Композитный гибкий электрообогреватель

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к бытовым обогревательным устройствам излучающего типа с высокой степенью влаго - и электрозащищенностью.
Известен электронагреватель, содержащий тонкослойный гибкий неметаллический нагревательный элемент, подключенный к электропитанию. Гибкий неметаллический нагревательный элемент представляет собой токопроводящий слой на основе углеродистой композиции, надежно запаянный между двумя слоями прочной лавсановой пленки. При подключении к электрической сети гибкий неметаллический греющий элемент нагревается до температуры 70°C (RU, № 130374, кл. F24C 7/00, опубл. 20.07.2013).
Недостатком устройства является ограниченный диапазон удельного электрического сопротивления, а также невысокая максимальная температура эксплуатации (70°C), которой недостаточно для бытовых и промышленных обогревателей из-за невысокой удельной электропроводности резистивного материала, применяемого в нагревателях, а также низкой термостойкостью некоторых конструкционных материалов, например клеев.
2
Известен гибкий нагревательный резистивный элемент, содержащий тканевую подложку и токопроводящий резистивный слой на основе углерод - полимерной композиции. Токопроводящий резистивный слой сформирован на основе резистивного углеродного композиционного материала, нанесенного в виде коллоидной суспензии на термостойкую тканевую основу; при этом резистивный углеродный композиционный материал содержит технический углерод с высокоразвитой удельной площадью поверхности 300÷600 м/г и выше, с размером частиц от 10 до 50 нм в сочетании с коллоидными графитовыми препаратами с размерами частиц графита менее 4 мкм, а в качестве связующего - раствор термостойкого полимерного связующего. Кроме этого в гибком нагревательном резистивном элементе в качестве термостойкой тканевой основы используется или полиэтилентерефталат, или лавсан. Кроме этого в резистивном углеродном композиционном материале использован технический углерод марки OMCARB™ CH210, и/или CH220, и/или CH230 и OMCARB™ CH600, а также коллоидные графитовые препараты или C-0, или C-1, или размолотые до размера частиц менее 4 мкм природные графиты. В резистивном углеродном композиционном материале в качестве связующего использован термостойкий полимер в виде сложного полиэфира на основе или терефталевой кислоты, или себациновой кислоты, или адипиновой кислоты, или этиленгликоля, или диэтиленгликоля, либо части упомянутых компонентов, например смолы ТФ-60. В резистивном углеродном композиционном материале в качестве растворителей применен или хлороформ, или хлористый метилен, или дихлорэтан или другие, эффективно растворяющие полимерное связующее (RU, № 151642, кл. H01C7/00, опубл. 10.04.2015).
Недостатком известного нагревательного элемента является использование при изготовлении устройства токсичных материалов, а также высокие затраты на производство.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели относится композиционное греющее электрическое устройство, содержащее гибкий листовой резистивный нагревательный элемент, подключенный через токопроводящие выводы к источнику питания, и заключенный в изолирующую оболочку, состоящую из пропитанного синтетической смолой с добавлением катализатора тканого или нетканого армирующего материала. Композиционное греющее электрическое устройство включает расположенный с одной стороны изолирующей оболочки декоративный слой, выполненный из синтетической смолы с добавлением катализатора, а также теплоизоляционный слой в виде стекловолоконного материала, расположенный с другой стороны от листового нагревательного элемента в изолирующей оболочке (RU, № 147183, кл. H05B3/36, опубл. 27.10.2014).
Недостатками известного устройства являются невысокие механические характеристики из-за подверженности гибкого обогревателя к сморщиванию в свернутом виде, что неудобно при транспортировке и хранении в период неиспользования, а это сказывается на потребительских свойствах изделия, т.к. повреждается декоративный слой, нанесенный на внешнюю поверхность обогревателя.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является повышение потребительских свойств за счет исключения сморщивания при свертывании обогревателя в «трубочку» во время транспортировки и при хранении во время его неиспользования.
Указанная проблема решается за счет того, что композитный гибкий электрообогреватель содержит гибкий листовой резистивный нагревательный элемент, подключенный через токопроводящие шины к источнику электропитания и заключенный между изоляционными слоями, а также теплоизоляционный и декоративный слои. Согласно полезной модели с фронтальной стороны электрообогревателя между внешним изоляционным слоем и резистивным нагревательным элементом расположен армирующий слой из стеклоткани, пропитанной термореактивным связующим, а декоративный слой расположен между внутренней стороной внешнего изоляционного слоя и армирующим слоем.
С тыльной стороны между изоляционным и теплоизоляционным слоями расположен отражающий слой, выполненный из алюминиевой фольги.
Резистивный нагревательный элемент выполнен в виде пленки с электропроводящим покрытием ПЭП-Р-700 (± 500).
