一種可消除固體線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜的制作方法
一種可消除固體線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜的制作方法
【專利摘要】本實用新型的一種可消除固體線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜，屬于電加熱的【技術(shù)領(lǐng)域】。結(jié)構(gòu)自內(nèi)向外有發(fā)熱導體（23）、與三股發(fā)熱導體（23）相間絞合的聚四氟乙烯管狀的隔離股（29）、在發(fā)熱導體（23）中間的軸心股（28）、發(fā)熱導體（23）和隔離股（29）外側(cè)順次纏繞四氟乙烯薄膜（26）、內(nèi)保護套（22）、電磁波屏蔽層（21）、云母帶（25）和外保護套（20）；在電磁波屏蔽層（21）內(nèi)外兩側(cè)和四氟乙烯薄膜（26）內(nèi)分別拖帶滑石粉（24）。本實用新型從多方面進行設(shè)計，解決了電熱電纜線性熱膨脹造成的影響的問題，減少了由此產(chǎn)生的故障，構(gòu)成一種新型長壽命低故障電熱電纜。
【專利說明】一種可消除固體線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電加熱的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及是一種可消除固體線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜。
【背景技術(shù)】:
[0002]電地熱采暖具有無大氣污染、無噪音、室溫可自動控制、沒有水管爆裂及泄露問題等優(yōu)點。
[0003]但是，電地熱采暖工程安裝結(jié)構(gòu)，如圖1電地熱采安裝剖面圖所示。在基層2里預埋鋼筋1，基層2的上面鋪裝一層聚苯板3，在聚苯板3的上面鋪裝一層聚脂鍍鋁膜4，聚脂鍍鋁膜4上安裝電熱電纜5，在電熱電纜5的上面及兩側(cè)用混凝土 6覆蓋凝固固定，混凝土 6的上面有水泥找平層7覆蓋，找平層7上面鋪裝一層聚脂膜8，在聚脂膜8上面再鋪裝木質(zhì)地板9。由于在電熱電纜5的上面要覆蓋混凝土層，再覆蓋一層找平層水泥，上面再加裝地板，如果電熱電纜5出現(xiàn)故障，檢測和維修的工作量是非常大的，維修的工時比安裝電熱電纜的工時還要多，給用戶和企業(yè)帶來很多麻煩和經(jīng)濟損失。從而，影響電熱電纜的推廣和應用。人們希望的電地熱采暖無故障運行時間在50年，與房屋土建壽命相同是無法保證的。
[0004]故障產(chǎn)生的根本原因是電熱電纜的線膨脹系數(shù)物理量的變化。電熱電纜安裝電路圖如圖2所示，由市電220V單項交流電做電源15，電源15向電熱電纜5供電。首先，供電電源15與溫度控制器11相連接，溫度控制器11再與冷熱導體連接端12相連接，冷熱導體連接端12的另一端與電熱電纜5相連接，電熱電纜5經(jīng)過另一個冷熱導體連接端12，再與供電電源15的回路端相連接，構(gòu)成一個串聯(lián)電路。在電熱電纜5上相隔相等的距離用卡釘13固定電熱電纜5。以免在澆灌混凝土 6時，電熱電纜5產(chǎn)生滑動偏離。根據(jù)房間面積和長、寬比例，在電熱電纜5的鋪設(shè)中做若干個180度的轉(zhuǎn)彎14。電熱電纜的長度在幾十米至上百米長，如一根150m長，電功率3000W的電熱電纜，在房間內(nèi)要做幾十個180度的轉(zhuǎn)彎，并在150m長電熱電纜用混凝土全覆蓋凝固固定下。而且，150m長電熱電纜需在溫度控制器的控制下運行，為使房間內(nèi)達到一定的恒溫效果，電熱電纜的通電與斷電在頻繁的切換，即電熱電纜溫度在室溫到65°C不斷的交替變換，因此電熱電纜溫度的交替變換，將直接導致150m長電熱電纜線膨脹系數(shù)物理量的交替變化。在電熱電纜線膨脹系數(shù)交替變化影響下，電熱電纜使用壽命將會縮短。電熱電纜發(fā)生故障多發(fā)生在以下幾個方面，①冷熱導體連接處接觸不良，該故障比較好維修。②在180度的轉(zhuǎn)彎處，發(fā)生發(fā)熱導體與屏蔽層導體短路故障，或發(fā)生發(fā)熱導體斷路故障，故障的位置是很難確定的。且地板、找平層的水泥和混凝土層都要拆除，維修工作量和難度相當大。③電熱電纜在制造時產(chǎn)生的缺欠和安裝不當所產(chǎn)生的應力集中地方。發(fā)生發(fā)熱導體與屏蔽層導體短路故障，或發(fā)生發(fā)熱導體斷路故障，維修難度與在180度轉(zhuǎn)彎處的故障都是相當大的。
