РЕГУЛИРУЕМЫЙ КАБЕЛЬНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 2005 года по МПК H05B3/56 H05B1/02 

Изобретение относится к области электронагревательных устройств, встраиваемых в строительные конструкции и предназначенных для обогрева помещений, подогрева поверхности тротуаров, стадионов, кровли зданий и т.д.

Известен электронагревательный кабель, закрепляемый на обогреваемой поверхности и содержащий гибкий нагревательный элемент из высокоомного материала, например нихрома, закрытый снаружи электроизоляционным слоем, например, из стекловолокна, наружное герметизирующее покрытие, например, из полихлорвинила, держателей в виде приливов, которые могут быть съемными (авт. свид. №830666, кл. Н 05 В 3/56, 1981).

Недостатками этого устройства являются высокая вероятность механического повреждения нагревательного кабеля, а также низкий уровень электробезопасности, обусловленные наличием лишь одного слоя электроизоляции и защитной оболочки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является кабельная система для отопления помещений (патент РФ №2121772, МПК 6 Н 05 В 3/35, опубл. 10.11.1998), содержащая устройство регулирования температуры, по крайней мере, один термочувствительный датчик с подводящим кабелем, соединительные провода, соединительные муфты и, по крайней мере, один нагревательный кабель, концы которого через соединительную муфту подключены к первым концам соединительных проводов, а вторые концы соединительных проводов подключены к регулятору. Нагревательный кабель имеет нагревательную жилу в многослойной термостойкой изоляции, заключенной в экранирующую оплетку с нанесенной поверх нее термостойкой полимерной оболочкой. Соединительная муфта предназначена для герметизации места соединения нагревательного кабеля с соединительными проводами и выполнена из материала, близкого по химическому составу и структуре с материалом оболочки нагревательного и соединительного кабелей. Термочувствительным датчиком является полупроводниковый терморезистор, который через подводящий кабель соединен с устройством регулирования, причем сам терморезистор механически соединен с подводящим кабелем, а место соединения герметизировано.

Однако такая кабельная система имеет принципиальный недостаток - управление мощностью тепловыделения производится по локальной температуре места установки датчика, а не по температуре нагревательного кабеля, распределенного по значительно большей в сравнении с размерами датчика поверхности. Следовательно, контур регулирования температуры периферийных участков подогреваемого пола практически разомкнут, т.к. конструкция кабель - бетонный (деревянный) пол характеризуется конечными теплопотерями. В результате известная система неизбежно имеет ряд эксплуатационных недостатков:

- неоптимальный режим преобразования электрической энергии в тепловую, приводящий к неоправданным затратам электроэнергии,

- недостаточная глубина обратной связи в контуре регулирования, исключающая возможность проверки работоспособности системы на подготовительных и монтажных этапах,

- неоднородность температурного поля обогреваемой поверхности.

Задачей предлагаемого изобретения является:

- снижение затрат электроэнергии, необходимой для поддержания заданной температуры обогреваемой поверхности,

- обеспечение возможности контроля работоспособности системы на любой стадии покупки и монтажа,

- повышение надежности и упрощение монтажа.

Решение этой задачи достигается тем, что известная кабельная система для отопления помещения, содержащая регулятор, соединительные провода, соединительные муфты и, по крайней мере, один нагревательный кабель, концы которого через соединительную муфту подключены к первым концам соединительных проводов, а вторые концы соединительных проводов подключены к регулятору, снабжена в конструкции нагревательного кабеля, по крайней мере, одной дополнительной жилой из электропроводного или светопроводного материала, концы которой подключены к регулятору, а оболочка нагревательного кабеля выполнена из материала, электрофизические свойства которого зависят от температуры, например диэлектрическая проницаемость, удельное электрическое сопротивление, коэффициент преломления, причем регулятор выполнен в виде преобразователя электрофизических свойств кабеля в мощность тепловыделения нагревательного кабеля.

Регулятор может быть выполнен в виде преобразователя электрического сопротивления дополнительной жилы в мощность тепловыделения в нагревательном кабеле.

