RU2077117C1

RU2077117C1 - Flexible electric heater

Info

Publication number: RU2077117C1
Application number: RU93029508A
Authority: RU
Inventors: Д.Р. Ахмадиев; Е.А. Деулин; В.П. Михайлов
Original assignee: Акционерное общество "ЮСМ"; Товарищество с ограниченной ответственностью "ЭМВАК"
Priority date: 1993-06-15
Filing date: 1993-06-15
Publication date: 1997-04-10

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: electric heater is made laminar composed by thermoinsulating layers interchanging with adjacent two layers of heat resistant material and high-resistance heating members placed between them. EFFECT: better operation capability, longer operation life, simpler production. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к нагревательным приборам с нагревательными элементами, в частности к нагревательным приборам с увеличенной поверхностью, преимущественно двухмерным, например, к пластинчатым нагревателям, в которых нагревательные элементы заделаны в изоляционный материал. The invention relates to heating devices with heating elements, in particular to heating devices with an enlarged surface, mainly two-dimensional, for example, plate heaters, in which heating elements are embedded in an insulating material.

Существуют электрические нагревательные приборы (нагреватели) [1, 2] содержащие основу из нескольких слоев эластичного материала, например, резины или резиноподобной массы, между которыми последовательно уложены нагревательные элементы либо из обычного кабеля, либо из плоских токопроводящих лент. There are electric heaters (heaters) [1, 2] containing a base of several layers of elastic material, for example rubber or rubber-like mass, between which heating elements are sequentially laid either from a conventional cable or from flat conductive tapes.

Однако, эти нагреватели имеют ряд недостатков, таких как устройство нагревательных элементов, предусматривающее обязательное присутствие термоизолирующего материала, отделяющего нагревательные элементы от внешней оболочки нагревателя, кроме того, в качестве нагревательных элементов используется обыкновенный толстый кабель, либо токопроводящая плоская лента, прикрепляемая к телу нагревателя специальными клейкими полосками. Кроме того, температура нагрева у аналогов недостаточно высокая, что приводит к ограничению области применения. Поскольку у аналогов нагревательные элементы располагаются последовательно, то для их нагрева требуется высокое напряжение, что уменьшает электробезопасность при работе с ними. However, these heaters have a number of disadvantages, such as the arrangement of heating elements, which provides for the mandatory presence of thermally insulating material that separates the heating elements from the outer shell of the heater, in addition, an ordinary thick cable or a conductive flat tape attached to the heater body is used as heating elements adhesive strips. In addition, the heating temperature of the analogues is not high enough, which leads to a limitation of the scope. Since the heating elements of the analogues are arranged in series, their heating requires a high voltage, which reduces electrical safety when working with them.

Наиболее близким техническим решением является прибор, описанный в патенте США [3] где конструкция нагревательных элементов значительно проще. Однако между нагревательной проволокой и гибкой резиновой внешней оболочкой существует слой термоизолирующей ткани, посыпанной для уменьшения отражательного эффекта алюминиевым порошком. The closest technical solution is the device described in US patent [3] where the design of the heating elements is much simpler. However, between the heating wire and the flexible rubber outer sheath, there is a layer of thermally insulating fabric sprinkled to reduce the reflective effect of aluminum powder.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик нагревателя, увеличение его долговечности, упрощения технологии изготовления и повышения электробезопасности. The aim of the invention is to improve the operational characteristics of the heater, increase its durability, simplify manufacturing technology and increase electrical safety.

