НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2020 года по МПК H05B3/56 

Область применения

Заявленное техническое решение относится к нагревательным устройствам на основе саморегулирующейся нагревательной ленты и может быть использовано в различных областях промышленности.

Уровень техники

Нагревательные устройства, содержащие саморегулирующиеся ленты хорошо известны в технике.

Саморегулирующаяся лента представляет собой проводящую углеродную (полимерную) матрицу (основу), в которой размещены токопроводящие жилы, между которыми в матрице дисперсно распределены токопроводящие частицы.

Матрица характеризуется существенной зависимостью проводимости от температуры, а отрицательный температурный коэффициент сопротивления проводящих пластмасс на порядок больше, чем у меди или стали. Это обеспечивает саморегулирование тепловой мощности нагревательного кабеля. Саморегулирующаяся греющая лента может изменять свою мощность локально, только в зоне перегрева.

В процессе нагрева полимерная основа расширяется, расстояние между токопроводящими частицами, заключенными в основе, увеличивается, вследствие чего уменьшается количество токопроводящих связей (путей) в матрице между токопроводящими частицами, за счет чего возрастает сопротивление матрицы, снижается ее электропроводность, при этом локально уменьшается нагрев того участка, где произошел перегрев участка ленты. После того, как участок ленты остывает, полимерная основа принимает близкие к исходным размеры и нагрев продолжается.

Низкотемпературная саморегулирующаяся греющая лента может обеспечивать, нагрев устройства от +10°С до +50°С, при этом за счет температурных характеристик греющая лента позволяет автоматически снижать потребляемую мощность при температуре от +50°С более чем на 50%.

Из уровня техники известна саморегулирующаяся нагревательная лента, состоящая из двух изолированных друг от друга токопроводящих жил, размещенных в проводящей полимерной матрице, заключенной в полимерную изоляционную оболочку (см. CN 109379793 А, 22.022019).

Недостатком известного решения является низкая конструктивная прочность греющей ленты, недостаточная защита от внешних агрессивных сред и противопожарная безопасность.

Раскрытие сущности

Задачей заявленного технического решения является создание нагревательного устройства на основе саморегулирующейся нагревательной ленты, обладающее высокими эксплуатационными свойствами.

Технический результат заключается в создании нагревательного устройства, обладающего высокой механической прочностью, высокой гибкостью, герметичностью, повышенной стойкостью к внешним агрессивным средам (в том числе ультрафиолету) и противопожарной безопасностью.

Заявленный технический результат достигается за счет использования следующей совокупности существенных признаков: нагревательное устройство содержит саморегулирующуюся греющую ленту, включающую две изолированные друг от друга токопроводящие жилы, размещенные в проводящей полимерной матрице, заключенной в полимерную изоляционную оболочку, согласно заявленному техническому решению, устройство содержит внешнюю металлическую гибкую броню.

В другом варианте исполнения устройства, броня может быть выполнена из металлической полосы путем навива с шагом перекрытия не более 0,5.

В другом варианте исполнения устройства, полоса брони может иметь продольный паз, а край полосы иметь загиб для установки в указанный паз вовремя навива.

В другом варианте исполнения устройства, лента дополнительно может содержать медную, оловянную или оловянно-медную оплетку.

В другом варианте исполнения устройства, лента дополнительно включает полиолефиновую или фторопластовую оболочку.

В другом варианте исполнения устройства, непосредственно под внешней металлической броней может быть нанесен сплошной водоблокирующий слой или установлена дополнительная водоблокирующая обмотка устройства.

В другом варианте исполнения устройства, в качестве водоблокирующего слоя или обмотки может использоваться гидрофоб.

В другом варианте исполнения устройства, непосредственно на полимерную изоляционную оболочку может быть нанесен водоблокирующий слой или установлена дополнительная водоблокирующая обмотка.

В другом варианте исполнения устройства, в качестве водоблокирующего слоя или обмотки используется гидрофоб.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен общий вид нагревательного устройства согласно заявленному техническому решению; на фиг. 2 представлено нагревательное устройство в варианте исполнения с проводящей внешней оплеткой. Обозначения на фигурах идентичны.

Осуществление технического решения

На фиг. 1 представлено нагревательное устройство на основе параллельной резистивной саморегулирующаяся ленты. Лента состоит из проводящей полимерной матрицы 1, напрессованной путем экструзии вокруг двух параллельных токопроводящих жил 2, 3. Матрица служит в качестве нагревательного элемента. Затем на матрицу 1 напрессовывается путем экструзии полимерная изоляционная оболочка 4 из полиолефина или фторопласта. Обычно для дополнительной механической защиты и/или для использования в качестве заземляющего провода добавляется проводящая оплетка 5 (например, оловянная или оловянно-медная, или медная оплетка). Такая оплетка обычно покрывается термопластичной внешней оплеткой 6 для дополнительной механической и коррозионной защиты.

Параллельные резистивные саморегулирующиеся ленты обладают рядом преимуществ относительно несаморегулирующихся нагревательных лент и, следовательно, являются более популярными. Например, саморегулирующиеся нагревательные ленты благодаря своим температурным характеристикам не перегреваются. По мере того как температура в какой-либо точке в ленте увеличивается, сопротивление нагревательного элемента в этой точке увеличивается, снижая выходную мощность в указанной точке, и обогреватель эффективно отключается.

