Гибкий нагревательный прибор
FLEXIBLE HEATING DEVICE

Изобретение относится к резистивным нагревательным устройствам, в частности может быть использован в виде протяженной гибкой греющей ленты, которая могут быть использована в качестве системы антиобледенения в городской среде (края кровли, пандусы, ступеньки, пороги и т.д.), локального нагрева технологического оборудования в различных сферах производств, обогрева строительных конструкций, материалов, емкостей, трубопроводов, а также для создания комфортного теплового режима в жилых, хозяйственных и административных помещениях путем нагрева поверхностей.
Из уровня техники известно гибкое нагревательное полотно по патенту США US 6184496 (опубликовано 06.02.2001). Общими с заявленным изобретением признаками являются наличие: слоя-основания, проводника из электропроводной краски, ленточных электродов, установленные на слое-основании, защитных слоев. Недостатком данного технического решения является использование метода шелкотрафаретной печати электропроводной краски, что приводит к большому неконтролируемому расходу этого материала, а также непрогнозируемой толщине слоя.
Из уровня техники известна гибкая нагревательная лента по патенту США US 4656339 (опубл. 07.04.1987). Общими с заявленным изобретением признаками являются наличие: слоя-основания, проводника из электропроводной краски, ленточных электродов, установленные на слое-основании, защитных слоев.
Недостатком данного технического решения является использование распрыскивающего метода нанесения электропроводной краски, аналогичного ротационной шелкотрафаретной печати, что также приводит к большому неконтролируемому расходу этого материала и слабо прогнозируемой толщине слоя.
Из уровня техники известна гибкая нагревательная лента по заявке США US 20150305092 (опубл. 22.10.2015) (прототип). Общими с заявленным изобретением признаками являются наличие: слоя-основания, проводника из электропроводной краски, ленточных электродов, установленные на слое-основании, защитных слоев, причем проводник из электропроводной краски, сформирован аэрографическим распылением.
Все вышеуказанные аналоги и прототип предусматривают возможность нанесения электропроводящего слоя разной толщины, при этом наносимый проводник не имеет зонирования, т.е. имеет постоянную среднюю толщину по всей протяженности от электрода к электроду.
Недостатками всех вышеуказанных аналогов и прототипа является то, что они не обеспечивают одновременно высокой надежности использования и применения высоких рабочих температурах нагрева, т.к. при уменьшении толщины слоя-проводника температура будет расти и вероятность негативного воздействия на соединение электропроводного слоя с электродами и крепления самих электродов к основанию будет расти. В случае же увеличения толщины слоя проводника температура будет падать, повыситься надежность соединения и крепления электродов, но снизиться рабочая температура греющей ленты.
Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение одновременно высокой надежности использования и применения высоких рабочих температурах нагрева.
Указанный технический результат достигается заявленным изобретением, представляющим собой гибкий нагревательный прибор, включающий соединенные между собой:
- основание;
- проводник из электропроводной краски, нанесенный аэрографическим распылением на основание;
- ленточные электроды, установленные на основании вдоль кромки прибора и соединенные с проводником;
- по крайней мере один изолирующий слой со стороны основания без проводника и по крайней мере один изолирующий слой, нанесенный сверху ленточных электродов и проводника;
причем проводник состоит из 3-х участков, расположенных последовательно от кромки к кромке ленты, при этом средняя толщина (Н1) проводника в зоне от 0 до 20% и от 80 до 100% расстояния между кромками электродов (L) соотносится со средней толщиной (Н2) проводника в оставшейся зоне
как 1 к 1,1-2.
Нанесение на основание проводника из электропроводной краски с зонированием обеспечивает формирование ряда последовательно расположенных резистивных элементов с разной электропроводностью. Резистивные элементы с большей толщиной слоя имеют меньшее сопротивление и, соответственно, выдерживают нагрузку резистивных элементов с большим сопротивлением и тонким слоем. Таким образом, при любом подаваемом напряжении и абсолютных толщинах электропроводного слоя зоны с увеличенной толщиной слоев проводника, примыкающие к электродам, будут иметь меньший нагрев, чем центральная зона резистора с меньшим слоем проводника не примыкающая к электродам. При этом одновременно обеспечиваются большие рабочие температуры нагрева центральной резистивной части рисунка, менее высокие температуры в области контакта проводника и электродов. Вследствие этого обеспечивается более высокая надежность работы гибкого нагревательного прибора из-за снижения переходного контактного сопротивления, в связи с этим не требуется использование более дорогих электропроводных паст, например, на основе серебра, процесс нанесения слоев электропроводной краски становится легко контролируемым и регулируемым по всей длине рисунков, время высыхания быстрее, технология проще.
Предлагаемые диапазоны соотношения средних толщин проводника обеспечивают достаточный перепад электропроводности для формирования отдельных резистивных элементов. При соотношении Н1:Н2<1,1 зоны, фактически, сливаются в одну и у проводника формируется единая средняя температура прогрева. При соотношении Н1:Н2>2 зоны формируют настолько высокий контраст по проводимости, что может происходит выгорание средней зоны из-за перегрева.
Гибкий нагревательный прибор может быть выполнен в форме клеящей ленты, что обеспечивает удобство его применения для локального нагрева.
В гибком нагревательном приборе проводник может иметь средние толщины, в частности Н1=25 мкм, Н2=22,7 мкм или Н1=25 мкм, Н2=20 мкм или Н1=25 мкм, Н2=12,5 мкм.
В гибком нагревательном приборе проводник может быть выполнен в виде полосы прямоугольной формы с преимущественно прямыми углами, что упрощает его изготовление.