Улучшение эксплуатационных характеристик достигается за счет использования нескольких слоев из термостойкого эластичного материала, например, из термостойкой резины, полностью изолирующего нагревательные элементы, что устраняет загрязнение и попадание влаги к нагревательным элементам. Эластичная основа обеспечивает полное прилегание к нагреваемой поверхности, то есть создает хорошие условия для кондуктивного нагрева. Использование для основы маслостойкой резины, которая не разрушается при попадании на нее масла, позволяет применять масло в качестве прослойки между нагревателем и нагреваемой поверхностью, что так же улучшает кондуктивный нагрев. Кроме того, использование специальной термостойкой резины позволяет увеличить температуру нагрева и тем самым расширить область применения нагревателя. Improvement of operational characteristics is achieved through the use of several layers of heat-resistant elastic material, for example, heat-resistant rubber, completely insulating the heating elements, which eliminates pollution and moisture ingress to the heating elements. The elastic base provides a full fit to the heated surface, that is, it creates good conditions for conductive heating. The use of oil-resistant rubber for the base, which does not deteriorate when oil enters it, allows the oil to be used as a layer between the heater and the heated surface, which also improves conductive heating. In addition, the use of special heat-resistant rubber allows you to increase the heating temperature and thereby expand the scope of the heater.

Использование резины в качестве внешней оболочки нагревателя исключает электрический пробой и порчу нагревателя из-за проникающей влажности. Это способствует увеличению долговечности и позволяет эксплуатировать нагреватель при экстремальных условиях, например, на открытом воздухе, при отрицательной температуре, дожде и снеге. The use of rubber as the outer shell of the heater eliminates electrical breakdown and damage to the heater due to penetrating moisture. This helps to increase durability and allows the heater to be operated under extreme conditions, for example, in the open air, at freezing temperatures, rain and snow.

Повышение электробезопасности при работе с нагревателем связано, во-первых, с полной электроизоляцией нагревательных элементов несколькими слоями резиновой оболочки, а, во-вторых, с тем, что нагревательные элементы расположены параллельно и для их нагрева требуется меньшее напряжение, чем если бы они располагались последовательно, а это положительно влияет на повышение электробезопасности. Improving electrical safety when working with a heater is associated, firstly, with the complete electrical insulation of the heating elements by several layers of rubber sheath, and, secondly, with the fact that the heating elements are parallel and require less voltage to heat them than if they were arranged in series , and this has a positive effect on increasing electrical safety.

Нагреватель прост в изготовлении. Наличие термостойкой резины приводит к упрощению устройства нагревательных элементов, так как отпадает необходимость предохранять внешнюю эластичную оболочку от перегрева. The heater is easy to manufacture. The presence of heat-resistant rubber simplifies the arrangement of heating elements, since there is no need to protect the external elastic shell from overheating.

Использование теплоизолирующих слоев, например, из стеклоткани, чередующихся с попарно соединенными слоями из термостойкого эластичного материала, между которыми размещены нагревательные элементы, позволяет уменьшить потери тепла в окружающую среду, что приводит к повышению коэффициента полезного действия нагревателя и возможности достигать нужной температуры нагрева при помощи нагревателя меньшей мощности. Кроме того, тканевый слой позволяет увеличить механическую прочность нагревателя. The use of heat-insulating layers, for example, of fiberglass, alternating with pairwise connected layers of heat-resistant elastic material, between which the heating elements are placed, can reduce heat loss to the environment, which leads to an increase in the efficiency of the heater and the ability to achieve the desired heating temperature using the heater less power. In addition, the fabric layer allows you to increase the mechanical strength of the heater.

Применение электрических шин, выполненных с поперечными сквозными разделительными канавками, расположенными в шахматном порядке с шагом, кратным шагу армирования нагревательных элементов, позволяет при сохранении технологии изготовления нагревателя существенно расширить диапазон изменения электрического сопротивления нагревателя и, соответственно, диапазоны изменения электрических мощностей, тока и напряжения нагревателя. The use of electric buses made with transverse through-dividing grooves arranged in a checkerboard pattern with a step that is a multiple of the reinforcing step of the heating elements allows, while maintaining the manufacturing technology of the heater, to significantly expand the range of changes in the electric resistance of the heater and, accordingly, the ranges of changes in electric power, current and voltage of the heater .

Авторами не обнаружено известных технических решений с подобными признаками. Таким образом, предложенный прибор обладает существенными отличиями. The authors have not found known technical solutions with similar features. Thus, the proposed device has significant differences.

