专利名称：红外线辐射板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种红外线辐射板。
在现有技术中，已有几种红外线辐射板，其中，有瑞典Kanthal AB公司供应的产品。
这类辐射板原则上是通过在一种陶瓷纤维材料的壁上安装一种电阻丝构成的。上述电阻丝与电源接通，便被加热至高温例如1500～1600℃而发射红外线。
上述已知辐射板的一个问题是电阻丝的有效寿命比所需的辐射板的有效使用寿命短。例如，造纸工业中使用红外线辐射板干燥纸和纸浆，由于造纸工业所用工艺过程的连续性，要求辐射板具有长的有效使用寿命，例如，造纸工业要求辐射板的有效使用寿命为16000h。但是，由Kanthal AB公司出售的名称为Kanthal Super 1800的含有普通电阻元件的现在辐射板的有效使用寿命只有6000h。
很久以来已知有硅化钼型电阻元件。这类电阻元件最初用在称之为高温的用途中，例如工作温度高达1700℃的烘箱。
瑞典专利说明书458646公开过Kanthal Super 1900电阻元件。所用的材料是一种化学式为MoxW1-xSi2的均质材料，在上述化学式中，钼和钨是同晶型的，故可在相同结构中互相置换。上述材料不含MoSi2和WSi2的混合物。
电加热元件在高温下的氧气中暴露时，其表面上就会有按抛物线生长速率生长出SiO2，其生长速率是相同的，与加热元件的横截面尺寸无关。在1850℃工作几百小时后，上述SiO2层的厚度可达0.1～0.2mm。当冷却至室温时，上述釉层将凝固，并使加热元件的本体材料受到拉伸力，这是因为上述本体材料的热膨胀系数与釉层的热膨胀系数显著不同所致，釉层的热膨胀系数为0.5×10-6，而本体材料的热膨胀系数为7-8×10-6。
当然，上述的拉伸力将随釉层厚度的增加而增加。而当釉层的厚度增加到某一临界值、上述的拉伸力超过本体材料的机械强度时，将会发生断裂。
在加热元件较为细长的情况下，釉层与本体材料横截面积之比将大于加热元件粗大时的比例。一般说来，细长的元件与粗大元件相比，在相同工作温度和相同工作条件下，达到临界釉层厚度的工作时间短得多。
至今认为，这就是红外线辐射板的有效使用寿命的决定性因素。
然而，业已发现，与电阻丝固定有关的辐射板结构是十分重要的问题。
本发明的目的是提供一种红外线辐射板，其有效使用寿命比使用相同电阻丝的已知辐射板要长得多。
于是，按照本发明提供了一种红外线辐射板，它含有一个由陶瓷纤维材料制成的壁，在该壁上安装电阻元件，该元件可与电源接通，使其加热到可发射红外辐射的高温，上述的电阻元件借助于U形环固定在上述壁上，本发明的特征在于，上述电阻元件以与上述壁的表面隔开一定的距离的方式安装在壁的表面上。
下面结合本发明的示例性实施例并参看附图更详细地说明本发明，附图中
图1是一种红外线辐射板的前视图；和图2是沿图1的A-A线的辐射板的剖视图。
图1和2示出一种含有陶瓷纤维材料壁1的红外线辐射板，在上述壁1上装有电阻元件2。上述的陶瓷纤维材料可以是一种约含有50％氧化铝Al2O3的硅酸铝型材料。上述电阻元件2可通过导体介质3、4与电源接通，这样，它们便可被加热到电阻丝会发射红外线的高温。采用U形环5将电阻丝固定在壁1上，该壁1由一种合适的构件(最好是氧化铝含量低于壁1材料的板件7)支承。
按照本发明，电阻元件2安装在壁1的表面6上，与表面6隔开一定距离，这是一个极其重要的特征，因为与电阻元件安装成与壁1相接触的情况相比，可以使用更大的功率。由于电阻元件2与壁1隔开，所以元件的整个外表面都可以自由地辐射，而且不会像电阻元件2靠紧壁1的情况那样发生电阻元件过热的危险。
本实施例无需冷却电阻元件2或其导体3、4，这个特征是十分有利的，与使用卤素灯的装置相比，它可使发出的射线功率的效率提高20～30％。
