НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Область применения
Полезная модель относится к нагревательным устройствам, выполненным в виде нагревательной секции, включающей нагревательный кабель с резистивными жилами. Техническое решение может быть применено в антиобледенительных системах.
Уровень техники
Антиобледенительные системы предназначены для предотвращения образования наледи и удаления снега на открытых площадках - дорогах, пандусах, тротуарах, лестницах, въездах в гаражи, спортивных площадках и футбольных полях. Данные системы позволяют защитить окружающую среду от воздействия вредных химических веществ, используемых против обледенения и эффективно бороться с обледенением.
Основным элементом системы электрического обогрева для уличных площадок под открытым небом является секция с резистивным греющим кабелем, мощность которой регулируется автоматикой. Нагревательные кабели равномерно укладывают на обогреваемых площадях непосредственно в цементно-песчаный раствор, слой плиточного клея или бетон, которые закрыты сверху отделочным покрытием - тротуарной плиткой, брусчаткой, асфальтом или гранитом.
Поэтому нагревательное устройство должно быть устойчиво к механической нагрузке, иметь коррозионную стойкость, герметичность и повышенную надежность, при сохранении достаточной гибкости для эффективного обогрева.
Из уровня техники известно множество нагревательных устройств, выполненных на основе резистивных кабелей.
Так известна нагревательная кабельная секция, состоящая из двухжильного нагревательного кабеля, подключенного к источнику питания через соединительную муфту [US 3657513 A, опубл. 18.04.1972].
Известно нагревательное устройство в виде одножильной нагревательной секции, состоящей из нагревательного кабеля, покрытого металлической оболочкой, концы которого соединены с концами кабеля питания при помощи соединительных муфт. [US 7230214 B2, опуб. 12.06.2007].
Недостатком известных нагревательных секций является недостаточная надежность и эффективность обогрева.
Из уровня техники известна секция нагревательная кабельная, состоящая из нагревательного кабеля, оснащенного с одной стороны соединительной муфтой и кабелем питания, а с другой - концевой муфтой. Нагревательный кабель выполнен плоским и содержит две параллельно расположенные резистивные жилы [RU 193726 U1, опубл. 12.11.2019]. Данное техническое решение принято за прототип.
Недостатком известного технического решения является малая гибкость, из-за того, что кабель выполнен плоским, а также низкая устойчивость к высокой механической нагрузке из-за отсутствия внешней защитной оболочки. Отмеченные недостатки не позволяют использовать известное техническое устройство в антиобледенительных системах, так как в случае нарушения целостности нагревательного кабеля, потребуется дорогостоящий демонтаж, например, тротуарный плитки и замена кабеля.
Раскрытие сущности технического решения
Задачей заявленного технического решения является создание нагревательного устройства на основе резистивного нагревательного кабеля, обладающего высокими эксплуатационными свойствами.
Технический результат заключается в повышении эффективности использования нагревательного устройства в антиобледенительных системах благодаря повышенной устойчивости к механическим нагрузкам при сохранении высокой гибкости.
Заявленный технический результат достигается за счет использования следующей совокупности существенных признаков, а именно: нагревательное устройство, состоящее из нагревательного кабеля, оснащенного с одной стороны соединительной муфтой и кабелем питания, а с другой - концевой муфтой, согласно полезной модели, нагревательный кабель содержит две нагревательные жилы, изолированные друг от друга, скрученные межу собой, заключенные в общую оплетку и оболочку, покрытую внешней защитной оболочкой и соединенные на дистальном конце концевой муфтой.
В частных случаях выполнения нагревательного устройства, кабель питания может быть покрыт защитной оболочкой. Защитная оболочка может быть выполнена в виде оплетки из стальных проволок. Защитная оболочка может быть выполнена в виде навива металлической ленты из нержавеющей или оцинкованной стали. Защитная оболочка может быть выполнена двухслойной, внутренний слой в виде оплетки из стальных проволок, внешний слой из навива стальной ленты. Нагревательные жилы могут быть выполнены из сплава сопротивления, в частности из медно-никелевого сплава, латуни или меди. Электрическая изоляция каждой нагревательной жилы может быть выполнена из фторполимера. Диаметр питающего кабеля может быть больше диаметра нагревательного кабеля. Оплетка может быть выполнена из медных никелированных или медных луженых проволок. Оплетка может являться заземляющим проводником. Оболочка может быть выполнена из фторполимера. Соединительная муфта может содержать, по крайне мере, одну термоусадочную трубку. Концевая муфта может содержать, по крайне мере, один термоусадочный колпачок. Кабель питания может содержать жилы однофазной системы питания.
Графические материалы, поясняющие сущность полезной модели
Представлены графические материалы, поясняющие сущность заявленного технического решения, где на:
Фиг. 1 – общий вид нагревательного устройства;
Фиг. 2а – общий вид нагревательного кабеля с защитной оболочкой в виде оплетки из стальных проволок;
Фиг. 2б – поперечный разрез нагревательного кабеля с защитной оболочкой в виде оплетки из стальных проволок;
Фиг. 3а - общий вид нагревательного кабеля с защитной оболочкой в виде навива металлической ленты;
Фиг. 3б - поперечный разрез нагревательного кабеля с защитной оболочкой в виде навива металлической ленты;
Фиг. 4а - общий вид нагревательного кабеля с двухслойной защитной оболочкой;
Фиг. 4б - поперечный разрез нагревательного кабеля с двухслойной защитной оболочкой.
