Тканый резистивный элемент и способ его изготовления

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. Тканый резистивный элемент состоит из электропроводящих тепловыделяющих нитей, расположенных параллельно силовым электродам из мишурных нитей и разнесенных от них электроизоляционными нитями, а перпендикулярно к электропроводящим тепловыделяющим нитям и мишурным нитям силовых электродов по длине резистивного элемента равномерно распределены дополнительные и токораспределительные электроды, выполненные из мишурных нитей. При изготовлении тканого резистивного элемента из токопроводящей ткани вырезают заготовку резистивного элемента заданной геометрии, далее в массиве электроизоляционных нитей, контактирующих с одной стороны с силовыми электродами, а с другой стороны с массивом из электропроводящих тепловыделяющих 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 электропроводящих тепловыделяющих 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. Техническим результатом, который может быть получен от использования изобретения, является повышение электробезопасности и надежности тканого резистивного элемента. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

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.

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.).

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.).

В указанных изобретениях решается задача по уменьшению усадки резистивного элемента в процессе изготовления и эксплуатации электронагревателей.

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.

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.

Ближайшим аналогом, выбранным в качестве прототипа, является изобретение по патенту СССР №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.

Техническим результатом, который может быть получен от использования изобретения, является повышение электробезопасности и надежности тканого резистивного элемента.

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.

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.

Отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и достижение нового технического результата.

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.

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.

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».

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».

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Таким образом, предложенное новое техническое решение в указанной совокупности существенных признаков соответствует критерию "промышленная применимость", т.е. уровню изобретения.

1. Тканый резистивный элемент, неэлектропроводные нити которого выполнены из комплексных хлопковых волокон, при этом объемное соотношение неэлектропроводных нитей и электропроводных нитей основы составляет 1:1÷1:1,5, а объемное соотношение электропроводных нитей основы и утка - 1:1,5÷1:10, отличающийся тем, что состоит из электропроводных нитей, расположенных параллельно силовым электродам из мишурных нитей и разнесенных от них неэлектропроводными нитями, а перпендикулярно электропроводным нитям и мишурным нитям силовых электродов по длине резистивного элемента равномерно распределены дополнительные и токораспределительные электроды, выполненные из мишурных нитей.

2. Способ изготовления тканого резистивного элемента по п.1, отличающийся тем, что 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.