ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МАТ

Полезная модель относится к области строительства, а именно, к производству изделий из армированного бетона и железобетона в сборно-разборных формах, в частности к термоэлектрическим матам, предназначенным для прогрева бетона, бетонных конструкций, каменной кладки и т.п. с целью ускорения набора прочности строительных конструкций, ускорения оборота опалубок и интенсификации строительного производства как в зимнее, так и в летнее время.
2
Известен пакет электропрогрева вибро-термоформы для производства изделий из армированных бетонных смесей по патенту Российской Федерации №157712, кл. В28В 7/42, 2015 г, включающий мобильное основание, на поверхности которого расположены инфракрасный пленочный обогреватель (ИПО), слой теплоизоляции с наружной теплоотражающей поверхностью и защитный металлический лист (ЗМЛ). Нижняя поверхность мобильного основания разделена перегородками на несколько ячеек, а слой теплоизоляции с теплоотражающей поверхностью выполнен в виде зеркального теплоизоляционного слоя (ЗТС), при этом в указанных ячейках неподвижно закреплены нагревательные панели, каждая из которых содержит последовательно расположенные слои - защитный слой скольжения (ЗСС), ИПО, ЗТС, теплоизоляционный слой (ТИС), ЗМЛ, а также электрические провода и соединительную электрическую арматуру, ЗСС выполнен в виде полиэтиленовой пленки толщиной 200 мк. ИПО выполнен в виде инфракрасного карбонового нагревателя толщиной 200 мк мощностью 400-420 Вт/м. ЗТС выполнен в виде фольгированной алюминиевой пленки толщиной 100 мк. ТИС выполнен в виде минеральной каменной ваты или пенопласта толщиной 50 мм.
Пакет представляет собой конструкцию электропрогрева вибро-термоформы для производства изделий из армированных бетонных смесей, но система теплоизоляции малоэффективна и не обеспечивает равномерности теплоотдачи, не достаточно надежна тепло и электроизоляция.
2
Использование в качестве нагревательного элемента инфракрасного пленочного обогревателя позволяет получить мощность обогрева 400-420 вт/м и температуру обогрева максимально 62°С в течении 6-8 часов, что значительно ниже параметров предлагаемого заявителем устройства, растягивая процесс изготовления изделий в вибро-термоформе по времени, а выход из строя инфракрасного пленочного обогревателя в случае получения повреждения в момент укладки или съема пакета с формы, влечет за собой выход из строя всего пакета, снижая тем самым его надежность в работе.
Известен термоэлектрический мат по патенту Российской Федерации №165413, кл. Н05В 3/36,2016 г., содержащий послойно последовательно размещенные сверху вниз в наружном влагостойком покрытии теплоизолирующий элемент с отражающим покрытием, нагревательный элемент, соединенный с источником электрического тока, при этом термоэлектрический мат поделен на сегменты, соединенные между собой по линии сгиба, нагревательный элемент с резистивным слоем размещен на площади сегмента, каждый сегмент снабжен независимым источником электропитания, управляемым с помощью термовыключателя. Наружное покрытие выполнено из тентовой армированной ткани, нагревательный элемент выполнен в виде полотна из двух слоев плотной прозрачной пленки с герметично запаянным внутри резистивным слоем, выполненным графитовым напылением полосами, соединенными между собой медными пластинами с помощью серебряных контактов.
Однако, недостатком устройства является невысокая безопасность и надежность конструкции, не обеспечивающие равномерную теплоотдачу, надежную тепло и электроизоляцию.
Нагревательный элемент этого мата выполнен в виде полотна из двух слоев плотной прозрачной пленки с герметично запаянным внутри резистивным слоем, выполненным графитовым напылением полосами, соединенными между собой медными пластинами с помощью серебряных контактов, что представляет собой достаточно сложную и дорогую конструкцию, для реализации которой требуется сложное оборудование. При этом данная конструкция нагревательного элемента не позволяет получить достаточно высокой мощности и температуры нагрева, что приводит к увеличению времени прогрева, а выход из строя графитовых полос или серебряных контактов приводит к выходу из строя термоэлектрического мата в целом, снижая тем самым его надежность.
Известен термоэлектрический мат по патенту Российской Федерации №129744, кл. Н05В 3/36, 2013 г., принятой заявителем за прототип. Он включает электроизоляционную оболочку, теплоизоляционный слой, нагревательный слой с резистивным слоем на основе гибкой пленки, управляемый термопредохранитель. Дополнительно введен экранирующий слой, расположенный между электроизоляционной оболочкой и теплоизоляционным слоем, идентичный по размерам вышеупомянутому слою и выполненный из нетканого полотна с экранирующим углеродным составом.
Конструкция данного термоэлектрического мата подтверждает безопасность его работы, но не обеспечивает его надежности тепло и электроизоляции, не обеспечивает равномерной теплоотдачи.
