Длинномерный электронагреватель

 

Изобретение относится к электропроводящим композиционным неметаллическим материалам, а более конкретно к кремнеземным волокнам с пироуглеродным электропроводящим слоем. Электропроводящая нить представляет собой совокупность моноволокон диаметром от 4 до 6 мкм, выполненных из кварца или кремнезема, обработанных 2-4 мин в трубчатом реакторе при температуре 1000-1100^oC инертным газом - азотом, предварительно пропущенным через емкость с органической жидкостью, не содержащей в своем составе кислорода, например керосином. При этом на поверхности каждого из моноволокон протекает химическая гетерогенная реакция образования пироуглеродного слоя и тем самым вся нить приобретает свойства электропроводности от 3 до 200 кОм/м. Предлагаемый способ изготовления электропроводящей нити позволяет увеличить прочность на разрыв в 2-4 раза, а стабильность электросопротивления по длине нити в 3-5 раз по сравнению, с существующими неметаллическими электропроводящими нитями. 2 ил.

Изобретение относится к электронагревательным приборам и может быть использовано для обогрева различных помещений, а также в составе нагревательных приборов, например в калориферах.

Известны длинномерные электронагреватели, в которых металлический резистивный элемент в виде спирали намотан на электроизоляционное основание и закрыт снаружи электроизоляционной оболочкой [1] Недостатком этого нагревателя является электромагнитное излучение от спирального резистивного элемента, вредно влияющее на здоровье.

Известны длинномерные электронагреватели, содержащие резистивный элемент, спирально намотанный на основу из асбеста, снаружи его выполнены оплетка из стекловолокна с покрытием и внешняя оболочка из изоляционного полимера, а выводы расположены на одном из его концов [2] Недостатками этого электронагревателя являются узкий температурный диапазон работы, ограниченность возможности изменения его мощности.

Наиболее близким к предлагаемому является длинномерный электронагреватель, содержащий два металлических токоподвода, размещенных параллельно друг другу в электроизоляционной основе, на которую спирально намотан металлический резистивный элемент. Контакт резистивного элемента с токоподводами выполнен на участках с удаленной изоляцией основы. Поверх надета электроизоляционная оболочка, выполненная из полимерного материала. Концы токоподводов на одном из концов электронагревателя закрыты электроизоляционной втулкой, а на другом конце предназначены для подсоединения электронагревателя к источнику питания [3] Этот нагреватель позволяет расширить диапазон питающего напряжения, а при постоянных параметрах питания выделять тепловую энергию пропорционально длине без изменения электрофизических параметров резистивного элемента.

Однако этот электронагреватель имеет недостатки, присущие [1] а также характеризуется невысокой надежностью из-за однослойности электроизоляции и выбранных материалов изоляции и резистивного элемента.

Задача изобретения создание нагревателя без указанных недостатков, а также повышение надежности работы при расширенном температурном диапазоне.

Это достигается тем, что в длинномерном электронагревателе, содержащем два металлических токоподвода, размещенных параллельно друг другу в электроизоляционной основе, на которую спирально намотан резистивный элемент, контактирующий с токоподводами на участках с удаленной изоляцией основы, снабженном снаружи электроизоляционной оболочки, выполненной из полимерного материала и втулкой из изоляционного полимера, закрывающей концы токоподводов на одном из концов электронагревателя, резистивный элемент выполнен из углеродных волокон либо диэлектрических нитей с электропроводным покрытием, что является более предпочтительным по сравнению с металлическим резистивом, ввиду большей коррозионной стойкости, меньшего веса и лучшей пластичности конструкции в целом, намотанных на основу с натягом, а между наружной оболочкой и резистивным элементом размещен слой электроизоляции, выполненный в виде обмотки или оплетки стеклонитью.

Резистивный элемент намотан с определенным натягом, обеспечивающим надежный контакт с оголенными участками токоподводов. Шаг намотки рассчитан исходя из удельного сопротивления материала резистивного элемента, диаметра токоподвода, расстояния между оголенными участками, напряжения источника питания и мощности тепловыделения на единицу длины электронагревателя. Например, удельная мощность 20 Вт/м, удельное электросопротивление резистивного элемента 5 кОм/м, расстояние между оголенными участками 0,5 м, зазор между токоподводами 10 мм, напряжение 220 В.

Определяют длину резистивного элемента между соседними оголенными участками, равную 0,97 м. Определяют затем шаг спиральной его намотки с учетом его длины и расстояния между токоподводами. Он равен 17 мм.

