RU230865U1 - Shungite electric heating element for heating equipment - Google Patents
Shungite electric heating element for heating equipment Download PDFInfo
- Publication number
- RU230865U1 RU230865U1 RU2024122699U RU2024122699U RU230865U1 RU 230865 U1 RU230865 U1 RU 230865U1 RU 2024122699 U RU2024122699 U RU 2024122699U RU 2024122699 U RU2024122699 U RU 2024122699U RU 230865 U1 RU230865 U1 RU 230865U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shungite
- electric heating
- heating element
- base
- electric
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 86
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 title claims abstract description 64
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000012799 electrically-conductive coating Substances 0.000 claims description 5
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims description 3
- 239000000565 sealant Substances 0.000 claims description 3
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 239000005445 natural material Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000282461 Canis lupus Species 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N anthracen-1-ylmethanolate Chemical compound C1=CC=C2C=C3C(C[O-])=CC=CC3=CC2=C1 RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003830 anthracite Substances 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000011044 quartzite Substances 0.000 description 1
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель относится к области электротехники, а именно к неметаллическим электронагревательным элементам, и предназначена для использования в конструкциях обогревателей, конвекторов и\или радиаторов для отопления жилых, передвижных и промышленных помещений. Шунгитовый электронагревательный элемент для отопительного оборудования включает основание (1), выполненное на основе электропроводящего шунгита с возможностью подключения к источнику электрического тока, и тепловую изоляцию (2), при этом основание (1) выполнено в виде пластины из цельного среднеуглеродистого шунгита, а тепловая изоляция (2) выполнена из высокотемпературной смеси. Технический результат полезной модели заключается в повышении стойкости шунгитового электронагревательного элемента для отопительного оборудования к воздействию высоких температур до 600°С. 6 з.п. ф-лы, 4 ил. The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to non-metallic electric heating elements, and is intended for use in the designs of heaters, convectors and/or radiators for heating residential, mobile and industrial premises. The shungite electric heating element for heating equipment includes a base (1) made on the basis of electrically conductive shungite with the possibility of connection to a source of electric current, and thermal insulation (2), wherein the base (1) is made in the form of a plate of solid medium-carbon shungite, and the thermal insulation (2) is made of a high-temperature mixture. The technical result of the utility model consists in increasing the resistance of the shungite electric heating element for heating equipment to the effects of high temperatures up to 600°C. 6 clauses, 4 figs.
Description
[01] Область техники[01] Field of technology
[02] Полезная модель относится к области электротехники, а именно к неметаллическим электронагревательным элементам, и предназначена для использования в конструкциях обогревателей, конвекторов и\или радиаторов для отопления жилых, передвижных и промышленных помещений.[02] The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to non-metallic electric heating elements, and is intended for use in the construction of heaters, convectors and/or radiators for heating residential, mobile and industrial premises.
[03] Уровень техники[03] State of the Art
[04] Широко известны керамические нагревательные элементы типа РТС, NTC, используемые в различных устройствах. В настоящее время такие нагревательные элементы применяют в конвекторах с принудительным обдувом, теплопушках, где их размещают между металлическими пластинами воздушного обогревателя. При этом керамические нагревательные элементы не обеспечивают достаточный обогрев металлических секций отопительного оборудования большого размера, так как имеют температурные ограничения. Также керамические нагревательные элементы достаточно хрупкие, в следствие чего быстро приходят в неработоспособное состояние в результате механического воздействия. К тому же изготовление керамических нагревательных элементов в виде пластин с необходимыми параметрами является сложным и трудоемким процессом, требующим также нанесения дорогостоящего электроконтактного покрытия.[04] Ceramic heating elements of the PTC and NTC types are widely known and are used in various devices. Currently, such heating elements are used in forced-air convectors, heat guns, where they are placed between the metal plates of the air heater. However, ceramic heating elements do not provide sufficient heating of large metal sections of heating equipment, as they have temperature limitations. Ceramic heating elements are also quite fragile, as a result of which they quickly become inoperative as a result of mechanical impact. In addition, the manufacture of ceramic heating elements in the form of plates with the required parameters is a complex and labor-intensive process, which also requires the application of an expensive electrocontact coating.
[05] Известны электропроводящая композиция, описанная в патенте на изобретение № 2653176, 07.05.2018 г., которая включает порошок шунгита, а также способ изготовления нагревательных элементов на ее основе. Используемая электропроводящая композиция имеет ряд недостатков, так как порошок шунгита смешивают с дорогостоящими пленкообразующими связующими, растворителями и отвердителями. Также при сильном нагреве образованная тонкая пленка, расположенная на диэлектрической подложке, может легко растрескаться, что станет причиной отсутствия контакта. Другим существенным недостатком является сложность производства электронагревательного элемента из указанной композиции, при которой требуется поочередное нанесение слоев указанной электропроводящей композиции.[05] A conductive composition described in patent for invention No. 2653176, 07.05.2018, is known, which includes shungite powder, as well as a method for manufacturing heating elements based on it. The used conductive composition has a number of disadvantages, since shungite powder is mixed with expensive film-forming binders, solvents and hardeners. Also, when strongly heated, the formed thin film located on the dielectric substrate can easily crack, which will cause a lack of contact. Another significant disadvantage is the complexity of producing an electric heating element from the said composition, which requires alternate application of layers of the said conductive composition.
