Гибкий электронагреватель Советский патент 1983 года по МПК H05B3/36 

Изобретение относится к электротехнике, касается конструкции низкотемпературного электрического нагревателя, и может быть испол1 зовано при изготовлении гибких нагревательных приборов мягкой теплоты. Известен электронагреватель, состожций из : заполненного водой корпуса, расположенных внутри корпуса и соедииеннь х Но схеме треугольника трех равноудаленных электродов.. Электродь соединены с соответств)гющими источника тока и вьшолнены с возможностью перемеидешт относительно друг друга для регулирования силы тока, про текающего через воду лри работе водонагре. вателя. Электроды могут быть изготовлены в виде плоских пластин, а их перемещение может осуществляться автоматически С1 3 Недостатками такого нагревателя являются необходимость использования высокого напряжения для нагрева воды, сложность конструкции и жесткость формы нагревателя. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электронагреватель, содержащий гибкую водонепроницаемую трубку из эластичного иэоляциоиного материала, заполненную проводящей, не разлагающейс при прохождейии тока, жидкостью. По концам трубки в контакте с жидкостью установлены электроды-заглушки, с помощью которых элемент подключают к источнику тока. В работе нагревательный элемент вьщеляет тепло за счет нагрева током электропроводаой жидкости. В качестве электропроводной жидкости рекомендована ртуть или электролиты. Характерной особенностью этого нагревателя является использование в качестве корпуса толстостенной трубки.с небольщим осевым от верстием. Наружный диаметр трубки составляет 3-4 мм, а диаметр внутреннего канала 0,5-1 мм. .Такое соотнощение диаметров обусловлено необходимостью предотвращения разрыва электрической цепи при перегибах трубки; В ва)рианте исполнения нагревательного элемента предусмотрена возможность регулирования сопротивления путем нагнетания в трубку дополнительного количества жидкости для увеличения сечения электропроводящего канала. При повьш1ении внутреннего давления трубка эластично растягивается в радиальном направлении, гго приводит к увеличению ее сечения. Нагревательный элемент предназначен для обогрева одежды водолазов при использовании химического источника тока напряжением до 24 BC2J Недостатком известного нагревателя является случайное отключение его при перегибе трубки н разрьюе 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 нагреватейе, содержащем полую эластичную электроизоляционную трубку, заполненную, электропроводной жидкостью и закрытой с обоих концов электродакт-заглущками, вдоль оси трубки проложен ограничитель перегибов, контактирующий с внутренней поверхностью трубки, выполненный из электроИЗОЛЯЩ1ОННОГО упругого материала в виде жгута из не менее чем трех стержней, примыкающих друг к другу по всей длине. Причем при использовании в качебтве электропроводной жидкости жидкого металла или легкоплавкого сплава, ограничитель перегибов выполнен из материалов химически инертных и физически нейтральных к ней. При этом п|ж использовании в качестве электропроводной жидкости электролитов ограничитель выполнен из гидратцеллюлозных непрерьшных 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-ог- раничителями перегибов, продольный разрез. Электрический нагреватель состоит из зластичной изоляционной трубки 1, внутри которой помещена электропроводная жидкость 2, с концов закрытая злектродами-заглущками 3. Внутри полости трубки размещен ограничитель перегибов 4, выполненный из не менее чем трех упругих стержней-волокон 5. Так как требуется предотвратить сминание эластичной трубки, трубка должна иметь виутреннюю 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 токопроводтдей жидкостью 2, в которой вьщеляется тепло при прохбжденки электрического тока. Изгибы трубки и стержней практически не изменяют сечения жидкостного канала и не влияют сопротивление нагревателя и его мощность. Вместе с тем возможно увеличение мощности нагревателя путем закачивания внутрь трубки дополнительного количества жидкости для увеличения площади сечения жидкостного канала. В этом случае при перегибе трубки мощность нагревателя уменьшается до исходной.. Стержни.5 м61ут быть выполнены из инерт ногр нлй 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 вы зывать ни химических изменений в стержнях, ни физического изменения их .формы. Такой жидкостью мбжет быть ртуть, сплавы Гутри, Вуда и т.п. При использовании же в качестве электропроводной жидкости злектролитов возможна эксплуатация нагревателя, когда жгyt-oгpaш чи тель перегибов приобретает кажущуюся злектр проводиость ввиду впитывания электролита и набухания. Так, например, в качестве электропроводной жидкости может быть использован водный раствор хлористого натрия, жг)Т-ограничитель I может быть изготовлен из пщратцеллюлозного волокна. После заполнения трубки 1 гндрат-целлюлозными волокнами 5 вся электропроводная жидкость 2 может впитаться в волокна 5 (гидратцеллюлоза может впитывать до 300 % раствора) и нагреватель становится как бы сухим. Набухшие гидратцеллюлозные волокна имеют более высокое электрическое сопротивление, чем жидкий электролит. Однак надежность работы нагревателя в этом случае значительно возрастает ввиду полного исключе ния влияюш перегибов. Нагреватель подобного типа может быть изготовлен путем покрытия слоем электроизоляции предварительно пропитанного электроАитом жгута из тидратцейлюлоэных волокон. Пример 1. Для проведения сравни тельных испытаний выбирают два отрезка тонкостенной полой трубки