RU2304367C1 - Electric heating device - Google Patents
Electric heating device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2304367C1 RU2304367C1 RU2006104793/09A RU2006104793A RU2304367C1 RU 2304367 C1 RU2304367 C1 RU 2304367C1 RU 2006104793/09 A RU2006104793/09 A RU 2006104793/09A RU 2006104793 A RU2006104793 A RU 2006104793A RU 2304367 C1 RU2304367 C1 RU 2304367C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- carbon fibers
- resistive
- electric heating
- heating device
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Resistance Heating (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к электропроводящим композиционным нагревательным устройствам на основе углеродных волокон, которые имеют различное функциональное назначение (обогреваемая одежда; бытовые нагревательные приборы; грелки, электропледы, электроодеяла, в технике - для предотвращения обледенения морских судов, для обогрева аккумуляторов, в авиастроении, космической технике, в строительстве, сельском хозяйстве и медицине.The present invention relates to electrically conductive composite heating devices based on carbon fibers, which have different functional purposes (heated clothes; household heating devices; heating pads, electric blankets, electric blankets, in technology - to prevent icing of ships, for heating batteries, in aircraft, space technology , in construction, agriculture and medicine.
Известно электронагревательное устройство, которое состоит из электронагревательного элемента и токоподводящей шины. Электронагревательный элемент выполнен из неметаллического материала с объемным электрическим сопротивлением от 1×105 до 1×108 Ом × см, при этом токоподводящие шины сопряжены с противоположными поверхностями электронагревательного элемента. Такое электронагревательное устройство используется для обогрева пола жилых и нежилых помещений.Known electric heating device, which consists of an electric heating element and a busbar. 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 current-carrying busbars are mated with opposite surfaces of the electric heating element. Such an electric heating device is used to heat the floor of residential and non-residential premises.
Электронагревательный элемент этого электронагревательного устройства может быть выполнен из полиэтилена высокого давления и представляет собой цилиндрическую трубу. Токоподводящие шины выполнены в виде слоев электропроводящего материала, нанесенных, соответственно, на внутреннюю и наружную поверхности цилиндрической трубки. Токоподводящие шины могут быть выполнены с прорезями (Патент RU 2224386).The electric heating element of this electric heating device can be made of high pressure polyethylene and is a cylindrical pipe. Current-carrying tires are made in the form of layers of electrically conductive material deposited, respectively, on the inner and outer surfaces of the cylindrical tube. Current-carrying tires can be made with slots (Patent RU 2224386).
Известно электронагревательное устройство, содержащее электропроводный контур, подключаемый к источнику тока, с носителем тока из гибкого электропроводящего материала с нанесенным на него слоем связующего вещества. Электропроводный контур снабжен электроизолирующей подложкой, выполненной из слоев полимерного материала, между которым расположена в качестве гибкого электропроводящего носителя полиметаллическая лента зигзагообразной конфигурации толщиной 15-50 мкм. Полиметаллическая лента прикреплена сверху и снизу к полимерному материалу связующим веществом, в качестве которого используют пленочный полимерный материал с липким слоем.Known electric heating device containing an electrically conductive circuit connected to a current source, with a current carrier of a flexible electrically conductive material with a layer of a binder applied to it. The electrically conductive circuit is equipped with an electrically insulating substrate made of layers of polymer material, between which a zigzag-shaped polymetallic tape 15-50 microns thick is located as a flexible electrically conductive carrier. A polymetallic tape is attached at the top and bottom to the polymer material with a binder, which is used as a polymer film material with an adhesive layer.
В таком электронагревательном устройстве между слоями полимерного материала и полиметаллической ленты можно использовать ламинированный связующий слой, получаемый холодным или горячим прессованием (Патент RU 35582).In such an electric heating device between the layers of the polymeric material and the polymetallic tape, a laminated bonding layer obtained by cold or hot pressing can be used (Patent RU 35582).
