Гибкий электронагреватель

СОЮЗ СОВЕТСНИХСВИЛЮ 1 НЕСНИКРЕСПУБЛИК 3 а) Н 05 В 3/3 исследовий институ тельскии н злектроуяеедру 8 78548,и.анинНАГРЕВАТЕЛЬо электроизоннув электрос обоихотляча- овышения ами) в и УДАРЬтвенный комитет сссрДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫПФ ИСАНИЕ ИВТОРСНОМУ СВИДВТЕПЬС(56) 1. Патент Велнкобриткл. Н 5 Н, 1977.2. Патент Великобриткл. Н 05 В 3/60, 1970.(54) (57) 1. ГИБКИЙ ЭЛЕКТРОсодержащий трубку из элаатичяогляционного материала, заполнепроводной жидкосвю и закрытуюконцов электродами.заглушкв щ и й с я тем, что, с цель.,801056477 . А НИЙф "г надежности электронагревателя, вдола оси трубки проложен ограничитав перегибов, кон . тактирувщяй с внутренней поверхиостъв труб. кн, выполненный из электроиэоляционного упругого материала в виде жгута иэ не ме чем трех стержней, примыкавших друг к ,гу по всей длине.2. Электронагреватель по п. 1, о т л ич а в щ я й с. я тем, что при использовании в качестве электропроводной жидкостя 1 жидкого металла или легкоплавкого сплава, огра. ничнтель перегибов выполнен из материалов химически инертных я физически нейтревных к ней.3. Электронагревателв по и. 1, о т л ч а ю щ я,й с я тем, что при ясполвзов в качестве электропроводной жидкости электролитов ограничитель выполнея из гидратцеллв лозных непрерывных волокон.1056477 2Изобретение относится к электротехнике,касается конструкции низкохемпературногоэлектрического нагревателя, и может быть ис.польэовано при изготовлении гибких нагрева.тельных приборов мягкой теплоты".Известен злектронагреватель, состожций из .заполненного водой корпуса, расположенныхвнутри корпуса и соединенных Ьо схеме тре.угольника трех равноудаленных электродовЭлектроды соединены с соответствующими фа-зами источника тока и выполнены свозможностью перемещении относительнодруг друга для регулирования силы тока, про.текающего через воду лри работе водонагре.вателя. Электроды могут быть изготовленыв виде плоских пластин,а их перемещениеможет осуществляться автоматически С 1Недостатками такого нагревателя являютсянеобходимость использования высокого напря.жения дпя нагрева воды, сложность конструк.:ции и жесткость формы нагревателя.Наиболее близким к изобретению по тех.нической сущности является электронагревахель, содержащий гибкую водонепроницаемуютрубку из эластичного изоляционного материала, заполненную проводящей, не разлагающейсяпри прохождейии тока, жидкостью, По концамтрубки в контакте с жидкостью установленыэлектроды-заглушки, с помощью которых элемент подключают к источнику тока. В работенагревахельный элемент вьщеляет тепло засчет нагрева током электропроводной жидко./сти. В качестве злектропроводной жидкостирекомендована ртуть или электролиты,Характерной особенностью этого нагревате.1,ля является использование в качестве корпуса 35толстостенной трубки с небольшим осевым от.верстием, Наружный диаметр трубки составляет 3-4 мм, а диаметр внутреннего кана.ла 0,5 - 1 ммТакое соотношение диаметровобусловлено необходимостью предотвращения 40разрыва электрической цепи при перегибахтрубки; В варианте исполнения нагревательно.го элемента предусмотрена воэможность регулирования сопротивления путем нагнетания втрубку дополнительного количества жидкости 45для увеличения сечения электропроводящегоканала. При повышении внутреннего давлениятрубка эластично растягивается в радиальномнаправлении, что приводит к увеличению еесечения. 50 55 Нагревательный элемент предназначен для обогрева одежды водолазов при использова- . нии химического источника тока напряжением до 24 В Г 23Недостатком известного нагревателя явля. ется. случайное отклюление его при перегибе трубки и разрыве жидкого токопроводящего канала. Увеличение же толщины стенки труб. ки, особенно для нагревателей увеличенногосечения приводит к снижению эластичности эле.мента и увеличению его габаритов, что нежелательно, В условиях постоянных изгибов такойнагреватель не обеспечивает надежного нагрева.Цель изобретения - повышение надежностинагревателя,Поставленная цель достигается тем, что вгибком электрическом нагревателе, содержащем1 О полую эластичную электроизоляционную трубку,заполненную. электропроводной жидкостью изакрытой с обоих концов электродамизаглушками, вдоль оси трубки проложен ограничи.тель перегибов, контактирующий с внутренней15 поверхностью трубки, выполненный иэ электроизоляционного упругого материала в виде жгута иэ не менее чем трех стержней, примыкающих друг к другу по всей длине.