Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
HEAT-GENERATING ELETRODE AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/152750
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to the production of heat formed other than by combustion. The essence of the invention consists of: a heat-generating electrode in the form of an electrically conducting plate (1), wherein a coating consisting of heat-generating substances and consisting of a layer (2) of a finely divided homogeneous mixture of polycrystalline substances coated with an electrically insulating oxide film (3) is applied to one side of said plate. In the method for manufacturing an electrode, a mixture is produced consisting of (in mass%): magnesium oxide 10-30, rubidium chloride 16-20, cesium chloride 5-15, ferrous oxide 10-14, ferric oxide 10-14 and granite 20-36. The components are ground to a maximum particle size of 50 µm and mixed. The resultant mixture is mixed with water to a paste-like consistency. One layer consisting of the mixture of substances is applied to the surface on one or both sides of the electrode. Spot welding is performed on each layer. Protruding irregularities in the resulting coating are removed. The electrode and the coating are kept in a muffle furnace at 800°С for 2 hours. The electrode coating is calcined so as to form an electrically non-conductive oxide film on the surface. The technical result of the invention consists in improving the performance characteristics.

Inventors:
STEPANENKO, Juriy Mikhaylovich (ul.Tshorsa, 4b-28Chernigov, 14000, UA)
СТЕПАНЕНКО, Юрий Михайлович (ул.Щорса 46, кв. 28 Черниго, Chernigov, 14000, UA)
DETSJURA, Fedor Aleksandrovich (ul. Gorkogo, 17b-32 Chernigov, 14000, UA)
ДЕЦЮРА, Федор Александрович (ул. Горького 176-32, Чернигов, Chernigov, 14000, UA)
ASTAFEV, Viktor Vsevolodovich (ul. Entuziastov, 11/1-158Kiev, 02154, UA)
Application Number:
RU2010/000730
Publication Date:
December 08, 2011
Filing Date:
December 03, 2010
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
OBTSHESTVO S OGRANICHENNOI OTVETSTVENNOSTJU "AB" (ul. Tsentralnaya, 13Ar.p. Sosnovka, Sosnovsky r-, Tambovskaya obl. 0, 393840, RU)
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "АБ" (ул. Центральная 13A, р.п.Сосновка Сосновский р-н, Тамбовская обл, 0 r.p. Sosnovka, 393840, RU)
STEPANENKO, Juriy Mikhaylovich (ul.Tshorsa, 4b-28Chernigov, 14000, UA)
СТЕПАНЕНКО, Юрий Михайлович (ул.Щорса 46, кв. 28 Черниго, Chernigov, 14000, UA)
DETSJURA, Fedor Aleksandrovich (ul. Gorkogo, 17b-32 Chernigov, 14000, UA)
ДЕЦЮРА, Федор Александрович (ул. Горького 176-32, Чернигов, Chernigov, 14000, UA)
International Classes:
H05B7/06; H05B1/00; H05H1/00
Foreign References:
RU98552U1
UA30564U2008-02-25
RU2355953C2
RU2006111328A
Attorney, Agent or Firm:
KUZNETSOV, Aleksandr Ivanovich (ul. Mosfilmovskaya 37/2-7, Moscow, 119330, RU)
Download PDF:
Claims:
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Теплогенерирующий электрод, содержащий вещества для генерирования тепла, отличающийся тем, что электрод вы- полнен в форме электропроводящей пластины, на одну сторону которой нанесено покрытие из теплогенерирующих веществ, со- стоящее из слоя измельченной гомогенной смеси поликристалли- ческих веществ, покрытого электроизолирующей оксидной плен- кой.

2. Электрод, по п.1, отличающийся тем, что и на другую сто- рону пластины нанесено покрытие из теплогенерирующих ве- ществ, состоящее из слоя измельченной гомогенной смеси поли- кристаллических веществ, покрытого электроизолирующей ок- сидной пленкой.

3. Электрод, по пп.1 или 2, отличающийся тем, что пластина выполнена в форме диска.

4. Электрод, по пп.1 или 2, отличающийся тем, что смесь по- ликристаллических веществ состоит из окиси магния, хлорида рубидия, хлорида цезия, закиси железа, окиси железа и гранита.

5. Электрод по п.4, отличающийся тем, что смесь поликри- сталлических веществ имеет следующее соотношение массовых частей компонентов, мас.%:

окись магния 10 - 30

хлорид рубидия 16 - 20

хлорид цезия 5 - 15

закись железа 10 - 14 окись железа 10 - 14

гранита 20 - 36.

