Гибкий нагревательный прибор

Изобретение относится к резистивным нагревательным устройствам. Техническим результатом является одновременное обеспечение высокой надежности при использовании и применение высоких рабочих температур нагрева. Упомянутый технический результат достигается тем, что гибкий нагревательный прибор содержит 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 и проводника, причем проводник состоит из 3-х участков (3,4,5), расположенных последовательно от кромки к кромке ленты, при этом соотношение средней толщины (Н1) проводника в зоне от 0 до 20% (3) и от 80 до 100% (4) расстояния между кромками электродов (L) со средней толщиной (Н2) проводника в оставшейся зоне (5) составляет 1,1-2. 11 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 ил.

 

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.

В качестве - стеклоткани может использовать сажевая стеклоткань с плотностью 180 г/м². 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

1. 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 соотношение средней толщины (Н1) проводника в зоне от 0 до 20% и от 80 до 100% расстояния между кромками электродов (L) со средней толщиной (Н2) проводника в оставшейся зоне составляет 1,1-2.

2. Гибкий нагревательный прибор по п. 1, выполненный в форме ленты.

3. Гибкий нагревательный прибор по п. 1, в котором проводник имеет средние толщины Н1=25 мкм, Н2=22,7 мкм.

4. Гибкий нагревательный прибор по п. 1, в котором проводник имеет средние толщины Н1=25 мкм, Н2=20 мкм.

5. Гибкий нагревательный прибор по п. 1, в котором проводник имеет средние толщины Н1=25 мкм, Н2=12,5 мкм.

6. Гибкий нагревательный прибор по п. 1, в котором проводник выполнен в виде полосы прямоугольной формы.

7. Гибкий нагревательный прибор по п. 1, в котором проводник выполнен в виде S-образной формы.

8. Гибкий нагревательный прибор по п. 1, в котором проводник выполнен в виде Z-образной формы с прямыми углами.

9. Гибкий нагревательный прибор по п. 1, в котором соотношение длинны проводника в зоне от 0 до 20% и от 80 до 100% L с длинной проводника в зоне 20-80% L составляет от 1:10 до 1:75.

10. Гибкий нагревательный прибор по п. 1, включающий проводник из электропроводной краски, нанесенный аэрографическим распылением на основание методом трехосевой аэрографической печати.

11. Гибкий нагревательный прибор по любому из пп. 1-10, выполненный в форме ленты, в котором в качестве основания используется полиимид, и прибор включает последовательные слои:

- защитный отрывной слой;

- клеевой слой усиленной формулы, в качестве которого использован термостойкий акрил или полимерный бутил-каучук 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.

12. Гибкий нагревательный прибор по п. 11, который дополнительно каширован внешними слоями: светонакопительной ПВХ пленкой и/или слоем из фторопластовой пленки.