СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛЕНОЧНОГО ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF MAKING FILM-TYPE ELECTRIC HEATER (VERSIONS)

Изобретение относится к области электротермии, в частности к технологии изготовления гибких пленочных электронагревателей излучающего типа, которые используют для обогрева бытовых, хозяйственных и производственных помещений, а также как элементы системы удаления влаги, антиобледенения и сушки лакокрасочных покрытий.
Известен способ изготовления нагревающих излучающих панелей (RU 2183388, кл. Н05В 3/26, опубл. 10.06.2002 г.), принятый в качестве прототипа для первого варианта, представляющий собой по одному из вариантов нанесение на предварительно подготовленную диэлектрическую или металлическую подложку с защитным диэлектрическим слоем с шинами питания токопроводящего покрытия (резистивный излучающий элемент) распылением или окунанием. Нанесение на токопроводящее покрытие известными методами дополнительного токопроводящего покрытия различной формы. Далее на дополнительное токопроводящее покрытие наносят лак. По второму варианту дополнительное токопроводящее покрытие наносят на диэлектрическую подложку перед токопроводящим покрытием. Полосы дополнительного токопроводящего покрытия наносят перпендикулярно шинам питания.
В результате использования в качестве защитного слоя лака, легко разрушаемого при изгибах, нагревательная панель получается жесткой, и как следствие, обладающей меньшими потребительскими свойствами в сравнении с гибким электронагревателем. Кроме того, выполнение двух токопроводящих покрытий делает способ достаточно трудоемким и дорогостоящим.
Известен способ изготовления гибкого электронагревателя, следующий из описания к гибкому электронагревателю, принятый в качестве прототипа для способа по второму варианту (RU 24899, кл. Н05В 3/34, опубл. 27.08.2002 г.), включающий выполнение на резистивном излучающем элементе из токопроводящего материала, содержащего токоподводящие элементы (выводы), перфорации в виде сетчатой структуры, размещение резистивного излучающего элемента между двух слоев электроизоляционного эластичного покрытия.
Недостатком способа является формирование резистивного излучающего элемента перфорацией ленты из токопроводящего материала, в результате которой образуются отходы дорогостоящего токопроводящего материала.
Известен способ изготовления нагревательного устройства (RU 2000676, кл. Н05В 3/20, опубл. 07.09.1993 г.), принятый в качестве прототипа для способа по третьему варианту, включающий формирование щелевидных отверстий в токопроводящей ленте (резистивный излучающий элемент), чередующихся группами, смещенными на разное расстояние относительно краев ленты, с последующим присоединением к ней с обеих сторон изоляционных пленок, удаление части ленты с ее краев до вершин прорубки ближайших к краю щелевидных отверстий, присоединение к резистивному излучающему элементу выводов и замоноличивание во внешние обкладки.
Недостатком данного способа, также как и указанного выше, является наличие отходов дорогостоящего материала в результате перфорации или вырубки токопроводящей ленты. Заключение изолированного резистивного излучающего элемента во внешние обкладки делает электронагреватель жестким, что снижает его потребительские свойства. Кроме того, способ достаточно трудоемок.
Задачей предлагаемого изобретения является создание экономичных и менее трудоемких способов производства пленочного электронагревателя с соответствующей технологией формирования резистивного излучающего элемента, при которой достигается экономия дорогостоящего токопроводящего материала.
Решение поставленной задачи в способе изготовления пленочного электронагревателя по первому варианту, заключающемся в нанесении на диэлектрическую подложку токопроводящего покрытия в виде, по меньшей мере, одной полосы, с дальнейшим присоединением выводов и нанесением защитного покрытия, достигается использованием в качестве защитного покрытия диэлектрического материала, при этом толщина наносимого токопроводящего покрытия находится в диапазоне от 10 нм до 10 мкм.
Токопроводящее покрытие может быть нанесено, например, напылением.
В качестве диэлектрической подложки и защитного покрытия могут быть использованы гибкие электроизоляционные пленки, соединяемые ламинированием.
Полосы токопроводящего покрытия выполняют различной конфигурации, например зигзагообразной формы, и располагают под любым углом к краю диэлектрической подложки.
