термоэлектрический мат

Формула изобретения

Термоэлектрический мат, включающий послойно размещенные наружное электроизоляционное влагостойкое покрытие, контактирующее в процессе эксплуатации мата с обогреваемой поверхностью, нагревательный элемент, выполненный, по меньшей мере, из двух параллельно расположенных полос эластичного неметаллического токопроводящего материала, разделенных между собой электроизоляционными вставками и снабженными по краям электродами, внутренний электроизоляционный слой, теплоизоляционный слой и влагозащитное покрытие, отличающийся тем, что наружное электроизоляционное влагостойкое покрытие выполнено толщиной

где h - толщина наружного электроизоляционного влагостойкого покрытия;

К₁=0,01÷0,03 - коэффициент, зависящий от характера обогреваемого материала;

К ₂=0,01÷0,06 - коэффициент, характеризующий прочность материала, из которого изготовлено наружное электроизоляционное влагостойкое покрытие;

S - площадь термоэлектрического мата,

а внутренний электроизоляционный слой размещен над полосами эластичного токопроводящего материала на расстоянии не менее 1 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, в частности к термоэлектрическим матам, предназначаемым для обогрева бетона, грунта, заполнителей и т.д.

Известны термоэлектрические маты, нагревательные элементы которых изготавливаются из зигзагообразной нихромовой проволоки, размещенной в карманах чехла из стеклянной ткани (см. B.C.Аханов "Электротермия в технологии бетона". Махачкала, Дагестанское книжное издательство 1971 г., с.206-207, рис.87).

Известен также термоэлектрический мат, нагревательный элемент которого состоит из асбестовой ткани с продернутой нихромовой проволокой диаметром 0,8 мм. Нагревательный элемент помещен между слоями стеклянной ткани и сверху покрыт теплоизоляционными слоями из ватина, пропитанного огнезащитным составом. Все элементы термоэлектрического мата заключены во влагозащитную теплостойкую оболочку (см. B.C.Аханов "Электротермия в технологии бетона". Махачкала, Дагестанское книжное издательство, 1971 г., с.206-208, рис 88, 89).

Основным недостатком описанных выше термоэлектрических матов является то, что используемая в качестве нагревательного элемента нихромовая проволока быстро выходит из строя (обрывается).

Указанный недостаток обусловлен частыми и многократными перегибами мата при перемещении его в разогретом состоянии с одного обогреваемого участка бетона на другой.

Известен гибкий электронагреватель, содержащий нагревательный элемент, выполненный из углеродного волокна на основе гидратцеллюлозных волокон с конечной температурой обработки не менее 1800°С, размещенную поверх него изоляцию и защитный кожух, выполненный из стекловолокна, и подсоединительные контакты из металлической фольги. При этом нагревательный элемент выполнен из углеродной ленты шириной 20-100 мм, изоляция - в виде герметичного чехла из фторопластовой пленки, а подсоединительные контакты выполнены сложенными и завернутыми вместе с концами углеродной ленты и снабжены обжимающими полосками из нержавеющей стали (см патент РФ №2079979, МКИ Н05В 3/34).

Применение в качестве нагревательного элемента углеродной ленты увеличивает долговечность гибкого электронагревателя по сравнению с описанными выше термоэлектрическими матами с нихромовой проволокой. Тем не менее, описанный электронагреватель имеет свои существенные недостатки, основные из которых ограниченные технологические возможности и значительные теплопотери.

Ограниченные технологические возможности обусловлены шириной нагревательного элемента (80-100 мм), что не позволяет применять для обогрева.

Значительные теплопотери обусловлены тем, что верхняя, контактирующая с атмосферой поверхность гибкого электронагревателя не имеет дополнительной теплоизоляции.

В связи с этим интенсивность теплопередачи от электронагревателя на обогреваемую поверхность и в атмосферу одинакова.