本发明装置发出的红外辐射的能量密度可比用公知的气体辐射器所达到的能量密度高1～2倍，而且可获得较短波长的射线，故可更有效地进行干燥作业。采用Kanthal电阻元件通常可发出具有一个波长为1.5μm的主峰和一个波长为2.2μm的次峰的红外辐射。
本发明辐射板的能量密度可达250～340kw/m2，在干燥纸的作业中效率约为60％，一种气体辐射器的相应的能量密度为90～150kw/m2，而卤素红外辐射器的能量密度为220～300kw/m2，卤素红外辐射器的效率约为30～40％。
因此，可以看出，因为不需要冷却，本发明降低了所需装置的成本。而且由于能量密度高，可产生高的效率。还可以看出，本发明的红外线辐射板的性能比气体辐射器和卤素辐射器好得多。
如果将电阻元件或者说加热元件靠着壁1安装，则在元件工作时形成的釉层将会粘到壁上，当元件冷却时，这种釉层将会首先凝固，并由于它的收缩而发生元件剥裂的严重危险，因为元件的拉伸强度低于壁的纤维材料的压缩强度和釉层对纤维材料的粘附力。
按照本发明的一个最佳实施例，在壁的表面6与电阻元件2之间按互相隔开的关系设置陶瓷棒8、10、12、14、16。在电阻元件2的另一侧也设置互相隔开的陶瓷棒9、11、13、15。
上述陶瓷棒8-16借助环绕各陶瓷棒的U形环5固定在壁1上。上述的陶瓷棒和U形环在下面称为支撑陶瓷。
因此，电阻元件2被定位在前、后陶瓷棒之间，而这些陶瓷棒则由U形环5固定就位。
由于采用上述的十分有利的结构，电阻元件将仅与上述支撑陶瓷呈点状接触，而且釉层粘附在支撑陶瓷上的面积是如此之小以致在电阻元件收缩或者说缩小时不会与凝固的釉层剥离。
按照本发明的一个最佳实施例，加热元件或者说加热电阻相对两侧的各陶瓷棒位于平行于上述壁的表面的位置上且互相偏置，因此，当加热元件2的一侧有陶瓷棒10、12、14、16时，其另一侧则没有陶瓷棒，从图1、2中可明显看出陶瓷棒10、12、14、16相对于陶瓷棒9、11、13和15的上述平行位移的关系。
上述的结构可避免所谓的热点，也就是温度高于电阻元件或者说加热元件的最高允许温度并引起断裂的点，由于辐射仅仅在加热元件的一侧被挡住，故该位置的强度将会低于陶瓷棒不是互相平行且偏置的情况下的温度。
陶瓷棒9～16最好是一种管内安有电阻元件材料制成的棒的陶瓷管。这就可保证防止由于陶瓷棒断裂而发生的断裂。上述的陶瓷棒也可以由实心陶瓷材料制成。
上述的容纳电阻元件棒的陶瓷管最好还沿其全长分成两个或多个管件17，如图1中以棒9所示。这可避免由于热应力而发生陶瓷管破裂的危险。
按照一个最佳实施例，将穿过陶瓷管内的棒状电阻元件分成两个固定在壁1且各自的自由端20、21不互相接触的棒18、19，这在图1以棒18示之。这就可对各元件棒施加较高的最大电压而不会发生漏电和火花放电或短路。
按照本发明的另一个最佳实施例，U形环5也由电阻元件材料制成的电阻丝构成，在该电阻丝的外面至少在U形环5与加热元件或者说电阻元件2相接触的部位设置陶瓷管22、23，这就可防止元件支腿间的电流短路。
按照本发明的一个最佳实施例，陶瓷棒的表面和U形环的陶瓷表面由Al2O3含量高的材料制成。该材料的Al2O3含量最好约为99％，而SiO2含量约为1％。业已发现，当所用材料的氧化铝含量高时，釉层与支撑陶瓷间的粘附力比用氧化铝含量低的材料要低得多。
本发明的一个重要特征是各个U形环5与所支撑的陶瓷棒9-16隔开。这就可使陶瓷棒在结构件随温度的变化而移动时可相对于U形环5移动，而且也可相对于加热元件2而移动。
按照本发明的一个最佳实施例，加热元件或者说电阻元件2由含钼和钨的均质硅化物材料制成，该硅化物的化学式为MoxW1-xSi2，式中x＝0.5～0.75，其中总重量的10％～40％由硼化钼或硼化钨化合物中的至少一种来替代，这些化合物以粒状形式存在于硅化物材料中。
业已发现上述材料能承受高温，并可使产生的釉层比原先的元件少。采用上述电阻加热元件时可以缓解由于釉层粘附到构件上引起的元件断裂相关的问题，同时，工作效率可随温度的升高而提高。
