RU2155461C1 - Flexible heating element - Google Patents
Flexible heating element Download PDFInfo
- Publication number
- RU2155461C1 RU2155461C1 RU99104250A RU99104250A RU2155461C1 RU 2155461 C1 RU2155461 C1 RU 2155461C1 RU 99104250 A RU99104250 A RU 99104250A RU 99104250 A RU99104250 A RU 99104250A RU 2155461 C1 RU2155461 C1 RU 2155461C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- threads
- electrodes
- complex
- conductive
- insulating
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Surface Heating Bodies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротермии, а именно к гибким нагревательным элементам на тканной основе, которые могут быть использованы в быту, медицине, сельском хозяйстве и различных отраслях промышленности. The invention relates to the field of electrothermics, namely to flexible heating elements on a woven basis, which can be used in everyday life, medicine, agriculture and various industries.
Известен тканый электронагреватель из полимерных материалов, который содержит плоский резистивный слой из ткани на основе электропроводных и неэлектропроводных нитей с электродами вдоль основы и покрывающие его с обеих сторон электроизоляционные слои, причем объемное соотношение неэлектропроводных и электропроводных нитей основы составляет от 1:1 до 1:1,5, а объемное соотношение токопроводящих нитей основы и утка - от 0,1:1,5 до 1:10. Электроды снабжены скрепленными с ними тоководами из медной фольги с образованием клемм электроразъема, размещенных вне резистивного элемента в зоне электроизоляционных слоев (см. патент РФ N 2046552, кл. H 05 В 3/36, 1995 г. ). Known woven electric heater made of polymeric materials, which contains a flat resistive layer of fabric based on conductive and non-conductive filaments with electrodes along the warp and electrical insulation layers covering it on both sides, and the volume ratio of non-conductive and conductive warp threads is from 1: 1 to 1: 1 , 5, and the volume ratio of the conductive warp and weft is from 0.1: 1.5 to 1:10. The electrodes are equipped with copper foil conductors fastened with them to form electrical connector terminals located outside the resistive element in the zone of electrical insulation layers (see RF patent N 2046552, class H 05
Известен способ изготовления плоского полимерного нагревателя, в соответствии с которым на полимерный резистивный элемент устанавливают параллельно расположенные тоководы из полосок медной фольги, затем наносят с обеих сторон изоляционное покрытие, оставляя выступающие из него концы тоководов, и прессуют все слои при соответствующих их материалам температурных и временных режимах (см. патент США N 3627981, кл. H 05 В 1/00, 1969 г.). A known method of manufacturing a flat polymer heater, in accordance with which parallel-connected current conductors from strips of copper foil are installed on the polymer resistive element, then an insulation coating is applied on both sides, leaving the ends of the current leads protruding from it, and all layers are pressed at the temperature and time materials corresponding to them modes (see US patent N 3627981, CL H 05 1/00, 1969).
Также известен гибкий нагревательный элемент, содержащий резистивный слой в виде токопроводящей ткани полотняного или сатинового переплетения, уток и основа которой выполнены из комплексных электропроводящих полимерных нитей, изоляционных нитей и металлизированных нитей, объединенных в электроды, которые размещены по краям резистивного элемента по основе токопроводящей ткани и огибают комплексные электропроводящие полимерные нити резистивного слоя (см. патент SU N 1794284, кл. H 05 В 3/38, 1993 г., Бюл. N 5). A flexible heating element is also known that contains a resistive layer in the form of a conductive plain or satin weave fabric, the weft and warp of which is made of complex electrically conductive polymer threads, insulating threads and metallized threads combined into electrodes that are placed along the edges of the resistive element based on the conductive fabric and envelope complex electrically conductive polymer strands of the resistive layer (see patent SU N 1794284, CL H 05
Основным недостатком известных нагревательных элементов является то, что при обрыве электропроводящей нити, размещенной между краевыми электродами, произойдет перераспределение электрического тока между соседними с ней электропроводящими нитями, т.е. электрический ток I0, текущий по электропроводящим нитям, расположенным перпендикулярно электродам, из-за наличия сопротивления Rn электропроводящих нитей, расположенных параллельно краевым электродам, распределится в двух ближайших направлениях, увеличивая при этом силу тока в 1,5-2 раза. Указанное обстоятельство приведет к обрыву соседних электропроводящих нитей утка резистивного слоя и очередному перераспределению электрического тока с образованием новых обрывов. Описываемый процесс будет носить необратимый характер, вовлекая в себя все новые и новые электропроводящие нити, вплоть до выхода из строя всего нагревательного элемента.The main disadvantage of the known heating elements is that when the conductive filament located between the edge electrodes is broken, the electric current will be redistributed between the adjacent conductive filaments, i.e. the electric current I 0 flowing through the conductive threads perpendicular to the electrodes, due to the resistance R n of the conductive threads parallel to the edge electrodes, will be distributed in two nearest directions, while increasing the current strength by 1.5-2 times. This circumstance will lead to the breakage of adjacent electrically conductive weft of the resistive layer and the next redistribution of electric current with the formation of new breaks. The described process will be irreversible, involving more and more electrically conductive threads, up to the failure of the entire heating element.
