ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МАТ Российский патент 2006 года по МПК H05B3/34 E04D15/06 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для разогрева гидроизоляционного слоя рулонных и мастичных кровель, бетонной смеси и т.д.

Известны термоэлектрические маты, нагревательные элементы которых изготавливаются из зигзагообразной нихромовой проволоки, размещенной в карманах чехла из стеклянной ткани (см. В.С.Аханов. Электротермия в технологии бетона, Махачкала, Дагестанское книжное издательство, 1971 г., с.206-207, рис.87).

Известен также термоэлектрический мат, нагревательный элемент которого состоит из асбестовой ткани с продернутой нихромовой проволокой диаметром 0,8 мм. Нагревательный элемент помещен между слоями стеклянной ткани и сверху покрыт теплоизоляционными слоями из ватина, пропитанного огнезащитным составом. Все элементы термоэлектрического мата заключены во влагозолирующую теплостойкую оболочку (см. В.С.Аханов. Электротермия в технологии бетона, Махачкала, Дагестанское книжное издательство, 1971 г., с.206-208, рис.88, 89).

Основным недостатком описанных выше термоэлектрических матов является то, что используемая в качестве нагревательного элемента нихромовая проволока быстро выходит из строя (обрывается).

Указанный недостаток обусловлен, во-первых, частыми и многократными перегибами мата при перемещении его по кровле в процессе поэтапного разогрева гидроизоляционного слоя, а во-вторых, перегибами мата с разогретой нихромовой проволокой, так как ее хрупкость значительно возрастает при высоких температурах.

Известен гибкий электронагреватель, содержащий нагревательный элемент, выполненный из углеродного волокна на основе гидратцеллюлозных волокон с конечной температурой обработки не менее 1800°С, размещенную поверх него изоляцию и защитный кожух, выполненный из стекловолокна, и подсоединенные контакты из металлической фольги. При этом нагревательный элемент выполнен из углеродной ленты шириной 20-100 мм, изоляция - в виде герметичного чехла из фторопластовой пленки, а подсоединительные контакты из металлической фольги выполнены сложенными и завернутыми вместе с концами углеродной ленты и снабжены обжимающими полосками из нержавеющей стали (см. патент РФ №2079979, МПК Н 05 В 3/34).

Применение в качестве нагревательного элемента углеродной ленты увеличивает долговечность гибкого электронагревателя по сравнению с описанными выше термоэлектрическими матами с нихромовой проволокой. Тем не менее, он имеет свои существенные недостатки, основным из которых являются ограниченные технологические возможности и значительные теплопотери.

Ограниченные технологические возможности обусловлены шириной нагревательного элемента (20-100 мм), что не позволяет применять его для разогрева гидроизоляционного слоя при ремонте и устройстве рулонных и мастичных кровель, а также для выполнения ряда других работ.

Значительные теплопотери обусловлены тем, что верхняя, контактирующая с атмосферой поверхность электронагревателя не имеет дополнительной теплоизоляции. В связи с этим интенсивность теплопередачи от электронагревателя на разогреваемую поверхность и в атмосферу одинакова. Последний недостаток является наиболее распространенным среди объектов аналогичного назначения (см., например, патент РФ №2094958, МПК Н 05 В 3/36 и др.).

За прототип выбран термоэлектрический мат для разогрева водоизоляционного ковра при ремонте и устройстве рулонных и мастичных кровель (см. патент РФ №2158810, МПК E 04 D 15/06, Н 05 В 3/36).

Выбранный за прототип термоэлектрический мат содержит греющий элемент, к которому прикреплен верхний теплоизолирующий элемент, греющий элемент имеет плоский прямоугольный электронагреватель из углеродной ткани, покрытый термовлагозащитной оболочкой, нижняя часть которой предназначена для укладки на разогреваемую конструкцию, на двух противоположных краях электронагревателя расположены электроды, теплоизолирующий элемент выполнен из теплоизоляционного материала и алюминиевой фольги и покрыт термовлагостойкой оболочкой.