Регулятор может быть выполнен в виде преобразователя электрической емкости между дополнительными жилами в мощность тепловыделения нагревательного кабеля.

Регулятор может быть выполнен в виде преобразователя электрической емкости между дополнительной жилой и экраном нагревательного кабеля в мощность тепловыделения нагревательного кабеля.

Регулятор может быть выполнен в виде преобразователя электрического сопротивления между дополнительными жилами в мощность тепловыделения в нагревательном кабеле.

Регулятор может быть выполнен в виде преобразователя электрического сопротивления между дополнительной электропроводной жилой и экраном в мощность тепловыделения нагревательного кабеля.

Регулятор может быть выполнен в виде преобразователя вносимых потерь оптического сигнала в дополнительной светопроводной жиле в мощность тепловыделения нагревательного кабеля.

Регулятор может быть выполнен в виде преобразователя напряжения электрических шумов в дополнительной электропроводной жиле в мощность тепловыделения нагревательного кабеля.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена структурная схема регулируемого кабельного нагревателя и на фиг.2 - нагревательный кабель в разрезе по А-А.

Регулируемый кабельный нагреватель, изображенный схематично на фиг.1, содержит регулятор 1, соединительные провода 2, соединительные муфты 3 и нагревательный кабель 4, концы которого через соединительные муфты 3 подключены к первым концам соединительных проводов 2, а вторые концы соединительных проводов 2 подключены к регулятору 1. Через соединительные муфты 3 к регулятору подключены также концы дополнительных жил 5.

На фиг.2 изображено сечение нагревательного кабеля, конструкция которого включает нагревательную жилу 7, экранирующую оплетку 8, термоустойчивую полимерную оболочку 9, дополнительные жилы 10.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Сетевое напряжение питания поступает на нагревательный кабель через регулятор и нагревательная жила кабеля разогревается вместе с оболочкой. При изменении температуры оболочки изменяются ее электрофизические характеристики, такие как диэлектрическая проницаемость, удельное электрическое сопротивление, показатель преломления. [1. И.Д.Троицкий Производство электрических кабелей и проводов с резино-пластмассовой изоляцией. М.: Высшая школа, 1967; 2. В.Глазер. Световодная техника. М.: Энергоатомиздат, 1985.]

Измерение этих характеристик используется в изобретении для контроля температуры оболочки нагревательного кабеля. Для этого регулятор выполняется в виде преобразователя в мощность тепловыделения:

- емкости между дополнительными электропроводными жилами, зависящей от диэлектрической проницаемости оболочки,

- сопротивления между дополнительными электропроводными жилами, зависящего от удельного сопротивления оболочки.

Вариантом реализации технического решения является нагревательный кабель, в конструкцию которого введена лишь одна дополнительная жила, а температурно-зависимые емкость или сопротивление измеряются между дополнительной жилой и экранирующей оплеткой.

Вариантом реализации технического решения является выполнение нагревательного кабеля с дополнительной светопроводной жилой, потери излучения в которой зависят от показателя преломления оболочки. Регулятор генерирует в светопровод излучение и величину потерь принятого излучения преобразует в мощность тепловыделения нагревательного кабеля.

Вариантом реализации технического решения является также нагревательный кабель, в конструкцию которого введена лишь одна дополнительная электропроводная жила, а регулятор осуществляет измерение напряжения тепловых шумов в дополнительной электропроводной жиле и преобразование его в мощность тепловыделения нагревательного кабеля. [3. А.Н.Гордов. Основы температурных измерений. М.: Энергоатомиздат, 1992.]

