Гибкий электронагреватель

 

I. ГИБКИЙ ЭЛЕКТГОНАГРЕВАТЕЛЬ ; содержащий трубку из эластичного электроизоляционного материала, заполненную электропроводной жидкостью и закрытую с обоих концов электродами-заглушками, отличающийся тем, что, с целью повьпиения надежности электронагревателя, вд(оль оси трубки проложен оп аничитель перегибов, контактирующий с внутренней поверхностью трубки , выполненный из электроизоляционного упругого материала в виде жгута из не менее чем -трех стержней, примыкающих друг к дру ,гу по всей длине. 2.Электронгореватель по п. t, о т л ич а ю щ и и с. я тем, что при использовании в качестве электропроводной жидкости, жидкого металла или легкоплавкого сплава, ограничитель перегибов выполиен из материалов инертных и физически нейтральных к ней. 3.Электронагреватель по п. 1, о т л ич а ю щ-и..и с я тем, что при использованнл в качестве электропроводной жидкости электро (О С литов ограничитель выполнен из пофатцеллюлозных непрерывных волокон. I |: :л 35 4 1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

cal a

РЕСПУБЛИН

3(Ю Н 05 В 3/36

В

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯМ ABiOpCHQINY СВИДВТЕЛЬСТВМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ1Ф (21) 3418277/24 — 07 (22) 06.04.82 (46) 23.11.83. Бвл. Я4 43 (72) M.Ä.Ìàëåé (71) Всесоюзный научно-исследовательский н

f1pocKTHo-технологический институт электроугольных изделий (53) 621.3.036.662.9 (088.8) (56) 1. Патент Великобритании М 1486346, кл. Н 5 Н, 1977.

2. Патент Великобритании И 178548, кл. Н 05 В 3/60, 1970. (54) (57) 1. ГИБКИЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ,, содержащий трубку из эластичного электроизо ляционного материала, заполненнув электропроводной жидкостью и закрытую с обоих концов электродами-заглушками, о т л и ч ав шийся тем, что, с целью повышения.,SUÄÄ 1056477 . А надежности электронагревателя, вдоль оси трубки проложен ограничитель перегибов, кон. . тактирующий с внутренней поверхиостьв трубки, выполненный из электроиэоляционного упругого материала в виде жгута иэ не менеечем трех стержней, примыкавших друг к дру. ,ry по всей длине.

2. Электронагреватель по п. 1, о т л ич а в щ н и с. я тем, что при использовании в качестве электропроводной жидкости, жидкого металла или легкоплавкого сплава, ограничитель перегибов выполнен из материалов химически инертных и физически нейтральных к ней.

3. Электронагреватель по и. 1, о т л ич а ю щ н,й с я тем, что при использовании I в качестве электропроводной жидкости электролитов ограничитель выполнен из гидратцеллв лозных непрерывных волокон.

Ф 1056477 2

Изобретение относится к электротехнике, касается конструкции низкохемпературного электрического нагревателя, и может быть использовано при изготовлении гибких нагревательных приборов мягкой теплоты".

Известен электронагреватель, состоящий из . заполненного водой корпуса, расположенных внутри корпуса и соединенных ао схеме треугольника трех равноудаленных электродов ..

Электроды соединены с соответствующими фа- зами источника тока и вьшолнены с возможностью перемещения относительно друг друга для регулирования силы тока, протекающего через воду при работе водонагре.вателя. Электроды могут быть изготовлены в виде плоских пластин, а их перемещение может осуществляться автоматически C l $

Недостатками такого нагревателя являются необходимость использования высокого напряжения для нагрева ВОды, слОжнОсть конструк-: 20 ции и жесткость формы нагревателя.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электронагревахель, содержащий гибкую водонепроницаемую трубку из эластичного изоляционного материала, заполненную проводящей, не разлагающейся при прохождеиии тока, жидкостью. По концам трубки в контакте с жидкостью установлены электроды-заглушки, с помощью которых элемент подключают к источнику тока. В работе нагревахельный элемент вьщеляет тепло за счет нагрева током электропроводной жидко/ сти. В качестве электропроводной жидкости рекомендовйна ртуть или электролиты.