[06] Из уровня техники также известен шунгитовый нагревательный элемент, описанный в патенте РФ на ИМ RU64463, 27.06.2007. Данный шунгитовый нагревательный элемент представляет собой плиту из шунгита, встроенную в нагреватель нестандартной конструкции. При этом указанный шунгитовый нагревательный элемент выполняет лишь функцию экрана (излучателя), у которого отсутствует возможность подключения к источнику электрического тока.[06] The prior art also includes a shungite heating element described in the Russian Federation patent for IM RU64463, 27.06.2007. This shungite heating element is a shungite plate built into a non-standard design heater. At the same time, the said shungite heating element only functions as a screen (emitter), which does not have the ability to be connected to a source of electric current.
[07] Таким образом, существует потребность в производстве неметаллического электронагревательного элемента для стандартного отопительного оборудования, обеспечивающего не только высокие показатели теплоотдачи, но и простоту изготовления.[07] Thus, there is a need to produce a non-metallic electric heating element for standard heating equipment that provides not only high heat transfer rates, but also ease of manufacture.
[08] Наиболее близким аналогом заявленного технического решения является шунгитовый электронагревательный элемент, представленный в патенте РФ на ПМ RU54708, 10.07.2006 г. Шунгитовый электронагревательный элемент включает основание, выполненное из электропроводной смеси на основе электропроводящего шунгита с возможностью подключения к источнику электрического тока, и тепловую изоляцию.[08] The closest analogue of the claimed technical solution is the shungite electric heating element, presented in the Russian Federation patent PM RU54708, 10.07.2006. The shungite electric heating element includes a base made of an electrically conductive mixture based on electrically conductive shungite with the ability to be connected to a source of electric current, and thermal insulation.
[09] Недостатком указанного устройства является то, что его основание выполнено из электропроводной смеси, которая состоит из жидкого стекла, инертного наполнителя и непосредственно шунгита, что может привести к разрушению электронагревательного элемента в процессе его эксплуатации при нагреве до высоких температур (максимальная температура нагрева электронагревательного элемента из указанной электропроводной смеси составляет 400°С). Также в конструкции данного электронагревательного элемента основание из электропроводной смеси на основе электропроводящего шунгита не имеет прямого контакта с металлическими элементами (секциями) отопительного оборудования, что может привести к снижению теплоотдачи от электронагревательного элемента.[09] The disadvantage of this device is that its base is made of an electrically conductive mixture consisting of liquid glass, an inert filler and shungite itself, which can lead to the destruction of the electric heating element during its operation when heated to high temperatures (the maximum heating temperature of the electric heating element made of this electrically conductive mixture is 400°C). Also, in the design of this electric heating element, the base made of an electrically conductive mixture based on electrically conductive shungite does not have direct contact with the metal elements (sections) of the heating equipment, which can lead to a decrease in heat transfer from the electric heating element.
[010] Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является недостаточно высокие технические характеристики известных шунгитовых электронагревательных элементов, предназначенных для использования в конструкции отопительного оборудования.[010] Thus, the technical problem that the claimed utility model is aimed at solving is the insufficiently high technical characteristics of known shungite electric heating elements intended for use in the design of heating equipment.
[011] Раскрытие сущности полезной модели[011] Disclosure of the essence of the utility model
[012] Технический результат полезной модели заключается в повышении стойкости шунгитового электронагревательного элемента для отопительного оборудования к воздействию высоких температур до 600°С.[012] The technical result of the utility model consists in increasing the resistance of the shungite electric heating element for heating equipment to the effects of high temperatures up to 600°C.
[013] Под стойкостью устройства следует понимать способность сохранять функциональные свойства при заданных условиях.[013] The durability of a device should be understood as the ability to maintain functional properties under given conditions.
[014] Дополнительными преимуществами полезной модели является низкое количество потребляемой электроэнергии отопительным оборудованием, конструкция которого включает заявленный шунгитовый электронагревательный элемент, а также простота изготовления электронагревательного элемента.[014] Additional advantages of the utility model include the low amount of electricity consumed by the heating equipment, the design of which includes the declared shungite electric heating element, as well as the ease of manufacturing the electric heating element.
