Листовий нагрівальний резистивний елемент

Реферат: Листовий нагрівальний резистивний елемент включає нерознімно з'єднані між собою основу (підкладку) та нагрівальний шар, в якому використовується резистивний склад на основі вуглецевої пасти, та розташованих по краях основи струмопровідних електродів. Нагрівальний шар виконаний суцільним та має площу, що дорівнюється площі основи, як основа використовується поверхня матеріального об'єкта. UA 84864 U (54) ЛИСТОВИЙ НАГРІВАЛЬНИЙ РЕЗИСТИВНИЙ ЕЛЕМЕНТ UA 84864 U UA 84864 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі електротермії, зокрема стосується електричного резистивного нагрівання об'єктів різного призначення, та може бути використана в електронній, приладобудівній, електротехнічній та інших галузях промисловості та побуту при виготовленні електронагрівальних обігрівальних виробів на різні потреби. Відомий нагрівальний резистивний елемент, який містить багатошарову основу, виготовлену у вигляді голкопробивного нетканого матеріалу з ущільнених за допомогою процесу каландрування хімічних волокон, таких як поліефірні або поліпропіленові, або природних, наприклад бавовни, причому нижня поверхня опори сильно каландрована, а верхня - слабко каландрована. На основі, з боку слабокаландрованої поверхні, на шарі зі сплаву зміцнених металевих волокон з міді та срібла, розміщений дріт нагрівача та прикріплений до неї за допомогою крипільних ниток. Нагрівальний дріт отриманий шляхом укручення множини тонких дротів, розташованих у ізоляторі з поліуретану [див. пат. Росії № 2402181 С2 з класу Н05В 3/20, опублікований 20.10.2010 року в Бюл. № 29]. Основним недоліком відомого нагрівального резистивного елемента є занадто складна нічим не обумовлена складність конструкції через наявність багатошарової основи з матеріалу з різними пошаровими властивостями, ненадійність конструкції через кріплення нагрівального дроту нитками, низький ступінь захисту від можливих механічних та інших пошкоджень, оскільки нагрівальний дріт знаходиться на поверхні основи та вкритий лише чохлом сидіння, а також відносно низьку термостійкість ізолюючого шару з поліуретану (лише до + 80 °C). Крім того, використання нагрівального дроту з металевих укручених тонких дротів, не дозволяє отримати необхідного опору та розігріву. Через складність основи, використаних для неї спеціальних матеріалів, включаючи срібло, відомий резистивний нагрівальний елемент виявляється досить дорогим. Всі перелічені недоліки роблять його малопривабливим для споживачів. Відомий також нагрівальний резистивний елемент, який містить два ізоляційні шари, виконані з термостійкого матеріалу, наприклад зі склотканини марки ТОФ-7А-7С, або з тефлону, або з арімиду, які прошиті між собою з утворенням направляючих каналів, що сполучаються, в яких вільно прокладений електропровідний матеріал, виконаний у вигляді вуглецевих стрічок, наприклад, Віскум-ЛТ-22, кінці яких обміднені та з'єднані пайкою з електропроводами [див. пат. Росії № 1567 U1 з класів Н01В 1/04, В32В 7/02, опублікований 16.01.1996 року]. Використання вуглецевого електропровідного матеріалу для виготовлення резистивного нагрівального елемента дійсно дає підвищений тепловий ефект, але не максимальний, оскільки частка електричного струму втрачається як енергоносій, через безперешкодне проходження поздовж вуглецевого волокна. Виділення тепла відбувається лише в місцях переходу від одного волокна до іншого, а таких переходів не так багато. Неможливість максимального перетворення електричної енергії у теплову є суттєвим недоліком відомого нагрівального резистивного елемента. Крім того, використання у конструкції одного з ізоляційних шарів більшої площі призводить до невиправданої та нічим необґрунтованої зайвої витрати матеріалу. Найбільш близьким за своєю суттю та ефектом, що досягається, та який приймається за прототип, є нагрівальний резистивний елемент, виконаний у вигляді резистивного електронагрівача, що має багатошарову структуру і включає нерознімно з'єднані між собою основу (підкладку) та нагрівальний шар, в якому використовується резистивний склад на основі вуглецевої пасти, яка для підвищення ефективності використання площі наноситься у вигляді друкованих резистивних смуг на деякій відстані одна від іншої, і розташованих по краях нагрівального шару струмопровідних електродів з друкованого шару срібла і мідної шини, який заламіновано водонепроникною, пожежостійкою плівкою, причому для підтримки заданої температури нагріву резистивний електронагрівач містить напівпровідниковий полімерний шар з позитивним температурним коефіцієнтом опору, який нанесений окремо по групах резистивних смуг на одному зі струмопровідних електродів та запресований між шаром друкованого срібла і мідною шиною [див. пат. України № 75083 з класу А05В 3/36, опублікований 26.11.2012 року в Бюл. № 22]. Використання вуглецевої пасти для виготовлення резистивного нагрівального елемента дозволяє максимально підвищити електричний опір нагрівального елемента, проте, нанесення цього матеріалу смугами не дозволяє повністю використати основу, а отже не дозволяє максимально отримувати тепло з площі, яку займає резистивний нагрівальний елемент. Крім того, відомий нагрівальний резистивний елемент має занадто складну конструкцію, що обумовлено багатошаровою його структурою з використанням спеціальних матеріалів: біметалевих (срібло + мідь) для струмопровідних електродів, а також використання нетрадиційних матеріалів полімерних пожежостійних водонепроникних плівок, напівпровідниковий шар тощо. Як загальновідомо, чим складніше конструкція, тим ймовірніша його поломка, оскільки знижується загальна надійність такого нагрівача. 