RU2267237C2 - Adjustable cable heater - Google Patents

Abstract

FIELD: electric heating appliances for building into building constructions and meant for heating rooms, surfaces of pavements, stadiums, roofs, buildings, pipelines, reservoirs and etc.

SUBSTANCE: adjustable cable heater has adjuster, connecting cables, connecting sleeves and at least one heating cable, ends of which via connecting sleeves are connected to first ends of connecting cables, and second ends of connecting cables are connected to adjuster. In accordance to invention heating cable has at least one additional wire of electric-conductive material, and cable cover is made of material with temperature-depending electro-physical properties. Ends of additional wire are connected to adjuster.

EFFECT: decreased energy consumption, increased reliability of device.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области электронагревательных устройств, встраиваемых в строительные конструкции и предназначенных для обогрева помещений, подогрева поверхности тротуаров, стадионов, кровли зданий и т.д.The invention relates to the field of electric heating devices that are built into building structures and intended for heating rooms, heating the surface of sidewalks, stadiums, roofs of buildings, etc.

Известен электронагревательный кабель, закрепляемый на обогреваемой поверхности и содержащий гибкий нагревательный элемент из высокоомного материала, например нихрома, закрытый снаружи электроизоляционным слоем, например, из стекловолокна, наружное герметизирующее покрытие, например, из полихлорвинила, держателей в виде приливов, которые могут быть съемными (авт. свид. №830666, кл. Н 05 В 3/56, 1981).Known electric heating cable, mounted on a heated surface and containing a flexible heating element made of high resistance material, for example nichrome, closed externally with an insulating layer, for example, fiberglass, an external sealing coating, for example, made of polyvinyl chloride, tidal holders that can be removable (automatic certificate No. 830666, class H 05 B 3/56, 1981).

Недостатками этого устройства являются высокая вероятность механического повреждения нагревательного кабеля, а также низкий уровень электробезопасности, обусловленные наличием лишь одного слоя электроизоляции и защитной оболочки.The disadvantages of this device are the high probability of mechanical damage to the heating cable, as well as a low level of electrical safety, due to the presence of only one layer of electrical insulation and a protective sheath.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является кабельная система для отопления помещений (патент РФ №2121772, МПК 6 Н 05 В 3/35, опубл. 10.11.1998), содержащая устройство регулирования температуры, по крайней мере, один термочувствительный датчик с подводящим кабелем, соединительные провода, соединительные муфты и, по крайней мере, один нагревательный кабель, концы которого через соединительную муфту подключены к первым концам соединительных проводов, а вторые концы соединительных проводов подключены к регулятору. Нагревательный кабель имеет нагревательную жилу в многослойной термостойкой изоляции, заключенной в экранирующую оплетку с нанесенной поверх нее термостойкой полимерной оболочкой. Соединительная муфта предназначена для герметизации места соединения нагревательного кабеля с соединительными проводами и выполнена из материала, близкого по химическому составу и структуре с материалом оболочки нагревательного и соединительного кабелей. Термочувствительным датчиком является полупроводниковый терморезистор, который через подводящий кабель соединен с устройством регулирования, причем сам терморезистор механически соединен с подводящим кабелем, а место соединения герметизировано.The closest in technical essence to the proposed device is a cable system for space heating (RF patent No. 2121772, IPC 6 H 05 V 3/35, publ. 10.11.1998), comprising a temperature control device, at least one temperature-sensitive sensor with a lead cable, connecting wires, connecting couplings and at least one heating cable, the ends of which are connected through the coupling to the first ends of the connecting wires, and the second ends of the connecting wires are connected to the controller. The heating cable has a heating core in a multilayer heat-resistant insulation, enclosed in a shielding braid with a heat-resistant polymer sheath applied over it. The coupling is designed to seal the junction of the heating cable with the connecting wires and is made of material similar in chemical composition and structure to the sheath material of the heating and connecting cables. The temperature-sensitive sensor is a semiconductor thermistor, which is connected through a supply cable to a control device, and the thermistor itself is mechanically connected to the supply cable, and the connection is sealed.

