Термоэлектрический мат
Участие в патенте на полезную модель № 200366
Патент на полезную модель № 200366 «Термоэлектрический мат»
Зарегистрирован 21 октября 2020 г. в Федеральной службе по интеллектуальной собственности (Роспатент), заявка № 2020117131U, класс МПК H05B 3/36. Автор патента — учредитель ООО «СКБ Автоматика». Полезная модель относится к области строительства и производства изделий из армированного бетона и железобетона в сборно-разборных формах и предназначена для прогрева бетона, бетонных конструкций, каменной кладки и грунта с целью ускорения набора прочности строительных конструкций, ускорения оборота опалубок и интенсификации строительного производства как в зимнее, так и в летнее время.
Патент охватывает термоэлектрический мат оптимально простой конструкции: нагревательный элемент выполнен в виде нагревательного провода, в составе элемента размещены как минимум два параллельно соединённых провода, равномерно распределённые по поверхности мата. Элемент с двух сторон изолирован электроизоляционными слоями: один размещён между нагревательным элементом и инфракрасным теплоотражателем, другой — сверху и выполняет роль наружного покрытия. Формула включает 1 независимый и 4 зависимых пункта, описание содержит 3 иллюстрации.
Контекст и задача
Проблема: известные термоэлектрические маты (патенты РФ № 129744, № 165413, № 157712) на основе гибкой плёнки с резистивным или графитовым слоем не обеспечивают равномерной теплоотдачи и надёжной тепло- и электроизоляции, требуют сложного и дорогостоящего оборудования для изготовления, не позволяют получить высокую мощность и температуру нагрева, а повреждение плёнки или серебряных контактов выводит из строя мат целиком.
Техническая задача
Создать термоэлектрический мат простой конструкции с высокой надёжностью работы: гибкий корпус, плотно прилегающий к поверхности опалубки любой сложности, включая сферические; работоспособность при температуре до 150 °С; возможность изменения параметров нагрева по объёму нагреваемого изделия и измерения температуры в зоне нагрева при надёжной системе электроизоляции.
Инженерная задача
Перейти от плёночного нагревателя к проволочному нагревательному элементу на основе нихромовой проволоки — с возможностью изготовления нагревательного элемента любой мощности, в разы превышающей мощность известных аналогов, за счёт выбора провода и плотности укладки витков. Обеспечить ремонтопригодность, всесезонность бетонных работ и снижение энергоёмкости и себестоимости строительной продукции.
Цель проекта: разработать простой по конструкции и в изготовлении термоэлектрический мат, пригодный для обогрева опалубки любой конфигурации при минимальных затратах на переналадку оборудования и обеспечивающий быстрый набор прочности бетона круглый год.
Разработка вёлась по классическим этапам патентования технического решения:
- Анализ уровня техники. Изучение аналогов по патентам РФ № 157712 (пакет электропрогрева вибро-термоформы), № 165413 (мат с сегментами и графитовым резистивным слоем) и прототипа по патенту № 129744 (мат с плёночным нагревательным слоем и экранирующим полотном) с выявлением их недостатков.
- Формирование технической задачи. Определение требований: равномерная теплоотдача, надёжная тепло- и электроизоляция, работоспособность до 150 °С, повышенная мощность, гибкость и простота изготовления.
- Разработка конструкции. Выбор нагревательного провода из многожильной нихромовой проволоки в оболочке термостойкой кремнийорганической резины, параллельная схема соединения проводов, слоистая структура мата с инфракрасным теплоотражателем из алюминиевой фольги и электроизоляционными слоями из стеклоткани.
- Подача заявки и получение охранного документа. Подготовка формулы полезной модели (1 независимый и 4 зависимых пункта), описания и иллюстраций, прохождение экспертизы по существу и регистрация патента 21 октября 2020 г.
