Гибкий электронагреватель
FLEXIBLE ELECTRIC HEATER

Изобретение относится к гибким электрическим нагревательным устройствам и может быть использована в системах основного или дополнительного обогрева внутренних помещений различного назначения.
Из уровня техники известна нагревательная панель, состоящая из жесткой рамы, на которую приклеен нагревательный мат. Указанный мат состоит из двух слоев подложки - плотно склеенных двух слоев металлической фольги, между которыми размещен одножильный резистивный нагревательный элемент в изоляции. Резистивный нагревательный элемент разложен в виде меандра (см. GB 911744 А, 28.11.1962).
Известное решение направлено на повышение равномерности распределения тепла по всей площади панели за счет использования слоя металлической фольги.
Известен пленочный электронагреватель, который состоит из двух слоев электроизоляционной пленки, между которыми размещены резистивные нагревательные элементы. При этом он дополнительно содержит изоляционную основу, выполненную из двух заземленных слоев алюминиевой фольги, которые армированы и покрыты снаружи защитной диэлектрической пленкой, поверх изоляционной основы перпендикулярно ее боковым кромкам размещены электропроводящие перемычки, которые присоединены к источнику питания. Нечетные электропроводящие перемычки соединены между собой и присоединены к одному проводу электросети, а четные электропроводящие перемычки также соединены между собой и присоединены ко второму проводу электросети, резистивные нагревательные элементы выполнены гибкими, размещены равноудаленными поверх электропроводящих перемычек параллельно боковым кромкам изоляционной основы (см. RU 97887 U1, 20.09.2010). Данное техническое решение принято за прототип.
В известном решении также используется преимущество металлической фольги в качестве теплового радиатора, направленного на повышение равномерности распределения тепла по всей площади электронагревателя.
Общими недостатками известных устройств являются существенная толщина, недостаточное распределение тепла по поверхности устройств, отсутствие возможности поворота устройств при монтаже, низкая эффективность и надежность устройств при монтаже и эксплуатации, а также недостаточное экранирование от электромагнитного излучения.
Технический результат, достигаемый при использовании заявленного изобретения, заключается в повышении эффективности заявленного электронагревателя при его эксплуатации. Дополнительными техническими результатами можно считать вытекающие технические эффекты от использования заявленного изобретения, а именно уменьшение толщины гибкого электронагревателя, увеличение равномерности распределения тепла по его поверхности, повышение эффективности защиты от электромагнитного излучения устройства, повышение механической прочности электронагревателя, а также появление возможности поворота гибкого электронагревателя при монтаже.
Заявленный технический результат достигается за счет использования следующей совокупности существенных признаков: гибкий электронагреватель, состоящий из двух слоев электроизоляционной основы, каждый из которых содержит армированную и покрытую с одной стороны защитной диэлектрической пленкой металлическую фольгу, между которыми находится резистивный нагревательный элемент, размещенный равноудаленно от боковых кромок слоев электроизоляционной основы, согласно настоящему техническому решению, резистивный нагревательный элемент выполнен в виде двух отдельных изолированных проводов, соединенных между собой на одном конце соединительной муфтой, а на другом конце, через питательную муфту, подключенных к источнику питания с образованием единой электрической цепи, провода расположены между двух слоев электроизоляционной основы в виде двух близко расположенных меандров, в вершинах меандров, провода расположены друг от друга на расстоянии S1, где D≤S1≤20*D, где D - диаметр проводов, при этом на остальных участках меандров, провода расположены друг от друга на расстоянии S2, где D≤S2≤30*D.
В частных случая исполнения заявленного изобретения, фольга слоя электроизоляционной основы может быть выполнена из алюминия, а диэлектрическая пленка для армирования может быть выполнена из лавсана. На слоях электроизоляционной основы, армированных диэлектрической пленкой, между линиями расположения резистивного нагревательного элемента, может быть выполнена перфорация с останавливающими отверстиями, в совокупности образующая линию разреза при монтаже. Слои электроизоляционной основы могут быть сориентированы диэлектрической пленкой друг к другу или металлической фольгой друг к другу. Также слои электроизоляционной основы могут быть сориентированы таким образом, что диэлектрическая пленка одного слоя электроизоляционной основы обращена к металлической фольге другого слоя электроизоляционной основы. Между слоями изоляционной основы может быть установлена, по меньшей мере, одна сетка из полимерного волокна.