Однако такая кабельная система имеет принципиальный недостаток - управление мощностью тепловыделения производится по локальной температуре места установки датчика, а не по температуре нагревательного кабеля, распределенного по значительно большей в сравнении с размерами датчика поверхности. Следовательно, контур регулирования температуры периферийных участков подогреваемого пола практически разомкнут, т.к. конструкция кабель - бетонный (деревянный) пол характеризуется конечными теплопотерями. В результате известная система неизбежно имеет ряд эксплуатационных недостатков:However, such a cable system has a fundamental drawback - the heat dissipation is controlled by the local temperature of the sensor installation site, and not by the temperature of the heating cable, distributed over a much larger surface compared to the size of the sensor. Therefore, the temperature control loop of the peripheral sections of the heated floor is practically open, because cable - concrete (wooden) floor construction is characterized by final heat loss. As a result, the known system inevitably has a number of operational disadvantages:

- неоптимальный режим преобразования электрической энергии в тепловую, приводящий к неоправданным затратам электроэнергии,- non-optimal mode of converting electrical energy into heat, leading to unjustified energy costs,

- недостаточная глубина обратной связи в контуре регулирования, исключающая возможность проверки работоспособности системы на подготовительных и монтажных этапах,- insufficient depth of feedback in the control loop, eliminating the possibility of checking the system’s operability at the preparatory and installation stages,

- неоднородность температурного поля обогреваемой поверхности.- heterogeneity of the temperature field of the heated surface.

Задачей предлагаемого изобретения является:The objective of the invention is:

- снижение затрат электроэнергии, необходимой для поддержания заданной температуры обогреваемой поверхности,- reducing energy costs necessary to maintain a given temperature of the heated surface,

- обеспечение возможности контроля работоспособности системы на любой стадии покупки и монтажа,- providing the ability to control the health of the system at any stage of the purchase and installation,

- повышение надежности и упрощение монтажа.- increased reliability and simplified installation.

Решение этой задачи достигается тем, что известная кабельная система для отопления помещения, содержащая регулятор, соединительные провода, соединительные муфты и, по крайней мере, один нагревательный кабель, концы которого через соединительную муфту подключены к первым концам соединительных проводов, а вторые концы соединительных проводов подключены к регулятору, снабжена в конструкции нагревательного кабеля, по крайней мере, одной дополнительной жилой из электропроводного или светопроводного материала, концы которой подключены к регулятору, а оболочка нагревательного кабеля выполнена из материала, электрофизические свойства которого зависят от температуры, например диэлектрическая проницаемость, удельное электрическое сопротивление, коэффициент преломления, причем регулятор выполнен в виде преобразователя электрофизических свойств кабеля в мощность тепловыделения нагревательного кабеля.The solution to this problem is achieved by the fact that the known cable system for heating a room, comprising a controller, connecting wires, connecting couplings and at least one heating cable, the ends of which are connected to the first ends of the connecting wires through the coupling, and the second ends of the connecting wires are connected to the controller, provided in the design of the heating cable, at least one additional core of conductive or light-guide material, the ends of which are connected to to the regulator, and the sheath of the heating cable is made of a material whose electrophysical properties depend on temperature, for example, dielectric constant, electrical resistivity, refractive index, and the controller is made in the form of a converter of the electrophysical properties of the cable to the heat release power of the heating cable.

Регулятор может быть выполнен в виде преобразователя электрического сопротивления дополнительной жилы в мощность тепловыделения в нагревательном кабеле.The controller can be made in the form of a converter of the electrical resistance of the additional core to the heat dissipation power in the heating cable.

Регулятор может быть выполнен в виде преобразователя электрической емкости между дополнительными жилами в мощность тепловыделения нагревательного кабеля.The regulator can be made in the form of a converter of electrical capacitance between additional cores in the heat dissipation power of the heating cable.

Регулятор может быть выполнен в виде преобразователя электрической емкости между дополнительной жилой и экраном нагревательного кабеля в мощность тепловыделения нагревательного кабеля.The regulator can be made in the form of a converter of the electric capacitance between the additional core and the screen of the heating cable to the heat dissipation power of the heating cable.