В гибком нагревательном приборе проводник может быть выполнен в виде S-образной формы, что позволяет увеличить длину проводника, т.е. общее сопротивление и повысить напряжение.
В гибком нагревательном приборе проводник может быть выполнен в виде в виде Z-образной формы с преимущественно прямыми углами. Это также позволяет увеличить длину проводника из электропроводной краски, нанесенной между электродами, проложенными параллельно с минимальным расстоянием друг от друга, в следствии чего можно повышать прилагаемое напряжение. Кроме того, эксперименты показали, что именно в такой форме обеспечивается максимальный контраст по проводимости и температуре элементами проводника, находящимися в разных зонах (осях).
В гибком нагревательном приборе соотношение длинны проводника в зоне от 0 до 20% и от 80 до 100%, L с длинной проводника, в зоне 20-80% L может составлять от 1:10 до 1:75, что позволяет формировать протяженные проводники, повышающие сопротивление и позволяющие работать с высокими напряжениями для нагрева.
Проводник из электропроводной краски может быть нанесен аэрографическим распылением на основание методом трехосевой аэрографической печати. При таком способе нанесения можно четче контролировать и задавать толщину слоев и точность позиционирования мест их нанесения, а также возможно работать с объемными поверхностями.
Гибкий нагревательный прибор может быть выполнен в форме ленты, в нем в качестве основания может использоваться полиимид и прибор может включать последовательные слои:
- защитный отрывной слой;
- клеевой слой усиленной формулы, в качестве которого использован термостойкий акрил или полимерный бутил-каучук, с интегрированным магнитным порошком;
- алюминиевая фольга с армированием или без армирования;
- клеевой слой;
- инкапсулированные с двух сторон изолирующей ПЭТ пленкой методом горячего ламинирования слои: основание, выполненное из полиимида, проводник из электропроводной краски, нанесенный методом трехосевой аэрографической печати на основание, ленточные электроды, установленные на основании вдоль длинной кромки ленты и соединенные с проводником, покрывающий полиимидный слой с термостойким кремнийорганическим клеем;
- клеевой слой;
- теплоизоляционный слой из огнестойкого терморасширяющегося графита или термостойкого облегченного вспененного каучука или термостойкого облегченного вспененного полиэтилена;
- клеевой слой;
- стеклоткань;
- алюминиевая фольга;
- пленка ПЭТ.
Использование магнитного порошка позволяет усилить адгезию и силу прижатия с металлическими поверхностями.
Гибкий нагревательный прибор может быть дополнительно каширован внешними слоями: внешним светонакопительной ПВХ пленкой для частичной компенсации затраченной энергии при нагреве в виде ночного декоративного светового излучения и/или слоем из фторопластовой пленки.
Фторопластовая пленка позволяет создать гидрофобный, антифрикционный внешний слой для улучшения характеристик при использовании ленты в качестве капающей грани на кровлях, внутри водосливных желобов или ливнестоков.
В гибком нагревательном приборе все вышеуказанные признаки могут комбинироваться.
В гибком нагревательном приборе проводник выполнен в виде в виде Z-образной формы с преимущественно прямыми углами.
На Фиг. 1 показано упрощенное изображение гибкого нагревательного прибора с проводником в форме полосы.
На Фиг. 2 показано упрощенное изображение гибкого нагревательного прибора с проводником S-образной формы.
На Фиг. 3 показано упрощенное изображение гибкого нагревательного прибора с проводником Z-образной формы с преимущественно прямыми углами.
На Фиг. 4 показано упрощенное изометрическое изображение гибкого нагревательного прибора с проводником Z-образной формы с преимущественно прямыми углами.
На Фиг. 5 показано термографическое изображение с показателями температуры на участках с разной толщиной электропроводного слоя с рисунком подобным рисунку на фиг 3.
Заявляемое изобретение может быть реализовано следующим образом.
Гибкий нагревательный прибор, включающий соединенные между собой:
- основание (1);
- проводник из электропроводной краски, нанесенный аэрографическим распылением на основание;
- ленточные электроды (2), установленные на основании вдоль кромки прибора и соединенные с проводником;
- по крайней мере один изолирующий слой со стороны основания без проводника и по крайней мере один изолирующий слой, нанесенный сверху ленточных электродов (2) и проводника;
причем проводник состоит из 3-х участков, расположенных последовательно от кромки к кромке ленты, при этом средняя толщина (Н1) проводника в зоне (3) от О до 20% и в зоне (4) от 80 до 100% расстояния между кромками электродов (L) соотносится со средней толщиной (Н2) проводника в оставшейся зоне (5)
как 1 к 1, 1-2.
Изготовление прибора может осуществляться путем нанесения электропроводящего слоя на полиимидную основу, накатки ленточных электродов с токопроводящим адгезивом на основание из полиимида и ламинирования защитными и другими барьерными слоями. Нанесение проводника осуществляется методом трехосевой аэрографической печати. В результате, не меняя трафаретов и оснастки, можно регулировать и изменять толщину наносимого электроизоляционного слоя там, где это необходимо и прямо в момент нанесения электропроводящего слоя.
2
В качестве - стеклоткани может использовать сажевая стеклоткань с плотностью 180 г/м. В изделии может быть использована алюминиевая фольга 30-50 мкм.
В гибком нагревательном приборе проводник выполнен в виде в виде Z-образной формы с преимущественно прямыми углами (как показано на фиг. 3 и 4).
Примеры выбора соотношения средних толщин электропроводного слоя в гибком греющем приборе в форме ленты шириной 70 мм с длинной рисунка 500 мм и показатели температуры на участках проводника при использовании напряжения бытовой электросети 220 В, приведены в Таблице