На фиг. 1 представлен общий вид нагревателя с отогнутым краем одного из слоев резиновой оболочки, чтобы показать общее расположение нагревательных элементов. Кроме того на фиг.1 представлен поперечный разрез А-А, показывающий взаимное расположение теплоизолирующего слоя и попарно соединенных слоев из термостойкого эластичного материала, между которыми размещены нагревательные элементы. На фиг.2 представлены различные варианты схем разводки нагревательных элементов эластичного нагревателя. In FIG. 1 is a perspective view of a heater with a curved edge of one of the layers of a rubber sheath to show a general arrangement of heating elements. In addition, Fig. 1 is a cross-sectional view A-A showing the relative position of the heat insulating layer and the pairwise connected layers of heat-resistant elastic material, between which heating elements are placed. Figure 2 presents various options for the layout of the heating elements of the elastic heater.

Электрический эластичный нагреватель (фиг.1) содержит теплоизолирудющий слой 1, попарно соединенные слои 2 из термостойкого эластичного материала, между которыми размещены параллельно расположенные нагревательные элементы 3 из высокоомного материала, противоположные концы которых закреплены на параллельных электрических шинах 4, соединенных при помощи кабеля 5 с зажимами 6 для подключения к источнику тока. По периметру нагревателя расположены отверстия 7 для крепления его к нагреваемому объекту. The electric elastic heater (Fig. 1) contains a heat-insulating layer 1, pairwise connected layers 2 of heat-resistant elastic material, between which are placed parallel heating elements 3 of high-resistance material, the opposite ends of which are mounted on parallel electric buses 4 connected by cable 5 s clamps 6 for connection to a current source. Holes 7 are located around the perimeter of the heater for attaching it to a heated object.

Нагреватель может быть снабжен электрическими шинами (фиг.2), выполненными с поперечными сквозными разделительными канавками 8, расположенными в шахматном порядке с шагом, кратным шагу армирования нагревательных элементов 3. The heater can be equipped with electric tires (figure 2), made with transverse through dividing grooves 8, arranged in a checkerboard pattern with a step that is a multiple of the reinforcement step of the heating elements 3.

Электрический нагреватель работает следующим образом: прежде всего нагреватель закрепляется на нагреваемом объекте с помощью крепежных элементов (на фиг. не указаны) через отверстия 7. После подключения нагревателя к источнику тока через зажимы 6 и электрический кабель 5 нагревательные элементы 3 из высокоомного материала начинают нагреваться в результате прохождения через них электрического тока. Максимальная температура нагрева определяется типом эластичного материала, из которого выполнены слои 2, например, для термостойкой резины она составляет +250^oС. Выделяемое от нагревательных элементов 3 тепло путем теплопередачи и конвективного обмена разогревает нагреваемый объект до нужной температуры нагрева.The electric heater works as follows: first of all, the heater is fixed to the heated object using fasteners (not shown in Fig.) Through holes 7. After connecting the heater to the current source through clamps 6 and electric cable 5, the heating elements 3 made of high-resistance material begin to heat in as a result of the passage of electric current through them. The maximum heating temperature is determined by the type of elastic material from which the layers 2 are made, for example, for heat-resistant rubber it is +250 ^o C. The heat released from the heating elements 3 by heat transfer and convective exchange heats the heated object to the desired heating temperature.

На фиг.1 представлен нагреватель, предназначенный для использования низковольтного источника тока, так как нагревательные элементы 3 из высокоомного материала имеют параллельное электрическое соединение. Для улучшения эксплуатационных характеристик, в частности, для увеличения диапазона изменения электрических сопротивлений, мощности, тока и напряжения используется нагреватель, выполненный по схемам а,б,в,г, изображенным на фиг.2. Figure 1 shows a heater designed to use a low-voltage current source, since the heating elements 3 of high-resistance material have a parallel electrical connection. To improve operational characteristics, in particular, to increase the range of variation of electrical resistances, power, current and voltage, a heater is used made according to schemes a, b, c, d, shown in figure 2.