Причем при использовании в качеСтве электропроводной жидкости жидкого металла или легкоплавкого сплава, ограничитель перегибоввыполнен из материалов химически инертныхи физически нейтральных к ней. При этом при использовании в качестве злектропроводной жидкости электролитов ограничитель выполнен из гидратцеллюлозныхс непрерывных 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-ограничителями перегибов, продольный разрез,Электрический нагреватель состоит из эластичной изоляционной трубки 1, внутри кото- рой помещена электропроводная жидкость 2, с концов закрытая электродами-заглушками 3. Внутри полости трубки размещен ограничитель перегибов 4, выполненный иэ не менее чем трех упругих стержней. волокон 5.Так как требуется предотвратить сминание эластичной хрубки, трубка должна иметь внутреннюю 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 токопроводящей жидкостью 2, в которой вьщеляется тепло при прохбждении электрического тока. Изгибы трубки и стержней практически не изменяют3 1056 сечения жидкостного канала и не влияют цасопротивление нагревателя и его мощность.Вместе с тем возможно увеличение мощностинагревателя путем закачивания внутрь трубкидополнительного количества жидкости дпяувеличения площади сечения жидкостного канала, В этом случае при перегибе трубкимощность нагревателя уменьшается до исходной,Стержни 5 моГут быль выполнены из инертного йли активного материала. В первом случае целесообразно .применять стержни из мате-риала, аналогичного материалу наружной труб.ки, волокна из стекла, полиакрилонитрила.Электропроводная жидкость по отношению кним должна быть инертной, т.е, не должна вызывать ни химических изменений в стержнях,ни физического изменения их.формы. Такойжидкостью может быль ртуть, сплавы Гутри,Вуда и т.п.При использовании же в качестве электро.проводной жидкости электролитов возможнаэксплуатация нагревателя, когда жгут-ограничитель перегибов приобретает кажущуюся электропроводность ввиду впитывания электролита инабухания, .Так, например, в качестве электропроводной жидкости может быть использован водныйраствор хлористого. натрия, жгут-ограничительможет быть изготовлен из гищатцеллюлозноговолокна, После заполнения трубки 1 гидрат.".30целлюлоэными волокнами 5 вся электропроводиая жидкость 2 может впитаться в волокна 5 (гидратцеллюлоза может впитыватьдо 300 % раствора) и нагреватель становитсякак бы сухим. Набухпще гидратцеллюлозныеволокна имеют более высокое электрическоесопротивление, чем жидкий электролит. Однаконадежность работы нагревателя в этом случаезначительно возрастает ввиду полного исключения влияния перегибов,40Нагреватель подобного типа может быпизготовлен путем покрытия слоем электрои золяции предварительно пропитанного электролитом жгута из гидратцейлюлозных волокон;П р и м е р 1, Для проведения сравни- . 45тельных испытаний выбирают два отрезка тои.костенной полой трубки иэ полипропилена,Наружный диаметр трубки составляет 4 мм,внутренний - 3,5 мм. На базе одного отрезкатрубки готовят нагреватель в соответствии сизвестным. Электрическое сопротивление 1 мнаполненной ртутью трубки составляет 0,07 Ом.На базе второго отрезка трубки готовят нагреватель предлагаемой конструкции - вводят вполость трубки три цилиндрических полипро- Ипиленовых стержня диаметром 1,5 мм каждый.Оставшийся объем внутри трубки заполняютртутью н вставляют электроды-заглушки Элек 477 4чрическое сопротивление 1 м нагревателя всвободном состоянии составляет 0,14 Ом, мошность 100 Вт, напряжение 12 В.Оба нагревателя подвергают перегибу иа 90и 80 о, При перегибе на 90 о известный нагреватель увеличил свое сопротивлениедо 1600 Ом, а после перегиба на 180 прои.зошпо полное электрическое размыкание.Предлагаемый нагреватель при изгибе на90 электрическое сопротивление не изменил,оа после перегиба на 180 о сопротивление возросло на 16 %. Последнее изменение можнообъяснить тем, что эластичная полипропиленовая трубка вдавилась в зазор между нижнймистержнями. При испытании нагревателей, заполненных стекловолокном, во время изгибовэлектрическое сопротивление не изменилось.Введение в трубку жгута из менее трехстержней не обеспечивает сопротивляемостьтрубки к перегибам в связи с неполным за.полнением канала,фП р и м е р 2. Исходный крученый иэвосьми гидратцеллюлозных волокон, 45.й,жгут в течение 3 ч пропитывают при нормальной температуре в водном растворе поварен.ной соли. Пропитанный жгут, вес которогоувеличился на 280 %, втягивают внутрь полойполипропиленовой трубки, Толщина стенкитрубки составляет 0,2 мм, С одного концатрубки вставляют электрод-заглушку, погружают трубку в раствор соли, несколько разизгибают дпя удаления воздуха и вставляютвторой электрод, Исходное электрическое сопротивление составляет 1300 Ом/м, мощность 170 - 180 Вт, напряжение 220 В. Приизгибах на 90 и 180 изменений сопротивлеиия не наблюдается.