Характерной особенностью этого нагреватеI, ля является использование в качестве корпуса 35 толстостенной трубки с небольшим осевым отверстием. Наружный диаметр трубки составляет 3-4 мм, а диаметр внутреннего канала 0,5 — 1 мм..Такое соотношение диаметров обусловлено необходимостью предотвращения 40 разрыва электрической цепи при перегибах трубки; В варианте исполнения нагревательного элемента предусмотрена воэможность регулирования сопротивления путем нагнетания в трубку дополнительного количества жидкости 45 для увеличения сечения электропроводящего канала. При повышении внутреннего давления трубка эластично растягивается в радиальном направлении, что приводит к увеличению ее сечения.

55

Нагревательный элемент предназначен для обогрева одежды водолазов при использова- . нии химического источника тока напряжением до 24 В 2

Недостатком известного нагревателя является. случайное отключение его при перегибе трубки и разрыве жидкого токопроводящего канала. Увеличение же толщины стенки трубки, особенно для нагревателей увеличенного сечения приводит к снижению эластичности элемента и увеличению его габаритов, что нежелательно. В условиях постоянных изгибов такой нагреватель не обеспечивает надежного нагрева.

Цель изобретения — повышение надежности нагревателя.

Поставленная цель достигается тем, что в гибком электрическом нагревателе, содержащем

10 полую эластичную электроизоляционную трубку, заполненную. электропроводной жидкостью и закрытой с обоих концов электродами-"заглушками, вдоль оси трубки проложен ограничитель перегибов, контактирующий с внутренней

15 поверхностью трубки, выполненный иэ электро изоляционного упругого материала в виде жгута as не менее чем трех стержней, примыкающих друг к другу по всей длине.

Причем при использовании в качестве электропроводной жидкости жидкого металла или легкоплавкого сплава, ограничитель перегибов выполнен из материалов химически инертных и физически нейтральных к ней.

При этом при использовании в качестве электропроводной жидкости электролитов ограничнтель выполнен из гидратцеллюлозных непрерывных волокон.

На фиг. 1 показан нагреватель с введенными в. осевой канал трубки тремя стержнямиограничителями перегибов, сечение; на фиг. 2— нагреватель, в котором в качестве ограйичи- . теля перегибов использован жгут из восьми гидратцеллюлозных нитей, сечение; на фиг. 3— нагревательный элемент с тремя стержнями-ограничителями перегибов, продольный разрез, Электрический нагреватель состоит из эластичной изоляционной трубки 1, внутри кото рой помещена электропроводная жидкость 2, с концов закрытая электродами-заглушками 3.

Внутри полости трубки размещен ограничитель перегибов 4, выполненный иэ не менее чем трех упругих стержней-волокон 5.

Так как требуется предотвратить сминание эластичной хрубки, трубка должна иметь внутреннюю опору. Такая опора возможна только в том случае, если внутренняя поверхность трубки находится в контакте с поверхностью ограничителей, т.е. условный диаметр жгута (из множества стержней) равен внутреннему диаметру трубки.

Электронагреватель работает следующим образом.

Поскольку цилиндрические стержни-ограничители 5 перегибов всегда соприкасаются по линии, между ними существуют продольные щели. Эти щели заполнены токопроводящей жидкостью 2, в которой вьщеляется тепло при прохбждении электрического тока. Изгибы трубки и стержней практически ие изменяют

3 1056 сечения жидкостного канала и не влияют ца сопротивление нагревателя и его мощность. I

Вместе с тем возможно увеличение мощности нагревателя путем закачивания внутрь трубки дополнительного количества жидкости дпя увеличения площади сечения жидкостного канала. В этом случае при перегибе трубки мощность нагревателя уменьшается до исходной.

Стержни 5 могут быль выполнены из инерт- 10 ного йли активного материала. В первом случае целесообразно применять стержни из мате- риала, аналогичного материалу наружной трубки, волокна из стекла, полиакрилонитрила.

Электропроводная жидкость по отношению к ним должна быть инертной, т.е. не должна вызывать ни химических изменений в стержнях, ии физического изменения их.формы. Такой жидкостью может быль ртуть, сплавы Гутри, Вуда и т.п.

