RU2177211C1

RU2177211C1 - Flexible composite electric heater

Info

Publication number: RU2177211C1
Application number: RU2000119089/09A
Authority: RU
Inventors: Т.М. Халина
Original assignee: Халина Татьяна Михайловна; Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова
Priority date: 2000-07-18
Filing date: 2000-07-18
Publication date: 2001-12-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: invention refers to electric heating, specifically, to multilayer resistive electric heating elements of surface type, it can be employed for local heating under technological and domestic conditions. Flexible composite electric heater is based on butyl rubber and includes current-conducting layer placed between insulation layers and system of electrodes positioned in parallel and coupled to current-conducting layer. Extreme electrodes and current leads are located along edges of current conducting layer. Characteristic feature of flexible composite electric heater lies in placement of electrodes in current-conducting layer in groups including two or more electrodes. Ends of electrodes in each group ate electrically intercoupled, placed into insulation shell and brought out as current leads. EFFECT: uniform heating of entire surface of electric heater, reduced usage of metal and increased functional reliability of electric heater. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электронагрева, в частности к многослойным резистивным электронагревательным элементам поверхностного типа, и может быть использовано для местного обогрева в технических и бытовых условиях. The invention relates to the field of electric heating, in particular to multilayer resistive electric heating elements of the surface type, and can be used for local heating in technical and domestic conditions.

Известен гибкий электрообогреватель из композиционного материала на основе бутилкаучука, содержащий размещенный между изоляционными слоями электропроводящий слой, по краям которого расположены электроды, связанные с токоподводящими жилами кабеля. Электроды имеют пластинчатую форму и выполнены из медной или латунной сетки (см., например, описание к патенту России N 2075836, заявл. 16.04.93, кл. H 05 B 3/28). A flexible electric heater is known from a composite material based on butyl rubber, containing an electrically conductive layer located between the insulating layers, at the edges of which there are electrodes connected to the lead wires of the cable. The electrodes have a plate shape and are made of copper or brass mesh (see, for example, the description of Russian patent N 2075836, application. 04.16.93, CL H 05 B 3/28).

Выполнение электродов в виде пластин из металлической сетки увеличивает контактное сопротивление по границе "электрод - электропроводящий слой", приводит к неравномерному распределению потенциала по поверхности электропроводящего слоя и неравномерному нагреву электрообогревателя. Недостатком является и то, что место соединения электрода с токоподводом размещено в электропроводящем слое, что при работе гибкого электрообогревателя периодически приводит к нарушению контакта и выходу его из строя. Кроме того, наличие в электрообогревателе только двух электродов, расположенных по краям электропроводящего слоя, ограничивает размеры устройства по длине, т.к. с увеличением расстояния между электродами снижается напряженность электрического поля и эффективность нагрева. The implementation of the electrodes in the form of plates from a metal mesh increases the contact resistance along the boundary "electrode - conductive layer", leads to an uneven distribution of potential over the surface of the conductive layer and uneven heating of the electric heater. The disadvantage is that the junction of the electrode with the current lead is located in the electrically conductive layer, which, when the flexible electric heater is in operation, periodically leads to disruption of the contact and its failure. In addition, the presence in the electric heater of only two electrodes located at the edges of the electrically conductive layer limits the length of the device, because as the distance between the electrodes increases, the electric field strength and the heating efficiency decrease.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому (прототипом) является гибкий композиционный электрообогреватель, содержащий размещенный между изоляционными слоями электропроводящий слой и связанную с электропроводящим слоем систему параллельно расположенных электродов, крайние из которых установлены по краям электропроводящего слоя, и токоподводы. Электроды имеют форму пластин из меди и расположены в электропроводящем слое на равном расстоянии друг от друга (см. описание к патенту России N 2094957, заявл. 10.05.94, по кл. H 05 В 3/28). The closest in technical essence and the achieved positive effect to the claimed (prototype) is a flexible composite electric heater containing an electrically conductive layer located between the insulating layers and a system of parallel electrodes connected to the electrically conductive layer, the last of which are installed at the edges of the electrically conductive layer, and current leads. The electrodes are in the form of copper plates and are located in an electrically conductive layer at an equal distance from each other (see the description of Russian patent N 2094957, application. 05/10/94, according to class H 05 B 3/28).

Выполнение электродов в виде пластин увеличивает их металлоемкость, снижает площадь контакта с электропроводящим слоем, увеличивает контактное сопротивление по границе - "электрод- электропроводящий слой", а это приводит к локальным перегревам и выходу из строя электрообогревателя. The implementation of the electrodes in the form of plates increases their metal consumption, reduces the contact area with the electrically conductive layer, increases the contact resistance along the interface - the "electrode-electrically conductive layer", and this leads to local overheating and failure of the electric heater.

