ПЛЕНОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области электротермии, в частности к плоским гибким электронагревателям излучающего типа, используемым для обогрева бытовых, хозяйственных и производственных помещений, а также как элементы системы удаления влаги, антиобледенения и сушки различных покрытий.
Известен пленочный электронагреватель (патент РФ №76764, кл. Н05В 3/14, Н05В 3/36, опубл. 27.09.2008 г.), содержащий резистивный нагревательный элемент, состоящий из натянутых и закрепленных на термостойкой электроизоляционной пленке стержней из высокоомной проволоки, соединенных на концах между собой в меандр с помощью контактных пластин, расположенный между двумя гибкими термостойкими электроизоляционными пленками и снабженный выводами для подключения к электрической сети, и излучательный элемент из тонкой алюминиевой фольги, установленной между внешней электроизоляционной пленкой и резистивным элементом и отделенной от него тончайшей изолирующей пленкой.
Выполнение резистивного нагревательного элемента из стержней характеризует сложность и трудоемкость изготовления электронагревателя.
В качестве прототипа принят пленочный электронагреватель (RU 84660, кл. Н05В 3/36, опубл. 10.07.2009 г.), выполненный в виде двух электроизоляционных гибких пленок между которыми расположен резистивный нагревающий и излучающий элемент в виде непрерывной ленты из фольги токопроводящего материала и излучающий элемент в виде алюминиевой фольги, установленный между внешней электроизоляционной пленкой и резистивным нагревающим и излучающим элементом, разделенные между собой электроизоляционной пленкой, при этом толщина всех электроизоляционных пленок одинакова. Резистивный нагревающий и излучающий элемент снабжен выводами для подключения к электрической сети.
Недостатком пленочного электронагревателя является его ограниченный типоразмерный ряд из-за применения электроизоляционных пленок равной толщины, выпускаемой современной промышленностью, что сказывается на потребительских свойствах электронагревателя и его себестоимости. Так при эксплуатации электронагревателя в условиях внешних механических воздействиях требуется увеличенная толщина внешних электроизоляционных пленок, толщина внутренней электроизоляционной пленки в соответствии с патентом №84660 также будет увеличена, что необоснованно приведет к повышению стоимости электронагревателя, и снижению гибкости конструкции электронагревателя. При отсутствии механических воздействий на электронагреватель наружные электроизоляционные пленки выполняют малой толщины, при этом внутренняя электроизоляционная пленка выполняется также малой толщины, что в свою очередь в процессе эксплуатации может привести к пробою изоляции, замыканию резистивного элемента на излучающий элемент, и выходу электронагревателя из строя.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение типоразмерного ряда пленочного электронагревателя с применением оптимального соотношения толщин электроизоляционных пленок в соответствии с предъявляемыми к нему требованиями по эксплуатации: жесткость конструкции, механическая и изоляционная прочность, повышенная интенсивность инфракрасного излучения.
Решение поставленной задачи в пленочном электронагревателе, содержащем два слоя гибкой электроизоляционной пленки, между которыми размещен резистивный нагревающий элемент, имеющий в плане меандровую форму, и снабженный выводами для подключения к электрической сети или другому электронагревателю и излучающий элемент, разделенные слоем гибкой электроизоляционной пленки, достигается применением гибких электроизоляционных пленок таких, что отношение толщин, по крайней мере, двух пленок друг к другу находится в диапазоне от 1,1 до 10.
Использование гибких электроизоляционных пленок разной толщины позволяет расширить типоразмерный ряд электронагревателей в соответствии с требованиями, предъявляемыми к ним потребителями: гибкость конструкции электронагревателя, повышение излучающей способности, наличие достаточной защитой от пробоя электрическим током, к тому же использование электроизоляционных пленок разной толщины в некоторых вариантах исполнения приведет к снижению себестоимости электронагревателя.