При использовании же в качестве электропроводной жидкости электролитов возможна эксплуатация нагревателя, когда жгут-ограничитель перегибов приобретает кажущуюся электропроводность ввиду впитывания электролита и набухания..

Так, например, в качестве электропроводной жидкости может быть использован водный раствор хлористого. натрия, жгут-ограничитель может быть изготовлен из гищ атцеллюлозного волокна, После заполнения трубки 1 гидрат--.

30 целлюлоэными волокнами 5 вся электропроводиая жидкость 2 может впитаться в волокна 5 (гидратцеллюлоза- может впитывать

° до 300 % раствора) и нагреватель становится как бы сухим. Набухпще гидратцеллюлозные волокна имеют более высокое электрическое сопротивление, чем жидкий электролит. Однако надежность работы нагревателя в этом случае значительно возрастает ввиду полного исключения влияния перегибов.

Нагреватель подобного типа может бып изготовлен путем покрытия слоем электроизоляцин предварительно пропитанного электролитом жгута из гидратцейлюлозных волокон.

П P и м е р 1. Дпя проведения сравни- . 45 тельных испытаний выбирают два отрезка тонкостенной полой трубки иэ полипропилена.

Наружный диаметр трубки составляет 4 мм, внутренний — 3,5 мм. На базе одного отрезка трубки готовят нагреватель в соответствии с известным. Электрическое сопротивление 1 м наполненной ртутью трубки составляет 0,07 Ом.

На базе второго отрезка трубки готовят нагреватель предлагаемой конструкции — вводят в полость трубки три цилиндрических полипро- И пиленовых стержня диаметром 1,5 мм каждый.

Оставшийся объем внутри трубки заполняют ртутью н вставляют электроды-заглушки Элек

477 4 чрическое сопротивление 1 м нагревателя в свободном состоянии составляет 0,14 Ом, мош ность 100 Вт, напряжение 12 В.

Оба нагревателя подвергают перегибу as 90 и !80 . При перегибе на 90 о известный нагреватель увеличил свое сопротивление до 1600 Ом, а после перегиба на 180 произошло полное. электрическое размыкание.

Предлагаемый нагреватель при изгибе на

90 электрическое сопротивление не изменил, о а после перегиба на 1800 сопротивление возросло на 1б % Последнее изменение можно объяснить тем, что эластичная полипропиленовая трубка вдавилась в зазор между нижнйми стержнями. При испытании нагревателей, заполненных стекловолокном, во время изгибов электрическое сопротивление не изменилось.

Введение в трубку жгута из менее трех стержней не обеспечивает сопротивляемость трубки к перегибам в связи с неполным заполнением канала. ф

Пример 2. Исходный крученый иэ восьми гидратцеллюлозных волокон, 45-й .жгут в течение 3 ч пропитывают при нормальной температуре в водном растворе поваренной соли. Пропитанный жгут, вес которого увеличипся на 280 %, втягивают внутрь полой полипропиленовой трубки. Толщина стенки трубки составляет 0,2 мм. С одного конца трубки вставляют электрод-заглушку, погружают трубку в раствор соли, несколько раэ изгибают дпя удаления воздуха и вставляют второй электрод. Исходное электрическое сопротивление составляет 1300 Ом/м, мощность 170-180 Вт, напряжение 220 В. При изгибах на 90 и 180 изменений сопротивле. иия не наблюдается.

В электрических нагревателях предлагаемой конструкции исключается размыкание нагревателя при перегибах.

Сравнение вариантов предлагаемого гибкого электрического нагревателя — конструкции с инертными по отношению к токопроводящей жидкости ограничителями перегибов и конструкции с набухающим в электропроводном растворе соли волокнистым Гтшратцеллюлозиым жгутом, позволяет считать более простым а надежным последний вариант.

Использование в качестве ограничителя перс гибов набухающего гидратцеллюлозного жгута, а в качестве жидкости — раствора хлористого

I натрия в воде позволяет изготавливать наиболее безопасный и дешевый нагреватель, не изменяющий характеристик при любых перегибах.

