RU205291U1 - Кабель нагревательный - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электрического нагрева, в частности к устройствам резистивного нагрева, и может быть использована в нагревательных системах различного назначения для нагрева помещений и/или поверхности, в том числе для высокотемпературного форсированного нагрева. Техническим результатом заявленной полезной модели является исключение локального перегрева кабеля и нагреваемых конструкций, которое достигается за счет того, что кабель нагревательный, адаптированный к автоматическому управлению, содержит нагревательный элемент, имеет витую структуру из множества жил, выполненных из гибких материалов, и покрыт высокотемпературной смазкой, а изолирующий слой состоит, от внутреннего слоя к внешнему, из теплоотводящего слоя теплопроводностью не менее 0,2 Вт/мК из композита с мелкодисперсным теплопроводящим наполнителем, электроизоляционного слоя на основе термостойкого эластичного материала, защитного слоя и герметичной внешней оболочки. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Полезная модель относится к области электрического нагрева, в частности к устройствам резистивного нагрева, адаптированным к автоматическому управлению и может быть использована в нагревательных системах различного назначения для нагрева помещений и/или поверхности, в том числе для высокотемпературного форсированного нагрева. [H05B 3/10, H05B 3/56]

Из уровня техники известно ОБОРУДОВАНИЕ НАГРЕВА ВСТРАИВАЕМОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ И САМОКОНТРОЛЯ ТЕПЛОПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА [CN208175017 (U), опубл. 30.11.2018г.], состоящее из нагревательного провода, заделанного изоляционным и теплопроводящим материалом, отличающееся тем, что нагревательный провод представляет собой коаксиальную кабельную структуру, включающую в себя внешний проводник, изолирующий и теплопроводящий материал и внутренний проводник.

Недостатком аналога является подверженность локальному перегреву кабеля и нагреваемых конструкций, эксплуатируемых в экстремальных температурных условиях, при форсированном нагреве до максимальных температур.

Также из уровня техники известен КАБЕЛЬ [CN207995430 (U), опубл. 19.10.2018г.], состоящий из электронагревательного провода, изоляционного слоя из минералов и силиконовой резины и оболочки из нержавеющей стали, отличающийся тем, что электрический нагревательный провод покрыт композитным изолирующим слоем из минералов и силиконового каучука, при этом электрический нагревательный провод и композитный изолирующий слой из минералов и силиконового каучука образуют блок сердечника кабеля, оболочка выполнена из нержавеющей стали, а изоляционный слой из минералов и силиконовой резины совмещен с оболочкой из нержавеющей стали.

Недостатком аналога является подверженность локальному перегреву кабеля и нагреваемых конструкций в экстремальных температурных условиях, при форсированном нагреве до максимальных температур.

Наиболее близким по технической сущности является НАГРЕВАТЕЛЬ [JP2019179726 (A), опубл. 17.10.2019г.], содержащий линейный нагревательный элемент, который излучает тепло в соответствии с протекающим током, и изолирующий слой, предусмотренный на внешней поверхности нагревательного элемента, при этом теплогенерирующий элемент

содержит проволоку из углеродных нанотрубок, содержащую 50 мас.% или более углеродных нанотрубок.

Основной технической проблемой прототипа является предрасположенность к локальному перегреву кабеля и нагреваемых конструкций при длительной эксплуатации в экстремальных температурных условиях и использовании форсированных режимов нагрева до максимальных температур, из-за нарушения контакта нагревательного элемента и изолирующего слоя при изгибе.

Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом заявленной полезной модели является исключение локального перегрева кабеля и нагреваемых конструкций.

Указанный технический результат достигается в кабеле нагревательном, адаптированном к автоматическому управлению, содержащем линейный нагревательный элемент и изолирующий слой, предусмотренный на внешней поверхности нагревательного элемента, при этом нагревательный элемент имеет витую структуру из множества жил, выполненных из гибких материалов, и покрыт высокотемпературной смазкой, а изолирующий слой состоит, от внутреннего слоя к внешнему, из теплоотводящего слоя теплопроводностью не менее 0,2 Вт/мК из композита с мелкодисперсным теплопроводящим наполнителем, электроизоляционного слоя на основе термостойкого эластичного материала, защитного слоя и герметичной внешней оболочки.

В частности, нагревательный элемент изготавливается из сплавов металлов, например, из легированной стали.