При применении в электронагревателе внутренней и наружных электроизоляционных пленок разной толщины, согласно полезной модели, достигается несколько технических результатов.
Использование внутренней электроизоляционной пленки, размещенной между резистивным нагревающим элементом и излучающим элементом, толщина которой больше толщины наружных электроизоляционных пленок, придает необходимую жесткость электронагревателю и снижает возможность пробоя изоляции, т.е. короткого замыкания резистивного нагревающего элемента на излучающий элемент.
Как правило, при изготовлении пленочного электронагревателя применяют внутреннюю электроизоляционную пленку толщиной 100-125 мкм, обеспечивающую достаточную защиту от пробоя электрическим током, т.е. замыкания резистивного нагревающего элемента на излучающий элемент. При креплении пленочного электронагревателя на гладкую (пластичную) поверхность, например, пластик, выполняющий роль диэлектрика, наружная электроизоляционная пленка, расположенная между потолочной поверхностью и резистивным элементом электронагревателя, может иметь малую толщину, как правило, 35-75 мкм. В данном случае используемой толщины пленки достаточно, чтобы обеспечить защиту резистивного нагревающего элемента от механических повреждений при гладкой потолочной поверхности. Наружную электроизоляционную пленку, покрывающую излучающий элемент, выполняют максимально тонкой: 35 мкм, чтобы обеспечить наибольшую ее теплопроводность и повысить излучающую способность излучающего элемента. Таким образом, отношение внутренней электроизоляционной пленки к наружным пленкам находится в диапазоне 1,3÷3,57.
В том случае, если пленочный электронагреватель в процессе эксплуатации подвергается внешним механическим воздействиям, внешние электроизоляционные пленки выполняют большей толщины, чем внутренняя электроизоляционная пленка, тем самым защищая резистивный нагревающий элемент и излучающий элемент от возможных механических повреждений и повышая изоляционную защиту от поражения электрическим током при случайном соприкосновении с электронагревателем.
Например, внутренняя электроизоляционная пленка выполнена толщиной 100-125 мкм для обеспечения должной защиты от короткого замыкания резистивного нагревающего элемента на излучающий элемент. При монтаже пленочного электронагревателя на потолочное перекрытие, покрытое, например, слоем известки, имеющей неровности (песчинки, осколки и т.д.), выступающие на 1-1,5 мм, которые могут проколоть слой электроизоляционной пленки и повредить резистивный нагревающий элемент, наружную электроизоляционную пленку выполняют толщиной 250 мкм, чтобы исключить повреждение резистивного элемента. При механических воздействиях на электроизоляционную пленку, направленную внутрь помещения, ее выполняют увеличенной толщины порядка 250 мкм.
Таким образом, отношение наружных электроизоляционных пленок к внутренней находится в диапазоне 2,0÷2,5.
Если электронагреватель в процессе эксплуатации испытывает механическое воздействие только с одной из наружных сторон, целесообразно и экономически выгодно с данной стороны электронагревателя использование более толстой электроизоляционной пленки.
Так при креплении пленочного электронагревателя на потолочную поверхность с неровностями, например, на покрытую известкой, наружную пленку выполняют толщиной 250 мкм. Наружную электроизоляционную пленку, покрывающую излучающий элемент, выполняют максимально тонкой 35 мкм, чтобы обеспечить наибольшую теплопроводность и излучающую способность излучающего элемента. Таким образом, при применении внутренней электроизоляционной пленки толщиной 100-125 мкм отношении толщин пленок друг к другу находится в диапазоне 2,0÷7,14.
Современная промышленность выпускает электроизоляционные пленки из полимерного материала, например, из лавсана или полиэтилена различной толщины. При изготовлении пленочных электронагревателей применяют, как правило, пленки толщиной от 30 мкм до 300 мкм. Таким образом, при использовании одной или двух пленок толщиной 300 мкм, а остальных: одной или двух толщиной 30 мкм, отношение пленок друг другу соответствует верхнему диапазону 1÷10.
