RU2145984C1 - Electric heating fabric, heating element on its base, and device for connecting heating element to power supply (design versions) - Google Patents
Electric heating fabric, heating element on its base, and device for connecting heating element to power supply (design versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2145984C1 RU2145984C1 RU99111249A RU99111249A RU2145984C1 RU 2145984 C1 RU2145984 C1 RU 2145984C1 RU 99111249 A RU99111249 A RU 99111249A RU 99111249 A RU99111249 A RU 99111249A RU 2145984 C1 RU2145984 C1 RU 2145984C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resistance
- low
- weft
- threads
- heating element
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Surface Heating Bodies (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к специализированным тканым изделиям, и предназначено для изготовления электронагревательных устройств промышленного или бытового назначения, преимущественно рассчитанных на использование автономных низковольтных источников постоянного тока. The invention relates to the textile industry, in particular to specialized woven products, and is intended for the manufacture of electric heating devices for industrial or domestic purposes, mainly designed for the use of autonomous low-voltage direct current sources.
Электронагревательные элементы (далее по тексту используется эквивалентный термин "нагревательный элемент") из электронагревательной ткани могут применяться в спецодежде, бытовой одежде, в самых различных изделиях специального и бытового назначения. Electric heating elements (hereinafter referred to as the equivalent term "heating element") of electric heating fabric can be used in overalls, household clothes, in a wide variety of special and household products.
Известна нагревательная ткань (см. патент РФ N 2109091), содержащая фоновую часть, образованную переплетением электроизоляционных основных и уточных нитей и основных электропроводящих нитей. Последние образуют в пределах фоновой части ткани группы из m параллельных высокоомных нитей. В каждой группе соседние электропроводящие нити расположены на заданном расстоянии одна от другой, выбранном из условия теплового баланса среды, окружающей электронагревательную ткань при ее функционировании. Known heating fabric (see RF patent N 2109091), containing the background part formed by interweaving electrical insulating warp and weft threads and main electrically conductive threads. The latter form groups of m parallel high-resistance filaments within the background part of the tissue. In each group, adjacent electrically conductive filaments are located at a predetermined distance from one another, selected from the condition of the thermal balance of the medium surrounding the electric heating fabric during its functioning.
Оптимальность расположения высокоомных нитей в ткани позволяет наиболее рационально использовать малогабаритные источники электроэнергии. Однако изготовление нагревательных элементов из этой ткани - процесс довольно трудоемкий. Основной проблемой является получение надежного механического и электрического контактного соединения между электропроводящими нитями и проводами, соединяющими нагревательный элемент с источниками электропитания. К недостаткам нагревательного элемента из известной электронагревательной ткани следует отнести не равномерность распределения температуры из-за увеличения плотности электропроводящих нитей на участках обжимного контакта и, как следствие, дискомфорт, ощущаемый пользователями изделий, например предметов одежды с нагревательными элементами. The optimal location of high-resistance filaments in the fabric allows the most efficient use of small-sized sources of electricity. However, the manufacture of heating elements from this fabric is a rather laborious process. The main problem is to obtain a reliable mechanical and electrical contact connection between electrically conductive threads and wires connecting the heating element to power sources. The disadvantages of a heating element made of a known electric heating fabric include the uneven distribution of temperature due to an increase in the density of electrically conductive filaments in the crimp contact areas and, as a result, the discomfort felt by users of products, for example, items of clothing with heating elements.
Известен нагревательный элемент, содержащий электропроводящие неметаллические нити, включая углеродное волокно, образующие мягкий текстильный материал, например, в виде продольных полос, причем указанный материал нарезан на отрезки предварительно определенной длины и уложен в предварительно определенной конфигурации; проводящее средство для подачи электрического тока на указанный текстильный материал, изолирующее средство для изолирования электропроводящего текстильного материала, включающее в себя по меньшей мере один непроводящий слой (см. патент США N 5824996, н.кл. 219/529, МПК H 05 В 003/34, H 01 C 003/06, опубл. 20.10.1998). Указанное проводящее средство для подачи электрического тока может представлять собой шину, проходящую по всей длине нагревательного элемента; причем шина может быть выполнена в виде проводящей полоски, к которой подсоединяется, например с помощью проводящего клея, электропроводящий материал. Как вариант, указанное проводящее средство может представлять собой тонкие нити, содержащие металл, введенные в структуру полосы текстильного материала, для образования узла шинного электрода, либо включает в себя электроды, вокруг которых обернуты края текстильного материала. Known heating element containing conductive non-metallic filaments, including carbon fiber, forming a soft textile material, for example, in the form of longitudinal strips, and the specified material is cut into pieces of a predetermined length and laid in a predetermined configuration; conductive means for supplying electric current to said textile material, an insulating means for insulating an electrically conductive textile material comprising at least one non-conductive layer (see US Pat. No. 5,824,996, n.c. 219/529, IPC H 05 V 003 / 34, H 01 C 003/06, publ. 20.10.1998). The specified conductive means for supplying electric current may be a bus passing along the entire length of the heating element; moreover, the bus may be made in the form of a conductive strip to which is connected, for example using conductive glue, an electrically conductive material. Alternatively, said conductive means may be thin filaments containing metal introduced into the strip structure of a textile material to form a tire electrode assembly, or include electrodes around which the edges of the textile material are wrapped.
К недостаткам известного нагревательного элемента следует отнести сложность конструкции; расположение шинных проводников только по длине нагревательного элемента, что приводит к недостаточной технологичности в изготовлении из-за необходимости дополнительных сборочных операций, необходимости дополнительных комплектующих, используемых после изготовления в процессе текстильного производства основного компонента нагревательного элемента - электропроводного текстильного материала. The disadvantages of the known heating element include the complexity of the design; the location of the busbar conductors only along the length of the heating element, which leads to a lack of manufacturability due to the need for additional assembly operations, the need for additional components used after manufacturing in the process of textile production of the main component of the heating element - an electrically conductive textile material.