[0005]目前，【背景技術(shù)】所用的電熱電纜如圖3和圖4所示。圖3是【背景技術(shù)】電熱電纜示意圖，圖4是【背景技術(shù)】電熱電纜橫剖面圖。它的結(jié)構(gòu)是由發(fā)熱導體做線芯、內(nèi)保護套、屏蔽層和外保護套構(gòu)成。具體的結(jié)構(gòu)是，電熱電纜5的芯線是發(fā)熱導體23，發(fā)熱導體23多為單股，也有多股絞合的發(fā)熱導體23。芯線發(fā)熱導體23的外側(cè)是內(nèi)保護套22，內(nèi)護套22的外側(cè)是電磁波屏蔽層21，電磁波屏蔽層21的功能是在電熱電纜5工作中消除電磁波對人體的輻射，電磁波屏蔽層21的最外側(cè)是外保護套20。線芯多為單股發(fā)熱導體23構(gòu)成，也有無軸心股的多股絞合發(fā)熱導體23構(gòu)成。【背景技術(shù)】的電熱電纜存在的共同問題，就是忽視電熱電纜線膨脹系數(shù)所造成的故障因素。無軸心股的多股絞合發(fā)熱導體也無法消除電熱電纜線膨脹系數(shù)所造成的故障問題。因為，I)這些電熱電纜內(nèi)部沒有潤滑的介質(zhì)、沒有足夠保護層厚度和空間。當電熱電纜周圍被混凝土凝固后，電熱電纜的外部沒有任何熱膨脹空間，當電熱導體在不斷的伸長或縮短時，只能磨損電熱導體與屏蔽層之間的內(nèi)保護套，直到電熱導體與屏蔽層短路或斷路的故障發(fā)生。2)這些線芯為單股或多股發(fā)熱導體，均沒有軸心股。即便是多股絞合發(fā)熱導體在沒有軸心股的狀況下，發(fā)熱導體的螺旋角度(其形成螺線管的內(nèi)徑)很小，都無法將發(fā)熱導體的線膨脹轉(zhuǎn)移到螺旋發(fā)熱導體的徑向膨脹(電熱電纜的體膨脹)。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型要解決的技術(shù)問題是，消除線性熱膨脹系數(shù)對電熱電纜工作時的影響，從而減少故障。
[0007]在溫度升高時，固體中相鄰原子間的平均距離增大是引起膨脹的主要原因。物體膨脹的程度用膨脹系數(shù)表示，固體線膨脹系數(shù)定義為:
[0008]a= l/l (r" I/ cT )p
[0009]式中t是固體的線度。T是溫度，P是壓強。線膨脹系數(shù)的物理意義是，溫度每變化I度，固體線度的相對變化量。固體的線度可用近似式
[0010]L=L0 (l+α t)
[0011]式中Ltl是室溫下的固體的線度，t是通電時與斷電時固體的溫度差。
[0012]本實用新型所用電熱電纜的發(fā)熱導體是用鎳銅鉻合金制成。用德國NETZSCH公司生產(chǎn)的程序控制式固體線膨脹系數(shù)測量儀，對鎳銅鉻合金在模擬工作溫度狀態(tài)下，進行鎳銅鉻合金線膨脹系數(shù)測量。測量數(shù)據(jù)照片如圖7所示。根據(jù)我國北方冬季室內(nèi)采暖的室溫標準最低溫度是18°C，實際電熱電纜在地面里的保溫作用下，通電升溫前的最低溫度在20°C左右。當電熱電纜通電后，電熱電纜自身最高溫度即可達到65°C。因此，在溫度控制器的控制下，電熱電纜在通電和斷電的切換中，電熱電纜自身的溫度是在20°C至65°C反復變換。更具體說150m長發(fā)熱導體的線膨脹在20°C至65°C間溫度變換的作用下，交替地收縮或伸長。而且，發(fā)熱導體在通電或斷電的切換作用下，20°C至65°C的升溫或降溫速率是非常快的。如室外氣溫低和房屋密封保溫差，交替地收縮或身長的頻率將會增高。
[0013]根據(jù)德國NETZSCH公司生產(chǎn)的程序控制式固體線膨脹系數(shù)測量儀的測量數(shù)據(jù)，用鎳銅鉻合金制成的發(fā)熱導體線膨脹系數(shù)為12.2X10_6°C '當Lci=IS0.000M時(安裝時長度)，即150.000M長發(fā)熱導體的線膨脹在20°C至65°C間變換的作用下，L=150.082M。那么交替地收縮或伸長量為
[0014]L-L0=150.082M-150.000M=82mm
[0015]即合金每米長度的改變量為
[0016]82mmX (Im+150.000m) =0.547mm[0017]式中括號內(nèi)為每米長度占總體長度的比例。因為電熱電纜每米的螺旋匝數(shù)為84匝，所以每匝的收縮或伸長量為
[0018]Δ C=0.547mm+84 阻=0.00651mm/阻
[0019]每匝的周長與半徑的關(guān)系為
[0020]C=2 Ji R
[0021]C+ Δ C=2 3i (R+AR)
[0022]所以Λ C=2 AR
[0023]所以每匝的半徑增加量為
[0024]Δ R= Δ C/2 =0.00651mm/2 π =0.00104mm= 1.04 μ m。
[0025]當每匝的半徑增加量AR為已知量時，再設(shè)計出螺旋匝的半徑R。則AR/R值越小，消除線性熱膨脹系數(shù)對電熱電纜的影響效果越好。
[0026]為了減少電熱電纜在交替地收縮或伸長時，對內(nèi)保護套的磨損，在發(fā)熱導體的表面涂抹一層硅油，可使表面拖帶一層滑石粉?？蓽p小收縮或伸長的摩擦阻力，也可消除每匝的半徑增加量AR的分布不均的問題。
[0027]本實用新型的電熱電纜如圖5和圖6所示，圖5是可消除線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜左視圖，圖6是可消除線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜主視圖。具體技術(shù)方案如下。
[0028]一種可消除固體線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜，結(jié)構(gòu)自內(nèi)向外包括三股絞合的發(fā)熱導體23、內(nèi)保護套22、電磁波屏蔽層21、外保護套20 ;其特征是，在三股絞合的發(fā)熱導體23中間有實心的聚四氟乙烯材料制成的軸心股28，在三股絞合的發(fā)熱導體23的兩股之間有空心的聚四氟乙烯管狀的隔離股29，隔離股29共有三股，絞合的發(fā)熱導體23和隔離股29外側(cè)纏繞四氟乙烯薄膜26 ;再順次向外分別包有內(nèi)保護套22、電磁波屏蔽層21、云母帶25和外保護套20 ;在云母帶25和電磁波屏蔽層21之間、電磁波屏蔽層21和內(nèi)保護套22之間、四氟乙烯薄膜26內(nèi)分別有滑石粉24。
