RU2119729C1

RU2119729C1 - Flat flexible electric heater

Info

Publication number: RU2119729C1
Application number: RU96113524A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Ермилов; М.Е. Казаков; Д.Н. Новичков; В.Л. Ноткин; Е.А. Чайкина
Original assignee: Ермилов Артур Николаевич
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 1998-09-27

Abstract

FIELD: drying, in particular, drying layers of wood arranged in lumber pile. SUBSTANCE: device is made from carbon textile, which warp fibers are arranged uniformly or non-uniformly, and polyether insulation which is attached to warp as whole. Electric heater operates at normal mains level, has low tolerable bent radius, provides power level of 500 W per sq. M for four hours and 150 W per sq. m. for normal operations. EFFECT: increased functional capabilities, increased mechanical strength against aggressive chemical agents. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэлектротехнике, в частности, к системам для сушки древесины. The invention relates to heat engineering, in particular, to systems for drying wood.

Известен электронагреватель в виде плоской панели, где гибкий резистивный элемент, покрытый изолятором, размещается между двумя металлическими листами [1] . При этом металлическое покрытие имеет толщину порядка 1 мм, чтобы выровнять поле температур. Такой нагреватель имеет большой радиус гиба, установка в сушильной камере и коммутация такого нагревателя трудоемки. Known electric heater in the form of a flat panel, where a flexible resistive element coated with an insulator is placed between two metal sheets [1]. In this case, the metal coating has a thickness of the order of 1 mm in order to equalize the temperature field. Such a heater has a large bending radius, installation in a drying chamber and switching such a heater are laborious.

Известен плоский гибкий нагреватель, где резистив выполнен из углеродных нитей, помещенных в изоляционную оболочку из фторопласта или кренийорганической резины, уложенных так, что расстояние между нитями много больше диаметра нити [2]. Высокое сопротивление углерода позволяет скоммутировать параллельно большое количество нитей и работать на напряжении, близком к сетевому. Однако малая площадь поверхности резистива определяет высокую плотность теплового потока (до 7000 Вт/м²), что приводит к нагреву резистива до высокой температуры. Принципиальной особенностью такого нагревателя является неравномерность температурного поля и локальные перегревы.Known flat flexible heater, where the resist is made of carbon filaments placed in an insulating sheath of fluoroplastic or organo-rubber, laid so that the distance between the filaments is much greater than the diameter of the filament [2]. High carbon resistance allows you to switch in parallel a large number of threads and operate at a voltage close to the mains. However, the small surface area of the resistive determines a high heat flux density (up to 7000 W / m ² ), which leads to heating of the resistive to a high temperature. The principal feature of such a heater is the unevenness of the temperature field and local overheating.

Наиболее близким к предлагаемому решению является нагреватель типа теплового одеяла фирмы "Вудмайзер-продакшн" [3]. Резистивом является алюминиевая фольга толщиной 200 мкм. Резистив помещается между двумя пленками из полиэфира толщиной 20 мкм каждая. Резистив шириной 800 мм соединяется механически с массивными контактными группами, через которые нагреватель подключается к источнику питания. Конструкция и геометрические размеры такого нагревателя выбираются из попытки компромиссионного совмещения следующих требований: гибкость, механическая прочность, приемлемые питающие токи (не слишком массивная коммутация), обеспечение заданной плотности мощности. Для оптимизации технологического процесса сушки древесины плотность мощности должна варьироваться в течение одного цикла в пределах от 50 до 150 Вт/м².Closest to the proposed solution is a heater type thermal blankets of the company "Woodmizer-production" [3]. Resistive is aluminum foil 200 microns thick. The resist is placed between two 20-micron thick polyester films. A resist 800 mm wide is connected mechanically with massive contact groups through which the heater is connected to a power source. The design and geometric dimensions of such a heater are selected from an attempt to compromise the following requirements: flexibility, mechanical strength, acceptable supply currents (not too massive switching), ensuring a given power density. To optimize the technological process of drying wood, the power density should vary during one cycle in the range from 50 to 150 W / m ² .

В теоретически и экспериментально отработанной конструкции прототипа максимальная плотность мощности составляет 60 Вт/м². Вследствие этого при практическом применении приходится использовать два тепловых одеяла, уложенных друг на друга. Соединение резистива с массивной контактной группой является механически непрочным местом нагревателя из-за относительной непрочности резистива. Рабочие токи даже при весьма тонком резистиве превышают 100 А, что делает коммутацию массивной и повышает механические нагрузки на контактную группу.In the theoretical and experimental design of the prototype, the maximum power density is 60 W / m ² . As a result of this, in practical application, it is necessary to use two thermal blankets stacked on top of each other. The connection of the resistive with the massive contact group is a mechanically unstable place of the heater due to the relative weakness of the resistor. Operating currents even with a very thin resistor exceed 100 A, which makes the switching massive and increases the mechanical load on the contact group.