В электрических нагревателях предлагаемой конструкции исключается размыкание нагревателя при перегибах.Сравнение вариантов предлагаемого гибкого электрического нагревателя - конструкциис инертными по отношению к токопроводящей .жидкости ограничителями перегибов и конструкции с набухающим в электропроводномрастворе соли волокнистым Гтшратцеллюлозным жгутом, позволяет считать более простыми надежным последний вариант.Использование в качестве ограничителя пергибов набухающего гидратцеллюлозного жгута,а в качестве жидкости - раствора хлористогонатрия в воде позволяет изготавливать наиболее безопасный и дешевый нагреватель, не из.меняющий характеристик при любых перегибах.К недостаткам варианта следует отнестиповышенное электрическое сопротивление наг 1вательного элемента н необходимость тщательной герметизации внутренней полости трубки,1056477с целью предотвращения испарения воды. Свойствами воды, служащей растворителем, ограничен температурный диапазон эксплуатации нагревателя (100 - 120 С).Преимуществами варианта нагревателя с 5 гибкими инертными 1 стержнями-ограйичителямн являются более низкое электрическое сопротивление, возможность использования жидких металлов в качестве токопроводящей жидкости и, как следствие, расширеннын диа назон рабочих температур.Диапазон рабочих температур предлагаемого нагревателя ограничен двумя факторами - теплостойкостью материала внешней эластичной трубки и .ограничителя перегибов, а также до пустимой температурой. нагрева токопроводя. щей жидкости. Ограничения первого рода со. ставляют для трубок и стержней из фторонласта до 200 - 250 С, для пластиката П, полиэтилена, полипропилена 70 - 105 С. 20При использовании в качестве токопроводящей жидкости металлов верхняя допустимая температура ее нат,рева ограничена температурой кипения металла или наиболее легко кипящего компонента (для сплавов). При исполь зованин в каиестве токопроводящей жидкости водных растворов солей верхней допустимой эемпературой нагрева является температура кипения раствора (для хлористого натрия мо жет составлять 100 - 120 С).ЗОВвиду того, что теплостойкость нагревателя практически ограничена теплостойкостью эластичной трубки, оптимальным диапазоном ра бочнх температур для нагревателей всех вариантов являются температуры 70-100 о С.Практически предлагаемьщ нагреватель мо 35 жет быть использован в приборах "мягкой теплоты" - электрогрелках, поясах, одеялах, ковриках и т.п., без существенного изменения выпускаемой нромыпшенностью продукции, 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 электронагрева сдержи 45 валось высокой стоимостью электронагрева тельных приборов или ограниченностью их выпуска,Техническая характеристика предлагаемого .нагревателя ив может быть однозначно опи.сана. Параметры нагревателя: рабочее напряжение постоянного или переменного тока12 - 220 В, мощность от нескольких ватт докиловатт диапазон температур от .30 до(0-100 ) С,По сравнению с известным в предлагаемомнагревателе изгибы трубки и ограничителейперегибов практически не изменяют сеченияжидкостного канала и не влишот на сопротивление нагревателя и его мощность, заменатолстостенных трубок большого диаметра натонкостенные трубки уменьшенного диаметрапозволяет снизить толщину нагревателя иповысить его эластичность и применение огра.ничителей перегибов исключает возможностьизлома корпуса трубки нагревателя и повышает тем самым его надежность.По сравнению с эксплуатируемыми в про.мышленности гибкими нагревателями на основе углеродного волокна в предлагаемом нагревателе заменяется дорогостоящее углерод.ное волокно на дешевое гидратцеллюлозноеволокно и повышается безопасность нагревателя, так как при обрыве углеродного волокна образуется электрическая дуга, при обрывеже трубки, заполненной ограничителями пере.гибов и электролитом, последний вытекает ибез руги размыкает электрическую цепь. Прииспользовании набухшего в электролите гит-ратцеллюлозного волокна разгерметизациятрубки приводит к высыханию электролита,резкому увеличению электрического сопротивления нагревательного элемента до полной не-злектропроводнЬсти, что также не сопровождается образованием дуги,С учетом разницы в стоимости 1 м нагревательного провода на основе углеродногово-,локна и нагревательного провода на основепропитанной электролитом гидратцеллвшоэнойнити экономический эффект от испольэова.ния изобретения может составить200-230 тыс.руб. лри. выпуске 2400 км.пот,нагревателя.1056477 Составитель А. ХТехред Ж,Кастелев таев Корректор И. Эр Редактор Н. Бобко Закаэ 9346 Подписное ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектн Э Тираж 845 ВНИИПИ Государственного комитета С по делам иэобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб