166095. lajstromszámú szabadalom • Eljárás elektromos fűtésre alkalmas kémiai anyagkeverékek és az ebből készíthető hőtechnikai készülékek fütőelemeinek előállítására
166095 találmányi leírások, valamint azok továbbfejlesztése által előállítható műanyagbázisú, grafitalapú fűtőtestek több műszaki hiba forrásai: 1. A szerves kötőanyag bázis legnagyobb hátránya, hogy a felületi hő a szerves anyagok lágyulási, bomlási hőfokát nem haladhatja meg, azaz az alkalmazott kötőanyagtól függően 80— 120 °C-nál magasabb felületi hőmérséklet a hőfejlesztő felület károsodása nélkül még rövid ideig sem állítható elő. 2. Megállapítottuk továbbá, hogy az alkalmazott kötőanyagtól függően 40—80 °C felületi hőmérséklet, valamint a környezeti hatások (ki-t>e kapcsolás, áramerősség ingadozás, levegő oxigén és nedvességtartalma együttes hatására) valamennyi fajta műanyagalapú fűtőfelület lassú bomlást szenved. A műanyag láncmolekulákból monomerek szakadnak le, melyek a felületről elpárologva a grafit fokozatos feldúsulását eredményezik. Poliészter kötőanyag esetén 600 óra alatt egy 242 W-os (220 V; 1,1 A; felületi hő 50—60 °C) fűtőtest amperfelvétele 2 A-re (440 W-ra) növekedett. Tekintettel arra, hogy a grafit ellenállás hőmérsékleti együtthatója kb.: 500 °C-ig negatív, különösen káros a grafit dúsulás miatt bekövetkező teljesítmény-növekedés, illetve felületi hőmérséklet-növekedés, mivel a hőmérséklet emelkedésével az ellenállás csökken, a teljesítmény ismét nő. Ez a folyamat, mint ahogy kísérleteink bizonyították egy lavina szerű önmegsemmisülési folyamatot idéz elő. Az előzőékből kitűnik, hogy elfogadható élettartamú szerves alapanyagú fűtőtestet csak igen kis fajlagos teljesítmény (0,02—0,03 W/cm2 ), valamint igen alacsony fűtési hőmérséklet mellett lehet előállítani. 3. A szerves fűtőtestek további hátránya, hogy az előzőekben említett bomlási folyamat intenzív vegyszerszagot eredményez, amely sok he^ lyen korlátozhatja felhasználását (pl. lakás). Sikerült a szerves alapú fűtőtestek előállítása és vizsgálata nyomán leszűrt tapasztalatok és feltételezések alapján olyan nem szerves kémiai eredetű elektromos kémiai fűtőelemeket, fűtőtesteket előállítani, amely az előzőekben felsorolt hátrányokat kiküszöbölik. Az eljárásunk szerint az elektromos áramot Joule hővé alakító fűtőelem egy szervetlen anyagkeverékből és grafitból készül. A szerves alapú kémiai fűtőtestek leírásánál taglalt feltételezett grafit orientációt eljárásunk esetében egyébként elektromosan rosszul vezető szervetlen molekulákból álló láncokkal oldottuk meg. Az eljárásunkhoz felhasznált szervetlen kémiai anyag a nátrium metaszilikát (vízüveg) vizes oldata. Az eljárásunk szerint a nátrium metaszilikát oldatot a felhasználási célnak megfelelő porított grafittal összekeverve az elektromosan szigetelt felületre felhordva, vagy magában formázva a levegő szénsavjának hatására, vagy a felületen más savval kezelve kémiai átalakulás nyomán a kompozíció elektromos fűtésre alkalmassá válik. A végbemenő kémiai folyamat a következő, a nátrium metaszilikát vizes oldata sav (pld. 5 szénsav, sósav) és a jelenlevő víz hatására metakovasavvá és ortokovasavvá alakul. Ezek a vegyületek vízvesztéssel nagy molekulájú láncszerkezetű polikovasavvá alakulnak. Á kialakult szerkezet a szerves nagy molekulájú láncszerke-10 zetekhez hasonlóan alkalmas a grafitkristályok rögzítésére, ágyazására. Az adagolt grafit mennyiségével a fűtőmaszsza, valamint a fűtőfelületre felhordott kémiai anyagkeverék fajlagos vezetőképességét gyakoris latilag tetszőlegesen szabályozhatjuk. A fajlagos vezetőképességet befolyásolhatjuk azáltal is, hogy a kialakított fűtőelemet valamilyen savval kezeljük. Az eljárásunk szerinti kémiai fűtőanyag ke-20 vérekből ecsettel, szórással, öntéssel elektromos fűtésre alkalmas fűtőfelület állítható elő, vagy önállóan formázható. Az előállított fűtőelemek, fűtőtestek, mérete mindhárom dimenzióban elméletileg korlátlan. 25 Az elektromosan szigetelt hordozóra felvitt fűtőmassza rétegvastagsága a grafit szemcse méretétől függően, 10 mikron alsó határ — és több centiméter vastagság között változhat. A fűtőelem, fűtőtest szélességi és hosszúsági mé-30 reteit csak a kiviteli célok és lehetőségek határozzák meg. A fűtőmassza felhordása, formázása történhet egy rétegben és tö! bb rétegben. Elektromos okok miatt előnyös az egyrétegű felhordás, ill. formázás. 35 Az elektromosan szigetelt hordozó felületen a felhordott massza vezetőképessége kezdetben minimális. 1—4 órán belül a rétegvastagságtól, valamint a grafit-koncentrációtól függően a vezetőképesség fokozatosan kialakul, az előzőek-40 ben említett polikovasav szerkezet kialakulásával egyezően. Ez a folyamat egyébként műszerrésen, ellenállásmérő műszerrel követhető. Az előállított fűtőtestek, fűtőelemek Ohm törvényének megfelelően viselkednek. Fűtőelem és 45 fűtőtest ellenállása R = e — q Kívánság szerint ennek megfelelően a kívánt TT1 ) teljesítmény N = —- , a képlet alapján előre R megtervezhető. Az eljárásunk szerint előállított fűtőelemek, fűtőtestek tetszőleges feszültsége (U) tervezhe-55 tők és felhasználhatók, egyen- és váltakozó feszültségre (50 Hz) egyaránt. A felsoroltak szerint előállított fűtőelem, fűtőtest a szervetlen molekulából álló kötőanyag bázis következtében magas hőmérsékletet huzamosabb ideig bomlás nél-80 kül elvisel. Az eljárásunk szerint előállított fűtőelemek, fűtőtestek max. hőbírása 400—500 °C. A hőtermelő felület fajlagos teljesítménye a W kivitelezési módtól függően elérheti az 1 írem^ 65 értéket. Konkrét készülék tervezésekor 0,25—0,5 2