[0029]在三股發(fā)熱導體23和三股隔離股29外層涂抹有一層硅油，制作時用于拖帶滑石粉。
[0030]云母帶25繞制厚度在3?8 μ m ;四氟乙烯薄膜26的繞制厚度在3?8 μ m。云母帶25和四氟乙烯薄膜26最合適的厚度是3?4 μ m。
[0031]軸心股28的外側(cè)用三股發(fā)熱導體23和三股隔離股29的絞合螺旋匝數(shù)優(yōu)選是84匝/米。
[0032]本實用新型的電熱電纜的制作，包括各個部件制作和組裝成成品，都可以在現(xiàn)有的電線、電纜生產(chǎn)設(shè)備上完成。
[0033]本實用新型解決了如下技術(shù)問題:
[0034]1、本實用新型在電熱電纜:的軸心處設(shè)計了軸心股，軸心股是由聚四氟乙烯材料制成的實心股，聚四氟乙烯材料具有耐高溫的特性(250°C )，且具有表面光滑摩擦力小的特點。設(shè)立軸心股的作用是:增加發(fā)熱導體螺旋每匝的半徑R，可使AR/R的比值減小，使發(fā)熱導體的軸向(電熱電纜軸向)收縮或伸長，轉(zhuǎn)換為徑向(電熱電纜經(jīng)向)的收縮或伸長，從而消除線熱膨脹系數(shù)對電熱電纜的影響。
[0035]2、本實用新型在軸心股的外側(cè)用三股發(fā)熱導體和三股隔離股的絞合組成。隔離股用空心的聚四氟乙烯管制成，隔離股的作用是給發(fā)熱導體的收縮或伸長提供空間。隔離股可使三股發(fā)熱導體相互隔離，從而增加發(fā)熱導體的散熱面積。
[0036]3、本實用新型根據(jù)德國NETZSCH公司高精度的固體線膨脹系數(shù)測量儀的測量數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算得出每一米的電熱電纜，在軸心股的外側(cè)用三股發(fā)熱導體和三股隔離股的絞合螺旋匝數(shù)為84匝/米。每匝的半徑增加量僅為:1.04 μ m。AR為1.04μπι的收縮或伸長量完全可被四氟乙烯薄膜的3 μ m厚度所吸收。
[0037]4、本實用新型在編織的金屬電磁波屏蔽層表面涂抹一層硅油，可使表面拖帶一層滑石粉，可減小電磁波屏蔽層的收縮或伸長的摩擦阻力，并在電磁波屏蔽層上面繞一層四氟乙烯薄膜，四氟乙烯薄膜層繞制厚度在3μπι以上，能防止電磁波屏蔽層的收縮或伸長刺破電熱電纜的外保護套，防止水蒸氣的侵入導致電熱電纜的短路。因為編織的電磁波屏蔽層成波紋壯，電磁波屏蔽層的編織材料固體線膨脹系數(shù)為12.0X 10_6°C ―1。
[0038]綜合上述，本實用新型從多方面進行設(shè)計，解決了電熱電纜線性熱膨脹造成的影響的問題，減少了由此產(chǎn)生的故障，構(gòu)成一種新型長壽命低故障電熱電纜。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]圖1為【背景技術(shù)】的電熱電纜安裝剖面圖。
[0040]圖2為電熱電纜安裝電路圖。
[0041]圖3為【背景技術(shù)】的電熱電纜結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]圖4為圖3的橫截面圖。
[0043]圖5為本實用新型的電熱電纜結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044]圖6為圖5的橫截面圖。
[0045]圖7為用德國NETZSCH公司生產(chǎn)的程序控制式固體線膨脹系數(shù)測量儀在模擬工作溫度狀態(tài)下對鎳銅鉻合金線膨脹系數(shù)進行測量的數(shù)據(jù)圖。
【具體實施方式】
[0046]下面結(jié)合【專利附圖】
【附圖說明】本實用新型的具體的實施方式。
[0047]本實用新型的可消除固體線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜如圖5和圖6所示。圖5和圖6中，20為外保護套；21為電磁波屏蔽層；22為內(nèi)保護套；23為發(fā)熱導體；24為滑石粉；25為云母帶；26為四氟乙烯薄膜；28為軸心股；29為隔離股。
[0048]實施例1、軸心股28
[0049]電熱電纜5的軸心為軸心股28，軸心股28是由聚四氟乙烯材料制成的實心股，位于電熱電纜5的中心軸位置。軸心股28的設(shè)立，增加發(fā)熱導體23螺旋每匝的半徑R，可使AR/R的比值減小，使發(fā)熱導體23軸向的收縮或伸長，轉(zhuǎn)換為徑向的收縮或伸長，從而，消除線性熱膨脹系數(shù)對電熱電纜5軸向的收縮或伸長的影響。
[0050]實施例2、發(fā)熱導體23、隔離股29和保護套22
[0051]在軸心股28的外側(cè)用三股發(fā)熱導體23和三股隔離股29的絞合組成。隔離股29用空心的聚四氟乙烯管制成，用空心管制成隔離股29的作用是給發(fā)熱導體23的收縮或伸長提供空間。隔離股29可使三股發(fā)熱導體23相互隔離，從而增強發(fā)熱導體23的散熱面積。