6. Способ изготовления теплогенерирующего электрода, включающий формирование состава компонентов смеси теплоге- нерирующих веществ, измельчение веществ до заданного значе- ния размеров частиц и последующее их смешение, отличающий- ся тем, что для приготовления гомогенной смеси веществ для по- крытия электрода, выполненного в форме пластины из электро- проводящего материала, формируют состав компонентов смеси, состоящий из окиси магния, хлорида рубидия, хлорида цезия, за- киси железа, окиси железа и гранита, затем производят измельче- ние каждого компонента до размера частиц не более 50 мкм, по- сле измельчения компоненты направляют на перемешивание при следующем соотношении массовых частей, мас.%:

окись магния 10 - 30

хлорид рубидия 16 - 20

хлорид цезия 5 - 15

закись железа 10 - 14

окись железа 10— 14

гранита 20 - 36,

полученную после перемешивания гомогенную смесь веществ смешивают с водой до пастообразной консистенции, затем на по- верхность с одной или с двух сторон электрода наносят, по меньшей мере, один слой, состоящий из смеси веществ пастооб- разной консистенции, после нанесения производят точечное сва- ривание каждого слоя электрической дугой постоянного тока, механическим путем удаляют отдельные большие выступающие неровности получившегося покрытия, электрод с нанесенным по- крытием выдерживают в муфельной печи при температуре 800 градусов Цельсия в течение 2 часов, после выемки из муфельной печи производят прокаливание покрытия электрода пламенем пропан-бутановой газовой горелки с образованием на поверхно- сти покрытия оксидной непроводящей электрический ток пленки.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщину покры- тия электрода формируют в пределах от 50 до 150 мкм.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед прокалива- нием покрытия электрода производят визуальный осмотр и меха- ническое удаление плохо держащихся участков покрытия.

Description:
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИЙ ЭЛЕКТРОД И СПОСОБ ЕГО

ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Область техники

Изобретение относится к получению тепла, образующегося иначе, чем в процессах горения, и может быть использовано при конструировании и производстве различных нагревательных уст- ройств промышленного и бытового назначения.

Предшествующий уровень техники

Из технического решения по патенту Украины на полезную модель UA 30564, 25.02.2008 известен тешюгенерирующий элек- трод (элемент) и способ его изготовления (прототип).

Однако тешюгенерирующий электрод и способ его изго- товления по патенту UA 30564 в производстве и использовании в составе устройств для получения тепловой энергии имеет низкие эксплуатационные характеристики, низкую энергетическую эф- фективность и сложен в изготовлении. Это объясняется тем, что электрод по конструкции представляет собой цилиндрический элемент, изготовленный путем заполнения смесью теплогенери- рующих веществ, состоящей из природных минералов, полимер- ной трубы, торцы которой закрываются металлическими заглуш- ками, присоединяемыми к источнику электрической энергии. Та- ким образом, к недостаткам конструкции и способа производства известного из патента UA 30564 пористого насыпного теплогене- рирующего элемента следует отнести сложность конструкции, большие габариты, низкую энергетическую эффективность, низ- кую механическую прочность, невозможность нанесения покры- тия из смеси поликристаллических веществ и тонкопленочного электроизолирующего оксида, большую трудоемкость и затраты при изготовлении.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения состояла в разработке устройства (теп- логенерирующего электрода), имеющего высокие эксплуатаци- онные характеристики и простую конструкцию, а также в разра- ботке способа его изготовления, отличающегося упрощением технологии производства теплогенерирующего элемента и обес- печением высоких эксплуатационных характеристик готового продукта.

К эксплуатационным характеристикам в данном случае следует отнести высокий коэффициент энергетической эффек- тивности устройства, быстрый запуск (выход на эксплуатацион- ный режим), устойчивость протекания плазменного (теплового) процесса, компактность устройства, высокую механическую прочность и надежность, а также возможность производства уст- ройств для получения тепла различного конструктивного выпол- нения.

В части устройства указанный технический результат дости- гается тем, что известный теплогенерирующий электрод, содер- жащий вещества для генерирования тепла, согласно изобрете- нию, выполнен в форме электропроводящей пластины, на одну сторону которой нанесено покрытие из теплогенерирующих ве- ществ, состоящее из слоя измельченной гомогенной смеси поли- кристаллических веществ, покрытого электроизолирующей ок- сидной пленкой.

Кроме того, на другую сторону пластины может быть нанесе- но покрытие из теплогенерирующих веществ, состоящее из слоя измельченной гомогенной смеси поликристаллических веществ, покрытого электроизолирующей оксидной пленкой.

Предусмотрено, что пластина может быть выполнена в форме диска.

Рекомендуется, чтобы смесь поликристаллических веществ состояла из окиси магния, хлорида рубидия, хлорида цезия, заки- си железа, окиси железа и гранита.

Наряду с этим рекомендуется, чтобы смесь поликристалличе- ских веществ имела следующее соотношение массовых частей компонентов, мас.%: окись магния 10 - 30, хлорид рубидия 16 - 20, хлорид цезия 5 - 15, закись железа 10 - 14, окись железа 10 - 14 и гранита 20 - 36.