Нижней предел предложенного диапазона - 1,1 соответствует варианту выполнения пленочного электронагревателя, в котором две пленки выполнены практически равной толщины, а третья имеет толщину большую или меньшую, чем толщины этих пленок.
В соответствии с ГОСТ 10354-82 «Пленка полиэтиленовая. Технические условия» при изготовлении полимерной пленки, в частности полиэтиленовой, допускается отклонение толщины пленки ±20%, это отклонение в толщинах пленок заложено в нижней границе предложенного диапазона.
Таким образом, для получения электронагревателя с требуемыми характеристиками, такими как жесткость, механическая и изоляционная прочность, применяют электроизоляционные пленки различной толщины. Отношение толщин применяемых электроизоляционных пленок как 1,1÷10, обусловлено выпускаемыми современной промышленностью стандартными толщинами этих пленок.
Сущность полезной модели поясняется чертежом: на фиг.1 - общий вид пленочного электронагревателя и поперечный разрез полотна пленочного электронагревателя.
Пленочный электронагреватель содержит верхнюю 1 и нижнюю 2 гибкие электроизоляционные пленки, выполненные из термостойкого полимерного материала, между которыми размещен резистивный нагревающий элемент 3 и излучающий элемент 4, разделенные слоем гибкой электроизоляционной пленки 5, как правило, из того же термостойкого полимерного материала. Резистивный нагревающий элемент 3 выполнен в виде тонких параллельных полос из токопроводящего материала, например, из алюминиевой фольги, соединенных с образованием в плане меандровой формы или синусоиды. Излучающий элемент 4 выполнен в виде тонкой металлической фольги, например, алюминиевой, как правило, ее размер соответствует площади продольного сечения электронагревателя. Излучающий элемент 4 обеспечивает равномерную конфигурацию температурного поля, создаваемого резистивным нагревающим элементом 3.
Полосы резистивного нагревающего элемента 3 занимают 15-70% полотна пленочного электронагревателя, могут быть соединены точечной сваркой, осуществляемой на молекулярном уровне.
К крайним полосам резистивного нагревающего элемента 3 припаяны выводы 6 для подключения к сети электропитания или другому пленочному электронагревателю.
Толщина каждой электроизоляционной пленок 1, 2 и 5 варьируется в пределах 30 мкм до 300 мкм, в зависимости от требований, предъявляемых к электронагревателю. Применяемая толщина электроизоляционных пленок 1 и 2 обеспечивает защиту электронагревателя от пробоя электрическим током при перегрузках сети и от механических повреждений резистивного нагревающего элемента 3. Применяемая толщина внутренней гибкой электроизоляционной пленки 5 определяет жесткость пленочного электронагревателя и защиту от короткого замыкания резистивного нагревающего элемента 3 на излучающий элемент 4.
2
Проведенными испытаниями установлено, удельная мощность электронагревателя находится в диапазоне 70-250 Вт/м, при этом рабочий ток, протекающий по резистивному нагревающему элементу 3 не превышает 1А. Рабочая температура на поверхности электронагревателя при температуре воздуха в обогреваемом жилом помещении +20°С находится в диапазоне +30…+70°С.
Величина тока в пределах 1А, протекающего по резистивному нагревающему элементу 3, создает электромагнитное поле, не превышающее магнитное поле земли и не оказывающее вредного влияния на организм человека.
Работа пленочного электронагревателя осуществляется следующим образом.
Выводы 6 пленочного электронагревателя подключают к электрической сети через понижающий элемент напряжения или через соединенный последовательно или параллельно другой пленочный электронагреватель. По резистивному нагревающему элементу 3 протекает ток, вызывая его нагревание. Резистивный нагревающий элемент 3 подогревает излучающий элемент 4, с поверхности которого равномерно излучается инфракрасный тепловой поток, обеспечивающий прогрев предметов и пола помещения, выделяющих тепло внутрь помещения.