Разработка технологии изготовления плоских нагревательных элементов из графитосодержащего нанокомпозита и изготовление опытных образцов.

В современном мире экономия всех видов энергии, её эффективное использование и внедрение энергоэффективных технологий является одним из основных направлений развития в стране. Прогресс в данном направлении может быть достигнут в том числе и в результате разработки новых композиционных материалов и энергоэффективных устройств на их основе. В данном проекте разрабатывается технология производства графитосодержащего нанокомпозита и создание на его основе энергоэффективных устройств различного назначения (теплообменники, нагревательные элементы, инфракрасные и конвективные обогреватели). Современные системы отопления и нагрева должны быть разработаны таким образом, чтобы их эксплуатация приводила к снижению расхода энергетических ресурсов. Поэтому разрабатываемые нагревательные элементы должны обладать максимально возможной эффективной поверхностью теплообмена, высоким коэффициентом теплопередачи и иметь высокий коэффициент черноты поверхности. В настоящее время на рынке бытовых, промышленных электронагревательных и теплообменных устройств предлагается:- оборудование с вынужденной и естественной конвекцией;- различные инфракрасные излучающие устройства;- теплообменники с оребрением и керамические сотовой структуры.В качестве нагревательного элемента в этих устройствах используются трубчатые (ТЭНы) как гладкие, так и с различной степенью оребрения. Оборудование, в котором используется ТЭН имеет низкую тепловую эффективность, несмотря на то что сам ТЭН имеет высокий КПД. Это связано с тем, что такие нагревательные элементы имеют небольшую площадь теплообменной поверхности. Поэтому для достижения выходных характеристик нагреваемой среды необходимо увеличивать температуру поверхности ТЭНа, что в свою очередь приводит к увеличению расхода электроэнергии на нагрев 1м3 нагреваемой среды. С увеличением температуры ТЭНов может происходить:- горение органических частиц и пыли, содержащихся в нагреваемой среде;- окисление материала ТЭНа;- образование накипи. Для увеличения эффективности нагревательных элементов современные производители пошли по пути производства керамических нагревателей с различной формой поверхности теплообмена. В основном все подобные нагревательные элементы представляют собой керамическую подложку различной конфигурации с нанесённым на неё резистивным элементом. При создании таких элементов необходимо подобрать материал керамики и резистивного слоя с одинаковым коэффициентом термического расширения (КТР), что приводит к увеличению стоимости таких элементов. Керамические нагревательные элементы могут иметь неравномерное поле распределения температуры по поверхности нагревателя, что приводит к снижению их эффективности. Авторами проекта предлагается создание нагревательных элементов нового поколения, в которых отсутствуют выше указанные недостатки. Как было сказано выше предлагается производство нагревательных элементов с различной формой поверхности теплообмена из графитосодержащего нанокомпозита. Использование разрабатываемых элементов позволит:- снизить температуру нагревательного элемента до 100 -1500С;- уменьшить градиент температуры между нагревателем и нагреваемой средой;- снизить удельный расход электроэнергии и тем самым создать современное энергоэффективное оборудование.Для создания энергоэффективных нагревательных элементов нового поколения необходимо решить следующие задачи:- модернизировать имеющееся технологическое оборудование;- определить состав композита для производства нагревательных элементов и параметры технологического процесса;- разработать математическую модель процессов переноса в создаваемых нагревательных элементах;- проанализировать физические, физико-химические и механические свойства создаваемых элементов:- отработать технологию производства графитосодержащего нанокомпозита;- разработка интегрированной системы проектирования, позволяющей создавать композиционные материалы и изделия на основе данной технологии. Сферы применения и потребители создаваемой продукции.1.Промышленность и сельское хозяйство:1.1 Производители (систем подготовки воздуха, приточно-вытяжных установок, рекуператоров различного назначения).1.2 Системы отопления и нагрева:- различных газовых и жидких сред в технологических процессах;- в покрасочных камерах и сушильных шкафах;- в качестве подогревателей для газовых горелок и шкафов эксплуатирующихся при отрицательных температурах воздуха;- помещений производственного и сельскохозяйственного назначения.2.В системах отопления и вентиляции:-бытовой сектор;- предприятия розничной и оптовой торговли;- спортивные комплексы