Кроме того, до нанесения защитного покрытия на токопроводящее покрытие диэлектрической подложки накладывают шины питания, размещая перпендикулярно или под углом к, по крайней мере, одной полосе токопроводящего покрытия, выводы присоединяют к шинам питания.
Выводы присоединяют к, по крайней мере, одной полосе токопроводящего покрытия.
Решение поставленной задачи в способе изготовления пленочного электронагревателя по второму варианту, заключающемся в размещении резистивного излучающего элемента между двух слоев из диэлектрического материала с последующим присоединением выводов и соединением всех слоев, достигается выполнением резистивного излучающего элемента нанесением токопроводящего покрытия толщиной от 10 нм до 10 мкм на диэлектрическую подложку с дальнейшим вырубанием из нее резистивного излучающего элемента.
Токопроводящее покрытие может быть нанесено, например, напылением.
Резистивный излучающий элемент получают, например, ш-образной формы или меандровой формы.
Кроме того, до соединения слоев между одним слоем из диэлектрического материала и резистивным излучающим элементом размещают шины питания, к которым присоединяют выводы.
До соединения слоев к резистивному излучающему элементу присоединяют выводы в случае отсутствия шин питания.
В качестве диэлектрической подложки и слоев из диэлектрического материала могут быть использованы гибкие электроизоляционные пленки, соединяемые ламинированием.
Решение поставленной задачи в способе изготовления пленочного электронагревателя по третьему варианту, включающему формирование щелевидных отверстий в резистивном излучающем элементе с последующим присоединением выводов и присоединением к нему с обеих сторон слоев из диэлектрического материала, достигается получением резистивного излучающего элемента нанесением токопроводящего покрытия толщиной от 10 нм до 10 мкм на диэлектрическую подложку в виде полосы, при этом вдоль краев подложки оставляют поля без токопроводящего покрытия, выполнением щелевидных отверстий, выступающих за границу напыленной полосы, нанесением шин питания с выводами на поля ленты с отсутствующим напылением.
Токопроводящее покрытие наносят, например, напылением.
Щелевидные отверстия выполняют одинаковой формы и размещают на одинаковом расстоянии друг от друга, при этом щелевидные отверстия имеют различную конфигурацию, располагают под любым углом к краю диэлектрической подложки и шинам питания.
В качестве диэлектрической подложки и слоев из диэлектрического материала могут быть использованы гибкие электроизоляционные пленки, соединяемые ламинированием.
Применение способа по любому из предложенных вариантов позволяет изготовить пленочный электронагреватель с любой конфигурацией токопроводящего покрытия (резистивный излучающий элемент). Варьируя длину и ширину полос резистивного излучающего элемента, можно получить различную мощность излучения пленочного электронагревателя, тем самым увеличить КПД без изменения габаритных размеров пленочного электронагревателя, как известно, чем больше длина проводящего контура резистивного излучающего элемента, тем больше его сопротивление и больше излучающая способность.
Кроме того, выполнение токопроводящего покрытия (резистивный излучающий элемент) его нанесением, например, напылением при толщине слоя в пределах от 10 нм до 10 мкм на диэлектрическую подложку, в качестве которой может быть использована гибкая электроизоляционная пленка, позволяет удешевить себестоимость пленочного электронагревателя, т.к. требуется меньше дорогостоящего токопроводящего металла, чем при использовании металлизированной токопроводящей фольги.
Предложенные способы соединения слоев из диэлектрического материала с размещенным между ними резистивным излучающим элементом, сформированным напылением на диэлектрическую подложку, являющуюся одной из указанных слоев или дополнительным слоем, или вырубанием его из диэлектрической подложки с напыленным слоем соответствующей формы позволяет упростить технологию изготовления пленочного электронагревателя.
Сущность способов изготовления потолочного пленочного электронагревателя, в которых в качестве диэлектрической подложки и слоев из диэлектрического материала применена гибкая электроизоляционная пленка, согласно изобретению, поясняется чертежами.