Вышеописанные электронагревательные устройства не предполагают использование в качестве электронагревательного элемента углеродные волокна. Такие электронагревательные устройства имеют достаточно узкий спектр областей применения, т.е. их использование ограничено. Также для этих устройств характерна малая мощность. А главным недостатком их являются низкие прочностные характеристики.The above-described electric heating devices do not imply the use of carbon fibers as an electric heating element. Such electric heating devices have a fairly narrow range of applications, i.e. their use is limited. Also, these devices are characterized by low power. And their main disadvantage is low strength characteristics.
Известно электронагревательное устройство, взятое нами за прототип, состоящее из двух слоев электроизоляционного основания, размещенного между ними электропроводящего слоя и электрически связанных с ними токоподводов, расположенных с двух сторон по краям электропроводящего слоя. Каждый токоподвод образован парой металлических полос, наложенных друг на друга, электропроводящий слой выполнен из углеродных жгутов или нитей, концы которых размещены между парой металлических полос с каждой стороны, соединенных между собой точечной сваркой, а слои изоляционного основания соединены с резистивным слоем с помощью клея.Known electric heating device, taken by us as a prototype, consisting of two layers of an insulating base, placed between them an electrically conductive layer and electrically connected current leads, located on both sides along the edges of the electrically conductive layer. Each current lead is formed by a pair of metal strips superimposed on each other, the electrically conductive layer is made of carbon bundles or threads, the ends of which are placed between a pair of metal strips on each side, connected by spot welding, and the layers of the insulating base are connected to the resistive layer using glue.
В этом электронагревательном устройстве углеродные жгуты или нити могут быть аппретированы жидким стеклом, фторэластомером или негорючим эластичным клеем. Слои электроизоляционного основания могут быть выполнены из негорючей асбо-стеклоткани, ткани с базальтовыми волокнами или ткани, пропитанной негорючим эластомером. Для соединения слоев электронагревательного устройства между собой в качестве клея используют не поддерживающие горение эластомеры или жидкое стекло. На токоподводы дополнительно приклеены два слоя ткани с асбестовыми, стеклянными или базальтовыми волокнами.In this electric heating device, carbon tows or threads can be sutured with liquid glass, a fluoroelastomer, or a non-combustible elastic adhesive. The layers of the electrical insulating base can be made of non-combustible asbot fiberglass fabric, fabric with basalt fibers or fabric impregnated with a non-combustible elastomer. To connect the layers of the electric heating device with each other, non-burning elastomers or liquid glass are used as glue. Two layers of fabric with asbestos, glass or basalt fibers are additionally glued to the current leads.
Электронагревательное устройство имеет наружное декоративное изоляционное покрытие, выполненное из прорезиненной ткани или стеклообоев с термостойкостью 250-300°С (Заявка RU 2001128126/09).The electric heating device has an external decorative insulating coating made of rubberized fabric or cullet with heat resistance of 250-300 ° C (Application RU 2001128126/09).
Использование в качестве электропроводящего материала углеродных жгутов и нитей уменьшает рабочую поверхность обогрева, что ведет к высокому расходу электроэнергии на единицу обогреваемой площади. Такое электронагревательное устройство имеет малую мощность и гибкую форму, что ограничивает его применение. Следует отметить, что не указаны способы снижения переходного сопротивления в местах контакта углеродных жгутов, нитей и металлических полос.The use of carbon tows and threads as an electrically conductive material reduces the working surface of the heating, which leads to high energy consumption per unit of the heated area. Such an electric heating device has a low power and a flexible shape, which limits its use. It should be noted that no methods are indicated for reducing the transition resistance at the contact points of carbon tows, threads and metal strips.
При создании изобретения ставились задачи расширить диапазон применения электронагревательного устройства; повысить рабочую поверхности обогрева; снизить расход электроэнергии на единицу обогреваемой площади; увеличить мощность полученного нами электронагревательного устройства; снизить переходное сопротивление в зоне контакта углеродного волокна и гибкой токоподводящей цепи.When creating the invention, the objectives were to expand the range of application of the electric heating device; increase the working surface of the heating; reduce energy consumption per unit of heated area; increase the power of the electric heating device we received; reduce transient resistance in the contact zone of carbon fiber and a flexible current-supply circuit.