Изобретением является также способ изготовления теплогене- рирующего электрода.

В части способа указанный технический результат достигает- ся тем, что в известном способе изготовления теплогенерирую- щего электрода, включающем формирование состава компонен- тов смеси теплогенерирующих веществ, измельчение веществ до заданного значения размеров частиц и последующее их смеше- ние, согласно изобретению, для приготовления гомогенной смеси веществ для покрытия электрода, выполненного в форме пласти- ны из электропроводящего материала, формируют состав компо- нентов смеси, состоящий из окиси магния, хлорида рубидия, хло- рида цезия, закиси железа, окиси железа и гранита. Затем произ- водят измельчение каждого компонента до размера частиц не бо- лее 50 мкм. После измельчения компоненты направляют на пере- мешивание при следующем соотношении массовых частей, мас.%: окись магния 10 - 30, хлорид рубидия 16 - 20, хлорид це- зия 5 - 15, закись железа 10 - 14, окись железа 10 - 14 и гранита 20 - 36. Полученную после перемешивания гомогенную смесь веществ смешивают с водой до пастообразной консистенции. За- тем на поверхность с одной или с двух сторон электрода наносят по меньшей мере один слой, состоящий из смеси веществ пасто- образной консистенции. После нанесения производят точечное сваривание каждого слоя электрической дугой постоянного тока. Механическим путем удаляют отдельные большие выступающие неровности получившегося покрытия. Электрод с нанесенным покрытием выдерживают в муфельной печи при температуре 800 градусов Цельсия в течение 2 часов. После выемки из муфельной печи производят прокаливание покрытия электрода пламенем пропан-бутановой газовой горелки с образованием на поверхно- сти покрытия оксидной непроводящей электрический ток плен- ки.

Кроме того, толщину покрытия электрода формируют в пределах от 50 до 150 мкм. Предусмотрено, что перед прокаливанием покрытия элек- трода производят визуальный осмотр и механическое удаление плохо держащихся участков покрытия.

Краткое описание фигур чертежей

На фиг.1 показан теплогенерирующий электрод с нанесен- ным покрытием с одной стороны.

На фиг.2 показано устройство для преобразования электри- ческой энергии в тепловую, состоящее из двух теплогенерирую- щих электродов с односторонним покрытием.

На фиг.З показано устройство для преобразования электри- ческой энергии в тепловую, состоящее из одного теплогенери- рующего электрода с двухсторонним покрытием, установленного между двух электродов с односторонним покрытием.

На фиг.4 показано устройство для преобразования электри- ческой энергии в тепловую, состоящее из одного теплогенери- рующего электрода с односторонним покрытием и из примы- кающего к нему электрода без покрытия.

Лучший вариант осуществления изобретения

Теплогенерирующий электрод (фиг.1) состоит из пластины (1), выполненной из электропроводящего материала. На одну сторону пластины нанесено покрытие из теплогенерирующих веществ, состоящее из слоя (2) измельченной гомогенной смеси поликристаллических веществ, покрытого электроизолирующей оксидной пленкой (3). Слой из измельченной гомогенной смеси поликристаллических веществ, покрытых электроизолирующей оксидной пленкой, образует покрытие (4) электрода. Такая кон- струкция теплогенерирутощего электрода может использоваться в составе более сложных устройств (сборок) для получения теп- ла. Предусмотрено также, что и на другую сторону пластины мо- жет быть нанесено покрытие из теплогенерирующих веществ, со- стоящее из слоя измельченной гомогенной смеси поликристалли- ческих веществ, покрытого электроизолирующей оксидной плен- кой. Пластина может быть выполнена в форме диска, например, из нержавеющей стали марки 20Х23Н18 диаметром от 30, 40 и 100 мм и толщиной 10-20 мм. Требуемый материал, размер и форма электрода (пластины) определяется мощностью, условия- ми теплопередачи и конструкцией конечного устройства для по- лучения тепловой энергии, в котором будут использоваться пред- лагаемые электроды.

Для получения наиболее высокого коэффициента энергети- ческой эффективности теплогенерирующего устройства, опреде- ляемого как отношение полученной энергии к затраченной, ре- комендуется, чтобы смесь поликристаллических веществ состоя- ла из окиси магния, хлорида рубидия, хлорида цезия, закиси же- леза, окиси железа и гранита. Наряду с этим рекомендуется, что- бы смесь поликристаллических веществ, входящих в покрытие (4) электрода, имела следующее соотношение массовых частей компонентов, мас.%: окись магния 10 - 30, хлорид рубидия 16 - 20, хлорид цезия 5 - 15, закись железа 10 - 14, окись железа 10 - 14 и гранита 20 - 36. С помощью предлагаемого электрода можно создавать уст- ройства для получения тепла различной конструкции (сборки). Например, устройство (фиг.2) для получения тепла, состоящее из двух теплогенерирующих электродов с односторонним покрыти- ем (5). В этом устройстве теплогенерирующие электроды примы- кают друг к другу соответствующими покрытиями. Кроме того, может быть сконструировано устройство (фиг.З), состоящее, по меньшей мере, из одного теплогенерирующего электрода с двух- сторонним покрытием (6), установленного между двух электро- дов с односторонним покрытием (5), или устройство (фиг.4), со- стоящее из одного теплогенерирующего электрода с односторон- ним покрытием (5) и из примыкающего к нему электрода без по- крытия (7). Возможны и другие устройства, включающие различ- ные комбинации теплогенерирующих электродов.

