ПЛОСКИЙ ГИБКИЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК H05B3/74 F26B3/20 

Изобретение относится к теплоэлектротехнике, в частности, к системам для сушки древесины.

Известен электронагреватель в виде плоской панели, где гибкий резистивный элемент, покрытый изолятором, размещается между двумя металлическими листами [1] . При этом металлическое покрытие имеет толщину порядка 1 мм, чтобы выровнять поле температур. Такой нагреватель имеет большой радиус гиба, установка в сушильной камере и коммутация такого нагревателя трудоемки.

Известен плоский гибкий нагреватель, где резистив выполнен из углеродных нитей, помещенных в изоляционную оболочку из фторопласта или кренийорганической резины, уложенных так, что расстояние между нитями много больше диаметра нити [2]. Высокое сопротивление углерода позволяет скоммутировать параллельно большое количество нитей и работать на напряжении, близком к сетевому. Однако малая площадь поверхности резистива определяет высокую плотность теплового потока (до 7000 Вт/м²), что приводит к нагреву резистива до высокой температуры. Принципиальной особенностью такого нагревателя является неравномерность температурного поля и локальные перегревы.

Наиболее близким к предлагаемому решению является нагреватель типа теплового одеяла фирмы "Вудмайзер-продакшн" [3]. Резистивом является алюминиевая фольга толщиной 200 мкм. Резистив помещается между двумя пленками из полиэфира толщиной 20 мкм каждая. Резистив шириной 800 мм соединяется механически с массивными контактными группами, через которые нагреватель подключается к источнику питания. Конструкция и геометрические размеры такого нагревателя выбираются из попытки компромиссионного совмещения следующих требований: гибкость, механическая прочность, приемлемые питающие токи (не слишком массивная коммутация), обеспечение заданной плотности мощности. Для оптимизации технологического процесса сушки древесины плотность мощности должна варьироваться в течение одного цикла в пределах от 50 до 150 Вт/м².

В теоретически и экспериментально отработанной конструкции прототипа максимальная плотность мощности составляет 60 Вт/м². Вследствие этого при практическом применении приходится использовать два тепловых одеяла, уложенных друг на друга. Соединение резистива с массивной контактной группой является механически непрочным местом нагревателя из-за относительной непрочности резистива. Рабочие токи даже при весьма тонком резистиве превышают 100 А, что делает коммутацию массивной и повышает механические нагрузки на контактную группу.

Предлагается плоский гибкий электронагреватель, содержащий плоский резистивный элемент, изоляционное покрытие и контактные группы на концах; отличающийся тем, что резистивный элемент выполнен из углеродной ткани, состоящей из однонаправленных нитей основы, с расстоянием между ними, не превышающим диаметра нити, соединенных нитями утка с расстоянием между ними много больше диаметра нити, покрытой с двух сторон изоляционной полиэфирной пленкой, выступающей за пределы резистива на 1,5-2,0 см с каждой стороны, причем изоляционная пленка с помощью компаунда соединяется с резистивом, а на выступающих краях - между собой.

Углеродная ткань, обладая удельным сопротивлением на три порядка большим, чем у алюминиевой фольги, позволяет работать при типичных геометрических размерах на напряжении, близком к сетевому. Сочетание углеродной ткани с 20-50 мкм изоляционной пленкой из лавсана обеспечивает гибкость нагревателя (радиус гиба до 5 мм) и высокую механическую прочность. В такой композиции механические нагрузки хорошо выдерживают как изоляционное покрытие, так и сам резистив. Другой особенностью углеродного резистива является принципиальная возможность варьировать плотность тепловыделения по ширине резистива. В частности, для компенсации краевых эффектов на боковых краях штабеля целесообразно увеличить плотность мощности в соответствующей части нагревателя. Это может быть достигнуто путем уменьшения расстояния между токонесущими нитями основы в этой части нагревателя (см. чертеж).

