ПРОТОЧНЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ НА ОСНОВЕ ГРАФИТА И СИЛИКАТОВ

Кальчев Д.Н.

53 просмотров

Кальчев Д.Н.

ПРОТОЧНЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ НА ОСНОВЕ ГРАФИТА И СИЛИКАТОВ *

Аннотация:
в статье рассматриваются способы применения электропроводящих композиционных материалов в виде картриджей и использования в них композиционного состава на основе графита и карбоната кальция

Ключевые слова:
графит, традиционное отопление, композиционный материал, электропроводность

УДК 691.335, 697.7

Кальчев Д.Н.

ст. преподаватель

Белгородский государственный технологический университет

им. В.Г. Шухова

(г. Белгород, Россия)

ПРОТОЧНЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ

НА ОСНОВЕ ГРАФИТА И СИЛИКАТОВ

Аннотация: в статье рассматриваются способы применения электропроводящих композиционных материалов в виде картриджей и использования в них композиционного состава на основе графита и карбоната кальция.

Ключевые слова: графит, традиционное отопление, композиционный материал, электропроводность.

В настоящее время использование инженерных конструкций и сооружений для отопления, нагрева воды и других видов нагревательных процессов напрямую связано с их энергоэффективностью, экологической и технической безопасностью. Перспективным направлением для решения таких проблем является использование композиционных материалов на основе различных форм углерода.

Резистивные композиционные материалы, основанные на главной производственной силе – электрической энергии имеет широкое применение в Российской Федерации и за рубежом в энергетике, строительстве, транспорте, авиационной и ракетной техники, газовой, нефтяной, радиотехнической и электротехнической промышленности. Одним из важных способов применения резистивных материалов является производство нагревательных элементов.

Актуальность изучения таких материалов заключается в создании и развитии технологии дисперсных композитов на основе силикатных вяжущих и электропроводящих наполнителей, обладающих набором характеристик для применения в энергосберегиющих системах. Адекватность физической модели и реальной композиции оценивается по совпадению результатов расчёта с экспериментальными данными.

Углеродсодержащий наполнитель в качестве токопроводящего компонента позволяет создавать необходимые тепловые параметры. Углеродные наполнители отличаются друг от друга размером и формой частиц и их агрегатов, химическим составом поверхности и рядом других показателей. Влияние этих показателей на электропроводность композиции исследовано в основном для технического углерода. Основу частиц технического углерода составляет вещество графитового типа. Графит, одна из простых форм углерода, имеет кристаллическую структуру, в которой атомы располагаются гексагонально, образуя параллельные слои.

На кафедре «Безопасность жизнедеятельности» БГТУ им. В.Г. Шухова был разработан состав электропроводящих композиционных материалов на основе графита с целью получения и внедрения в производство композиционных функциональных электронагревательных элементов (рис.).

В рамках данных исследований разработаны композиционные резистивные материалы с положительным коэффициентом электрического сопротивления. На их основе предложена конструкция проточного водонагревателя на основе графита, карбида кремния и метасиликата натрия (табл. 1).

Таблица 1 – Основные параметры водонагревателя

Сечение протока водонагревателя d, м	0,0035
Длина протока водонагревателя l, м	0,095
Рабочее напряжение водонагревателя υ, В	до 22

Рисунок. Макет проточного водонагревателя

Для проведения исследований использовали графит марки ГС-2 (ГОСТ 17022–81). Дисперсии графита рассеивали на ситах, отбирали фракцию 20-50 мкм. Для проведения измерений исходные материалы высушивали при 200 ^оС, формировали цилиндрические образцы под давлением 2^.10⁸ Па. Результаты испытаний предложены в табл. 2 и 3.

