ГИБКИЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК H05B3/36 

Изобретение относится к области электротермии и может быть использовано в гибких электронагревателях, выполненных из полимерных материалов, применяемых для обогрева помещений.

Известен гибкий электронагреватель из полимерного материала, содержащий плоский резистивный слой из тканого материала с электродами и покрывающие его с обеих сторон электроизоляционные слои [1].

К недостаткам электронагревателя следует отнести нестабильность и неравномерность распределения температур по поверхности электронагревателя, что снижает их надежность в условиях интенсивного нагрева при эксплуатации.

Известен также гибкий электронагреватель из полимерного материала [2], содержащий плоский резистивный элемент из ткани полотняного переплетения с электродами и покрывающие его с обеих сторон электроизоляционные слои (тканый электронагреватель авт. Вититин В.С. и др).

Указанный элетронагреватель обладает аналогичными недостатками.

Ближайшим аналогом, выбранным в качестве прототипа, является гибкий электронагреватель, содержащий плоский резистивный элемент из тканого материала из изоляционных нитей с токопроводящими нитями, с ленточными электродами по его краям из вплетенных токопроводящих нитей и покрывающие его электроизоляционные слои [3].

Известен способ изготовления гибкого электронагревателя, уточная нить которого выполнена из токопроводящего материала, а изоляционные слои представляют собой ковровую ткань из полиэтилентерефталата [4]. Изготовление электронагревателя осуществляется путем наложения изоляционных слоев один на другой с включением между ними уточных токопроводящих нитей и сдавливания при температуре для сшивки материала.

Известен другой способ изготовления гибкого электронагревателя [5], включающий нанесение токопроводящего слоя и ленточных электродов со склейкой изолирующих слоев.

Указанные способы являются сложными и требуют дорогостоящего оборудования, процессы энергоемкие.

Известен способ изготовления гибкого электронагревателя с тканым резистивным элементом с изоляционными термопластиными слоями с пропусканием электрического тока [6].

Ближайшим аналогом, выбранным в качестве прототипа, является способ изготовления гибкого электронагревателя [7] , включающий нанесение слоев электроизоляционного материала на ткань резистивного элемента с закрепленными на ней ленточными электродами из вплетенных токопроводящих нитей с последующим ламинированием слоев при нагреве до температуры плавления пропитывающего его термопластичного материала, обеспечивая заполнения ячеек ткани резистивного элемента.

Основным недостатком прототипа является сложность укладки резистивного слоя.

Основной задачей разработки является создание гибкого электронагревателя и способа его изготовления такой конструкции и технологии, которые позволили бы осуществить их производство непрерывным путем, при неизменности исходной ширины ткани для резистивного элемента получать электронагреватели различной ширины между ленточными электродами и тем самым расширить ассортимент электронагревателей без изменения исходных материалов.

Техническим результатом, который может быть получен от реализации изобретений, является обеспечение равномерности температурного поля по ширине электронагревателя, повышение качества и надежности в условиях непрерывного стабильного их производства.

Основная задача решена и технический результат достигнут за счет изменения конструкции резистивного элемента и технологического процесса ламинирования пакета слоев. Для этого в гибком электронагревателе, содержащем плоский резистивный элемент из тканого материала из изоляционных нитей и с токопроводящими нитями по утку с ленточными электродами по его краям из вплетенных токопроводящих нитей и покрывающие его электроизоляционные слои, уточные токопроводящие нити резистивного элемента выполнены в виде системы параллельных дуг, расположенных между электродами в плоскости ткани резистивного элемента со стрелой прогиба дуг, равной 0,02-0,3 расстояния между электродами, электроизоляционные слои выполнены двухслойными, в которых слой со стороны резистивного элемента из полиэтилена или полипропилена, находящийся в объемном соотношении с тканью резистивного элемента от 0,5:1 до 1:1 при внешних электроизоляционных слоях из полиэтилентерефталата толщиной, равной 15-80 мкм, уточные токопроводящие нити выступают за пределы ленточных электродов на длину 3-5 мм и переплетены 2-5 основными изоляционными нитями, причем концы уточных токопроводящих нитей сплющены в плоскости ткани.