按照本发明的一个最佳实施例，加热元件导体3、4是用陶瓷粘结剂24粘结在壁1、7上的，使这些导体穿过上述的壁，但不会绕其自身轴线作相对于壁的转动。否则当加热元件加热到其工作温度时，会发生上述的转动，这种转动是由于元件的各个支腿互相影响产生围绕加热元件的磁场所造成的。
虽然上面说明了一种具体结构的辐射板，但是，熟悉本技术的人们会明白，本发明的概念可用于所有的红外线辐射板，不管辐射板的形状怎样，也不管其加热元件是如何弯曲，都是适用的。
因此，本发明不限于上面所述的和图示的实施例，因为在下述权利要求规定范围内可以进行各种改进。
权利要求
1.一种红外线辐射板，含有一个由陶瓷纤维材料制成的壁(1)，在该壁上安装电加热元件(2)，该元件与电源接通以便将该元件加热到会发射红外辐射的高温，上述的加热元件借助于U形环固定在上述壁上，其特征在于，上述的加热元件(2)以与上述壁(1)的表面(6)隔开一定距离的方式安装在壁(1)的表面上。
2.根据权利要求1的辐射板，其特征在于，在壁的表面(6)与加热元件(2)之间互相隔开地设置多个陶瓷棒(10、12、14、16)，而在加热元件(2)相对的另一侧也互相隔开地设置多个陶瓷棒(9，11、13、15)，上述的陶瓷棒通过钩住各个陶瓷棒(9-16)的U形环(5)固定在上述壁(1)上。
3.根据权利要求2的辐射板，其特征在于，上述的壁材料含有约99％的Al2O3和约1％的SiO2。
4.根据权利要求2或3的辐射板，其特征在于，上述的加热元件(2)两侧的各个陶瓷棒(9～16)在平行于上述壁表面(6)的平面上位置相互偏离，所以，当加热元件的一侧有陶瓷棒时，其相对的一侧便没有陶瓷棒。
5.根据权利要求2、3或4的辐射板，其特征在于，上述的陶瓷棒(8，9-16)是套在由电阻加热材料制成的棒(25)上的陶瓷管(26)。
6.根据权利要求5的辐射板，其特征在于，上述的陶瓷管(26)沿其全长分成两个或多个管段(17)。
7.根据权利要求5或6的辐射板，其特征在于，上述的电阻加热材料棒(25)分成两个安装在上述壁(1)上的棒(18、19)，它们的自由端(20、21)不互相接触。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7的辐射板，其特征在于，上述的U形环(5)由电阻加热材料丝(27)构成，在该电阻丝的外部至少在U形环与加热元件(2)相接触的部位套有陶瓷管(22、23)。
9.根据权利要求1-8中任一项的辐射板，其特征在于，各个陶瓷棒(8、9～16)的表面和各个U形环(5)的陶瓷表面具有高的Al2O3含量。
10.根据权利要求2-9中任一项的辐射板，其特征在于，上述的U形环(5)与由该U形环支承的陶瓷棒(8，9-16)相隔一定距离。
11.根据上述权利要求中任一项的辐射板，其特征在于，上述加热元件(2)由含有钼和钨的均质硅化物材料制成，该硅化物的化学式为MoxW1-xSi2，式中x＝0.5～0.75，硅化物总重的10％～40％可由硼化钼或硼化钨化合物中的至少一种所替代，上述化合物以颗粒形式存在于硅化物材料中。
12.根据上述权利要求中任一项的辐射板，其特征在于，加热元件(2)的导体(3，4)在它们穿过上述壁(1、7)的位置上用陶瓷粘结剂(24)粘结在该壁上，因此，上述导体不能绕自身的轴线作相对于壁(1)的转动。
全文摘要
一种红外线辐射板。含有一个陶瓷纤维材料制成的壁(1),在该壁上安装一种电加热元件(2),该元件与电源接通后便被加热至可发射红外线的高温,上述元件(2)用U形环(5)固定在上述壁(1)上。按照本发明,上述加热元件(2)以与上述壁(1)的表面(6)相隔一定距离的方式安装在壁(1)的表面上。
文档编号F24D13/02GK1246266SQ9880216
公开日2000年3月1日 申请日期1998年1月15日 优先权日1997年1月29日
发明者拉尔斯-居兰·约翰松 申请人:坎塞尔股份公司