Плоский гнучкий електрообігрівальний елемент

1. Плоский гнучкий електрообігрівальний елемент, що містить дві прозорі підкладки, на першу з яких нанесена плівка оксидного напівпровідникового резистивного матеріалу та струмопровідні C2 1 3 що призводить при нагріві до його розширення та погіршення якості ламінування. Вищеописана проблема конструктивно вирішена у відомому гнучкому електрообігрівальному елементі [патент №9707652 WO]. У даному технічному рішенні плоский електрообігрівальний елемент містить тонкий електрорезистивний шар, розташований між двома ізолюючими шарами. Вздовж протилежних країв резистивного обігріваючого шару проходять електропровідні контактні смуги. Описана конструкція гнучкого плоского електрообігрівального елементу має двостороннє випромінювання тепла. Як відомо, подібні обігрівачі призначені, в основному, для обігріву приміщень і розташовуються вздовж стін. У такому випадку близько половини теплового випромінювання витрачається на непродуктивний обігрів стін, що являється недоліком даної конструкції. В патенті № 668709 ЕР поверхневий нагрівальний елемент утворюється завдяки тонкому шару металічної фольги, розташованої між двома ізолюючими плівками. Фольгу з'єднують з мідними шинами, котрі мають електричний та механічний контакти з дротами електроживлення. Весь цей нагрівальний елемент герметизують з обох сторін електроізолюючими плівками. Подібний спосіб одержання електрообігрівального елемента має в результаті той же суттєвий недолік, що і описаний вище пристрій [патент №9707652 WO] і полягає в тому, що половина теплового потоку витрачається на обігрів стін. Крім того, використання непрозорого електродного матеріалу в обох технічних рішеннях погіршує естетичне сприйняття у зв’язку з тим, що завдяки прозорості плівки помітні всі резистивні шари, шини, струмопровідні дроти, контакти і т.д. Основним типом передавання тепла в металічних обігрівачах є конвекція, що можна віднести до недоліків. [Multiheat panel, Energy products / 25-9-2006, versie 6.0]. Були розглянуті технічні рішення, що близькі до запропонованого нами. Це конструкції пристроїв описані в наступних патентах: № 0897879 ЕР, №0668709 ЕР, № 4824730 US, № 3640764ЕР. У цих патентах в якості нагрівального ІЧ-елемента використані тонкоплівкові шари, складовими яких є органічна зв'язуюча, порошки, що проводять електричний струм, в тому числі порошки широкозоних матеріалів у вигляді оксидів металів та металоїдів. Значним недоліком подібних шарів є неможливість їх нанесення на гнучкі плівкові підкладки (нанесення проводять методом трафаретного друку на склі), а також значна конвекційна складова (до 50% і більше).І це не дивлячись на значний вибір і корегування складу порошків широкозоних матеріалів. Найбільш близьким по суті до винаходу, що заявляється є технічне рішення описане в патенті №2045822 RU. Сутність винаходу складається в наступному. Електрообігрівальна панель виконана із зміцненого силікатного скла, на одне з яких нанесено напівпровідникове оксидне покриття з питомою міцністю не більше 0,2 вт/см2, на другому склі - покриття з оксинітрида титану. Поверхні пла 93575 4 стин з покриттям звернуті одна до одної та склеєні пластифікованою полівінілбутиральною плівкою. Торці панелі електроізольовані по контуру герметиком. В якості домішок використаних в даній напівпровідниковій плівці вказують на донорну та акцепторну домішки приблизно в рівних концентраціях (не перевищуючих 10% вагових). Використання рівновагових донорних та акцепторних домішок значної концентрації вказує на те, що головним механізмом випромінювання є випромінювальна рекомбінація (шляхом взаємодії донорноакцепторної пари). Основним недоліком такого технічного рішення є створення механічно твердої конструкції теплових обігрівачів з використанням скляної підкладки, що приводить до кількох негативних проявів. По-перше, значна маса конструктивних елементів завдяки використанню скла, металевих рамок, герметику, дротів і т.