В способе изготовления гибкого электронагревателя, включающем нанесение слоев электроизоляционного материала на ткань резистивного элемента с закрепленными на ней ленточными электродами из вплетенных токопроводящих нитей с последующим ламинированием слоев при нагреве до температуры плавления пропитывающего его термопластичного материала, обеспечивая заполнение ячеек ткани резистивного элемента, при ламинировании слоев натяжение на токопроводящую ткань резистивного элемента передают через ленточные электроды при скорости ламинирования 0,5-10 м/мин с образованием прогиба в плоскости ткани уточных токопроводящих нитей с измерением ширины ткани между электродами и стрелы прогиба токопроводящих нитей вдоль основных нитей, равной 0,02-0,3 расстояния между электродами в качестве электроизоляционного материала используют двухслойный материал, у которого слои, обращенные к ткани резистивного элемента, выполнены из полиэтилена или полипропилена, а внешние слои - из полиэтилентерефталата толщиной 15-80 мкм, в качестве ткани резистивного элемента используют ткань с уточными токопроводящими нитями, выступающими за пределы ленточных электродов на длину 3-5 мм и переплетенными 2-5 основными изоляционными нитями, причем концы уточных нитей сплющены в плоскости ткани.

Характерными отличительными особенностями гибкого электронагревателя являются следующие признаки:
- выполнение уточных токопроводящих нитей резистивного элемента в виде системы параллельных дуг;
- расположение системы параллельных уточных токопроводящих дуг между ленточными электродами;
- расположение системы дуг в плоскости ткани резистивного элемента со стрелой прогиба дуг, равной 0,02-0,3 расстояния между электродами;
- выполнение электроизоляционных слоев двухслойными, в которых слой со стороны резистивного элемента - из полиэтилена или полипропилена;
- объемное соотношение полиэтиленовых или полипропиленовых слоев с тканью резистивного элемента от 0,5:1 до 1:1;
- выполнение внешних электроизоляционных слоев из полиэтилентерефталата толщиной 15-80 мкм;
- выполнение уточных токопроводящих нитей с выступанием за пределы ленточных электродов на длину 3-5 мм;
- переплетение выступающих концов уточных токопроводящих нитей 2-5 основными изоляционными нитями;
- выполнение концов уточных токопроводящих нитей сплющенными в плоскости ткани.

Характерными отличительными признаками способа изготовления гибкого электронагревателя являются следующие признаки:
- передача натяжения на токопроводящую ткань через ленточные электроды при ламинировании;
- скорость ламинирования 0,5-10 м/мин с передачей натяжения на ткань через ленточные электроды;
- образование прогиба уточных токопроводящих нитей в плоскости ткани;
- измерение стрелы прогиба токопроводящих нитей вдоль основных нитей и ширины ткани между электродами;
- обеспечение стрелы прогиба в пределах 0,02-0,3 расстояния между электродами;
- использование в качестве электроизоляционного материала двухслойного материала, у которого слой, обращенный к ткани резистивного элемента, выполнен из полиэтилена или пропилена;
- выполнение внешних слоев из полиэтилентерефталата толщиной 15-80 мкм;
- использование ткани с уточными токопроводящими нитями, выступающими за пределы ленточных электродов на длину 3-5 мм, и переплетение с ними 2-5 основных изоляционных нитей, с расплющенными концами указанных уточных нитей, расположенных в плоскости ткани.

Указанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и достижения нового технического результата. Так, например, невыполнение уточных токопроводящих нитей в виде системы параллельных дуг не позволяет создать гибкие электронагреватели различных модификаций высокого качества и надежности, т.е. не решается тогда основная задача и не достигается новый технический результат за счет исходных материалов одинаковой ширины для резистивного элемента получить гибкие электронагреватели с различной шириной греющего поля и таким образом сужаются производственные возможности производителя электронагревательных элементов. Качество гибких электронагревателей и их высокая надежность достигаются в процессе ламинирования за счет выполнения электроизоляционных слоев двухслойными, со слоями прилегающими к резистивному слою - из полиэтилена или полипропилена в объемном соотношении с тканью резистивного элемента от 0,5:1 до 1:1 и толщиной внешних электроизоляционных слоев из полиэтилентерефталата толщиной 15-80 мкм. Скрепление уточных нитей за пределами ленточных электродов в виде их концов 3-5 мм, переплетенных изоляционными 2-5 нитями основы, предотвращает выпадение из кромки ткани резистивного слоя токопроводящих нитей ленточных электродов. Выдержка скорости ламинирования 0,5-10 м/мин обеспечивает полную пропитку ткани резистивного элемента прилегающими слоями полиэтилена или полипропилена. При скорости ламинирования меньше 0,5 м/мин наблюдается выдавливание пропитывающего полиэтиленового или полипропиленового слоя из ламинируемого пакета, снижается качество и производительность, при скорости ламинирования свыше 10 м/мин полиэтиленовый или полипропиленовый слой не успевает расплавиться и пропитать резистивный элемент, ухудшается герметичность слоев, снижается надежность электронагревателя. При скоростях ламинирования 0,5-10 м/мин обеспечивается высокое качество надежность электронагревателя, система уточных токопроводящих нитей образуется в виде параллельных дуг с направлением вытяжки в плоскости ткани. Переплетение концов уточных токопроводящих нитей за пределами ленточных электродов исключает выпадание токоведущих нитей ленточных электродов при ламинировании, обеспечивается качественная заделка ленточного электрода, этому же способствует и расплющенность концов токопроводящих уточных нитей.

Указанные отличительные существенные признаки являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипах не обнаружено, что позволяет характеризовать предложенные технические решения соответствием критерию "новизна".

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу и достичь новый технический результат, что характеризует новые технические решения по сравнению с известным уровнем техники, аналогами и прототипами существенными отличиями. Новые технические решения являются результатом научно-исследовательской и опытно-технологической отработки гибких электронагревателей и творческого вклада без использования каких-либо стандартных или проектировочных разработок, рекомендаций в данной отрасли техники, по своей оригинальности и содержательности разработки соответствуют критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлен общий вид гибкого электронагревателя; на фиг.2 - то же, в плане; на фиг.3 - то же, сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 - вид в плане на резистивный слой в электронагревателе после ламинирования; на фиг.5 - основная схема ламинирования ткани резистивного элемента с ленточными электродами, покрывающими электроизоляционными слоями; на фиг.6 - схема передачи усилия натяжения на ткань резистивного элемента через натяжение ленточных электродов.

Гибкий электронагреватель содержит плоский резистивный элемент 1, ленточные электроды 2, 3, покрывающие электроизоляционные слои 4, 5.

Плоский резистивный элемент 1 представляет собой токопроводящую ткань из уточных токопроводящих нитей 6 и изоляционных нитей основы 7 с ленточными электродами 2, 3 по ее краям в виде вплетенных полосками токопроводящих нитей 8. Токопроводящие нити 6 между ленточными электродами 2, 3 выполнены в виде системы параллельных дуг 9 (фиг.2, 4) со стрелой прогиба дуг, равной 0,02-0,3 расстояния между электродами. Стрелкой на фиг.4 показана стрела прогиба. Электроизоляционные слои 4, 5 выполнены двухслойными, в которых слои 10, 11 со стороны резистивного элемента 1 - из полиэтилена или полипропилена, находящиеся в объемном соотношении с тканью резистивного элемента 1 от 0,5:1 до 1:1. Внешние электроизоляционные слои 12, 13 выполнены из полиэтилентерефталата толщиной, выбранной в пределах 15-80 мкм. При объемном соотношении полиэтилена или полипропилена с тканью резистивного элемента 1 меньшем, чем 0,5:1, наблюдается недопропитка ткани резистивного элемента 1, образование пористости, при объемном соотношении полиэтилена или полипропилена с тканью резистивного элемента 1 свыше 1:1 наблюдается выдавливание расплава полиэтилена или полипропилена при ламинировании пакета, его утечка, что ухудшает качество электронагревателей и повышает расход материала.

