Нагрівальний резистивний елемент

Реферат: Нагрівальний резистивний елемент містить електроізоляційну основу, виконану із шарів листового полімерного матеріалу, між якими розташований гнучкий електропровідний носій, виконаний у вигляді суміші вуглецевого порошку зі сплавом Вуда. UA 73583 U (54) НАГРІВАЛЬНИЙ РЕЗИСТИВНИЙ ЕЛЕМЕНТ UA 73583 U UA 73583 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі електротермії, зокрема, стосується електричного резистивного нагрівання, та може бути використана в електронній, приладобудівній, електротехнічній та інших галузях промисловості при виготовленні електронагрівальних резистивних елементів. Відомий листовий нагрівальний резистивний елемент, який містить основу, на поверхні якої розміщений нагрівальний дріт, покритий ізоляційним шаром з поліуретану, при цьому поверхня основи отримана в результаті каландрування (ущільнення) гнучкого нетканого матеріалу, виконаного переважно із поліефірних або поліпропіленових волокон [див. пат. Росії № 2402181 С2 з класу Н05В 3/20, опублікований 20.10.2010 року в Бюл. № 29]. Недоліком відомого нагрівального елемента є ненадійність його конструкції, а також незадовільні споживчі характеристики, що зумовлено низьким ступенем захисту робочого елемента (електропровідного резистивного матеріалу нагрівального дроту) від можливих механічних та інших пошкоджень, оскільки нагрівальний дріт приєднаний до поверхні основи за допомогою кріпильних ниток, при цьому ізоляційний шар нанесений тільки на сам нагрівальний дріт, а не на всю поверхню основи нагрівального елемента в цілому. До недоліків відомого нагрівального елемента слід віднести також відносно низьку термостійкість ізолюючого шару з поліуретану (до + 80 °C) та складну технологію виготовлення ущільненої основи. До того ж, відомий нагрівальний елемент має дуже обмежену сферу застосування у складі нагрівальних пристроїв - він застосовується лише для підігріву автомобільних сидінь. Відомий також нагрівальний резистивний елемент, який містить електроізоляційну основу, виконану із шарів полімерного матеріалу, між якими розташований гнучкий електропровідний носій, виконаний у вигляді поліметалевої стрічки, приєднаної зверху і знизу до шарів полімерної основи зв'язуючою речовиною із плівкового полімерного матеріалу з липким шаром [див. пат. Росії № 35582 U1 з класів Н05В 3/36, А47С 7/74, опублікований 20.01.2004 року]. Основним недоліком відомого нагрівального резистивного елемента є використання спеціального (нерозповсюдженого) електропровідного носія з поліметалевої стрічки, яка теж має низький електричний опір, через що резистивний елемент має досить низький коефіцієнт корисної дії. Найбільш близьким за своєю суттю та ефектом, що досягається, і який приймається за найближчий аналог, є нагрівальний резистивний елемент, який містить два ізоляційні шари, виконані з термостійкого матеріалу, які прошиті між собою з утворенням направляючих каналів, що сполучаються, в яких вільно прокладений електропровідний матеріал, виконаний у вигляді вуглецевих волокон, кінці яких з'єднані з електропроводами [див. пат. Росії № 1567 U1 з класів Н01В 1/04, В32В 7/02, опублікований 16.01.1996 року]. Використаний вуглецевий електропровідний матеріал дійсно має підвищений електричний опір, але не максимальний, оскільки частка електричного струму втрачається як енергоносій, через безперешкодне проходження поздовж вуглецевого волокна, що є суттєвим першим недоліком відомого нагрівального резистивного елемента. Другим суттєвим недоліком відомого технічного рішення є те, що ізолююча оболонка нагрівального елемента є ненадійною, оскільки виконана із недостатньо міцного голкопробивного матеріалу (нетканого або тканини з поліефірних волокон), при цьому шари вказаного матеріалу прошиті між собою без жодного додаткового ізоляційного та вогнестійкого покриття. Крім того, наявність прошивки шарів ізоляційного матеріалу свідчить про те, що вони не здатні кожний окремо самостійно виконувати функцію каркасу конструкції, зокрема надійно утримувати електропровідний елемент всередині. Наявність цього недоліку обумовлена відсутністю клейких властивостей у матеріалі, з якого виконані ізоляційні шари. До того ж, сама операція прошивання ізоляційних шарів з утворенням направляючих каналів для вуглецевого матеріалу додатково ускладнює та здорожує виробництво відомого електронагрівального резистивного елемента. Ще одним суттєвим недоліком відомого технічного рішення є те, що його електропровідний вуглецевий матеріал має постійний за довжиною переріз. Це забезпечує лише рівномірний розігрів всього елемента. Якщо