из 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 нагре ватель предлагаемой конструкции - вводят в полость трубки три цилиндрических полипропиленовых стержня диаметром 1,5 мм каждый Оставщийся объем внутри трубки заполняют ртутью и вставляют электроды-заглушки Эпек Чрическое сопротивление 1 м нагревателя в свободном состоянии составляет 0,14 Ом, мот иость 100 Вт, напряжение 12 В. Оба нагревателя подвергают перегибу на 90 и 180°. При перегибе на 90 ° известный нагреватель увеличил свое сопротивление до 1600 Ом, а после перегиба на 180 произошло полноег электрическое размьжание. Предлагаемый нагреватель при изгибе на 90 электрическое сопротивление не изменил, а после перегнба на 180° сопротивление возросло на 16 %. Последнее изменение можно объяснить тем, что зластичная полипропиленовая трубка вдавилась в зазор между нижними 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. . ri р и м е р 2. Исходный крученый из восьми гидратцеллюлознь1х волокон, 45-й жгут в тетение 3 ч пропитывают при нормальной температуре в водном растворе поваренной соли. Пропитанный жгут, вес которого увеличился на 280 %, втягивают внутрь полой полипропиленовой трубки. Толщина .стенки трубки составляет 0,2 мм. С одного конца tpy6KH вставляют электрод-заглушку, погружают трубку в раствор соли, несколько раз изгибают для 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 сопротивления 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 1 ратцеллюлозным жгутом, позволяет считать более простым и надежным последний вариает. Использование в качестве ограничителя nept гибов набухающего гидратцеллюлозного жгута, а в качестве жидкости - раствора хлористого натрия в воде позволяет изготавливать наиболее безопасный и дешевый нагреватель, не изменяющий характеристик при любых перегибах. К недостаткам варианта следует отнести повьщ1енное электрическое сопротивление н1аг() нательного элемента и необходимость тщатель ной герметизации внутренней полости трубки j с целью предотвращения испарения воды. Свойствами воды, служащей растворителем, ог раничен температурный диапазон эксплуатации нагревателя (100-120 С). Преимуществами варианта нагревателя с гибкими инертными i стержнями-ограйичителями Являются более низкое зяектрическое сопротивление, возможность использования жидких металлов в качестве токопроводящей жидкости и, как следствие, расширенный диапазои рабочих температур. Диапазон рабочих температур предлагаемого нагревателя ограничен двумя факторами - теп лостойкостью материала внешней эластичной трубкн и ограничителя перегибов, а также допустимой температурой, нагрева токопроводящей жидкости. Ограничения первого рода составляют для трубок и стержней из фторопласта до 200-250 С, для пластиката ИТ-105 полиэтилена, полипропилена 70-105 ° С. При использовании в качестве токопроводя щей жидкости металлов верхняя допустимая температура ее на1;рева ограшпена температурой кипения металла или наиболее легко кипящего компонента (для сплавов). При использовашн в качестве токопроводящей жидкости водных растворов солей верхней допусгамой температурой нагрева является температура кипения раствора (для хлористого натрия может составлять 100-120° С). Ввиду того, что теплостойкость нагревателя практически ограничена: теплостойкостью эластичной трубки, оптимальньпм диапазономрабочих температу|р для нагревателей всех 1вариантов являются температуры 70-100 С. Практически предлагаемый нагреватель может быть использован в приборах мягкой теплоты - электрогрелках, поясах, одеялах, ковриках и т.п., без существенного изменения выпускаемой промышленностью проЛ1укцин. Кроме того, нагреватель, после размещения его в стеклопластиковых или других жестких пластинах, может быть использован для обогре ва животноводческих помещений, полов, обогрева почвы в теплицах и т.д., т.е. для тех целей, где применение электроиагрева сдерживалось высокой стоимостью электронагревательных приборов или ограниченностью их выпуска. Техккческая характеристика предлагаемого нагревателя йе 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 сечеииЯ жидкостного канала и не влияют на сопротивление нагревателя и его мощность, замена толстостенных трубок большого диаметра иа тонкостенные трубкн уменьшенного диаметра позволяет снизить толщину нагревателя и повысить его эластичность и применение ограничнтелей перегибов исключает возможность излома корпуса трубки нагревателя и повышает тем самым его надежность. По сравнению с эксплуатируемыми в промьшшеиности гибкими нагревателями на основе Углеродйого волокна в предлагаемом нагревЗтеле заменяется дорогостоящее углеродное волокно на дещевое пщратцеллюлозное волокно н повьпиается безопасность нагревателя, так как при обрыве углеродного волокна образуется электрическая дуга, при обрыве же трубки, заполненной ограничителями перегибов и электролитом, последний вытекает и без joTTi размыкает электрическую цепь. При использовании набухшего в электролите гидратцеллюлозного волокна разгерметизация трубки приводит к высыханию электролита, резкому увеличению злектрического сопротив- ления нагревательного злемента до полной не злектропроводнйсти, что также не сопровождается образованием дуги. С учетом разницы в стоимости 1 м нагревательного провода ш основе углеродного во-; локна и нагревательного провода на основе пропитанной злектролитом гядратцеллюлозной нити экономический эффект от использования изобретения ««ожет составить 200-230 тыс.руб. при выпуске 2400 км.пог. иагревателя.

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