[015] Указанный технический результат достигается за счет того, что шунгитовый электронагревательный элемент для отопительного оборудования включает основание, выполненное на основе электропроводящего шунгита с возможностью подключения к источнику электрического тока, и тепловую изоляцию, при этом основание выполнено в виде пластины из цельного среднеуглеродистого шунгита, а тепловая изоляция выполнена из высокотемпературной смеси.[015] The specified technical result is achieved due to the fact that the shungite electric heating element for heating equipment includes a base made from electrically conductive shungite with the possibility of connecting to a source of electric current, and thermal insulation, wherein the base is made in the form of a plate of solid medium-carbon shungite, and the thermal insulation is made from a high-temperature mixture.
[016] В частных случаях реализации полезной модели:[016] In particular cases of implementation of the utility model:
[017] - контактная поверхность основания содержит электропроводящее покрытие,[017] - the contact surface of the base contains an electrically conductive coating,
[018] - в качестве высокотемпературной смеси использован высокотемпературный силикатный герметик,[018] - a high-temperature silicate sealant was used as a high-temperature mixture,
[019] - высокотемпературная смесь содержит включения кварцевого песка и/или стекловолокна,[019] - the high-temperature mixture contains inclusions of quartz sand and/or glass fiber,
[020] - размер сторон основания составляет от 7,0 до 15,0 мм, [021] - содержание углерода в сред неуглерод истом шунгите составляет от 29,0 до 70,0 мас. %,[020] - the size of the base sides is from 7.0 to 15.0 mm, [021] - the carbon content in medium-carbon shungite is from 29.0 to 70.0 wt. %,
[022] - толщина основания в виде пластины составляет от 2,0 мм до 10,0 мм.[022] - the thickness of the plate base is from 2.0 mm to 10.0 mm.
[023] Шунгит, используемый для изготовления заявленного электронагревательного элемента, является природным материалом и обладает уникальным химическим составом, обеспечивающим высокие теплопроводные свойства выполненного на его основе электронагревательного элемента. Как известно из уровня техники, шунгит представляет собой докембрийскую горную породу, занимающую промежуточное положение между графитом и антрацитом. За проводящую способность шунгита отвечают графеновые пачки, собирающиеся в более крупные глобулы, далее образующие крупные проводящие слои между непроводящими включениями, состоящими, как правило, из кварца [И.В. Антонец, Е.А. Голубев, В.Г. Шавров, В.И. Щеглов. ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ ШУНГИТА НА ЕГО ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИЕ СВОЙСТВА //ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ, ISSN 1684-1719, - 2017. - №. 5. - С. 4]. Шунгитовый углерод содержит фуллереноподобные регулярные структуры в количестве от 0,0001 до 0,001 мас. %. Шунгит обладает следующими свойствами: коэффициент электропроводности - (1-3)×103 См/м; коэффициент теплопроводности - 3,8 Вт/м⋅К, среднее значение коэффициента теплового расширения в интервале температур от +20 до +600°С - 12⋅10-6K-1, теплотворная способность - 7500 ккал/кг.[https://ru.wikipedia.org/wiki/шунгит].[023] Shungite, used for the manufacture of the claimed electric heating element, is a natural material and has a unique chemical composition, providing high thermal conductivity properties of the electric heating element made on its basis. As is known from the state of the art, shungite is a Precambrian rock, occupying an intermediate position between graphite and anthracite. The conductivity of shungite is due to graphene packs, which are collected into larger globules, then form large conductive layers between non-conductive inclusions, consisting, as a rule, of quartz [I.V. Antonets, E.A. Golubev, V.G. Shavrov, V.I. Shcheglov. INFLUENCE OF STRUCTURAL PARAMETERS OF SHUNGITE ON ITS ELECTRICALLY CONDUCTIVE PROPERTIES // JOURNAL OF RADIO ELECTRONICS, ISSN 1684-1719, - 2017. - No. 5. - P. 4]. Shungite carbon contains fullerene-like regular structures in an amount from 0.0001 to 0.001 wt. %. Shungite has the following properties: electrical conductivity coefficient - (1-3) × 10 3 S/m; thermal conductivity coefficient - 3.8 W/m⋅K, average value of the coefficient of thermal expansion in the temperature range from +20 to +600 °C - 12⋅10 -6 K -1 , calorific value - 7500 kcal/kg. [https://ru.wikipedia.org/wiki/шунгит].