1 UA 84864 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 В основу корисної моделі поставлена задача максимального спрощення технології виготовлення нагрівального резистивного елемента та максимального розширення області його використання з одночасним максимальним спрощенням його конструкції за рахунок граничного підвищення перетворення електроенергії у теплову, шляхом максимально можливого збільшення площі нагрівального елемента та зміни принципу безперервного отримання резистивного нагрівального елемента будь-яких розмірів, форми та теплофізичних властивостей. Поставлена задача вирішується тим, що листовий нагрівальний резистивний елемент, який включає нерознімно з'єднані між собою основу (підкладку) та нагрівальний шар, в якому використовується резистивний склад на основі вуглецевої пасти, та розташованих по краях основи струмопровідних електродів, згідно з корисною моделлю, нагрівальний шар виконаний суцільним та має площу, що дорівнюється площі основи, за яку використовується поверхня матеріального об'єкта. Зрозуміло, що нагрівальний шар може бути розташований по обидві боки основи. Зрозуміло, що основа може мати будь-які розмір, форму та бути об'ємною. Як основа може бути використані конструктивні елементи та вузли опалювального пристрою (самого нагрівача). Як основа також може бути використані будь-які вироби, устаткування чи природні об'єкти. Зрозуміло, нагрівальний шар може мати переміну товщину вуглецевої пасти для отримання на окремих ділянках локальних теплофізичних властивостей. Зрозуміло, нагрівальний шар може бути виготовлений взагалі з будь-якого вуглевмісного матеріалу, наприклад фериту, графіту, технічного алмазу, вугілля тощо. Зрозуміло, нагрівальний шар з вуглецевого матеріалу може мати різний вихідний стан, зокрема пастоподібний, сухий порошкоподібний, рідинний, напіврідинний тощо. Зрозуміло, нагрівальний шар може бути виготовлений з будь-якого виду вуглевмісного матеріалу, зокрема, порошку, ниток, волокон, джгутів тощо. Зрозуміло, нагрівальний шар може бути виготовлений з композиції будь-яких вуглевмісних матеріалів, взятих у різних пропорціях для отримання певних визначених теплофізичних властивостей. Зрозуміло, нагрівальний шар може містити різні за розміром частки вуглецевого матеріалу, як локально на окремих ділянках, так і за всією площею. Зрозуміло, основа може бути виконана з будь-яких не струмопровідних жорстких чи гнучких матеріалів, зокрема термостійкого пластику, скла, гіпсу, склотканини, кераміки, каменю, бетону, навіть металу, вкритого електроізолятором, тощо. Завдяки нанесенню нагрівального шару із вуглецевої пасти на всю поверхню основи, максимально підвищується коефіцієнт корисної дії нагрівача через те, немає необхідності нагріву її невкритих пастою ділянок основи. Все тепло ніяким чином не втрачається та спрямовується тільки за прямим призначенням - нагріву об'єктів та приміщень, заради яких й використовується електронагрівач. Крім того, нанесення суцільним шаром більш технологічно ніж нанесення смугами певних розмірів з певними відстанями між ними, оскільки не вимагає особливих умов розташування резистивних смуг, зокрема розрахунку та визначення відстані між ними. Розташування нагрівального шару по обидві боки основи дозволяє суттєво (принаймні, у два рази) збільшити потужність нагрівального елемента без збільшення його розміру. Використання основи будь-якого розміру, форми, об'ємною, конструктивних елементів та вузлів опалювального пристрою, виробів, устаткування чи природних об'єктів, виконання основи з будь-яких не струмопровідних жорстких чи гнучких матеріалів, зокрема термостійкого пластику, скла, гіпсу, склотканини, кераміки, каменю, бетону, навіть металу, вкритого ізолюючим шаром, тощо, а виготовлення нагрівального шару перемінної товщини з будь-якого вуглевмісного матеріалу різного вихідного стану та виду чи з композиції будь-яких вуглевмісних матеріалів, взятих у різних пропорціях з різними за розміром частками вуглецевого матеріалу, як локально на окремих ділянках, так і за всією площею, безсумнівно, дозволяють отримати нескінченний номенклатурний ряд нагрівальних елементів. Завдяки використанню як основу поверхні будь-яких виробів, рулонованих заготовок, досягається граничне спрощення технології виготовлення резистивного нагрівального елемента через відмову від додаткових шарів як окремих елементів конструкції, що потребують збирання та скріплення між собою, а доступність матеріалів та простота технології виготовлення усіх компонентів резистивного нагрівального елемента позитивно впливає на зниження його собівартості як товару. Крім того, технологія безвідходна, а її різноманітність дозволяє організувати виробничий процес при наявності будь-якого обладнання, чи взагалі без нього, з використанням різноманітних (доступних виробнику) матеріалів, тобто, запропонований спосіб максимально універсальний. 