[0052]在三股發(fā)熱導體23和三股隔離股29的絞合過程中，涂抹一層硅油，可使發(fā)熱導體23和三股隔離股29的表面拖帶一層滑石粉24，滑石粉24可減小發(fā)熱導體23的收縮或伸長的摩擦阻力，并在滑石粉24上面繞上四氟乙烯薄膜26，四氟乙烯薄膜26的繞制厚度在3 μ m以上(最好在8 μ m以下，厚度太大會造成成本提高，使電熱電纜直徑變大)，能防止發(fā)熱導體23在收縮或伸長時磨破內(nèi)保護套22與金屬電磁波屏蔽層21短路。在四氟乙烯薄膜26的外側(cè)有一層內(nèi)保護套22保護。內(nèi)保護套22可采用耐高溫的鐵氟龍材料制成。
[0053]將發(fā)熱導體23用電弧爐融化成液態(tài)，澆注成直徑為5mm，高度為6mm的柱體的測試樣品。用德國NETZSCH公司的固體線膨脹系數(shù)測量儀，測量出發(fā)熱導體23固體線膨脹系數(shù)的測量數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算得出每一米的發(fā)熱導體23固體線膨脹系數(shù)所產(chǎn)生收縮或伸長的長度。在軸心股28的外側(cè)用三股發(fā)熱導體23和三股隔離股29的絞合螺旋匝數(shù)為84匝/米。每匝的半徑增加量Λ R僅為1.04 μ m。Λ R為1.04 μ m的收縮或伸長量完全可被四氟乙烯薄膜26的3 μ m厚度和內(nèi)保護套22所吸收。滑石粉24能使發(fā)熱導體23每匝的半徑增加量AR的均勻的分布。
[0054]實施例3、電磁波屏蔽層21、云母帶25和外保護套20
[0055]在內(nèi)保護套22的外側(cè)，有一層編織的金屬電磁波屏蔽層21。電磁波屏蔽層21表面涂抹一層硅油，可使內(nèi)外表面拖帶一層滑石粉24，滑石粉24可減小電磁波屏蔽層21的收縮或伸長的摩擦阻力，滑石粉24能使編織的電磁波屏蔽層21在每匝的半徑增加量AR的均勻的分布。并在電磁波屏蔽層21上面繞上云母帶25，云母帶25繞制厚度在3μπι以上(最好在8 μ m以下)，能防止電磁波屏蔽層21的收縮或伸長刺破電熱電纜5的外保護套20，防止水蒸氣的侵入導致電熱電纜5的短路。因為編織的電磁波屏蔽層21成波紋狀，編織的金屬電磁波屏蔽層21經(jīng)過德國NETZSCH公司固體線膨脹系數(shù)測量儀的測量，電磁波屏蔽層21的固體線膨脹系數(shù)為12.0X 10_6°C '測量數(shù)據(jù)經(jīng)過理論計算，電磁波屏蔽層21的徑向(電熱電纜5經(jīng)向)收縮或伸長完全可被云母帶25的3 μ m厚度和外保護套20所吸收。。在云母帶25的外側(cè)有一層外保護套20保護。外保護套20可采用耐105°C高溫的聚氯乙烯(PVC)材料制成。
[0056]綜上所述，本實用新型的電熱電纜5根據(jù)德國NETZSCH公司固體線膨脹系數(shù)測量儀的測量的數(shù)據(jù)及理論計算結(jié)果，設(shè)計了一種可消除線性熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜。
【權(quán)利要求】
1.一種可消除固體線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜，結(jié)構(gòu)自內(nèi)向外包括三股絞合的發(fā)熱導體(23)、內(nèi)保護套(22)、電磁波屏蔽層(21)、外保護套(20);其特征是，在三股絞合的發(fā)熱導體(23)中間有實心的聚四氟乙烯材料制成的軸心股(28)，在三股絞合的發(fā)熱導體(23)的兩股之間有空心的聚四氟乙烯管狀的隔離股(29)，隔離股(29)共有三股，絞合的發(fā)熱導體(23)和隔離股(29)外側(cè)纏繞四氟乙烯薄膜(26);再順次向外分別包有內(nèi)保護套(22)、電磁波屏蔽層(21)、云母帶(25)和外保護套(20);在云母帶(25)和電磁波屏蔽層(21)之間、電磁波屏蔽層(21)和內(nèi)保護套(22)之間、四氟乙烯薄膜(26)內(nèi)分別拖帶有滑石粉(24)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可消除固體線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜，其特征是，在三股發(fā)熱導體(23)和三股隔離股(29)外層涂抹有一層硅油。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可消除固體線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜，其特征是，云母帶(25)繞制厚度在3?8 μ m ;四氟乙烯薄膜(26)的繞制厚度在3?8 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可消除固體線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜，其特征是，軸心股(28)的外側(cè)的三股發(fā)熱導體(23)和三股隔離股(29)的絞合螺旋匝數(shù)是84匝/米。
【文檔編號】H05B3/10GK203618143SQ201320787080
