ПЛЕНОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 2008 года по МПК H05B3/36 

Патентуемое изобретение относится к плоским электронагревателям излучающего типа, в частности к пленочным электронагревателям, применяемым для обогрева бытовых и производственных помещений.

Известен «Нагревательный и изоляционный модуль» /см. заявку ЕПВ № 0146788, МКИ Н05В 3/14, 3/36, 1984 г./, который предназначен для получения потолков, обеспечивающих отопление излучением. Модуль содержит нагреватель, образованный нагревательной пленкой, закрепляемой на поверхности теплоизоляционного слоя, который одновременно выполняет функцию дополнительного или подвесного потолка. В рабочем положении пленка обращена в сторону отапливаемого помещения и своими электрическими контактами подключается к питающим шинам. В целом конструкция модуля является жесткой, что снижает потребительские свойства, а резистивный элемент выполнен в виде токопроводящего слоя, практически полностью покрывающего поверхность пленки. Резистивный элемент изготавливается на основе оловянно-свинцового сплава, что обуславливает высокую стоимость модуля.

Известен «Гибкий электронагреватель», защищенный а.с. СССР № 377977, МКИ Н05В 3/14, в котором в качестве токопроводящего материала использовалась углеграфитовая ткань, защищенная электроизоляционным слоем резины. Нагреватель вследствие гибкости удобен для использования, т.к. им можно облицовывать не только плоские поверхности, но и имеющие достаточно сложный рельеф. Вместе с тем углеграфитовая ткань плохо соединяется с резиновой оболочкой, что обусловливает образование воздушных пузырей, существенно ухудшающих технические характеристики нагревателя.

Введение в углеграфитовую ткань серы для повышения прочности связи между тканью и резиновой оболочкой сдерживает производство такого нагревателя, так как для этого необходима рафинированная среда. А главное - положительный результат был нестабильным. Кроме того, присутствие серы и резинового электроизоляционного слоя отрицательно отражаются на КПД электронагревателя.

Из описания к патенту Японии № 5327496, МКИ Н05В 3/14, 1978 г. известен «Плоский электронагревательный элемент» с теплоизлучением с одной стороны поверхности. Он состоит из прозрачной нагревательной электроизоляционной пленки (тефлон, полиэфирная смола), на которой размещен зигзагообразный резистивный элемент из алюминиевой и оловянной фольги. С «рабочей стороны» резистивный элемент облицован еще одной пленкой из синтетической прозрачной термостойкой смолы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (поливинилхлорид, полиамид), в свою очередь покрытой алюминиевой или стальной фольгой, которая выполняет роль экрана.

Нагреватель обладает хорошими теплоизлучающими свойствами, высоким КПД, так как потери излучения сведены к минимуму из-за удачного сочетания используемых материалов. Но такой нагреватель имеет большую стоимость, т.к., во-первых, резистивный элемент, практически полностью покрывающий поверхность пленки, выполнен из олова, которое к тому же имеет низкую прочность, во-вторых, потому что сложнее по конструкции, включающей отражающие экраны. Их применение увеличивает расходы на изготовление, усложняет технологию сборки и увеличивает массу нагревателя.

Известен также «Пленочный электронагреватель для системы электроотопления зданий» по патенту ФРГ № 3038417, МКИ Н05В 3/14, 3/36, 1980 г.

Это устройство представляет собой ленту резистивного элемента (фольгу) из оловянно-свинцово-сурьмяного сплава, которая зигзагообразно располагается между двумя гибкими электроизоляционными накладками, каждая из которых двухслойна. Внутренний слой, прилегающий к резистивному элементу, выполнен из полиэтиленовой пленки, а наружный - из полиэфирной. Резистивный элемент в плане имеет меандрообразную форму и практически полностью покрывает поверхность пленки. Его параллельные участки (полоски) последовательно соединены между собой перемычками. Электронагреватель снабжен выводами для подключения к электросети.

Несмотря на то что электронагреватель изготовлен из композиции с пониженным содержанием олова (до 52%) и дешевле аналогичных, например, «Пленочного электронагревателя» по заявке ФРГ № 2705472, МКИ Н05В 3/14, который содержит 61,5% олова (по массе), стоимость его остается высокой.

Другим недостатком является низкая механическая надежность элемента устройства, обусловленная свойствами материалов, применяемых для его изготовления. Фольга на основе олова и свинца с присадкой сурьмы, имеет предел напряжения на разрыв менее 20 кПа/мм² при толщине фольги до 0,45 мм. Кроме того, сплав весьма хрупок и при изгибах легко разрушается. Поэтому для предотвращения от повреждений резистивного элемента приходится применять довольно толстые электроизоляционные обкладки.