Технический результат: повышение надёжности работы устройства за счёт равномерной теплоотдачи и надёжной тепло- и электроизоляции из материалов с высокими изоляционными свойствами; возможность изготовления нагревательного элемента любой мощности, в разы превышающей мощность известных аналогов; простота конструкции и изготовления на быстро переналаживаемом оборудовании; способность обогревать поверхности опалубки любой сложности, включая сферические.
Термоэлектрический мат является ключевым элементом технологии зимнего бетонирования: он укладывается на опалубку верхним электроизоляционным слоем, покрывает сплошным греющим полотном требуемой площади и закрепляется металлическими пластинами-держателями. Нагревательный элемент разогревает мат до заданной температуры — до 150 °С — сохраняя работоспособность, а тепловой поток направляется на обогреваемый участок опалубки с бетонным изделием.
Состав конструкции:
Теплоизоляционная подложка
Защитная оболочка мата из гибкого термостойкого и теплоизоляционного материала. Обладает низкой теплопроводностью и высокой жаростойкостью: сохраняет тепло внутри мата, защищает от атмосферных воздействий и после укладки служит наружной поверхностью изделия.
Инфракрасный теплоотражатель
Экранирующий слой из алюминиевой фольги, размещённый на теплоизоляционной подложке. Направляет тепловое излучение на обогреваемую поверхность и исключает бесполезные потери тепла наружу.
Нагревательный элемент
Не менее двух нагревательных проводов, соединённых параллельно и равномерно распределённых по поверхности мата. Проводящая жила выполнена многожильной нихромовой проволокой в оболочке термостойкой кремнийорганической резины.
Электроизоляционные слои
Слои из стеклоткани минимальной толщины по стандарту: нижний — между нагревательным элементом и теплоотражателем, верхний — над элементом, выполняющий роль наружного покрытия и обеспечивающий надёжную электроизоляцию от опалубки.
Клеящий состав
Фиксация нагревательного элемента между электроизоляционными слоями посредством клеящего состава на основе силикатов, например термостойкого силикона.
Выводы и подключение
Выводы нагревательных проводов подключаются к источнику тока. Мат укладывается на опалубку участками с созданием сплошного греющего полотна и закрепляется металлическими держателями.
Тепловые параметры
Работоспособность при температуре до 150 °С — существенно выше плёночных аналогов с предельными 62 °С. Возможность изменения параметров нагрева по объёму изделия и измерения температуры в зоне нагрева.
Гибкость конструкции
Мат плотно прилегает к поверхности опалубки любой сложности, включая сферические формы, и изготавливается на простом быстропереналаживаемом оборудовании.
Преимущества, реализованные в конструкции:
Надёжность:
- Равномерная теплоотдача по всей площади нагрева за счёт параллельного соединения и равномерного распределения проводов.
- Надёжная тепло- и электроизоляция из материалов с высокими изоляционными свойствами — стеклоткани и кремнийорганической резины.
- Отказ от графитовых полос и серебряных контактов, выход из строя которых приводил к отказу мата целиком.
Технологичность:
- Изготовление нагревательного элемента любой мощности — в разы выше аналогов — выбором провода и плотности укладки витков.
- Простая конструкция и производство на простом быстропереналаживаемом оборудовании, без сложных и дорогих технологий.
- Обогрев опалубки любой сложности, в том числе сферических поверхностей.
Конструкция также обеспечивает изменение параметров нагрева по объёму нагреваемого изделия и возможность измерения температуры в зоне нагрева при сохранении надёжной системы электроизоляции.