Одиночные пластинчатые электроды не позволяют выравнить потенциал по всей поверхности электропроводящего слоя и обеспечить равномерность нагрева. Single plate electrodes do not allow equalizing the potential over the entire surface of the electrically conductive layer and ensure uniform heating.

Соединение токоподвода с электродом внутри электропроводящего слоя при работе гибкого электрообогревателя может привести к потере контакта и выходу из строя изделия. The connection of the current lead to the electrode inside the electrically conductive layer during the operation of the flexible electric heater can lead to loss of contact and failure of the product.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить возможность увеличения площади контакта электродов с электропроводящим слоем, снизить контактное сопротивление по границе - "электрод-электропроводящий слой", значительно уменьшить металлоемкость изделия, а также создать условия для выравнивания потенциала по всей поверхности электропроводящего слоя и обеспечить равномерность нагрева, уменьшить вероятность обрыва контакта электродов с токоподводами при работе гибкого электрообогревателя. Поставленная задача решается тем, что в известном гибком композиционном электрообогревателе, преимущественно на основе бутилкаучука, содержащем размещенный между изоляционными слоями электропроводящий слой и связанную с электропроводящим слоем систему параллельно расположенных электродов, крайние из которых установлены по краям электропроводящего слоя, и токоподводы, согласно изобретению электроды в электропроводящем слое размещены группами по два и более, причем концы электродов каждой группы электрически связаны между собой, заключены в изоляционную оболочку и выведены наружу в качестве токоподводов. The objective of the present invention is to provide the opportunity to increase the contact area of the electrodes with the electrically conductive layer, to reduce contact resistance along the boundary "electrode-electrically conductive layer", to significantly reduce the metal consumption of the product, and also to create conditions for equalizing the potential across the entire surface of the electrically conductive layer and to provide uniformity of heating, reduce the likelihood of a break in the contact of electrodes with current leads during operation of a flexible electric heater. The problem is solved in that in the known flexible composite electric heater, mainly based on butyl rubber, containing an electrically conductive layer located between the insulating layers and a system of parallel electrodes connected to the electrically conductive layer, the outermost of which are installed at the edges of the electrically conductive layer, and current leads, according to the invention, the electrodes in the electrically conductive layer is placed in groups of two or more, and the ends of the electrodes of each group are electrically connected, Keys in an insulating sheath and withdrawn outwardly as the current leads.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с известными показал, что предложенная совокупность признаков является новой, имеет изобретательский уровень и промышленно применима. A comparative analysis of the claimed technical solution with the known showed that the proposed set of features is new, has an inventive step and is industrially applicable.

Сущность изобретения поясняется чертежом. The invention is illustrated in the drawing.

На фиг. 1 схематично изображен общий вид устройства. In FIG. 1 schematically shows a General view of the device.

На фиг. 2 - то же, разрез по А-А. In FIG. 2 - the same, a section along AA.

Гибкий композиционный электрообогреватель на основе бутилкаучука содержит расположенный между изоляционными слоями 1 и 2 электропроводящий слой 3 и систему параллельно установленных электродов 4. Электроды 4 размещены в электропроводящем слое 3 группами 5, 6, 7, а крайние группы 5 и 7 электродов 4 расположены по его краям. Каждая группа 5, 6 и 7 электродов и соответствующий токоподвод 8, 9 и 10 состоят из единой конструкции и выполнены в виде одно- или двухжильного кабеля с двойной резиновой изоляцией типа КГ. Для этого, в части кабеля, равной длине электрода 4, удаляют изоляцию, жилу распускают и обрабатывают 20%-ным раствором HCl с целью снятия окисной пленки и уменьшения контактного сопротивления в месте контакта электрода с электропроводящим слоем. A flexible composite heater based on butyl rubber contains an electrically conductive layer 3 located between the insulating layers 1 and 2 and a system of parallel electrodes 4. The electrodes 4 are placed in the electrically conductive layer 3 in groups 5, 6, 7, and the extreme groups 5 and 7 of the electrodes 4 are located at its edges . Each group of 5, 6 and 7 electrodes and the corresponding current lead 8, 9 and 10 consist of a single design and are made in the form of a single or two-core cable with double rubber insulation type KG. To do this, in the cable part equal to the length of the electrode 4, the insulation is removed, the core is dissolved and treated with a 20% HCl solution in order to remove the oxide film and reduce the contact resistance at the contact point of the electrode with the electrically conductive layer.