потрібно деяку ділянку елемента розігріти більше ніж сусідні ділянки, то це не уявляється можливим, оскільки вуглецеве волокно має суцільну конструкцію визначеного розміру, наприклад, діаметра. В основу корисної моделі поставлена задача покращення техніко-експлуатаційних характеристик відомого нагрівального резистивного елемента, розширення асортименту та області використання за рахунок підвищення ефективності його електропровідного носія з одночасним посиленням надійності електроізоляції, а також спрощення конструкції та технології виготовлення виробу шляхом удосконалення взаємозв'язку між елементами конструкції із застосуванням матеріалів з покращеними функціональними характеристиками. 1 UA 73583 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Поставлена задача вирішується тим, що у нагрівальному резистивному елементі, який містить електроізоляційну основу, виконану із шарів листового полімерного матеріалу, між якими розташований гнучкий електропровідний носій, згідно корисної моделі, електропровідний носій виконаний у вигляді суміші вуглецевого порошку зі сплавом Вуда і розташований між ізоляційними шарами, виконаними з кремнійорганічного полімеру, наприклад, силікону. Завдяки використанню як електропровідного носія вуглецевого порошку досягається максимальний електричний опір носія, що прискорює його розігрів. Частки порошку безперервно передають електрострум одна до одної завдяки зв'язку між ними через сплав Вуда, який при температурі вище + 5 °C становиться рідким. Цей сплав широко використовується у машинах для контактного шовного зварювання для забезпечення надійності проходження електроструму від шини до обертових роликів. Завдяки використанню як електропровідного носія вуглецевого порошку, тобто сипкого матеріалу, поняття суцільності перерізу за довжиною майже відсутнє. На бажання замовника можна насипати порошок у будь-якій кількості, вузькою чи широкою смужкою чи взагалі плямою. Тобто розмір, форма, конфігурація електропровідного носія із суміші вуглецевого порошку зі сплавом Вуда можуть бути які завгодно, що дозволяє без обмежень розширяти номенклатуру (асортимент) нагрівальних резистивних елементів. До того ж, при використанні суміші вуглецевого порошку зі сплавом Вуда досягається суттєве спрощення конструкції запропонованого нагрівального резистивного елемента, зокрема суміш, на відміну від суцільної стрічки чи дроту, не вимагає особливих умов розташування електропровідного носія у полімерній основі (можливим є його згинання у межах ізоляційного полімерного шарупідкладки). Це дозволяє виготовляти компактні варіанти конструкції нагрівачів типу "килимок", що забезпечує підвищення ефективності запропонованого нагрівального елемента (за рахунок збільшення співвідношення загальної площі електропровідного носія (резистора) до площі ізоляційної основи), що також сприяє розширенню сфери застосування нагрівального елемента. Завдяки виконанню ізоляційної основи із кремнійорганічного полімеру досягається покращення її функціональних характеристик. Кремнійорганічні полімерні сполуки (силікони), як відомо, мають відмінну адгезію до найрізноманітніших поверхонь. Отже для з'єднання електроізоляційних шарів з резистивним дротом при будь-якій щільності його викладання не потрібні жодні додаткові шари зв'язуючої речовини. Крім того, запропонована кремнійорганічна електроізоляційна основа забезпечує стабільну експлуатацію нагрівального елемента при температурі до + 200 °C, при цьому відзначається високою еластичністю, міцністю і довговічністю. Важливим чинником також є доступність та простота технології виготовлення усіх компонентів запропонованого нагрівального резистивного елемента, що позитивно впливає на вартість готового виробу. Отже, сукупність вищезазначених суттєвих ознак запропонованого рішення, які отримані завдяки внесеним конструктивним змінам у нагрівальний резистивний елемент, забезпечує досягнення певного технічного результату, сформульованого у постановці задачі. Подальша сутність корисної моделі пояснюється спільно з ілюстративним матеріалом, на якому зображений запропонований нагрівальний резистивний елемент, загальний вигляд. Запропонований нагрівальний резистивний елемент містить електроізоляційну основу 1, що складається із шарів 2 кремнійорганічного полімеру (силікону), між якими розташований гнучкий електропровідний носій 3, виконаний у вигляді суміші вуглецевого порошку зі сплавом Вуда. Запропонований нагрівальний резистивний елемент виготовляють, наприклад, у такий спосіб: спочатку з кремнійорганічного полімеру (силікону), що знаходиться у в'язкому