За прототип выбран термоэлектрический мат, включающий послойно размещенные наружное электроизоляционное влагостойкое покрытие, контактирующее в процессе эксплуатации мата с обогреваемой поверхностью, нагревательный элемент, выполненный из нескольких параллельно уложенных полос эластичного неметаллического токопроводящего материала, разделенных между собой электроизоляционными вставками и снабженных по краям электродами, внутренний электроизоляционный слой, теплоизоляционный слой и влагозащитное покрытие.

Полосы эластичного неметаллического токопроводящего материала приклеены к наружному электроизоляционному влагостойкому покрытию и к внутреннему электроизоляционному слою (см. ТУ 67-679-87 "Мат термоэлектрический", приложение 1 и п.1.2.).

Основным недостатком выбранного за прототип термоэлектрического мата является небольшой срок его службы.

Указанный недостаток обусловлен, во-первых, интенсивным износом наружного электроизоляционного влагостойкого покрытия, контактирующего в процессе эксплуатации мата с обогреваемым материалом, а во-вторых, быстрым выходом из строя полос эластичного неметаллического токопроводящего материала, из которых состоит нагревательный элемент. Последнее обусловлено неравномерным расширением в процессе нагрева наружного электроизоляционного влагостойкого покрытия, внутреннего электроизоляционного слоя и заключенных между ними (и приклеенных к ним) полос эластичного неметаллического токопроводящего материала.

Техническая задача изобретения состояла в увеличении срока службы термоэлектрического мата.

Сущность изобретения заключается в том, что в термоэлектрическом мате, включающем послойно размещенные наружное электроизоляционное влагостойкое покрытие, контактирующее в процессе эксплуатации мата с обогреваемой поверхностью, нагревательный элемент, выполненный, по меньшей мере, из двух параллельно расположенных полос эластичного неметаллического токопроводящего материала, разделенных между собой электроизоляционными вставками и снабженных по краям электродами, внутренний электроизоляционный слой, теплоизоляционный слой и влагозащитное покрытие, наружное электроизоляционное влагостойкое покрытие выполнено толщиной

где h - толщина наружного электроизоляционного влагостойкого покрытия;

К₁=0,01-0,03 - коэффициент, зависящий от характера обогреваемого материала;

К ₂=0,01-0,06 - коэффициент, характеризующий прочность материала, из которого изготовлено наружное электроизоляционное влагостойкое покрытие;

S - площадь термоэлектрического мата,

а внутренний электроизоляционный слой размещен над полосами эластичного токопроводящего материала на расстоянии не менее 1 мм.

Такая конструкция термоэлектрического мата позволила, увеличит срок его службы в 1,5-1,7 раза. Как показали проведенные заявителем сравнительные испытания технический ресурс предлагаемого термоэлектрического мата для обогрева бетона, составил 7500 часов, против 4700-5000 часов у мата, выбранного за прототип.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен термоэлектрический мат - вид сверху с частичным разрезом; на фиг.2 - термоэлектрический мат в разрезе по А-А.

Термоэлектрический мат содержит послойно размещенные наружное электроизоляционное влагостойкое покрытие 1, нагревательный элемент, выполненный из параллельно расположенных полос эластичного токопроводящего материала 2, разделенных между собой электроизоляционными вставками 3 и снабженных по краям электродами 4, внутренний электроизоляционный слой 5, теплоизоляционный слой 6 и влагозащитное покрытие 7. К электродам 4 подсоединены провода 8, соединяющие термоэлектрический мат с источником напряжения (не показан).

Наружное электроизоляционное влагостойкое покрытие 1 может быть выполнено, например, из мембранного полотна МБС (ГОСТ 7338-90), пленки ПЭТ-Э ГОСТ 2434-80 с изм.1, 2, фторолакоткани Ф-4Д-Э01 (ТУ-301-05-422-89), и т.д. Толщина наружного электроизоляционного влагостойкого покрытия равна:

где h - толщина наружного электроизоляционного влагостойкого покрытия;

K₁=0,01-0,03 - коэффициент, зависящий от характера обогреваемого материала;

K ₂=0,01-0,06 - коэффициент, характеризующий прочность материала, из которого изготовлено наружное электроизоляционное влагостойкое покрытие;

S - площадь термоэлектрического мата.