К недостаткам известного средства электрического соединения нагревательного элемента с источником питания следует отнести также недостаточную надежность соединения, недостаточную технологичность изготовления. The disadvantages of the known means of electrical connection of the heating element with a power source should also include insufficient reliability of the connection, lack of manufacturability.
Задачей изобретения является создание электронагревательной ткани, нагревательного элемента на ее основе, а также средства для электрического соединения активной части нагревательного элемента с источником электропитания, не имеющих перечисленных выше недостатков. The objective of the invention is the creation of electric heating fabric, a heating element based on it, as well as means for electrically connecting the active part of the heating element with a power source that do not have the above disadvantages.
Достигаемым при этом техническим результатом является улучшение эксплуатационных свойств электронагревательной ткани при сохранении высокой технологичности ее изготовления. При этом стоимость ткани по сравнению со стоимостью известной ткани практически не меняется, и для ее изготовления без специальной доработки используется тот же парк технологического оборудования. Кроме того, обеспечивается повышение технологичности изготовления нагревательных элементов за счет сведения к минимуму ряда монтажных технологических операций, требовавших дополнительного времени и материалов, за счет более широкого использования технологической операции - ткачества, а также обеспечивается повышение качества и технологичности изготовления средств электрического соединения, обеспечение минимального рассеивания тепла на контактных элементах и сохранение их эластичности. The technical result achieved in this case is to improve the operational properties of electric heating fabric while maintaining the high manufacturability of its manufacture. At the same time, the cost of fabric in comparison with the cost of known fabric is practically unchanged, and the same fleet of technological equipment is used for its manufacture without special refinement. In addition, it provides an increase in the manufacturability of the manufacture of heating elements by minimizing a number of installation technological operations that require additional time and materials, due to the wider use of the technological operation - weaving, and also provides an increase in the quality and manufacturability of the manufacture of electrical connections, ensuring minimum dispersion heat on the contact elements and the preservation of their elasticity.
Указанный технический результат достигается тем, что электронагревательная ткань, содержащая фоновую часть, образованную переплетением электроизоляционных основных и уточных нитей, и высокоомные нити, вплетенные в фоновую часть ткани в виде по меньшей мере одной группы основных высокоомных нитей, причем указанные группы высокоомных нитей расположены по утку на предварительно определенном расстоянии одна от другой, в соответствии с первым вариантом осуществления электронагревательной ткани согласно изобретению содержит по меньшей мере две группы уточных низкоомных нитей, контактирующих при переплетении с основными высокоомными нитями, причем группы уточных низкоомных нитей расположены по основе на предварительно определенном расстоянии одна от другой. The specified technical result is achieved in that the electric heating fabric containing the background part formed by interweaving the electrical insulating warp and weft yarns and high resistance yarns woven into the background part of the fabric in the form of at least one group of high resistance yarns, said groups of high resistance yarns at a predetermined distance from one another, in accordance with the first embodiment of the electric heating fabric according to the invention contains at least Leray two groups of weft threads low ohmic contacting when interweaving with the main high-resistance yarns, wherein groups of weft yarns located along the low-resistance based on a predetermined distance from one another.
Согласно второму варианту осуществления вышеупомянутая электронагревательная ткань дополнительно содержит по меньшей мере одну группу основных низкоомных нитей, контактирующих при переплетении с упомянутыми уточными низкоомными нитями, причем упомянутая по меньшей мере одна группа основных низкоомных нитей расположена по утку на предварительно определенном расстоянии от ближайшей группы основных высокоомных нитей. According to a second embodiment, the aforementioned electric heating fabric further comprises at least one group of low-resistance warp yarns in contact with said weft low-resistance yarns, said at least one group of low-resistance warp yarns being disposed in the weft at a predetermined distance from the closest group of high-resistance warp yarns .
Вышеуказанный технический результат достигается также тем, что в нагревательном элементе, содержащем активную часть, включающую в себя участок электронагревательной ткани, содержащий по меньшей мере одну группу высокоомных нитей, вплетенных по основе в фоновую часть ткани, образованную переплетением электроизоляционных основных и уточных нитей, и средство для электрического соединения активной части нагревательного элемента с источником электропитания, в соответствии с первым вариантом осуществления упомянутое средство для электрического соединения выполнено в виде двух контактных элементов, каждый из которых образован из группы уточных низкоомных нитей, контактирующих при переплетении с основными высокоомными нитями, при этом активная часть нагревательного элемента размещена между двумя группами уточных низкоомных нитей. The above technical result is also achieved by the fact that in the heating element containing the active part, which includes a section of electric heating fabric containing at least one group of high-resistance threads, woven on the basis of the background part of the fabric formed by interweaving electrical insulating warp and weft threads, and means for electrically connecting the active part of the heating element with a power source, in accordance with a first embodiment, said means for electrically The final connection is made in the form of two contact elements, each of which is formed from a group of weft low-resistance threads, which contact when weaving with the main high-resistance threads, while the active part of the heating element is placed between two groups of weft low-resistance threads.
Во втором варианте осуществления вышеупомянутого нагревательного элемента упомянутое средство для электрического соединения выполнено в виде двух контактных элементов, каждый из которых образован из группы уточных низкоомных нитей, и по меньшей мере одного контактного элемента, образованного из группы основных низкоомных нитей, причем в каждом из упомянутых двух контактных элементов уточные низкоомные нити контактируют при переплетении с основными низкоомными нитями упомянутого по меньшей мере одного контактного элемента, образованного из группы основных низкоомных нитей, и с высокоомными нитями активной части нагревательного элемента, при этом активная часть нагревательного элемента размещена между упомянутыми контактными элементами, образованными из групп уточных и основных низкоомных нитей. In a second embodiment of the aforementioned heating element, said means for electrically connecting are made in the form of two contact elements, each of which is formed from a group of weft low-resistance threads, and at least one contact element formed from a group of basic low-resistance threads, in each of the two contact elements weft low-resistance threads are in contact when weaving with the main low-resistance threads of the at least one contact element, images one of the group of the main low-resistance threads, and with high-resistance threads of the active part of the heating element, while the active part of the heating element is placed between said contact elements formed from groups of weft and main low-resistance threads.