Кроме того, коммутация резистивного слоя нагревательного элемента с использованием в качестве тоководов полосок из медной фольги требует обеспечения надежного контакта к электродам резистивного слоя, а процесс его изготовления требует большой ответственности и весьма трудоемок. Существенным недостатком является также тот факт, что составляющие материалы нагревательного элемента (изоляционные слои из реактопласта и термопласта, полимерное связующее и резистивный слой) имеют разный коэффициент усадки. Указанное обстоятельство приводит к тому, что в процессе изготовления нагревательного элемента методом прессования или каландрирования наблюдается деформация или обрыв полосок из медной фольги, соединяющей краевые электроды резистивного слоя, что недопустимо с точки зрения изготовления работоспособного и надежного в эксплуатации нагревательного элемента. In addition, switching the resistive layer of the heating element using copper foil strips as current leads requires reliable contact to the electrodes of the resistive layer, and its manufacturing process requires great responsibility and is very laborious. A significant drawback is the fact that the constituent materials of the heating element (insulating layers of thermoset and thermoplastic, polymer binder and resistive layer) have different shrinkage coefficients. This circumstance leads to the fact that during the manufacturing of the heating element by pressing or calendaring, deformation or breakage of strips of copper foil connecting the edge electrodes of the resistive layer is observed, which is unacceptable from the point of view of manufacturing a workable and reliable heating element in operation.
Ближайшим аналогом, выбранном в качестве прототипа, является изобретение по патенту SU N 1794284. The closest analogue selected as a prototype is the invention according to patent SU N 1794284.
Основной задачей разработки является создание такой конструкции гибкого нагревательного элемента, в которой были бы исключены перечисленные недостатки, текстильная структура резистивного слоя обеспечивала бы полную коммутацию без использования полосок из медной фольги, а изготовление гибкого нагревательного элемента с использованием вышеупомянутого резистивного слоя обеспечивала высокую работоспособность в процессе эксплуатации при минимальных трудозатратах в процессе его производства. The main objective of the development is to create such a design of a flexible heating element in which the listed disadvantages would be eliminated, the textile structure of the resistive layer would ensure full switching without using copper foil strips, and the manufacture of a flexible heating element using the above-mentioned resistive layer would provide high performance during operation with minimal labor in the production process.
Техническим результатом, который может быть получен от использования изобретения, является повышение надежности и работоспособности гибкого нагревательного элемента и снижение трудозатрат в процессе его изготовления. The technical result that can be obtained from the use of the invention is to increase the reliability and performance of a flexible heating element and reduce labor costs during its manufacture.
Основная задача решена и технический результат достигнут за счет того, что в гибком нагревательном элементе, содержащем резистивный слой в виде токопроводящей ткани полотняного или сатинового переплетения, уток и основа которой выполнены из комплексных электропроводящих полимерных нитей, изоляционных нитей и металлизированных нитей, объединенных в электроды, которые размещены по краям резистивного элемента по основе токопроводящей ткани и огибают комплексные электропроводящие полимерные нити резистивного слоя, согласно изобретению токопроводящая ткань содержит изолированные резистивные слои, сформированные из комплексных электропроводящих полимерных нитей, расположенных перпендикулярно к 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. Поставленная цель достигается также тем, что в массиве из изоляционных нитей параллельно комплексным электропроводящим нитям размещены два электрода, а по ширине токопроводящей ткани параллельно краевым электродам равномерно распределены промежуточные электроды, перекрещивающиеся с комплексными электропроводящими, изоляционными и металлизированными нитями электродов утка токопроводящей ткани. The main problem is solved and the technical result is achieved due to the fact that in a flexible heating element containing a resistive layer in the form of a conductive fabric of plain or satin weave, wefts and the basis of which are made of complex electrically conductive polymer threads, insulating threads and metallized threads combined into electrodes, which are placed around the edges of the resistive element based on the conductive fabric and envelope the complex conductive polymer strands of the resistive layer according to the invention The conductive fabric contains insulated resistive layers formed of complex electrically conductive polymer fibers located perpendicular to the edge electrodes of the base of the conductive fabric, spaced from each other by an array of insulating threads, in the area of which additional electrodes are placed, intersecting with the edge electrodes and located perpendicular to them and parallel to complex conductive polymer threads. This goal is also achieved by the fact that two electrodes are placed in parallel with complex electroconductive threads in an array of insulating threads, and intermediate electrodes are evenly distributed along the width of the conductive fabric parallel to the edge electrodes, intersecting with complex electroconductive, insulating and metallized threads of the electrodes of the conductive fabric.
Также основная задача может быть решена и технический результат достигнут за счет того, что комплексные электропроводящие нити токопроводящей ткани расположены параллельно к краевым электродам, а резистивные слои, выполненные в виде полос по основе токопроводящей ткани, разнесены друг от друга массивом из изоляционных нитей, в зоне которых размещены два промежуточных электрода, причем как краевые, так и промежуточные электроды изолированы от полос из комплексных электропроводящих нитей изоляционными нитями, а по утку токопроводящей ткани перпендикулярно к комплексным электропроводящим нитям равномерно распределены дополнительные электроды, перекрещивающиеся с комплексными электропроводящими, изоляционными и металлизированными нитями электродов основы токопроводящей ткани. Also, the main problem can be solved and the technical result is achieved due to the fact that complex conductive threads of the conductive fabric are parallel to the edge electrodes, and resistive layers made in the form of strips based on the conductive fabric are spaced from each other by an array of insulating threads in the zone of which two intermediate electrodes are placed, both the edge and intermediate electrodes are isolated from strips of complex electrically conductive filaments by insulating filaments, and by the weft of conductive t additional electrodes are uniformly distributed perpendicular to the complex conductive wires, intersecting with the complex conductive, insulating and metallized threads of the electrodes of the base of the conductive fabric.
Отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и достижение нового технического результата. Изолированные резистивные слои из комплексных электропроводящих полимерных нитей, расположенных перпендикулярно к краевым электродам токопроводящей ткани, позволят повысить надежность и работоспособность нагревательного элемента. Наличие дополнительных электродов, размещенных в массиве из изоляционных нитей, которые перекрещиваются с краевыми электродами и расположены перпендикулярно к ним и параллельно к комплексным электропроводящим нитям, позволит обеспечить надежную систему коммутации резистивного слоя нагревательного элемента. Благодаря промежуточным электродам, размещенным по ширине токопроводящей ткани, можно расширить диапазон работы нагревательного элемента в зависимости от напряжения питания. Наличие резистивных слоев, выполненных в виде полос по основе токопроводящей ткани, позволит создать длиномерные нагревательные элементы. Distinctive features are significant, since each of them individually and jointly aimed at solving the problem and achieving a new technical result. Insulated resistive layers of complex electrically conductive polymer threads located perpendicular to the edge electrodes of the conductive fabric will improve the reliability and performance of the heating element. The presence of additional electrodes placed in an array of insulating threads that intersect with the edge electrodes and are perpendicular to them and parallel to the complex conductive threads, will provide a reliable switching system of the resistive layer of the heating element. Thanks to the intermediate electrodes located across the width of the conductive fabric, it is possible to expand the range of the heating element depending on the supply voltage. The presence of resistive layers made in the form of strips based on a conductive fabric will allow the creation of lengthy heating elements.
Указанные отличительные существенные признаки являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружено, что позволяет характеризовать предложенное техническое решение соответствующим критерию "новизна". These distinctive essential features are new, since their use in the prior art, analogues and prototype was not found, which allows us to characterize the proposed technical solution according to the criterion of "novelty."
Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу и достичь новый технический результат, что позволяет характеризовать новое техническое решение существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники, аналогом и прототипом. Новое техническое решение является результатом опытно-конструкторской отработки и творческого вклада, получено без использования стандартных, проектировочных решений или каких-либо рекомендаций, по своей содержательности и оригинальности соответствует критерию "изобретательский уровень". A single set of new essential features with common known essential features allows us to solve the problem and achieve a new technical result, which allows us to characterize the new technical solution by significant differences compared with the prior art, analogue and prototype. The new technical solution is the result of experimental development and creative contribution, obtained without the use of standard, design solutions or any recommendations, in terms of content and originality it meets the criterion of "inventive step".
На фиг. 1 представлена токопроводящая ткань, содержащая изолированные резистивные слои, сформированные из комплексных электропроводящих нитей, расположенных перпендикулярно к краевым электродам основы, и разнесенные массивом изоляционных нитей, в зоне которых размещены дополнительные электроды и фрагмент резистивного слоя из указанной ткани; на фиг. 2 представлена вышеописанная токопроводящая ткань, содержащая в массиве из изоляционных нитей два дополнительных электрода, а по ширине токопроводящей ткани - промежуточные электроды и фрагмент резистивного слоя; на фиг. 3 представлены токопроводящая ткань, в которой комплексные электропроводящие нити расположены параллельно к краевым электродам, а резистивные слои выполнены в виде полос по основе токопроводящей ткани, и фрагмент резистивного слоя из указанной ткани; на фиг. 4 представлен пооперационно технологический процесс изготовления резистивных слоев из вышеописанных токопроводящих тканей; на фиг. 5 представлены трехслойные нагревательные элементы, содержащие скоммутированные резистивные слои, размещенные между изоляционными слоями. In FIG. 1 shows a conductive fabric containing insulated resistive layers formed from complex electrically conductive threads perpendicular to the edge electrodes of the base and spaced apart by an array of insulating threads in the area of which additional electrodes and a resistive layer fragment from said fabric are placed; in FIG. 2 shows the conductive fabric described above, containing two additional electrodes in an array of insulating threads, and intermediate electrodes and a resistive layer fragment along the width of the conductive fabric; in FIG. 3 shows a conductive fabric in which complex electrically conductive filaments are arranged parallel to the edge electrodes, and the resistive layers are made in the form of strips based on the conductive fabric, and a fragment of the resistive layer from said fabric; in FIG. 4 shows a step-by-step technological process for manufacturing resistive layers from the above conductive fabrics; in FIG. 5 shows three-layer heating elements containing switched resistive layers placed between the insulating layers.
Фрагмент токопроводящей ткани, представленный на фиг. 1 (А), содержит резистивные слои 1, сформированные из комплексных электропроводящих нитей 2, которые расположены перпендикулярно к краевым электродам 3. Резистивные слои 1 разнесены друг от друга массивом изоляционных нитей 4, в зоне которых размещены дополнительные электроды 5. На поверхности резистивного слоя из указанной токопроводящей ткани, который представлен на фиг. 1 (Б), показаны места вырубки 6 дополнительного электрода 5 и зоны пайки 8 для шнура напряжения питания. На фиг. 2 (В) представлен фрагмент токопроводящей ткани, которая в массиве изоляционных нитей 4 содержит два дополнительных электрода 5. По ширине токопроводящей ткани параллельно краевым электродам 3 равномерно распределены промежуточные электроды 7. Зоны пайки 8 для шнура напряжения питания на резистивном слое показаны на фиг. 2 (Г). A fragment of the conductive tissue shown in FIG. 1 (A) contains resistive layers 1 formed of complex electrically