Сущность заявленного изобретения поясняется графическими материалами, где на Фиг. 1 представлен схематический вид гибкого нагревателя, на Фиг. 2 представлены меандры проводов, на Фиг. 3 представлен частный случай технического решения с перфорацией нагревателя.
Обозначения на фигурах идентичные: 1 - лист металлической фольги; 2 - армирующая диэлектрическая пленка; 3 - резистивный нагревательный элемент (провод А); 4 - резистивный нагревательный элемент (провод Б); 5 - соединительная клемма; 6 - соединительная муфта; 7 - перфорация (линия разреза) с останавливающим отверстием, 7 - питательная муфта.
На Фиг. 1 представлен гибкий электронагреватель, состоящий из двух слоев электроизоляционной основы, каждый из которых содержит армированную и покрытую с одной стороны защитной диэлектрической пленкой 2 металлическую фольгу 1, между которыми находится резистивный нагревательный элемент 3, 4, размещенный равноудаленно от боковых кромок слоев электроизоляционной основы.
Резистивный нагревательный элемент 3, 4 представляет собой два отдельных изолированных провода А, Б. Провода А, Б соединены между собой на одном конце соединительной муфтой 6, а на другом конце, через питательную муфту, подключены к источнику питания с образованием единой электрической цепи (на Фиг. не показан). Питательная муфта 7 выполняет роль переходника между проводами А, Б и стандартной бытовой сетью и может иметь некоторые вариации для конкретных бытовых сетей.
Использование двух изолированных проводов А, Б, например, одножильных, вместо одного традиционного провода с двумя изолированными жилами того же диаметра, позволяет уменьшить толщину электронагревателя, т.к. высота уложенных двух проводов А, Б будет меньшей, чем высота одного провода с двумя изолированными жилами того же диаметра. Таким образом, появляется возможность сделать гибкий электронагреватель более тонким в целом.
Нагревательные провода А, Б имеют полимерную термостойкую изоляцию. При использовании в качестве изоляции фторполимеров, диаметр внешней изоляции D нагревательного провода может ограничиться 1 мм.
Провода А, Б расположены между двух слоев электроизоляционной основы в виде двух близко расположенных меандров с периодом Т. Форма меандров показана на всех фигурах (Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3).
В силу технологических ограничений (неточности и инерционности оборудования, ограниченности радиуса изгиба нагревательного провода и т.п.) форма вершин меандров раскладки проводов А, Б отличается от прямоугольной и близка к дугообразной (Фиг. 2). Меандр провода А повторяет форму меандра провода Б и «вложен» в него. В вершинах меандров, провода А, Б расположены друг от друга на расстоянии S1, где D≤S1≤20*D. При этом на остальных участках меандров, провода А, Б расположены друг от друга на расстоянии S2, где D≤S2≤30*D.
Таким образом, расстояние S1 и S2 между проводами А, Б меняется по ходу прокладки между слоями электроизоляционной основы. Это позволяет в большей степени распределить резистивный элемент 3,4 между слоями электроизоляционной основы в поперечном направлении электронагревателя и более компактно сосредоточить резистивный элемент 3,4 в вершинах меандров, которые располагаются ближе к боковым краям электроизоляционной основы и являются, как правило, менее греющей частью электронагревателя. Вышеуказанное расположение проводов А, Б позволяет достичь более лучшего распределения тепловыделения по всей поверхности электронагревателя в целом.
Кроме того, раздельное использование проводов А, Б уменьшает тепловую нагрузку на каждую жилу, что повышает их срок годности, надежность, и самое главное, позволяет сделать более мощные нагревательные жилы.
Отсутствие «перехлестов» нагревательных проводов А, Б между собой исключает возможность локальных перегревов проводов А, Б.
Слой металлической фольги 1 армируется защитной диэлектрической изоляционной пленкой 2 для механической прочности и защиты фольги 1 в условиях среды с повышенной кислотностью. Фольга может быть выполнена из алюминия или другого материала с похожими физико-химическими свойствами. При этом диэлектрическая пленка для армирования может быть выполнена из лавсана.
Слои электроизоляционной основы могут быть сориентированы диэлектрической пленкой друг к другу, например, при использовании электронагревателя в сухом месте, в лимитированном полу, в стенах, что позволяет уменьшить электромагнитное излучение за счет эффекта стекания электромагнитных зарядов.
Напротив, слои электроизоляционной основы могут быть сориентированы металлической фольгой друг к другу, т.е. защитной диэлектрической пленкой наружу. Такой вариант конструкции позволяет использовать электронагреватель, например, в наливном полу, среда которого характеризуется повышенной кислотностью.
