Основным требованием, предъявляемым к нагревательным устройствам любого типа, является обеспечение по возможности равномерного распределения температуры по нагревающей поверхности и постоянного теплового потока на контактной поверхности теплообмена [1].

В нагревательных устройствах с поверхностно-распределенными резистивными элементами, обычно называемыми пленочными электронагревателями (ПЭН), резистивный элемент в виде сплошной тонкой пленки или определенного узора равномерно покрывает практически всю поверхность устройства, полностью снимая противоречия и обусловленные ими недостатки нагревательных устройств с протяженными элементами. Равномерное распределение резистивного элемента и минимальная разница между температурами нагревающей поверхности и окружающей среды исключают необходимость использования дополнительных устройств для теплообмена с окружающей средой и определяют основные преимущества пленочных нагревателей: ПЭН нагреватели не сжигают кислород, не изменяет влажность; не требуют каких-либо технических воздействий в течение всего срока работы, тем самым исключаются материальные затраты на обслуживание ПЭН-системы нагревания [1-3]. Конструкция очень простая, поэтому ломаться в ней просто не чему; легкий монтаж и демонтаж с возможностью последующей сборки и эксплуатации; полное отсутствие продуктов сгорания и необходимости их отвода; ПЭН функционируют совершенно беззвучно, не выделяя никаких вредных веществ; оборудование не занимает полезной площади, увеличивая рабочие и другие полезные пространства; электромагнитные поля приборов находятся на фоновом уровне и значительно меньше многих бытовых электроприборов; ПЭН нагреватели не боятся перепада напряжения и временного отключения;  быстро нагреваются; высокая производительность (до 15^оС/ч); температурой можно легко управлять [4].

Основными конструктивными частями нагревателя являются: подложка, изготовленная из тонколистового диэлектрического материала или из металлического листа с электроизоляционным покрытием; резистивный электронагревательный функциональный элемент, изготовленный в виде тонкой сплошной или узорчатой пленки; защитная оболочка, изготовленная в виде тонкослойной газонепроницаемой изоляции; контактные электроды, которые через токоподводы подводятся к сети электрического тока (рис. 1).

Подложка может быть выполнена из достаточно прочного и теплопроводящего материала, обеспечивающего целостность конструкции при минимальной инерционности в рабочей области температур. Такими материалами являются тонкие каменные, керамические, стеклянные и ситалловые листы, покрытые стеклоэмалью или другим электроизоляционным слоем, металлические листы толщиной 0,5…0,8 мм, электротехнический картон, асбест, пластмасса и резина [5,6].

Рисунок 1 – Классическая модель ПЭН: 1 – несущий электроизоляционный слой (подложка); 2 – резистивный электронагревательный элемент; 3 – защитный электроизоляционный слой; 4 – контактные электроды

Выбор резистивного материала, предназначенного для формования нагревательного элемента ПЭН, осуществляется в зависимости от ожидаемой рабочей температуры и гибкости нагревателя. Так, в «жестких» ПЭН с высокой рабочей температурой в качестве нагревательного элемента используют вытравленную определенным узором металлическую фольгу или нанесенную на подложку любым способом металлическую пленку. Металлическую фольгу закрепляют на керамическую подложку органической связкой, стеклом или другими связующими материалами. Для нанесения (формования) металлической пленки используют трафаретную печать, вакуумное, воздушно-капельное или плазменное напыление, электролитическое осаждение и т.д. Для фиксации металлической пленки на подложку часто используют метод спекания. Для формования «жестких» нагревательных элементов сравнительно высокотемпературных ПЭН используют также композиции, состоящие из электропроводящих, диэлектрических и связующих компонентов.

В «гибких», сравнительно низкотемпературных ПЭН в качестве нагревательного элемента используют резистивные композиции, содержащие разнородные электропроводящие порошки, органические пленкообразующие и связующие материалы. Подложка и электроизоляционное защитное покрытие таких ПЭН также изготовляются из органических полимерных материалов.

В качестве токоподводов нагревательных элементов ПЭН используют металлические сетки, решетки, проволоку, фольгу, пленку и т.д. Металлические сетки и пленки преимущественно накладывают на резистивный слой через токопроводящую пасту, решетки, фольгу и проволоку – на подложку под резистивной пастой. При нанесении токопроводящей пленки пользуются трафаретной печатью, воздушно-капельным или плазменным напылением, электролитическим осаждением и т.д.

