Нагрівальний резистивний елемент

Реферат: UA 73933 U UA 73933 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 провід, 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. При всьому цьому 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 два ізоляційні шари, виконані з термостійкого матеріалу та прошиті між собою з утворенням направляючих каналів, що сполучаються, в яких вільно прокладений електропровідний вуглецевий матеріал, кінці якого з'єднані з електропроводами [див. пат. Росії № 1567 U1 з класів Н01B 1/04, В32В 7/02, опублікований 16.01.1996 року]. Недоліком відомого технічного рішення є незадовільні функціональні й експлуатаційні характеристики нагрівального резистивного елемента, що зумовлено наступним: по-перше, у складі відомої конструкції використаний електропровідний вуглецевий матеріал, що здорожує виробництво і обмежує сферу використання даного нагрівального елемента, а, по-друге, 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. Сама операція прошивання ізоляційних шарів з утворенням направляючих каналів для вуглецевого матеріалу додатково ускладнює та здорожує виробництво відомого електронагрівального елемента. Найбільш близьким за своєю суттю та ефектом, що досягається, і який приймається за прототип, є 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 Н05В3/36, А47С7/74, опублікований 20.01.2004 року]. Основним недоліком відомого нагрівального резистивного елемента є незадовільні функціональні характеристики його ізоляційної полімерної основи. Даний недолік явно випливає з наступного: у конструкції прототипу між електропровідним робочим елементом (металевою стрічкою) та шарами ізоляційної полімерної основи, що покривають його зверху та знизу, присутні додаткові зв'язуючі шари липкої полімерної плівки. Наявність вказаних додаткових зв'язуючих шарів свідчить про те, що ізолююча полімерна основа не здатна самостійно виконувати функцію каркасу конструкції, зокрема надійно утримувати електропровідний елемент. Разом із тим, наявність вказаних додаткових полімерних шарів ускладнює конструкцію відомого нагрівального резистивного елемента, а також здорожує технологію його виготовлення (через необхідність виконання додаткових операцій пресування). Також суттєвим недоліком відомого технічного рішення є складність конструкції його робочого елемента - гнучкого електропровідного носія, який зокрема виконаний у вигляді стрічки зигзагоподібної форми. Така просторова форма є складною у виготовленні, а отже призводить до надмірних витрат матеріалу та збільшення вартості готового виробу. При цьому виготовлення даного електропровідного носія виключно з поліметалічного сплаву суттєво обмежує функціональні можливості й сферу застосування нагрівального елемента. В основу корисної моделі поставлена задача покращення техніко-експлуатаційних характеристик відомого нагрівального резистивного елемента за рахунок підвищення ефективності його електропровідного носія з одночасним посиленням надійності електроізоляції, а також спрощення конструкції та технології виготовлення виробу шляхом 1 UA 73933 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 удосконалення взаємозв'язку між елементами конструкції із застосуванням матеріалів з покращеними функціональними характеристиками. Рішення поставленої задачі досягається тим, що у нагрівальному резистивному елементі, який містить електроізоляційну основу, виконану із шарів полімерного матеріалу, між якими розташований гнучкий електропровідний носій, згідно пропозиції, електропровідний носій виконаний у вигляді відрізка резистивного дроту і розташований між ізоляційними шарами з кремнійорганічного полімеру (силікону). Вказаний резистивний дріт може бути виготовленим із металевого, неметалевого або композиційного матеріалу, при цьому мати одну резистивну струмопровідну жилу або кілька скручених в осердя резистивних струмопровідних жил. У іншому варіанті виконання запропонованого нагрівального резистивного елемента електроізоляційна основа вкриває резистивний дріт суцільною оболонкою із збереженням його повздовжньої просторової орієнтації. Завдяки використанню як електропровідного носія відрізка резистивного дроту досягається суттєве спрощення конструкції запропонованого нагрівального резистивного елемента, зокрема відрізок дроту, на відміну від стрічки, не вимагає особливих умов розташування електропровідного носія у полімерній основі (можливим є його згинання у межах ізоляційного полімерного шару підкладки). Це дозволяє виготовляти компактні варіанти конструкції типу "килимок", що забезпечує підвищення ефективності запропонованого нагрівального елемента (за рахунок збільшення співвідношення загальної площі електропровідного носія (резистора) до площі ізоляційної основи). При цьому запропонована конструкція передбачає виконання основного робочого елемента (резистивного дроту) як з металу (може також бути біметалевим та поліметалевим), так і неметалу, наприклад, з графіту, або навіть з композиційного матеріалу, що сприяє розширенню сфери застосування нагрівального елемента. Завдяки виконанню ізоляційної основи із кремнійорганічного полімеру досягається покращення її функціональних характеристик. Кремнійорганічні полімерні сполуки (силікони), як відомо, володіють відмінною адгезією 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 щодо нагрівального резистивного елемента забезпечує досягнення необхідного технічного результату. Подальша сутність корисної моделі пояснюється спільно з ілюстративним матеріалом, на якому зображено наступне: на фіг. 1 - запропонований нагрівальний резистивний елемент у загальному вигляді; фіг. 2 і фіг. 3 - варіанти виконання запропонованого нагрівального резистивного елемента у вигляді кабелю, загальний вигляд. Запропонований нагрівальний резистивний елемент містить електроізоляційну основу 1, що складається із шарів 2 кремнійорганічного полімеру (силікону), між якими розташований відрізок резистивного дроту 3. Вказаний резистивний дріт 3 містить одну або декілька резистивних струмопровідних жил 4. Електроізоляційна основа 1 також може бути виконана у вигляді суцільної оболонки 5 