При этом группы уточных низкоомных нитей предпочтительно разнесены по основе на расстояние, определяемое из соотношения
где lа - длина активной части нагревательного элемента,
P - мощность, затрачиваемая на нагрев активной части нагревательного элемента;
Uр - рабочее напряжение;
ρв - погонное сопротивление высокоомной нити,
n - количество основных высокоомных нитей в нагревательном элементе,
а каждая группа уточных низкоомных нитей имеет длину по основе, определяемую из соотношения
lк = m • (D + d),
где lк - длина по основе группы уточных низкоомных нитей,
m - количество рядов уточных низкоомных нитей в группе,
D - диаметр уточной низкоомной нити,
d - расстояние между соседними уточными низкоомными нитями в группе.The groups of weft low-resistance filaments are preferably spaced on the basis of a distance determined from the ratio
where l a is the length of the active part of the heating element,
P is the power spent on heating the active part of the heating element;
U p - operating voltage;
ρ in - linear resistance of the high-resistance filament,
n is the number of main high-resistance filaments in the heating element,
and each group of weft low-resistance filaments has a length on the basis, determined from the ratio
l k = m • (D + d),
where l to - the length on the basis of the group of weft low resistance threads,
m is the number of rows of weft low resistance threads in the group,
D is the diameter of the weft low resistance thread,
d is the distance between adjacent weft low-resistance filaments in the group.
Расстояние между упомянутой по меньшей мере одной группой основных низкоомных нитей и ближайшей к ней группой высокоомных основных нитей предпочтительно выбрано из условия обеспечения изоляции контактного элемента, образованного из группы основных низкоомных нитей, от упомянутой ближайшей группы основных высокоомных нитей. The distance between the at least one group of the main low-resistance threads and the nearest group of high-resistance main threads is preferably selected so as to isolate the contact element formed from the group of the main low-resistance threads from said nearest group of the main high-resistance threads.
Вышеуказанный технический результат достигается также тем, что в средстве для электрического соединения, содержащем по меньшей мере два контактных элемента для соединения активной части нагревательного элемента из электронагревательной ткани с источником электропитания, согласно изобретению каждый из упомянутых контактных элементов образован из группы уточных низкоомных нитей, расположенной на участке электронагревательной ткани, смежном с активной частью нагревательного элемента, при этом уточные низкоомные нити упомянутой группы нитей переплетены на указанном участке электронагревательной ткани с основными высокоомными нитями. The above technical result is also achieved by the fact that in the means for electrical connection containing at least two contact elements for connecting the active part of the heating element from electric heating fabric to a power source, according to the invention, each of said contact elements is formed from a group of weft low-resistance threads located on the area of the electric heating fabric adjacent to the active part of the heating element, while the weft low-resistance filaments of the aforementioned nN yarns interwoven on a specified section of the electric heating with the main high-resistance fabric yarns.
При этом электрические параметры групп уточных и/или основных низкоомных нитей предпочтительно определяются из условий
Rк < < Rа, Imax ≥ KImax н,
где Rк - электрическое сопротивление контактного элемента,
Rа - электрическое сопротивление активной части нагревательного элемента,
Imax - максимальное значение тока, который может проходить через контактное соединение,
Imax н - максимальное значение рабочего тока, при котором осуществляется безопасная долговременная эксплуатация контактного элемента,
K - коэффициент запаса по току, имеющий значение от 5 до 10.Moreover, the electrical parameters of the weft and / or the main low-resistance yarn groups are preferably determined from the conditions
R to <<R a , I max ≥ KI max n ,
where R to is the electrical resistance of the contact element,
R a - electrical resistance of the active part of the heating element,
I max - the maximum value of the current that can pass through the contact connection,
I max n - the maximum value of the operating current at which safe long-term operation of the contact element is carried out,
K is the current safety factor of 5 to 10.
Уточные низкоомные нити в упомянутой группе уточных низкоомных нитей предпочтительно находятся в непосредственном контакте одна с другой. The weft low-resistance yarns in the said group of weft low-resistance yarns are preferably in direct contact with one another.
Кроме того, упомянутый участок переплетения группы уточных низкоомных нитей с основными высокоомными нитями предпочтительно выполнен с возможностью перегиба вдоль уточных нитей и скрепления в сложенном состоянии для обеспечения многократного контакта упомянутых уточных низкоомных нитей и основных высокоомных нитей и образования многослойной структуры контактного элемента. In addition, the said section of the weave of a group of weft low-resistance threads with the main high-resistance threads is preferably made with the possibility of bending along the weft threads and fastening in the folded state to ensure repeated contact of the said weft low-resistance threads and the main high-resistance threads and the formation of a multilayer structure of the contact element.
При этом к контактному элементу прикреплен электрический провод, причем крепление электрического провода осуществлено пайкой с дополнительным механическим креплением электрического провода к контактному элементу, в частности, с помощью скобы-ограничителя, вокруг которой петлей закручен конец электрического провода. In this case, an electric wire is attached to the contact element, and the electric wire is fastened by soldering with additional mechanical fastening of the electric wire to the contact element, in particular by means of a stop bracket around which the end of the electric wire is looped.