На резистивный элемент с токоподводами методом оплетки или обмотки нанесен слой электроизоляции на стеклонити. Натяжение нитей оплетки или обмотки обеспечивает дополнительную надежность и долговременность контакта резистивного элемента с токоподводами. Наружная оболочка из полимерного материала, нанесенная методом экструзии обеспечивает гидро- и электроизоляцию электронагревателя. Повышение надежности электроизоляции резистивного элемента оплеткой или обмоткой стеклонитью обеспечено тем, что даже при малых радиусах изгиба не допускается оголения участков нагретого резистивного элемента и соприкосновения его с наружной оболочкой. Величина мощности единицы длины изменяется шагом намотки, материалом резистивного элемента, имеющего широкий диапазон удельного электросопротивления (от 3 до 200 кОм/м).

Этот нагреватель обеспечивает технический результат, выражающийся в повышении надежности и расширении температурного диапазона работы и повышении удельного поверхностного тепловыделения.

На фиг. 1 показан длинномерный электронагреватель; на фиг. 2 сечение А-А.

Нагреватель содержит параллельные токоподводы 1,2, выполненные из металла (например, меди), размещенные в электроизоляционной основе 3, выполненной из полимерного материала (например, поливинилхлорида). На основу 3 намотан резистивный элемент 4 из нитей волокна (например, углеродного). Он намотан с натягом с заданным шагом. Поверх резистивного элемента 4 намотан (оплетен) слой электроизоляции из стеклонити 5. На участках 6 удалена основа 3 и токоподводы 1,2 оголены. Поочередно в одном из токоподводов 1 или 2 резистивный элемент 4 контактирует на участках 6. Контакт обеспечен прижатием слоя 5. В процессе нанесения слоя 5 контролируется натяг резистивного элемента 4 для сохранности его формы. Обычно толщину слоя 5 выполняют равной двойной толщине нити оплетки (обмотки). Затем методом экструзии наносят оболочку 7, выполненную из герметичного электроизоляционного полимера (например, полиуретана). Полученный длинномерный кабель разрезают на куски длиной, определяемой требуемой мощностью. На одном конце удаляют изоляцию с токоподводом 1 и 2 для создания контакта с питающим источником (сетью). На другой конец надевают втулку 8 из полимерного электроизоляционного материала (например, полистирола) для электроизоляции токоподводов.

Пример.

Электронагреватель напряжением 9 В и мощностью 20 Вт на 1 погонный метр.

На токоподводы, выполненные из двух медных изолированных друг от друга проводов диаметром 0,7-1,0 мм, расположенных параллельно на расстоянии 10 мм друг от друга и механически скрепленных между собой с помощью электроизолирующей основы с шагом 10 мм, намотана кремнеземная нить с пироуглеродным резистивным слоем, электрическое сопротивление которого составляет 80 кОм/м. Образовавшийся полуфабрикат на плетельной машине ШП-16 оплетают шестнадцатью кремнеземными нитями линейной плотности 200 текс и пропускают через экструдер ЕНС 45х25, в котором на слой волокнистой изоляции наносят оболочку ПВХ. При этом толщина слоя изоляции равна 0,8 мм, а толщина оболочки 1,0 мм.

Полученный длинномерный электронагревательный элемент разрезают на заготовки необходимой длины, зависящей от общей требуемой мощности. На одном конце подготовленных заготовок удаляют изоляцию с двух токоподводов, а другой конец изолируют с торца втулкой, выполненной из полимерного электроизоляционного материала. К токоподводам подсоединяют электропроводящие провода необходимой длины.

Источники информации: 1. Патент ФРГ 2917639, H 05B 3/56, 1980.

2. Патент ФРГ 1237238, H 05B 3/56, 1967.

3. Патент Великобритании 2138680, H 05B 3/54, 1984.

Формула изобретения

Длинномерный электронагреватель, содержащий два металлических токоподвода, размещенных параллельно друг другу в электроизоляционной основе, на которую спирально намотан резистивный элемент, контактирующий поочередно с участками каждого из токоподводов, с которых удалена электроизоляция основы, электроизоляционную наружную оболочку и втулку, закрывающую концы токоподводов на одном из концов электронагревателя, выполненные из полимерного материала, отличающийся тем, что резистивный элемент выполнен из нитей углеродного волокна либо диэлектрических волокон с электропроводным покрытием, намотанных на основу с натягом, а между резистивным элементом и наружной оболочкой размещен слой электроизоляции, выполненный в виде обмотки или оплетки стеклонитью.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2