Сравнение с аналогами:
| Решение | Нагревательный элемент | Ключевые недостатки |
|---|---|---|
| Патент № 157712 (2015) | Инфракрасный карбоновый плёночный обогреватель 400–420 Вт/м² | Температура не выше 62 °С, длительный прогрев 6–8 ч, повреждение плёнки выводит из строя весь пакет |
| Патент № 165413 (2016) | Полотно из плёнки с резистивным слоем из графитового напыления и серебряными контактами | Сложная и дорогая конструкция, ограниченная мощность и температура, отказ контактов — отказ мата в целом |
| Патент № 129744 (2013) — прототип | Гибкая плёнка с резистивным слоем и экранирующим нетканым полотном | Удорожание изделия, недостаточная тепло- и электроизоляция, неравномерная теплоотдача |
| Патент № 200366 — заявленное решение | Параллельные нихромовые нагревательные провода в термостойкой кремнийорганической резине | — равномерный прогрев, мощность выше аналогов, температура до 150 °С, простое и дешёвое изготовление |
Важное техническое решение: переход от плёночного нагревателя к проволочному элементу из многожильной нихромовой проволоки. Это позволило поднять рабочую температуру с 62 до 150 °С, масштабировать мощность изделия выбором сечения провода и плотности укладки витков и отказаться от дорогостоящих экранов с углеродным составом, требующих сложного оборудования.
Практический эффект: всесезонное производство бетонных работ, сокращение времени возведения конструкций, ускорение оборота опалубок, высокая технологичность и качество бетонных работ в зимних условиях, снижение энергоёмкости и себестоимости строительной продукции.
Формула полезной модели (1 н. п. и 4 з. п. ф-лы):
| Пункт | Признак |
|---|---|
| 1 (независимый) | Термоэлектрический мат с защитной оболочкой в виде теплоизоляционной подложки, теплоизоляционным слоем, нагревательным элементом, изолированным электроизоляционными слоями, и экранирующим слоем в виде инфракрасного теплоотражателя из алюминиевой фольги; нагревательный элемент выполнен в виде нагревательного провода — не менее двух проводов, соединённых параллельно и равномерно размещённых по поверхности мата, с электроизоляционными слоями с двух сторон элемента |
| 2 | Теплоизоляционная подложка выполнена из гибкого термостойкого и термоизоляционного материала |
| 3 | Каждый электроизоляционный слой выполнен из стеклоткани |
| 4 | Каждый нагревательный провод выполнен многожильным из нихромовой проволоки в виде проводящей жилы |
| 5 | Проводящая жила нагревательного провода помещена в оболочку термостойкой кремнийорганической резины |
Области применения:
- Зимнее бетонирование: прогрев бетона и бетонных конструкций для ускорения набора прочности при отрицательных температурах.
- Производство ЖБИ: прогрев изделий из армированного бетона и железобетона в сборно-разборных формах и вибро-термоформах, ускорение оборота опалубок.
- Каменная кладка и грунт: отогрев кладки и прогрев грунта при минусовых температурах.
- Всесезонность: применимость решений и в летнее время — для интенсификации строительного производства.
Особенность решения: мат собирается из простых и доступных материалов (нихромовая проволока, стеклоткань, алюминиевая фольга, кремнийорганическая резина), при этом сочетает гибкость, высокую мощность и ремонтопригодность, недостижимые для плёночных аналогов, и требует лишь простого быстропереналаживаемого оборудования для производства.
Патент № 200366, в разработке которого принял непосредственное участие учредитель ООО «СКБ Автоматика», закрепил оригинальное инженерное решение в области термоэлектрического прогрева строительных конструкций. Техническая идея доведена до охраноспособного результата: простой, надёжный и мощный нагревательный мат, готовый к серийному производству и применению на стройплощадках круглый год.
Ключевые компетенции, продемонстрированные при разработке:
Анализ уровня техники
Изучение аналогов и прототипа по патентам РФ № 129744, № 157712, № 165413, выявление конструктивных недостатков и формирование технической задачи.
Конструирование
Разработка слоистой структуры мата: теплоизоляционная подложка, инфракрасный теплоотражатель, проволочный нагревательный элемент, электроизоляционные слои из стеклоткани.
Патентная формула
Подготовка независимого пункта формулы и четырёх зависимых пунктов, описания и иллюстраций, обеспечивших регистрацию полезной модели.
Технологичность производства
Решения, позволяющие изготавливать маты любой мощности и конфигурации на простом быстропереналаживаемом оборудовании.
Обсудить проект
Заполните форму, чтобы наш специалист связался с Вами и подробно проконсультировал