Наконец, указанный выше технический результат достигается тем, что средство для электрического соединения, содержащее контактный элемент для соединения активной части нагревательного элемента из электронагревательной ткани с источником электропитания, в соответствии с изобретением содержит имеющий требуемую пространственную ориентацию составной контактный элемент, причем контактный элемент образован из группы уточных низкоомных нитей, расположенной на участке электронагревательной ткани, смежном с активной частью нагревательного элемента, а составной контактный элемент образован из по меньшей мере двух переплетенных между собой групп соответственно основных и уточных низкоомных нитей, расположенных на другом участке электронагревательной ткани, смежном с активной частью нагревательного элемента, с возможностью переплетения основных низкоомных нитей составного контактного элемента с уточными низкоомными нитями контактного элемента. Finally, the above technical result is achieved in that the means for electrical connection containing a contact element for connecting the active part of the heating element made of electric heating fabric with a power source, in accordance with the invention contains having the desired spatial orientation of the composite contact element, and the contact element is formed from the group weft low-resistance filaments located on the site of electric heating fabric adjacent to the active part of the heating element, and the composite contact element is formed of at least two interwoven groups of respectively the main and weft low-resistance threads located on another section of the electric heating fabric adjacent to the active part of the heating element, with the possibility of weaving the main low-resistance threads of the composite contact element with weft low-resistance threads of the contact element.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
фиг. 1 - фрагмент электронагревательной ткани, выполненной в соответствии с первым вариантом ее осуществления согласно изобретению;
фиг. 2 - фрагмент электронагревательной ткани, выполненной в соответствии со вторым вариантом ее осуществления согласно изобретению;
фиг. 3 - эквивалентная схема фрагмента электронагревательной ткани по фиг. 1;
фиг. 4 - фрагмент электронагревательной ткани по фиг. 1, иллюстрирующий в увеличенном масштабе многократное соединение уточной низкоомной нити с соседними нитями;
фиг. 5 - фрагмент электронагревательного элемента, иллюстрирующий в увеличенном масштабе соединение уточной низкоомной нити с соседними нитями при многослойном сложении контактного элемента;
фиг. 6 - иллюстрация электрического и механического соединения проводов с контактными элементами.The invention is illustrated by drawings, which represent the following:
FIG. 1 is a fragment of an electric heating fabric made in accordance with the first embodiment of its implementation according to the invention;
FIG. 2 - a fragment of electric heating fabric made in accordance with the second variant of its implementation according to the invention;
FIG. 3 is an equivalent diagram of a fragment of electric heating tissue of FIG. 1;
FIG. 4 is a fragment of the electric heating tissue of FIG. 1 illustrating, on an enlarged scale, the multiple joining of a weft low resistance yarn to adjacent yarns;
FIG. 5 is a fragment of an electric heating element, illustrating on an enlarged scale the connection of a weft low-resistance filament with adjacent filaments during multilayer folding of the contact element;
FIG. 6 is an illustration of the electrical and mechanical connection of wires with contact elements.
Как показано на фиг. 1, электронагревательная ткань, выполненная в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, содержит фоновую часть 1, образованную электроизоляционными основными нитями 2 и электроизоляционными уточными нитями 3. В пределах фоновой части 1 ткани сформированы группы 4 из высокоомных нитей 5, в качестве которых предпочтительно использовать высокоомные углеродные нити, а также группы 6 низкоомных уточных нитей 7. Уточные низкоомные нити 7, многократно переплетаясь с основными высокоомными нитями 5, образуют устойчивый контакт, используемый для формирования контактных элементов нагревательных элементов, выполняемых из участков электронагревательной ткани. Группы 4 основных высокоомных нитей 5 отделены одна от другой промежутком 8, группы 6 уточных низкоомных нитей 7 отделены одна от другой промежутком 9. Промежуток 10 определяет длину lа по основе активной части нагревательного элемента.As shown in FIG. 1, the electric heating fabric made in accordance with the first embodiment of the invention comprises a
Во втором варианте осуществления электронагревательной ткани согласно изобретению в формировании контактных элементов могут участвовать и группы 11 низкоомных основных нитей 12 (фиг. 2), которые контактируют при переплетении с низкоомными уточными нитями 7. Группы 11 основных низкоомных нитей 12 отделены от ближайшей группы основных высокоомных нитей промежутком 13. Нагревательные элементы образуются участками электронагревательной ткани и могут иметь различную конфигурацию и площадь, в зависимости от конкретных условий использования. Геометрические характеристики нагревательного элемента могут быть проиллюстрированы на примере участка ткани, показанного на фиг. 1. In the second embodiment of the electric heating fabric according to the invention, groups of 11 low-
Длина по основе нагревательного элемента, как показано на фиг. 1, равна длине lа активной части и длине по основе 2lк двух полос ткани с группами 6 уточных низкоомных нитей 7.The length based on the heating element, as shown in FIG. 1, and l is the length of the active part and on the basis of length 2l to two bands with the bands of fabric 6
Ширина нагревательного элемента определяется по меньшей мере шириной активной части нагревательного элемента, которая состоит как минимум из одной группы 4 основных высокоомных нитей 5. Ширину нагревательного элемента могут дополнительно составлять группы 11 основных низкоомных нитей 12 и промежутки 13 между этими группами и группами 4 основных высокоомных нитей. По ширине ткани могут укладываться от одного до q фрагментов нагревательных элементов, где q - число групп 4 основных высокоомных нитей. The width of the heating element is determined by at least the width of the active part of the heating element, which consists of at least one group of 4 main high-
При формировании контактного электрического соединения путем переплетения основных высокоомных нитей 5 (см. фиг. 1) и уточных низкоомных нитей 7 в общем случае низкоомные нити 7 при переплетении по утку не касаются соседних низкоомных нитей 7. Электрическое сопротивление уточных низкоомных нитей 7 определяется сечением и длиной токопроводящего слоя одной низкоомной нити. Как правило, погонное электрическое сопротивление низкоомной нити много меньше погонного сопротивления высокоомной нити и, в этих условиях сопротивление контактной площадки, образованной пересечением группы 6 уточных низкоомных нитей с основными высокоомными нитями, должно определяться сопротивлением уточных низкоомных нитей 7. Однако, сопоставляя длины уточных низкоомных нитей от точек соприкосновения с основными высокоомными нитями 5 до точек соприкосновения с ними в другом ряду, с длинами основных высокоомных нитей между этими же точками, можно видеть, что длина уточных низкоомных нитей существенно больше длины между этими же точками основных высокоомных нитей, поэтому электрическое сопротивление уточных низкоомных нитей на этих участках становится довольно ощутимым, а в некоторых случаях может стать и соизмеримым с межрядными сопротивлениями основных высокоомных нитей. В результате образуется довольно сложная электрическая схема контактного элемента и фрагмента электронагревательной ткани - нагревательного элемента в целом. When forming a contact electrical connection by interweaving the main high-resistance threads 5 (see Fig. 1) and the weft low-
Электрическая эквивалентная схема одного электронагревательного элемента показана на фиг. 3. Эта схема составлена для нагревательного элемента, получаемого при ткачестве. Рассматриваемый нагревательный элемент состоит из трех частей: активной части (поз. 10 на фиг. 1 и 2) нагревательного элемента и двух контактных элементов, расположенных на краях нагревательного элемента (на основе групп 6 уточных низкоомных нитей). Контактные элементы могут быть составными. An electrical equivalent circuit of one electric heating element is shown in FIG. 3. This diagram is designed for the heating element obtained by weaving. The heating element in question consists of three parts: the active part (pos. 10 in Figs. 1 and 2) of the heating element and two contact elements located at the edges of the heating element (based on groups of 6 low-resistance weft threads). Contact elements may be composite.
