RU153873U1

RU153873U1 - ELECTRIC HEATING ELEMENT

Info

Publication number: RU153873U1
Application number: RU2014151983/07U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Сергеевич Дубинин; Александр Иванович Ляшков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью НПФ "Электроавтоматик"
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2015-08-10

Abstract

1. Электронагревательный элемент, включающий резистивную низкоомную ленту, охваченную термостойким изоляционным слоем, отличающийся тем, что термостойкий изоляционный слой выполнен из базальтовой ткани, пропитанной полифениленсульфидом или полиэфирэфиркетоном.2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что низкоомная лента выполнена из нержавеющей стали.3. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что базальтовая ткань выполнена в виде ленты, обмотанной по спирали с нахлестом вокруг низкоомной ленты.4. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что содержит теплоизоляционную ленту, расположенную параллельно низкоомной ленте.1. An electric heating element comprising a resistive low-resistance tape covered by a heat-resistant insulating layer, characterized in that the heat-resistant insulating layer is made of basalt fabric impregnated with polyphenylene sulfide or polyetheretherketone. 2. An element according to claim 1, characterized in that the low-resistance tape is made of stainless steel. 3. An element according to claim 1, characterized in that the basalt fabric is made in the form of a tape wrapped in a spiral with an overlap around a low-resistance tape. The element according to claim 1, characterized in that it contains a heat-insulating tape located parallel to the low-resistance tape.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, а более конкретно к электронагревательным устройствам, применяемых для нагрева жидких, в том числе агрессивных, и газообразных сред, технологического оборудования, в системах антиобледенения.The utility model relates to the field of electrical engineering, and more specifically to electric heating devices used to heat liquid, including aggressive, and gaseous media, process equipment, and anti-icing systems.

Известен гибкий электронагревательный элемент (см. заявка RU 98104822, МПК H05B 3/34, опубликована 27.12.1999) содержащий плоский резистивный слой, соединенные с ним электроды, по меньшей мере два электроизоляционных слоя, расположенных с обеих сторон резистивного слоя. Электроизоляционный слой является несущим элементом, на котором параллельными рядами расположен микропровод в стеклянной изоляции или без изоляции, углеродные волокна или жгуты волокон, толщиной 5-100 мкм, и контакты, запрессованные между двумя слоями электроизоляционного слоя. В качестве электроизоляционного слоя используют полимерную пленку, например, из поливинилхлорида толщиной 0,04-0,3 мм, армированную тканью или марлей.A flexible electric heating element is known (see application RU 98104822, IPC H05B 3/34, published December 27, 1999) containing a flat resistive layer, electrodes connected to it, at least two electrical insulating layers located on both sides of the resistive layer. The electrical insulating layer is a supporting element on which the microwire is located in parallel rows in glass insulation or without insulation, carbon fibers or fiber bundles, 5-100 microns thick, and contacts pressed between two layers of the electrical insulation layer. As an insulating layer using a polymer film, for example, of polyvinyl chloride with a thickness of 0.04-0.3 mm, reinforced with fabric or gauze.

Известный электронагревательный элемент имеет сложное конструктивное выполнение и к тому же выдерживает нагрев только до температур термодеструкции поливинилхлорида (150°C).The known electric heating element has a complex structural design and also withstands heating only to the temperatures of thermal degradation of polyvinyl chloride (150 ° C).

Известен нагревательный элемент (см. патент RU 2221353, МПК H05B 3/48, опубликован 10.01.2004), включающий фольгу терморасширенного графита, размещенную между электроизоляционными слоями. Для получения монохроматизированного инфракрасного теплового излучения используется фольга толщиной 0,08-0,16 мм, плакированная стеклотканью с полимеризуемым полиамидным лаком, причем толщина фольги составляет 0,5-1,0 толщины плакирующих слоев.A known heating element (see patent RU 2221353, IPC H05B 3/48, published January 10, 2004), comprising a thermally expanded graphite foil placed between the insulating layers. To obtain monochromatized infrared thermal radiation, a 0.08-0.16 mm thick foil is used, clad with a glass cloth with polymerizable polyamide varnish, the foil thickness being 0.5-1.0 thickness of the cladding layers.