Участки греющего элемента, выступающего за края электронагревателя со стороны электродов, снабжены усилителями жесткости, с которыми посредством компенсаторов связаны края теплоизолирующего элемента с образованием между ним и греющим элементом деформационного шва. В греющем элементе между электронагревателем и верхней частью оболочки на нижней оболочке теплоизолирующего элемента уложен теплоаккумулирующий слой из гибкого термостойкого электроизоляционного материала с теплопроводностью и теплоемкостью, близкими к материалам водоизоляционного ковра. В теплоизолирующем элементе под теплоизоляционным материалом размещен теплопроводный слой из алюминиевой фольги. Верхняя и нижняя части оболочки греющего элемента скреплены прошивкой по его краям с фиксацией внутренних слоев. Оболочка греющего элемента выполнена из электроизоляционного материала, материал нижней ее части, кроме того, является непроницаемым для воды, нефтепродуктов, дегтя и химически стойким к двум последним, а также обладает антиадгезионными свойствами. Оболочка греющего элемента и примыкающая к нему нижняя часть оболочки теплоизолирующего элемента имеют нагревостойкость 121-350°С.

В выбранном за прототип термоэлектрическом мате для разогрева водоизоляционного ковра при ремонте и устройстве рулонных и мастичных кровель значительно снижены теплопотери, имеющем место у описанных выше аналогов, что сокращает время разогрева и снижает затраты электроэнергии.

Тем не менее, как показали испытания, проведенные заявителем, у прототипа имеется существенный недостаток. При частых сгибаниях термоэлектрического мата (в процессе его перемещения по кровле) в плоском эластичном электронагревателе образуются складки в поперечном направлении, часть которых остается и после укладки мата на разогреваемую поверхность. При этом, чем больше размеры мата и чем интенсивнее он эксплуатируется, тем больше образуются складок в электронагревателе. Указанные складки являются причиной преждевременного перегорания участков электронагревателя из-за замыкания между токопроводящими неметаллическими нитями, что приводит к сокращению срока службы мата.

Кроме того, нижняя часть термостойкой оболочки греющего элемента выполнена из стеклолакоткани Ф-4Д-Э01, в процессе эксплуатации быстро теряет антиадгезионные свойства, химическую стойкость к нефтепродуктам и становится проницаемой для них, а также для воды. Уже через 400-500 часов эксплуатации разогретые битум и деготь начинают проникать вовнутрь греющего элемента, постепенно пропитывая токопроводящий неметаллический материал электронагревателя и тем самым снижая мощность мата. Проникаемая вовнутрь греющего элемента вода вызывает короткие замыкания в электронагревателе. При этом из-за снижения антиадгезионных свойств после снятия мата с разогретого участка на нижней части греющего элемента остаются прилипшие фрагменты гидпроизоляционного слоя покрытия. Описанные недостатки также ведут к сокращению срока службы мата.

Еще одним недостатком прототипа является то, что термостойкая оболочка верхнего теплоизолирующего элемента и верхняя часть термостойкой оболочки нижнего греющего элемента выполнены недостаточно влагостойкими. Вследствие того, что работы по ремонту кровли могут в ряде случаев выполняться при любой погоде, вода проникает во внутреннюю часть теплоизолирующего элемента и способствует постепенному разрушению теплоизоляции. Через деформационный шов вода может попадать между верхним теплоизолирующим элементом и нижним греющим элементом, проникая вовнутрь греющего элемента и разрушая теплоаккумулирующий слой.

Таким образом, все перечисленные выше недостатки сокращают срок службы термоэлектрического мата, выбранного за прототип.

Техническая задача изобретения состояла в увеличении срока службы термоэлектрического мата.

Сущность изобретения заключается в том, что в термоэлектрическом мате, содержащем греющий элемент, выполненный в виде плоского эластичного электронагревателя из неметаллического материала с электродами по краям и теплоаккумулирующего слоя, помещенных в термостойкую оболочку, деформационный шов и теплоизолирующий элемент, выполненный в виде слоя теплоизоляционного материала, помещенного в термостойкую оболочку, и снабженный концевыми компенсаторами, выполненными из эластичного материала и связанными с усилителями жесткости, смонтированными на греющем элементе в зонах размещения электродов, греющий элемент снабжен, по меньшей мере, тремя поперечными компенсаторами, выполненными в виде полос из термостойкого материала, размещенных параллельно усилителям жесткости и связанных с плоским эластичным нагревателем и термостойкой оболочкой, при этом два поперечных компенсатора размещены по краям греющего элемента, а термостойкие оболочки греющего и теплоизолирующего элементов пропитаны кремнийорганическим составом.

