RU2294062C2

RU2294062C2 - Woven resistor unit and its manufacturing process

Info

Publication number: RU2294062C2
Application number: RU2004134714/09A
Authority: RU
Inventors: н Армен Робертович Офицерь (RU); Армен Робертович Офицерьян; Андрей Фотиевич Чехин (RU); Андрей Фотиевич Чехин; н Роберт Вардгесович Офицерь (RU); Роберт Вардгесович Офицерьян
Original assignee: Армен Робертович Офицерьян; Андрей Фотиевич Чехин; Роберт Вардгесович Офицерьян
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2007-02-20

Abstract

FIELD: electrothermy, electric heaters such as fiber-plastic ones for medicine, agriculture, liquid and gaseous media heating devices for various industries.

SUBSTANCE: proposed woven resistor unit has electricity conducting and heat liberating threads disposed in parallel with power electrodes made of tinsel threads and separated from them by insulating threads; uniformly distributed perpendicular to electricity conducting and heat liberating threads and tinsel threads of power electrodes throughout resistor unit length are additional and current-distributing electrodes made of tinsel threads. Manufacture of woven resistor unit involves cutting of resistor unit blank of desired geometry from current-conducting fabric followed by cutting peripheral zones of all current distributing electrodes and some of peripheral zones of additional electrodes in pack of insulating threads contacting power electrodes on one end and pack of electricity conducting and heat liberating threads, on other end; peripheral zones of additional electrodes are cut out of alternating sides of pack of electricity conducting and heat liberating threads for switching circuit of desired resistor unit; terminal current conductors made, for instance, from copper foil run over with tin and provided with power cord are attached to edges of power and additional electrodes of resistor unit.

EFFECT: enhanced electric safety and reliability of woven resistor unit.

2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области электротермии и может быть использовано при производстве электронагревателей, например, стеклопластиковых, которые широко применяются в быту, медицине, сельхозобъектах, а также устройствах для нагрева жидких и газообразных сред, применяемых в различных отраслях промышленности.The invention relates to the field of electrothermics and can be used in the manufacture of electric heaters, for example, fiberglass, which are widely used in everyday life, medicine, agricultural facilities, as well as devices for heating liquid and gaseous media used in various industries.

Известен тканый резистивный элемент, в котором основа и уток выполнены из электропроводных и неэлектропроводных нитей, уложенных с чередованием в одном из направлений ткани, а электроды расположены вдоль основы (патент США №3349359, кл. Н 05 В 3/34, 1967 г.).A woven resistive element is known in which the warp and wefts are made of electrically conductive and non-conductive yarns laid alternately in one of the fabric directions, and the electrodes are located along the warp (US Patent No. 3349359, class H 05 B 3/34, 1967) .

Известен также тканый резистивный элемент, неэлектропроводные нити которого выполнены из комплексных хлопковых волокон, при этом объемное соотношение неэлектропроводных нитей к электропроводным нитям основы составляет 1:1-1:1,5, а объемное соотношение электропроводных нитей основы и утка - 1:1,5-1:10 (патент РФ №2046552, кл. Н 05 В 3/36, 1995 г.).A woven resistive element is also known, the non-conductive threads of which are made of complex cotton fibers, wherein the volume ratio of the non-conductive threads to the conductive warp threads is 1: 1-1: 1.5, and the volume ratio of the conductive warp and weft threads is 1: 1.5 -1: 10 (RF patent No. 2046552, CL H 05 B 3/36, 1995).

В указанных изобретениях решается задача по уменьшению усадки резистивного элемента в процессе изготовления и эксплуатации электронагревателей.In these inventions, the problem is solved to reduce the shrinkage of the resistive element during the manufacture and operation of electric heaters.