Способ изготовления по первому варианту: на фиг.1 - нанесение токопроводящего покрытия через маску на гибкую электроизоляционную пленку, на фиг.2 - соединение пленок при ламинировании, на фиг.3 - готовый электронагреватель (возможный вариант выполнения);
Способ изготовления по второму варианту: на фиг.4 - гибкая электроизоляционная пленка с нанесенным токопроводящим покрытием и вырубленная форма резистивного излучающего элемента (пример), на фиг.5 - ламинирование всех слоев, на фиг.6 - готовый электронагреватель (возможный вариант изготовления);
Способ изготовления по третьему варианту: на фиг.7 - напыление через маску токопроводящего покрытия на гибкую электроизоляционную пленку, на фиг.8 - гибкая электроизоляционная пленка с выполненными щелевидными отверстиями, на фиг.9 - ламинирование всех слоев, фиг.10 - готовый электронагреватель (возможный вариант изготовления).
Способ изготовления пленочного электронагревателя по первому варианту осуществляется следующим образом.
На подготовленную для нанесения непрерывную диэлектрическую подложку 1, в качестве которой применена, например, гибкая электроизоляционная пленка из полимерного материала через маску 2 любым известным методом, например, напылением, наносят токопроводящее покрытие - резистивный излучающий элемент 3 различной формы в виде, по крайней мере, одной полосы. Полосы напыляют перпендикулярно, параллельно или под определенным углом к краям пленки. При выполнении резистивного излучающего элемента 3 в виде нескольких полос, полосы выполняют одинаковой длины, формы, при этом полосы располагают на одинаковом расстоянии друг от друга. Форма полосы резистивного излучающего элемента 3 может быть любой: как в виде прямой линии, так и в виде изогнутой любое количество раз линии. Резистивный излучающий элемент 3 может быть выполнен в виде меандра. Равномерное расположение полос резистивного излучающего элемента 3 на электроизоляционной пленке 1 обеспечивает получение равномерного температурного поля на поверхности готового пленочного электронагревателя. Ширина напыляемой полосы, как правило, находится в диапазоне от 0,5 мм до 1500 мм. Выполнение полос токопроводящего покрытия (резистивный излучающий элемент) с использованием различной конфигурации позволяет получить различное сопротивление резистивного излучающего элемента 3 на постоянном по длине и ширине участке гибкой электроизоляционной пленки 1 и, как следствие, получить различную удельную мощность тепловых потоков на единице поверхности электронагревателей одинакового габаритного размера.
Перед нанесением композиции токопроводящего покрытия предварительно подготавливают, фильтруют от крупных частиц наполнителя, величина которых более установленного размера. В качестве материала токопроводящего покрытия используют любой коррозиестойкий металл, обеспечивающий высокое омическое сопротивление при толщине напыляемого токопроводящего покрытия в пределах от 10 нм до 10 мкм. Напыление слоя резистивного излучающего элемента 3 в указанных пределах характеризует малое его поперечное сечение, что приводит к повышению сопротивления резистивного излучающего элемента 3 и, как следствие, к большей теплоотдаче пленочного электронагревателя. При этом ток, протекающий по резистивному излучающему элементу 3, в соответствии с законом Ома меньше. Меньшее потребление тока приводит к меньшим энергозатратам при эксплуатации пленочного электронагревателя, что обуславливает экономичность его использования.
На нижнюю непрерывную диэлектрическую подложку 1 с нанесенным на нее токопроводящим покрытием (резистивным излучающим элементом) накладывают защитное покрытие 4, в качестве которого может быть применена гибкая электроизоляционная пленка из полимерного материала, далее производят соединение пленок 1 и 4 различными методами, например, их ламинированием. Толщина электроизоляционных пленок 1 и 4, как правило, находится в диапазоне от 125 до 250 мкм. При необходимости, обусловленной формой выполнения резистивного излучающего элемента 3, перед ламинированием пленок 1 и 4 через равные промежутки времени между нижней электроизоляционной пленкой 1 с нанесенным токопроводящим покрытием 3 и верхней электроизоляционной пленкой 4 укладывают попарно шины питания 5, поперечно или вдоль краев пленок 1 и 4. При поперечном расположении шину питания 5 укладывают либо одну, либо две последовательно друг за другом через равные промежутки времени. При расположении шин питания 5 вдоль края пленок 1 и 4, их располагают непрерывно или прерывисто либо с одного края, либо одновременно с двух краев пленок 1 и 4. Выводы 6 для подключения пленочного электронагревателя к электрической сети присоединяют либо к шинам питания 5, в случае отсутствия шин питания 5 - к полосам резистивного излучающего элемента 3. Таким образом, получают непрерывное двухслойное полотно электронагревателя, содержащее токопроводящее покрытие (резистивный излучающий элемент) 3 и шины питания 5. Далее готовое полотно разрезают на участки, каждый из которых может содержать шины питания 5. Длина участков полотна электронагревателя соответствует требуемой длине готового электронагревателя. При поперечном размещении шин питания 5 полотно разрезают между попарно расположенными шинами питания 5.
