электронагревательная ткань
Классы МПК: | H05B3/34 гибкие, например электронагревательные сетки или ткани |
Автор(ы): | Гриневич И.А., Филиппов Д.И., Толочик В.С., Шелемех А.В. |
Патентообладатель(и): | Гриневич Игорь Афанасьевич, Филиппов Дмитрий Иванович, Толочик Владимир Сергеевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-07-03 публикация патента:
10.09.2003 |
Изобретение относится к электротермии и касается конструкции электронагревательной ткани, включаемой в качестве нагревательного элемента в различные конструкции нагревательных приборов, предназначенных для обеспечения и поддержания в локальной зоне нужной температуры. Электронагревательная ткань представляет собой полотно, выполненное переплетением нитей, и содержит основные неэлектропроводные нити и электропроводные резистивные нити, ткань включает в себя также, по меньшей мере, две основные проводящие шины и распределительные шины, отделенные от электропроводных резистивных нитей диэлектрическими барьерами из неэлектропроводных нитей из хлопкового или синтетического волокна, в которых расположены прерыватели цепи. Ткань содержит, по меньшей мере, три распределительные шины, при этом две из основных проводящих шин выполнены раздвоенными и состоят из двух ручьев в промежутке, между которыми расположены основные неэлектропроводные нити. Средства для подключения токоподводящих соединительных проводов расположены в отверстиях, выполненных в основных неэлектропроводных нитях. Основные неэлектропроводные нити имеют полотняный тип переплетения с упомянутыми неэлектропроводными нитями. Технический результат заключается в создании электронагревательной ткани, имеющей в своей структуре участки, способные работать при различных значениях питающего напряжения, повышении эксплуатационных характеристик электронагревательной ткани и ее надежности. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Электронагревательная ткань, представляющая собой полотно, выполненное переплетением нитей, и содержащая основные неэлектропроводные нити, имеющие первое направление, и электропроводные резистивные нити, имеющие второе направление, перпендикулярное первому, каждая из упомянутых электропроводных резистивных нитей состоит либо из углеродного волокна, либо из синтетического волокна, содержащего углеродный наполнитель, либо из синтетического или стеклянного волокна с оболочкой из полимерного резистивного материала, содержащего углеродный наполнитель, при этом ткань включает в себя, по меньшей мере, две основные проводящие шины, расположенные в первом направлении и предназначенные для распределения электроэнергии между электропроводными резистивными нитями, и распределительные шины, расположенные во втором направлении, отделенные от электропроводных резистивных нитей диэлектрическими барьерами из неэлектропроводных нитей из хлопкового или синтетического волокна, в которых расположены прерыватели цепи для предотвращения соединения проводящей шины с распределительной шиной, имеющих различный потенциал напряжения, а также средства для подключения токоподводящих соединительных проводов от источника тока, отличающаяся тем, что она содержит, по меньшей мере, три распределительные шины, расположенные во втором направлении, причем третья распределительная шина отделена от одной из двух распределительных шин, по меньшей мере, двумя неэлектропроводными нитями из хлопкового или синтетического волокна, расположенными в том же направлении для создания дополнительного диэлектрического барьера между указанными распределительными шинами, в котором на одном из участков ткани расположены прерыватели цепи между внутренней и внешней распределительными шинами, которые в совокупности с прерывателями цепи, расположенными на внутренней распределительной шине между двумя основными проводящими шинами с одноименным полюсом, расстояние между которыми меньше расстояния между основными проводящими шинами с различными полюсами, образуют отдельные участки цепи, подключаемые к различным источникам питания, причем каждая из указанных основных проводящих и распределительных шин включает в себя, по меньшей мере, одну нить с низким электрическим сопротивлением, при этом две из основных проводящих шин выполнены раздвоенными и состоят из двух ручьев в промежутке, между которыми расположены основные неэлектропроводные нити, причем расстояние между ручьями раздвоенной основной проводящей шины меньше расстояния между основными проводящими шинами, а упомянутые средства для подключения токоподводящих соединительных проводов расположены в отверстиях, выполненных в основных неэлектропроводных нитях, расположенных в промежутке между ручьями раздвоенных основных проводящих шин, с двух сторон от одного из упомянутых диэлектрических барьеров, причем один из прерывателей цепи расположен между указанными отверстиями, при этом средства для подключения токоподводящих соединительных проводов расположены с возможностью контакта с упомянутой нитью с низким электрическим сопротивлением, входящей в состав раздвоенных основных проводящих шин, кроме того, основные неэлектропроводные нити имеют полотняный тип переплетения с упомянутыми неэлектропроводными нитями, образующими диэлектрический барьер, электропроводными резистивными нитями и нитями с низким электрическим сопротивлением, входящими в состав распределительной шины, а нити с низким электрическим сопротивлением, входящие в состав основных проводящих шин, имеют саржевый тип переплетения со всеми нитями второго направления. 2. Электронагревательная ткань по п. 1, отличающаяся тем, что расстояние между двумя основными проводящими шинами одноименного полюса, в промежутке между которыми расположены прерыватели цепи внутренней распределительной шины, составляет 20![электронагревательная ткань, патент № 2212120](/images/patents/258/2212054/247.gif)
