ПЛЕНОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области электротермии, в частности к конструкции плоских электронагревателей излучающего типа, которые могут быть использованы для обогрева бытовых, хозяйственных и производственных помещений, а также как элементы системы удаления влаги, антиобледенения и сушки лакокрасочных покрытий.
Известен нагревательный элемент (RU 44442, кл. Н05В 3/34, опубл. 10.03.2005 г.), содержащий тонкослойный резистивный нагревательный элемент с присоединенными к нему подводящими проводниками (выводы), выполненный из низкоомного материала, например, из алюминиевой фольги или напылением слоя толщиной 0,1-0,15 мм. Резистивный нагревательный элемент может быть выполнен с перфорацией различной формы, при необходимости на фольгу нанесен гибкий электроизоляционный материал.
Формирование резистивного элемента перфорацией из фольги значительной толщины приводит к большому расходу дорогостоящего материала, что определяет высокую себестоимость нагревательного элемента.
Отсутствие надежной электроизоляции резистивного элемента, обусловленное использованием нагревательного элемента в качестве контактного нагревателя: его наложения на поверхность нагрева заданной формы, характеризует его низкие потребительские свойства.
Использование в качестве резистивного элемента низкоомного материала обуславливает невысокий КПД нагревательного элемента.
Известен электронагреватель, сущность которого следует из описания к способу изготовления электронагревателя (RU 2141744, кл. Н05В 3/28, Н05В 3/12, Н05В 3/14, С23С 14/35, опубл. 20.11.1999 г.), содержащий жесткую или мягкую диэлектрическую подложку с напыленным резистивным слоем толщиной 1-2 мкм и напыленными электрическими электродами.
Недостатком электронагревателя является отсутствие электроизоляционного покрытия, обеспечивающего электробезопасность при работе с электронагревателем. Электронагреватель используют для создания нагревательной системы промышленных и электробытовых приборов, что определяет его низкие потребительские свойства.
В качестве прототипа принята нагревательная излучающая панель, устройство которой следует из описания к патенту РФ 2183388 (кл. Н05В 3/26, опубл. 10.06.2002 г.), содержащая диэлектрическую подложку с шинами питания с нанесенным на всю ее поверхность токопроводящим покрытием, поверх которого нанесено дополнительное токопроводящее покрытие (резистивный элемент) различной формы. Полосы дополнительного токопроводящего покрытия перпендикулярны шинам питания. На дополнительное токопроводящее покрытие нанесен изоляционный слой - лак, толщина которого лежит в пределах 3-5 мкм.
Наличие двух токопроводящих покрытий из меди, нержавеющей стали, никеля и т.д., являющихся дорогостоящими металлами, определяет высокую себестоимость нагревательной панели. Использование в качестве изоляционного покрытия - лака наделяет электронагревательную панель хрупкостью, легкой разрушаемостью изоляционного слоя при изгибах.
Во всех указанных аналогах и прототипе резистивный элемент выполнен в виде напыленного на всю поверхность подложки токопроводящего слоя с дальнейшей ее перфорацией или нанесением дополнительного токопроводящего покрытия, что обуславливает отходы и дополнительный расход дорогостоящего материала.
Как известно, электрическое сопротивление проводника линейно зависит от его длины, чем больше длина проводника, тем больше его сопротивление. Таким образом, при необходимости получить большее сопротивление проводника протекающему току, и как следствие, больший нагрев проводника и большую излучательную способность, необходимо большую длину резистивного элемента (проводника) разместить на стандартном по площади пленочном электронагревателе.
Задача данной полезной модели заключается в получении пленочного электронагревателя с большей излучающей способностью, и, как следствие, с более высоким КПД, обусловленным экономией потребляемой электроэнергии и меньшим использованием дорогостоящего токопроводящего материала.
Решение поставленной задачи в пленочном электронагревателе по первому варианту, содержащем нанесенный на диэлектрическую подложку резистивный излучающий элемент из токопроводящего материала в виде, по крайней мере, одной полосы, выводы для подключения к электрической сети, и электроизоляционный слой, покрывающий резистивный излучающий элемент диэлектрической подложки, достигается выполнением резистивного излучающего элемента толщиной от 10 нм до 10 мкм, причем полосы резистивного излучающего элемента соединены параллельно, или последовательно, или поочередно последовательно и параллельно друг другу, при этом полосы расположены перпендикулярно или под углом к противоположным краям электронагревателя, причем полосы могут быть изогнуты в плоскости электронагревателя любое количество раз.