Устройство для преобразования электрической энергии в тепловую, включающее в конструкцию теплогенерирующие электроды, работает следующим образом.

При подаче напряжения от источника электрического тока через электроклеммы (8) на теплогенерирующие электроды, в зо- не примыкания электродов - где имеется покрытие (4), состоящее из слоя измельченной смеси поликристаллических веществ, по- крытого электроизолирующей оксидной пленкой, создается раз- ряд и возникает газоразрядная плазма. Этот процесс сопровож- дается высокой температурой (от 670 до 800 градусов по Цель- сию) и выделением большого количества тепловой энергии, ко- торая отводится потребителю, например, с помощью циркули- рующего теплоносителя. Как показали испытания, наиболее ин- тенсивно плазменный процесс развивается и протекает при сле- дующих соотношениях массовых частей компонентов, входящих в покрытие, мас.%: окись магния 20, хлорид рубидия 18, хлорид цезия 10, закись железа 12, окись железа 12 и гранита 28.

Способ изготовления теплогенерирующего электрода осу- ществляется следующим образом.

Для приготовления гомогенной смеси веществ для покры- тия электрода, выполненного в форме пластины (1) из электро- проводящего материала (фиг.1), например, из нержавеющей ста- ли марки 20Х23Н18, формируют состав компонентов смеси, со- стоящий из окиси магния, хлорида рубидия, хлорида цезия, заки- си железа, окиси железа и гранита. Затем производят измельче- ние каждого компонента, например, в шаровой мельнице, до раз- мера частиц не более 50 мкм. После измельчения компоненты направляют на перемешивание, например, в барабанном смесите- ле, при следующем соотношении массовых частей, мас.%: окись магния 10 - 30, хлорид рубидия 16 - 20, хлорид цезия 5 - 15, за- кись железа 10 - 14, окись железа 10 - 14 и гранита 20 - 36. По- лученную после перемешивания гомогенную смесь веществ сме- шивают с водой до пастообразной консистенции. Затем на по- верхность с одной или с двух сторон электрода наносят по мень- шей мере один слой, состоящий из смеси веществ пастообразной консистенции. После нанесения производят точечное сваривание каждого слоя электрической дугой постоянного тока. Механиче- ским путем удаляют отдельные большие выступающие неровно- сти получившегося покрытия. Электрод с нанесенным покрытием выдерживают в муфельной печи при температуре 800 градусов Цельсия в течение 2 часов. После выемки из муфельной печи производят прокаливание покрытия электрода пламенем пропан- бутановой газовой горелки с образованием на поверхности по- крытия оксидной непроводящей электрический ток пленки. Тол- щину покрытия электрода формируют в пределах от 50 до 150 мкм. Предусмотрено, что перед прокаливанием покрытия элек- трода производят визуальный осмотр и механическое удаление плохо держащихся участков покрытия. Изготовленные электроды на 1-2 часа включаются в состав действующей электронагрева- тельной сборки (устройства). Повторно производится визуаль- ный осмотр и механическое удаление плохо держащихся участ- ков покрытия.

Выбор качественного и количественного состава компо- нентов покрытия был обусловлен скоростью возникновения элек- троплазменных зон и обеспечением устойчивого протекания плазменного процесса в устройстве, изготовленного с помощью предлагаемого способа. В результате проведения лабораторных испытаний было выявлено, что наиболее интенсивно плазменный процесс развивается и протекает при следующих соотношениях массовых частей компонентов, входящих в покрытие, мас.%: окись магния 20, хлорид рубидия 18, хлорид цезия 10, закись же- леза 12, окись железа 12 и гранита 28. Промышленная применимость

Предлагаемое изобретение может найти применение в ус- тановках и приборах, потребляющих и производящих тепловую энергию, образующуюся иначе, чем в процессах горения, а также при конструировании и производстве различных нагревательных устройств промышленного и бытового назначения.

Теплогенерирующий электрод и способ его изготовления прошел научно-исследовательские испытания, в ходе проведения которых подтверждены высокие эксплуатационные характери- стики устройства и экономичный способ его изготовления.