Активная часть нагревательного элемента состоит из основных высокоомных нитей и фоновых изоляционных основных и уточных нитей. Сопротивление Rai одной основной высокоомной нити равно
Rai = ρв1a,
где ρв - погонное сопротивление высокоомной нити,
lа - длина активной части нагревательного элемента.The active part of the heating element consists of warp threads and background insulating warp and weft threads. The resistance R ai of one main high-resistance filament is
R ai = ρ in 1a,
where ρ in - linear resistance of the high-resistance filament,
l a - the length of the active part of the heating element.
Эквивалентная схема активной части нагревательного элемента представляет собой n параллельных сопротивлений Rai. Суммарное сопротивление активной части нагревательного элемента равно
Эквивалентная схема нагревательного элемента с использованием составного контактного элемента из групп уточных и основных низкоомных нитей и эквивалентная схема с простыми контактными элементами из групп уточных низкоомных нитей на концах активной части нагревательного элемента будет отличаться на величину электрического сопротивления контактного элемента из группы основных низкоомных нитей. Так как при ткачестве основные низкоомные нити находятся в непосредственном контакте друг с другом, то их сопротивление Ro будет определяться следующим образом:
где ρi - удельное электрическое сопротивление материала токопроводящего слоя уточных низкоомных нитей,
S - площадь сечения токопроводящего слоя уточных низкоомных нитей в контактном элементе,
lк - длина контактного элемента, равная длине группы уточных нитей по основе.The equivalent circuit of the active part of the heating element is n parallel resistances R ai . The total resistance of the active part of the heating element is
The equivalent circuit of the heating element using a composite contact element from the weft and basic low-resistance threads groups and the equivalent circuit with simple contact elements from the weft low-resistance threads groups at the ends of the active part of the heating element will differ by the electrical resistance of the contact element from the main low-resistance threads group. Since when weaving the main low-resistance threads are in direct contact with each other, their resistance R o will be determined as follows:
where ρ i is the electrical resistivity of the material of the conductive layer of the weft low resistance threads,
S is the cross-sectional area of the conductive layer of weft low-resistance threads in the contact element,
l to - the length of the contact element equal to the length of the group of weft threads on the basis.
Длина по основе lо группы основных низкоомных нитей примерно равна длине по основе активной части нагревательного элемента и двух контактных элементов, расположенных на концах активной части нагревательного элемента. Количество нитей определяется исходя из обеспечения надежного соединения, количества дублирующих пересечений уточных низкоомных нитей с основными высокоомными нитями, с учетом обеспечения нормальной работы контактного соединения по току. Предельное значение тока Imax, на который рассчитаны низкоомные нити, определяется исходя из сечения токопроводящего слоя низкоомных нитей S, которое должно обеспечить прохождение рабочего тока Imax н без нагрева контактной площадки, из следующих соотношений:
Rо < < Rа, Imax ≥ K Imax н,
где Imax - максимальный ток, который может проходить по низкоомной нити;
K - коэффициент запаса по току, находящийся в пределах от 5 до 10;
Imax н - максимальное значение рабочего тока, при котором осуществляется безопасная долговременная эксплуатация контактного элемента.The length on the basis of l about the group of the main low-resistance filaments is approximately equal to the length on the basis of the active part of the heating element and two contact elements located at the ends of the active part of the heating element. The number of threads is determined on the basis of ensuring a reliable connection, the number of overlapping intersections of weft low-resistance threads with the main high-resistance threads, taking into account the normal operation of the contact joint in current. The limit value of the current I max for which low-resistance filaments are designed is determined based on the cross section of the conductive layer of low-resistance filaments S, which should ensure the passage of the operating current I max n without heating the contact pad, from the following ratios:
R o <<R a , I max ≥ KI max n ,
where I max is the maximum current that can pass along a low-resistance filament;
K - current safety factor, ranging from 5 to 10;
I max n - the maximum value of the operating current at which safe long-term operation of the contact element is carried out.
Контактные элементы, расположенные на концах нагревательного элемента, по своей структуре одинаковы и поэтому имеют одинаковую эквивалентную схему. Контактный элемент состоит из основных высокоомных и фоновых изоляционных нитей, а также из уточных низкоомных нитей. The contact elements located at the ends of the heating element are identical in structure and therefore have the same equivalent circuit. The contact element consists of the main high-resistance and background insulation threads, as well as weft low-resistance threads.
Сопротивление основной высокоомной нити на участке между двумя соседними уточными низкоомными нитями равно
Rв= ρв1в,
где ρв - погонное сопротивление высокоомной нити,
lв - длина основной высокоомной нити между двумя соседними уточными низкоомными нитями.The resistance of the main high-resistance filament in the area between two adjacent weft low-resistance filaments is
R in = ρ in 1c,
where ρ in - linear resistance of the high-resistance filament,
l in - the length of the main high-resistance filaments between two adjacent weft low-resistance filaments.