Фрагмент токопроводящей ткани, представленный на фиг. 3 (Д), состоит из резистивных слоев в виде полос 9 на основе комплексных электропроводящих нитей 2, расположенных параллельно к краевым электродам 3. Полосы 9 разнесены друг от друга массивом из изоляционных нитей 4, в зоне которых размещены два промежуточных электрода 7, причем как краевые 3, так и промежуточные электроды 7 изолированы от полос 9 массивом изоляционных нитей 4. По утку токопроводящей ткани, перпендикулярно к комплексным электропроводящим нитям 2 равномерно распределены дополнительные электроды 5. На фиг. 3 (Ж) представлены фрагменты резистивных слоев из вышеуказанной токопроводящей ткани, на которых показаны места вырубки 6 в дополнительных электродах 5 и зоны пайки 8 для шнура напряжения питания. A fragment of the conductive tissue shown in FIG. 3 (D), consists of resistive layers in the form of
На фиг. 4 представлен пооперационно технологический процесс изготовления резистивных слоев из указанных на фиг. 1-3 токопроводящих тканей, который состоит из: I - разрезки токопроводящих тканей на отдельные резистивные слои в соответствии с техническими характеристиками и габаритными размерами разрабатываемого гибкого нагревательного элемента; II - коммутации резистивного элемента, обеспечиваемой путем вырубки 6 силовых электродов и подготовки зоны пайки 8 для шнура напряжения питания; III - прессования (каландрирования) резистивного слоя совместно с изоляционными слоями (т.е. резистивный слой размещают между изоляционными слоями с последующей термообработкой всего пакета в соответствии с наиболее оптимальным режимом структурирования материала изоляционных слоев). In FIG. 4 shows a step-by-step technological process for manufacturing resistive layers from those indicated in FIG. 1-3 conductive tissues, which consists of: I - cutting conductive tissues into separate resistive layers in accordance with the technical characteristics and overall dimensions of the developed flexible heating element; II - switching of the resistive element provided by cutting 6 power electrodes and preparing the
На фиг. 5 представлены нагревательные элементы, которые содержат скоммутированный резистивный слой 1, изоляционные слои 10, силовые электроды 11, гермовывод 12, шнур питания 13. In FIG. 5 shows heating elements that comprise a switched resistive layer 1, insulating layers 10, power electrodes 11, a
В качестве изоляционных слоев гибкого нагревательного элемента могут быть использованы реактопласты (например, стеклоткань, пропитанная термореактивной эпоксидной смолой); термопласты (например, полиэтилен). Также можно использовать двухстороннюю самоклеющую пленку (например, двухсторонний "скотч"), которую с одной стороны приклеивают к резистивному элементу, а с другой - к фрагменту того или иного изделия. Причем с целью снижения теплоотдачи на наружную поверхность "скотча" (не обращенную к изделию) можно наклеить теплоизолирующий материал (например, пенопласт, резину, кожу, пористый пенополиэтилен и т.д.). As insulating layers of a flexible heating element, thermosets (for example, fiberglass impregnated with thermosetting epoxy resin) can be used; thermoplastics (e.g. polyethylene). You can also use a double-sided self-adhesive film (for example, double-sided "adhesive tape"), which is glued to the resistive element on one side and to a piece of a product on the other. Moreover, in order to reduce heat transfer to the outer surface of the adhesive tape (not facing the product), heat-insulating material (for example, polystyrene, rubber, leather, porous polyethylene foam, etc.) can be glued.
Как показано на фиг. 5, гибкий нагревательный элемент (фиг. 5 (Л)) содержит шесть параллельно соединенных нагревательных элементов. Что касается гибкого нагревательного элемента, представленного на фиг. 5 (К), то он состоит из трех параллельно соединенных нагревательных элементов, причем крайние элементы имеют более высокую температуру рабочей поверхности, чем средние. As shown in FIG. 5, the flexible heating element (FIG. 5 (L)) comprises six parallel connected heating elements. As for the flexible heating element shown in FIG. 5 (K), then it consists of three heating elements connected in parallel, the extreme elements having a higher temperature of the working surface than the average ones.
Это обусловлено тем, что температура рабочей поверхности гибкого нагревательного элемента зависит от его удельной мощности, а, как известно, удельная мощность Pуд и температура рабочей поверхности Т гибкого нагревательного элемента определяется из следующих соотношений:.This is because the temperature of the working surface of the flexible heating element depends on its specific power, and, as you know, the specific power P beats and the temperature of the working surface T of the flexible heating element is determined from the following relations:
где P - номинальная мощность нагревательного элемента, Вт; A и B - соответственно длина и ширина резистивного слоя, м; U - заданное напряжение питания, B; Rc - электросопротивление резистивного слоя, Ом; n•A - количество комплексных электропроводящих нитей на длину резистивного слоя; Rn - удельное линейное электросопротивление электропроводящей нити, Ом/м; Tc - температура окружающей среды, oC; Tk - температура рабочей поверхности нагревательного элемента, oC; α - коэффициент теплоотдачи нагревательного элемента, Вт/м2 • К.
where P is the rated power of the heating element, W; A and B, respectively, the length and width of the resistive layer, m; U is the specified supply voltage, B; R c - electrical resistance of the resistive layer, Ohm; n • A is the number of complex electrically conductive threads per resistive layer length; R n - specific linear electrical resistance of the conductive thread, Ohm / m; T c - ambient temperature, o C; T k - temperature of the working surface of the heating element, o C; α is the heat transfer coefficient of the heating element, W / m 2 • K.
Как следует из соотношений I-IV, температура рабочей поверхности нагревательного элемента прямо пропорциональна величине удельной мощности резистивного слоя при условии, что электроизоляционные слои выполнены из одного и того же материала и сформованы при одном и том же технологическом процессе. As follows from ratios I-IV, the temperature of the working surface of the heating element is directly proportional to the value of the specific power of the resistive layer, provided that the insulating layers are made of the same material and molded in the same process.
Примеры расчета резистивного слоя нагревательного элемента из разработанных токопроводящих тканей на основе комплексных электропроводящих нитей применительно к гибким нагревателям различной мощности и напряжения питания для различных изделий представлены ниже. Examples of calculating the resistive layer of a heating element from developed conductive fabrics based on complex electrically conductive threads as applied to flexible heaters of different power and supply voltage for various products are presented below.