В частности, нагревательный элемент изготавливается из углеродной нити.

В частности, нагревательный элемент выбирается с положительным для металла, сплава и отрицательным для углеродных нитей температурным коэффициентом сопротивления.

В частности, теплоотводящий слой выполнен из композита на основе силиконовой резины термостойкостью не менее 250°С с мелкодисперсным теплопроводящим наполнителем.

В частности, в качестве материала для изготовления мелкодисперсного теплопроводящего наполнителя используются, по отдельности либо в пропорции, нитрид бора, оксид алюминия, углеродсодержащие материалы, порошок алюминия, никеля.

В частности, в качестве материала для изготовления мелкодисперсного теплопроводящего наполнителя используется добавка из предварительно прокаленного при температуре до 1000°С диоксида кремния с удельной поверхностью не менее 300 м²/г в количестве до 3% от веса теплоотводящего слоя.

В частности, в качестве термостойкого эластичного материала электроизоляционного слоя используется силиконовая резина термостойкостью не менее 250°С.

В частности, в качестве электроизоляционного слоя используется теплоотводящий слой.

Краткое описание чертежей.

На фиг.1 показан поперечный разрез кабеля нагревательного.

На фигуре обозначено: 1 – нагревательный элемент, 2 – жила, 3 – высокотемпературная смазка, 4 – изолирующий слой, 5 – теплоотводящий слой, 6 – наполнитель, 7 – электроизоляционный слой, 8 – защитный слой, 9 – внешняя оболочка.

Осуществление полезной модели.

Заявленный кабель нагревательный состоит из резистивного нагревательного элемента 1, свитого из множества жил 2, выполненных из гибких материалов, и покрытого высокотемпературной смазкой 3, и заключенного в изолирующий слой 4, состоящий, от внутреннего слоя к внешнему, из теплоотводящего слоя 5 теплопроводностью не менее 0,2 Вт/мК из композита с мелкодисперсным теплопроводящим наполнителем 6, электроизоляционного слоя 7 на основе термостойкого эластичного материала, защитного слоя 8 и герметичной внешней оболочки 9.

Кабель нагревательный используется следующим образом.

При прохождении электрического тока по витому нагревательному элементу 1, состоящему из жил 2, он, за счет резистивного сопротивления, выделяет тепло, последовательно проходящее слой высокотемпературной смазки 3, а также все составляющие изолирующего слоя 4: композитный теплоотводящий слой 5 с мелкодисперсным теплоотводящим наполнителем 6, электроизоляционный слой 7, защитный слой 8, внешнюю оболочку 9 и передается нагреваемой поверхности (объему). С целью повышения надежности при эксплуатации, поверх электроизоляционного слоя 7 наносится защитный слой 8, например, из оплетки стальных или медных проволок и герметичная внешняя оболочка 9, например, из силиконовой резины.

Задача полезной модели решается реализацией комплекса технических решений по трем направлениям: повышение гибкости кабеля, уменьшение инерционности процесса передачи тепла от кабеля объекту, снижение инерционности управления процессом нагрева.

Для равномерного нагрева объекта кабель нагревательный равномерно размещается на его поверхности с максимальным прилеганием. В зависимости от требуемой интенсивности нагрева объекта и формы его поверхности используются различные схемы размещения нагревательного кабеля для покрытия определенной площади поверхности (или создания определенной структуры в объеме) оптимальным рисунком расположения кабеля. При этом кабель гнется для повторения профиля поверхности нагреваемого объекта и/или покрытия определенной площади поверхности оптимальным рисунком расположения кабеля. Повышенная гибкость заявленного кабеля, в том числе при длительной эксплуатации в экстремальных температурных условиях при форсированном нагреве до максимальных температур, обеспечивается за счет витой структуры нагревательного элемента 1, состоящего из множества жил 2, выполненных из гибких материалов с высоким пределом прочности на изгиб, а также применения силиконовой основы для теплоотводящего слоя 5 и электроизоляционного слоя 7. Данные меры обеспечивают в экстремальных температурных условиях надежное прилегание к поверхности, в том числе сложного профиля, и хороший контакт внутренних слоев при изгибе кабеля, что снижает потери тепла при теплопередаче, способствует равномерному нагреву кабеля и конструкций по длине и площади, снижает риск их локального перегрева.