Каждый поперечный компенсатор имеет толщину h=0,08-0,2Н, где h - толщина поперечного компенсатора, Н - толщина греющего элемента без усилителей жесткости.

Два поперечных компенсатора размещены по краям элемента на расстоянии не более 250 мм от кромок плоского эластичного электонагревателя.

Нижняя часть термостойкой оболочки, контактирующая с разогреваемой поверхностью, выполнена из фторолакоткани толщиной 0,12-0,18 мм.

Термостойкие оболочки греющего и теплоизолирующего элементов пропитаны кремнийорганическим составом, который имеет вязкость не более 0,8 Па·с. При этом термостойкая оболочка теплоизолирующего элемента пропитана кремнийорганическим составом, в который добавлена алюминиевая пудра в количестве 5-20 % от массы кремнийорганического состава.

Такая конструкция термоэлектрического мата позволила увеличить срок его службы в 1,7-2,0 раза. Как показали проведенные заявителем сравнительные испытания, технический ресурс предлагаемого термоэлектрического мата составил 2500-3000 м² отремонтированной кровли против 1500 м² у мата, выбранного за прототип. Кроме того, предлагаемый термоэлектрический мат обладает повышенной влагостойкостью, а следовательно, может быть рекомендован для выполнения работ в условиях повышенной влажности (туман, дождь).

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид термоэлектрического мата; на фиг.2 - вид теплоизолирующего элемента термоэлектрического мата по стрелке А в разрезе; на фиг.3 - вид греющего элемента термоэлектрического мата по стрелке Б с частичным разрезом; на фиг.4, 5 - вид греющего термоэлектрического мата по стрелке А с частичным разрезом с альтернативными размещениями поперечных компенсаторов.

Термоэлектрический мат содержит греющий элемент 1 и теплоизолирующий 2, который меньше по длине греющего элемента 1, но равен ему по ширине (см фиг.1). Греющий 1 и теплоизолирующий 2 элементы разделены деформационным швом 3 по всей площади электрического мата. Теплоизолирующий элемент 2 снабжен двумя концевыми компенсаторами 4, выполненными из эластичного материала и связанными с усилителями жесткости 5, смонтированными на греющем элементе 1 в зонах размещения электродов (на черт. не показаны), к которым подсоединены провода 6, соединяющие термоэлектрический мат с источником напряжения (на черт. не показан). Для облегчения перемещения термоэлектрического мата в разогретом состоянии он снабжен ручками 7.

Греющий элемент 1 включает плоский эластичный электронагреватель 8 (см фиг.4), на концах которого закреплены электроды (на черт. не показаны), термоаккумулирующий слой 9 (фиг.3, 4), размещенный над плоским эластичным электронагревателем 8, и поперечные компенсаторы 10, выполненные в виде полос из термостойкого материала, размещенных параллельно усилителям жесткости 5 над термоаккумулирующим слоем 9 или между термоаккумулирующим слоем 9 и плоским эластичным электронагревателем 2. Плоский эластичный электонагреватель 8 с электродами, термоаккумулирующий слой 9 и поперечные компенсаторы 10 помещены в термостойкую оболочку 11 и скреплены между собой и с термостойкой оболочкой 11 прошивкой стеклонитями.

Плоский эластичный нагреватель 8 выполнен из неметаллического токопроводящего материала, например, из углеграфитовой ткани УРАЛ-22ТР с содержанием углерода 99% (ГОСТ 28005-88).

Термоаккумулирующий слой 9 может выполнен из любого эластичного теплостойкого и электроизоляционного материала с коэффициентом теплопроводности, не превышающим 0,3 Вт/(м·К). Поперечные компенсаторы 10 выполнены из термостойкого материала, например, фторопласта или любого другого материала с подобными физико-механическими свойствами. Количество поперечных компенсаторов 10 зависит от размеров термоэлектрического мата. Тем не менее их минимальное количество - три: один поперечный компенсатор размещен в средней части греющего элемента, а два по его краям на расстоянии 250 мм от кромок плоского электронагревателя 8. Толщина каждого поперечного компенсатора 10 равна h=0,08-0,2 H, где h - толщина поперечного компенсатора; Н - толщина греющего элемента 1 без усилителей жесткости 5. Ширина каждого поперечного компенсатора 10 выбирается в зависимости от размеров термоэлектрического мата и количества поперечных компенсаторов, размещенных в греющем элементе 1. Однако наиболее оптимальная ширина поперечного компенсатора равна 50-100 мм. При ширине менее 50 мм наблюдается ухудшение качества выполняемой поперечным компенсатором функции, а при ширине более 100 мм снижается гибкость греющего элемента 1.