Предлагается плоский гибкий электронагреватель, содержащий плоский резистивный элемент, изоляционное покрытие и контактные группы на концах; отличающийся тем, что резистивный элемент выполнен из углеродной ткани, состоящей из однонаправленных нитей основы, с расстоянием между ними, не превышающим диаметра нити, соединенных нитями утка с расстоянием между ними много больше диаметра нити, покрытой с двух сторон изоляционной полиэфирной пленкой, выступающей за пределы резистива на 1,5-2,0 см с каждой стороны, причем изоляционная пленка с помощью компаунда соединяется с резистивом, а на выступающих краях - между собой. A flat flexible electric heater is proposed comprising a flat resistive element, an insulating coating and contact groups at the ends; characterized in that the resistive element is made of carbon fabric, consisting of unidirectional warp threads, with a distance between them not exceeding the diameter of the thread, connected by weft threads with a distance between them is much larger than the diameter of the thread coated on both sides with an insulating polyester film protruding beyond 1.5-2.0 cm on each side, and the insulation film is connected to the resistor using the compound, and between them at the protruding edges.

Углеродная ткань, обладая удельным сопротивлением на три порядка большим, чем у алюминиевой фольги, позволяет работать при типичных геометрических размерах на напряжении, близком к сетевому. Сочетание углеродной ткани с 20-50 мкм изоляционной пленкой из лавсана обеспечивает гибкость нагревателя (радиус гиба до 5 мм) и высокую механическую прочность. В такой композиции механические нагрузки хорошо выдерживают как изоляционное покрытие, так и сам резистив. Другой особенностью углеродного резистива является принципиальная возможность варьировать плотность тепловыделения по ширине резистива. В частности, для компенсации краевых эффектов на боковых краях штабеля целесообразно увеличить плотность мощности в соответствующей части нагревателя. Это может быть достигнуто путем уменьшения расстояния между токонесущими нитями основы в этой части нагревателя (см. чертеж). Carbon fabric, having a resistivity of three orders of magnitude greater than that of aluminum foil, allows you to work with typical geometric dimensions at a voltage close to the network. The combination of carbon fabric with 20-50 microns of insulating film made of lavsan ensures the flexibility of the heater (bending radius up to 5 mm) and high mechanical strength. In such a composition, mechanical loads withstand both the insulation coating and the resist itself. Another feature of the carbon resistor is the fundamental possibility of varying the heat density along the width of the resistive. In particular, to compensate for edge effects at the lateral edges of the stack, it is advisable to increase the power density in the corresponding part of the heater. This can be achieved by reducing the distance between the current-carrying warp threads in this part of the heater (see drawing).

Процесс изготовления нагревателя заключается в обеспечении прочного соединения резистива и двухстороннего изоляционного покрытия. Склейка осуществляется с помощью специального компаунда, в который входит полиэфирная и эпоксидная смолы при соотношении (70/30)-(90/10) и растворитель. В качестве полиэфирной смолы используются сложные смолы с температурой плавления до 160^oC. Например, смолы типа ТФ-32 и эпоксиднодиановая смола с эпоксидным числом 8-22 [4] . Полиэфирные смолы загружают в реактор, добавляют растворитель (формальгликоль) и после полного растворения полиэфира в раствор добавляют эпоксидную смолу с эпоксидным числом порядка 20. После перемешивания и получения однородного раствора смесь доводят до вязкости 13-15 с путем добавления ацетона. Полученный раствор связующего наносят на одну сторону полиэфирной пленки толщиной 20-50 мкм и пропускают через сушильную камеру пропиточно-лакировочной машины при температуре 100-120^oC для удаления растворителя. На отлакированную сторону пленки накладывают углеродную ткань и при температуре 140-150^oC проводят через коландр. Рулон с односторонним изоляционным покрытием вторично пропускают через нагретый коландр для нанесения изоляционного слоя с другой стороны. При этом края пленки, выступающие за пределы резистивной ткани на 1,5-2,0 см, полимеризуются и обеспечивают особо прочную заделку краев нагревателя.The manufacturing process of the heater is to ensure a strong connection of the resistor and the double-sided insulation coating. Gluing is carried out using a special compound, which includes polyester and epoxy resins at a ratio of (70/30) - (90/10) and solvent. Complex polymers with a melting point up to 160 ^° C are used as the polyester resin. For example, resins of the TF-32 type and epoxy resin with an epoxy number of 8-22 [4]. The polyester resins are loaded into the reactor, the solvent (formalglycol) is added, and after the polyester is completely dissolved, an epoxy resin with an epoxy number of about 20 is added to the solution. After mixing and obtaining a homogeneous solution, the mixture is brought to a viscosity of 13-15 s by adding acetone. The resulting binder solution is applied on one side of a polyester film with a thickness of 20-50 microns and passed through the drying chamber of the impregnation-varnishing machine at a temperature of 100-120 ^o C to remove the solvent. A carbon cloth is applied to the lacquered side of the film and, at a temperature of 140-150 ^° C., is passed through the coelander. A roll with a one-side insulating coating is secondly passed through a heated coiler to apply the insulating layer on the other hand. At the same time, the edges of the film protruding 1.5-2.0 cm beyond the resistive fabric, polymerize and provide a particularly durable seal of the edges of the heater.

