожек нагревательных элементов методом шелкографии (вид трафаретной печати, в которой изображение наносится токопроводящей пастой на сетку из шёлка или другой прочной ткани, натянутой на рамку). Эти дорожки могут иметь различное удельное сопротивление.
Технология изготовления нагревательного элемента заключается в следующем. Эскиз (рисунок, предварительный набросок, фиксирующий замысел, сооружения, механизма или отдельной его части) будущего контура цепи электрического сопротивления наносится на подложку с помощью токопроводящей пасты. Получившаяся токопроводящая дорожка надёжно отделена как от основы, так и от окружающей среды, выдерживая пробивное напряжение более 1200 В.