Верхняя часть термостойкой оболочки 11 греющего элемента 1 изготовлена из стеклоткани Т-11, Т-13 (ГОСТ 19170-73) или любого другого эластичного материала, выдерживающего высокую температуру (температура электронагревателя 8 достигает 200-250°С). Нижняя часть термостойкой оболочки 11 выполнена из фторолакоткани Ф-4Д-Э01-Б (ТУ-301-05-422-89) и имеет толщину 0,12-0,18 мм. При толщине менее 0,12 мм нижняя часть термостойкой оболочки 11 не обладает достаточной прочностью и быстро выходит из строя, а при толщине более 0,18 мм ухудшается ее эластичность. Кроме того, термостойкая оболочка 11 пропитана кремнийорганическим составом, который имеет вязкость не более 0,8 Па·с. В качестве кремнийорганического состава можно использовать КО-88 (ГОСТ 23101-78), КО-198 (ТУ 6-02-841-74), КО-08 (ГОСТ 15081-78), 136-41 (ГОСТ 10834-76), 136-157М (ТУ 6-02-694-76) и другие, в которые добавлен растворитель до получения требуемой вязкости. Пропитка термостойкой оболочки 11 кремнийорганическим составом повышает антиадгезионные свойства, химическую стойкость к нефтепродуктам и влагостойкость ее нижней части. При этом одновременно повышается влагостойкость верхней части термостойкой оболочки 11.

Теплоизолирующий элемент 2 содержит слой теплоизоляционного материала 12 (см. фиг.2), помещенный в термостойкую оболочку 13. Слой теплоизоляционного материала 12 выполнен в виде стеклопрошивного мата ПСХ-2 (ТУ 6-48-97-93) с коэффициентом теплопроводности 0,05 Вт/(м·°С).

При этом для этих целей может быть использован любой другой материал с аналогичным коэффициентом теплопроводности. Термостойкая оболочка 13 изготовлена из стеклоткани Т-11, Т-13 (ГОСТ 19170-73) и пропитана кремнийорганическим составом аналогично термостойкой оболочки 11 греющего элемента 1, что повышает ее влагостойкость. Кроме того, термостойкая оболочка 13 может быть пропитана кремнийорганическим составом, в который добавлена алюминиевая пудра в количестве 5-20% от массы кремнийорганического состава. В последнем случае не только улучшается влагостойкость термостойкой оболочки 13, но и на ее поверхности образуется теплоотражающий слой, назначение которого отражать часть теплового потока, идущего от плоского эластичного электронагревателя 8 и направлять его в сторону разогреваемой поверхности. Для указанных целей можно использовать алюминиевую пудру ПАП-1, ПАП-2, ПАК-3, ПАК-4 (ГОСТ 5494-95).

Концевые компенсаторы 4 могут изготавливаться из поликарбоната ПК-1-ПК-4 (ТУ 8729-02-00300279-00) или другого термопластичного материала.

Термоэлектрический мат работает следующим образом.