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】裴力, 蘇峰, 侯志鵬, 王文全 申請人:吉林大學
【專利摘要】本實用新型的一種可消除固體線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜，屬于電加熱的【技術(shù)領(lǐng)域】。結(jié)構(gòu)自內(nèi)向外有發(fā)熱導體（23）、與三股發(fā)熱導體（23）相間絞合的聚四氟乙烯管狀的隔離股（29）、在發(fā)熱導體（23）中間的軸心股（28）、發(fā)熱導體（23）和隔離股（29）外側(cè)順次纏繞四氟乙烯薄膜（26）、內(nèi)保護套（22）、電磁波屏蔽層（21）、云母帶（25）和外保護套（20）；在電磁波屏蔽層（21）內(nèi)外兩側(cè)和四氟乙烯薄膜（26）內(nèi)分別拖帶滑石粉（24）。本實用新型從多方面進行設(shè)計，解決了電熱電纜線性熱膨脹造成的影響的問題，減少了由此產(chǎn)生的故障，構(gòu)成一種新型長壽命低故障電熱電纜。
【專利說明】一種可消除固體線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電加熱的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及是一種可消除固體線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜。
【背景技術(shù)】:
[0002]電地熱采暖具有無大氣污染、無噪音、室溫可自動控制、沒有水管爆裂及泄露問題等優(yōu)點。
[0003]但是，電地熱采暖工程安裝結(jié)構(gòu)，如圖1電地熱采安裝剖面圖所示。在基層2里預埋鋼筋1，基層2的上面鋪裝一層聚苯板3，在聚苯板3的上面鋪裝一層聚脂鍍鋁膜4，聚脂鍍鋁膜4上安裝電熱電纜5，在電熱電纜5的上面及兩側(cè)用混凝土 6覆蓋凝固固定，混凝土 6的上面有水泥找平層7覆蓋，找平層7上面鋪裝一層聚脂膜8，在聚脂膜8上面再鋪裝木質(zhì)地板9。由于在電熱電纜5的上面要覆蓋混凝土層，再覆蓋一層找平層水泥，上面再加裝地板，如果電熱電纜5出現(xiàn)故障，檢測和維修的工作量是非常大的，維修的工時比安裝電熱電纜的工時還要多，給用戶和企業(yè)帶來很多麻煩和經(jīng)濟損失。從而，影響電熱電纜的推廣和應用。人們希望的電地熱采暖無故障運行時間在50年，與房屋土建壽命相同是無法保證的。
[0004]故障產(chǎn)生的根本原因是電熱電纜的線膨脹系數(shù)物理量的變化。電熱電纜安裝電路圖如圖2所示，由市電220V單項交流電做電源15，電源15向電熱電纜5供電。首先，供電電源15與溫度控制器11相連接，溫度控制器11再與冷熱導體連接端12相連接，冷熱導體連接端12的另一端與電熱電纜5相連接，電熱電纜5經(jīng)過另一個冷熱導體連接端12，再與供電電源15的回路端相連接，構(gòu)成一個串聯(lián)電路。在電熱電纜5上相隔相等的距離用卡釘13固定電熱電纜5。以免在澆灌混凝土 6時，電熱電纜5產(chǎn)生滑動偏離。根據(jù)房間面積和長、寬比例，在電熱電纜5的鋪設(shè)中做若干個180度的轉(zhuǎn)彎14。電熱電纜的長度在幾十米至上百米長，如一根150m長，電功率3000W的電熱電纜，在房間內(nèi)要做幾十個180度的轉(zhuǎn)彎，并在150m長電熱電纜用混凝土全覆蓋凝固固定下。而且，150m長電熱電纜需在溫度控制器的控制下運行，為使房間內(nèi)達到一定的恒溫效果，電熱電纜的通電與斷電在頻繁的切換，即電熱電纜溫度在室溫到65°C不斷的交替變換，因此電熱電纜溫度的交替變換，將直接導致150m長電熱電纜線膨脹系數(shù)物理量的交替變化。在電熱電纜線膨脹系數(shù)交替變化影響下，電熱電纜使用壽命將會縮短。電熱電纜發(fā)生故障多發(fā)生在以下幾個方面，①冷熱導體連接處接觸不良，該故障比較好維修。②在180度的轉(zhuǎn)彎處，發(fā)生發(fā)熱導體與屏蔽層導體短路故障，或發(fā)生發(fā)熱導體斷路故障，故障的位置是很難確定的。且地板、找平層的水泥和混凝土層都要拆除，維修工作量和難度相當大。③電熱電纜在制造時產(chǎn)生的缺欠和安裝不當所產(chǎn)生的應力集中地方。發(fā)生發(fā)熱導體與屏蔽層導體短路故障，或發(fā)生發(fā)熱導體斷路故障，維修難度與在180度轉(zhuǎn)彎處的故障都是相當大的。
[0005]目前，【背景技術(shù)】所用的電熱電纜如圖3和圖4所示。圖3是【背景技術(shù)】電熱電纜示意圖，圖4是【背景技術(shù)】電熱電纜橫剖面圖。它的結(jié)構(gòu)是由發(fā)熱導體做線芯、內(nèi)保護套、屏蔽層和外保護套構(gòu)成。具體的結(jié)構(gòu)是，電熱電纜5的芯線是發(fā)熱導體23，發(fā)熱導體23多為單股，也有多股絞合的發(fā)熱導體23。芯線發(fā)熱導體23的外側(cè)是內(nèi)保護套22，內(nèi)護套22的外側(cè)是電磁波屏蔽層21，電磁波屏蔽層21的功能是在電熱電纜5工作中消除電磁波對人體的輻射，電磁波屏蔽層21的最外側(cè)是外保護套20。線芯多為單股發(fā)熱導體23構(gòu)成，也有無軸心股的多股絞合發(fā)熱導體23構(gòu)成。