Нагревательное устройство содержит внешнюю металлическую гибкую броню 7, выполненную из металлической полосы путем навива. Навив осуществляется с шагом перекрытия не более 0,5. При шаге свыше 0,5 гибкость устройства значительно уменьшается, что затрудняет его использование и монтаж. В зависимости от требуемой степени прочности или степени гибкости устройства, шаг перекрытия может меняться от 0,1 до 0,5. При увеличении степени гибкости, шаг навива будет ближе к 0,1, в то время как с увеличением прочности, шаг навива будет ближе к 0,5. Наличие внешней брони повышает в целом механическую прочность нагревательного устройства с сохранением относительно высокой гибкости.

Металлическая полоса имеет продольный паз, а край полосы имеет загиб для установки в указанный паз вовремя навива следующего витка ленты на устройство. В зависимости от шага навива выбирается продольная локация паза. При шаге навива 0,5, продольный паз выполняют по центру ленты, по мере уменьшения к 0,1, продольный паз смещается к краю ленты.

Наличие паза в ленте, плотного прилегания загиба ленты к этому пазу при ее навиве, надежной фиксации загиба в пазе, позволяет сформировать непроницаемую внешнюю броню устройства, а также значительно повысить герметичность нагревательного устройства.

Герметичность нагревательного устройства, наличие внешней металлической брони позволяет повысить стойкость устройства к внешним агрессивным средам, в том числе к ультрафиолетовому излучению и повысить противопожарную безопасность.

Непосредственно под внешней металлической броней 7 может быть нанесен сплошной водоблокирующий слой или установлена дополнительная водоблокирующая обмотка (не показаны на чертежах) устройства для еще большего усиления герметичности и влагонепроницаемсти нагревательной ленты. В качестве водоблокирующего слоя или обмотки может использоваться гидрофоб. Водоблокирующий слой или дополнительная водоблокирующая обмотка может также дополнено наноситься и устанавливаться непосредственно на полимерную изоляционную оболочку.

Кроме того, преимуществом заявленного нагревательного устройства является возможность отреза устройства до нужной длины по месту, точно в соответствии с требуемой длиной, без каких-либо конструктивных сложностей.

Пример реализации нагревательного устройства

Вокруг двух параллельных медных луженых жил, сечением 1,25 мм², напрессована полупроводящая полимерная саморегулирующаяся матрица. На матрицу напрессована изоляционная оболочка из термопластичного эластомера (полиолефин), покрытая сетчатой оплеткой из луженой медной проволоки. Сверху оловянная оплетка покрыта термопластичной оплеткой.

Полученная нагревательная лента заключается в стальную металлическую оболочку, которая наносится путем навива стальной ленты вокруг нагревательной ленты. Шаг навива 0,5. Напряжение питания нагревательного устройства 220-240 В. Максимальная температура устройства 65°С.

Заявленное нагревательное устройство одобрено для использования в безопасных и взрывоопасных зонах согласно международным и российским стандартам ГОСТ Р МЭК 60079-0-2011, ГОСТ Р МЭК 60079-7-2012, ГОСТ IEC 60079-30-1-2011. Степень защиты устройства от внешних воздействий по ГОСТ 14254-96 - IP67.

Техническое решение относится к нагревательным устройствам на основе саморегулирующейся нагревательной ленты и может быть использовано в различных областях промышленности. Нагревательное устройство содержит саморегулирующуюся греющую ленту и внешнюю металлическую гибкую броню, полоса которой имеет продольный паз, а край полосы имеет загиб. Греющая лента включает две изолированные друг от друга токопроводящие жилы, размещенные в проводящей полимерной матрице, заключенной в полимерную изоляционную оболочку. Достигается создание нагревательного устройства, обладающего высокой механической прочностью, высокой гибкостью, герметичностью, повышенной стойкостью к внешним агрессивным средам и противопожарной безопасностью. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Нагревательное устройство, содержащее саморегулирующуюся греющую ленту, включающую две изолированные друг от друга токопроводящие жилы, размещенные в проводящей полимерной матрице, заключенной в полимерную изоляционную оболочку, отличающееся тем, что устройство содержит внешнюю металлическую гибкую броню из металлической полосы, при этом полоса имеет продольный паз, а край полосы имеет загиб для установки в указанный паз во время навива брони.

2. Нагревательное устройство по п. 1, отличающееся тем, что лента дополнительно содержит медную или оловянную, или оловянно-медную оплетку.

3. Нагревательное устройство по п. 1, отличающееся тем, что лента дополнительно включает полиолефиновую или фторопластовую оболочку.

4. Нагревательное устройство по п. 1, отличающееся тем, что непосредственно под внешней металлической броней нанесен сплошной водоблокирующий слой или установлена дополнительная водоблокирующая обмотка устройства.

5. Нагревательное устройство по п. 4, отличающееся тем, что в качестве водоблокирующего слоя или обмотки используется гидрофоб.

6. Нагревательное устройство по п. 1, отличающееся тем, что непосредственно на полимерную изоляционную оболочку нанесен водоблокирующий слой или установлена дополнительная водоблокирующая обмотка.

7. Нагревательное устройство по п. 6, отличающееся тем, что в качестве водоблокирующего слоя или обмотки используется гидрофоб.