Подлежащий восстановлению участок кровли предварительно очищают от грязи и просушивают. Затем на него укладывают термоэлектрический мат таким образом, чтобы избежать неплотного контакта греющего элемента 1 с разогреваемым участком. С помощью проводов 6 подключают термоэлектрический мат к источнику напряжения, например, сварочному трансформатору. Электрический ток, проходя через плоский эластичный электронагреватель 8, разогревает его. При этом большая часть теплового потока через нижнюю часть термостойкой оболочки 11 направляется на разогреваемый участок кровли. Меньшая часть теплового потока, преодолев термоаккумулирующий слой 9, верхнюю часть термостойкой оболочки 11, деформационный шов 3, попадает на теплоизолирующий элемент 2. В связи с тем, что термостойкая оболочка 13 пропитана кремнийорганическим составом, в которой добавлена алюминиевая пудра, часть теплового потока, попавшего на теплоизолирующий элемент 2, отражается и направляется в сторону разогреваемой поверхности, тем самым сокращая время ее разогрева до требуемой температуры. В процессе работы термоизоэлектрического мата температура греющего элемента 1 значительно выше температуры теплоизолирующего элемента 2, в результате чего происходит их неравномерное удлинение. Однако наличие концевых компенсаторов 4 и деформационного шва 3 обеспечивает относительное перемещение греющего 1 и теплоизолирующего 2 элементов в пределах термоэлектрического мата, что предотвращает образование складок в плоском эластичном электронагревателе 8 во время разогрева восстанавливаемого участка кровли. После окончания разогрева термоэлектрический мат снимают и переносят за ручки 7 на другой участок кровли, в процессе чего происходит его прогиб (провисание). Более того, в процессе переноса термоэлектрического мата часто смещают один конец относительно другого, тем самым, перекашивая или даже частично скручивая плоский нагреватель 8. Однако возникающие при этом силы воспринимаются поперечными компенсаторами 10, в результате чего исключается образование складок в плоском эластичном нагревателе 8, а следовательно, исключаются замыкания между его токопроводящими неметаллическими нитями.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для разогрева гидроизоляционного слоя рулонных и мастичных кровель, бетонной смеси и т.д. Технический результат: увеличение срока службы термоэлектрического мата. Термоэлектрический мат содержит греющий элемент, выполненный в виде плоского эластичного электронагревателя из неметаллического материала с электродами по краям и теплоаккумулирующего слоя, помещенного в термостойкую оболочку, деформационный шов и теплоизолирующий элемент, выполненный в виде слоя теплоизоляционного материала, помещенного в термостойкую оболочку, и снабженный концевыми компенсаторами, выполненными из эластичного материала и связанными с усилителями жесткости, смонтированными на греющем элементе в зонах размещения электродов. Греющий элемент снабжен, по меньшей мере, тремя поперечными компенсаторами, выполненными в виде полос из термостойкого материала, размещенных параллельно усилителям жесткости и связанных с плоским электронагревателем и термостойкой оболочкой, при этом два поперечных компенсатора размещены по краям греющего элемента. Термостойкие оболочки греющего и теплоизолирующего элементов пропитаны кремнийорганическим составом. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Термоэлектрический мат, содержащий греющий элемент, выполненный в виде плоского эластичного электронагревателя из неметаллического материала с электродами по краям и теплоизолирующего слоя, помещенный в термостойкую оболочку, деформационный шов и теплоизолирующий элемент, выполненный в виде слоя теплоизоляционного материала, помещенного в термостойкую оболочку, и снабженный концевыми компенсаторами, выполненными из эластичного материала и связанными с усилителями жесткости, смонтированными на греющем элементе в зонах размещения электродов, отличающийся тем, что греющий элемент снабжен, по меньшей мере, тремя поперечными компенсаторами, выполненными в виде полос из термостойкого материала, размещенных параллельно усилителям жесткости и связанных с плоским электронагревателем и термостойкой оболочкой, при этом два поперечных компенсатора размещены по краям греющего элемента, а термостойкие оболочки греющего и теплоизолирующего элементов пропитаны кремнийорганическим составом.2. Термоэлектрический мат по п.1, отличающийся тем, что каждый поперечный компенсатор имеет толщину h=0,08÷0,2H, где h - толщина поперечного компенсатора; Н - толщина греющего элемента без усилителей жесткости.3. Термоэлектрический мат по п.1, отличающийся тем, что два поперечных компенсатора размещены по краям греющего элемента на расстоянии не более 250 мм от кромок плоского электронагревателя.4. Термоэлектрический мат по п.1, отличающийся тем, что нижняя часть термостойкой оболочки греющего элемента, контактирующая с разогреваемой поверхностью, выполнена из фторолакоткани толщиной 0,12÷0,18 мм.5. Термоэлектрический мат по п.1, отличающийся тем, что термостойкие оболочки греющего и теплоизолирующего элементов пропитаны кремнийорганическим составом, который имеет вязкость не более 0,8 Па·с.6. Термоэлектрический мат по п.1 или 5, отличающийся тем, что термостойкая оболочка теплоизолирующего элемента пропитана кремнийорганическим составом, в который добавлена алюминиевая пудра в количестве 5÷20% от массы кремнийорганического состава.