В процессе расчета определялись количество комплексных электропроводящих нитей n на единицу длины резистивного слоя; количество электродов К*; количество металлизированных нитей в электроде для четного m1 и нечетного m2 количества электродов. Расчет производился с использованием соотношений:
где P - номинальная мощность нагревательного элемента, Вт; A и B - соответственно длина и ширина резистивного слоя, м; γэ - - предельно допустимое тепловыделение на единицу длины электропроводящей нити, Вт/м; U - заданное напряжение питания, B; Rn - линейное электрическое сопротивление электропроводящей нити, Ом/м; γm - предельно допустимое тепловыделение с единицы длины металлизированной нити, Вт/м; Rm - удельное электросопротивление металлизированной нити, Ом/м.In the calculation process, the number of complex electrically conductive threads n per unit length of the resistive layer was determined; the number of electrodes K * ; the number of metallized threads in the electrode for an even m 1 and an odd m 2 number of electrodes. The calculation was made using the ratios:
where P is the rated power of the heating element, W; A and B, respectively, the length and width of the resistive layer, m; γ e - - the maximum allowable heat release per unit length of the conductive thread, W / m; U is the specified supply voltage, B; R n - linear electrical resistance of the conductive filament, Ohm / m; γ m - maximum allowable heat release per unit length of metallized yarn, W / m; R m is the electrical resistivity of the metallized yarn, Ohm / m.
Пример расчета структуры резистивного слоя (фигура 1Б). An example of calculating the structure of the resistive layer (figure 1B).
Задано: Номинальная мощность нагревательного элемента P = 800 Вт, напряжение питания U = 220 В, длина A = 1 м, ширина B = 0,8м. Требуется определить структуру резистивного слоя, обеспечивающую технические параметры нагревательного элемента. Specified: Rated power of the heating element P = 800 W, supply voltage U = 220 V, length A = 1 m, width B = 0.8 m. It is required to determine the structure of the resistive layer that provides the technical parameters of the heating element.
Решение: В качестве тепловыделяющей комплексной электропроводящей нити используем нить, линейное электрическое сопротивление которой Rn = 150000 Ом/м с предельно допустимым тепловыделением на единицу длины нити γэ= 0,5 Вт/м. С помощью выражения V определяем количество комплексных электропроводящих нитей на длину резистивного слоя:
Используя выражение VI определяем необходимое количество электродов в резистивном слое:
Округляем полученное выражение до целых чисел и путем повторного использования выражения VI уточним количество тепловыделяющих нитей на длину резистивного слоя:
С помощью выражения VII определяем количество металлизированных нитей с учетом того, что использована металлизированная нить марки М8К2 на основе меди с удельным электросопротивлением Rm = 1 Ом/м и предельным тепловыделением с единицы длины γm= 0,5 Вт/м.
Таким образом, для обеспечения надежности нагревательного элемента с обеспечением заданных параметров резистивный слой должен содержать 1983 электропроводящих нитей на 1 м длины и размещен между двумя электродами из 5-ти металлизированных нитей. Указанный резистивный слой соответствует структуре токопроводящей ткани, представленной на фиг. 1 (А), которая содержит изолированные резистивные слои, сформированные из комплексных электропроводящих нитей, расположенных перпендикулярно к краевым электродам основы токопроводящей ткани, разнесенные друг от друга массивом изоляционных нитей, в зоне которых размещены дополнительные электроды, перекрещивающиеся с краевыми электродами и расположенными перпендикулярно к ним и параллельно к комплексным электропроводящим нитям. Разработанные нагреватели могут использоваться в быту и промышленности для обогрева жилых помещений и производственных площадей.Solution: As a heat-generating complex electrically conductive thread, we use a thread whose linear electrical resistance R n = 150,000 Ohm / m with a maximum allowable heat release per unit length of the thread γ e = 0.5 W / m. Using the expression V, we determine the number of complex electrically conductive threads per resistive layer length:
Using expression VI, we determine the required number of electrodes in the resistive layer:
We round the resulting expression to integers and by reusing Expression VI, we clarify the number of heat-generating threads per resistive layer length:
Using expression VII, we determine the number of metallized yarns, taking into account the fact that we used a metallized yarn of the M8K2 grade based on copper with a specific electrical resistance R m = 1 Ohm / m and maximum heat emission from a unit length γ m = 0.5 W / m.
Thus, to ensure the reliability of the heating element with the specified parameters, the resistive layer must contain 1983 electrically conductive threads per 1 m of length and placed between two electrodes of 5 metallized threads. Said resistive layer corresponds to the structure of the conductive fabric shown in FIG. 1 (A), which contains insulated resistive layers formed of complex conductive threads perpendicular to the edge electrodes of the base of the conductive fabric, spaced from each other by an array of insulating threads, in the area of which additional electrodes are placed, intersecting with the edge electrodes and located perpendicular to them and parallel to complex conductive threads. Designed heaters can be used in everyday life and industry for heating residential premises and industrial areas.
Пример расчета структуры резистивного слоя (фигура 2Г). An example of calculating the structure of the resistive layer (figure 2G).
Задано: Номинальная мощность нагревательного элемента P = 400 Вт, напряжение питания U = 36 В, длина A = 1 м, ширина B = 0,5 м. Требуется определить структуру резистивного слоя, обеспечивающего технические параметры нагревательного элемента. Specified: Rated power of the heating element P = 400 W, supply voltage U = 36 V, length A = 1 m, width B = 0.5 m. It is required to determine the structure of the resistive layer that provides the technical parameters of the heating element.
Решение: В качестве тепловыделяющей комплексной электропроводящей нити используем нить, линейное электрическое сопротивление которой равно Rn = 120000 Ом/м с предельно допустимым тепловыделением на единицу длины нити γэ= 1,5 Вт/м. С помощью выражения V определяем количество электропроводящих нитей на единицу длины резистивного слоя:
Используя выражение VI определяем необходимое количество электродов в резистивном слое
Округляем полученное выражение до целых чисел и путем повторного использования выражения VI уточняем количество тепловыделяющих нитей на единицу длины резистивного слоя:
С помощью выражения VIII определяем количество металлизированных нитей с учетом того, что использована медная нить марки М8К2 на основе меди с удельным электросопротивлением Rm = 1 Ом/м и предельно допустимым тепловыделением с единицы длины γm= 0,5 Вт/м.