стані, формують нижній шар 2 електроізоляційної основи 1; після застигання силікону на готовий шарпідкладку викладають електропровідний носій 3 необхідного розміру у довільній просторовій конфігурації (в межах периметру шару) і покривають його зверху, окрім струмопровідних виводів 4 на кінцях, шаром в'язкого кремнійорганічного полімеру, формуючи таким чином верхній шар 2 електроізоляційної основи 1. Описаний процес одержання запропонованого нагрівального резистивного елемента є найбільш простим і економічним, оскільки не потребує операції запресування резистивного дроту в полімерну ізоляційну основу, проте він не єдино можливий та жодним чином не обмежує об'єм правової охорони корисної моделі, що заявляється. Запропонований нагрівальний резистивний елемент використовують у складі нагрівальних пристроїв будь-якої конструкції і призначення, при цьому з'єднують вільні кінці струмопровідних виводів 4 з електричними контактами джерела живлення. Заявлене технічне рішення перевірене на практиці. Запропонований нагрівальний резистивний елемент не містить у своєму складі жодних конструктивних елементів чи матеріалів, які неможливо було б відтворити на сучасному етапі розвитку науки і техніки, 2 UA 73583 U 5 10 15 20 25 30 35 зокрема, у галузі електричного резистивного нагрівання, а отже є придатним для промислового застосування, має технічні й інші переваги перед відомими аналогами, що підтверджує можливість досягнення технічного результату об'єктом, що заявляється. У відомих джерелах патентної та іншої науково-технічної інформації не виявлено конструкцій і зразків нагрівальних резистивних елементів із вказаною у пропозиції сукупністю суттєвих ознак, тому запропоноване технічне рішення відповідає критерію "новизна", а отже вважається таким, що може отримати правовий захист. Суттєва відмінність запропонованого технічного рішення полягає у забезпеченні взаємозв'язку між компонентами конструкції нагрівального елемента без залучення жодних додаткових елементів, що досягається завдяки виконанню електроізоляційної основи з кремнійорганічного полімеру - матеріалу з високими функціональними характеристиками, зокрема, адгезією до поверхонь, та виконанню електропровідного носія у вигляді суміші вуглецевого порошку зі сплавом Вуда будь-якого розміру, форми та перерізу. Вказані відмінності покращують техніко-експлуатаційні характеристики нагрівального резистивного елемента, зокрема сприяють підвищенню ефективності його електропровідного носія з одночасним посиленням надійності електроізоляції, а також забезпечують спрощення конструкції та технології виготовлення виробу. Жодна із відомих конструкцій не може одночасно володіти всіма перерахованими властивостями, оскільки не містить у своєму складі електроізоляційної основи, виконаної із кремнійорганічного полімеру, та електропровідного носія із сумішей нестійкої форми, взаємозв'язаних відповідно до заявленої пропозиції. До технічних переваг запропонованого нагрівального резистивного елемента, у порівнянні з прототипом, можна віднести: - покращення функціональних характеристик електроізоляційної основи за рахунок виготовлення її з кремнійорганічного полімеру; - покращення теплофізичних властивостей електропровідного носія за рахунок виготовлення його з суміші вуглецевого порошку зі сплавом Вуда; - розширення номенклатури та області використання за рахунок можливості зміни без обмежень розмірів, форми електропровідного носія; - підвищення ефективності нагрівального резистивного елемента за рахунок збільшення співвідношення загальної площі електропровідного носія до площі ізоляційної основи. Економічний ефект від впровадження запропонованої корисної моделі отримують за рахунок зниження вартості нагрівального резистивного елемента при одночасному розширенні сфери його застосування у складі нагрівальних приладів. Соціальний ефект від впровадження запропонованої корисної моделі полягає у підвищенні рівня безпеки при експлуатації нагрівального резистивного елемента як складової побутових і медичних приладів завдяки забезпеченню надійної електроізоляції. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 Нагрівальний резистивний елемент, який містить електроізоляційну основу, виконану із шарів листового полімерного матеріалу, між якими розташований гнучкий електропровідний носій, який відрізняється тим, що електропровідний носій виконаний у вигляді суміші вуглецевого порошку зі сплавом Вуда і розташований між ізоляційними шарами, що виконані з кремнійорганічного полімеру, наприклад, силікону. 3 UA 73583 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4