Пленочный электронагреватель может содержать, по крайней мере, одну шину питания, перпендикулярную или расположенную под углом к, по крайней мере, одной полосе резистивного излучающего элемента.
Резистивный излучающий элемент напылен на диэлектрическую подложку.
Кроме того, в качестве электроизоляционного слоя и диэлектрической подложки может быть использована гибкая электроизоляционная пленка.
Решение поставленной задачи в пленочном электронагревателе по второму варианту, содержащем диэлектрическую подложку с нанесенным на нее резистивным излучающим элементом из токопроводящего материала в виде, по крайней мере, одной полосы, выводы для подключения к электрической сети, электроизоляционный слой, покрывающий сверху диэлектрическую подложку, достигается тем, что диэлектрическая подложка покрыта снизу электроизоляционным слоем, толщина нанесенного резистивного излучающего элемента от 10 нм до 10 мкм, причем полосы резистивного излучающего элемента соединены параллельно, или последовательно, или поочередно последовательно и параллельно друг другу, расположены перпендикулярно или под углом к противоположным краям электронагревателя, при этом полосы могут быть изогнуты в плоскости электронагревателя любое количество раз, причем диэлектрическая подложка имеет ту же форму что и резистивный излучающий элемент.
Пленочный электронагреватель может содержать, по крайней мере, одну шину питания, перпендикулярную или расположенную под углом к, по крайней мере, одной полосе резистивного излучающего элемента.
Резистивный излучающий элемент напылен на диэлектрическую подложку.
В качестве электроизоляционных слоев и диэлектрической подложки может быть использована гибкая электроизоляционная пленка.
Выполнение резистивного излучающего элемента его напылением толщиной до 10 мкм, позволяет уменьшить поперечное сечение проводника (резистивный излучающий элемент), что приводит к повышению его электрического сопротивления при приложении напряжения, при этом ток, протекающий по проводнику, в соответствии с законом Ома будет меньше, в отличие от аналогичного по длине проводника, у которого площадь поперечного сечения гораздо больше. Меньшее потребление тока приводит к меньшим энергозатратам при эксплуатации пленочного электронагревателя, что обуславливает экономичность его использования. Кроме того, снижается количество использования дорогостоящего токопроводящего материала, что снижает себестоимость электронагревателя.
Нанесение полос резистивного излучающего элемента на диэлектрическую подложку, например, гибкую электроизоляционную пленку позволяет получить резистивный элемент различной длины, используя различные конфигурации и способы соединения полос токопроводящего покрытия, и как следствие, наибольшего сопротивления и большей излучающей мощности, что в свою очередь приводит к повышению КПД электронагревателя и упрощает технологию нанесения токопроводящего покрытия (резистивный излучающий элемент).
Возможность выполнения резистивного излучающего элемента различной конфигурации (длины) методом его напыления позволяет без увеличения габаритов пленочного электронагревателя получить наибольшую длину резистивного излучающего элемента, большую мощность, а также при необходимом уменьшении габаритов электронагревателя сохранить необходимую мощность излучения. При этом температура нагрева резистивного излучающего элемента в рабочем состоянии не более 200°С для увеличения срока службы нагревательного элемента и создания экологически чистого электронагревателя, который не сжигает кислород.
Наличие двух электроизоляционных слоев повышает механическую прочность электронагревателя и электробезопасность при работе с пленочным электронагревателем.
Сущность пленочного электронагревателя поясняется чертежами: на фиг.1 - поперечный разрез полотна пленочного электронагревателя, состоящего из двух слоев, по первому варианту, на фиг.2 - полотно пленочного электронагревателя с зигзагообразными полосами резистивного излучающего элемента, соединенными параллельно, с шинами питания (пример выполнения); на фиг.3 и 4 - полотно пленочного электронагревателя с соединенными параллельно полосами резистивного излучающего элемента, перпендикулярными и размещенными под углом к шинам питания; на фиг.5 - полотно пленочного электронагревателя: полосы резистивного излучающего элемента соединены с образованием меандровой формы без применения шин питания, на фиг.6 - полосы резистивного излучающего элемента соединены как последовательно, так и параллельно без применения шин питания, на фиг.7 - поперечный разрез полотна пленочного электронагревателя, состоящего из трех слоев, по третьему варианту.
Предложенные примеры конфигурации резистивного излучающего элемента, изображенные на фиг.2-6, могут быть применены как в первом, так и во втором варианте выполнения пленочного электронагревателя.