Регулятор может быть выполнен в виде преобразователя электрического сопротивления между дополнительными жилами в мощность тепловыделения в нагревательном кабеле.The controller can be made in the form of a converter of electrical resistance between additional conductors in the heat dissipation power in the heating cable.

Регулятор может быть выполнен в виде преобразователя электрического сопротивления между дополнительной электропроводной жилой и экраном в мощность тепловыделения нагревательного кабеля.The controller can be made in the form of a converter of electrical resistance between an additional conductive core and a screen into the heat dissipation power of the heating cable.

Регулятор может быть выполнен в виде преобразователя вносимых потерь оптического сигнала в дополнительной светопроводной жиле в мощность тепловыделения нагревательного кабеля.The controller can be made in the form of a converter of the insertion loss of the optical signal in an additional light guide to the heat dissipation power of the heating cable.

Регулятор может быть выполнен в виде преобразователя напряжения электрических шумов в дополнительной электропроводной жиле в мощность тепловыделения нагревательного кабеля.The regulator can be made in the form of a voltage converter for electrical noise in an additional conductive core to the heat output of the heating cable.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена структурная схема регулируемого кабельного нагревателя и на фиг.2 - нагревательный кабель в разрезе по А-А.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows the structural diagram of an adjustable cable heater and figure 2 - heating cable in section along aa.

Регулируемый кабельный нагреватель, изображенный схематично на фиг.1, содержит регулятор 1, соединительные провода 2, соединительные муфты 3 и нагревательный кабель 4, концы которого через соединительные муфты 3 подключены к первым концам соединительных проводов 2, а вторые концы соединительных проводов 2 подключены к регулятору 1. Через соединительные муфты 3 к регулятору подключены также концы дополнительных жил 5.The adjustable cable heater, shown schematically in figure 1, contains a controller 1, connecting wires 2, connecting couplings 3 and a heating cable 4, the ends of which are connected through the coupling 3 to the first ends of the connecting wires 2, and the second ends of the connecting wires 2 are connected to the controller 1. Through the connectors 3 to the controller are also connected to the ends of the additional cores 5.

На фиг.2 изображено сечение нагревательного кабеля, конструкция которого включает нагревательную жилу 7, экранирующую оплетку 8, термоустойчивую полимерную оболочку 9, дополнительные жилы 10.Figure 2 shows a cross section of a heating cable, the design of which includes a heating core 7, a shielding braid 8, a heat-resistant polymer sheath 9, additional cores 10.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Сетевое напряжение питания поступает на нагревательный кабель через регулятор и нагревательная жила кабеля разогревается вместе с оболочкой. При изменении температуры оболочки изменяются ее электрофизические характеристики, такие как диэлектрическая проницаемость, удельное электрическое сопротивление, показатель преломления. [1. И.Д.Троицкий Производство электрических кабелей и проводов с резино-пластмассовой изоляцией. М.: Высшая школа, 1967; 2. В.Глазер. Световодная техника. М.: Энергоатомиздат, 1985.]The proposed device operates as follows. The mains voltage is supplied to the heating cable through the regulator and the heating core of the cable is heated together with the sheath. When the temperature of the shell changes, its electrophysical characteristics, such as dielectric constant, electrical resistivity, and refractive index, change. [1. I.D. Troitsky Production of electrical cables and wires with rubber-plastic insulation. M .: Higher school, 1967; 2. V. Glaser. Fiber optic technology. M .: Energoatomizdat, 1985.]

Измерение этих характеристик используется в изобретении для контроля температуры оболочки нагревательного кабеля. Для этого регулятор выполняется в виде преобразователя в мощность тепловыделения:The measurement of these characteristics is used in the invention to control the temperature of the sheath of the heating cable. For this, the regulator is implemented as a converter in heat dissipation power:

- емкости между дополнительными электропроводными жилами, зависящей от диэлектрической проницаемости оболочки,- capacitance between additional conductive cores, depending on the dielectric constant of the shell,

- сопротивления между дополнительными электропроводными жилами, зависящего от удельного сопротивления оболочки.- resistance between additional conductive cores, depending on the sheath resistivity.