Невысокая механическая прочность известной фольги отражается и на рабочих характеристиках нагревателя, в частности, для обеспечения рабочей мощности, принятой промышленностью 150...300 Вт при толщине фольги 7...25 мкм, модуль нагревателя выпускается с площадью излучения не менее 1 м² при последовательном соединении резистивных элементов. Уменьшение общих габаритов модуля электронагревателя влечет необходимость увеличения толщины фольги для сохранения необходимой мощности, следовательно, к перерасходу дорогостоящих материалов.

Известен также «Пленочный электронагреватель» по патенту РФ № 2088047, МПК Н05В 3/18, 3/36, 1997 г.

В этом устройстве в целях обеспечения повышенной прочности и снижения стоимости резистивный элемент выполнен из аморфного сплава металлов или переходных металлов с металлоидами. Этот нагреватель более прочен и несколько дешевле, чем нагреватель на базе олова и свинца с присадкой сурьмы. Здесь также, как и в предыдущих нагревателях резистивный материал практически полностью закрывает поверхность пленки.

В качестве прототипа заявителем принят «Пленочный электронагреватель», по патенту РФ № 57070, МПК Н05В 3/18, 3/36 с приоритетом 03.01.2006 г.

Это устройство содержит общие признаки ранее описанных нагревателей. В частности, это плоский нагреватель, имеющий плоский резистивный элемент из фольги меандровой формы.

Также, как и в ранее описанных нагревателях, излучающим элементом является сам резистивный элемент, выполняющий одновременно роль нагревательного элемента.

Преимущество этого нагревателя заключается в том, что:

- параллельные полосы резистивного элемента соединяются без перемычек, т.е. резистивный элемент из непрерывной ленты;

- фольга выполнена из прецизионных токопроводящих материалов на основе железа, что обеспечивает механическую прочность и эксплуатационную надежность;

- дополнительным преимуществом является доступность этого материала, а стоимость его значительно ниже других.

Недостатком же этого нагревателя является то, что для формирования необходимой площади и потока излучения параллельные полосы следует располагать так, чтобы расстояние между соседними сторонами полос было не более 2 мм. Это приводит к большому расходу дорогостоящего прецизионного материала, который составляет около 50% себестоимости нагревателя.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности и снижение затрат прецизионного материала, применяемого в электронагревателе в качестве резистивного нагревательного элемента.

Поставленная цель достигается тем, что излучатель электронагревателя выполнен двухэлементным.

В качестве первого основного излучающего элемента используется тонкая металлическая, в частности алюминиевая, фольга, установленная между электроизоляционной пленкой и резистивным элементом и отделенная от него изолирующей пленкой, толщиной не более 30 мкм.

В качестве второго элемента применяется резистивный нагревающий и излучающий элемент меандровой формы из фольги в виде непрерывной ленты из прецизионного токопроводящего материала, расположенный между двумя гибкими термостойкими электроизоляционными пленками и снабженный выводами для подключения к электрической сети. Второй элемент (резистивный нагревающий элемент) при пропускании через него электрического тока подогревает металлическую (алюминиевую) фольгу (первый элемент), которая становится основным излучателем теплового потока. Резистивный элемент выполняет основную функцию как средство подогрева металлической фольги, а как средство излучения становится лишь дополнительным. При этом расстояние между соседними краями параллельных полос резистивного нагревающего элемента составляет 20-100 мм. Такое расстояние является оптимальным, так как обеспечивает допустимую неравномерность температуры на поверхности излучателя в 1-1,5°С. Расстояние ниже 20 мм и выше 100 - приводит к увеличению неравномерности температуры более 1,5°С.

За счет использования такого расстояния сокращается количество параллельных полос и общая длина токопроводящей части нагревателя, что в 3-5 раз снижает расход прецизионного материала и повышает надежность токопроводящей части за счет уменьшения ее общей длины.

Заявитель убежден в том, что патентуемое изобретение отвечает в полной мере критериям новизны и изобретательского уровня уже потому, что при изучении уровня техники по доступным заявителю совокупности патентной и научно-технической информации не было обнаружено ни одного устройства с двухэлементным исполнением, где основным излучателем является алюминиевая фольга. Применение алюминиевой фольги позволит значительно снизить расход дорогого прецизионного металла.

Заявитель полагает, что свойства выделяемых им отличительных признаков в изобретении не вытекают явным образом из совокупности, технических и технологических сведений. Заявитель нашел их эмпиричным путем.

На чертеже показано - а - общий вид заявляемого электронагревателя; б - вид нагревателя по сечению А-А; в - вид на пленочный электронагреватель по стрелке Б со стороны резистивного подогревательного элемента.