Аналогичная задача решается и в гибком электронагревателе (патент СССР №1794284, кл. Н 05 В 3/38, 1993 г.), содержащем резистивный элемент в виде токопроводящей ткани, уток и основа которой выполнены из электропроводящих тепловыделяющих нитей, неэлектропроводных нитей и мишурных металлизированных, объединенных в электроды, которые размещены по краям резистивного элемента и огибают комплексные электропроводящие полимерные нити.A similar problem is solved in a flexible electric heater (USSR patent No. 1794284, class N 05 B 3/38, 1993), containing a resistive element in the form of a conductive fabric, weft and warp of which are made of electrically conductive heat-generating threads, non-conductive threads and metallic tinsel combined in electrodes that are placed along the edges of the resistive element and envelope complex electrically conductive polymer filaments.

Основным недостатком вышеуказанных резистивных элементов является то, что при обрыве электропроводящей нити (пучка нитей), размещенной между электродами, произойдет перераспределение электрического тока между соседними с ней электропроводящими нитями, т.е. по электропроводящим нитям, расположенным параллельно электродам, электрический ток в месте обрыва перераспределится на соседние электропроводящие нити с образованием в течение некоторого времени новых обрывов, но уже на соседних нитях. Описываемый процесс будет носить необратимый характер, вовлекая в себя все новые и новые электропроводящие нити, вплоть до выхода из строя резистивного элемента.The main disadvantage of the aforementioned resistive elements is that upon the breakage of an electrically conductive filament (bundle of filaments) placed between the electrodes, an electric current will be redistributed between the electrically conductive filaments adjacent to it, i.e. along electrically conductive threads located parallel to the electrodes, the electric current at the point of breakage is redistributed to neighboring conductive threads with the formation of new breaks for some time, but on neighboring threads. The described process will be irreversible, involving more and more electrically conductive threads, up to the failure of the resistive element.

Ближайшим аналогом, выбранным в качестве прототипа, является изобретение по патенту СССР №1794284.The closest analogue selected as a prototype is the invention according to the patent of the USSR No. 1794284.

Основной задачей разработки является создание такого тканого резистивного элемента, который исключал бы вышеперечисленные недостатки, а его текстильная структура регламентировала бы требуемые технические параметры электронагревателей для использования в различных областях промышленности.The main objective of the development is the creation of such a woven resistive element that would eliminate the above disadvantages, and its textile structure would regulate the required technical parameters of electric heaters for use in various industries.

Техническим результатом, который может быть получен от использования изобретения, является повышение электробезопасности и надежности тканого резистивного элемента.The technical result that can be obtained from the use of the invention is to increase the electrical safety and reliability of the woven resistive element.

Основная задача решена и технический результат достигнут за счет того, что тканый резистивный элемент, неэлектропроводные нити которого выполнены из комплексных хлопковых волокон, при этом объемное соотношение неэлектропроводных нитей к электропроводным нитям основы составляет 1:1-1:1,5, а объемное соотношение электропроводных нитей основы и утка - 1:1,5-1:10, согласно изобретению состоит из электропроводных нитей, расположенных параллельно силовым электродам из мишурных нитей и разнесенных от них неэлектропроводными нитями, а перпендикулярно к электропроводным нитям и мишурным нитям силовых электродов по длине резистивного элемента равномерно распределены дополнительные и токораспределительные электроды, выполненные из мишурных нитей.The main problem is solved and the technical result is achieved due to the fact that the woven resistive element, the non-conductive threads of which are made of complex cotton fibers, the volume ratio of non-conductive threads to the conductive warp threads is 1: 1-1: 1.5, and the volume ratio of the conductive warp and weft threads - 1: 1.5-1: 10, according to the invention, consists of electrically conductive threads arranged parallel to the power electrodes of tinsel threads and spaced from them by non-conductive threads, and perpendicular but a conductive tinsel strands and filaments power electrodes along the length of the resistive element more uniformly distributed and Current distribution electrodes made of tinsel strands.