【背景技術(shù)】的電熱電纜存在的共同問題，就是忽視電熱電纜線膨脹系數(shù)所造成的故障因素。無軸心股的多股絞合發(fā)熱導體也無法消除電熱電纜線膨脹系數(shù)所造成的故障問題。因為，I)這些電熱電纜內(nèi)部沒有潤滑的介質(zhì)、沒有足夠保護層厚度和空間。當電熱電纜周圍被混凝土凝固后，電熱電纜的外部沒有任何熱膨脹空間，當電熱導體在不斷的伸長或縮短時，只能磨損電熱導體與屏蔽層之間的內(nèi)保護套，直到電熱導體與屏蔽層短路或斷路的故障發(fā)生。2)這些線芯為單股或多股發(fā)熱導體，均沒有軸心股。即便是多股絞合發(fā)熱導體在沒有軸心股的狀況下，發(fā)熱導體的螺旋角度(其形成螺線管的內(nèi)徑)很小，都無法將發(fā)熱導體的線膨脹轉(zhuǎn)移到螺旋發(fā)熱導體的徑向膨脹(電熱電纜的體膨脹)。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型要解決的技術(shù)問題是，消除線性熱膨脹系數(shù)對電熱電纜工作時的影響，從而減少故障。
[0007]在溫度升高時，固體中相鄰原子間的平均距離增大是引起膨脹的主要原因。物體膨脹的程度用膨脹系數(shù)表示，固體線膨脹系數(shù)定義為:
[0008]a= l/l (r" I/ cT )p
[0009]式中t是固體的線度。T是溫度，P是壓強。線膨脹系數(shù)的物理意義是，溫度每變化I度，固體線度的相對變化量。固體的線度可用近似式
[0010]L=L0 (l+α t)
[0011]式中Ltl是室溫下的固體的線度，t是通電時與斷電時固體的溫度差。
[0012]本實用新型所用電熱電纜的發(fā)熱導體是用鎳銅鉻合金制成。用德國NETZSCH公司生產(chǎn)的程序控制式固體線膨脹系數(shù)測量儀，對鎳銅鉻合金在模擬工作溫度狀態(tài)下，進行鎳銅鉻合金線膨脹系數(shù)測量。測量數(shù)據(jù)照片如圖7所示。根據(jù)我國北方冬季室內(nèi)采暖的室溫標準最低溫度是18°C，實際電熱電纜在地面里的保溫作用下，通電升溫前的最低溫度在20°C左右。當電熱電纜通電后，電熱電纜自身最高溫度即可達到65°C。因此，在溫度控制器的控制下，電熱電纜在通電和斷電的切換中，電熱電纜自身的溫度是在20°C至65°C反復變換。更具體說150m長發(fā)熱導體的線膨脹在20°C至65°C間溫度變換的作用下，交替地收縮或伸長。而且，發(fā)熱導體在通電或斷電的切換作用下，20°C至65°C的升溫或降溫速率是非常快的。如室外氣溫低和房屋密封保溫差，交替地收縮或身長的頻率將會增高。
[0013]根據(jù)德國NETZSCH公司生產(chǎn)的程序控制式固體線膨脹系數(shù)測量儀的測量數(shù)據(jù)，用鎳銅鉻合金制成的發(fā)熱導體線膨脹系數(shù)為12.2X10_6°C '當Lci=IS0.000M時(安裝時長度)，即150.000M長發(fā)熱導體的線膨脹在20°C至65°C間變換的作用下，L=150.082M。那么交替地收縮或伸長量為
[0014]L-L0=150.082M-150.000M=82mm
[0015]即合金每米長度的改變量為
[0016]82mmX (Im+150.000m) =0.547mm[0017]式中括號內(nèi)為每米長度占總體長度的比例。因為電熱電纜每米的螺旋匝數(shù)為84匝，所以每匝的收縮或伸長量為
[0018]Δ C=0.547mm+84 阻=0.00651mm/阻
[0019]每匝的周長與半徑的關(guān)系為
[0020]C=2 Ji R
[0021]C+ Δ C=2 3i (R+AR)
[0022]所以Λ C=2 AR
[0023]所以每匝的半徑增加量為
[0024]Δ R= Δ C/2 =0.00651mm/2 π =0.00104mm= 1.04 μ m。
[0025]當每匝的半徑增加量AR為已知量時，再設(shè)計出螺旋匝的半徑R。則AR/R值越小，消除線性熱膨脹系數(shù)對電熱電纜的影響效果越好。
[0026]為了減少電熱電纜在交替地收縮或伸長時，對內(nèi)保護套的磨損，在發(fā)熱導體的表面涂抹一層硅油，可使表面拖帶一層滑石粉?？蓽p小收縮或伸長的摩擦阻力，也可消除每匝的半徑增加量AR的分布不均的問題。
[0027]本實用新型的電熱電纜如圖5和圖6所示，圖5是可消除線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜左視圖，圖6是可消除線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜主視圖。具體技術(shù)方案如下。
[0028]一種可消除固體線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜，結(jié)構(gòu)自內(nèi)向外包括三股絞合的發(fā)熱導體23、內(nèi)保護套22、電磁波屏蔽層21、外保護套20 ;其特征是，在三股絞合的發(fā)熱導體23中間有實心的聚四氟乙烯材料制成的軸心股28，在三股絞合的發(fā)熱導體23的兩股之間有空心的聚四氟乙烯管狀的隔離股29，隔離股29共有三股，絞合的發(fā)熱導體23和隔離股29外側(cè)纏繞四氟乙烯薄膜26 ;再順次向外分別包有內(nèi)保護套22、電磁波屏蔽層21、云母帶25和外保護套20 ;在云母帶25和電磁波屏蔽層21之間、電磁波屏蔽層21和內(nèi)保護套22之間、四氟乙烯薄膜26內(nèi)分別有滑石粉24。