В пресс-форму (на чертеже не показано) укладывают изоляционный слой 1 и 75-80% электропроводящего слоя 3. Провода с обработанного участка кабеля, являющиеся группой 5, 6 или 7 электродов 4, укладывают па электропроводящий слой 3, располагая их параллельно на равном расстоянии друг от друга. Сверху укладывают оставшуюся часть электропроводящего слоя 3 и изоляционный слой 2. Количество групп электродов может быть от трех и более. Количество электродов 4 в каждой группе 5, 6 или 7, расстояние между ними в группе и расстояние между группами 5, 6, 7 в электропроводящем слое 3 определяется расчетным путем. Внешнюю изоляционную часть кабеля, выполняющую роль токоподвода 8, 9 или 10, выводят через специальные отверстия в пресс-форме, причем длина токоподвода соответствует расчетной в зависимости от места технологической установки электрообогревателя. Собранный в пресс-форме пакет изделия вулканизируют. An insulating layer of 1 and 75-80% of the electrically conductive layer 3 is laid in the mold (not shown in the drawing). Wires from the treated cable section, which are a group of 5, 6 or 7 electrodes 4, are laid on the electrically conductive layer 3, placing them in parallel on an equal distance from each other. The rest of the electrically conductive layer 3 and the insulating layer 2 are laid on top. The number of electrode groups can be from three or more. The number of electrodes 4 in each group 5, 6 or 7, the distance between them in the group and the distance between groups 5, 6, 7 in the electrically conductive layer 3 is determined by calculation. The external insulating part of the cable, which plays the role of a current lead 8, 9 or 10, is led out through special holes in the mold, and the length of the current lead corresponds to the calculated one depending on the location of the technological installation of the electric heater. The assembled product package is vulcanized.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

На группы 5, 6, 7 электродов 4 по соответствующим токоподводам 8, 9, 10 подают напряжение. Электрический ток, протекая по электропроводящему слою 3 между соседними группами 5, 6 и 6, 7 электродов 4, нагревает его. Тепло от электропроводящего слоя 3 передается на теплопроводные изоляционные слои 1 и 2, нагревая всю поверхность гибкого композиционного электрообогревателя. Так как каждый электрод 4 группы 5, 6 или 6, 7 непосредственно связан с соответствующим токоподводом 8, 9 или 10, происходит равномерное распределение потенциала как между электродами 4 в группе, так и по участкам электропроводящего слоя, расположенным между соседними группами 5 и 6, 6 и 7. Размещение электродов 4 группами 5, 6, 7 увеличивает площадь их контакта с электропроводящим слоем 3. A voltage is applied to groups 5, 6, 7 of the electrodes 4 by the corresponding current leads 8, 9, 10. An electric current flowing through the conductive layer 3 between adjacent groups 5, 6 and 6, 7 of the electrodes 4, heats it. Heat from the electrically conductive layer 3 is transferred to the heat-conducting insulating layers 1 and 2, heating the entire surface of the flexible composite electric heater. Since each electrode 4 of group 5, 6 or 6, 7 is directly connected to the corresponding current lead 8, 9 or 10, there is a uniform distribution of potential both between the electrodes 4 in the group and the sections of the electrically conductive layer located between adjacent groups 5 and 6, 6 and 7. The placement of the electrodes 4 in groups 5, 6, 7 increases the area of their contact with the electrically conductive layer 3.

Заявляемый гибкий композиционный электрообогреватель по сравнению с известными техническими решениями позволяет за счет группового расположения электродов увеличить площадь контакта с электропроводящим слоем, уменьшить их металлоемкость, снизить контактное сопротивление по границе - "электрод-электропроводящий слой", обеспечить возможность выравнивания потенциала по всей поверхности электропроводящего слоя и добиться равномерного нагрева изделия. Устройство так же позволяет уменьшить вероятность обрыва соединения электрода с токоподводом и повысить его надежность. The inventive flexible composite electric heater in comparison with the known technical solutions makes it possible, due to the group arrangement of the electrodes, to increase the contact area with the electrically conductive layer, reduce their metal consumption, reduce the contact resistance at the interface, the "electrode-electrically conductive layer", and provide potential equalization across the entire surface of the electrically conductive layer and achieve uniform heating of the product. The device also allows you to reduce the likelihood of a broken connection between the electrode and the current lead and increase its reliability.

Claims

A flexible composite electric heater, mainly based on butyl rubber, containing an electrically conductive layer located between the insulating layers and a system of parallel electrodes connected to the electrically conductive layer, the last of which are installed at the edges of the electrically conductive layer, and current leads, characterized in that the electrodes in the electrically conductive layer are arranged in groups of two and more, and the ends of the electrodes of each group are electrically connected to each other, enclosed in an insulating shell and brought out as current leads.