Таким образом, для обеспечения надежности нагревательного элемента с обеспечением заданных параметров резистивный слой должен содержать 514 электропроводящих нитей. Указанный резистивный слой соответствует структуре токопроводящей ткани, представленной на фиг. 2 (В), которая содержит в массиве из изоляционных нитей два электрода, а по ширине токопроводящей ткани, параллельно краевым электродам промежуточные электроды, перекрещивающиеся с комплексными, электропроводящими, изоляционными и металлизированными нитями электродов утка токопроводящей ткани. Разработанные нагреватели могут также использоваться в быту и промышленности для обогрева жилых, производственных и подвальных помещений.Solution: As a heat-generating complex electrically conductive thread, we use a thread whose linear electrical resistance is equal to R n = 120,000 Ohm / m with a maximum allowable heat release per unit length of the thread γ e = 1.5 W / m. Using the expression V, we determine the number of electrically conductive threads per unit length of the resistive layer:
Using expression VI, we determine the required number of electrodes in the resistive layer
We round the resulting expression to integers and, by reusing Expression VI, specify the number of heat-generating threads per unit length of the resistive layer:
Using expression VIII, we determine the number of metallized threads, taking into account the fact that we used copper filament grade M8K2 based on copper with a specific electrical resistance R m = 1 Ohm / m and maximum allowable heat release per unit length γ m = 0.5 W / m.
Thus, to ensure the reliability of the heating element while ensuring the specified parameters, the resistive layer must contain 514 electrically conductive threads. Said resistive layer corresponds to the structure of the conductive fabric shown in FIG. 2 (B), which contains two electrodes in an array of insulating threads and, along the width of the conductive fabric, intermediate electrodes parallel to the edge electrodes, intersecting with complex, electrically conductive, insulating and metallized threads of the weft conductive fabric electrodes. Designed heaters can also be used in everyday life and industry for heating residential, industrial and basement.
Пример расчета структуры резистивного слоя (фигура 3Ж). An example of calculating the structure of the resistive layer (figure 3G).
Задано: Номинальная мощность нагревательного элемента P = 3600 Вт, напряжение питания U = 24 В, длина A = 1 м, ширина B = 6 м. Требуется определить структуру резистивного слоя, обеспечивающего технические параметры нагревательного элемента. Set: Nominal power of the heating element P = 3600 W, supply voltage U = 24 V, length A = 1 m, width B = 6 m. It is required to determine the structure of the resistive layer that provides the technical parameters of the heating element.
Решение: В качестве тепловыделяющей комплексной электропроводящей нити используем нить, линейное электрическое сопротивление которой равно Rn = 150000 Ом/м с предельно допустимым тепловыделением на единицу длины нити γэ= 1,5 Вт/м. С помощью выражения V определяем количество электропроводящих нитей на единицу длины резистивного слоя:
Используя выражение VI определяем необходимое количество электродов в резистивном слое:
Округляем полученное выражение до целых чисел и путем повторного использования выражения VI уточняем количество тепловыделяющих нитей на единицу длины резистивного слоя:
С помощью выражения VIII определяем количество металлизированных нитей с учетом того, что использована медная нить марки М8К2 на основе меди с удельным электросопротивлением Rm = 1 Ом/м и предельно допустимым тепловыделением с единицы длины γm= 0,5 Вт/м.
Таким образом, для обеспечения надежности нагревательного элемента с обеспечением заданных параметров резистивный слой должен содержать 1216 электропроводящих нитей на единицу его ширины. Указанный резистивный слой соответствует структуре токопроводящей ткани, представленной на фиг. 3 (Д), в которой комплексные электропроводящие нити расположены параллельно к краевым электродам, а резистивные слои выполнены в виде полос по основе токопроводящей ткани и разнесены друг от друга массивом из изоляционных нитей, в зоне которых размещены два промежуточных электрода, причем как краевые, так и промежуточные электроды изолированы от полос из комплексных электропроводящих нитей изоляционными нитями, а по утку токопроводящей ткани перпендикулярно к комплексным электропроводящим нитям равномерно распределены дополнительные электроды, перекрещивающиеся с комплексными, электропроводящими, изоляционными и металлизированными нитями электродов основы токопроводящей ткани.Solution: As a heat-generating complex electrically conductive thread, we use a thread whose linear electrical resistance is equal to R n = 150,000 Ohm / m with a maximum allowable heat release per unit length of the thread γ e = 1.5 W / m. Using the expression V, we determine the number of electrically conductive threads per unit length of the resistive layer:
Using expression VI, we determine the required number of electrodes in the resistive layer:
We round the resulting expression to integers and, by reusing Expression VI, specify the number of heat-generating threads per unit length of the resistive layer:
Using expression VIII, we determine the number of metallized threads, taking into account the fact that we used copper filament grade M8K2 based on copper with a specific electrical resistance R m = 1 Ohm / m and maximum allowable heat release per unit length γ m = 0.5 W / m.
Thus, to ensure the reliability of the heating element with the specified parameters, the resistive layer must contain 1216 electrically conductive threads per unit of its width. Said resistive layer corresponds to the structure of the conductive fabric shown in FIG. 3 (D), in which complex electrically conductive filaments are arranged parallel to the edge electrodes, and the resistive layers are made in the form of strips based on the conductive fabric and are spaced from each other by an array of insulating filaments, in the area of which are two intermediate electrodes, both edge and and intermediate electrodes are isolated from strips of complex conductive threads by insulating threads, and additional webs are uniformly distributed perpendicular to the complex conductive threads across the weft of conductive fabric electrodes intersecting with complex, electrically conductive, insulating and metallized threads of the electrodes of the base of the conductive fabric.