Изоляционный слой выполнен из полимерного материала.
Армирующий слой выполнен из стеклоткани марки ПС-ИФ/ЭП-0,110 или ПС-ФАФ/ЭП, толщиной от 30 до 200 мк.
Теплоизоляционный слой выполнен толщиной до 2 мм из материала с теплопроводностью 0,0037 Вт/(м⋅К), выдерживающей температуру до 150°С, например пенополиуретан или вспененный полиэтилен.
Теплоизоляционный слой закреплён с задней стороны методом диффузии, или двухсторонним скотчем, или текстильной застежкой (лента Велкро), или клеем.
С тыльной стороны за теплоизоляционным слоем расположен поглощающий слой в виде покрытия черной краской.
Декоративный слой нанесен быстросохнущей краской, например нитро или на основе спирта, на внутреннюю сторону внешнего изоляционного слоя.
Декоративный слой выполнен в виде гибкого листового материала с элементами декора, например бумага, ткань, нетканый материал, и расположен между армирующим и внешним изоляционным слоями декоративной стороной, обращенной к внутренней стороне внешнего изоляционного слоя.
Внешний изоляционный и декоративный слои соединены между собой этиленвинилацетатом – клеем ЭВА, с содержанием винилацетата от 3 до 28% и текучестью от 0,5 до 25 г/10 мин.
Расположение резистивного нагревательного элемента с токопроводящими шинами между изоляционными слоями обеспечивает ему высокую степень защиты от влаги, пыли и механических повреждений, повышая тем самым надежность и долговечность при эксплуатации.
Наличие армирующего слоя из стеклоткани марки ПС-ИФ/ЭП также ПС-ФАФ/ЭП повышает механическую прочность обогревателя и обеспечивает его гибкость, позволяя при транспортировке скручивать его в «трубочку» без заломов при малом радиусе изгиба. При этом применение стеклоткани с пропиткой обеспечивает склеивание резистивного нагревательного элемента с декоративным покрытием и изоляционным слоем, облегчая процесс термообработки во время ламинирования. Стеклоткань обеспечивает повышение адгезии за счёт ворсистой поверхности, в результате чего многократно, более чем 1000000 раз увеличивается площадь соприкосновения с соединяемыми слоями, как на клеевой основе. Стеклоткань марки ПС-ИФ/ЭП уже пропитана эпоксидно–фенолформальдегидным лаком, который является связующим, и при ламинировании процесс диффузии повышается. В тоже время сама стеклоткань также выполняет функцию прочного, гибкого связующего и армирующего элемента, повышая тем самым прочность и необходимую гибкость, одновременно предотвращая образование термодеформационных складок (сморщивание) обогревателя при повышенных температурах, повышая устойчивость к самовозгоранию и др.  эксплуатационные характеристики обогревателя.
Нанесение декоративного слоя на внутреннюю поверхность изоляционного слоя позволяет избежать воздействия механических повреждений, ультрафиолетового излучения, а также реакции на агрессивную среду, создавая широкие возможности по декоративному оформлению гибкого нагревательного устройства и многоообразный спектр применения готового изделия в интерьере, повышая тем самым потребительские свойства изделия.
Соединение композиционных слоев изоляционного слоя методом ламинирования является высокотехнологичным и простым.
Расположение отражающего и поглощающего слоев с задней стороны обогревателя позволяет сформировать направленное излучение, обеспечивающее тем самым повышение теплонесущей способности гибкого греющего устройства, что повышает его энергетические показатели.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен внешний вид композитного гибкого электрообогревателя; на фиг. 2 – обогреватель в разрезе.
Композитный гибкий электрообогреватель содержит гибкий резистивный нагревательный элемент 1, выполненный в виде пленки с электропроводящим покрытием ПЭП-Р-700 (± 50), с токопроводящими шинами 2 и 3, равными по длине для равномерного нагрева резистивного нагревательного элемента 1, расположенных с двух боковых сторон. Шины 2 и 3 подключены к источнику электропитания через токоподводящие медные выводы 4 и 5 выполненные из многожильного медного провода без оболочки. Нагревательный элемент 1 с токопроводящими шинами 2 и 3 заключен между изоляционными слоями, один из которых расположен с фронтальной стороны обогревателя – внешний изоляционный слой 6 и задний изоляционный слой 7. Изоляционные слои 6 и 7 выполнены из полимерного материала, которые при их термообработке температурой от 80 до 150°С, и при воздействии давлением 0,4 до 18 кг/см образуют монолитное изделие, прочное и гибкое, обеспечивая электробезопасность и герметичность обогревателя при его эксплуатации. С тыльной стороны обогревателя за изоляционным слоем 7 расположен отражающий слой 8, выполненный из алюминиевой фольги. За отражающим слоем 8 расположен теплоизоляционный слой 9, выполненный из пенополиуретана или вспененного полиэтилена, толщиной до 2 мм. Теплоизоляционный слой 9 прикрепляют с тыльной стороны обогревателя двухсторонним скотчем, или текстильной застёжкой типа ленты Велкро, или клеем (на фигуре не показано). Теплоизоляционный слой 9 покрыт черной краской в виде поглощающего слоя 10. С лицевой стороны обогревателя между изоляционным слоем 6 и гибким резистивным нагревательным элементом 1 расположен армирующий слой 11, выполненный из стеклоткани марки ПС-ИФ/ЭП, пропитанной эпоксидно-фенолформальдегидным лаком. Декоративный слой 12 может быть нанесен с помощью нитрокраски или краски на основе спирта на внутреннюю лицевую поверхность изоляционного слоя 6. Декоративный слой 12 также может быть выполнен на любом гибком носителе, например, бумаге, ткани, нетканом материале и т.д. и обращен декором в сторону внутренней стороны внешнего изоляционного слоя 6.