Термоэлектрический мат имеет нагревательный элемент, который выполнен в виде нагревательного слоя с резистивным слоем на основе гибкой пленки, оказывающим активное сопротивление электрическому току, и дополнительно снабжен экранирующим слоем, который выполнен из нетканого полотна с экранирующим углеродным составом, что значительно удорожает изделие, требует для изготовления сложного и дорогого оборудования. Конструкция мата и нагревательного элемента не позволяет получить нагревательный элемент высокой мощности, обеспечивающей высокую температуру, необходимую для быстрого прогрева опалубки и ускоренного изготовления железобетонного изделия.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание термоэлектрического мата оптимально простой конструкции, которая обеспечивает высокую надежность его работы, благодаря гибкой конструкции, обеспечивающей надежное прилегание термоэлектрического мата к поверхности опалубки, возможности сохранять работоспособность при температуре до 150°С, а также возможности изменения параметров нагрева по объему нагреваемого изделия и возможности измерения температуры в зоне нагрева при надежной системе электроизоляции.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом решении термрэлектрический мат, содержащий защитную оболочку, выполненную в виде теплоизоляционной подложки, теплоизоляционный слой, нагревательный элемент, изолированный электроизоляционными слоями, и экранирующий слой, выполненный в виде инфракрасного теплоотражателя из алюминиевой фольги и размещенный на теплоизоляционной подложке, нагревательный элемент выполнен в виде нагревательного провода, причем в нагревательном элементе размещены, по меньшей мере, два нагревательных провода, которые соединены друг с другом параллельно и равномерно размещены по поверхности мата, образованный нагревательный элемент с двух сторон изолирован электроизоляционными слоями, один из слоев помещен между нагревательным элементом и инфракрасным теплоотражателем, а другой слой размещен сверху нагревательного элемента и выполняет роль наружного покрытия.
Кроме того, теплоизоляционная подложка выполнена из гибкого термостойкого и термоизоляционного материала.
Кроме того, каждый электроизоляционный слой выполнен из стеклоткани.
Кроме того, каждый нагревательный провод выполнен многожильным из нихромовой проволоки в виде проводящей жилы.
Кроме того, проводящая жила нагревательного провода помещена в оболочку термостойкой кремнийорганической резины.
Технический результат, получаемый от использования предлагаемой полезной модели, заключается в повышении надежности работы устройства за счет равномерной теплоотдачи и надежной тепло и электроизоляции, выполненной из материалов, имеющих высокие тепло и электроизоляционные свойства.
А также технический результат заключается в возможности изготовления нагревательного элемента любой мощности, в разы превышающей мощность известных аналогов, благодаря выбору нагревательного провода нагревательного элемента и плотности укладки витков провода, в возможности создания простого по конструкции и в изготовлении термоэлектрического мата, способного обогревать поверхности опалубки любой сложности, в том числе сферических, за счет использования простого быстропереналаживаемого оборудования.
На фиг. 1 изображен термоэлектрический мат в сборе, общий вид;
На фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1, фрагмент нагревательного элемента с нагревательными проводами;
На фиг. 3 - фрагмент проводящей жилы нагревательного провода.
Термоэлектрический мат представляет собой многослойную, но, в тоже время, мягкую и гибкую конструкцию, основанием которой является теплоизоляционная подложка 1, которая выполнена из гибкого термостойкого и термоизоляционного материала и обеспечивает теплоизоляцию термоэлектрического мата от внешних атмосферных воздействий: температуры окружающей среды и осадков. Теплоизоляционная подложка 1 слой мата, который может быть выполнен, например, из пенотерма, который обладает низкой теплопроводностью и высокой жаростойкостью. Его используют как теплоизоляционный материал для сохранения тепла внутри мата и ограничения передачи тепла наружу.
Термоэлектрический мат содержит экранирующий слой, который выполнен в виде инфракрасного теплоотражателя 2. Инфракрасный теплоотражатель 2 выполнен, например, из алюминиевой фольги, размещен на теплоизоляционной подложке 1 и закреплен к ней посредством клеящего состава на основе силикатов, например, термостойкого силикона. Применение инфракрасного теплоотражателя 2 позволяет создать направленный в сторону обогреваемой поверхности тепловой поток.
В предлагаемом термоэлектрическом мате для прогрева бетона и бетонных конструкций с целью ускорения набора прочности строительных конструкций использован нагревательный элемент 3, который выполнен в виде нагревательного провода. Причем в нагревательном элементе 3 размещены, по меньшей мере, два нагревательных провода 4 и 5, которые соединены друг с другом параллельно и равномерно распределены по поверхности мата Образованный таким образом нагревательный элемент 3 с двух сторон изолирован электроизоляционными слоями 6 и 7. Один из слоев - нижний слой 6 помещен между нагревательным элементом 3 и инфракрасным отражателем 2, а другой слой - верхний слой 7 размещен сверху нагревательного элемента 3 и выполняет роль, или функцию, наружного покрытия.
Нагревательный элемент 3 зафиксирован между электроизоляционными слоями 6 и 7 посредством клеящего состава на основе силикатов, например, термостойкого силикона, а каждый электроизоляционный слой 6 и 7 выполнен из стеклоткани, причем стеклоткань используют минимальной толщины, определенной стандартом.