Все обозначения на фигурах идентичны.
Осуществление технического решения
Нагревательный кабель является основным элементом в системах, препятствующих обледенению. Особенностью резистивного кабеля является фиксированная удельная мощность, зависящая от длины кабеля, подаваемого напряжения и удельного сопротивления сплава, из которого выполнена нагревательная жила. От надежности соединения кабеля питания с нагревательным, а также конструктивных особенностей нагревательного кабеля и материалов, из которых он выполнен, зависит эффективность нагревательного устройства, используемого в антиобледенительных системах.
Нагревательное устройство состоит из протяженного тепловыделяющего элемента на основе резистивного нагревательного кабеля 1, один конец которого соединен с кабелем питания 2 при помощи соединительной муфты 3, а другой конец, оснащен концевой муфтой 4.
Соединительная муфта 3 электрически и механически соединяет кабель питания 2 с нагревательным кабелем 1. Каждая нагревательная жила 5 соединяется с токопроводящей жилой кабеля питания, например, с помощью обжимаемой медной трубки, а место соединения покрыто термоусадочной трубкой.
Концевая муфта 4 электрически соединяет жилы 5 нагревательного кабеля на дистальном конце, место соединения покрывается термоусадочным колпачком.
Соединительная и концевая муфты обеспечивают надежное, герметичное и электробезопасное соединение нагревательного кабеля с кабелем питания и жил нагревательного кабеля.
Кабель питания 2 обеспечивает подключение нагревательного устройства к шкафу управления непосредственно или через монтажную коробку. Шкафы управления предназначены для электропитания и реализации функций управления системой обогрева. А двухжильная конструкция нагревательного кабеля 1 позволяет подавать питание с одного конца секции, что упрощает ее раскладку на обогреваемой поверхности и подключение.
Для повышения надежности нагревательного устройства, например, при обогреве площадок во взрывозащищенных зонах, кабель питания 2 может быть покрыт защитной оболочкой, полностью аналогичной защитной оболочке нагревательного кабеля 1.
На фиг. 2-4 представлен нагревательный кабель 1, состоящий из двух нагревательных жил 5, каждая из которых покрыта изоляцией 6. Изолированные жилы 5 заключены в общую оплетку 7 и оболочку 8, которая покрыта внешней защитной оболочкой повышенной механической прочности.
Источником нагрева являются две нагревательные жилы 5. Для обеспечения заданной степени нагрева, каждая нагревательная жила выполнена из сплава высокого сопротивления с нормированным удельным сопротивлением, что обеспечивает стабильное выделение заданной мощности. Наиболее эффективны нагревательные жилы из медно-никелевого сплава, латуни или меди.
Изолированные нагревательные жилы 5 скручены между собой для повышения гибкости нагревательного кабеля 1, что позволяет уменьшить радиус изгиба и соответственно уменьшить шаг укладки секции при ее монтаже. Это в свою очередь увеличивает эффективность обогрева. Также скручивание нагревательных жил позволяет снизить электромагнитное излучение кабеля.
Оплетка 7, выполненная из медных или медных никелированных, или медных луженых проволок, является заземляющим и экранирующим проводником. И обеспечивает электробезопасность при эксплуатации нагревательного устройства, в случае повреждения нагревательного кабеля.
Изоляция 6 жил и оболочка 8 кабеля выполнены из фторполимера. Данный материал обладает высокой теплостойкостью (до +200°С), имеет очень высокую электрическую прочность и сопротивление, а также высокую механическую прочность.
Для обеспечения высокой механической прочности, защиты при монтаже, а также стойкости к перегревам кабель 1 покрыт внешней защитной оболочкой. Которая может быть выполнена в виде оплетки 9 из стальных проволок. Может быть выполнена в виде навива металлической ленты 10 из нержавеющей или оцинкованной стали. А для повышенной защиты кабеля, защитная оболочка может быть выполнена двухслойной, внутренний слой в виде оплетки 9 из стальных проволок, внешний слой из навива стальной ленты 10. За счет достижения высокой механической прочности нагревательного кабеля обеспечивается эффективность нагревательного устройства, используемого в антиобледенительных системах, так как повышается его устойчивость к механическим нагрузкам.
Таким образом, предложенная конструкция нагревательного устройства повышает эффективность использования его в антиобледенительных системах, благодаря повышенной устойчивости к механическим нагрузкам при сохранении высокой гибкости, а также достигается расширение арсенала нагревательных устройств с высокими эксплуатационными свойствами.
Пример реализации нагревательного устройства
Для электрообогрева открытой площади, подверженной большим механическим нагрузкам, применяют нагревательное устройство в виде нагревательной секции с требуемой линейной мощностью 50 Вт/м.
Нагревательная секция состоит из нагревательного кабеля фиксированной длины 27 м, один конец которого соединен с кабелем питания при помощи соединительной муфты, а другой конец, оснащен концевой муфтой. Кабель питания содержит токопроводящие жилы для подключения к однофазной системе питания с напряжением 220 В. При этом общая мощность устройства составляет 1350 Вт.
Нагревательный кабель, содержит две нагревательные жилы из латуни, каждая из которых покрыта изоляцией из фторполимера, скрученные межу собой. Жилы заключены в общую оплетку из медных никелированных проволок и оболочку из фторполимера. Которая покрыта защитной оболочкой в виде оплетки из стальных проволок. Данное устройство эффективно используется в антиобледенительных системах за счет эффективного тепловыделения, высокой механической прочности и гибкости.