[0029]在三股發(fā)熱導體23和三股隔離股29外層涂抹有一層硅油，制作時用于拖帶滑石粉。
[0030]云母帶25繞制厚度在3?8 μ m ;四氟乙烯薄膜26的繞制厚度在3?8 μ m。云母帶25和四氟乙烯薄膜26最合適的厚度是3?4 μ m。
[0031]軸心股28的外側(cè)用三股發(fā)熱導體23和三股隔離股29的絞合螺旋匝數(shù)優(yōu)選是84匝/米。
[0032]本實用新型的電熱電纜的制作，包括各個部件制作和組裝成成品，都可以在現(xiàn)有的電線、電纜生產(chǎn)設(shè)備上完成。
[0033]本實用新型解決了如下技術(shù)問題:
[0034]1、本實用新型在電熱電纜:的軸心處設(shè)計了軸心股，軸心股是由聚四氟乙烯材料制成的實心股，聚四氟乙烯材料具有耐高溫的特性(250°C )，且具有表面光滑摩擦力小的特點。設(shè)立軸心股的作用是:增加發(fā)熱導體螺旋每匝的半徑R，可使AR/R的比值減小，使發(fā)熱導體的軸向(電熱電纜軸向)收縮或伸長，轉(zhuǎn)換為徑向(電熱電纜經(jīng)向)的收縮或伸長，從而消除線熱膨脹系數(shù)對電熱電纜的影響。
[0035]2、本實用新型在軸心股的外側(cè)用三股發(fā)熱導體和三股隔離股的絞合組成。隔離股用空心的聚四氟乙烯管制成，隔離股的作用是給發(fā)熱導體的收縮或伸長提供空間。隔離股可使三股發(fā)熱導體相互隔離，從而增加發(fā)熱導體的散熱面積。
[0036]3、本實用新型根據(jù)德國NETZSCH公司高精度的固體線膨脹系數(shù)測量儀的測量數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算得出每一米的電熱電纜，在軸心股的外側(cè)用三股發(fā)熱導體和三股隔離股的絞合螺旋匝數(shù)為84匝/米。每匝的半徑增加量僅為:1.04 μ m。AR為1.04μπι的收縮或伸長量完全可被四氟乙烯薄膜的3 μ m厚度所吸收。
[0037]4、本實用新型在編織的金屬電磁波屏蔽層表面涂抹一層硅油，可使表面拖帶一層滑石粉，可減小電磁波屏蔽層的收縮或伸長的摩擦阻力，并在電磁波屏蔽層上面繞一層四氟乙烯薄膜，四氟乙烯薄膜層繞制厚度在3μπι以上，能防止電磁波屏蔽層的收縮或伸長刺破電熱電纜的外保護套，防止水蒸氣的侵入導致電熱電纜的短路。因為編織的電磁波屏蔽層成波紋壯，電磁波屏蔽層的編織材料固體線膨脹系數(shù)為12.0X 10_6°C ―1。
[0038]綜合上述，本實用新型從多方面進行設(shè)計，解決了電熱電纜線性熱膨脹造成的影響的問題，減少了由此產(chǎn)生的故障，構(gòu)成一種新型長壽命低故障電熱電纜。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]圖1為【背景技術(shù)】的電熱電纜安裝剖面圖。
[0040]圖2為電熱電纜安裝電路圖。
[0041]圖3為【背景技術(shù)】的電熱電纜結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]圖4為圖3的橫截面圖。
[0043]圖5為本實用新型的電熱電纜結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044]圖6為圖5的橫截面圖。
[0045]圖7為用德國NETZSCH公司生產(chǎn)的程序控制式固體線膨脹系數(shù)測量儀在模擬工作溫度狀態(tài)下對鎳銅鉻合金線膨脹系數(shù)進行測量的數(shù)據(jù)圖。
【具體實施方式】
[0046]下面結(jié)合【專利附圖】
【附圖說明】本實用新型的具體的實施方式。
[0047]本實用新型的可消除固體線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜如圖5和圖6所示。圖5和圖6中，20為外保護套；21為電磁波屏蔽層；22為內(nèi)保護套；23為發(fā)熱導體；24為滑石粉；25為云母帶；26為四氟乙烯薄膜；28為軸心股；29為隔離股。
[0048]實施例1、軸心股28
[0049]電熱電纜5的軸心為軸心股28，軸心股28是由聚四氟乙烯材料制成的實心股，位于電熱電纜5的中心軸位置。軸心股28的設(shè)立，增加發(fā)熱導體23螺旋每匝的半徑R，可使AR/R的比值減小，使發(fā)熱導體23軸向的收縮或伸長，轉(zhuǎn)換為徑向的收縮或伸長，從而，消除線性熱膨脹系數(shù)對電熱電纜5軸向的收縮或伸長的影響。
[0050]實施例2、發(fā)熱導體23、隔離股29和保護套22
[0051]在軸心股28的外側(cè)用三股發(fā)熱導體23和三股隔離股29的絞合組成。隔離股29用空心的聚四氟乙烯管制成，用空心管制成隔離股29的作用是給發(fā)熱導體23的收縮或伸長提供空間。隔離股29可使三股發(fā)熱導體23相互隔離，從而增強發(fā)熱導體23的散熱面積。