[024] Среднеуглеродистый шунгит, используемый в заявленном техническом решении для изготовления основания в виде пластины из цельного его кусочка, содержит углерод в количестве от 29,0 до 70,0 мас. %, то есть относится к классическому типу шунгита (шунгит II или шунгит III) [И.В. Антонец, Е.А. Голубев, В.Г. Шавров, В.И. Щеглов. ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ ШУНГИТА НА ЕГО ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИЕ СВОЙСТВА //ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ, ISSN 1684-1719, 2017. №. 5. С. 11], [Филиппов М.М. Шунгитоносные породы Онежской структуры. // Петрозаводск: Карельский НЦ РАН, - 2002. - С. 30-35]. Углеродная составляющая и ее распределение в минеральной матрице обеспечивают высокие показатели электропроводности нагревательного элемента. При указанном содержании углерода содержание силикатной кварцитовой матрицы в виде оксида кремения (SiO2) в среднеуглеродистом шунгите составляет значительную часть, что повышает его стойкость, предотвращая разрушение электронагревательного элемента при воздействии высоких температур (до 600°С).[024] Medium-carbon shungite used in the claimed technical solution for the manufacture of a base in the form of a plate from a solid piece of it contains carbon in an amount from 29.0 to 70.0 wt. %, that is, it belongs to the classical type of shungite (shungite II or shungite III) [I.V. Antonets, E.A. Golubev, V.G. Shavrov, V.I. Shcheglov. INFLUENCE OF STRUCTURAL PARAMETERS OF SHUNGITE ON ITS ELECTRICALLY CONDUCTIVE PROPERTIES // JOURNAL OF RADIO ELECTRONICS, ISSN 1684-1719, 2017. No. 5. P. 11], [Filippov M.M. Shungite-bearing rocks of the Onega structure. // Petrozavodsk: Karelian Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, - 2002. - P. 30-35]. The carbon component and its distribution in the mineral matrix provide high electrical conductivity of the heating element. With the specified carbon content, the content of silicate quartzite matrix in the form of silicon oxide (SiO2) in medium-carbon shungite is a significant part, which increases its resistance, preventing the destruction of the electric heating element when exposed to high temperatures (up to 600 °C).
[025] Наличие тепловой изоляции из высокотемпературного материала, нанесенной по периметру основания электронагревательного элемента, способствует сохранению и концентрации полученного тепла от прохождения электрического тока внутри основания из шунгита и передаче большей части тепла (до 95-98%) непосредственно металлическим элементам отопительного оборудования через контактную поверхность электронагревательного элемента. К тому же наличие указанной тепловой изоляции, выполненной из высокотемпературной смеси, дополнительно способствует стойкости нагревательного элемента к воздействию высоких температур до 600°С.[025] The presence of thermal insulation made of high-temperature material applied along the perimeter of the base of the electric heating element helps to preserve and concentrate the heat obtained from the passage of electric current inside the shungite base and transfer most of the heat (up to 95-98%) directly to the metal elements of the heating equipment through the contact surface of the electric heating element. In addition, the presence of the said thermal insulation made of a high-temperature mixture additionally contributes to the resistance of the heating element to the effects of high temperatures up to 600°C.
[026] Электронагревательный элемент в соответствии с заявленной полезной моделью содержит плоское основание в виде пластины из цельного (монолитного) шунгита толщиной, предпочтительно, от 2,0 мм до 10,0 мм. Форма электронагревательного элемента в виде пластины обеспечивает равномерное распределение и передачу тепла. Указанная предпочтительная толщина электронагревательного элемента обеспечивает высокую скорость его нагрева, более низкое электрическое сопротивление по сравнению с нагревательным элементом большей толщины, а также возможность расположения электронагревательного элемента между стандартными секциями отопительного оборудования, в частности, конвектора или радиатора. При толщине пластины менее 2,00 мм повышается риск повреждения электронагревательного элемента в результате внешнего механического воздействия, к тому же элемент толщиной менее 2,0 мм будет обладать недостаточной тепловой емкостью.[026] The electric heating element in accordance with the claimed utility model comprises a flat base in the form of a plate made of solid (monolithic) shungite with a thickness of, preferably, from 2.0 mm to 10.0 mm. The shape of the electric heating element in the form of a plate ensures uniform distribution and transfer of heat. The said preferred thickness of the electric heating element ensures a high heating rate, lower electrical resistance compared to a heating element of greater thickness, as well as the possibility of arranging the electric heating element between standard sections of heating equipment, in particular, a convector or radiator. With a plate thickness of less than 2.00 mm, the risk of damage to the electric heating element as a result of external mechanical impact increases, in addition, an element less than 2.0 mm thick will have insufficient thermal capacity.
[027] Краткое описание чертежей[027] Brief description of drawings
[028] Полезная модель поясняется фигурами, где[028] The utility model is illustrated by figures, where
[029] на фиг. 1 представлен вид сверху заявленного шунгитового электронагревательного элемента,[029] Fig. 1 shows a top view of the claimed shungite electric heating element,
[030] на фиг. 2 представлен вид сбоку в разрезе заявленного шунгитового электронагревательного элемента,[030] Fig. 2 shows a side view in section of the claimed shungite electric heating element,
[031] на фиг. 3 представлено фотоизображение заявленного шунгитового электронагревательного элемента без электропроводящего покрытия,[031] Fig. 3 shows a photographic image of the claimed shungite electric heating element without an electrically conductive coating,
[032] на фиг. 4 представлено фотоизображение шунгитовых электронагревательных элементов, содержащих электропроводящее покрытие на контактной поверхности основания.[032] Fig. 4 shows a photographic image of shungite electric heating elements containing an electrically conductive coating on the contact surface of the base.