Также согласно изобретению из токопроводящей ткани вырезают заготовку резистивного элемента заданной геометрии, далее в массиве неэлектропроводных нитей, контактирующих с одной стороны с силовыми электродами, а с другой стороны с массивом из электропроводных нитей, вырубают периферийные зоны всех токораспределительных и часть периферийных зон дополнительных электродов, причем периферийные зоны дополнительных электродов вырубают с чередованием то с одной, то с другой стороны массива из электропроводных нитей с образованием коммутационной схемы заданного резистивного элемента, а на законцовки силового и дополнительного электродов резистивного элемента закрепляют клеммные токоподводы, например, из медной фольги, облуженной оловом, со шнуром питания.Also, according to the invention, a blank of a resistive element of a given geometry is cut from a conductive fabric, then in the array of non-conductive threads in contact with the power electrodes on the one hand and on the other hand with an array of conductive threads, the peripheral zones of all current-distributing and part of the peripheral zones of additional electrodes are cut down, moreover peripheral zones of additional electrodes are cut down alternately on one or the other side of the array of electrically conductive filaments with the formation of a commute ionic predetermined circuit resistance element and ending at the power and auxiliary electrodes of the resistive element fixed terminal current supplies, for example, copper foil, tin-plated tin, the cord.

Отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и достижение нового технического результата.Distinctive features are significant, since each of them individually and jointly aimed at solving the problem and achieving a new technical result.

Тканый резистивный элемент, состоящий из электропроводных нитей, неэлектропроводных нитей и мишурных нитей с продольно-поперечной коммутационной схемой, позволит обеспечить низкий градиент температуры на обогреваемой поверхности и высокую технологичность в процессе переработки в изделие.A woven resistive element consisting of electrically conductive filaments, non-conductive filaments and tinsel filaments with a longitudinal-transverse switching circuit will allow for a low temperature gradient on the heated surface and high processability during processing into the product.

Коммутация тканого резистивного элемента путем вырубки периферийных зон дополнительных электродов с чередованием то с одной, то с другой стороны и вырубки периферийных зон токораспределительных электродов по обе стороны массива электропроводных нитей позволит обеспечить использование резистивного элемента на любое значение питающего напряжения и повысить его эксплуатационную надежность.Switching the woven resistive element by cutting the peripheral zones of the additional electrodes alternating on one side or on the other hand and cutting the peripheral zones of the current-distributing electrodes on both sides of the array of electrically conductive filaments will allow the use of the resistive element to any value of the supply voltage and increase its operational reliability.

Указанные отличительные существенные признаки являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружено, что позволяет характеризовать предложенное техническое решение, соответствующее критерию «новизна».These distinctive essential features are new, since their use in the prior art, analogues and prototype was not found, which allows us to characterize the proposed technical solution that meets the criterion of "novelty."

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу и достичь новых технических результатов, что позволяет характеризовать новое техническое решение существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники, аналогами и прототипом. Новое техническое решение является результатом опытно-конструкторской отработки и творческого вклада, получено без использования стандартных проектировочных решений или каких-либо рекомендаций, по своей оригинальности и содержательности исполнения соответствует критерию «изобретательский уровень».A single set of new essential features with common known essential features allows us to solve the problem and achieve new technical results, which allows us to characterize the new technical solution by significant differences compared with the prior art, analogues and prototype. The new technical solution is the result of experimental development and creative contribution, obtained without the use of standard design solutions or any recommendations, in its originality and substantiveness of execution meets the criterion of "inventive step".

На фиг.1 представлена заготовка тканого резистивного элемента из электропроводных нитей, неэлектропроводных и мишурных нитей. На фиг.2 представлен готовый к использованию (скоммутированный) тканый резистивный элемент. На фиг.3 представлено несколько возможных вариантов исполнения (коммутации) тканого резистивного элемента.Figure 1 presents the workpiece woven resistive element of electrically conductive threads, non-conductive and tinsel threads. Figure 2 shows a ready-to-use (wired) woven resistive element. Figure 3 presents several possible options for the implementation (switching) of the woven resistive element.

