RU2224386C2

RU2224386C2 - Electric heating device

Info

Publication number: RU2224386C2
Application number: RU2001122533/09A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Куценко
Original assignee: Куценко Юрий Андреевич
Priority date: 2001-08-07
Filing date: 2001-08-07
Publication date: 2004-02-20

Abstract

FIELD: electrical engineering; flexible electric heaters for industrial and domestic use. SUBSTANCE: proposed electric heating device intended for installation in residential and non-residential premises, including in their floors, has electric heating element wherefrom any of its lengths can be separated and used in same mode of operation as complete heating element, and also it has current-conducting buses; electric heating element is made of nonmetal material, such as high-pressure polyethylene, whose volume resistance is 1•10⁵ to 1•10⁸ Ohm-cm, conducting buses being joined with opposite surfaces of electric heating element. The latter can be made in the form of cylindrical tube and conducting buses, in the form of electricity conducting layers applied to inner and outer surfaces of cylindrical tube, respectively; mentioned buses may be provided with slits. EFFECT: simplified design, reduced cost, enhanced reliability and electromagnetic safety of device. 4 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве гибкого электрообогревателя в промышленности и в быту, например, для обогрева помещений при размещении на полу, стенах или потолке. The invention relates to the field of electrical engineering and can be used as a flexible electric heater in industry and at home, for example, for heating rooms when placed on the floor, walls or ceiling.

Известно устройство, предназначенное для электрообогрева помещений, преимущественно, через пол, см. RU 2121772, кл. Н 05 В 3/5, 27.11.1997. Устройство включает нагревательный кабель, токоподводящие соединительные шины, термочувствительный датчик, устройство для регулирования. A device is known for electric heating of rooms, mainly through the floor, see RU 2121772, cl. H 05 B 3/5, 11/27/1997. The device includes a heating cable, current-carrying connecting busbars, a temperature-sensitive sensor, and a regulation device.

Его недостатком является сложность и низкая надежность. Its disadvantage is complexity and low reliability.

Известно электронагревательное устройство, устанавливаемое в полах, стенах, потолке, содержащее тепловыделяющий элемент в виде графитовых полосок и токоподводящей шины; электронагревательные элементы выполнены из тонкой металлической резистивной пленки, см. RU 2163422, кл. Н 05 В 3/36, 23.03.2000. Known electric heating device installed in the floors, walls, ceiling, containing a fuel element in the form of graphite strips and a current-carrying bus; electric heating elements are made of a thin metal resistive film, see RU 2163422, cl. H 05 B 3/36, 03/23/2000.

Недостатком этого устройства является его конструктивная сложность и весьма высокая стоимость, обусловленная ценой металлической резистивной пленки. Нагреватель не может быть разделен на части и должен выпускаться с определенными типоразмерами (толщина и площадь металлической пленки) для каждого значения выходной мощности. The disadvantage of this device is its structural complexity and very high cost, due to the price of the metal resistive film. The heater cannot be divided into parts and must be produced with certain standard sizes (thickness and area of the metal film) for each output power value.

Известно также электронагревательное устройство, устанавливаемое в конструкциях жилых и нежилых помещений, в частности в полах, содержащее электронагревательный элемент в виде кабеля, имеющего центральный проводник из металла с удельным омическим сопротивлением 10-20 Ом/м. Also known is an electric heating device installed in structures of residential and non-residential premises, in particular in floors, containing an electric heating element in the form of a cable having a central metal conductor with a resistivity of 10-20 Ohm / m.

К электронагревательному элементу подводится напряжение 220 В через токоподводящие шины; электронагревательный элемент окружен изоляционной полиэтиленовой оболочкой, а также может быть снабжен дополнительной защитной (изоляционной) оболочкой; также имеется металлическая экранная оплетка для заземления в случае, если устройство используется в помещениях с повышенной влажностью, см. буклет ЗАО "Сейлит Норд", Санкт-Петербург, 1999 (копия прилагается). A voltage of 220 V is supplied to the electric heating element through current-carrying buses; the electric heating element is surrounded by an insulating polyethylene sheath, and can also be equipped with an additional protective (insulating) sheath; there is also a metal screen braid for grounding if the device is used in rooms with high humidity, see the booklet of ZAO Seilit Nord, St. Petersburg, 1999 (copy attached).

Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения. This technical solution is made as a prototype of the present invention.

Его недостатком является невысокая надежность вследствие того, что центральный проводник довольно тонкий и непрочный и может легко переломится в любом месте, которые весьма сложно обнаружить; материал центрального проводника имеет высокую стоимость, так как для обеспечения относительно большого омического сопротивления используются сплавы, содержащие дорогостоящие материалы: вольфрам, никель, хром и т.д.; кроме того, следует отметить, что мощность электронагревательного устройства прямо зависит от величины тока, определяемой сопротивлением всей токоведущей магистрали как единого, неделимого целого. Если отделить от общей магистрали какую-либо часть, то ток в оставшейся части и соответственно теплоотдача возрастут, что может вызвать быстрый выход ее из строя; в устройстве-прототипе токоведущая магистраль может быть схематически представлена как совокупность множества последовательно между собой соединенных фрагментов, например, наподобие гирлянды низковольтных электрических лампочек, соединенных между собой последовательно с тем, чтобы гирлянда в целом могла питаться от сетевого напряжения. Its disadvantage is its low reliability due to the fact that the central conductor is quite thin and fragile and can easily break in any place that is very difficult to detect; the material of the central conductor is of high cost, since alloys containing expensive materials are used to ensure relatively high ohmic resistance: tungsten, nickel, chromium, etc .; In addition, it should be noted that the power of the electric heating device directly depends on the current value determined by the resistance of the entire current-carrying line as a single, indivisible whole. If you separate any part from the common line, then the current in the remaining part and, accordingly, the heat transfer will increase, which can cause its rapid failure; in the prototype device, the current path can be schematically represented as a combination of a plurality of fragments connected in series, for example, like a garland of low-voltage light bulbs connected together in series so that the garland as a whole can be powered by mains voltage.

Поэтому технические условия монтажа и эксплуатации такого рода электронагревательных элементов запрещают изменять длину токоведущей магистрали. Нагреватели для каждого значения выходной мощности имеются различных типоразмеров (по длине и диаметру центрального проводника), что весьма усложняет процесс их производства. Therefore, the technical conditions for the installation and operation of this kind of electric heating elements prohibit changing the length of the current-carrying line. Heaters for each output power value are available in various sizes (along the length and diameter of the central conductor), which greatly complicates the process of their production.

Существенным недостатком прототипа является также то обстоятельство, что по всей магистрали и через каждый отдельный фрагмент протекает одинаково большой по величине ток, что обусловливает интенсивное электромагнитное поле в месте расположения устройства и соответственно связанное с ним вредное влияние на организм человека. A significant disadvantage of the prototype is also the fact that an equally large current flows throughout the highway and through each individual fragment, which causes an intense electromagnetic field at the location of the device and, accordingly, a harmful effect on the human body.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи упрощения и удешевления устройства, повышения его надежности; кроме того, решается задача обеспечения возможности отделения от электронагревательного элемента части любой длины и использование этой части в том же режиме (напряжение, величина тока, удельная теплоотдача), что электронагревательного элемента в целом; а также решается задача повышения электромагнитной безопасности устройства. The present invention is based on the solution of the problem of simplifying and cheapening the device, increasing its reliability; in addition, the problem is solved of ensuring the possibility of separating parts of any length from the electric heating element and using this part in the same mode (voltage, current value, specific heat transfer) as the electric heating element as a whole; and also solves the problem of increasing the electromagnetic safety of the device.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в электронагревательном устройстве, устанавливаемом в конструкциях жилых и нежилых помещений, в частности в полах, содержащем электронагревательный элемент и токоподводящие шины, электронагревательный элемент выполнен из неметаллического материала с объемным электрическим сопротивлением от 1•10⁵ до 1•10⁸ Ом•см, в частности полиэтилена высокого давления, при этом токоподводящие шины сопряжены с противоположными поверхностями электронагревательного элемента; при этом электронагревательный элемент может быть выполнен в виде цилиндрической трубки, а токоподводящие шины могут быть выполнены в виде слоев электропроводящего материала, нанесенных соответственно на внутреннюю и наружную поверхности цилиндрической трубки; токоподводящие шины могут быть выполнены с прорезями.According to the invention, this problem is solved due to the fact that in the electric heating device installed in the structures of residential and non-residential premises, in particular in floors containing an electric heating element and current-carrying buses, the electric heating element is made of non-metallic material with a volume electric resistance from 1 • 10 ⁵ to 1 • 10 ⁸ Ohm • cm, in particular high-pressure polyethylene, while the current-carrying tires are interfaced with opposite surfaces of the electric heating element; wherein the electric heating element can be made in the form of a cylindrical tube, and the current-carrying busbars can be made in the form of layers of electrically conductive material deposited on the inner and outer surfaces of the cylindrical tube, respectively; busbars can be made with slots.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна". The applicant has not identified sources containing information about technical solutions identical to the present invention, which allows us to conclude that it meets the criterion of "novelty."