Вариантом реализации технического решения является нагревательный кабель, в конструкцию которого введена лишь одна дополнительная жила, а температурно-зависимые емкость или сопротивление измеряются между дополнительной жилой и экранирующей оплеткой.An embodiment of the technical solution is a heating cable, in the design of which only one additional core is introduced, and temperature-dependent capacitance or resistance is measured between the additional core and the shielding braid.

Вариантом реализации технического решения является выполнение нагревательного кабеля с дополнительной светопроводной жилой, потери излучения в которой зависят от показателя преломления оболочки. Регулятор генерирует в светопровод излучение и величину потерь принятого излучения преобразует в мощность тепловыделения нагревательного кабеля.An embodiment of the technical solution is the implementation of a heating cable with an additional light guide conductor, the radiation loss in which depends on the refractive index of the sheath. The controller generates radiation into the optical fiber and converts the amount of loss of the received radiation into the heat dissipation power of the heating cable.

Вариантом реализации технического решения является также нагревательный кабель, в конструкцию которого введена лишь одна дополнительная электропроводная жила, а регулятор осуществляет измерение напряжения тепловых шумов в дополнительной электропроводной жиле и преобразование его в мощность тепловыделения нагревательного кабеля. [3. А.Н.Гордов. Основы температурных измерений. М.: Энергоатомиздат, 1992.]An embodiment of the technical solution is also a heating cable, in the design of which only one additional conductive core is introduced, and the regulator measures the voltage of thermal noise in the additional conductive core and converts it into heat dissipation power of the heating cable. [3. A.N. Gordov. Basics of temperature measurements. M .: Energoatomizdat, 1992.]

Все перечисленные варианты предлагаемого технического решения основаны на реализации измерений температуры интегрированными с нагревательным кабелем термочувствительными структурами, состоящими из одной или нескольких электропроводных или светопроводных дополнительных жил и оболочки кабеля. Это позволяет исключить из контура управления температурой в известной кабельной нагревательной системе датчик температуры как отдельное конструктивно и функционально законченное изделие, имеющее конечные габаритные размеры и обусловленную этим предопределенность контроля температуры лишь в месте установки датчика. В предлагаемом техническом решении контроль температуры происходит по всей длине нагревательного кабеля термочувствительной структурой с распределенными параметрами. В результате увеличивается глубина обратной связи по температуре в контуре регулирования и как следствие:All of the above variants of the proposed technical solution are based on the implementation of temperature measurements integrated with heat-sensitive thermosensitive structures, consisting of one or more electrically conductive or light-guide additional conductors and cable sheaths. This allows the temperature sensor to be excluded from the temperature control loop in a known cable heating system as a separate structurally and functionally finished product having finite overall dimensions and the predetermined temperature control predetermined only at the sensor installation location. In the proposed technical solution, temperature control occurs along the entire length of the heating cable with a heat-sensitive structure with distributed parameters. As a result, the depth of the temperature feedback in the control loop increases and as a result:

1) оптимизируются затраты электроэнергии на поддержание заданной температуры кабеля, т.к. исключается характерный для известной системы режим управления температурой всего нагревательного кабеля по информации о температуре в одной точке в окрестности кабеля;1) optimized energy costs to maintain a given cable temperature, because the temperature control mode of the entire heating cable, characteristic of the known system, is excluded according to the temperature information at one point in the vicinity of the cable;

2) в предлагаемом техническом решении исключаются ограничения по возможности прямой проверки его работоспособности, существующие в известной кабельной нагревательной системе, где, естественно, проверка работоспособности возможна лишь при наличии тепловой связи между датчиком температуры и нагревательным кабелем, т.е. лишь на стадии застывшего бетона;2) the proposed technical solution eliminates the restrictions on the possibility of direct verification of its operability, existing in the known cable heating system, where, of course, the operation can only be checked if there is a thermal connection between the temperature sensor and the heating cable, i.e. only at the stage of hardened concrete;

3) снижается неоднородность температурного поля по обогреваемой поверхности, так как каждый участок нагревательного кабеля, включая и периферийные, полностью включен в контур регулирования температуры;3) the heterogeneity of the temperature field on the heated surface is reduced, since each section of the heating cable, including peripheral ones, is fully included in the temperature control loop;

4) повышается надежность за счет снижения вероятности перегрева кабеля, т.к. в предлагаемом техническом решении достигаются более высокие динамические характеристики по сравнению с известной системой.4) increases reliability by reducing the likelihood of overheating of the cable, because in the proposed technical solution, higher dynamic characteristics are achieved in comparison with the known system.