Пленочный электронагреватель содержит два листа гибких термостойких электроизоляционных пленок 1, в качестве которых может быть использована полиэтилентерефтолатовая пленка по ТУ 6-495761783-334-90 толщиной 75 мкм и более, между которыми размещены резистивный подогревающий элемент 3 из ленты прецизионного токопроводящего материала и излучающий элемент из металлической, в частности алюминиевой, фольги 4, причем подогревающий и излучающий элементы разделяет тончайшая пленка 5 толщиной не более 30 мкм из того же материала, что и электроизоляционная пленка.

Резистивный подогревающий элемент 3 имеет в плане меандровую форму в виде полосок, намотанных из ленты прецизионного материала непрерывно без применения перемычек. Расстояния между соседними краями параллельных полос m (чертеж в) составляют 20-100 мм. Элемент 3 снабжен выводами 2 для подключения к соединительным проводам (чертеж а), которые имеют свободное окончание для подсоединения к внешней электрической сети. Концы электронагревателя обклеиваются лентой.

Опытный образец электронагревателя размером в плане 330×5000 мм и толщиной около 220 мкм образован из 2-х листов вышеупомянутой пленки толщиной 75 мкм, с резистивным подогревающим элементом в виде фольговой ленты толщиной 10 мкм, излучающим элементом из алюминиевой фольги 15 мкм, тончайшей пленки, разделяющей резистивный элемент и алюминиевую фольгу. Электронагреватель имеет излучающую мощность в пределах 125-150 Вт/м², температуру поверхности в пределах 40-50°С, удельную массу около 300 г/м² при массе резистивного элемента около 50 грамм.

Сравнительный анализ патентуемого электронагревателя с прототипом показывает, что излучающая поверхность образуется резистивным нагревательным элементом 3 и излучающим элементом из алюминиевой фольги, который уложен между двумя термостойкими пленками 1, и при этом расстояние m между двумя соседними полосками в прототипе составляет не более 2 мм, а в патентуемом электронагревателе может быть от 20 до 100 мм. Это приводит к снижению расхода прецизионного материала в 3-5 раз в зависимости от конкретного исполнения электронагревателя.

Электронагреватель работает следующим образом: при подключении его выводов к электрической сети резистивный элемент нагревается и разогревает алюминиевую фольгу. В стационарном режиме вся поверхность нагревателя оказывается практически равномерно разогретой до температуры 40-45°С. Под действием такой температуры с поверхности нагревателя излучается в воздушное пространство помещения равномерный тепловой инфракрасный поток мягкого длинноволнового спектра.

Такой нагреватель может быть базой для создания систем лучистого отопления производственных, социально-культурных и жилых помещений, а также для систем обогрева молодняка животных и птиц.

Изобретение относится к плоским электронагревателям излучающего типа, в частности к пленочным электронагревателям, применяемым в качестве базы для создания систем лучистого отопления производственных, социально-культурных и жилых помещений, а также для систем обогрева молодняка животных и птиц. Пленочный электронагреватель содержит плоский меандровой формы резистивный нагревающий и излучающий элемент из фольги в виде непрерывной ленты из прецизионного токопроводящего материала, расположенный между двумя гибкими термостойкими электроизоляционными пленками и снабженный выводами для подключения к электрической сети. Электронагреватель снабжен излучающим элементом в виде алюминиевой фольги, установленной между внешней электроизоляционной пленкой и резистивным нагревающим и излучающим элементом и отделенной от резистивного нагревающего и излучающего элемента электроизолирующей пленкой, толщиной не более 30 мкм. Расстояние между соседними краями параллельных полос резистивного элемента составляет 20-100 мм. Технический результат - снижение расхода прецизионного материала и повышение надежности за счет уменьшения общей длины токопроводящей части нагревателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Пленочный электронагреватель, содержащий плоский меандровой формы резистивный нагревающий и излучающий элемент из фольги в виде непрерывной ленты из прецизионного токопроводящего материала, расположенный между двумя гибкими термостойкими электроизоляционными пленками и снабженный выводами для подключения к электрической сети, отличающийся тем, что он снабжен излучающим элементом в виде алюминиевой фольги, установленной между внешней электроизоляционной пленкой и резистивным нагревающим и излучающим элементом и отделенной от резистивного нагревающего и излучающего элемента дополнительно введенной электроизолирующей пленкой толщиной не более 30 мкм.2. Пленочный электронагреватель по п.1, отличающийся тем, что расстояние между соседним краями параллельных полос резистивного нагревающего и излучающего элемента составляет 20-100 мм.