Наилучшая перерабатываемость слоев электронагревателя достигается при соотношениях полиэтилена или полипропилена с тканью резистивного элемента 1, находящихся в пределах от 0,5:1 до 1:1, обеспечивающего высокое качество и надежность электронагревателя.

Внешние электроизоляционные слои 12, 13 из полиэтилентерефталата более тонкие по сравнению со слоями 10, 11 из полиэтилена или полипропилена, но обладают высокой прочностью, более высокой термостойкостью чем слои 10, 11, обеспечивают требуемые диэлектрические характеристики и высокое качество наружной поверхности.

Уточные токопроводящие нити 6 выступают за пределы ленточных электродов 2, 3 на величину 3-5 мм и переплетены 2-5 изоляционными нитями основы 14, концы 15 уточных токопроводящих нитей 6 расплющены в плоскости ткани резистивного элемента 1.

Порядок изготовления гибкого электронагревателя заключается в следующем. На ткань резистивного элемента 1 с закрепленными на ней по краям ленточными электродами 2, 3 в виде полос вплетенных в нее токопроводящих нитей 8 наносят двухслойные электроизоляционные слои 4, 5, в которых внутренние слои 10. 11 - из полиэтилена или полипропилена обращены к ткани резистивного слоя 1, а электроизоляционные слои 12, 13 из полиэтилентерефталата являются внешними, и ламинируют слои при нагреве до температуры плавления пропитывающего его термопластичного материала, обеспечивая заполнение ячеек ткани резистивного элемента, которым является полиэтилен или полипропилен в виде слоев 10, 11 на ленточном материале 12, 13 из полиэтилентерефталата по схеме фиг.5 и 6 с использованием основного барабана диаметром 0,4-2 м и прессующих валков или ленточного пресса. Ламинирование слоев производится с линейной скоростью 0,5-10 м/мин с образованием прогиба в плоскости ткани резистивного элемента 1 уточных токопроводящих нитей 6 в виде системы параллельных дуг 9 при контроле стрелы прогиба в пределах, равных 0,02-0,3 ширины ткани. При ламинировании за счет нагрева от прессующих валков происходит расплав слоев 10, 11 полиэтилена или полипропилена и вдавливание их в ткань резистивного элемента 1 с заполнением ячеек 17 ткани до образования монолитного пакета и склейки слоев 12, 13. За пределами ширины резистивного слоя вдоль ленточных элементов образуются изоляционные поля 16. Непрерывно ламинируемые слои наматываются под натяжением в рулон готового материала. Процесс ламинирования сопровождается передачей усилий натяжения на резистивный элемент через ленточные электроды 2, 3 так, что вязкость расплава полиэтилена или полипропилена обеспечивает необходимую параллельную вытяжку и изгиб уточных токопроводящих нитей 6 (фиг.6). Поскольку происходит изгиб уточных токопроводящих нитей 6, то исходная ткань резистивного элемента 1 сужается, в зависимости от заданной стрелы прогиба, вязкости расплава полиэтилена или полипропилена, скорости ламинирования подбирается соответствующая заданная ширина резистивного элемента 1 и гибкого электронагревателя в целом.

На основе новых технических решений были изготовлены опытные образцы натурных гибких электронагревателей. Ткань резистивного слоя 1 на 10 см длины содержала 44 шт. уточных токопроводящих нитей, выполненных из нитей КЭН-А ТУ 6-И83-85, в качестве изоляционных нетокопроводящих нитей использовались капроновые нити, в качестве токопроводящих нитей ленточных электродов использовались нити марки М8Б-2 ТУ 17 РСФСР-304457-78, строщенных в пучки по 16 шт. Количество пучков в каждом электроде - 18.

В качестве изоляции использовалась полиэтилентерефталатная ламинированная пленка марки ПНЛ-3 ТУ 6-49-5761783-90 толщиной 0,14 мм в которой толщина слоя полиэтилена составляла 0,115 мм, а толщина слоя полиэтилентерефталата составляла 0,025 мм.

Полученные электронагреватели подвергались испытаниям, результаты положительные. Температурный разброс по полю электронагревателя составлял не более 3^oC. Электроизоляционные слои электронагревателя подвергались испытаниям на пробой, напряжение пробоя более 10000 В.