Каждый нагревательный провод 4 и 5 нагревательного элемента 3 выполнен многожильным из нихромовой проволоки в виде проводящей жилы. Нихромовая проволока проводящей жилы обладает высокой жаростойкостью и удельным электрическим сопротивлением. Ее используют для изготовления нагревательных элементов электрических печей и приборов, максимальная рабочая температура которых составляет - 1200°С. Причем проводящая жила каждого нагревательного провода 4 и 5 выполнена из трех скрученных нихромовых проволок и помещена в оболочку 8 термостойкой кремнийорганической резины, которая надежно изолирует нагревательные провода 4 и 5 от короткого замыкания и предохраняет нагревательный элемент 3 от перегрева и несанкционированного расплавления.
Благодаря выбору предлагаемого нагревательного провода нагревательного элемента и плотности укладки витков провода, заявитель имеет возможность изготовления нагревательного элемента любой мощности, в разы больше мощности известных аналогов. Даже в случае обрыва одной из проволок нагревательного провода, проводящая жила сохраняет свою работоспособность и работоспособность термоэлектрического мата с прежней мощностью. Для изготовления предлагаемого мата не требуется сложного оборудования, а используемое оборудование быстропереналаживаемое.
Термоэлектрический мат работает следующим образом.
На опалубку, в которой изготавливают бетонную строительную конструкцию, укладывают предлагаемый термоэлектрический мат для ускорения набора прочности и интенсификации строительного производства. Укладывают его на опалубку верхним электроизоляционным слоем 7, выполненным из стеклоткани. Для этого выводы 9 и 10 нагревательных проводов 4 и 5 нагревательного элемента 3 подключают к источнику тока. Электрический ток, проходя через нагревательный элемент 3, нагревательные провода 4 и 5 которого выполнены из нихромовой проволоки, разогревает мат до заданной температуры, имея возможность при этом, благодаря выбранной конструкции проводящей жилы, разогревать мат до температуры в 150°С, сохраняя при этом работоспособность.
Тепловой поток, исходящий от нагревательного элемента 3, через наружное покрытие, обеспечивающее надежную электроизоляцию мата от опалубки и выполненное в виде электроизоляционного слоя 7, направляют на обогреваемый участок опалубки. Для того, чтобы разогреть полностью всю опалубку с находящимся в ней бетонным изделием, каждый участок ее покрывают матами, создавая сплошное греющее полотно требуемой площади. Уложенные маты закрепляют на поверхности опалубки металлическими пластинами - держателями (на чертежах не показаны).
Одновременно часть теплового потока направляется во внутрь термоэлектрического мата через нижний электроизоляционный слой 6, где он достигает экранирующего слоя. А экранирующий слой, выполненный в виде инфракрасного теплоотражателя 2, создает отраженный направленный в сторону обогреваемой поверхности тепловой поток. Так как значительная часть тепловой энергии выделяется в виде теплового инфракрасного излучения, поэтому применение такой изоляции позволяет создать направленный в сторону обогреваемой поверхности тепловой поток. Но все же часть тепла инфракрасный теплоотражатель 2 пропускает и оно доходит до теплоизоляционной подложки 1.
При этом теплоизоляционная подложка 1, обладающая низкой теплопроводностью и высокой жаростойкостью, обеспечивает надежную теплоизоляцию термоэлектрического мата, сохраняя тепло внутри мата и ограничивающая передачу тепла наружу.
Теплоизоляционная подложка 1, после укладки мата на обогреваемую поверхность, представляет собой наружную поверхность термоэлектрического мата и обеспечивает, кроме того, надежную теплоизоляцию мата от внешних атмосферных воздействий: температуры окружающей среды и осадков.
Предлагаемый термоэлектрический мат выполнен с возможностью обогревать поверхности опалубки любой сложности, в том числе сферические.
После завершения обогрева термоэлектрический мат снимают и переносят на опалубку с другим изделием, которая подлежит обогреву.
Использование предлагаемого технического решения позволило создать простой по конструкции и в изготовлении термоэлектрический мат, который обеспечивает высокую надежность в работе, благодаря своей гибкой конструкции, обеспечивающей надежное прилегание термоэлектрического мата к поверхности опалубки, возможности сохранения работоспособности при температурах до 150°С, а также возможности изменения параметров нагрева по объему нагреваемого изделия и возможности измерения температуры в зоне нагрева при надежной системе электроизоляции.
А также предлагаемое техническое решение дает возможность изготовления нагревательного элемента любой мощности, в разы превышающей мощность известных аналогов, благодаря предложенному выбору нагревательного провода нагревательного элемента и плотности укладки витков провода; и дает возможность создания простого по конструкции и в изготовлении термоэлектрического мата, способного обогревать поверхности опалубки любой сложности, в том числе сферических, за счет использования простого быстропереналаживаемого оборудования.
Кроме того, использование предлагаемого технического решения обеспечивает всесезонное производство работ по возведению бетонных конструкций, сокращает время на их возведение, при этом обеспечивает высокую технологичность и качество бетонных работ в зимних условиях, снижает энергоемкость и себестоимость строительной продукции.