Пленочный электронагреватель по первому варианту содержит диэлектрическую подложку 1 и электроизоляционный слой 2, представляющие собой, например, гибкие электроизоляционные пленки из полимерного материала, соединенные между собой ламинированием. Диэлектрическая подложка 1 и электроизоляционный слой 2 могут быть выполнены из любого диэлектрического материала, например, из текстолита, эбонита и т.д. При этом на внутреннюю поверхность диэлектрической подложки 1 нанесен, например, напылением резистивный излучающий элемент 3 в виде, по крайней мере, одной полосы. Ширина каждой полосы находится в диапазоне от 0,5 до 1500 мм. Толщина слоя напыленного резистивного излучающего элемента 3 находится в пределах от 10 нм до 10 мкм, позволяя получить высокую излучательную способность пленочного электронагревателя повышением сопротивления резистивного элемента 3. Напыленный резистивный излучающий элемент 3 может иметь различную форму, например, мендровую форму. Полосы резистивного излучающего элемента 3 могут быть напылены или последовательно, или параллельно, или как последовательно, так и параллельно друг другу. В качестве токопроводящего металла для резистивного излучающего элемента 3 использован любой коррозионностойкий металл, обеспечивающий высокое омическое сопротивление при малых толщинах.
При необходимости пленочный электронагреватель содержит, по крайней мере, одну шину питания 4, наложенную перпендикулярно или под углом к полосам резистивного излучающего элемента 3. Выводы 5 для подключения электронагревателя к электрической сети присоединены к шинам питания 4, при отсутствии шин питания 4 выводы 5 присоединяют к полосам резистивного излучающего элемента 3.
Электроизоляционные пленки 1 и 2 толщины, как правило, от 125 до 250 мкм, защищают резистивный излучающий элемент 3 от механических повреждений и защищают электронагреватель от пробоя электрическим током.
Величина тока в пределах 1 А, протекающего по резистивному излучающему элементу 3, создает электромагнитное поле, не превышающее магнитное поле земли и не оказывающее вредного влияния на организм человека.
Рабочая температура на поверхности электронагревателя находится в диапазоне +1…+200°С.
2
Электрическое сопротивление резистивного излучающего элемента 3 за счет варьирования длины, формы и толщины полос резистивного излучающего элемента 3, подбирают таким, чтобы обеспечить удельную мощность тепловыделения в диапазоне 10-500 Вт/м при питающем напряжении 1-380 В.
Устройство пленочного электронагревателя по второму варианту аналогично устройству пленочного электронагревателя по первому варианту, отличием является то, что резистивный излучающий элемент 3 нанесен на диэлектрическую подложку 1, в качестве которой может быть использована гибкая электроизоляционная пленка, а сверху и снизу диэлектрическая подложка покрыта электроизоляционными слоями 2 и 6, выполненными, например, из гибкой электроизоляционной пленки. Все слои 1, 2 и 6 могут быть соединены ламинированием. Таким образом, диэлектрическая подложка 1 с нанесенным на нее резистивным излучающим элементом 3 выполнена в виде фигурного проводящего контура, т.е. форма диэлектрической подложки повторяет форму резистивного излучающего элемента, на который при необходимости наложены шины 4 питания для получения замкнутой цепи.
Рассмотрим работу пленочного электронагревателя по первому варианту.
Выводы 5 пленочного электронагревателя подключают к электрической сети постоянного или переменного тока напряжением до 380 В непосредственно или через соединенный последовательно или параллельно другой пленочный электронагреватель. По резистивному излучающему элементу 3 протекает сравнительно небольшой ток, вызывая его нагревание, с его поверхности равномерно излучается инфракрасный тепловой поток, обеспечивающий прогрев пола и предметов, находящихся в помещении, выделяющих тепло внутрь помещения.
Значительное нагревание резистивного элемента 3, приводящее к выделению на проводнике большой тепловой энергии, обусловлено высоким омическим сопротивлением резистивного элемента 3, вызванное его малой толщиной.
Получение мягкого инфракрасного спектра тепла и возможность получения пленочного электронагревателя с разной излучающей способностью, определяют его широкое использование в инфракрасных кабинах (саунах), в системах локального обогрева и удаления влаги, в системах «теплый пол».
Пленочный нагреватель может быть использован одновременно с металлическим экраном, монтируемым, например, на потолочном перекрытии, на который крепится пленочный электронагреватель. Металлический экран служит для отражения инфракрасных лучей от электронагревателя и направления их внутрь помещения для избежания бесполезного нагрева потолочного перекрытия.
Пленочный электронагреватель по второму варианту работает аналогичным образом.