Для решения поставленных задач в электронагревательном устройстве содержатся два слоя электроизоляционного основания, между которыми размещен электропроводящий резистивный слой на основе углеродных волокон и электрически связанные с ним токоподводы, расположенные с двух сторон по краям электропроводящего резистивного слоя. Токоподводы выполнены в виде гибкой токоподводящей цепи из мягкой проволоки. Электропроводящий резистивный слой выполнен в виде зигзагообразных секций резистивной цепи из углеродных волокон толщиной 0,45±0,05 мм, длиной 7-8 м. Концы каждой секции резистивной цепи металлизированы медью и намотаны на токоподводы. Причем все секции резистивной цепи выполнены из непрерывных однонаправленных углеродных волокон, состоящих из элементарных волокон, каждое из которых аппретировано пропиточной смесью при следующем содержании компонентов, мас.%:To solve the tasks, the electric heating device contains two layers of an insulating base, between which there is a conductive resistive layer based on carbon fibers and electrically connected current leads, located on both sides along the edges of the conductive resistive layer. The current leads are made in the form of a flexible current-carrying circuit made of soft wire. The conductive resistive layer is made in the form of zigzag sections of the resistive circuit of carbon fibers with a thickness of 0.45 ± 0.05 mm, a length of 7-8 m. The ends of each section of the resistive circuit are metallized with copper and wound on current leads. Moreover, all sections of the resistive circuit are made of continuous unidirectional carbon fibers, consisting of elementary fibers, each of which is dressed with an impregnating mixture with the following components, wt.%:
- 25% термостойкого силиконового герметика и 75% клея на основе метилметакрилата; или- 25% heat-resistant silicone sealant and 75% glue based on methyl methacrylate; or
- 50% термостойкого силиконового герметика и 50% клея на основе метилметакрилата; или- 50% heat-resistant silicone sealant and 50% glue based on methyl methacrylate; or
- 75% термостойкого силиконового герметика и 25% клея на основе метилметакрилата; или- 75% heat-resistant silicone sealant and 25% glue based on methyl methacrylate; or
- 45% термостойкого силиконового герметика, 45% клея на основе метилметакрилата и 10% порошка графита.- 45% heat-resistant silicone sealant, 45% glue based on methyl methacrylate and 10% graphite powder.
Содержание пропиточной смеси на углеродном волокне составляет 45±5%.The content of the impregnation mixture on carbon fiber is 45 ± 5%.
В работе использовались силиконовый герметик, изготовленный по ТУ 2384-031-05666764-96, клей на основе метилметакрилата по ТД ITB nr АТ-15-629/2002.In this work, silicone sealant manufactured according to TU 2384-031-05666764-96, glue based on methyl methacrylate according to TD ITB nr AT-15-629 / 2002 were used.
Состав пропиточной смеси зависит от свойств получаемого электронагревательного устройства. Эта смесь позволяет повысить эксплуатационные и деформационно-прочностные характеристики электронагревательного устройства и позволяет расширить области его применения.The composition of the impregnating mixture depends on the properties of the resulting electric heating device. This mixture allows to increase the operational and deformation-strength characteristics of the electric heating device and allows you to expand the scope of its application.
Чтобы повысить рабочую поверхность обогрева углеродные волокна пропитываются по элементарным волокнам, что снижает расход электроэнергии на единицу обогреваемой площади. Такая пропитка достигается за счет предложенной концентрации пропиточной смеси и отжима пропитанного этой смесью однонаправленных углеродных волокон, состоящих из элементарных волокон, при одинаковом усилии.To increase the working surface of the heating, carbon fibers are impregnated with elementary fibers, which reduces the energy consumption per unit of the heated area. Such impregnation is achieved due to the proposed concentration of the impregnating mixture and the extraction of unidirectional carbon fibers, consisting of elementary fibers, impregnated with this mixture, with the same effort.
Порошок графита может повысить изгибоустойчивость и мощность электронагревательного устройства.Graphite powder can increase the flexural stability and power of an electric heating device.