Полученный материал разрезается на куски, длина которых (обычно десятки метров) выбирается из соображений удобства использований в конкретной камере и в соответствии с имеющимися источниками питания. Концы нагревателя очищаются от изоляционного покрытия, резистивная ткань складывается вдвое и закрепляется между двумя металлическими контактными пластинами с помощью заклепок. При монтаже токонесущие нити ткани раздвигаются заклепой. На контактных пластинах закрепляется провод, вся контактная группа покрывается отлакированной полиэфирной пленкой, заходящей на основное изоляционное покрытие на 100-150 мм, и полимеризуется на горячем прессе. Таким образом обеспечивается изоляция контактной группы и механическая прочность ее соединения с резистивом. The resulting material is cut into pieces, the length of which (usually tens of meters) is selected for reasons of ease of use in a particular chamber and in accordance with available power sources. The ends of the heater are cleaned of the insulating coating, the resistive fabric is folded in half and fixed between two metal contact plates with rivets. During installation, current-carrying fabric threads are moved apart by rivet. A wire is fixed on the contact plates, the entire contact group is covered with a lacquered polyester film that enters the main insulation coating 100-150 mm, and polymerizes on a hot press. This ensures the isolation of the contact group and the mechanical strength of its connection with the resistive.

Прошли испытания опытные образцы нагревателей с шириной резистивной ленты 520 мм и габаритной шириной нагревателя 550 мм. Для нагревателя длиной 16 м и удельной мощностью тепловыделения 130 Вт/м² напряжение составило 103 В, ток 10,5 А. Рабочая температура в процессе сушки 120^oC.Tested prototypes of heaters with a resistive tape width of 520 mm and a heater overall width of 550 mm. For a heater 16 m long and a specific heat dissipation power of 130 W / m ^{2, the} voltage was 103 V, the current 10.5 A. The operating temperature during the drying process was 120 ^o C.

К настоящему времени опытные образцы нагревателей (общая площадь более 1000 м²) отработали более 5000 часов в камерах вакуумной сушки древесины без изменения электротехнических и механических характеристик. На отдельных нагревателях плотность мощности доводилась до 500 Вт/м² в течение 4 часов, что не приводило к изменению характеристик нагревателя.To date, prototypes of heaters (total area of more than 1000 m ² ) have worked more than 5000 hours in vacuum drying chambers of wood without changing the electrical and mechanical characteristics. On individual heaters, the power density was brought up to 500 W / m ² for 4 hours, which did not lead to a change in the characteristics of the heater.

Claims

1. A flat flexible electric heater containing a flat resistive element with a double-sided insulation coating and a contact group at the ends, characterized in that the resistive element is made of carbon fabric, consisting of unidirectional warp threads, the distance between which does not exceed the diameter of the thread connected by weft threads, the distance between which is larger than the diameter of the threads, coated on both sides with an insulating polyester film protruding 1.5 to 2.0 cm beyond the fabric, the fabric and polyester film, as well as the edges of the film and connected to each other via the compound containing epoxy and polyester resins in a ratio of (70/30) - (90/10), by passing through kolandr at 130 - 150 ^o C, wherein a contact group is in the form of two metal strips, connected to the fabric using rivets passed between the current-carrying warp threads, the contact group being also covered by a polyester film bonded to the polyester film of the fabric.

2. The electric heater according to claim 1, characterized in that the distance between the warp threads is made decreasing in the direction from the middle to its edges.