Также возможна комбинация слоев, в зависимости от условий эксплуатации и требований к электрообогреву, диэлектрическая пленка 2 одного слоя может быть обращена к металлической фольге 1 другого слоя электроизоляционной основы.
Присутствие армированной металлической фольги 1 в конструкции электронагревателя позволяет повысить его механическую прочность с сохранением требуемой гибкости. Механическая прочность является достаточно важным эксплуатационным показателем. Для гибкого электронагревателя необходима достаточная продольная прочность именно с точки зрения монтажа, например, пол (наливной, ламинированный) испытывает определенные механические нагрузки, возможность противостоять этим нагрузкам является очень важным эксплуатационным показателем.
Металлическая фольга также может рассматриваться как часть экранирующего элемента, что позволит уменьшить изоляцию проводов А, Б, соответственно это способствует уменьшению размеров самих проводов и электронагревателя в целом. В результате, часть защиты переносится с изоляции проводов на сам электронагреватель.
С одной стороны, в результате использования заявленного технического решения, получаем более тонкий электронагреватель, с другой стороны, получаем более прочное устройство.
Проведенные испытания механических и диэлектрических свойств показали хорошие результаты при использовании, например, сочетания лавсановой пленки толщиной 0,02 мм и алюминиевой фольги толщиной 0,02 мм.
Возможно использование и других материалов для армирования металлической фольги. Возможен вариант исполнения гибкого электронагревателя с применением, по меньшей мере одной, дополнительной армирующей сетки из полимерного волокна. Это конструктивное изменение значительно увеличивает механическую прочность устройства при незначительном увеличение толщины. Целесообразность введения дополнительной армирующей сетки определяется условиями эксплуатации электронагревателя.
Армированные диэлектрической пленкой листы металлической фольги дают дополнительную электрическую изоляцию изолированным нагревательным проводам А, Б, расположенным между листами армированной металлической фольги 1. Один из способов армирования листа металлической фольги 1 диэлектрической пленкой 2 - это ламинирование диэлектрической пленкой. Для того, чтобы в процессе производства и/или монтажа проще было определить наличие армирующей пленки на металлической фольге, полимерную пленку тонируют красителем.
Материалом для фольги может являться практически любой металл, отвечающий простым требованиям: высокая электрическая проводимость, высокая теплопроводность и, если стоят такие условия, экологическая безопасность. Самыми экономически выгодными металлами, отвечающими этим требованиям, являются алюминий, медь и их сплавы.
Электрическое соединение соединительной клеммы 5 (нулевого провода электрической сети) с листами металлической фольги в точке их электрического контакта позволяет указанным листам выполнять роль экрана электромагнитного излучения. Для улучшения качества электрического контакта, листы металлической фольги могут быть соединены между собой соединительными клеммами 5 еще в нескольких местах.
На слоях электроизоляционной основы, армированных диэлектрической пленкой 2, между линиями расположения резистивного нагревательного элемента 3,4, выполнена перфорация с останавливающими отверстиями 7, в совокупности образующая, линию разреза при монтаже. Перфорация с останавливающими отверстиями также способствует лучшей адгезии между средой, которая при монтаже нагревателя может окружать его. Например, при установке нагревателя внутрь наливного пола, сам пол будет более прочным и монолитным.
Необходимость более компактного сосредоточения резистивного элемента 3,4 в вершинах меандров, которые располагаются ближе к боковым краям электроизоляционной основы обусловлена также обеспечением возможности разрезки заявленного гибкого электронагревателя при монтаже (Фиг. 3).
Перфорация с останавливающими отверстиями 7, позволяет быстро и безопасно разрезать при необходимости электронагреватель и тем самым покрыть более сложную геометрию покрываемой площади.
Перфорация 7 на линии разреза гибкого электронагревателя предназначена для удобства поворота продольной оси нагревателя на любой угол в пределах от 0 до 90 градусов при монтаже. Останавливающие отверстия представляет собой сквозные отверстия в обоих слоях электроизоляционной основы диаметром не менее 5 мм, расположенные в конце и на самой линии разреза гибкого электронагревателя. Отверстия на линии разреза упростят работу монтажника, защитят нагревательные провода и не позволят самопроизвольно разорваться слоям электроизоляционной основы до линии раскладки нагревательных проводов А, Б.
Заявленный гибкий электронагреватель может найти широкое применение в строительстве, в качестве дополнительного нагревательного устройства, встраиваемого в различные элементы помещения, а именно в стены, полы и потолки т т.д.