Мощность электронагревательного устройства регулируется за счет состава пропиточной смеси и количества секций резистивной цепи на основе углеродных волокон, т.е. количество секций резистивной цепи прямо пропорционально мощности электронагревательного устройства.The power of the electric heating device is controlled by the composition of the impregnating mixture and the number of sections of the resistive circuit based on carbon fibers, i.e. the number of sections of the resistive circuit is directly proportional to the power of the electric heating device.
Электронагревательное устройство может иметь как жесткую конструкцию, так и гибкую форму, в зависимости от материала электроизоляционного основания, которое может быть выполнено из стекло-, базальтоткани, пленок ПЭТ, ПЭ и керамических, металлических и стеклообразных материалов, за счет чего расширяется диапазон областей применения.An electric heating device can have both a rigid structure and a flexible shape, depending on the material of the electrical insulating base, which can be made of glass, basalt fabric, PET, PE films and ceramic, metal and glassy materials, thereby expanding the range of applications.
Предлагаемое электронагревательное устройство иллюстрируется фиг.1-3.The proposed electric heating device is illustrated in figures 1-3.
На фиг.1 представлена схема электронагревательного устройства.Figure 1 presents a diagram of an electric heating device.
На фиг.2а изображена структура аппретированного углеродного жгута или нити.Fig. 2a shows the structure of a finished carbon tow or thread.
На фиг.2б - структура волокна, состоящего из аппретированных элементарных волокон.On figb - the structure of the fiber, consisting of sizing elementary fibers.
На фиг.3 показана зависимость разрывной прочности электропроводящего резистивного слоя на основе углеродных волокон от числа циклов двойных перегибов с растягивающим усилием 0,5% от разрушающего напряжения.Figure 3 shows the dependence of the tensile strength of the electrically conductive resistive layer based on carbon fibers on the number of double bend cycles with a tensile force of 0.5% of the breaking stress.
Электронагревательное устройство (фиг.1) содержит два слоя электроизоляционного основания 1, между которыми размещен электропроводящий резистивный слой на основе углеродных волокон и электрически связанные с ним токоподводы, выполненные в виде гибкой токоподводящей цепи 2. Электропроводящий резистивный слой состоит из секций резистивной цепи 3. Входные токоподводы 4. Концы секций 5 резистивной цепи 3 металлизированы медью и намотаны на гибкую токоподводящую цепь 2.The electric heating device (Fig. 1) contains two layers of an
Структура аппретированного углеродного жгута или нити (фиг.2а) предложена в прототипе. Аппретирующий слой 1 располагается на поверхности углеродного жгута или нити 2. Площадь поверхности обогрева такого электронагревательного устройства равна S1, где S1 - площадь аппретированного жгута. Структура углеродного волокна (фиг.2б) состоит из n элементарных волокон 2, аппретированных слоем пропиточной смеси 1 (фигура 2б). Площадь рабочей поверхности обогрева равна S2.The structure of the finished carbon tow or thread (figa) proposed in the prototype. The
, ,
где S2i - площадь аппретированного элементарного волокна.where S 2 i is the area of the finished elementary fiber.
Зависимость разрывной прочности (Рр Н) электропроводящего резистивного слоя на основе углеродных волокон (фиг.3) от числа циклов двойных перегибов N с растягивающим усилием 0,5% от разрушающего напряжения, при содержании: 1 - непропитанные углеродные волокна; 2 - углеродные волокна, пропитанные силиконовым герметиком; 3, 4, 5 - углеродные волокна, пропитанные пропиточной смесью силиконовый герметик : клей на основе метилметакрилата в соотношении, мас.%: 25:75; 4-50:50; 5-75:25 соответственно.The dependence of the tensile strength (P r N) of the electrically conductive resistive layer based on carbon fibers (Fig. 3) on the number of double kink cycles N with a tensile force of 0.5% of the breaking stress, with the content of: 1 - non-impregnated carbon fibers; 2 - carbon fibers impregnated with silicone sealant; 3, 4, 5 - carbon fibers impregnated with an impregnating mixture silicone sealant: adhesive based on methyl methacrylate in the ratio, wt.%: 25:75; 4-50: 50; 5-75: 25 respectively.