Представленная на фиг.1 заготовка тканого резистивного элемента содержит электропроводные нити 1, расположенные параллельно силовым электродам 2 из мишурных нитей и разнесенные от них неэлектропроводными нитями 3, а перпендикулярно к электропроводным нитям 1 и мишурным нитям силовых электродов 2 по длине заготовки резистивного элемента равномерно распределены дополнительные 4 и токораспределительные 5 электроды, выполненные из мишурных нитей. В качестве электропроводных нитей по изобретению используются: нити электропроводящие «Бикарболон-2М» (ТУ 2282-057-00203996-98), нити электропроводящие «КЭНС-п» (ТУ 2282-049-00203996-99), углеродные нити, а также любые другие нити с линейным электросопротивлением не более 10⁴ Ом/см. В качестве неэлектропроводных нитей по изобретению используются: нити полиамидные, нити хлопчатобумажные, нити стеклянные, а также любые другие нити с электроизоляционными свойствами.Presented in figure 1, the preform of the woven resistive element contains electrically conductive threads 1, parallel to the power electrodes 2 of tinsel threads and spaced from them by non-conductive threads 3, and perpendicular to the conductive threads 1 and tinsel threads of the power electrodes 2 are additionally uniformly distributed along the length of the billet of the resistive element 4 and current distribution 5 electrodes made of tinsel threads. The following are used as electrically conductive threads according to the invention: Bicarbolon-2M conductive threads (TU 2282-057-00203996-98), KENS-p conductive threads (TU 2282-049-00203996-99), carbon threads, as well as any other threads with a linear electrical resistance of not more than 10 ⁴ Ohm / cm. As non-conductive threads according to the invention are used: polyamide threads, cotton threads, glass threads, as well as any other threads with electrical insulation properties.

В соответствии со способом изготовления представленного на фиг.2 тканого резистивного элемента из токопроводящей ткани вырезают заготовку резистивного элемента заданной геометрии, далее в массиве неэлектропроводных нитей 3, контактирующих с одной стороны с силовыми электродами 2, а с другой стороны с массивом из электропроводных нитей 1, вырубают периферийные зоны 7 всех токораспределительных 5 и часть периферийных зон 6 дополнительных электродов 4, причем периферийные зоны 6 дополнительных электродов 4 вырубают с чередованием то с одной, то с другой стороны массива из электропроводных нитей 1 с образованием коммутационной схемы заданного резистивного элемента, а на законцовки силового 2 и дополнительного 4 электродов резистивного элемента закрепляют клеммные токоподводы 8, например, из медной фольги, облуженной оловом, со шнуром питания 9.In accordance with the manufacturing method of the woven resistive element shown in FIG. 2, a blank of the resistive element of a given geometry is cut out from a conductive fabric, then in an array of non-conductive threads 3 in contact with the power electrodes 2 on the one hand and on the other hand with an array of conductive threads 1, the peripheral zones 7 of all current distribution 5 and part of the peripheral zones 6 of the additional electrodes 4 are cut down, and the peripheral zones 6 of the additional electrodes 4 are cut down alternately from one, then on the other side of the array of electrically conductive filaments 1 with the formation of a switching circuit of a given resistive element, and terminal leads 8, for example, of tin coated copper foil with a power cord 9, are fixed to the ends of the power 2 and 4 additional electrodes of the resistive element.

На фиг.1 дополнительные и токораспределительные электроды показаны одной позицией 4, 5, а на фиг.2 дополнительные и токораспределительные электроды показаны разными позициями 4 и 5. Это обусловлено тем, что в структуре токопроводящей ткани эти электроды равнофункциональны, т.е. ничем не отличаются друг от друга. В структуре же резистивного элемента дополнительные и токораспределительные электроды по своей функциональности используются по разному назначению: дополнительные электроды служат для создания коммутационной схемы, обеспечивающей подачу питающего напряжения на электропроводные нити, а токораспределительные - для перераспределения тока в случае нарушения целостности электропроводной нити (или пучка нитей) на неповрежденные электропроводные нити с повышением работоспособности и эксплуатационной надежности резистивного элемента.In Fig. 1, the additional and current-distributing electrodes are shown at one position 4, 5, and in Fig. 2, the additional and current-distributing electrodes are shown at different positions 4 and 5. This is because these electrodes are equally functional in the structure of the conductive fabric, i.e. are no different from each other. In the structure of the resistive element, additional and current-distributing electrodes are used for different purposes in their functionality: additional electrodes serve to create a switching circuit that supplies power to the conductive wires, and current-distributing ones to redistribute the current in case of violation of the integrity of the conductive wire (or bundle of wires) intact conductive filaments with increased efficiency and operational reliability of the resistive element.