Все перечисленные варианты предлагаемого технического решения основаны на реализации измерений температуры интегрированными с нагревательным кабелем термочувствительными структурами, состоящими из одной или нескольких электропроводных или светопроводных дополнительных жил и оболочки кабеля. Это позволяет исключить из контура управления температурой в известной кабельной нагревательной системе датчик температуры как отдельное конструктивно и функционально законченное изделие, имеющее конечные габаритные размеры и обусловленную этим предопределенность контроля температуры лишь в месте установки датчика. В предлагаемом техническом решении контроль температуры происходит по всей длине нагревательного кабеля термочувствительной структурой с распределенными параметрами. В результате увеличивается глубина обратной связи по температуре в контуре регулирования и как следствие:

1) оптимизируются затраты электроэнергии на поддержание заданной температуры кабеля, т.к. исключается характерный для известной системы режим управления температурой всего нагревательного кабеля по информации о температуре в одной точке в окрестности кабеля;

2) в предлагаемом техническом решении исключаются ограничения по возможности прямой проверки его работоспособности, существующие в известной кабельной нагревательной системе, где, естественно, проверка работоспособности возможна лишь при наличии тепловой связи между датчиком температуры и нагревательным кабелем, т.е. лишь на стадии застывшего бетона;

3) снижается неоднородность температурного поля по обогреваемой поверхности, так как каждый участок нагревательного кабеля, включая и периферийные, полностью включен в контур регулирования температуры;

4) повышается надежность за счет снижения вероятности перегрева кабеля, т.к. в предлагаемом техническом решении достигаются более высокие динамические характеристики по сравнению с известной системой.

Дополнительным преимуществом регулируемого кабельного нагревателя по сравнению с известной системой является простота монтажа и повышенная надежность за счет исключения датчика температуры.

Практической реализацией одного из вариантов предлагаемого изобретения является регулируемый кабельный нагреватель РКН-2, серийно выпускаемый по техническим условиям ТУ 4218 02 28131168. Это изделие базируется на температурной зависимости диэлектрической проницаемости оболочки нагревательного кабеля, выполненной из поливинилхлоридного кабельного пластиката, типичный вид которой приведен на фиг.3. Электрическая емкость между экранирующей оплеткой нагревательного кабеля и дополнительной жилой, выполненной из медной проволоки, управляет частотой RC-генератора, являющегося составной частью регулятора. Частота RC-генератора сравнивается с опорной частотой - аналогом температуры уставки и по результату сравнения формируется сигнал управления мощностью тепловыделения в нагревательном кабеле.

Регулируемый кабельный нагреватель может быть использован для обогрева помещений как основной или дополнительный источник тепла, встраиваемый в строительные конструкции, в частности в бетонный или деревянный пол. Регулируемый кабельный нагреватель может быть также использован для подогрева поверхности тротуаров, стадионов, кровли зданий, трубопроводов, резервуаров, запорной и регулирующей арматуры и т.д. для предотвращения обледенения.

Изобретение относится к области электронагревательных устройств, встраиваемых в строительные конструкции и предназначенных для обогрева помещений, подогрев поверхности тротуаров, стадионов, кровли, зданий, трубопроводов, резервуаров и т.д. Технический результат от использования изобретения - снижение энергозатрат на обогрев и повышение надежности устройства. Сущность изобретения состоит в следующем. Регулируемый кабельный нагреватель содержит регулятор, соединительные провода, соединительные муфты и, по крайней мере, один нагревательный кабель, концы которого через соединительные муфты подключены к первым концам соединительных проводов, а вторые концы соединительных проводов подключены к регулятору. Согласно изобретению нагревательный кабель содержит, по крайней мере, одну дополнительную жилу из электропроводного материала, а оболочка кабеля выполнена из материала с температурно-зависимыми электрофизическими свойствами. Концы дополнительной жилы подключены к регулятору. 3 ил.

Регулируемый кабельный нагреватель, содержащий регулятор, соединительные провода, соединительные муфты и, по крайней мере, один нагревательный кабель с экраном, концы которого через соединительные муфты подключены к первым концам соединительных проводов, а вторые концы соединительных проводов подключены к регулятору, отличающийся тем, что в конструкцию нагревательного кабеля с экраном введена по крайней мере одна дополнительная жила из электропроводного, например меди, материала, концы которой через соединительные муфты подключены к регулятору, а оболочка нагревательного кабеля выполнена из материала, электрофизические свойства которого зависят от температуры, например диэлектрическая проницаемость, причем регулятор измеряет эти характеристики для контроля температуры оболочки нагревательного кабеля с экраном.