ПЛЕНОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области электротермии, в частности к плоским гибким электронагревателям излучающего типа, используемым для обогрева бытовых, хозяйственных и производственных помещений, а также в системах «теплый пол», в помещениях с высокой влажностью, инфракрасных кабинах (сауны), в системах по удалению влаги (сушилки), в качестве нагревателей жидкой среды, работающих при погружении.
Электронагреватели, в т.ч. электронагреватели излучающего типа, применяемые в помещениях с высокой влажностью, саунах, сушилках, в качестве погружных электронагревателей среды, в первую очередь должны быть герметичными, исключающими возможность проникновения в конструкцию агрессивных жидкостей, веществ, приводящих к ухудшению состояния изоляции, коррозии металла токопроводящих элементов, коротким замыканиям, и как следствие, к порче электронагревателей. Существует ряд пленочных электронагревателей, отличающихся конструкцией и материалом их изготовления, при этом большинство пленочных электронагревателей имеют ограничение на использование во влажных помещения, в жидких нагреваемых средах в результате недостаточной герметичности конструкции.
Известен электронагреватель (RU 2286032, кл. Н05В 3/34, опубл. 20.10.2006 г.), содержащий два слоя термопластичного пленочного материала толщиной 0,1-1 мм, установленный между ними резистивный слой, состоящий из резистивных элементов и связанных с ними сваркой токоподводов, сверху закрыт двумя слоями электроизоляционного материала.
Недостатком электронагревателя является неравномерность излучаемого инфракрасного теплового потока в результате размещения резистивных элементов на некотором расстоянии друг от друга. Для формирования необходимого равномерного теплового потока требуется расположение резистивных элементов на расстоянии не более 2 мм друг от друга, что приводит к значительному удорожанию конструкции электронагревателя, примерно 50% стоимости которого составляет стоимость материала резистивных элементов.
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 размещен 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.
В процессе изготовления пленочного электронагревателя возможны замятия материала внешней электроизоляционной пленки, и как следствие ее частичное склеивание с другим слоем электроизоляционной пленки в местах замятия при соединении слоев, например, ламинированием. Через микроотверстия в местах замятия, возникающие также при механических повреждениях внешней электроизоляционной пленки, при эксплуатации электронагревателя во влажных средах, при погружении в нагреваемую среду к токоведущим полосам резистивного нагревающего и излучающего элемента может проникать влага, содержащая агрессивные примеси, или воздух с агрессивными газами, приводящие к коррозии металла проводника, к разбуханию, расщеплению мест соединения пленок. В таких условиях особенно сильно происходит коррозия алюминия и его сплавов, что может привести к полному обрыву проводника и следовательно токопроводящей цепи. Кроме того, это приводит к ухудшению изоляции и возможному замыканию проводников друг на друга. Таким образом, пленочный электронагреватель не имеет достаточной защиты от попадания воды с агрессивными примесями или других веществ на резистивный элемент, не предназначен для работы во влажных средах и в качестве погружного электронагревателя среды.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение надежности пленочного электронагревателя путем повышения его влагостойкости и электробезопасности в процессе эксплуатации.
Решение поставленной задачи в пленочном электронагревателе по первому варианту, содержащем две гибкие электроизоляционные 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 тем, что электронагреватель размещен между двух слоев гибкой электроизоляционной пленки, соединенных между собой в единое целое с обеспечением герметичности электронагревателя.
Решение поставленной задачи в пленочном электронагревателе по второму варианту, содержащем две гибкие электроизоляционные 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 тем, что электронагреватель размещен между двух слоев гибкой электроизоляционной пленки в зоне изгиба полос резистивного элемента и/или в зоне соединения резистивного элемента с выводами, соединенных между собой в единое целое с обеспечением герметичности электронагревателя.
По каждому из вариантов слои гибкой электроизоляционной пленки выступают за границы электронагревателя, по крайней мере, с двух его сторон.
В результате наличия дополнительных гибких электроизоляционных пленок, закрывающих герметично электронагреватель полностью или только в районе контактной группы (зона соединения резистивного элемента с выводами) и с противоположной стороны электронагревателя (зона загиба полос резистивного элемента), обеспечивается дополнительная электроизоляция резистивного элемента, дополнительная прочность и влагоустойчивость конструкции. Кроме того, практически исключаются вероятность образования микроотверстий, возникающий при возможных замятиях пленок в процессе их соединения, например, ламинированием, благодаря наличию внешних электроизоляционных слоев.
При этом края пленки выступают за границу электронагревателя, по крайней мере, с двух сторон, при соединении слоев пленки получают герметичный «конверт», в котором запаян электронагреватель. Это значительно повышает влагоустойчивость, прочность электронагревателя, что обеспечивает возможность его надежной работы во влажным средах и в качестве погружных электронагревателей жидкой среды при их частичном или полном погружении, расширяя возможность применения известных пленочных электронагревателей.