[033] Элементы обозначены на фигуре следующими позициями:[033] The elements are designated on the figure by the following positions:
1 основание;1 base;
2 тепловая изоляция;2 thermal insulation;
3 - электропроводящее покрытие.3 - conductive coating.
[034] Осуществление полезной модели[034] Implementation of a utility model
[035] Заявленный шунгитовый электронагревательный элемент состоит из плоского основания (1), выполненного из цельного (монолитного) природного минерала средне углеродисто го шунгита (не элитный, классический шунгит II или шунгит III) с содержанием углерода (С) от 29,0 до 70,0 мас. %, и тепловой изоляции (2) (фиг. 1).[035] The claimed shungite electric heating element consists of a flat base (1) made of a solid (monolithic) natural mineral of medium-carbon shungite (not elite, classic shungite II or shungite III) with a carbon content (C) from 29.0 to 70.0 wt. %, and thermal insulation (2) (Fig. 1).
[036] Предпочтительно использовать шунгит, добываемый на Зажогинском месторождении и Прионежье республики Карелия Российской Федерации, имеющий следующий химический состав (мас. %): SiO2 - 57,0 - 57,5; С - 29,0 - 30,0; Al2O3 - 4,0; H2O (крист.) - 1,7 - 2,3; K2O -1,5; Fe2O3 - 1,49 - 2,5; MgO - 1,1 - 1,2; S -1,1 - 1,2; CaO -0,3 - 0,6; TiO2 -0,2; Na2O - 0,2; MnO - 0,15.[036] It is preferable to use shungite mined at the Zazhoginskoye deposit and Prionezhye in the Republic of Karelia, Russian Federation, which has the following chemical composition (wt. %): SiO 2 - 57.0 - 57.5; C - 29.0 - 30.0; Al 2 O 3 - 4.0; H 2 O (cryst.) - 1.7 - 2.3; K 2 O -1.5; Fe 2 O 3 - 1.49 - 2.5; MgO - 1.1 - 1.2; S -1.1 - 1.2; CaO -0.3 - 0.6; TiO 2 -0.2; Na 2 O - 0.2; MnO - 0.15.
[037] Основание (1) из цельного среднеуглеродистого шунгита выполнено в виде пластины в форме квадрата или другой геометрической фигуры с размером сторон от 7,0 мм до 15,0 мм и толщиной от 2,0 мм до 10,0 мм. Предпочтительный размер сторон электронагревательного элемента, выполненного в форме квадрата, составляет 10,0 мм. Предпочтительный размер толщины основания (1) электронагревательного элемента для отопительного оборудования в виде стального конвектора составляет от 5,0 до 10,0 мм, а для отопительного оборудования, выполненного из цветных металлов, в частности, алюминиевого или медного конвектора - от 2,0 до 5,0 мм.[037] The base (1) made of solid medium-carbon shungite is made in the form of a plate in the shape of a square or other geometric figure with the size of the sides from 7.0 mm to 15.0 mm and the thickness from 2.0 mm to 10.0 mm. The preferred size of the sides of the electric heating element made in the shape of a square is 10.0 mm. The preferred size of the thickness of the base (1) of the electric heating element for heating equipment in the form of a steel convector is from 5.0 to 10.0 mm, and for heating equipment made of non-ferrous metals, in particular, an aluminum or copper convector - from 2.0 to 5.0 mm.
[038] По периметру основания (1) электронагревательного элемента, то есть по его боковым сторонам, нанесена тепловая изоляция (теплорубашка) (2), выполненная из высокотемпературной смеси. Указанная высокотемпературная смесь представляет собой отвердевшую смесь высокотемпературного силикатного герметика, используемого для печей (например, марки PENOSIL производства Wolf Group, Эстония). Данная смесь может дополнительно содержать включения кварцевого песка или стекловолокна в целях повышения прочности и улучшения изоляционных характеристик. Указанная смесь наносится на боковые стороны основания (1) электронагревательного элемента в жидком пастообразном состоянии с последующим затвердеванием. Толщина тепловой изоляции (2) соответствует толщине основания (1) электронагревательного элемента и может составлять от 2,0 до 10,0 мм, высота слоя тепловой изоляции (2) может составлять от 2,0 до 5,0 мм по периметру основания (1) электронагревательного элемента (фиг. 2).[038] Thermal insulation (heat jacket) (2) made of a high-temperature mixture is applied along the perimeter of the base (1) of the electric heating element, i.e. along its lateral sides. The said high-temperature mixture is a hardened mixture of a high-temperature silicate sealant used for furnaces (for example, the PENOSIL brand manufactured by Wolf Group, Estonia). This mixture may additionally contain inclusions of quartz sand or fiberglass in order to increase strength and improve the insulating characteristics. The said mixture is applied to the lateral sides of the base (1) of the electric heating element in a liquid paste-like state with subsequent hardening. The thickness of the thermal insulation (2) corresponds to the thickness of the base (1) of the electric heating element and may be from 2.0 to 10.0 mm, the height of the thermal insulation layer (2) may be from 2.0 to 5.0 mm along the perimeter of the base (1) of the electric heating element (Fig. 2).