Таким образом, гибкий электронагреватель предложенной конструкции и способ его изготовления являются воспроизводимыми промышленным путем.

Новые технические решения соответствуют и критерию "промышленная применимость", т. е. уровню изобретений. На их создание и использование целесообразно обеспечение защиты исключительных прав патентом.

Изобретение относится к области электрометрии и может быть использовано в гибких электронагревателях, выполненных из полимерных материалов, применяемых для обогрева помещений. Гибкий электронагреватель содержит дугоообразные уточные токопроводящие нити со стрелой прогиба в плоскости резистивного элемента, равной 0,02 - 0,3 расстояния между электродами. Концы уточных токопроводящих нитей расплющены, переплетены изоляционными нитями основы за пределами ленточных электродов. Электроизоляционные слои из полиэтилена или полипропилена находятся в объемном соотношении с тканью резистивного элемента 1 от 0,5 : 1 до 1 : 1. Гибкий электронагреватель получают ламинированием со скоростью 0,5 - 10 м/мин с образованием соответствующией стрелы прогиба уточных токопроводящих нитей. Внешние электроизоляционные слои 12, 13 выполнены из полиэтилентерефталата толщиной 15 - 80 мкм. Техническим результатом является повышение равномерности температурного поля по ширине нагревателя и повышение надежности его при изготовлении. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Гибкий электродвигатель, содержащий плоский резистивный элемент из тканого материала, состоящий из изоляционных нитей основы и утка и уточных токопроводящих нитей, ленточных электродов по его краям, выполненных из вплетенных в ткань резистивного элемента токопроводящих нитей и покрывающих его электроизоляционных термопластичных слоев, отличающийся тем, что уточные токопроводящие нити резистивного элемента уложены в виде системы параллельных дуг, между электродами в плоскости ткани разистивного элемента со стрелой прогиба дуги, равной 0,02 - 0,3 расстояния между электродами. 2. Электронагреватель по п.1, отличающийся тем, что каждый электроизоляционный слой выполнен двойным, в котором внутренние слои, обращенные к резистивному элементу, выполнены из полиэтилена или полипропилена, а внешние - из полиэтилентерефталата, причем внутренние слои находятся в объемном соотношении с тканью резистивного элемента от 0,5 : 1 до 1 : 1, а внешние электроизоляционные слои - из полиэтилентерефталата толщиной 15 - 80 мкм. 3. Электронагреватель по п.1 или 2, отличающийся тем, что уточные токопроводящие нити выполнены выступающими за пределы ленточных электродов на длину 3 - 5 мм и переплетены с 2 - 5 изоляционными нитями основы, причем концы уточных токопроводящих нитей сплющены в плоскости ткани. 4. Способ изготовления гибкого электронагревателя, при котором наносят слои электроизоляционного термопластичного материала на ткань резистивного элемента с закрепленными на ней ленточными электродами из вплетенных в ткань резистивного элемента токопроводящих нитей, затем ламинируют все слои с нагревом до температуры плавления электроизоляционного термопластичного материала, обеспечивая заполнение ячеек ткани резистивного элемента, отличающийся тем, что при ламинировании со скоростью 0,5 - 10 м/мин осуществляют натяжение ткани резистивного элемента через ленточные электроды с образованием прогиба уточных токопроводящих нитей в плоскости ткани со стрелой прогиба вдоль основных нитей, равной 0,02 - 0,3 расстояния между электродами, причем в качестве электроизоляционного материала используют двухслойный материал, у которого внутренний слой, обращенный к ткани резистивного элемента, выполнен из полиэтилена или полипропилена в объемном соотношении с тканью резистивного элемента от 0,5 : 1 до 1 : 1, а внешний слой выполнен из полиэтилентерефталата толщиной 15 - 80 мкм. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что ткань резистивного элемента выполняют с уточными нитями, выступающими за пределы ленточных электродов на длину 3 - 5 мм, выступающие концы переплетают с 2 - 5 изоляционными нитями основы, а концы уточных нитей сплющивают в плоскости ткани.