Сущность полезной модели поясняется чертежом: на фиг.1 - общий вид пленочного электронагревателя по первому варианту, на фиг.2 - общий вид пленочного электронагревателя по второму варианту, на фиг.3 - поперечный разрез полотна пленочного электронагревателя по первому варианту.
Пленочный электронагреватель по первому варианту содержит верхнюю 1 и нижнюю 2 гибкие электроизоляционные пленки, выполненные из термостойкого полимерного материала, например, лавсана, 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, г-образным загибом в сторону соседней полосы поочередно с одной и другой стороны, перемычками или непрерывной укладкой.
Полосы резистивного нагревающего элемента 3 занимают, как правило, от 15 до 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.
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.
Дополнительные гибкие электроизоляционные пленки 7 и 8 выполнены из термостойкого полимерного материала, например, лавсана. При этом, по крайней мере, два края дополнительных гибких электроизоляционных пленок 7 и 8 выступают за периметр электронагревателя на некоторое расстояние n, обеспечивая надежное скрепление всех слоев электронагревателя в герметичный «конверт», как показано на фиг.3, осуществляющий надежную защиту от попадания активных веществ внутрь электронагревателя.
Толщина каждой электроизоляционной пленок 1, 2 и 5 варьируется в пределах 30 мкм до 3 мм, 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. Слои дополнительной гибкой электроизоляционной пленки 7 и 8 обеспечивают герметичность конструкции электронагревателя и осуществляют дополнительную защиту от механических повреждений резистивного элемента 3.
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 1 А.
Величина тока в пределах 1 А, протекающего по резистивному нагревающему элементу 3, создает электромагнитное поле, не превышающее магнитное поле земли и не оказывающее вредного влияния на организм человека.
Устройство пленочного электронагревателя по второму варианту аналогично конструкции пленочного электронагревателя по первому варианту, отличием является то, что пленочный электронагреватель содержит слои дополнительной гибкой электроизоляционной пленки 7 и 8, присоединенной частично только в районе контактной группы: зона соединения полос резистивного элемента 3 с выводами 6 и/или с противоположной стороны электронагревателя: зона изгиба полос резистивного элемента 3. На фиг.2 показано выполнение пленочного электронагревателя с дополнительными гибкими электроизоляционным пленками 7 и 8, размещенными с обоих концов электронагревателя. Края дополнительной гибкой электроизоляционной пленки 7 и 8 выступают за границу пленочного электронагревателя для получения при их соединении, например, ламинированием, герметичного «конверта». Дополнительные гибкие электроизоляционные пленки 7 и 8 присоединены с целью дополнительной механической прочности и герметичности особо уязвимых мест электронагревателя: места изгиба и соединения полос резистивного элемента 3 и места крепления полос резистивного элемента 3 к выводам 6.
Пленочный электронагреватель по первому варианту изготавливают получением на первом этапе ламинированного полотна, состоящего из пяти слоев, размещенных следующим образом: между верхним 1 и средним 5 слоями электроизоляционной пленки располагают резистивный нагревающий элемент 3, выполненный в виде равномерно распределенных по поверхности электроизоляционной пленки 5 параллельных полос, соединенных г-образным загибом в сторону соседней полосы поочередно с одной и другой стороны, перемычками или непрерывной укладкой, и соответственно между средним 5 и нижним 2 слоями - излучающий элемент 4, к резистивному элементу 3 присоединяют выводы 6. Далее полотно повторно ламинируют слоями дополнительной гибкой электроизоляционной пленки 7 и 8, при этом, по крайней мере, два края гибкой дополнительной электроизоляционной пленки 7 и 8 выступают за границу электронагревателя. Для того чтобы не повредить металлические выводы 6, ламинирование производят посредством горячих резиновых валков. После ламинирования выводы 6 освобождаются путем их вырезания, например, технологическим ножницами.
Изготовление пленочного электронагревателя по второму варианту аналогично технологическому процессу изготовления электронагревателя в соответствии с первым вариантом, отличие заключается в том, что на повторном этапе ламинирования присоединение дополнительных гибких электроизоляционных пленок 7 и 8 осуществляется только в наиболее уязвимых для повреждения и проникновения влаги или агрессивных сред местах: зона изгиба и соединения полос резистивного элемента 3 и зона крепления полос резистивного элемента 3 к выводам 6. Края дополнительной гибкой электроизоляционной пленки 7 и 8 выступают за границы пленочного электронагревателя, обеспечивая надежное соединение слоев пленок 7 и 8.
Работа пленочного электронагревателя по каждому из вариантов 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, а также нагрев среды, в которую погружен электронагреватель.