На фиг.3 представлено несколько возможных вариантов исполнения тканого резистивного элемента. На фиг.3а дополнительные 4 и токораспределительные 5 электроды резистивного элемента распределены с чередованием 1+1, на фиг.3б дополнительные 4 и токораспределительные 5 электроды резистивного элемента распределены с чередованием 1+3, т.е. в зависимости от заданных технических параметров (мощности, напряжения питания, габаритных размеров) количество дополнительных и токораспределительных электродов резистивного элемента может изменяться. На фиг.3в дополнительные 4 электроды резистивного элемента равномерно распределены по его длине (токораспределительные электроды отсутствуют). Данная схема коммутации чаще всего используется при изготовлении резистивного элемента на низкие значения питающего напряжения.Figure 3 presents several possible embodiments of a woven resistive element. On figa additional 4 and current distribution 5 electrodes of the resistive element are distributed alternating 1 + 1, in fig.3b additional 4 and current distribution 5 electrodes of the resistive element are distributed alternating 1 + 3, i.e. Depending on the specified technical parameters (power, supply voltage, overall dimensions), the number of additional and current distribution electrodes of the resistive element can vary. On figv additional 4 electrodes of the resistive element are evenly distributed along its length (current-distributing electrodes are absent). This switching scheme is most often used in the manufacture of a resistive element for low values of the supply voltage.

Испытания разработанного тканого резистивного элемента, изготовленного опытно-промышленным способом, показали положительные результаты. В настоящее время тканый резистивный элемент уже нашел широкое применение в промышленности в области создания стеклопластиковых и эластичных электронагревателей и устройств для нагрева на их основе, эксплуатируемых в самых жестких климатических условиях.Tests of the developed woven resistive element manufactured by the pilot method showed positive results. Currently, the woven resistive element has already found wide application in industry in the field of creating fiberglass and elastic electric heaters and devices for heating based on them, operated in the most severe climatic conditions.

Таким образом, предложенное новое техническое решение в указанной совокупности существенных признаков соответствует критерию "промышленная применимость", т.е. уровню изобретения.Thus, the proposed new technical solution in the specified set of essential features meets the criterion of "industrial applicability", i.e. level of invention.

Claims

1. A woven resistive element, the non-conductive threads of which are made of complex cotton fibers, wherein the volume ratio of the non-conductive threads and the conductive warp threads is 1: 1 ÷ 1: 1.5, and the volume ratio of the conductive warp and weft threads is 1: 1.5 ÷ 1: 10, characterized in that it consists of conductive threads parallel to the power electrodes of tinsel threads and spaced from them by non-conductive threads, and perpendicular to the conductive threads and tinsel threads of the power electrodes in length resistive element additionally distributed and current distribution electrodes made of tinsel threads.

2. A method of manufacturing a woven resistive element according to claim 1, characterized in that a blank of the resistive element of a given geometry is cut out from the conductive fabric, then in an array of non-conductive threads in contact with the power electrodes on the one hand, and on the other hand with an array of conductive threads, the peripheral zones of all current distribution and part of the peripheral zones of the additional electrodes are cut down, and the peripheral zones of the additional electrodes are cut down alternately on one or the other side of the mass Islands of the conductive filaments to form a predetermined circuit diagram of the resistive element, and at the end of an additional electrode and the power of the resistive element fixed terminal current supplies, for example, copper foil, tin-plated tin, the cord.