[039] Контактные (торцевые) поверхности основания (1) электронагревательного элемента могут содержать электропроводящее покрытие (3) в виде слоя металла, которое может быть нанесено как гальваническим способом, так и натиранием металла о поверхность (фиг. 4).[039] The contact (end) surfaces of the base (1) of the electric heating element may contain an electrically conductive coating (3) in the form of a metal layer, which may be applied either by galvanic means or by rubbing the metal against the surface (Fig. 4).
[040] Шунгитовые электронагревательные элементы в соответствии с заявленной полезной моделью можно изготавливать как вручную, так и на автоматизированных производственных линиях.[040] Shungite electric heating elements in accordance with the declared utility model can be manufactured both manually and on automated production lines.
[041] Заявленное устройство можно использовать в различном отопительном оборудовании (конвекторе, радиаторе, обогревателе) как при самостоятельной сборке, так и при промышленном производстве указанного оборудования. Для этого заявленный шунгитовый электронагревательный элемент зажимают между секциями отопительного оборудования в виде металлических труб, полос или пластин, состоящих из алюминия, меди или сплава металлов (стали). Секции стягивают общими изолированными шпильками по всей длине оборудования. К крайним секциям подают неопасное низковольтное постоянное или переменное напряжение от 1 В и более и ток от 3 А и более от регулируемого источника питания, после чего осуществляется нагрев шунгитовых электронагревательных элементов, которые в свою очередь передают тепло металлическим элементам отопительного оборудования. При этом заявленный электронагревательный элемент в виде пластины небольшого размера толщиной от 2,0 до 10,0 мм отдает большое количество тепла за счет уникальных электропроводящих свойств шунгита (коэффициент электропроводности - (1-3)×103 См/м; коэффициент теплопроводности - 3,8 Вт/м⋅К, среднее значение коэффициента теплового расширения в интервале температур от +20 до +600°С-12⋅10-6 К-1, теплотворная способность - 7500 ккал/кг). Электрическое соединение секций может быть последовательным, параллельным и последовательно-параллельным. При параллельном подключении питание составляет до 5 В, при последовательном - от 12 В. Потребление тока будет зависеть от напряжения и общего сопротивления. Простая регулировка напряжением или током блока питания и\или терморегулятора дает возможность постоянного поддержания необходимой температуры. Источником электроэнергии могут быть любые блоки питания, понижающие и повышающие трансформаторы, химические и солнечные батареи, аккумуляторы, ветрогенераторы, низковольтные генераторы, дизельные и бензогенераторы, преобразователи, переводящие высоковольтное напряжение в низковольтный ток.[041] The claimed device can be used in various heating equipment (convector, radiator, heater) both in self-assembly and in industrial production of the said equipment. For this, the claimed shungite electric heating element is clamped between sections of the heating equipment in the form of metal pipes, strips or plates consisting of aluminum, copper or metal alloy (steel). The sections are pulled together with common insulated pins along the entire length of the equipment. A safe low-voltage direct or alternating voltage of 1 V or more and a current of 3 A or more from an adjustable power source are supplied to the extreme sections, after which the shungite electric heating elements are heated, which in turn transfer heat to the metal elements of the heating equipment. At the same time, the declared electric heating element in the form of a small plate with a thickness of 2.0 to 10.0 mm gives off a large amount of heat due to the unique electrically conductive properties of shungite (electrical conductivity coefficient - (1-3) × 10 3 S/m; thermal conductivity coefficient - 3.8 W/m⋅K, the average value of the thermal expansion coefficient in the temperature range from +20 to +600 ° C is 12⋅10 -6 K -1 , calorific value is 7500 kcal/kg). The electrical connection of the sections can be series, parallel and series-parallel. With a parallel connection, the power supply is up to 5 V, with a series connection - from 12 V. Current consumption will depend on the voltage and total resistance. Simple voltage or current adjustment of the power supply and / or thermostat makes it possible to constantly maintain the required temperature. The source of electricity can be any power supply units, step-down and step-up transformers, chemical and solar batteries, accumulators, wind generators, low-voltage generators, diesel and gasoline generators, converters that convert high-voltage voltage into low-voltage current.
[042] Отопительное оборудование, в конструкции которого использованы заявленные нагревательные элементы, с высокой скоростью разогревается до необходимой температуры. Максимальная рабочая температура нагрева шунгитового электронагревательного элемента составляет 600°С. В отопительном оборудовании может быть использовано несколько заявленных нагревательных элементов, при этом рекомендованное количество электронагревательных элементов на секцию отопительного оборудования - 2 штуки. Чем больше электронагревательных элементов использовано в отопительном оборудовании, тем меньше будет количество затраченной электроэнергии.[042] Heating equipment, in the design of which the declared heating elements are used, heats up to the required temperature at a high speed. The maximum operating temperature of the shungite electric heating element is 600°C. Several declared heating elements can be used in the heating equipment, while the recommended number of electric heating elements per section of the heating equipment is 2 pieces. The more electric heating elements are used in the heating equipment, the less will be the amount of electricity consumed.