Для изготовления композиционного гибкого обогревателя используют пленку с электропроводящим покрытием ПЭП-Р-700(± 500) в качестве резистивного нагревательного элемента 1. К элементу 1 с боковых сторон прикрепляют с помощью ламелей (на фигуре не показано), сформированных на токопроводящей шине, которые прокалывают резистивный слой и загибаются с другой стороны, механически притягивая резистивный слой к токоподводящим шинам 2 и 3, образуя тем самым условия для нагрева. На лицевой поверхности элемента 1 располагают армирующий слой 11 их стекловолокна марки ПС-ИФ/ЭП. Нагревательный элемент 1 с армирующим слоем 11 располагают между изоляционными слоями 6 и 7. Одновременно либо на внутреннюю сторону слоя 6 наносят декор, например, нитрокраской, или декоративный слой 12 в виде гибкого материала с рисунком располагают между армирующим слоем 11 и внутренней стороной слоя 6, при этом стороной с рисунком, обращенной к внутренней стороне слоя 6. Затем нагревательный элемент с армирующим 11, декоративным 12 и изоляционными слоями 6 и 7 подвергают ламинированию при температуре от 80 до 150°С и при давлении 0,4 до 18 кг/см.
Далее с задней стороны прикрепляют, с помощью клея ЭВА отражающий слой 8 из алюминиевой фольги. С помощь клея, или двухстороннего скотча, или ленты Велкро с задней стороны устройства прикрепляют теплоизоляционный слой 9 из пенополиуретана или вспененного полиэтилена, толщиной до 2 мм. Сзади теплоизоляционный слой 9 покрывают черной краской, образуя при этом поглощающий слой 10.
Композиционный гибкий обогреватель используют следующим образом.
Электрообогреватель размещают на стене (или другой поверхности), путем крепления или вывешивания на стену через отверстие или петельку в верхней декоративной планке. Токоподводящие выводы 4 и 5 через сетевой шнур 13 питания включают в розетку, после чего ток поступает на токоподводящие шины 2 и 3. Благодаря жесткому соединению нагревательного элемента 1 с медными токоподводящими шинами 2 и 3, он быстро и равномерно нагревается и излучает тепловую энергию в инфракрасном диапазоне, которая проходит через изоляционный слой 6, частично нагревая его за счёт теплопроводности, в окружающее пространство. Отражающий слой 8 препятствует распространению тепла в сторону, прилегающую к стене, и перенаправляет его в сторону обогреваемого пространства. Теплоизоляционный слой 9 в электрообогревателе аккумулирует тепло и препятствует прохождению теплового потока к тыльной стороне обогревателя и его рассеянию тепловым потерям. Температуру нагревания гибкого электрообогревателя при необходимости, можно регулировать, подключив его к источнику питания через терморегулятор, это приведет к экономии потребляемой энергии в два раза.
Композитный гибкий электрообогреватель в зависимости от назначения можно изготавливать разных размеров, цветов и конфигураций. Используя декоративный слой 12 в виде различных панно, который надежно защищен тем, что расположен с внутренней стороны изоляционного слоя 6, улучшает дизайнерские характеристики, расширяет ассортимент, повышает потребительские свойства обогревателей.
Применение композитного гибкого электрообогревателя уменьшает удельную токовую нагрузку на гибкий греющий элемент за счёт распределения тока по всей углеродной поверхности. Таким образом, работает вся поверхность, которая практически соответствует площади гибкого греющего устройства в целом.
Заявленное устройство высоконадежно в эксплуатации, технологично, влагостойко, теплостойко, электробезопасно, не требует сложного оборудования и находит широкую область применения.