ПЛЕНОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ

Полезная модель 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, для систем обогрева молодняка животных и птиц, камер для сушки древесины, инфракрасных излучателей для сушки лакокрасочных покрытий.
Известен «Гибкий электронагреватель», (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, так как 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.
В качестве прототипа выбран пленочный электронагреватель (см. патент RU №2321188, Н05В 3/36, 2008 г.), 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. 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.
Однако конструкция известного электронагревателя достаточно сложна за счет применения большого количества функциональных слоев, при этом в качестве резистивного элемента используется лента фольги из дорогостоящего прецизионного токопроводящего материала, выложенная в виде меандра, что также затрудняет его изготовление. Кроме этого затруднено управление удельной мощностью пленочного электронагревателя.
Целью полезной модели является упрощение конструкции электронагревателя, снижение затрат на его изготовление за счет отказа от использования дорогостоящего прецизионного материала, расширение функциональных возможностей электронагревателя за счет варьирования толщины резистивного слоя.
Поставленная цель достигается тем, что в пленочном электронагревателе, включающем резистивный нагревающий и излучающий элемент, расположенный между двумя внешними гибкими термостойкими электроизоляционными пленками и снабженный выводами для подключения к электрической сети, в отличие от прототипа в качестве резистивного нагревающего и излучающего элемента используют термостойкую электроизоляционную пленку с нанесенным на всю ее поверхность слоем резистивного материала - нихрома, причем нанесение слоя резистивного материала осуществляют путем резистивного напыления в вакууме. Выводы для подключения электрической сети к резистивному нагревающему и излучающему элементу присоединены к плоским контактам, примыкающим к поверхности слоя резистивного материала и выполненным из медной фольги.
Толщина резистивного слоя выбирается в зависимости от величины питающего напряжения и требуемой температуры нагревателя, определяемой его удельной мощностью по формуле:
где H - толщина резистивного слоя,
P - удельная мощность электронагревателя, то есть мощность, выделяемая единицей площади электронагревателя,
ρ - удельное сопротивление нихрома,
L - длина электронагревателя,
U - питающее напряжение.
Толщина резистивного слоя может изменяться в пределах 8-2400 нм, что находится в области размеров наночастиц. При толщине резистивного слоя менее 8 нм величина локальных неоднородностей резистивного слоя, обусловленная особенностями процесса вакуумного напыления, становится сравнимой с его средней толщиной, что может привести к локальному перегреву и даже разрушению слоя при протекании электрического тока. При толщине больше 2400 нм - удельная мощность избыточна при любой разумной длине нагревателя. Напыление в вакууме позволяет получить резистивный слой, имеющий одинаковую толщину по всей поверхности, все точки поверхности резистивного нагревающего элемента нагреваются до одинаковой температуры, представляя собой равномерно излучающую поверхность, для создания которой в прототипе используется алюминиевая фольга. Предлагаемое техническое решение позволяет исключить из конструкции нагревателя слой алюминиевой фольги и слой электроизолирующей пленки, отделяющей ее от резистивного нагревающего и излучающего элемента. Возможность варьирования толщины резистивного слоя в соответствии с формулой (1) позволяет создавать нагреватель требуемой мощности в широких пределах заданных геометрических размеров электронагревателя и напряжений электрического тока. У прототипа же возможность управления удельной мощностью при заданных геометрических размерах и напряжении лимитируется возможностью изменения расстояние между соседними краями параллельных полос резистивного элемента.
Новая совокупность признаков, а именно: использование в пленочном электронагревателе в качестве нагревающего и излучающего элемента термостойкой электроизоляционной пленки с нанесенным на ее поверхность путем напыления в вакууме слоем резистивного материала толщиной, определяемой в зависимости от удельной мощности и длины электронагревателя с достижением нового положительного эффекта - расширения функциональных возможностей электронагревателя и снижения его себестоимости не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «новизна».
Техническая сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом (Фиг.1 - общий вид нагревателя, фиг.2 - вид нагревателя по сечению А-А).
Пленочный электронагреватель 1 содержит две внешние термостойкие электроизоляционные пленки 2, между которыми расположена внутренняя термостойкая электроизоляционная пленка 3 с нанесенным на всю ее поверхность слоем резистивного материала - нихрома 4 толщиной, определяемой удельной мощностью электронагревателя и его длиной. Выводы для подключения к электрической сети 5 присоединены к плоским контактам 6, выполненным из медной фольги и примыкающим к поверхности слоя резистивного материала.
Пленочный электронагреватель работает следующим образом. При прохождении электрического тока через слой резистивного материала происходит нагрев всей поверхности резистивного нагревающего элемента до одинаковой температуры.
Примеры конструкции пленочного электронагревателя для использования в различных условиях.
2
Пример 1. Пленочный электронагреватель для лучистого отопления производственных и жилых помещений. Напряжение электрической сети 220 В, требуемая удельная мощность - 175 Вт/м, длина нагревателя - 1,7 м. Две внешние термостойкие электроизоляционные пленки выполнены из полиэтилентерефталата (ПЭТ) толщиной 0,125 мм, шириной 330 мм, длиной 1,7 м. Внутренняя термостойкая электроизоляционная пленка выполнена из ПЭТ толщиной 0,035 мм, шириной 305 мм, длиной 1,5 м. Толщина резистивного слоя нихрома, рассчитанная по формуле (1), составляет 8,9 нм.
2
Пример 2. Пленочный электронагреватель для лучистого отопления обогрева молодняка животных и птиц. Напряжение электрической сети 36 В, требуемая удельная мощность - 125 Вт/м, длина нагревателя - 1 м. Две внешние термостойкие электроизоляционные пленки выполнены из ПЭТ толщиной 0,75 мм, шириной 330 мм, длиной 1 м. Внутренняя термостойкая электроизоляционная пленка выполнена из ПЭТ толщиной 0,035 мм, шириной 305 мм, длиной 0,8 м. Толщина резистивного слоя нихрома, рассчитанная по формуле (1), составляет 68 нм.
2
Пример 3. Элемент системы лучистой сушки окрашенных поверхностей во взрывоопасном помещении. Напряжение электрической сети 12 В, требуемая удельная мощность - 300 Вт/м, длина нагревателя - 1 м. Две внешние термостойкие электроизоляционные пленки выполнены из ПЭТ толщиной 0,175 мм, шириной 330 мм, длиной 1 м. Внутренняя термостойкая электроизоляционная пленка выполнена из ПЭТ толщиной 0,075 мм, шириной 305 мм, длиной 0,8 м. Толщина резистивного слоя нихрома, рассчитанная по формуле (1) - 2292 нм (≈2,29 мкм.).
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет упростить конструкцию электронагревателя, расширить его функциональные возможности за счет варьирования толщины резистивного слоя, снизить себестоимость электронагревателя за счет использования в качестве резистивного элемента слоя токопроводящего материала - нихрома, нанесенного резистивным напылением в вакууме.