Сопротивление уточной низкоомной нити на участке между двумя соседними основными высокоомными нитями равно
Rн= ρн1н,
где ρн - погонное сопротивление низкоомной нити;
lн - длина уточной низкоомной нити между двумя соседними основными высокоомными нитями.The resistance of the weft low-resistance filament in the area between two adjacent main high-resistance filaments is
R n = ρ n 1n,
where ρ n - linear resistance of the low-resistance filament;
l n - the length of the weft low-resistance threads between two adjacent main high-resistance threads.
Сопротивление уточной низкоомной нити в кромочной зоне контактных элементов примерно равно Kн Rн, где Kн - коэффициент, показывающий сколько раз расстояние между двумя соседними основными высокоомными нитями lн укладывается в кромочной зоне. (Для упрощения рассмотрен вариант ткани с одним набором основных высокоомных нитей.)
Исходя из составленной эквивалентной схемы, можно определить уровни действующих в нагревательном элементе токов и уровни рассеиваемой мощности, используя законы Кирхгофа, в данном случае первый закон Кирхгофа. Система уравнений, составленная по методу контурных токов, имеет вид
где U11, U22, U33, U44, ..... , Unn - контурные источники напряжения;
I11, I22, I33, I44, ..... , Inn - контурные токи;
z11, z22, z33, z44, ..... , znn - собственные сопротивления независимых контуров;
zl2, zl3, zl4, zl5, . .. znl, zn2, zn3, zn4, ..... , zn(n-l) - общие сопротивления контуров.The resistance of the weft low-resistance thread in the edge zone of the contact elements is approximately equal to K n R n , where K n is a coefficient showing how many times the distance between two adjacent main high-resistance threads l n is laid in the edge zone. (To simplify, a fabric option with one set of high-resistance filaments was considered.)
Based on the compiled equivalent circuit, it is possible to determine the levels of currents acting in the heating element and the levels of power dissipation using the Kirchhoff laws, in this case, the first Kirchhoff law. The system of equations compiled by the method of contour currents has the form
where U11, U22, U33, U44, ....., Unn are loop voltage sources;
I11, I22, I33, I44, ....., Inn - loop currents;
z11, z22, z33, z44, ....., znn - intrinsic resistances of independent circuits;
zl2, zl3, zl4, zl5,. .. znl, zn2, zn3, zn4, ....., zn (nl) are the common resistances of the circuits.
Система из n уравнений может быть решена любым из известных методов, например методом определителей. Определитель системы имеет вид
На первый взгляд, если погонное сопротивление основных высокоомных нитей примерно на два порядка больше, чем погонное сопротивление уточных низкоомных нитей, то суммарное сопротивление контактного элемента, образуемого пересечением основных высокоомных и уточных низкоомных нитей, будет незначительным, то есть много меньше суммарного сопротивления активной части нагревательного элемента. Однако расчеты показывают, что при существующих различиях в погонных сопротивлениях уточных низкоомных нитей 7 и основных высокоомных нитей 5 (например, в 100 раз) и при длине активной части нагревательного элемента около метра на нагрев контактных элементов расходуется до 10% мощности нагревательного элемента.A system of n equations can be solved by any of the known methods, for example, the determinant method. The determinant of the system has the form
At first glance, if the linear resistance of the main high-resistance filaments is approximately two orders of magnitude greater than the linear resistance of the weft low-resistance filaments, then the total resistance of the contact element formed by the intersection of the main high-resistance and weft low-resistance filaments will be insignificant, i.e., much less than the total resistance of the active part of the heating item. However, the calculations show that with the existing differences in the linear resistances of the weft low-
Поэтому для уменьшения нагрева контактных элементов необходимо снизить их электрическое сопротивление. Требуемое электрическое сопротивление контактных элементов может быть получено за счет увеличения сечения токопроводящего слоя уточных низкоомных нитей. Добиться этого можно различными путями. Therefore, to reduce the heating of the contact elements, it is necessary to reduce their electrical resistance. The required electrical resistance of the contact elements can be obtained by increasing the cross-section of the conductive layer of weft low-resistance threads. This can be achieved in various ways.
Одним из способов увеличения токопроводящего слоя группы уточных низкоомных нитей является многократное соединение уточных низкоомных нитей с соседними рядами этих же нитей (фиг. 4). Существенное снижение сопротивления контактного элемента обеспечивается за счет уменьшения длины и увеличения сечения токопроводящего слоя низкоомного проводника. One way to increase the conductive layer of the group of weft low-resistance threads is to repeatedly connect the weft low-resistance threads to adjacent rows of the same threads (Fig. 4). A significant decrease in the resistance of the contact element is provided by reducing the length and increasing the cross section of the conductive layer of the low-impedance conductor.
Как показано на фиг. 4, в данном варианте переплетения основные высокоомные нити 5, разнесенные на расстояние b, переплетены с набором уточных низкоомных нитей 7, причем соседние нити 7 находятся в непосредственном контакте друг с другом. Сопротивление контактного элемента в этом случае можно приближенно определить в следующем виде:
где Rк - сопротивление контактного элемента,
ρi - удельное электрическое сопротивление материала токопроводящего слоя уточных низкоомных нитей;
S - площадь сечения токопроводящего слоя уточных низкоомных нитей в контактном элементе;
lк - длина контактного элемента, равная длине уточных нитей по основе.As shown in FIG. 4, in this variant of weaving, the main high-
where R to - the resistance of the contact element,
ρ i - electrical resistivity of the material of the conductive layer of the weft low resistance threads;
S is the cross-sectional area of the conductive layer of weft low-resistance threads in the contact element;
l to - the length of the contact element equal to the length of the weft threads on the basis.
Так как сопротивление контактных элементов в случае с многократным соединением с соседними уточными низкоомными нитями близко к нулю и на их нагрев затрачивается мощность, существенно меньшая, чем на нагрев активного элемента, то расчет мощностных параметров нагревательного элемента сводится к расчету активной части нагревательного элемента. Since the resistance of the contact elements in the case of multiple connections with neighboring weft low-resistance filaments is close to zero and their power is consumed significantly less than the heating of the active element, the calculation of the power parameters of the heating element is reduced to the calculation of the active part of the heating element.