Дополнительным преимуществом регулируемого кабельного нагревателя по сравнению с известной системой является простота монтажа и повышенная надежность за счет исключения датчика температуры.An additional advantage of an adjustable cable heater in comparison with the known system is the ease of installation and increased reliability due to the exclusion of a temperature sensor.

Практической реализацией одного из вариантов предлагаемого изобретения является регулируемый кабельный нагреватель РКН-2, серийно выпускаемый по техническим условиям ТУ 4218 02 28131168. Это изделие базируется на температурной зависимости диэлектрической проницаемости оболочки нагревательного кабеля, выполненной из поливинилхлоридного кабельного пластиката, типичный вид которой приведен на фиг.3. Электрическая емкость между экранирующей оплеткой нагревательного кабеля и дополнительной жилой, выполненной из медной проволоки, управляет частотой RC-генератора, являющегося составной частью регулятора. Частота RC-генератора сравнивается с опорной частотой - аналогом температуры уставки и по результату сравнения формируется сигнал управления мощностью тепловыделения в нагревательном кабеле.A practical implementation of one of the variants of the present invention is an adjustable cable heater RKN-2, commercially available according to the technical specifications TU 4218 02 28131168. This product is based on the temperature dependence of the dielectric constant of the heating cable sheath made of polyvinyl chloride cable compound, a typical view of which is shown in FIG. 3. The electric capacitance between the shielding braid of the heating cable and the additional core made of copper wire controls the frequency of the RC generator, which is an integral part of the regulator. The frequency of the RC generator is compared with the reference frequency, which is an analogue of the setpoint temperature, and a control signal generates heat dissipation power in the heating cable.

Регулируемый кабельный нагреватель может быть использован для обогрева помещений как основной или дополнительный источник тепла, встраиваемый в строительные конструкции, в частности в бетонный или деревянный пол. Регулируемый кабельный нагреватель может быть также использован для подогрева поверхности тротуаров, стадионов, кровли зданий, трубопроводов, резервуаров, запорной и регулирующей арматуры и т.д. для предотвращения обледенения.An adjustable cable heater can be used to heat rooms as a primary or secondary heat source, built into building structures, in particular in concrete or wooden floors. An adjustable cable heater can also be used to heat the surface of sidewalks, stadiums, roofs of buildings, pipelines, tanks, shutoff and control valves, etc. to prevent icing.

Claims (1)

Регулируемый кабельный нагреватель, содержащий регулятор, соединительные провода, соединительные муфты и, по крайней мере, один нагревательный кабель с экраном, концы которого через соединительные муфты подключены к первым концам соединительных проводов, а вторые концы соединительных проводов подключены к регулятору, отличающийся тем, что в конструкцию нагревательного кабеля с экраном введена по крайней мере одна дополнительная жила из электропроводного, например меди, материала, концы которой через соединительные муфты подключены к регулятору, а оболочка нагревательного кабеля выполнена из материала, электрофизические свойства которого зависят от температуры, например диэлектрическая проницаемость, причем регулятор измеряет эти характеристики для контроля температуры оболочки нагревательного кабеля с экраном.An adjustable cable heater comprising a regulator, connecting wires, connecting sleeves, and at least one heating cable with a shield, the ends of which are connected to the first ends of the connecting wires through the connecting sleeves, and the second ends of the connecting wires are connected to the regulator, characterized in that at least one additional core of electrically conductive, for example, copper, material is inserted into the design of the heating cable with the shield, the ends of which are connected to to the controller, and the sheath of the heating cable is made of a material whose electrophysical properties depend on temperature, for example, dielectric constant, and the controller measures these characteristics to control the temperature of the sheath of the heating cable with the screen.

Images