Известный нагревательный элемент имеет ряд эксплуатационных ограничений - по механической прочности на растяжение (не более 3,5 МПа), по температуре нагрева (не более 220°C) и по мощности тепловыделенияThe known heating element has a number of operational limitations - in terms of mechanical tensile strength (not more than 3.5 MPa), on heating temperature (not more than 220 ° C) and on heat dissipation power

Известен электронагревательный элемент (см. патент RU 22284, МПК H05B 3/56, опубликован 10.03.2002), содержащий токопроводящую жилу, два слоя изоляции из полимерных материалов и последовательно наложенные поверх них два слоя брони из стальных оцинкованных проволок, наружную оболочку из полимерного материала, отличающийся тем, что, с целью повышения допустимой температуры нагрева токопроводящей жилы, по меньшей мере первый слой изоляции выполняется из маслостойкого силаносшиваемого полиэтилена либо из блок-сополимера пропилена с этиленом, содержащего этиленовые звенья в количестве от 6 до 15%, включающего 0,1-0,6% дезактиватора меди.Known electric heating element (see patent RU 22284, IPC H05B 3/56, published March 10, 2002), containing a conductive core, two layers of insulation from polymeric materials and two layers of armor made of galvanized steel wires sequentially applied over them, an outer shell of polymer material characterized in that, in order to increase the permissible heating temperature of the conductive core, at least the first insulation layer is made of oil-resistant silane-crosslinked polyethylene or from a block copolymer of propylene with ethylene containing of ethylene units in an amount of from 6% to 15 comprising 0.1-0.6% copper deactivator.

Известный нагревательный элемент имеет сложную конструкцию и трудоемок в изготовлении.Known heating element has a complex structure and laborious to manufacture.

Известен электронагревательный элемент (см. заявка US 2005167134, МПК H01B - 003/44, H01B - 007/29, H05B - 003/56, опубликована 04.08.2005), содержащий две спирально скрученные нагревательные проволоки с электроизолирующими оболочками, помещенные в электропроводящую трубку, в свою очередь, заключенную в электроизолирующий чехол.Known electric heating element (see application US 2005167134, IPC H01B - 003/44, H01B - 007/29, H05B - 003/56, published 04.08.2005), containing two spirally twisted heating wires with insulating shells, placed in an electrically conductive tube, in turn, enclosed in an electrical insulating case.

Известный электронагревательный элемент не создает вокруг себя электромагнитное излучение при работе, но достигается это усложнением конструктивного выполнения.The known electric heating element does not create electromagnetic radiation around itself during operation, but this is achieved by complicating the design.

Известен нагревательный кабель (см. патент RU 137422, МПК H05B 3/56, опубликован 10.02.2014), содержащий нагревательный элемент, изоляцию и экран, в котором нагревательный элемент выполнен в виде токопроводящей карбоновой нити (нитей) или их жгута, изоляция выполнена двухслойной из ПВХ пластиката, а между слоями изоляции расположен экран из медной луженой проволоки, стальной проволоки или алюминиевой фольги.A heating cable is known (see patent RU 137422, IPC H05B 3/56, published 02/10/2014) containing a heating element, insulation and a shield in which the heating element is made in the form of a conductive carbon fiber (s) or a bundle thereof, the insulation is double-layer made of PVC plastic, and between the layers of insulation is a screen of tinned copper wire, steel wire or aluminum foil.

В известном нагревательном кабеле нагревательный элемент имеет низкую термическую стойкость.In a known heating cable, the heating element has a low thermal resistance.

Известен нагревательный элемент (см. патент RU 2470108, МПК E01B 7/24, опубликован 20.12.2012), совпадающий с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип.Известный нагревательный элемент-прототип выполнен в виде охваченных термостойким изоляционным слоем из термоусадочного материала двух параллельных лент - резистивной низкоомной, предпочтительно из нержавеющей стали и теплоизоляционной, например, из паронита.Known heating element (see patent RU 2470108, IPC E01B 7/24, published December 20, 2012), which coincides with this technical solution for the largest number of essential features and adopted as a prototype. The known heating element prototype is made in the form of a heat-resistant insulating layer of shrink material of two parallel tapes - resistive low resistance, preferably stainless steel and heat-insulating, for example, paronite.