Коэффициент K₁ выбирается в зависимости от характера обогреваемого материала (обогреваемой поверхности), в частности от его сплошности, наличия острых, абразивных включений им т.д. При обогреве черноземных, глинистых и других подобных грунтов, не содержащих острых и абразивных включений K ₁=0,01, при обогреве бетона K₁=0,02, в случае обогрева острых и абразивных материалов (например, щебень, песок и т.д.) K₁=0,03.

Коэффициент К₂ выбирается в зависимости от прочности материала, из которого изготовлено наружное электроизоляционное влагостойкое покрытие. Например, если предел прочности при растяжении этого материала Qp>34 МПа (фторолакоткань Ф-4Д-Э01), то К ₂=0,01. Если предел прочности при растяжении материала Qp=21-33 МПа (мембранное полотно МБС), то К₂ =0,03, а если Qp=5-13 МПа (термостойкие резины), то К ₂=0,06 и т.д.

Параллельно расположенные полосы 2 нагревательного элемента выполняются из углеродной ткани УРАЛ-22ТР (ГОСТ 28005-88), Вискум и других подобных материалов.

В зависимости от длины термоэлектрического мата полосы 2 нагревательного элемента могут быть приклеены к наружному электроизоляционному влагостойкому покрытию 1, или закреплены по краям в зонах размещения электродов 4.

Электроизоляционные вставки 3 выполнены из термостойкого материала, например, мембранного полотна МБС (ГОСТ 7338-90), пленки ПЭТ-Э ГОСТ 2434-80, фторопласта и связаны (например, приклеены) с наружным электроизоляционным влагостойким покрытием 1 и внутренним электроизоляционным слоем 5 выполненным также, как и вставки 3, из термостойкого материала.

Внутренний электроизоляционный слой 5 размещен над полосами 2 нагревательного элемента на расстоянии не менее 1 мм. Величина указанного расстояния зависит от массы теплоизоляционного слоя 6, уложенного на электроизоляционный слой 5, и массы влагозащитного покрытия 7. Чем больше эти массы, тем больше должно быть расстояние между электроизоляционным слоем 5 и полосами 2 нагревательного элемента, что исключает контакт между ними в процессе эксплуатации мата из-за возможного постепенного провисания (вытягивания) электроизоляционного слоя 5.

Отсутствие контакта между электроизоляционным слоем 5 и полосами 2 улучшает условия работы и срок службы нагревательного элемента. Это обусловлено тем, что электроизоляционный слой 5 в процессе своего расширения при нагреве не воздействует на полосы 2, а следовательно, не способствует образованию в материале полос 2 складок или разрывов.

Теплоизоляционный слой 6 может быть выполнен из любого материала, имеющего коэффициент теплопроводности не более 0,05 Вт/(м°С), например из стеклопрошивного мата ПСХ (ТУ 6-48-97-93). Влагозащитное покрытие 7 выполнено, например, из мембранного полотна МБС (ГОСТ 7338-90), стеклоткани Т-11, Т-13 (ГОСТ 19170-73), которая дополнительно может быть пропитана кремнийорганическим составом.

Термоэлектрический мат работает следующим образом. На обогреваемый материал, например бетон, укладывают термоэлектрический мат и подключают его посредством проводов 8 к источнику напряжения. Электрический ток, проходя через нагревательный элемент, разогревает его. Тепловой поток через наружное электроизоляционное влагостойкое покрытие направляется на обогреваемый участок. После завершения процесса обогрева термоэлектрический мат снимают и переносят на другую поверхность, которая подлежит обогреву.