Количество нитей в группе уточных низкоомных нитей и, следовательно, ее длина по основе lк, равная длине по основе одного контактного элемента, расположенного на конце активной части нагревательного элемента и служащего для осуществления электрического соединения с группой основных высокоомных нитей, определяется исходя из обеспечения надежного соединения, количества дублирующих пересечений уточных низкоомных нитей с высокоомными углеродными нитями, с учетом обеспечения безопасной долговременной работы контактного соединения по току.The number of threads in the group of weft low-resistance threads and, therefore, its length along the base l k , equal to the length along the base of one contact element located at the end of the active part of the heating element and used to make electrical connections with the group of main high-resistance threads, is determined on the basis of ensuring reliable compounds, the number of overlapping intersections of weft low-resistance threads with high-resistance carbon threads, taking into account the safe long-term operation of the contact compound in t oku.
lк = m • (D + d),
где lк - длина по основе одного контактного элемента,
m - количество рядов низкоомных нитей в группе;
D - диаметр уточной низкоомной нити;
d - среднее расстояние между соседними уточными низкоомными нитями в контактном элементе.l k = m • (D + d),
where l to - the length based on one contact element,
m is the number of rows of low resistance filaments in the group;
D is the diameter of the weft low resistance thread;
d is the average distance between adjacent weft low-resistance threads in the contact element.
Предельное значение тока Imax, на который рассчитаны низкоомные нити, определяется исходя из сечения токопроводящего слоя низкоомных нитей S, которое должно обеспечить прохождение рабочего тока Iн без нагрева контактного элемента, из соотношений:
Rк < < Rа, Imax ≥ K Imax н,
где Rк - суммарное электрическое сопротивление контактных элементов;
Rа - электрическое сопротивление активной части нагревательного элемента;
Imax - максимальный ток, который может проходить по низкоомной нити;
K - коэффициент запаса по току, равный от 5 до 10;
Imax н - максимальный рабочий ток.The limit value of current I max for which low-resistance filaments are designed is determined based on the cross section of the conductive layer of low-resistance filaments S, which should ensure the passage of the operating current I n without heating the contact element, from the ratios:
R to <<R a , I max ≥ KI max n ,
where R to - the total electrical resistance of the contact elements;
R a is the electrical resistance of the active part of the heating element;
I max - the maximum current that can pass along a low-resistance filament;
K is the current safety factor of 5 to 10;
I max n - maximum operating current.
Описанный выше способ уменьшения электрического сопротивления контактных элементов, включающих группу уточных низкоомных нитей, имеет несколько путей его достижения: сплетение нескольких низкоомных электропроводящих нитей в одну, увеличение плотности ткани и др. The method described above for reducing the electrical resistance of contact elements, including a group of weft low-resistance threads, has several ways to achieve it: weaving several low-resistance electrically conductive threads into one, increasing the density of the fabric, etc.
Одним из способов снижения электрического сопротивления контактного элемента является создание многослойного контактного элемента. One way to reduce the electrical resistance of the contact element is to create a multilayer contact element.
На фиг. 5 показано соединение соседних уточных нитей при многослойном сложении контактного элемента. Основной эффект достигается за счет электрического соединения уточных низкоомных нитей при многослойном сложении контактного элемента. Этот эффект усиливается за счет невозможности абсолютно параллельного сложения уточных низкоомных нитей 7 и 7' (фиг. 5). В результате они начинают образовывать дополнительные электрические соединения друг с другом. Уже при сложении контактного элемента вдвое его электрическое сопротивление падает в несколько раз. При таком соединении не требуется использовать низкоомные нити с большим сечением токопроводящего слоя, как в случае, показанном на фиг. 4, т. е. происходит экономия этих нитей, и при существенном снижении электрического сопротивления контактного элемента. In FIG. 5 shows the connection of adjacent weft yarns during multilayer folding of the contact element. The main effect is achieved due to the electrical connection of weft low-resistance filaments during multilayer folding of the contact element. This effect is enhanced by the impossibility of absolutely parallel folding of weft low-
Аналогичный подход используется при расчете и формировании в нагревательном элементе контактных элементов с использованием основных низкоомных нитей. A similar approach is used in the calculation and formation of contact elements in the heating element using the main low-resistance filaments.
Соединение электрических проводов с контактным элементом может производиться различными способами, например методом обжимного контакта, пайкой или приклеиванием с помощью токопроводящего клея. Наиболее экономичным способом является пайка. Особенность осуществления контактного соединения способом пайки заключается в том, что при соединении провода с уточной низкоомной нитью возникает хороший электрический контакт, но плохое механическое соединение, из-за очень тонкого (несколько микрон) электропроводящего слоя уточной низкоомной нити. Чтобы повысить прочность механического контакта, может производится дополнительное механическое крепление провода рядом с местом пайки. The electrical wires can be connected to the contact element in various ways, for example by crimping, soldering or gluing with conductive glue. The most economical way is soldering. The peculiarity of making a contact connection by soldering is that when a wire is connected to a weft low-resistance thread, a good electrical contact occurs, but a poor mechanical connection, due to the very thin (several microns) electrically conductive layer of the weft low-resistance thread. To increase the strength of the mechanical contact, additional mechanical fastening of the wire near the soldering point can be made.
Скрепление между собой слоев ткани может производиться с помощью любых, желательно токопроводящих, материалов: скоб для степлера, низкоомной нити, токопроводящего клея и др. The layers of fabric can be fastened together using any, preferably conductive, materials: staples for a stapler, low resistance thread, conductive glue, etc.