Нагревательный элемент прототип - имеет простую конструкцию и обеспечивает расход производимого тепла только на прямой конвекционный обогрев, однако элемент имеет относительно низкую температуру нагрева поверхности (до 90°C).The heating element prototype - has a simple design and ensures the consumption of heat produced only for direct convection heating, however, the element has a relatively low surface heating temperature (up to 90 ° C).

Задачей настоящей полезной модели являлась разработка такого нагревательного элемента, которой бы имел высокую теплопроводность, хорошие электроизоляционные свойства и термическую стойкость вплоть до 300°C.The objective of this utility model was the development of such a heating element, which would have high thermal conductivity, good electrical insulation properties and thermal resistance up to 300 ° C.

Поставленная задача решается тем, что электронагревательный элемент включает резистивную низкоомную ленту, охваченную термостойким изоляционным слоем. Новым является выполнение термостойкого изоляционного слоя из базальтовой ткани, пропитанной полифениленсульфидом или полиэфирэфиркетоном.The problem is solved in that the electric heating element includes a resistive low-resistance tape covered by a heat-resistant insulating layer. New is the implementation of a heat-resistant insulating layer of basalt fabric impregnated with polyphenylene sulfide or polyetheretherketone.

Низкоомная лента может быть выполнена из нержавеющей стали.Low resistance tape can be made of stainless steel.

Базальтовая ткань может быть выполнена в виде ленты, обмотанной по спирали с нахлестом вокруг низкоомной ленты.Basalt fabric can be made in the form of a tape wrapped in a spiral with an overlap around a low resistance tape.

Электронагревательный элемент может содержать теплоизоляционную ленту, расположенную параллельно низкоомной ленте.The electric heating element may comprise a heat insulation tape parallel to the low resistance tape.

Настоящее полезная модель поясняется чертежом, гдеThe present utility model is illustrated in the drawing, where

На фиг. 1 показан вид сбоку на участок электронагревательного элемента до пропитки;In FIG. 1 shows a side view of a portion of an electric heating element prior to impregnation;

На фиг. 2 приведен поперечный разрез электронагревательного элемента;In FIG. 2 is a cross-sectional view of an electric heating element;

На фиг. 3 показан поперечный разрез другого варианта электронагревательного элемента.In FIG. 3 is a cross-sectional view of another embodiment of an electric heating element.

Настоящий электронагревательный элемент 1 (см. фиг. 1, фиг. 2) содержит резистивную низкоомную ленту 2, например, из нержавеющей стали, которую охватывает термостойкий изоляционный слой 3, состоящий базальтовой ткани 4 (то есть ткань из базальтовых волокон), пропитанной полифениленсульфидом или полиэфирэфиркетоном 5. В другой варианте электронагревательный элемент 1 может дополнительно включать теплоизоляционную ленту 6, например, из паронита, расположенную параллельно низкоомной ленте 2. Базальтовая ткань 4 может быть применена в виде ленты, охватывающий термостойкий изоляционный слой 3 по спирали с нахлестом. Основными преимуществами электроизоляционного материала на основе базальтовой ткани и теплостойких связующих: полифениленсульфида или полиэфирэфиркетона являются его высокие эксплуатационные характеристики: базальтовая ткань при нагреве до 700°C сохраняет высокую механическую и электрическую прочность. Полимерные связующие полифениленсульфид или полиэфирэфиркетон являются одними их наиболее теплостойких термопластов, способных длительное время сохранять свои свойства при температурах 240°C, а кратковременно до 290°C. Изоляционный слой, состоящий базальтовой ткани, пропитанной полифениленсульфидом или полиэфирэфиркетоном, не теряет электроизоляционных свойств и при повышении температуры выше 290°C.The present electric heating element 1 (see Fig. 1, Fig. 2) contains a resistive low-resistance tape 2, for example, stainless steel, which is covered by a heat-resistant insulating layer 3, consisting of basalt fabric 4 (i.e. a fabric of basalt fibers) impregnated with polyphenylene sulfide or polyetheretherketone 5. In another embodiment, the electric heating element 1 may further include a heat-insulating tape 6, for example, of paronite, parallel to the low-resistance tape 2. Basalt fabric 4 can be applied in the form of a tape, covering heat-resistant insulating layer 3 in a spiral with an overlap. The main advantages of an insulating material based on basalt fabric and heat-resistant binders: polyphenylene sulfide or polyetheretherketone are its high performance characteristics: basalt fabric retains high mechanical and electrical strength when heated to 700 ° C. Polymeric binder polyphenylene sulfide or polyetheretherketone are some of the most heat-resistant thermoplastics that can retain their properties for a long time at temperatures of 240 ° C, and for a short time up to 290 ° C. The insulation layer, consisting of basalt fabric impregnated with polyphenylene sulfide or polyetheretherketone, does not lose its electrical insulation properties even when the temperature rises above 290 ° C.