д. Пристрій гріється в стаціонарному режимі до температури шару, що гріється. При тому, що він має значну площу зовнішньої поверхні відбувається відтік тепла назовні, тобто забезпечується не інфрачервоний а конвекційний обігрів. При цьому в залежності від різниці температур приміщення та обігрівача ця частина може досягти 50% від загального теплового випромінювання. По-друге, при контакті оксидний шар (що випромінює тепло) та скляна підкладка, через різницю показників заломлення, утворюють напівпрозоре дзеркало здатне значну частину ІЧ випромінювання відбити від внутрішньої поверхні скла та не випустити його в якості обігріваючого випромінювання. Для прикладу візьмемо прозорий шар SnO2 товщиною 0,2-0,3 мкм та направимо на нього ІЧ випромінювання, такий шар ослаблює це випромінювання приблизно на 90%. Таким чином, вихід випромінювання з такої нагрівальної системи зі скляною підкладкою буде зовсім незначним. В основу винаходу поставлено завдання створення такого плоского гнучкого електрообігрівального елементу, в якому завдяки використанню в якості підкладки прозорої для ІЧ випромінювання органічної плівки та використанню вузькозонних або широкозонних вироджених напівпровідників забезпечується збільшення виходу ІЧ випромінювання, зменшення частки конвекційної складової обігріву, з'являється можливість керування спектром, за рахунок чого ІЧ випромінювання зрушується в бік спектра, що найбільше підходить для людського організму. Крім того, в результаті значно зменшуються маса та габарити пристрою. Поставлене завдання вирішується тим, що в плоскому гнучкому електрообігрівальному елементі, який містить дві прозорі підкладки, на першу з яких нанесена плівка оксидного напівпровідникового резистивного матеріалу та струмопровідні шини і контакти, на другу підкладку нанесений шар, який відбиває інфрачервоне випромінювання, підкладки щільно з'єднані між собою шаром полімерного матеріалу, що склеює підкладки, причому нанесені шари звернені один до одного та загерметизовані по периметру, згідно винаходу, в якості резистивної плівки використовують вузько 5 93575 зонні (з шириною забороненої зони 0,25-0,6 ев), або широкозонні вироджені напівпровідники з концентрацією домішок 51020--51021 1/см3, товщину напівпровідникової плівки вибирають у межах 0,22,0 мм, в якості матеріалу для підкладки використовують органічну плівку, прозору в інфрачервоному спектрі випромінювання, завтовшки 30500 мкм. Крім того, цей пристрій відрізняється від обраного нами прототипу тим, що товщину резистивної плівки обирають виходячи з умови, що питома розсіювана потужність повинна складати 525 вт/дм2. Приклад реалізації. На гнучку органічну плівкову підкладку (полістирол) наносять методом вакуумного напилювання вузькозонний напівпровідник InSb завтовшки 1,0-2,0 мкм. З обох торців до напівпровідникового шару методом трафаретного друку кріпляться контактні шини з низькотемпературної пасти, яка має в своєму складі силікатно-срібляну пасту, та виводи з мідної фольги. На другу аналогічну органічну плівкову підкладку наносять плівку оксиду олова, товщина якої 0,3-0,6 мкм. Вона має коефіцієнт відбиття ІЧ випромінювання 92%. Обидві ці підкладки склеюють між собою методом ламінування Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 6 за допомогою полібутиральної плівки. Торці плівок додатково герметизують. Така структура припускає нагрів до 120°С та має питому потужність 1020 вт/дм2, при цьому за рахунок малої маси та значного теплового опору органічної плівки поверхня електрообігрівального елементу гріється до температури 60-70°С, а доля теплового ІЧ випромінювання складає близько 80% від усієї розсіюваної потужності. Другий приклад реалізації відрізняється тільки матеріалом напівпровідникового шару, в якості якого використали оксид індію (Іn2О3), легований оловом (Sn). Лігатура дорівнює 5-15% вагових. При цьому зміна концентрації домішки олова з 51020 до 51021 1/см3 приводить до зміщення спектру ІЧ випромінювання від 0,3-1,0 мкм до 5-7 мкм. Плівка оксиду індію варіюється від 0,3 до 1,0 мкм від усієї розсіюваної потужності. У зв'язку з достатньо значною провідністю обох матеріалів плівки напівпровідникових електрообігрівальних елементів виконані смугастими, а їх ширина та з'єднання шинами виконано таким чином, щоби забезпечити виділення необхідної потужності і в той же час вибрати напругу і струм, які дозволять надійно працювати електрообігрівачу такої конструкції. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601