В электронагревательном устройстве (фиг.1) на входные токоподводы 4 подается напряжение питания, которое через гибкие токоподводящие цепи 2, распределяется на секции резистивной цепи 3. Возникающий электрический ток приводит к разогреву резистивных секций 3. Концы секций 5 резистивной цепи 3 металлизированы медью для уменьшения переходного сопротивления в зоне контакта углеродного волокна и гибкой токоподводящей цепи 2.In the electric heating device (Fig. 1), a supply voltage is supplied to the input current leads 4, which is distributed through the flexible
Структура аппретированного углеродного жгута или нити (фиг.2а) предложена прототипом. Аппретирующий слой 1 располагается на поверхности углеродного жгута или нити 2. Площадь поверхности обогрева такого электронагревательного устройства равна S1. Структура углеродного волокна (фиг.2б) состоит из n элементарных волокон 2, аппретированных слоем пропиточной смеси 1 (фигура 2б). Площадь рабочей поверхности обогрева равна S2.The structure of the finished carbon tow or thread (figa) proposed by the prototype. The
, ,
где S2i - площадь аппретированного элементарного волокна.where S 2 i is the area of the finished elementary fiber.
Использование в электронагревательном устройстве структуры углеродного волокна, состоящего из аппретированных элементарных волокон (фиг.2б), позволит увеличить рабочую поверхность обогрева, т.к. S1<S2, что снижает расход электроэнергии на единицу обогреваемой площади.The use of a carbon fiber structure in the electric heating device, consisting of finished elementary fibers (Fig.2b), will increase the working surface of the heating, as S 1 <S 2 , which reduces the energy consumption per unit of the heated area.
На фиг.3 представлена зависимость разрывной прочности (Рр Н) электропроводящего резистивного слоя на основе углеродных волокон от числа циклов двойных перегибов N с растягивающим усилием 0,5% от разрушающего напряжения, при содержании: 1 - непропитанные углеродные волокна; 2 - углеродные волокна, пропитанные силиконовым герметиком; 3, 4, 5 - углеродные волокна, пропитанные пропиточной смесью силиконовый герметик: клей на основе метилметакрилата в соотношении, мас.%: 25:75; 4-50:50; 5-75:25 соответственно.Figure 3 presents the dependence of the tensile strength (P r N) of the electrically conductive resistive layer based on carbon fibers on the number of double kink cycles N with a tensile force of 0.5% of the breaking stress, with the content: 1 - non-impregnated carbon fibers; 2 - carbon fibers impregnated with silicone sealant; 3, 4, 5 - carbon fibers impregnated with an impregnating mixture silicone sealant: adhesive based on methyl methacrylate in the ratio, wt.%: 25:75; 4-50: 50; 5-75: 25 respectively.