В качестве электронагревательного элемента применен материал, который имеет на несколько порядков большее удельное сопротивление в сравнении с любыми металлическими сплавами; этот материал можно считать "полуизолятором"; при этом принципиально меняется схема токоведущей магистрали, которая представляет собой совокупность параллельно соединенных между собой фрагментов. Если снова обратиться к аналогам, то токоведущую магистраль можно в этом случае представить как гирлянду электрических лампочек, соединенных между собой параллельно, при этом каждая рассчитана на напряжение питающей сети; поэтому можно использовать, практически, любую по длине часть электронагревательного элемента в зависимости от того, какова потребная выходная мощность. Таким образом, исключается необходимость создания различных типоразмеров для каждого значения мощности, как это имеет место в прототипе. As an electric heating element, a material is used that has several orders of magnitude greater resistivity in comparison with any metal alloys; this material can be considered a "semi-insulator"; at the same time, the circuit of the current-carrying line, which is a combination of fragments connected in parallel, is fundamentally changed. If we again turn to analogues, then the current-carrying trunk can be represented in this case as a garland of light bulbs connected together in parallel, each of which is designed for the voltage of the supply network; therefore, you can use almost any length of the electric heating element, depending on what is the required output power. Thus, it eliminates the need to create different sizes for each power value, as is the case in the prototype.

Кроме того, следует отметить, что от одной токопроводящей шины к другой через электронагревательный элемент протекает сравнительно небольшой ток; если обратиться к условной электрической схеме (фиг.6), где электронагревательный элемент представлен в виде параллельно соединенных фрагментов, то видно, что по каждому фрагменту идет небольшой ток, и создаваемое при этом электромагнитное поле соответственно невелико. In addition, it should be noted that a relatively small current flows from one conductive busbar to another through an electric heating element; if we turn to the conventional electric circuit (Fig.6), where the electric heating element is presented in the form of parallel connected fragments, then it is clear that a small current flows through each fragment, and the electromagnetic field created in this case is accordingly small.

Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию "изобретательский уровень". The applicant has not found any sources of information containing information about the impact of the claimed distinctive features on the technical result achieved as a result of their implementation. This, according to the applicant, indicates that this technical solution meets the criterion of "inventive step".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:
на фиг.1 - фрагмент устройства в аксонометрии;
на фиг.2 - поперечный разрез;
на фиг.3 - вариант устройства по п.2 формулы изобретения;
на фиг.4 - поперечный разрез варианта устройства по п.2 формулы;
на фиг.5 - условное представление электрической схемы прототипа;
на фиг.6 - условное представление электрической схемы заявляемого устройства;
на фиг.7 - токоведущая шина, вид в плане, вариант по п.3 формулы.The invention is illustrated by drawings, which depict:
figure 1 is a fragment of a device in a perspective view;
figure 2 is a transverse section;
figure 3 is a variant of the device according to claim 2;
figure 4 is a cross section of a variant of the device according to claim 2 of the formula;
figure 5 - conditional representation of the electrical circuit of the prototype;
figure 6 - conditional representation of the electrical circuit of the inventive device;
7 is a current-carrying bus, a plan view, an option according to claim 3 of the formula.