[043] Ниже представлены экспериментальные данные, полученные в результате использования отопительного оборудования, конструкция которого включает заявленные шунгитовые электронагревательные элементы, а также ближайшего аналога.[043] Below are presented experimental data obtained as a result of using heating equipment, the design of which includes the declared shungite electric heating elements, as well as the closest analogue.
[044] Пример 1. В конструкции алюминиевого конвектора использовали заявленные шунгитовые электронагревательные элементы в форме квадрата толщиной 2,0 мм и длиной сторон 9,0 мм в количестве 2-х штук на секцию стандартного размера 500 х 500 мм. Содержание углерода в шунгите - 70,0 мас. %. Указанное оборудование нагревали до температуры 70°С (температура, измеренная на выходе потока воздуха в верхней точке), при этом нагрев электронагревательных элементов достигал 120°С Время нагрева составило 4 минуты. Начальная средняя температура в помещении составляла 18°С. Потребление электроэнергии составило 200-250 Вт.Повреждений шунгитовых электронагревательных элементов выявлено не было.[044] Example 1. The design of the aluminum convector used the declared shungite electric heating elements in the form of a square with a thickness of 2.0 mm and a side length of 9.0 mm in the amount of 2 pieces per section of standard size 500 x 500 mm. The carbon content in shungite is 70.0 wt.%. The specified equipment was heated to a temperature of 70°C (the temperature measured at the air flow outlet at the top point), while the heating of the electric heating elements reached 120°C. The heating time was 4 minutes. The initial average temperature in the room was 18°C. Electric power consumption was 200-250 W. No damage to the shungite electric heating elements was detected.
[045] Пример 2. В конструкции стального конвектора использовали заявленные шунгитовые нагревательные элементы толщиной 7,0 мм и длиной сторон 12,0 мм в количестве 2-х штук на секцию стандартного размера 500 х 550 мм. Содержание углерода в шунгите - 50,0 мас. %. Указанное оборудование нагревали до температуры 70°С (температура, измеренная на выходе потока воздуха в верхней точке), при этом нагрев электронагревательных элементов достигал 140°С. Время нагрева составило 7 минут. Средняя температура в помещении до нагрева оборудования составляла 18°С. Потребление электроэнергии составило 250-300 Вт. Повреждений шунгитовых электронагревательных элементов выявлено не было.[045] Example 2. The design of the steel convector used the declared shungite heating elements with a thickness of 7.0 mm and a side length of 12.0 mm in the amount of 2 pieces per section of standard size 500 x 550 mm. The carbon content in shungite is 50.0 wt.%. The specified equipment was heated to a temperature of 70°C (the temperature measured at the air flow outlet at the top point), while the heating of the electric heating elements reached 140°C. The heating time was 7 minutes. The average temperature in the room before heating the equipment was 18°C. Electric power consumption was 250-300 W. No damage to the shungite electric heating elements was detected.
[046] Пример 3. В конструкции медного конвектора использовали заявленные шунгитовые электронагревательные элементы в форме квадрата толщиной 5,0 мм и длиной сторон - 10,0 мм в количестве 2-х штук на секцию стандартного размера 500 х 500 мм. Содержание углерода (С) в шунгите - 29,0 мас. %. Испытания проводили на улице в холодное время при минус 30°С. Указанное оборудование нагревали до температуры 40°С (температура, измеренная на выходе потока воздуха в верхней точке), при этом нагрев электронагревательных элементов достигал 600°С. Время нагрева составило 9 минут. Потребление электроэнергии составило 350-400 Вт.Повреждений шунгитовых электронагревательных элементов выявлено не было.[046] Example 3. The design of the copper convector used the declared shungite electric heating elements in the form of a square with a thickness of 5.0 mm and a side length of 10.0 mm in the amount of 2 pieces per section of the standard size of 500 x 500 mm. The carbon content (C) in shungite is 29.0 wt.%. The tests were carried out outdoors in cold weather at minus 30°C. The specified equipment was heated to a temperature of 40°C (the temperature measured at the air flow outlet at the top point), while the heating of the electric heating elements reached 600°C. The heating time was 9 minutes. The power consumption was 350-400 W. No damage to the shungite electric heating elements was detected.