Таблица 2 – Результаты контрольных замеров при объеме протока воды, V, 7.7×10^-7 м³/сек

Измеряемые параметры	Номер испытания
Измеряемые параметры	1	2	3	4	5	6	7	8
Начальная температура воды T_н, К	292	292	292	292	292	292	292	292
Конечная температура воды T_к, К	296	302	308	316	325	336	348	360
Время проведения испытания t, сек	100	100	100	100	100	100	100	100
Входное напряжение электросети υ, В	2.9	4.7	7.1	9.6	12.8	15.9	18.8	21
Мощность водонагревателя N, Вт	14.0	36.8	84.0	153.6	273.1	421.4	589.1	735.0

Таблица 3 – Результаты контрольных замеров при объеме протока воды, V, 2×10^-6 м³/сек

Измеряемые параметры	Номер испытания
Измеряемые параметры	1	2	3	4	5	6	7	8
Начальная температура воды T_н, К	292	292	292	292	292	292	292	292
Конечная температура воды T_к, К	296	300	305	310	318	326	335	347
Время проведения испытания t, сек	50	50	50	50	50	50	50	50
Входное напряжение электросети υ, В	3.5	6.3	9.0	11.5	14.0	16.6	19.4	22.2
Мощность водонагревателя N, Вт	20.4	66.2	135.0	220.4	326.7	459.3	627.3	821.4

Анализируя результаты испытаний можно сделать следующие выводы: оптимальная температура нагрева воды составляет 313…333 К; необходимое напряжение для нагрева воды 9…19 В (данное низкое напряжение является безопасным и гарантией надежной и долговременной работы); низкое энергопотребление 150…620 Вт, что значительно ниже имеющихся аналогов современных водонагревателей.

Такие энергосберегающие водонагреватели можно использовать в качестве систем нагрева воды для обеспечения комфортных условий жизнедеятельности человека.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

Горелов, С.В. Электротеплоснабжение сельскохозяйственных объектов с применением электронагревателей и резисторов из композиционных материалов автореф. дис. ... докт. техн. наук: 05.20.02 / Горелов Сергей Валерьевич. – Красноярск, 2008. – 48 с.
Фанина Е.А. Напольные токопроводящие смеси на основе углеродсодержащих перколяторов для низкотемпературных систем электрического обогрева: монография / Е.А. Фанина, О.Н. Томаровщенко. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2020. – 118 с.
Лопанов А.Н., Фанина Е.А., Прушковский И.В. Агрегация дисперсий графита в гетерогенных системах на основе карбонатов щелочноземельных металлов // Изв. вузов. Химия и химическая технология. – №1. – 2014, Т.57, С.56-61.
Лопанов А.Н., Фанина Е.А., Прушковский И.В. Агрегация дисперсий антрацита и графита действием карбонатов щелочноземельных металлов // Химия твердого топлива, № 2, 2014, с. 65–70.

Полная версия статьи PDF

Номер журнала Вестник науки №5 (62) том 3

Ссылка для цитирования:

Кальчев Д.Н. ПРОТОЧНЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ НА ОСНОВЕ ГРАФИТА И СИЛИКАТОВ // Вестник науки №5 (62) том 3. С. 634 - 639. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/8280 (дата обращения: 20.04.2024 г.)

Альтернативная ссылка латинскими символами: vestnik-nauki.com/article/8280

Нашли грубую ошибку (плагиат, фальсифицированные данные или иные нарушения научно-издательской этики) ?
- напишите письмо в редакцию журнала: zhurnal@vestnik-nauki.com

* В выпусках журнала могут упоминаться организации (Meta, Facebook, Instagram) в отношении которых судом принято вступившее в законную силу решение о ликвидации или запрете деятельности по основаниям, предусмотренным Федеральным законом от 25 июля 2002 года № 114-ФЗ 'О противодействии экстремистской деятельности' (далее - Федеральный закон 'О противодействии экстремистской деятельности'), или об организации, включенной в опубликованный единый федеральный список организаций, в том числе иностранных и международных организаций, признанных в соответствии с законодательством Российской Федерации террористическими, без указания на то, что соответствующее общественное объединение или иная организация ликвидированы или их деятельность запрещена.