Фиг. 6 иллюстрирует крепление к контактному элементу, образованному группой уточных низкоомных нитей 7 электрического провода 14. Крепление электрического провода 14 осуществлено пайкой 15 участка электрического провода 16 без изоляции с дополнительным механическим креплением электрического провода к контактному элементу с помощью скобы-ограничителя 7, причем конец электрического провода 14 закручен вокруг скобы-ограничителя 17 в виде петли 18. FIG. 6 illustrates the fastening to the contact element formed by the group of weft low-
Claims (14)
где lа - длина активной части нагревательного элемента:
P - мощность, затрачиваемая на нагрев активной части нагревательного элемента;
Uр - рабочее напряжение;
ρв - погонное сопротивление высокоомной нити;
n - количество основных высокоомных нитей в нагревательном элементе.5. The heating element according to claims 3 and 4, characterized in that the said groups of weft low-resistance filaments are spaced on the basis of a distance determined from the ratio:
where l a is the length of the active part of the heating element:
P is the power spent on heating the active part of the heating element;
U p - operating voltage;
ρ in - linear resistance of the high-resistance filament;
n is the number of main high-resistance filaments in the heating element.
lk = m • (D + d),
где lk - длина по основе группы уточных низкоомных нитей;
m - количество рядов уточных низкоомных нитей в группе;
D - диаметр уточной низкоомной нити;
d - расстояние между соседними уточными низкоомными нитями в группе.6. A heating element according to any one of claims 3 to 5, characterized in that each group of weft low-resistance filaments has a length along the warp determined from the ratio
l k = m • (D + d),
where l k is the length based on the group of weft low resistance threads;
m is the number of rows of weft low resistance filaments in the group;
D is the diameter of the weft low resistance thread;
d is the distance between adjacent weft low-resistance filaments in the group.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99111249A RU2145984C1 (en) | 1999-06-03 | 1999-06-03 | Electric heating fabric, heating element on its base, and device for connecting heating element to power supply (design versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99111249A RU2145984C1 (en) | 1999-06-03 | 1999-06-03 | Electric heating fabric, heating element on its base, and device for connecting heating element to power supply (design versions) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2145984C1 true RU2145984C1 (en) | 2000-02-27 |
Family
ID=20220490
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99111249A RU2145984C1 (en) | 1999-06-03 | 1999-06-03 | Electric heating fabric, heating element on its base, and device for connecting heating element to power supply (design versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2145984C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005083164A2 (en) * | 2004-02-27 | 2005-09-09 | Intelligent Textiles Limited | Electrical components and circuits constructed as textiles |
US7365031B2 (en) | 2000-04-03 | 2008-04-29 | Intelligent Textiles Limited | Conductive pressure sensitive textile |
RU2449069C2 (en) * | 2006-11-14 | 2012-04-27 | Колон Глотек, Инк. | Flexible printed conductive tissue and method for its manufacture |
RU2461781C2 (en) * | 2010-01-11 | 2012-09-20 | Павел Николаевич Горбунов | Method to develop heating devices based on resistive film elements |
US10519575B2 (en) | 2015-12-18 | 2019-12-31 | Intelligent Textiles Limited | Conductive fabric, method of manufacturing a conductive fabric and apparatus therefor |
-
1999
- 1999-06-03 RU RU99111249A patent/RU2145984C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7365031B2 (en) | 2000-04-03 | 2008-04-29 | Intelligent Textiles Limited | Conductive pressure sensitive textile |
WO2005083164A2 (en) * | 2004-02-27 | 2005-09-09 | Intelligent Textiles Limited | Electrical components and circuits constructed as textiles |
WO2005083164A3 (en) * | 2004-02-27 | 2005-11-03 | Intelligent Textiles Ltd | Electrical components and circuits constructed as textiles |
US8298968B2 (en) | 2004-02-27 | 2012-10-30 | Intelligent Textiles Limited | Electrical components and circuits constructed as textiles |
US8669195B2 (en) | 2004-02-27 | 2014-03-11 | Intelligent Textiles Limited | Electrical components and circuits constructed as textiles |
RU2449069C2 (en) * | 2006-11-14 | 2012-04-27 | Колон Глотек, Инк. | Flexible printed conductive tissue and method for its manufacture |
RU2461781C2 (en) * | 2010-01-11 | 2012-09-20 | Павел Николаевич Горбунов | Method to develop heating devices based on resistive film elements |
US10519575B2 (en) | 2015-12-18 | 2019-12-31 | Intelligent Textiles Limited | Conductive fabric, method of manufacturing a conductive fabric and apparatus therefor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7138612B2 (en) | Electrical connection of flexible conductive strands in a flexible body | |
US20060049174A1 (en) | Regulated flexible heater | |
US7705271B2 (en) | Flexible surface heating element, particularly for seat heaters, and method for producing a flexible heating element | |
EP0505936A2 (en) | Tyre warm-up wrap | |
CN103141155A (en) | Planar heating body | |
RU2145984C1 (en) | Electric heating fabric, heating element on its base, and device for connecting heating element to power supply (design versions) | |
US2379580A (en) | Electrically heated fabric | |
KR102238410B1 (en) | Heating fabric using carbon thread | |
KR100641693B1 (en) | Heating fabric and manufacturing method thereof | |
US20050067405A1 (en) | Flexible heater | |
EP0501799A2 (en) | Woven electric heater | |
KR200418965Y1 (en) | Heating fabric | |
EP3759999B1 (en) | Flexible electric heater integrated in a fabric and process for making a flexible electric heater integrated in a fabric | |
DE202006004033U1 (en) | Heatable fabric as for floor coverings has spaced electrically conductive warp threads and a weft of resistive heating material with insulative cover except at contact points | |
JPS614188A (en) | Panel heater | |
RU55782U1 (en) | ELECTRIC HEATING FABRIC | |
JP3464248B2 (en) | Planar heating element | |
KR100466010B1 (en) | Plane type heating element without electromagnetic waves | |
KR100790341B1 (en) | The woven heater consisted of dual conductive lines | |
RU2109091C1 (en) | Electric heating fabric | |
JPH0860487A (en) | Electrically conductive woven fabric | |
JPH04154072A (en) | Fabric heating unit | |
JPH02220387A (en) | Woven heating unit | |
PL175193B1 (en) | Electrically conductive woven fabric | |
JPH0130265B2 (en) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180604 |