ГИБКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭТОГО ЭЛЕМЕНТА

Заявляемое техническое решение относится к области резистивного нагрева и может быть использовано для нагрева поверхностей сидения, одежды человека и т.п.
Известен нагревательный элемент по авторскому свидетельству 333724 из кремнеземной стеклоткани, насыщенной пироуглеродом. К недостаткам следует отнести: 1) при одинаковом по площади удельного сопротивления равномерность нагрева заметно снижается при увеличении поверхности нагревательного элемента; 2) объемные поверхности нагрева могут быть выполнены с учетом величины упругости стеклоткани, например, по форме, имеющей плоскую развертку: цилиндр, конус.
Известен электронагреватель по авторскому свидетельству 423261. В нем нагревательный элемент расположен на плоской поверхности теплообмена и имеет вид плоских лент из стальной фольги, попарно зашунтированных медной фольгой. Благодаря шунтам, снижается общее сопротивление ленточного нагревательного элемента, но в целом неравномерность нагрева поверхности сохраняется.
Наиболее близким заявляемой полезной модели по совокупности существенных признаков является гибкий нагревательный элемент по патенту РФ 2016496. Известный нагревательный элемент выполнен плетением из углеродного жгута. При натяжении такого жгута его длина увеличивается на 10% и уменьшается сопротивление в 3-4 раза.
Такой объемный нагревательный элемент может иметь заданные параметры в стационарных условиях. При динамических нагрузках (колебания, тряска) плетенный нагревательный элемент будет менять свою мощность и температуру нагрева бесконтрольно.
Известна жесткая электрообогревательная панель по патенту СССР
1836810, содержащая две жесткие металлические накладки, слои электроизоляции и ленточный нагревательный элемент между ними, уложенный зигзагообразно. При этом клеммники имеют увеличенную по сравнению с ленточным нагревателем толщину. Увеличенный размер имеют электропроводящие площадки для крепления клеммников, что снижает термическое воздействие на клеммное соединение.
Металлический ленточный нагревательный элемент, который может быть использован только на плоской поверхности, усложняет конструкцию и технологию изготовления панели. Нагревательный элемент получают вырубкой из листового материала, что, как правило, сопровождается отходами металла. Панель предполагает использование регулятора температуры разогрева ленточных проводников.
Техническая задача заявляемой полезной модели состоит в том, чтобы
1) упростить технологию изготовления средства обогрева с использованием углеродного материала;
2) решить задачу обеспечения заданной мощности нагревательного элемента и температуры нагрева в пределах 40-50 град.С;
3) снизить использование вспомогательных материалов типа шунтов, материалов токоподвода и прочих, и тем самым снизить себестоимость нагревательных поверхностей, например, встроенных в сидения автомобилей.
Поставленная техническая задача решена заявляемыми полезными моделями.
Заявляется гибкий нагревательный элемент, включающий углеродные нити, отличающийся тем, что от выполнен в виде пучка углеродных нитей, размещенных в гибкой электроизоляционной трубке, а оба открытых конца пучка закреплены в трубчатом контакте и электрически соединены с одним токоподводом, а второй токоподвод соединен с трубчатым контактом, находящимся в середине пучка.
Заявляется нагревательная поверхность, содержащая слои
электроизоляции и нагревательный элемент, снабженный термореле, отличающаяся тем, что электроизоляционный слой выполнен в виде поролона с самоклеящейся поверхностью, на которой уложен нагревательный элемент по п.1 так, чтобы промежутки между частями гибкой электроизоляционной трубки с углеродными нитями внутри нее были не менее 2-3 см, а термореле выполнено с индивидуальным электроподогревом и установлено вне нагревательной поверхности последовательно источнику питания.
Гибкий нагревательный элемент и нагревательная поверхность для автомобильного сидения показана на фигурах 1 и 2 соответственно.
Пучок 1 из восьми углеродных нитей марки УВИС (ТУ 1916-001-18070049-97) с линейной плотностью 400 текс и линейным сопротивлением 125 Ом/м продет через гибкую электроизоляционную трубку 2 (марка ТКР, ТУ 2541-001-48423543-99). Трубка 2 защищает нити от механических повреждений и облегчает процесс укладки нитей на изделии. Открытые концы нитей закреплены в медном трубчатом контакте 3 и электрически соединены с первым токоподводом 4. Середина пучка, свободная (очищенная) от изоляционной трубки, электрически соединена с вторым трубчатым контактом 5 и вторым токоподводом 6. Таким образом между токоподводами находятся две части электропроводных нитей, имеющих примерно равное электрическое сопротивление и подключенных к источнику питания параллельно.
Нагревательная поверхность включает гибкое непроводящее основание 7 из поролона толщиной 3-4 мм (материал самоклеящийся ПРОЛИН, ТУ 2254-013-48214265-2002) имеет форму, приближенную к форме спинки сидения. На его самоклеящейся поверхности уложен гибкий нагревательный элемент в виде пучка углеродных нитей внутри изоляционной трубки 2. Также возможно использование нагревательного элемента 1 без трубки 2. Форма укладки нагревательного элемента произвольная, но без пересечений во избежание локального усиленного
тепловыделения. При большой плотности укладки расстояние между отдельными отрезками шнура составляет 2-3 см. Плотность и форма укладки зависят от теплопроводности материалов, прилегающих к греющей поверхности, от размеров этой поверхности, от достигаемой температуры нагрева. Второй слой 8 поролона играет роль средства, позволяющего повысить прочность и надежность изделия, его электробезопасность, а также влиять на общую температуру нагрева. Вне нагревательной поверхности последовательно источнику питания установлено термореле 9 с индивидуальным электроподогревом, например, в виде спирали вокруг корпуса термореле. Параметры спирали подбираются таким образом, чтобы тепловой режим отключения термореле соответствовал максимальной температуре нагревательной поверхности.
Нагрев осуществляется подключением к источнику постоянного или переменного тока напряжением 12-36 V. Нити, скрепленные указанным образом, одинаково разогреваются. В пучке нитей, в отличие от плетенных жгутов и шнуров, практически не наблюдается перераспределение тока в случае перевива нитей в пучке, что обеспечивает стабильное тепловыделение отдельной нити и нагревательного элемента в целом. На трубчатых контактах практически отсутствует электроразогрев, наблюдается только нагрев ввиду высокой теплопроводности. По сравнению с техническими решениями, где два токоподвода соединены с концами греющего элемента, в предложенном при такой же длине греющего элемента эффективность нагрева возрастает более, чем в 2 раза. Такой нагреватель позволяет не только снизить расходы материалов и упростить технологию изготовления, но также создает возможность саморегулирования температуры нагрева. Это связано с тем, что при изготовлении нагревательного элемента из пучка нитей, как заявлено, возможно задать температуру нагрева и подобрать структуру пучка нитей, при которой баланс нагрева и естественного отвода тепла будет достигнут,
например, при температуре 40-50 град.С. При использовании жгутов и шнуров из электропроводящих нитей нагрев осуществляется до более высоких температур, что требует обязательного использования термореле для управления процессом нагрева. Следуя правилам безопасности для электрогреющих приборов, в заявляемой полезной модели предусмотрено термореле для целей избежания аварийных режимов, а не для создания периодического режима нагрева.