Polskie ceramiczne urządzenie grzejne

Naukowcy z Warszawy i Wrocławia opracowali nowoczesne urządzenie grzejne.

Już niedługo tradycyjne grzałki wykorzystywane m.in. w domowych farelkach, prodiżach, opiekaczach i termowentylatorach mogą zostać zastąpione przez ceramiczny element grzejny o specjalnej konstrukcji do przepływowych grzejników cieczy i gazów. Nowatorskie rozwiązanie opracowali naukowcy z Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych w Warszawie we współpracy z Instytutem Elektroniki, Oddział Technologii i Materiałoznawstwa Elektrotechnicznego we Wrocławiu.

Jak podkreśla dr Cecylia Dziubak, kierownik Zakładu Technologii Ceramiki Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych, tworzywa ceramiczne cieszą się coraz większym zainteresowaniem jako materiały technologiczne. Łączą wysokie parametry mechaniczne, elektryczne i termiczne. Charakteryzują się dużą twardością, sztywnością, odpornością na ścieranie i jednocześnie stosunkowo niską gęstością. Są odporne na czynniki i środki chemiczne.
Materiały ceramiczne znajdują zastosowanie w technice grzewczej, ogniwach paliwowych, ogniwach termoelektrycznych i różnego rodzaju czujnikach.

Do transformacji energii elektrycznej na energię cieplną zwykle są wykorzystywane grzałki w kształcie spirali lub prętów metalowych oraz porowate grzałki ze spienionych tworzyw ceramicznych lub stopów metali. Ich wadą jest duża energochłonność i krótki czas użytkowania. Grzałki porowate obniżają prędkość przepływu ogrzewanego medium.

"Udało się nam opracować urządzenie, które spełnia równocześnie dwie funkcje - przewodzi prąd i jest radiatorem odprowadzającym ciepło" - mówi dr Cecylia Dziubak. Zaletą nowego urządzenia jest energooszczędność oraz możliwość sterowania powierzchnią kontaktu elementu grzejnego z przepływającym medium, dzięki specjalnej konsytuacji wyrobu. Ta konstrukcja to tzw. "honey - comb" ("plaster miodu"), formowany z masy plastycznej w prasie poziomej poprzez specjalny ustnik. W zależności od zastosowania ustnika można kształtować liczbę i wielkość kanalików, grubość ścianek, a tym samym rozwinięcie powierzchni elementu grzejnego, co jest ważną cechą użytkową.

"Typowymi przewodnikami prądu elektrycznego są metale. Jeżeli dobierzemy tworzywo ceramiczne o określonych właściwościach, to ono także będzie mieć właściwości przewodzące" - wyjaśnia dr Dziubak.

Do wykonania elementu grzejnego naukowcy wytypowali tytanian baru i tlenek cynku - których strukturę krystaliczną modyfikowano dodatkami tlenków lub soli pierwiastków grup przejściowych i ziem rzadkich oraz karborund (węglik krzemu SiC) modyfikowany dodatkami grafitu i kaolinu.

Po przeprowadzeniu badań fizyko-technicznych do wykonania grzałki wybrano tworzywo na bazie karborundu, ponieważ tlenek cynku nie spełniał kryterium odporności chemicznej.

Sprawność ceramicznego urządzenia grzewczego zależy m.in. od powierzchni kontaktowej "honey - combu". Im jest ona większa, tym więcej ciepła wydostaje się na zewnątrz.

"Gdyby została wykorzystana płaska płytka, to powierzchnia nie jest za duża. Rozwinięcie powierzchni osiągnęliśmy poprzez specjalną konstrukcję +plaster miodu+ tego elementu" - tłumaczy dr Dziubak. Jak podkreśla, taka metoda formowania elementu ceramicznego pozwala kontrolować jego właściwości użytkowe. W czasie spalania zaś występuje ograniczenie emisji gazów spalinowych, powstających ze spalenia tworzyw i organicznych środków spulchniających. Zdaniem naukowiec, ma to niewątpliwy aspekt ekologiczny.

W porównaniu do tradycyjnych elektrycznych grzejników rezystancyjnych grzejniki wykonane z materiałów ceramicznych charakteryzują się większą odpornością na korozję i czynniki chemiczne.

Jak podkreślają naukowcy, wyprodukowana grzałka to urządzenie praktycznie niezniszczalne. Zaletą ceramicznych produktów jest też niska cena. "W tej chwili zakończyliśmy projekt badawczy. Kolejnym etapem będzie przygotowanie i wdrożenie do produkcji" - mówi dr Dziubak.

Ceramiczny monolityczny element grzejny do przepływowych grzejników cieczy i gazów zdobył srebrny medal na Światowych Targach Wynalazczości, Badań Naukowych i Nowych Technik BRUSSELS INNOVA 2009.

Źródło: PAP - Nauka w Polsce