Настоящий электронагревательный элемент работает следующим образом. При необходимости очистить от снега и льда как-либо оборудование располагают на его поверхности электронагревательный элемент 1 и подключают его к вторичной обмотке силового трансформатора, на первичную обмотку которого посылают импульсы переменного тока заданной длительности. Вторичная обмотка трансформатора понижает выходное напряжение импульсов переменного тока, подаваемых на электронагревательный элемент 1, и, одновременно, обеспечивает гальваническую развязку электронагревателя 1 от питающей линейной сети. При протекании импульсов тока с заданным количеством периодов переменного тока в каждом импульсе, в нагревательном элементе - резистивной низкоомной ленте 2 проявляется поверхностный эффект. Он заключается в неравномерном распределении по сечению резистивной низкоомной ленты 2 плотности тока, которая экспоненциально уменьшается по направлению к оси ленты 2. Максимальная величина плотности тока будет на поверхности, а в слое, толщина которого эквивалентна глубине проникновения тока, будет выделяться около 90% общего количества тепла. В зависимости от температуры наружного воздуха, количества снега и/или льда, находящегося на технологическом оборудовании, интенсивность выделения электронагревательным элементом 1 тепла можно регулировать путем увеличения или уменьшения длительности подаваемых на него импульсов тока.This electric heating element operates as follows. If necessary, to clear any snow and ice from the equipment, an electric heating element 1 is placed on its surface and connected to the secondary winding of the power transformer, to the primary winding of which AC pulses of a given duration are sent. The secondary winding of the transformer lowers the output voltage of the AC pulses supplied to the electric heating element 1, and, at the same time, provides galvanic isolation of the electric heater 1 from the supply line network. When current pulses flow with a given number of alternating current periods in each pulse, a surface effect is manifested in the heating element — resistive low-resistance tape 2. It consists in the uneven distribution over the cross section of the resistive low-resistance tape 2 of the current density, which exponentially decreases towards the axis of the tape 2. The maximum current density will be on the surface, and about 90% of the total amount will be released in a layer whose thickness is equivalent to the depth of current penetration. heat. Depending on the temperature of the outside air, the amount of snow and / or ice located on the process equipment, the intensity of the heat generated by the electric heating element 1 can be adjusted by increasing or decreasing the duration of the current pulses supplied to it.

Claims

1. Электронагревательный элемент, включающий резистивную низкоомную ленту, охваченную термостойким изоляционным слоем, отличающийся тем, что термостойкий изоляционный слой выполнен из базальтовой ткани, пропитанной полифениленсульфидом или полиэфирэфиркетоном.1. An electric heating element comprising a resistive low-resistance tape covered by a heat-resistant insulating layer, characterized in that the heat-resistant insulating layer is made of basalt fabric impregnated with polyphenylene sulfide or polyetheretherketone.

2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что низкоомная лента выполнена из нержавеющей стали.2. The element according to claim 1, characterized in that the low-resistance tape is made of stainless steel.

3. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что базальтовая ткань выполнена в виде ленты, обмотанной по спирали с нахлестом вокруг низкоомной ленты.3. The element according to claim 1, characterized in that the basalt fabric is made in the form of a tape wrapped in a spiral with an overlap around a low-resistance tape.

4. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что содержит теплоизоляционную ленту, расположенную параллельно низкоомной ленте.

4. The element according to claim 1, characterized in that it contains a heat-insulating tape located parallel to the low-resistance tape.