Полученный электронагреватель может работать как от сети постоянного, так и от сети переменного тока при питающем напряжении от 1 до 380 В.
Температура нагрева резистивного излучающего элемента 3 при работе пленочного электронагревателя лежит в диапазоне от +1 до +200°С.
Способ изготовления пленочного электронагревателя по второму варианту осуществляют следующим образом. На всю поверхность подготовленной для нанесения непрерывной диэлектрической подложки 1, в качестве которой может быть применена гибкая электроизоляционная пленка из полимерного материала, наносят, например, напылением токопроводящее покрытие 7. Структура, толщина и материал покрытия 7 аналогичны указанному в первом способе. Из полученного полотна электроизоляционной пленки 1 с нанесенным токопроводящим покрытием 7 вырубают резистивный излучающий элемент 3 различной формы. При этом выбирают рациональный раскрой электроизоляционной пленки 1 - безотходный, позволяющий получить наибольший коэффициент использования материала пленки 1. Форма вырубаемого резистивного излучающего элемента 3 может быть различной, например, в виде меандра, ш-образной или спиралевидной формы. Полученный резистивный излучающий элемент 3, представляющий собой определенной формы электроизоляционную пленку 1 с нанесенным на нее токопроводящим покрытием 7, укладывают последовательно между двух непрерывных слоев 4 и 8 из диэлектрического материала, в качестве которых могут быть применены гибкие электроизоляционные пленки из полимерного материала, при необходимости укладывают шины питания 5, как описано в способе по первому варианту. Выводы 6 для подключения к электрической сети присоединяют к шинам питания 5, в случае их отсутствия к полосам резистивного излучающего элемента 3. Пленки 4 и 8 ламинируют с получением трехслойного полотна, далее полотно разрезают на участки, содержащие резистивный излучающий элемент 3 и по необходимости шины питания 5, длина которых соответствует требуемой длине готового электронагревателя.
Способ изготовления пленочного нагревателя по третьему варианту осуществляется следующим образом. На центральную часть непрерывной диэлектрической подложки 1, в качестве которой может быть применена гибкая электроизоляционная пленка из полимерного материала, через маску 2 напыляют токопроводящее покрытие (резистивный излучающий элемент) 7, при этом вдоль краев пленки 1 оставляют поля с отсутствующим токопроводящим покрытием. В центральной части пленки 1 с нанесенным токопроводящим покрытием 7, прорубают щелевидные отверстия 9, перпендикулярные краям пленки 1 или наклоненные под любым углом к краю пленки 1. Щелевидные отверстия 9 могут быть различной формы и ширины, обычно ширину выбирают малой для экономии токопроводящего материала. При этом длина щелевидных отверстий 9 превышает ширину токопроводящего покрытия 7 пленки 1: вершины щелевидных отверстий 9 выступают за границу токопроводящего покрытия 7. Щелевидные отверстия 9 располагают на одинаковом расстоянии друг от друга и от края пленки 1 и имеют одинаковую форму для получения равномерного температурного поля на поверхности готового электронагревателя. На поля с отсутствующим токопроводящим покрытием 7 электроизоляционной пленки 1, размещенные вдоль краев пленки 1, накладывают шины питания 5. При этом шины питания 5, контактируя с токопроводящим покрытием 7 пленки 1, образуют общий проводящий контур. К шинам питания 5 присоединяют выводы 6 для подключения к электрической сети. Далее к пленке 1 присоединяют верхний 4 и нижний слои 8 из диэлектрического материала, в качестве которых применены гибкие электроизоляционные пленки из полимерного материала, все слои ламинируют между собой. Готовое непрерывное полотно нарезают на участки, соответствующие длине готового электронагревателя.