ГИБКИЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Область техники
Полезная модель относится к области электротехники, а именно - к листовым графитовым электронагревателям, работающим совместно с терморегуляторными устройствами.
Уровень техники.
Известен гибкий электронагревательный элемент в виде токопроводящей ткани, содержащий изолированные резистивные слои, сформированные из комплексных электропроводящих полимерных нитей, расположенных перпендикулярно краевым электродам основы токопроводящей ткани, разнесенные друг от друга массивом изоляционных нитей, в зоне которых размещены дополнительные электроды, перекрещивающиеся с краевыми электродами и расположенные перпендикулярно к ним и параллельно к комплексным электропроводящим полимерным нитям, а по ширине токопроводящей ткани параллельно краевым электродам равномерно распределены промежуточные электроды, перекрещивающиеся с комплексными электропроводящими полимерными нитями, изоляционными нитями и металлизированными нитями дополнительных электродов утка токопроводящей ткани, по основе токопроводящей ткани параллельно к краевым и промежуточным электродам и перпендикулярно дополнительным электродам в массиве комплексных электропроводящих полимерных нитей размещены токораспределительные электроды из металлизированных нитей, перекрещивающиеся с комплексными электропроводящими полимерными нитями, изоляционными нитями и металлизированными нитями дополнительных электродов утка токопроводящей ткани, равномерно удаленные от промежуточных электродов и чередующихся с ними, при этом краевые и дополнительные электроды выполнены из металлизированных мишурных нитей на основе серебра, а промежуточные и токораспределительные электроды выполнены из металлизированных нитей на основе меди (Патент РФ №2234820, H05B 3/34, опубл. 20.08.2004).
Недостатком данного устройства является низкая технологичность и удорожание конструкции при серийном производстве.
Известен гибкий электронагревательный элемент, содержащий размещенный внутри изоляционного слоя электропроводящий слой, по краям которого расположены два электрода, подключенные к двум токоподводящим жилам кабеля с внешней и внутренними для каждой жилы изоляционными оболочками и фиксирующий элемент, установленный на конце кабеля в месте его вывода из электрообогревателя, внешняя изоляционная оболочка на конце кабеля имеет продольные надрезы, фиксирующий элемент, выполненный в виде клина, установлен между жилами в месте продольных надрезов внешней оболочки кабеля, а конец кабеля замоноличен с изоляционным слоем.
Недостатком данного изобретения является ограниченность по размеру и конфигурации, связанная с местом установки фиксирующего элемента. Такой электрообогреватель не может быть поперечно разделен в произвольном месте по длине на большее количество электрообогревателей (Патент РФ №2055446, H05B 3/34, опубл. 27.02.1996).
Известен гибкий электронагревательный элемент, состоящий из двух слоев электроизоляционного основания с расположенным между ними резистивным элементом в виде токопроводящего нагревательного слоя, соединенного с токоподводящими проводниками, у которого каждый токоподводящий проводник выполнен в виде пары полос, наложенных друг на друга и скрепленных между собой, между которыми расположены концы резистивного элемента в виде токопроводящего нагревательного слоя, пары полос каждого токоподводящего проводника скреплены между собой методом пайки, а все слои гибкого нагревательного элемента соединены между собой с помощью клея, нагревом термопластичного материала или прошивкой слоев (Патент РФ №2321973, H05B 3/34, опубл. 27.05.2003).
Недостатком данного устройства является нетехнологичность такого элемента при серийном производстве, связанная с необходимостью пайки.
Наиболее близким по техническому результату является гибкий электронагревательный элемент (прототип), содержащий лист подложки, выполненный из электроизоляционного материала; электроды, выполненные из электропроводного материала и расположенные на расстоянии друг от друга на листе подложки; и по меньшей мере один лист резистора с положительным температурным коэффициентом, находящийся в электрическом контакте с электродами, и выполненный с возможностью нагревания с саморегулированием в ответ на поданный через провода электрический ток, при этом по меньшей мере один лист резистора с положительным температурным коэффициентом содержит композицию смолы и электропроводный материал, причем композиция смолы содержит реактантную смолу и реактивную смолу, сшитую с реактантной смолой (Патент РФ №2403686, H05B 3/34, опубл. 10.11.2010).