[0052]在三股發(fā)熱導體23和三股隔離股29的絞合過程中，涂抹一層硅油，可使發(fā)熱導體23和三股隔離股29的表面拖帶一層滑石粉24，滑石粉24可減小發(fā)熱導體23的收縮或伸長的摩擦阻力，并在滑石粉24上面繞上四氟乙烯薄膜26，四氟乙烯薄膜26的繞制厚度在3 μ m以上(最好在8 μ m以下，厚度太大會造成成本提高，使電熱電纜直徑變大)，能防止發(fā)熱導體23在收縮或伸長時磨破內(nèi)保護套22與金屬電磁波屏蔽層21短路。在四氟乙烯薄膜26的外側(cè)有一層內(nèi)保護套22保護。內(nèi)保護套22可采用耐高溫的鐵氟龍材料制成。
[0053]將發(fā)熱導體23用電弧爐融化成液態(tài)，澆注成直徑為5mm，高度為6mm的柱體的測試樣品。用德國NETZSCH公司的固體線膨脹系數(shù)測量儀，測量出發(fā)熱導體23固體線膨脹系數(shù)的測量數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算得出每一米的發(fā)熱導體23固體線膨脹系數(shù)所產(chǎn)生收縮或伸長的長度。在軸心股28的外側(cè)用三股發(fā)熱導體23和三股隔離股29的絞合螺旋匝數(shù)為84匝/米。每匝的半徑增加量Λ R僅為1.04 μ m。Λ R為1.04 μ m的收縮或伸長量完全可被四氟乙烯薄膜26的3 μ m厚度和內(nèi)保護套22所吸收。滑石粉24能使發(fā)熱導體23每匝的半徑增加量AR的均勻的分布。
[0054]實施例3、電磁波屏蔽層21、云母帶25和外保護套20
[0055]在內(nèi)保護套22的外側(cè)，有一層編織的金屬電磁波屏蔽層21。電磁波屏蔽層21表面涂抹一層硅油，可使內(nèi)外表面拖帶一層滑石粉24，滑石粉24可減小電磁波屏蔽層21的收縮或伸長的摩擦阻力，滑石粉24能使編織的電磁波屏蔽層21在每匝的半徑增加量AR的均勻的分布。并在電磁波屏蔽層21上面繞上云母帶25，云母帶25繞制厚度在3μπι以上(最好在8 μ m以下)，能防止電磁波屏蔽層21的收縮或伸長刺破電熱電纜5的外保護套20，防止水蒸氣的侵入導致電熱電纜5的短路。因為編織的電磁波屏蔽層21成波紋狀，編織的金屬電磁波屏蔽層21經(jīng)過德國NETZSCH公司固體線膨脹系數(shù)測量儀的測量，電磁波屏蔽層21的固體線膨脹系數(shù)為12.0X 10_6°C '測量數(shù)據(jù)經(jīng)過理論計算，電磁波屏蔽層21的徑向(電熱電纜5經(jīng)向)收縮或伸長完全可被云母帶25的3 μ m厚度和外保護套20所吸收。。在云母帶25的外側(cè)有一層外保護套20保護。外保護套20可采用耐105°C高溫的聚氯乙烯(PVC)材料制成。
[0056]綜上所述，本實用新型的電熱電纜5根據(jù)德國NETZSCH公司固體線膨脹系數(shù)測量儀的測量的數(shù)據(jù)及理論計算結(jié)果，設(shè)計了一種可消除線性熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜。
【權(quán)利要求】
1.一種可消除固體線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜，結(jié)構(gòu)自內(nèi)向外包括三股絞合的發(fā)熱導體(23)、內(nèi)保護套(22)、電磁波屏蔽層(21)、外保護套(20);其特征是，在三股絞合的發(fā)熱導體(23)中間有實心的聚四氟乙烯材料制成的軸心股(28)，在三股絞合的發(fā)熱導體(23)的兩股之間有空心的聚四氟乙烯管狀的隔離股(29)，隔離股(29)共有三股，絞合的發(fā)熱導體(23)和隔離股(29)外側(cè)纏繞四氟乙烯薄膜(26);再順次向外分別包有內(nèi)保護套(22)、電磁波屏蔽層(21)、云母帶(25)和外保護套(20);在云母帶(25)和電磁波屏蔽層(21)之間、電磁波屏蔽層(21)和內(nèi)保護套(22)之間、四氟乙烯薄膜(26)內(nèi)分別拖帶有滑石粉(24)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可消除固體線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜，其特征是，在三股發(fā)熱導體(23)和三股隔離股(29)外層涂抹有一層硅油。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可消除固體線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜，其特征是，云母帶(25)繞制厚度在3?8 μ m ;四氟乙烯薄膜(26)的繞制厚度在3?8 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可消除固體線熱膨脹系數(shù)影響的電熱電纜，其特征是，軸心股(28)的外側(cè)的三股發(fā)熱導體(23)和三股隔離股(29)的絞合螺旋匝數(shù)是84匝/米。
【文檔編號】H05B3/10GK203618143SQ201320787080
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】裴力, 蘇峰, 侯志鵬, 王文全 申請人:吉林大學
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