![электронагревательная ткань, патент № 2212120](/images/patents/258/2212035/177.gif)
![электронагревательная ткань, патент № 2212120](/images/patents/258/2212054/247.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электротермии, и касается конструкции электронагревательной ткани, включаемой в качестве нагревательного элемента в различные конструкции нагревательных приборов, предназначенных для обеспечения и поддержания в локальной зоне нужной температуры. Известна электронагревательная ткань, содержащая фоновую часть, образованную переплетением электроизоляционных основных и уточных нитей и высокоомные нити, вплетенные в фоновую часть ткани в виде, по меньшей мере, одной группы основных высокоомных нитей, причем указанные группы высокоомных нитей расположены по утку на предварительно определенном расстоянии одна от другой [1]. К недостаткам данной электронагревательной ткани относится низкая надежность электронагревательной ткани. Известен гибкий нагревательный элемент, в котором основа токопроводящей ткани выполнена из массива изоляционных нитей, размещенных между электродами, а уток выполнен из комплексных электропроводящих тепловыделяющих нитей, размещенных перпендикулярно электродам. В качестве комплексной электропроводящей тепловыделяющей нити использована многокомпонентная нить структуры "оболочка-ядро", содержащая в "оболочке" фторсодержащий полиолефин на основе саженаполненного сополимера тетрафторэтилена с винилиденфторидом, а в "ядре" поликапроамидные или стеклянные волокна [2]. К недостаткам данной электропроводной резистивной нити относится ее низкое линейное электрическое сопротивление, что позволяет применять ее для изготовления тканых нагревательных элементов, рассчитанных на работу при напряжении не более 36 В, использование для ее получения в качестве "ядра" только поликапроамидного волокна определенной конфигурации и, кроме того, повышенный расход резистивного материала. Известна электронагревательная ткань, представляющая собой полотно, выполненное переплетением нитей и содержащая основные неэлектропроводные нити, имеющие первое направление, и электропроводные резистивные нити, имеющие второе направление, перпендикулярное первому, каждая из упомянутых электропроводных резистивных нитей состоит либо из углеродного волокна, либо из синтетического волокна, содержащего углеродный наполнитель, либо из синтетического или стеклянного волокна с оболочкой из полимерного резистивного материала, содержащего углеродный наполнитель, при этом ткань включает в себя, по меньшей мере, две основные проводящие шины, расположенные в первом направлении, и предназначенные для распределения электроэнергии между электропроводными резистивными нитями, и распределительные шины, расположенные во втором направлении, отделенные от электропроводных резистивных нитей диэлектрическими барьерами из неэлектропроводных нитей из хлопкового или синтетического волокна, в которых расположены прерыватели цепи для предотвращения соединения проводящей шины с распределительной шиной, имеющих различный потенциал напряжения, а также средства для подключения токоподводящих соединительных проводов от источника тока [3] (прототип). Недостатками прототипа является то, что две распределительные шины, расположенные в направлении, совпадающем с направлением электропроводных резистивных нитей, разнесены по полотну относительно друг друга на значительное расстояние, что увеличивает расход токоподводящих соединительных проводов и создает неудобство при их подключении и эксплуатации нагревательного элемента. Кроме того, токоподводящие соединительные провода подключаются к распределительным шинам путем пайки, что не обеспечивает достаточно прочного и надежного контакта в месте их соединения, т.к. при пайке происходит плавление синтетической нити, на которой навита медная плющеная проволока, и, кроме того, при плохом контакте происходит местный перегрев, что приводит к разрушению ткани в месте контакта и выходу нагревателя из строя. При полотняном переплетении всех нитей электронагревательной ткани в местах переплетения нитей с низким электрическим сопротивлением проводящих шин с электропроводными резистивными нитями при ткачестве возникают большие напряжения, приводящие к повреждению резистивной оболочки электропроводной нити, что ухудшает электрические характеристики ткани, а иногда приводит к разрыву электропроводных резистивных нитей. Кроме того, при плотности электропроводных резистивных нитей более 13 нитей на сантиметр ткани вблизи проводящих шин наблюдается образование морщин, что ухудшает внешний вид ткани. Известные конструкции электронагревательных тканей и гибких электронагревательных элементов, изготовленных из них, предусматривают эксплуатацию данного нагревательного элемента только при одном конкретном питающем напряжении (например, либо при 12 В, либо при 24 В, либо при 42 В, либо при 110 В, либо при 220 В). Однако в некоторых случаях, например при хранении и перевозке продуктов питания в специальных термоконтейнерах, требуется обеспечить нагрев содержимого контейнера в стационарных условиях, а затем поддерживать необходимую температуру в процессе перевозки на автомобиле. Исходя из этого, ранее электронагревательные элементы для термоконтейнеров проектировались из расчета на сверхнизкое напряжение автомобильной сети (12-13,8 В). Однако это создавало неудобство при эксплуатации термоконтейнера в стационарных условиях, так как требовало применения трансформаторов, понижающих напряжение с 110-220 до 13,8 В. Кроме того, нагревательные элементы, рассчитанные на работу при низком напряжении, имеют ограничения по току - не более 5,3-6 А, что ограничивает их мощность до 73-83 Вт и не позволяет в свою очередь получить достаточную удельную мощность тканого нагревательного элемента, используемого в контейнерах среднего и большого объема (0,08-0,2 м), из-за его больших размеров (например, 0,4![электронагревательная ткань, патент № 2212120](/images/patents/258/2212027/8226.gif)