Электронагревательное устройство содержит электронагревательный элемент 1, который выполнен в виде полосы из неметаллического материала, в частности полимера высокого давления марки П2ЭС-5 с объемным электрическим сопротивлением ρv = 5•10⁵Ом•см. Токоподводящие шины 2 и 3 выполнены в конкретном примере в виде полос из тонкой медной фольги, которые плотно примыкают соответственно к верхней и нижней поверхностям электронагревательного элемента 1. В варианте по п. 3 формулы токопроводящие шины могут быть выполнены с прорезями (перфорацией) круглого, прямоугольного или иного очертания; в конкретном примере на фиг.7 токопроводящие шины имеют решетчатую форму, а прорези представляют собой квадратные окна 4, при этом будет происходить локальный нагрев элемента 1 в местах, где отсутствуют окна 4.The electric heating device comprises an electric heating element 1, which is made in the form of a strip of non-metallic material, in particular a high-pressure polymer of the P2ES-5 brand with a volume electric resistance ρv = 5 • 10 ⁵ Ohm • cm. The current-carrying buses 2 and 3 are made in a specific example in the form of strips of thin copper foil, which are tightly adjacent to the upper and lower surfaces of the electric heating element 1, respectively. In the embodiment of claim 3, the current-carrying buses can be made with round, rectangular slots (perforations) or other shape; in the specific example of Fig. 7, the conductive busbars have a lattice shape, and the slots are square windows 4, while the local heating of the element 1 will occur in places where there are no windows 4.

Изоляция и металлический заземленный экран на чертежах условно не показаны. В варианте по п.2 формулы электронагревательный элемент выполнен в виде цилиндрической трубки, а токоподводящие шины выполнены в виде слоев проводящего материала, нанесенных соответственно на внутреннюю и внешнюю поверхности цилиндрической трубки. The insulation and the metal grounded shield are not conventionally shown in the drawings. In the embodiment according to claim 2, the electric heating element is made in the form of a cylindrical tube, and the current-carrying busbars are made in the form of layers of conductive material deposited on the inner and outer surfaces of the cylindrical tube, respectively.

Устройство размещается в обогреваемой конструкции, в частности в полу; к токоподводящим шинам подается напряжение, при этом электрический ток проходит от одной шины к другой, пересекая электронагревательный элемент по всей площади его контакта с шинами, при этом выделяется тепло, отдаваемое обогреваемой конструкции и рассеиваемое в окружающую среду. The device is placed in a heated structure, in particular in the floor; Voltage is supplied to the current-carrying tires, while an electric current passes from one bus to another, crossing the electric heating element over the entire area of its contact with the tires, and heat is released to the heated structure and dissipated into the environment.

Устройство имеет весьма простую и недорогую конструкцию, исключается необходимость использования дорогостоящих металлических сплавов. Возможно отделение и использование отрезка любой длины; существенно повышается надежность эксплуатации устройства ввиду исключения тонкого и непрочного центрального проводника; резко снижается интенсивность создаваемого электромагнитного поля. The device has a very simple and inexpensive design, eliminating the need for expensive metal alloys. It is possible to separate and use a piece of any length; significantly increases the reliability of operation of the device due to the exclusion of a thin and fragile central conductor; the intensity of the created electromagnetic field decreases sharply.

По мнению заявителя, изобретение соответствует критерию "промышленная применимость". According to the applicant, the invention meets the criterion of "industrial applicability".

Claims

1. An electric heating device installed in structures of residential and non-residential premises, in particular, in floors, containing an electric heating element and current-carrying buses, characterized in that the electric heating element is made of non-metallic material with a volume electric resistance from 1 · 10 ⁵ to 1 · 10 ⁸ Ohm · cm, while the supply busbars are paired with opposite surfaces of the electric heating element.

2. The electric heating device according to claim 1, characterized in that the electric heating element is made of high pressure polyethylene.

3. An electric heating device according to any one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the electric heating element is made in the form of a cylindrical tube, and the current-carrying busbars are made in the form of layers of electrically conductive material deposited, respectively, on the inner and outer surfaces of the cylindrical tube.

4. Electric heating device according to any one of claims 1 to 3 or 4, characterized in that the current-carrying busbars are made with slots.