Пример расчета структуры резистивного слоя электронагревателя, представленного на фиг. 5Л. An example of calculating the structure of the resistive layer of the electric heater shown in FIG. 5L.
Задано: Номинальная мощность нагревательного элемента P = 100 ВТ, напряжение питания U = 12 В, длина A = 0,3 м, ширина B = 0,3 м. Требуется определить структуру резистивного слоя, обеспечивающего технические параметры нагревательного элемента. Specified: Rated power of the heating element P = 100 W, supply voltage U = 12 V, length A = 0.3 m, width B = 0.3 m. It is required to determine the structure of the resistive layer that provides the technical parameters of the heating element.
Решение: В качестве тепловыделяющей комплексной нити используем нить, линейное электрическое сопротивление которой равно Rn = 150000 Ом/м с предельно допустимым тепловыделением на единицу длины нити γэ= 0,5 Вт/м. С помощью выражения V определяем количество электропроводящих нитей на единицу длины резистивного слоя:
Максимально возможная текстильная плотность комплексных электропроводящих нитей по утку токопроводящей ткани не более 2000 нитей/метр, поэтому комплексные электропроводящие нити размещены по основе токопроводящей ткани параллельно краевым электродам.Solution: As a heat-generating complex thread, we use a thread whose linear electrical resistance is equal to R n = 150,000 Ohm / m with a maximum allowable heat release per unit length of the thread γ e = 0.5 W / m. Using the expression V, we determine the number of electrically conductive threads per unit length of the resistive layer:
The maximum possible textile density of complex electrically conductive threads per weft of conductive fabric is not more than 2000 threads / meter, therefore, complex electrically conductive threads are placed on the basis of conductive fabric parallel to the edge electrodes.
Используя выражение VI определяем необходимое количество электродов в резистивном слое, расположенных перпендикулярно к краевым электродам:
Округляем полученное выражение до целых чисел и путем повторного использования выражения VI уточняем количество электропроводящих нитей на единицу длины резистивного слоя:
С помощью выражения VII определяем количество металлизированных нитей в каждом электроде с учетом того, что использована медная нить марки М8К2 на основе меди с удельным электросопротивлением Rm = 1 Ом/м с предельно допустимым тепловыделением с единицы длины γm= 0,5 Вт/м.
Таким образом, для обеспечения надежности нагревательного элемента с обеспечением заданных параметров резистивный слой должен содержать 2893 комплексных электропроводящих нитей на единицу его длины, семь электродов из используемых металлизированных нитей марки М8К2 в каждом электроде.Using expression VI, we determine the required number of electrodes in the resistive layer located perpendicular to the edge electrodes:
We round the resulting expression to integers and, by reusing Expression VI, specify the number of electrically conductive threads per unit length of the resistive layer:
Using expression VII, we determine the number of metallized strands in each electrode, taking into account the fact that we used copper filament grade M8K2 based on copper with a specific electrical resistance R m = 1 Ohm / m with a maximum allowable heat release per unit length γ m = 0.5 W / m .
Thus, to ensure the reliability of the heating element with the specified parameters, the resistive layer must contain 2893 complex electrically conductive threads per unit of its length, seven electrodes from the metallized M8K2 strands used in each electrode.
Пример расчета структуры резистивного слоя электронагревателя, представленного на фиг. 5К. An example of calculating the structure of the resistive layer of the electric heater shown in FIG. 5K.
Задано: Резистивный слой состоит из трех параллельно соединенных элементов в виде секций, две из которых крайние и одна средняя. Расстояние между электродами в крайних и средней секциях равно L1 = L3 = 25 см, L2 = 30 см. Требуется определить мощность крайних и средней секций нагревательного элемента и температуру его рабочей поверхности с учетом того, что изоляционные слои выполнены из стеклопластика, коэффициент теплоотдачи которых составляет α = 24 Вт/м2•K.
Решение: В качестве тепловыделяющей нити используем комплексную электропроводящую нить с удельным электросопротивлением Rn = 150000 Ом/м, количество тепловыделяющих нитей на единицу длины резистивного слоя n = 1000 нитей/метр. Определяем электрическое сопротивление резистивного слоя, используя выражение III для крайних секций нагревательного элемента:
Соответственно определяем электрическое сопротивление для средней секции нагревательного элемента:
Определяем мощность крайних (P1) и средней (P2) секций нагревательного элемента, используя соотношение (II):
Определяем температуру рабочей поверхности нагревательного элемента, используя соотношения I и IV для крайних (T1) и средней (T2) секций нагревательного элемента:
Таким образом, разработанный гибкий нагревательный элемент состоит из трех секций и обеспечивает температуру рабочей поверхности нагревательного элемента на крайних секциях 53oC и на средней секции 44oC (без учета температуры окружающей среды) при общей мощности P = 322•2+268 = 912 Вт.Defined: The resistive layer consists of three parallel-connected elements in the form of sections, two of which are extreme and one middle. The distance between the electrodes in the extreme and middle sections is L 1 = L 3 = 25 cm, L 2 = 30 cm. It is required to determine the power of the extreme and middle sections of the heating element and the temperature of its working surface, taking into account the fact that the insulating layers are made of fiberglass, coefficient heat transfer of which is α = 24 W / m 2 • K.