![электронагревательная ткань, патент № 2212120](/images/patents/258/2212035/177.gif)
1-й вид - это прерыватели цепи, выполненные в диэлектрическом барьере между электропроводными резистивными нитями и распределительной шиной, для предотвращения соединения основной проводящей шины с распределительной шиной, имеющие различный потенциал напряжения;
2-й вид - это прерыватели цепи, выполненные в диэлектрическом барьере между двумя распределительными шинами, для размыкания контакта между ними, созданного основными проводящими шинами на определенном участке ткани, и прерыватели цепи, выполненные на самой внутренней распределительной шине в промежутке между двумя основными проводящими шинами одноименного полюса, которые в совокупности формируют отдельные нагревательные участки, способные работать от источника питания высокого напряжения в одном тканом нагревательном элементе. Распределительные шины отличаются от основных проводящих шин тем, что они расположены во втором направлении по утку ткани и имеют полотняный тип переплетения с основными неэлектропроводными нитями первого направления. Основные проводящие шины расположены в первом направлении и имеют саржевый тип переплетения со всеми нитями, расположенными во втором направлении. При установке в проводящей шине люверса 8 в ней пробивается отверстие, что нарушает целостность нитей с низким линейным электрическим сопротивлением и приводит к повышению контактного сопротивления, а высокое контактное сопротивление приводит к потере мощности нагревательного элемента. Из-за повышенной жесткости нитей с низким линейным электрическим сопротивлением, составляющих электропроводные шины, диаметр отверстия в них для установки люверса должен быть в 1,5-1,8 раза больше диаметра отверстия, выполненного в структуре ткани, состоящей из основных неэлектропроводных и уточных электропроводных нитей, что также приводит к повышению контактного сопротивления. Нарушение целостности нитей с низким линейным электрическим сопротивлением, входящих в электропроводные шины, в результате пробивки в них отверстия приводит к необходимости увеличения количества в шине электропроводных нитей с низким линейным электрическим сопротивлением, что удорожает стоимость электронагревательной ткани, и применения люверса, имеющего большой диаметр прижимных колец, что снижает плотность контакта на периферии прижимных колец и приводит к повышению контактного сопротивления. Вследствие этого две из проводящих шин 3 выполнены раздвоенными и состоят из двух ручьев 3а и 3b в промежутке, между которыми расположены основные неэлектропроводные нити 1, причем расстояние между ручьями 3а и 3b раздвоенных проводящих шин существенно меньше расстояния между отдельными проводящими шинами 3 и составляет 2,5-3,0 мм. В основных неэлектропроводных нитях, расположенных в промежутке между ручьями раздвоенной проводящей шины с двух сторон от одного из упомянутых диэлектрических барьеров, выполнены отверстия диаметром 2,5-3,0 мм, между которыми должен быть расположен и один из прерывателей цепи 7. Как видно из фиг.4 в каждое отверстие своей цилиндрической частью вставлен люверс 8, предназначенный для надевания на него контакта 9 соответствующего токоподводящего соединительного провода и прижимного запорного кольца 11. После установки цилиндрическую часть люверса 8 развальцовывают для обеспечения плотного прилегания контакта 9 ко всем нитям с низким электрическим сопротивлением, входящим в состав каждого из ручьев 3а и 3b раздвоенной проводящей шины электронагревательной ткани 12. Через контакты 9а нагревательный элемент подсоединяется к источнику питания высокого напряжения (110-220 В), а через контакты 9b - к источнику питания низкого напряжения (12-13,8 В). Для образования отдельных участков цепи, подключаемых к различным источникам питания, служат основные проводящие шины с одноименным полюсом 3с и 3d, расстояние между которыми составляет 20-25 мм, и в этом промежутке расположены прерыватели цепи 7 на внутренней распределительной шине 4. Описанная выше конструкция электронагревательной ткани, выполненная в соответствии с заявленным изобретением, доказывает возможность реализации назначения изобретения и достижения указанного выше технического результата, но при этом не исчерпывает всех возможностей осуществления изобретения, охарактеризованного совокупностью признаков, приведенной в формуле изобретения. Источники информации
1. RU 2145984 С1 (Шульженко А.А. и др.), 27.02.2000. 2. RU 2143791 С1 (Общество с ограниченной ответственностью "Практик-М", Офицерьян Р.В. и др.), 27.12.1999
3. WO 01/37612 А1 (Безукладов В.И. и др.), 25.05.2001.
Класс H05B3/34 гибкие, например электронагревательные сетки или ткани