К недостаткам варианта следует отнести повышенное электрическое сопротивление наг1 вательного элемента и необходимость тщательной герметизации внутренней полости трубки, i 1056477 с целью предотвращения испарения воды.

Свойствами воды, служащей растворителем, ограничен температурный диапазон эксплуатации нагревателя (100 — 120 С).

Преимуществами варианта нагревателя с 5 гибкими инертными 1 стержнями-огравичителямн являются более низкое электрическое солротивление, возможность использования жидких металлов в качестве токопроводящей жидкости и, как следствие, расширеннын диа- 10 назон рабочих температур.

Диапазон рабочих температур предлагаемого нагревателя ограничен двумя факторами — теплостойкостью материала внешней эластичной трубки и .ограничителя перегибов, а также до- 15 пустимой температурой. нагрева токопроводящей жидкости. Ограничении первого рода составляют для трубок и стержней из фторонлаата до 200 — 250 С, для пластиката HT-105, полиэтилена, полипропилена 70 — 105 С. 20

При использовании в качестве токопроводящей жидкости металлов верхняя допустимая теьп1ература ее нат,рева ограничена температурой кипения металла или наиболее легко кипящего компонента (для сплавов). При исполь- 25 зованин в канестве токопроводящей жидкости водных растворов солей верхней допустимой эемпературой нагрева является температура кипения раствора (для хлористого натрия мо-. жет составлять 100 — 120 С).

Ввиду того, что теплостойкость нагревателя практически ограничена теплостойкостью эластичной трубки, оптимальным диапазоном ра- бочих температур для нагревателей всех вариантов являются температуры 70-100 С.

Практически предлагаемьщ нагреватель мо-:

35 жет быть использован в приборах "мягкой теплоты" — электрогрелках, поясах, одеялах, ковриках и т.п., без существенного изменения выпускаемой нромышаенностью продукции.

Кроме того, нагреватель, после размещения

его в стеклопластиковых или других жестких пластинах, может быть использован для обогре- ва животноводческих помещений, полов, обоrpesa почвы в теплицах и т.д., т.е. для тех целей, где применение электронагрева сдержи45 валось высокой стоимостью электронагрева.I тельных приборов или ограниченностью их вы пуска.

Техническая характеристика предлагаемого . нагревателя ив может быть однозначно описана. Параметры нагревателя: рабочее напряжение постоянного или переменного тока

12 — 220 В, мощность от нескольких ватт до киловатт диапазон температур от -30 до (0-100 ) С.

По сравнению с известным в предлагаемом нагревателе изгибы трубки и ограничителей перегибов практически не изменяют сечения жидкостного канала и не влияют на сопротивление нагревателя и его мощность, замена толстостенных трубок большого диаметра на тонкостенные трубки уменьшенного диаметра позволяет снизить толщину нагревателя и повысить его эластичность и применение огра- ничителей перегибов исключает возможность излома корпуса трубки нагревателя и повышает тем самым его надежность.

По сравнению с эксплуатируемыми в промышленности гибкими нагревателями на основе углеродного волокна в предлагаемом нагревателе заменяется дорогостоящее углеродное волокно на дешевое гидратцеллюлозное волокно и повышается безопасность нагревателя, так как при обрыве углеродного волокна образуется электрическая дуга, при обрыве же трубки, заполненной ограничителями перегибов и электролитом, последний вытекает и без луги размыкает электрическую цепь. При использовании набухшего в электролите гит - ратцеллюлозного волокна разгерметизация трубки приводит к высыханию электролита, резкому увеличению электрического сопротив ления нагревательного элемента до полной не- злектропроводности, что также не сопровождается образованием дуги.

С учетом разницы в стоимости 1 м нагревательного провода на основе углеродного во-. локна и нагревательного провода на основе пропитанной электролитом гидратцеллюлоэной нити экономический эффект от использования изобретения может составить

200-230 тыс.руб. лри. выпуске 2400 км.nor. нагревателя.

1056477

Закаэ 9346/57

Тираж 845 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

Составитель А. Ходатаева

Редактор Н. Бобкова Техред Ж.Кастелевич Корректор И. Эрдейи