резистивного дроту 3. Запропонований нагрівальний резистивний елемент виготовляють, наприклад, таким чином: спочатку з кремнійорганічного полімеру (силікону), що знаходиться у в'язкому стані, формують нижній шар 2 електроізоляційної основи 1; після застигання силікону на готовий шар підкладку викладають відрізок резистивного дроту 3 необхідного розміру у довільній просторовій конфігурації (в межах периметру шару) і покривають його зверху, окрім струмопровідних виводів 6 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. У іншому варіанті виконання запропонованого технічного рішення резистивний дріт 3 рівномірно покривають шаром кремнійорганічного полімеру, формуючи навколо нього суцільну електроізоляційну оболонку 5. Запропонований нагрівальний резистивний елемент можна виготовляти й таким способом: 2 UA 73933 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Відрізок резистивного дроту 3 необхідного розміру у довільній просторовій конфігурації викладають на рівній поверхні чи у формі необхідного розміру. Після цього форма заливається суцільним шаром електроізоляційної основи 1 - кремнійорганічним полімером (силіконом) окрім струмопровідних виводів 6. Після застигання полімеру, нагрівальний резистивний елемент готовий для експлуатації. Запропонований нагрівальний резистивний елемент використовують у складі нагрівальних пристроїв будь-якої конструкції і призначення, при цьому з'єднують вільні кінці резистивного дроту 3 з електричними контактами джерела живлення. При цьому на поверхню запропонованого нагрівального елемента можуть бути нанесені будь-які додаткові захисні та декоративні елементи, маркування тощо, також він може бути розташований всередині захисного корпусу нагрівального пристрою. 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, 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 поверхні електропровідного носія у вигляді резистивного дроту, матеріал виконання якого обраний з широкої групи речовин - металів, неметалів і композитів, а також у можливості реалізації варіанту виконання нагрівального елемента спрощеної просторової конфігурації, коли електроізоляційна основа вкриває резистивний дріт суцільною оболонкою із збереженням його повздовжньої орієнтації. Вказані відмінності покращують технікоексплуатаційні 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 мати всі перераховані властивості, оскільки не містить у своєму складі електроізоляційної основи, виконаної із кремнійорганічного полімеру, та електропровідного носія з резистивного дроту, 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; спрощення конструкції та технології виготовлення електропровідного носія за рахунок заміни його відомої конфігурації більш простим і функціональним рішенням у вигляді відрізка резистивного дроту, виготовленого із застосуванням широкої групи матеріалів; підвищення ефективності нагрівального резистивного елемента за рахунок збільшення співвідношення загальної площі електропровідного носія до площі ізоляційної основи; спрощення конструкції та технології виготовлення пристрою в цілому завдяки відсутності потреби застосовувати додаткові шари зв'язуючої речовини та, відповідно, операції пресування. 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. Після опису запропонованого технічного рішення фахівцям у даній галузі знань повинно бути наочним, що все вищеописане є лише ілюстративним, а не обмежувальним, будучи представленим даним прикладом. Будь-які еквівалентні модифікації запропонованого нагрівального резистивного елемента знаходяться в межах об'єму одного із звичайних і природних підходів в даній області знань і розглядаються такими, що входять до об'єму правової охорони даної корисної моделі. 3 UA 73933 U 5 10 Квінтесенцією запропонованого технічного рішення є те, що електропровідний носій нагрівального резистивного елемента є відрізком резистивного одно- чи багатожильного дроту, матеріал виконання якого вибраний з широкої групи речовин - металів, неметалів і композитів, при цьому електроізоляційна основа виконана із кремнійорганічного полімеру і до того ж може вкривати резистивний дріт суцільною оболонкою із збереженням його повздовжньої орієнтації. Саме ці обставини у сукупності дозволяють надбати запропонованій конструкції вищеперераховані й інші переваги. Використання комбінацій окремих конструктивних елементів із всієї сукупності заявлених, природно, обмежує спектр переваг, перерахованих вище, і не може вважатися новими технічними рішеннями в даній області знань, оскільки інші конструкції, подібні описаній, вже не вимагатимуть будь-якого творчого підходу від конструкторів та інженерів, і не можуть вважатися результатами їх творчої діяльності або новими об'єктами інтелектуальної власності, відповідними до захисту охоронними документами. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 1. Нагрівальний резистивний елемент, що містить електроізоляційну основу, виконану із шарів полімерного матеріалу, між якими розташований гнучкий електропровідний носій, який відрізняється тим, що електропровідний носій виконаний у вигляді відрізка резистивного дроту і розташований між ізоляційними шарами з кремнійорганічного полімеру (силікону). 2. Нагрівальний резистивний елемент за п. 1, який відрізняється тим, що резистивний дріт містить одну резистивну струмопровідну жилу. 3. Нагрівальний резистивний елемент за п. 1, який відрізняється тим, що резистивний дріт містить кілька скручених в осердя резистивних струмопровідних жил. 4. Нагрівальний резистивний елемент за п. 1, який відрізняється тим, що резистивний дріт виготовлений із металу. 5. Нагрівальний резистивний елемент за п. 1, який відрізняється тим, що резистивний дріт виготовлений із неметалевого матеріалу. 6. Нагрівальний резистивний елемент за п. 1, який відрізняється тим, що резистивний дріт виготовлений із композитного матеріалу. 7. Нагрівальний резистивний елемент за п. 1, який відрізняється тим, що електроізоляційна основа вкриває резистивний дріт суцільною оболонкою із збереженням його повздовжньої просторової орієнтації. 4 UA 73933 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 5