| Общество с ограниченной ответственностью
«Научно-производственный комплекс «АКСЕЛЬ» 124498, г.Москва, г.Зеленоград, пл. Шокина, д.1, стр. 6, этаж 1, комн. 38 ИНН 7735009130, тел./факс (499)710-25-41, тел. (495)975-96-16, Web: www.npk-aksel.com e-mail: info@npk-aksel.com |
Плоские толстопленочные нагревательные элементы (ПЛЭН)
Краткие сведения о предприятии-производителе
Общая информация о технологии
Описание различных типов нагревательных элементов
Примеры применения
Сопоставление эксплуатационных характеристик ТЭН и ПЛЭН
e-mail: info@npk-aksel.com; info@nagrevatel.com
web сайт: www.npk-aksel.com; www.nagrevatel.ru
тел.: +7 (495) 975-96-16;
+7 (499) 710-24-41;
+7 (926) 223-13-69.
Краткие сведения о предприятии-производителе
Общество с ограниченной ответственностью «Научно-производственный комплекс «АКСЕЛЬ» (ООО «НПК «АКСЕЛЬ»), образовано в 1991 г., выходцами из крупных предприятий электронной техники.
Уже много лет ООО «НПК «АКСЕЛЬ» является одним из ведущих предприятий России в области разработки и производства резистивных топстопленочных нагревателей элементов (ПЛЭН), применение которых позволило усовершенствовать и создать ряд новых, экологически чистых, высокоэффективных и экономичных электронагревательных приборов: бытовой электротепловентипятор, тепловые завесы и пушки, отопительные котлы, ультразвуковые мойки, измерительные приборы, подогреваемые столы для технологии поверхностного монтажа и медико-биологических исследований, пожаробезопасные подогреватели пробирок для химических лабораторий и другие. Предприятие имеет сертифицированную по ГОСТ Р ИСО 9001-2001 и ГОСТ РВ 15.002 систему менеджмента качества, что является гарантом высокой надежности выпускаемой продукции.
Общая информация о технологии
Назначение: Плоские резистивные толстопленочные нагреватели (ПЛЭН) предназначены для использования в бытовой аппаратуре (тепловентиляторы, конвекторы, электропосуда, утюги, котлы, проточные и накопительные водонагреватели, подогреватели пищи и др.), промышленности (обогреватели промышленных помещений, приборы контроля влажности пищевых продуктов, сушильные шкафы, стерилизаторы, экструдеры и т.п.), полиграфии, на транспорте и других областях техники.
Конструкция: Основой нагревателя является стальная или керамическая подложка плоского или цилиндрического профиля, на которой (для металлической подложки) размещен высокотемпературный стеклокерамический слой толщиной 100-150мкм. На стеклокерамическом слое расположен металлокерамический нагревательный элемент толщиной 30-40мкм, выполненный в виде плоской спирали. К контактным площадкам нагревательного элемента могут быть посредством специального высокотемпературного припоя присоединены токоподводящие шины. В случае, когда это предусмотрено конструкцией прибора, нагреватель закрывают по всей площади защитным стеклокерамическим слоем.
Технология: Процесс изготовления нагревателя базируется на высокопроизводительной толстопленочной технологии и включает последовательность операций нанесения методом шелкографии и вжигания специального комплекта композицинных диэлектрических, резистивных и защитных паст. Это определяет относительно невысокую стоимость и хорошую воспроизводимость параметров нагревателя.
Достоинства:
- малая материалоемкость;
- малая тепловая инерционность;
- вследствие отсутствия потерь на излучение, химические реакции и др. коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую (коэффициент теплосъема) равен 1 по сравнению с другими типами нагревателей (спирали, ТЭНы);
- высокая скорость разогрева, возможность достижения удельной мощности нагревателя до 50 Вт/см2 при условии обеспечения эффективного теплоотвода;
- возможность изготовления нагревателя любой формы габаритным размером до 240х300мм с отверстиями для крепления для нагревательных элементов плоского профиля и диаметром до 60 мм при длине рабочей поверхности до 240 мм для нагревательных элементов цилиндрического профиля;
- комплект паст, используемый при производстве нагревательного элемента, не содержит остродефицитных материалов и драгоценных металлов;
- отсутствие теплового барьера между резистивным слоем и стальным основанием позволяет достичь экономии электроэнергии до 15-20% в сравнении с традиционными конструкциями трубчатых нагревателей при сохранении эксплуатационных характеристик электробытовых и других приборов;
- гибкость технологии обеспечивает возможность за короткое время перестраивать производство на выпуск новых типов нагревателей.
- обеспечена экологическая безопасность.