Недостатком данного изобретения является материал листа резистора, обеспечивающий недостаточно гибкую и прочную структуру, а также относительная сложность и большая стоимость изготовления.
Кроме того, в данном изобретении рассматривается параллельный режим включения нагревательных секций. Это создает проблемы неэкономичной работы устройства в случае, когда требуется не нагрев, а поддержание температуры нагреваемого тела. Несмотря на способность к саморегулированию, устройство не может уменьшить расход электроэнергии больше, чем в 2 раза по сравнению с номинальным режимом.
Описание полезной модели.
Технической задачей заявленной полезной модели является повышение технологичности листового нагревательного элемента с минимизацией издержек при современном уровне технологии материалов, а также повышение эффективности работы гибкого электронагревательного элемента при эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что в качестве материала, по меньшей мере, одного листа резистора используется комбинация 40-60% линейного полиэтилена низкой плотности, 30-40% углерода. Лист резистора на основе линейного полиэтилена низкой плотности обладает повышенной гибкостью, технологичностью. В связи с увеличением спроса на линейный полиэтилен низкой плотности на сегодняшний день он обладает меньшей себестоимостью по сравнению с известными композициями для производства листа резистора.
Для улучшения эффективности работы гибкого электронагревательного элемента предлагается при наличии, по меньшей мере, двух нагревательных секций переключение между параллельным и последовательным соединением секций в зависимости от условий и требований нагрева. В номинальном режиме нагрева тела необходимо параллельное соединение секций, обеспечивающее максимальную мощность работы гибкого электронагревательного элемента. На последовательном режиме включения мощность гибкого электронагревательного элемента описывается выражением:
1
2
n
2
P=(R+R+…+R)·I
где
n
R - сопротивление n-ой нагревательной секции гибкого электронагревательного элемента
I - ток через гибкий электронагревательный элемент
При выходе на необходимую температуру нагрева тела для ее дальнейшего поддержания целесообразно переходить на режим последовательного включения нагревательных секций, который, например, для двух нагревательных секций обеспечивает в 4 раза меньшую мощность потребления. За счет известного свойства саморегулирования графитовых нагревательных устройств гибкий электронагревательный элемент не может уменьшить расход электроэнергии больше, чем в 2 раза по сравнению с номинальным режимом. На последовательном режиме включения мощность гибкого электронагревательного элемента описывается выражением:
где
n
R - сопротивление n-ой нагревательной секции гибкого электронагревательного элемента
I - ток через гибкий электронагревательный элемент
Перечень фигур.
Фиг. 1. Способ включения листового нагревательного элемента по настоящей полезной модели
Устройство по фиг. 1 содержит лист подложки 1, выполненный из электроизоляционного материала, электроды 2, выполненные из электропроводного материала и расположенные на расстоянии друг от друга на листе подложки, по меньшей мере, один лист резистора 3 с положительным температурным коэффициентом, находящийся в электрическом контакте с электродами, выполненный с возможностью нагревания с саморегулированием в ответ на поданный через провода электрический ток и содержащий 40-60% линейного полиэтилена низкой плотности и 30-40% углерода.
Включение по фиг. 1 рассматривает гибкий электронагревательный элемент, имеющий две нагревательных секции. Питание от сети переменного тока подводится к нижним контактам, при этом крайние электроды нагревательного элемента имеют постоянное подключение. Переключение между параллельным и последовательным включением секций осуществляется с помощью переключателя 4, соединенного с двумя центральными электродами от нагревательных секций элемента и контактами питания. Левое крайнее положение переключателя 4 соответствует параллельному включению нагревательного элемента. Правое крайнее положение переключателя 4 соответствует последовательному включению нагревательного элемента.