Polacy opracowali innowacyjny ceramiczny element grzejny

Już wkrótce tradycyjne grzałki wykorzystywane domowych urządzeniach grzewczych mogą zostać zastąpione przez ceramiczny element grzejny o specjalnej konstrukcji do przepływowych grzejników cieczy i gazów. Jak informuje PAP w serwisie Nauka w Polsce, to 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 ICiMB, 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. Dzięki temu 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 Dziubak. Zaletą nowego urządzenia jest energooszczędność oraz możliwość sterowania powierzchnią kontaktu elementu grzejnego z przepływającym medium, dzięki specjalnej konsytuacji wyrobu. Ta struktura to tzw. "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.

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 "plastra miodu". 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 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.

(bj)