Основные технические характеристики ПЛЭН:
| Напряжение питания | 6-3000 В постоянного и переменного тока |
| Номинальная рабочая температура | до 450 оС |
| Климатическое исполнение | УХЛ категории 3, 4 по ГОСТ 15150-69 |
Изоляция ПЛЭН по типу защиты от поражения электрическим током обеспечивает возможность их применения в электробытовых приборах классов защиты 0; 0I; I; III по ГОСТ 27570.0-87
Промышленный выпуск: Нагреватели серийно выпускаются в соответствии с ТУ 400 МП «А» 600.313-248-01-92 четырех типов: ПЛЭН-П (прямоугольный), ПЛЭН-К (круглый или кольцевой), ПЛЭН-Ц (цилиндрический) и ПЛЭН-КТ (для конкретных типов приборов).
Возможно быстрое (1-2 месяца) освоение серийного выпуска новых типов нагревателей в соответствии с техническими требованиями Заказчика.
Описание различных типов продукции
На данный момент предприятие производит следующие типы продукции:
| Производство | Серийное, по ТЗ заказчика | |
| Тип технологии | Технология вжигаемых паст | |
| Рабочая температура | До 450 оС | |
| Напряжение питания | От 1 до 3000 AC/DC. | Свыше 380 В – только на керамическом основании |
| Удельная мощность | До 50 Вт на см2 | |
| Тип выводов | Медная проволока, прижимные, под пайку | |
| Максимальные габариты | До 300х240 мм | |
| Прочие параметры по ТУ 400 МП «А» 600.313-248-01-92 | ||
Циллиндрические нагревательные элементы
| Производство | Серийное, по ТЗ заказчика | |
| Тип технологии | Технология вжигаемых паст | |
| Рабочая температура | До 400 оС | |
| Напряжение питания | От 1 до 380 AC/DC. | |
| Удельная мощность | До 50 Вт на см2 | |
| Тип выводов | Медная проволока, под пайку | |
| Максимальные габариты | До 300 мм длины: до 60 мм диаметр |
Гибкие нагревательные элементы
| Производство | Мелкосерийное, по ТЗ заказчика | |
| Тип технологии | Технология полимерных паст | |
| Рабочая температура | До 100 оС | |
| Напряжение питания | От 1 до 50 DC | |
| Удельная мощность | До 5 Вт на см2 | |
| Тип выводов | Ножевой (fast-on); Под прижим; Под FDZразъем | |
| Максимальные габариты | До 300х500 мм |
Платы светодиодных осветителей на металлической подложке
|
|
Производство | Опытные образцы |
| Тип технологии | Технология вжигаемых паст | |
| Максимальные габариты | До 250х250 мм | |
| Тип применяемых светодиодов | КИПД 140 | |
| Преимущества:
• Энергосбережение • Долговечность (До 50000 часов) • Экологичность (Без ртути) • Вандалоустойчивость |
||
Примеры применения
Проточный нагреватель текучей среды, изготовленный с использованием цилиндрических толстопленочных нагревательных элементов.
Сочетание применения в данном проточном нагревателе цилиндрических толстопленочных нагревательных элементов, инертных материалов в гидравлической части, пластмассового корпуса и надежной высокоточной автоматики придает ему следующие конкурентные преимущества:
- Высокая производительность
- Высокая скорость нагрева
- Высокая точность поддержания заданной температуры
- Минимальная необходимость в обслуживании прибора человеком
- Длительный срок службы
- Масштабируемость под разные требования по производительности
- КПД прибора, близкий к 1
- Малые габариты и вес прибора
Термостат твердотельный с нагреваемой крышкой «Циклотемп-303», 32 лунки для пробирок объёмом 1,5/2,0 мл с диапазоном рабочих температур до 100ºС
В отличие от других твердотельных термостатов, «Циклотемп-303» имеет нагреваемую крышку, которая обеспечивает быстрый и равномерный нагрев пробирок, препятствуя самопроизвольному открыванию их крышек. Это особенно важно при работе с патогенными микроорганизмами.
Предназначен для проведения лабораторных работ, предусматривающих термостатирование исследуемых проб, в том числе в процессе пробоподготовки для проведения полимеразных цепных реакций.
Область применения:
— диагностические центры;
— поликлиники;
— станции переливания крови;
— больницы;
— учреждения санитарно-эпидемиологического контроля;
— НИИ;
-высшие учебные заведения и т.д.
Область использования:
- Диагностика коронавируса SARS-CoV-2 (COVID-19)
- Приборы для ПЦР в реальном времени «АНК-32» и «АНК-М»
- Термостаты твердотельные
Сопоставление эксплуатационных характеристик ТЭН и ПЛЭН
Трубчатый электронагреватель (ТЭН) состоит из тонкостенной (1-2 мм) металлической оболочки, выполненной из трубы соответствующего диаметра, внутри которой помещена спираль из тонкой (0,025-0,5 мм) проволоки высокого удельного электрического сопротивления, свободное пространство вокруг которой заполнено наполнителем, обладающим высокими диэлектрическими свойствами и имеющим значительный коэффициент теплопроводности. Как правило, в качестве наполнителя применяется периклаз (кристаллическая окись магния). Концы спирали соединены с контактными стержнями, снабженными с внешней стороны контактными устройствами, токопроводы выполняются в виде флажков или резьбовых соединений.