Можно наблюдать, что прочность при разрыве непропитанного углеродного волокна снижается в 2 раза (кривая 1), а прочность углеродных волокон, пропитанных термостойким силиконовым герметиком, - в 1,5 раза (кривая 2). Прочность углеродных волокон с пропиточной смесью различного содержания (кривые 3, 4, 5 соответственно) после 2-5 тысяч циклов двойных изгибов практически не изменяется. Преимущества предлагаемого устройства:It can be observed that the tensile strength of non-impregnated carbon fiber decreases by 2 times (curve 1), and the strength of carbon fibers impregnated with heat-resistant silicone sealant decreases by 1.5 times (curve 2). The strength of carbon fibers with an impregnating mixture of various contents (curves 3, 4, 5, respectively) practically does not change after 2-5 thousand cycles of double bends. The advantages of the proposed device:
- увеличена рабочая поверхность обогрева за счет использования структуры углеродного волокна, состоящей из элементарных волокон, аппретированных слоем пропиточной смеси;- increased working surface of the heating due to the use of the carbon fiber structure, consisting of elementary fibers, finished with a layer of impregnating mixture;
- снижен расход электроэнергии на единицу площади нагрева;- reduced energy consumption per unit area of heating;
- увеличены деформационно-прочностные и эксплуатационные характеристики электронагревательного устройства за счет использования пропиточной смеси из термостойкого силиконового герметика и клея на основе метилметакрилата;- increased deformation-strength and operational characteristics of the electric heating device through the use of an impregnating mixture of heat-resistant silicone sealant and glue based on methyl methacrylate;
- уменьшено переходное сопротивление в зоне контакта углеродного волокна и гибкой токоподводящей цепи за счет металлизации концов резистивной цепи;- reduced resistance in the contact zone of the carbon fiber and the flexible current-supply circuit due to the metallization of the ends of the resistive circuit;
- расширяется спектр областей применения электронагревательного устройства, как по мощности, так и в зависимости от материала электроизоляционного основания, которое может быть выполнено из стекло-, базальтоткани, пленок ПЭТ, ПЭ и керамических, металлических и стеклообразных материалов.- the range of applications of the electric heating device is expanding, both in terms of power and depending on the material of the insulating base, which can be made of glass, basalt fabric, PET, PE films and ceramic, metal and glassy materials.
Источники информацииInformation sources
1. Пат. РФ №2224386, МКИ 7 Н05В 3/10.1. Pat. RF №2224386, MKI 7 Н05В 3/10.
2. Пат. РФ №355582, МКИ 7 Н05В 3/36.2. Pat. RF №355582, MKI 7 Н05В 3/36.
3. Заявка РФ №2001128126/09, МКИ 7 Н05В 3/34.3. RF application No. 2001128126/09, MKI 7 Н05В 3/34.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006104793/09A RU2304367C1 (en) | 2006-02-15 | 2006-02-15 | Electric heating device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006104793/09A RU2304367C1 (en) | 2006-02-15 | 2006-02-15 | Electric heating device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2304367C1 true RU2304367C1 (en) | 2007-08-10 |
Family
ID=38510932
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006104793/09A RU2304367C1 (en) | 2006-02-15 | 2006-02-15 | Electric heating device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2304367C1 (en) |
-
2006
- 2006-02-15 RU RU2006104793/09A patent/RU2304367C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US2938992A (en) | Heaters using conductive woven tapes | |
TWI420954B (en) | Heater and method for making the same | |
KR101238667B1 (en) | Manufacturing method for both sides impregnated heating-plate using carbon fiber heating-plate for graphene | |
CN207219264U (en) | Anisotropy insulating heat-conductive pad | |
JP2018107116A (en) | Heating unit | |
RU2304367C1 (en) | Electric heating device | |
KR100709588B1 (en) | The heating element | |
JP2001267048A (en) | Insulation method of carbon filament and coaxial treatment of carbon filament and conductive wire | |
RU2321973C1 (en) | Flexible electric heater and method for manufacturing resistive heating element for the heater | |
CN215832028U (en) | Heating ceramic tile | |
JPH1197160A (en) | Sheet heater | |
CN206118058U (en) | Conducting coating cloth and conducting coating paper | |
CN213339707U (en) | Novel thermosetting conductive adhesive film | |
KR20200142287A (en) | Graphene-coated carbon fiber cushion with exothermic function | |
CN207925195U (en) | Epoxy resins insulation plate | |
KR100479509B1 (en) | Fiber reinforced electrical conduction film | |
KR200433719Y1 (en) | Planar Heating Panel | |
KR20200117300A (en) | Carbon fiber heating element coated with graphene | |
RU168165U1 (en) | FILM ELECTRIC HEATER | |
KR100665705B1 (en) | Electric conductive metal fiber and functional compound using seat type heater and preparing thereof | |
RU2213432C2 (en) | Flexible electric heater | |
CN220995704U (en) | Tear-resistant mica tape | |
CN221163334U (en) | High-flexibility electric heating device | |
TWI408990B (en) | Linear heater | |
KR20200142284A (en) | Graphene-coated carbon fiber cushion with exothermic function |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100216 |