[047] Пример 4. В конструкции медного конвектора использовали электронагревательные элементы в соответствии с ближайшим аналогом. Содержание углерода (С) в шунгите - 29,0 мас. %. Указанное оборудование нагревали до температуры 30°С (температура, измеренная на выходе потока воздуха в верхней точке), при этом нагрев электронагревательных элементов достигал 400°С. Испытания проводили на улице в холодное время при минус 30°С. Время нагрева составило 20 минут. Потребление электроэнергии составило 600-700 Вт.[047] Example 4. The design of the copper convector used electric heating elements in accordance with the closest analogue. The carbon (C) content in shungite is 29.0 wt.%. The specified equipment was heated to a temperature of 30°C (the temperature measured at the air flow outlet at the top point), while the heating of the electric heating elements reached 400°C. The tests were carried out outdoors in cold weather at minus 30°C. The heating time was 20 minutes. Electricity consumption was 600-700 W.
[048] Таким образом, заявленный шунгитовый электронагревательный элемент обладает стойкостью при нагреве до 600°С по сравнению с ближайшим аналогом (максимальная рабочая температура нагрева 400°С), обеспечивает снижение потребления электроэнергии, а также простоту изготовления указанного элемента из природного материала шунгита.[048] Thus, the claimed shungite electric heating element is resistant to heating up to 600°C compared to the closest analogue (maximum operating heating temperature 400°C), ensures a reduction in electricity consumption, as well as ease of manufacture of the said element from the natural material shungite.
Claims (5)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU230865U1 true RU230865U1 (en) | 2024-12-23 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3176980B2 (en) * | 1992-04-27 | 2001-06-18 | 株式会社リコー | Recording device |
| RU54708U1 (en) * | 2004-07-27 | 2006-07-10 | Анисимов Александр Михайлович | ELECTRIC HEATING INSERT |
| CN1829419A (en) * | 2006-04-13 | 2006-09-06 | 白铁城 | Slow change type refractory ceramics heating material with positive temperature coefficient |
| RU64463U1 (en) * | 2007-01-09 | 2007-06-27 | Павел Петрович Горбенко | GORBENKO HEATER "RA LIGHT" |
| RU2653176C2 (en) * | 2016-08-25 | 2018-05-07 | Вячеслав Борисович Авишев | Electrically conductive composition and method for manufacturing heating panels based on it |
| RU211521U1 (en) * | 2022-01-28 | 2022-06-09 | Вячеслав Борисович Авишев | SHUNGITE ELECTRIC HEATER |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3176980B2 (en) * | 1992-04-27 | 2001-06-18 | 株式会社リコー | Recording device |
| RU54708U1 (en) * | 2004-07-27 | 2006-07-10 | Анисимов Александр Михайлович | ELECTRIC HEATING INSERT |
| CN1829419A (en) * | 2006-04-13 | 2006-09-06 | 白铁城 | Slow change type refractory ceramics heating material with positive temperature coefficient |
| RU64463U1 (en) * | 2007-01-09 | 2007-06-27 | Павел Петрович Горбенко | GORBENKO HEATER "RA LIGHT" |
| RU2653176C2 (en) * | 2016-08-25 | 2018-05-07 | Вячеслав Борисович Авишев | Electrically conductive composition and method for manufacturing heating panels based on it |
| RU211521U1 (en) * | 2022-01-28 | 2022-06-09 | Вячеслав Борисович Авишев | SHUNGITE ELECTRIC HEATER |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102761994A (en) | Nano ceramic electric heating coating device and manufacturing method thereof | |
| CN112203563B (en) | Electric baking tray | |
| RU230865U1 (en) | Shungite electric heating element for heating equipment | |
| JP6301558B2 (en) | Thick film heating element with high thermal conductivity on both sides | |
| CN101067488A (en) | Metal phase change energy storage steam boiler | |
| CN108990187B (en) | Heat radiator with graphene for heat conduction | |
| CN201131062Y (en) | Heating pipe for vitreous enamel electric heating membrane | |
| CN206380107U (en) | A kind of graphene nano carbon pipe refractory ceramics alloy heat generating plate | |
| CN210899660U (en) | MCH ceramic electric heater | |
| RU2561620C1 (en) | Tubular electric heater | |
| CN2712034Y (en) | Electric heating component | |
| CN205864764U (en) | A kind of antioxidation electric heating body | |
| CN201821526U (en) | Carbon fiber liquid heater band | |
| CN207219059U (en) | Electric heater and non-ferrous metal heating system | |
| CN201328474Y (en) | Hair straightener heating board | |
| CN208016028U (en) | A kind of medium-wave infrared heat generating device | |
| CN2240820Y (en) | Electric heating-membrane heater | |
| KR20190140975A (en) | Heating device and its use | |
| US20140238975A1 (en) | Monolithic thermal heating block made from refractory phosphate cement | |
| CN204408654U (en) | A kind of heater and tubular reactor | |
| CN202445835U (en) | Heating chassis and electric kettle | |
| CN208222829U (en) | A kind of highly effective directly-heated LNG reheating system | |
| CN2783687Y (en) | Electric heating pipe with double insulation protection | |
| CN206814830U (en) | A kind of copper coil magnesium reduction jar electromagnetic induction heater of high temperature | |
| CN223452110U (en) | Membrane heating elements and heating equipment |