Рис. 1. Типовая конструкция двухконцевого ТЭНа:
1 — металлическая оболочка; 2 — спираль; 3 — стержень; 4 — наполнитель;
5- герметик; 6- изолятор; 7- контактные устройства
В случае нагрева жидкости согласно ГОСТ 13268 применяются ТЭН групп Х, J, P и Q с максимальной удельной мощностью 15 Вт/см2. Температура нагревательной спирали ТЭН при этом достигает 1100 градусов Цельсия, а температура оболочки 450 градусов Цельсия, что приводит к парообразованию и, как следствие, падению КПД, перегреву и снижению ресурса ТЭН.
При этом до начала нагрева самой жидкости неизбежно должны пройти следующие характерные для ТЭН стадии:
- Быстрый (1-5 секунд) прогрев нагревательной спирали ТЭН до температуры в 1100 градусов Цельсия. При этом спираль излучает в ИК и видимом диапазоне. При этом на излучение в видимом диапазоне тратится 10-15 % потребляемой электроэнергии.
- Постепенный прогрев диэлектрического наполнителя и начало передачи тепла от наполнителя к металлической оболочке ТЭН.
- Прогрев металлической оболочки передачей тепла от диэлектрического наполнителя.
- Начало теплопередачи от металлической оболочки к нагреваемой жидкости.
Тепло, затраченное на то, чтобы «пробить» диэлектрический наполнитель и довести тепловой поток до внешней поверхности металлической оболочки ТЭН остается запасенным в наполнителе и металлической оболочки. Запасенное тепло в любом случае будет отдано нагреваемой жидкости после отключения ТЭН автоматикой. Если для систем с длительным временем работы это ни какой роли не играет, то для систем с коротким циклом потери могут составлять от 15 до 25 %.
В виду большой массы, материалоемкости и теплоемкости ТЭН в большой степени подвержен эффекту тепловой инерции.
Основой толстопленочного нагревательного элемента (ПЛЭН) является стальная или керамическая подложка плоского или цилиндрического профиля толщиной 0,5-3 мм (в зависимости от условий применения, технологических ограничений и ТЗ заказчика), на которой (для металлической подложки) размещен высокотемпературный стеклокерамический слой толщиной 100-150мкм. На стеклокерамическом слое расположен металлокерамический нагревательный элемент толщиной 30-40мкм, выполненный в виде плоской спирали. К контактным площадкам нагревательного элемента могут быть посредством специального высокотемпературного припоя присоединены токоподводящие шины. В случае, когда это предусмотрено конструкцией прибора, нагреватель закрывают по всей площади защитным стеклокристаллическим слоем, имеющим толщину 25-30мкм и не оказывающим значительного влияния на теплоотдачу.
Стадии нагрева теплоносителя с использованием ПЛЭН:
- Быстрый (1-5 секунд) нагрев резистивного слоя нагревательного элемента и лежащего под ним диэлектрического слоя.
- Быстрый прогрев основания и начало передачи тепла от основания к жидкому теплоносителю.
В виду низкой материалоемкости, а, соответственно, и теплоемкости ПЛЭН эффект тепловой инерции проявляется столь незначительно, что укладывается в пределы погрешностей методов измерений и им можно пренебречь.
Все это приводит к тому, что для совершения одной и той же работы по нагреву среды ПЛЭН требуется меньшее время, а на «коротких» циклах, и меньшие энергетические затраты
Исходя из изложенного выше можно сказать, что даже без учета потерь на эффекте тепловой инерции ПЛЭН на 10-15 % эффективнее ТЭН только за счет отсутствия у ПЛЭН потерь на излучение в видимом спектре.
| Параметр | ТЭН | ПЛЭН |
| Материалоемкость | Высокая | Низкая |
| Теплоемкость | Высокая | Низкая |
| Инерционость | Высокая | Низкая |
| Удельная мощность | До 15 Вт/см2 | До 50 Вт/см2 |
| Максимальная температура спирали, необходимая для осуществления процесса закипания жидкости. | 1100оС | 150оС |
| Наличие теплового барьера между спиралью и оболочкой/подложкой | Да | Нет |
| Наличие большой площади соприкосновения нагревательного элемента с нагреваемой средой | Нет | Да |
| Наличие излучения спирали в видимом спектре | Да | Нет |
| Потери на излучение «спирали» или резистивного элемента в видимом спектре | Да. 10-15 % от потребляемой энергии. | Нет |
| Потери на эффекте тепловой инерции при импульсном режиме работы | Да. 15-25 % от потребляемой энергии. | Нет |