В качестве электроизоляционных защитных материалов нагревательных элементов ПЭН используются стеклоэмали, диэлектрические оксиды, горные породы и глины, органические полимеры, а также материалы самой подложки. Важно, чтобы защитное покрытие, обладая высокими электроизоляционными свойствами и газонепроницаемостью, не содержало токсичных веществ, и было химически пассивным по отношению к резистивному материалу и токоподводам [7].

Применительно к гидросистеме мобильных машин, нами предлагается размещать на внешних поверхностях гидробаков, всасывающих и нагнетательных патрубках ПЭН-элементы, позволяющие эффективно регулировать температуру рабочей жидкости [8]. На рис. 2 представлена возможная конструкция трубчатого поточного электронагревателя.

Рисунок  2 –  Схема трубчатого поточного электронагревателя: 1 – фланец; 2 – токоподводящий хомут; 3 – металлический патрубок; 4 – ПЭН-элемент; 5 – резиновая уплотнительная прокладка; 6 – резистивная пленка; 8 – тонкослойная электроизоляция; 9 – герметизирующая стеклоэмаль

Она содержит металлический патрубок 1, на внешней поверхности которого находится пленочный электронагреватель, который представляет собой тонкослойное изоляционное покрытие 8 и ПЭН-элемент 4. Сверху на ПЭН-элементе – герметизирующая стеклоэмаль 9, увеличивающая безопасность поражения электрическим током и препятствующая попаданию в  нагреватель влаги. Электронагреватель снабжен токопроводящими электродами 2 в виде хомутов из материала с высокой электропроводностью (латунь) и заземляющим выводом.

Подобная конструкция трубчатого поточного электронагревателя может быть реализована, например, на всасывающем патрубке насоса гидросистемы трактора Т-150К. При работе трактора в условиях низких температур окружающей среды рабочая жидкость гидросистемы, находящаяся непосредственно внутри всасывающего патрубка разогревается и поступает в насос, создавая разряжение на «входе» насоса и увлекая за собой «холодную» рабочую жидкость. Кроме того, в процессе циркуляции рабочей жидкости происходит дополнительный ее разогрев, что обеспечивает рациональные условия смазки трущихся поверхностей агрегатов гидросистемы, снижая тем самым их изнашивание.

1. Низкотемпературные электронагреватели в сельском хозяйстве [Текст] / Под общ. ред. Л.С. Герасимович. – Минск: Ураджай, 1984. – 118 c.
2. Рылякин, Е.Г.  Повышение работоспособности гидросистемы трактора терморегулированием рабочей жидкости: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.20.03 / Рылякин Евгений Геннадьевич. – Пенза: ПГСХА, 2007. – 17 с.
3. Власов, П.А. Терморегулирование жидкости гидросистемы [Текст] / П.А. Власов, Е.Г. Рылякин // Сельский механизатор. – 2007. – №6. – С.36.
4. Власов, П.А. Теоретическое обоснование терморегулирования рабочей жидкости в гидросистеме [Текст] / П.А. Власов, Е.Г. Рылякин // Нива Поволжья. – 2008. – №1(6). –  С.25-29.
5. Зубарев, П.А. Производственный процесс получения защитных полиуретановых покрытий [Текст] / П.А. Зубарев, А.В. Лахно, Е.Г. Рылякин // Молодой ученый. – 2014. – №5. – С. 57-59.
6. Лахно, А.В. Восстановление деталей машин из полимерных материалов / А.В. Лахно, Е.Г. Рылякин // Молодой ученый. – 2014. – №8. – С.196-199
7. Рылякин, Е.Г. Повышение работоспособности гидропривода транспортно-технологических машин в условиях низких температур [Текст] / Е.Г. Рылякин, Ю.А. Захаров // Мир транспорта и технологических машин. – № 1 (44). – Январь-Март 2014. – С. 69-72.
8. Курылев, А.В. Увеличение ресурса гидроагрегатов транспортно-технологических машин применением пленочных электронагревателей [Текст] / А.В. Курылев, Е.Г. Рылякин // Актуальные вопросы современной науки. Научный журнал. – № 2 (2). – 2014. – С. 12-14.

Все статьи автора «Рылякин Евгений Геннадьевич»