Процесс изготовления нагревателя заключается в обеспечении прочного соединения резистива и двухстороннего изоляционного покрытия. Склейка осуществляется с помощью специального компаунда, в который входит полиэфирная и эпоксидная смолы при соотношении (70/30)-(90/10) и растворитель. В качестве полиэфирной смолы используются сложные смолы с температурой плавления до 160^oC. Например, смолы типа ТФ-32 и эпоксиднодиановая смола с эпоксидным числом 8-22 [4] . Полиэфирные смолы загружают в реактор, добавляют растворитель (формальгликоль) и после полного растворения полиэфира в раствор добавляют эпоксидную смолу с эпоксидным числом порядка 20. После перемешивания и получения однородного раствора смесь доводят до вязкости 13-15 с путем добавления ацетона. Полученный раствор связующего наносят на одну сторону полиэфирной пленки толщиной 20-50 мкм и пропускают через сушильную камеру пропиточно-лакировочной машины при температуре 100-120^oC для удаления растворителя. На отлакированную сторону пленки накладывают углеродную ткань и при температуре 140-150^oC проводят через коландр. Рулон с односторонним изоляционным покрытием вторично пропускают через нагретый коландр для нанесения изоляционного слоя с другой стороны. При этом края пленки, выступающие за пределы резистивной ткани на 1,5-2,0 см, полимеризуются и обеспечивают особо прочную заделку краев нагревателя.

Полученный материал разрезается на куски, длина которых (обычно десятки метров) выбирается из соображений удобства использований в конкретной камере и в соответствии с имеющимися источниками питания. Концы нагревателя очищаются от изоляционного покрытия, резистивная ткань складывается вдвое и закрепляется между двумя металлическими контактными пластинами с помощью заклепок. При монтаже токонесущие нити ткани раздвигаются заклепой. На контактных пластинах закрепляется провод, вся контактная группа покрывается отлакированной полиэфирной пленкой, заходящей на основное изоляционное покрытие на 100-150 мм, и полимеризуется на горячем прессе. Таким образом обеспечивается изоляция контактной группы и механическая прочность ее соединения с резистивом.

Прошли испытания опытные образцы нагревателей с шириной резистивной ленты 520 мм и габаритной шириной нагревателя 550 мм. Для нагревателя длиной 16 м и удельной мощностью тепловыделения 130 Вт/м² напряжение составило 103 В, ток 10,5 А. Рабочая температура в процессе сушки 120^oC.

К настоящему времени опытные образцы нагревателей (общая площадь более 1000 м²) отработали более 5000 часов в камерах вакуумной сушки древесины без изменения электротехнических и механических характеристик. На отдельных нагревателях плотность мощности доводилась до 500 Вт/м² в течение 4 часов, что не приводило к изменению характеристик нагревателя.

Плоский гибкий электронагреватель предназначен для сушки, в частности для послойной сушки древесины, уложенной в штабель. Резистивный элемент выполнен из углеродной ткани с равномерно или неравномерно расположенными нитями основы и монолитно связанной с ней полиэфирной изоляции. Электронагреватель работает при напряжении, близкому к сетевому, имеет малый допустимый радиус гиба и обладает высокий механической прочностью и химически агрессивной среде, допускает мощность до 500 Вт/м² в течение 4 ч, при нормальной работе до 150 Вт/м². 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Плоский гибкий электронагреватель, содержащий плоский резистивный элемент с двусторонним изоляционным покрытием и контактную группу на концах, отличающийся тем, что резистивный элемент выполнен из углеродной ткани, состоящей из однонаправленных нитей основы, расстояние между которыми не превышает диаметра нити, соединенных нитями утка, расстояние между которыми больше диаметра нитей, покрытой с двух сторон изоляционной полиэфирной пленкой, выступающей за пределы ткани на 1,5 - 2,0 см, причем ткань и полиэфирная пленка, а также края пленки между собой соединены с помощью компаунда, содержащего полиэфирные и эпоксидные смолы в соотношении (70/30) - (90/10), путем пропускания через коландр с температурой 130 - 150^oC, при этом контактная группа выполнена в виде двух металлических полос, соединенных с тканью с помощью заклепок, пропущенных между токонесущими нитями основы, причем контактная группа также закрыта полиэфирной пленкой, скрепленной с полиэфирной пленкой ткани. 2. Электронагреватель по п.1, отличающийся тем, что расстояние между нитями основы выполнено уменьшающимся в направлении от середины к его краям.