Для доказательства возможности использования разных источников тока приводятся следующие расчета. To prove the possibility of using different current sources, the following calculations are given.

В качестве нагревательного элемента выберем нихромовую проволоку диаметром d 0,1 мм, размеры нагревателя 200 х 200 мм, то есть длина и ширина L 200 мм, шаг армирования h 5 мм. As a heating element, we choose a nichrome wire with a diameter of d 0.1 mm, heater dimensions 200 x 200 mm, that is, length and width L 200 mm, reinforcement pitch h 5 mm.

Электрическое сопротивление одной нити нагревательного элемента длиной l 200 мм:

где ρ удельное электрическое сопротивление (для нихрома
ρ=1,005•10^-6 Ом•м при T= +20^°C, 1,005 • 10^-6 Ом•м при Т +20^oV).Electrical resistance of one thread of a heating element with a length of l 200 mm:

where ρ is the electrical resistivity (for nichrome
ρ = 1.005 • 10 ^-6 Ohm • m at T = +20 ^° C, 1.005 • 10 ^-6 Ohm • m at T +20 ^o V).

d диаметр нити,
l длина нити.d thread diameter
l the length of the thread.

Найдем общее электрическое сопротивление нагревателя для различных схем разводки нагревательных элементов (фиг.2):

где
П количество параллельных секций нагревательных элементов,
R сопротивление одной нити,
L длина нагревателя,
h шаг армирования.Find the total electrical resistance of the heater for various wiring diagrams of heating elements (figure 2):

Where
N the number of parallel sections of the heating elements,
R is the resistance of one thread,
L heater length,
h is the reinforcement step.

Расчеты можно продолжить и дальше. Сила тока и мощность нагревателя для приведенных схем будут соответственно равны:
схема а):

где I сила тока (А),
U напряжение источника питания (В),
P U • I 220 • 0,22 48 Вт,
где Р мощность нагревателя (Вт).

Calculations can be continued further. The current strength and heater power for the above schemes will be respectively equal:
Scheme a):

where I is the current strength (A),
U power supply voltage (V),
PU • I 220 • 0.22 48 W,
where P is the heater power (W).

схема б):
I 220/250 0,88 А, Р 220 • 0,88 194 Вт,
схема в):
I 220/110 2 A, P 220 • 2 440 Вт,
схема г):
I 220/62,5 3,52 A, P 220 • 3,52 775 Вт.Scheme b):
I 220/250 0.88 A, P 220 • 0.88 194 W,
Scheme c):
I 220/110 2 A, P 220 • 2 440 W,
scheme d):
I 220 / 62.5 3.52 A, P 220 • 3.52 775 W.

Таким образом электрический эластичный нагреватель, представляющий предмет данного изобретения, характеризуется улучшенными эксплуатационными характеристиками, повышенной долговечностью, простой технологией изготовления, повышенной электробезопасностью при работе с нагревателем. Thus, the electric elastic heater, representing the subject of this invention, is characterized by improved performance, increased durability, simple manufacturing technology, increased electrical safety when working with the heater.

Claims

1. Electric elastic heater containing a multilayer structure of at least two layers of heat-resistant elastic material, between which heating elements are located, characterized in that the heater consists of alternating layers of heat-resistant elastic material, mainly thermo-oil-resistant rubber and layers of heat-insulating material, hermetically connected between each other, and on one side of the heater there is a layer of insulating material, and on the other two layers of heat-resistant elastic m materials hermetically covering heating elements placed parallel to each other, the opposite ends of which are mounted on parallel electric buses.

2. The heater according to claim 1, characterized in that the electric busbars are made with transverse through dividing grooves arranged in a checkerboard pattern with a step that is a multiple of the step of the heating elements.

3. The heater according to claim 1 or 2, characterized in that a layer of oil, water or another liquid coolant is applied to the surface of the heater from the side of the heat-resistant elastic material.