Solution: As a heat-generating filament, we use a complex electrically conductive filament with a specific electrical resistance R n = 150,000 Ohm / m, the number of heat-generating filaments per unit length of the resistive layer n = 1000 filaments / meter. We determine the electrical resistance of the resistive layer using expression III for the extreme sections of the heating element:
Accordingly, we determine the electrical resistance for the middle section of the heating element:
We determine the power of the extreme (P 1 ) and middle (P 2 ) sections of the heating element, using relation (II):
We determine the temperature of the working surface of the heating element using the ratios I and IV for the extreme (T 1 ) and middle (T 2 ) sections of the heating element:
Thus, the developed flexible heating element consists of three sections and provides the temperature of the working surface of the heating element at the extreme sections 53 o C and on the middle section 44 o C (excluding ambient temperature) with a total power of P = 322 • 2 + 268 = 912 Tue
Испытания разработанных гибких нагревательных элементов с использованием нового технического решения, произведенного промышленным способом, показало положительные результаты. Tests of the developed flexible heating elements using a new technical solution, manufactured industrially, showed positive results.
Таким образом, предложенное новое техническое решение в указанной совокупности существенных признаков соответствует критерию "промышленная применимость", т.е. уровню изобретения. Thus, the proposed new technical solution in the specified set of essential features meets the criterion of "industrial applicability", i.e. level of invention.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99104250A RU2155461C1 (en) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | Flexible heating element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99104250A RU2155461C1 (en) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | Flexible heating element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2155461C1 true RU2155461C1 (en) | 2000-08-27 |
Family
ID=20216615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99104250A RU2155461C1 (en) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | Flexible heating element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2155461C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005083164A2 (en) * | 2004-02-27 | 2005-09-09 | Intelligent Textiles Limited | Electrical components and circuits constructed as textiles |
| US7365031B2 (en) | 2000-04-03 | 2008-04-29 | Intelligent Textiles Limited | Conductive pressure sensitive textile |
| US20080220678A1 (en) * | 2003-02-18 | 2008-09-11 | Textilforschungsinstitut Thuringen-Vogtland | Textile Surface Structure Comprising an Arrangement of a Plurality of Conductive Threads or Threads Exhibiting Conductive Properties and Method for the Production Thereof |
| US10519575B2 (en) | 2015-12-18 | 2019-12-31 | Intelligent Textiles Limited | Conductive fabric, method of manufacturing a conductive fabric and apparatus therefor |
| RU2809786C1 (en) * | 2022-10-11 | 2023-12-18 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.И. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) | Method for manufacturing film heating element and film heating element manufactured by such method |
-
1999
- 1999-03-01 RU RU99104250A patent/RU2155461C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7365031B2 (en) | 2000-04-03 | 2008-04-29 | Intelligent Textiles Limited | Conductive pressure sensitive textile |
| US20080220678A1 (en) * | 2003-02-18 | 2008-09-11 | Textilforschungsinstitut Thuringen-Vogtland | Textile Surface Structure Comprising an Arrangement of a Plurality of Conductive Threads or Threads Exhibiting Conductive Properties and Method for the Production Thereof |
| US8431185B2 (en) * | 2003-02-18 | 2013-04-30 | Textilforschungsinstitut Thuringen-Vogtland | Textile surface structure comprising an arrangement of a plurality of conductive threads or threads exhibiting conductive properties and method for the production thereof |
| WO2005083164A2 (en) * | 2004-02-27 | 2005-09-09 | Intelligent Textiles Limited | Electrical components and circuits constructed as textiles |
| WO2005083164A3 (en) * | 2004-02-27 | 2005-11-03 | Intelligent Textiles Ltd | Electrical components and circuits constructed as textiles |
| US8298968B2 (en) | 2004-02-27 | 2012-10-30 | Intelligent Textiles Limited | Electrical components and circuits constructed as textiles |
| US8669195B2 (en) | 2004-02-27 | 2014-03-11 | Intelligent Textiles Limited | Electrical components and circuits constructed as textiles |
| US10519575B2 (en) | 2015-12-18 | 2019-12-31 | Intelligent Textiles Limited | Conductive fabric, method of manufacturing a conductive fabric and apparatus therefor |
| RU2809786C1 (en) * | 2022-10-11 | 2023-12-18 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.И. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) | Method for manufacturing film heating element and film heating element manufactured by such method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0202896B1 (en) | Electrical sheet heaters | |
| US7138612B2 (en) | Electrical connection of flexible conductive strands in a flexible body | |
| US4538054A (en) | Electric heating fabric | |
| US6057530A (en) | Fabric heating element and method of manufacture | |
| US4792662A (en) | Sheet electrical heating element | |
| CA2236024A1 (en) | Heating element and method of manufacture | |
| US20090152257A1 (en) | Electric Heating Device | |
| US7820945B2 (en) | Heating fabric and manufacturing method thereof | |
| RU2155461C1 (en) | Flexible heating element | |
| US4095101A (en) | Light conductor having electrical conductors extending longitudinally of surface | |
| US7049557B2 (en) | Regulated flexible heater | |
| JPH1140329A (en) | Flat heating body | |
| KR100641693B1 (en) | Heating fabric and manufacturing method thereof | |
| JP5615656B2 (en) | Planar heating element | |
| JP4030677B2 (en) | High-strength planar heating element | |
| WO1994014296A1 (en) | Electrical heater made of polymer material | |
| KR200435898Y1 (en) | flat type pyrogen using with conducted yarn | |
| RU2294062C2 (en) | Woven resistor unit and its manufacturing process | |
| WO1998001009A1 (en) | Electrically-heated, flexible and stretchable, shaped fabric | |
| RU2109091C1 (en) | Electric heating fabric | |
| RU2108690C1 (en) | Flexible electric heater and process of its manufacture | |
| RU2114942C1 (en) | Carbon woven material | |
| KR200195313Y1 (en) | Heating mat | |
| RU2543966C2 (en) | Flexible heating element | |
| RU2106765C1 (en) | Flexible electric heater |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070302 |