Уменьшение инерционности процесса передачи тепла от нагревательного элемента 1 к поверхности нагреваемого объекта адаптирует нагревательный кабель к использованию системы автоматического управления и достигается в несколько этапов: во-первых, за счет использования высокотемпературной смазки 3, например на основе нитрида бора, исключающей образование воздушных полостей и ухудшение контакта поверхностей нагревательного элемента 1 и прилегающего слоя в местах значительных изгибов кабеля при длительной эксплуатации, тем самым предотвращая локальные перегревы в этих местах; во-вторых, использованием теплоотводящего слоя 5 теплопроводностью не менее 0,2 Вт/мК из композита на основе силиконовой резины термостойкостью не менее 250°С с мелкодисперсным теплопроводящим наполнителем 6, в качестве которого применяются, по отдельности либо в пропорции, порошок алюминия, никеля, нитрид

бора, оксид алюминия, углеродсодержащие материалы или предварительно прокаленный при температуре до 1000°С диоксида кремния с удельной поверхностью не менее 300 м²/г в количестве до 3% от веса теплоотводящего слоя, при этом выбор наполнителя 6 и его количественные характеристики определяют свойства теплоотводящего слоя 5 и его применимость как самостоятельного электроизолятора, т.е. без использования электроизоляционного слоя 7. В-третьих, для повышения адаптации кабеля к автоматическому управлению, за счет снижения инерционности управления нагревом, обеспечения линейного закона этого процесса в интервалах рабочих температур, подбирается материал изготовления нагревательного элемента 1 – с положительным для металла или сплава и отрицательным для углеродных нитей температурным коэффициентом сопротивления. Комплексное использование композитного теплоотводящего слоя 5, в особенности при исключении электроизоляционного слоя 7, и высокотемпературной смазки 3, способствует существенному снижению сопротивления изолирующего слоя 4 передаче тепла и уменьшает инерционность процесса нагрева, а выбор материала нагревательного элемента 1 – с положительным для металла или сплава и отрицательным для углеродных нитей температурным коэффициентом сопротивления – снижению инерционности управления нагревом.

Таким образом, совокупный эффект повышения гибкости кабеля и его адаптации к автоматическому управлению за счет уменьшения инерционности процесса передачи тепла от кабеля объекту, а также снижения инерционности управления нагревом, позволил исключить локальный перегрев кабеля и нагреваемых конструкций при длительной эксплуатации в экстремальных температурных условиях и использовании форсированных режимов нагрева до максимальных температур, что подтверждается результатами опытной эксплуатации в условиях Крайнего Севера.

Claims (9)

1. Кабель нагревательный, адаптированный к автоматическому управлению, содержащий линейный нагревательный элемент и изолирующий слой, предусмотренный на внешней поверхности нагревательного элемента, отличающийся тем, что нагревательный элемент имеет витую структуру из множества жил, выполненных из гибких материалов, и покрыт высокотемпературной смазкой, а изолирующий слой состоит, от внутреннего слоя к внешнему, из теплоотводящего слоя теплопроводностью не менее 0,2 Вт/мК из композита с мелкодисперсным теплопроводящим наполнителем, электроизоляционного слоя на основе термостойкого эластичного материала, защитного слоя и герметичной внешней оболочки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нагревательный элемент изготавливается из сплава.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нагревательный элемент изготавливается из углеродной нити.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нагревательный элемент выбирается с положительным для металла, сплава и отрицательным для углеродных нитей температурным коэффициентом сопротивления.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплоотводящий слой выполнен из композита на основе силиконовой резины термостойкостью не менее 250°С с мелкодисперсным теплопроводящим наполнителем.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в качестве материала для изготовления мелкодисперсного теплопроводящего наполнителя используются, по отдельности либо в пропорции, нитрид бора, оксид алюминия, углеродсодержащие материалы, порошок алюминия, никеля.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в качестве материала для изготовления мелкодисперсного теплопроводящего наполнителя используется добавка из предварительно прокаленного при температуре до 1000°С диоксида кремния с удельной поверхностью не менее 300 м²/г в количестве до 3% от веса теплоотводящего слоя.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве термостойкого эластичного материала электроизоляционного слоя используется силиконовая резина термостойкостью не менее 250°С.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве электроизоляционного слоя используется теплоотводящий слой.

Images