2 UA 84864 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Отже, сукупність вищезазначених суттєвих ознак запропонованого технічного рішення, які отримані завдяки внесеним технологічним та конструктивним змінам у нагрівальний резистивний елемент, разом забезпечують досягнення певного технічного результату. Подальша суть запропонованого технічного рішення пояснюється спільно з ілюстративним матеріалом, на якому зображено наступне: фіг. 1 - запропонований листовий нагрівальний резистивний елемент, вигляд в плані; фіг. 2 - схема виготовлення запропонованого листового нагрівального резистивного елемента у вигляді рулона; фіг. 3 - виріб з запропонованим листовим нагрівальним резистивним елементом - один з численних можливих варіантів. Листовий нагрівальний резистивний елемент 1 включає нерознімно з'єднані між собою основу 2, розташованих на протилежних краях основи 2 струмопровідних електродів 3, та суцільний нагрівальний шар 4, в якому використовується резистивний склад на основі вуглецевої пасти, та який вкриває всю площу основи 2. Це найпростіший варіант запропонованого листового нагрівального елемента. Про можливі інші варіанти - зазначено вище. Запропонований листовий нагрівальний резистивний елемент виготовляють в такий спосіб. По протилежних краях основи 2 розміщують струмопровідні електроди 3, які можуть бути прикріплені до неї будь-яким відомим способом, наприклад клеєнням. На поверхню основи 2, збоку струмопровідних електродів 3, накладають будь-яким відомим способом суцільний нагрівальний шар 4 з резистивного складу на основі вуглецевого матеріалу, який вкриває всю площу основи 2. Це найпростіший варіант виготовлення листового нагрівального елемента, є найбільш простим і економічним, оскільки не потребує зайвих операцій для виготовлення багатошарового нагрівального елемента та струмопровідних електродів, проте він не єдино можливий, про що зазначалося вище. Заявлене технічне рішення перевірене на практиці. Запропонований листовий нагрівальний елемент не містить у своєму складі жодних деталей, вузлів та матеріалів, які неможливо було б відтворити на сучасному етапі розвитку науки і техніки, зокрема, у галузі електричного резистивного нагрівання об'єктів різного призначення та приміщень, 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 подібних листових 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, у порівнянні з раніш відомими, полягає у граничному спрощенні технології виготовлення листового (площинного) нагрівального резистивного елемента, а також у максимальному використанні площі основи для розміщення на неї суцільної конструкції нагрівального шару, кріплення якого до основи відбувається без залучення жодних додаткових елементів. Вказані відмінності, у сукупності, покращують теплофізичні та техніко-експлуатаційні характеристики таких нагрівальних резистивних елементів, виключають можливість використання тепла не за прямим призначенням. Жодний із відомих нагрівальних резистивних елементів не може водночас володіти всіма перерахованими властивостями, оскільки не містить у своєму складі запропонованих суттєвих ознак, заявлених у пропозиції. До технічних переваг запропонованого технічного рішення, у порівнянні з прототипом, можна віднести наступне: - максимальне підвищення коефіцієнта корисної дії листового нагрівального елемента через відсутність ділянок, які потребують попереднього розігріву; - підвищення ефективності роботи нагрівального резистивного елемента за рахунок максимально можливого збільшення його площі; - граничне спрощення технології виготовлення листового нагрівального резистивного елемента внаслідок спрощення його конструкції та, в деяких випадках, взагалі відмови від основи як від окремої деталі; - максимальне розширення сфери застосування за рахунок можливості виготовлення нагрівального резистивного елемента на будь-якому теплопостачальному виробі з будь-якими формою та розмірами; - необмежене розширення номенклатури виробів через можливість зміни розмірів, форми, теплофізичних параметрів та інших показників виробів, їхню трансформацію у вироби на різні потреби. 3 UA 84864 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Економічний ефект від впровадження запропонованого технічного рішення, у порівнянні з використанням прототипу, отримують за рахунок значного зниження собівартості виготовлення листового нагрівального резистивного елемента та зниження ціни виробів з нього. Соціальний ефект від впровадження запропонованого технічного рішення, у порівнянні з використанням прототипу, отримують за рахунок можливості задовольняти будь-які потреби споживачів. Після опису запропонованого листового нагрівального резистивного елемента, фахівцям у даній галузі знань повинно бути наочним, що все вищеописане є лише ілюстративним, а необмежувальним, будучи представленим даним прикладом. Численні можливі варіанти практичної реалізації вказаного технічного рішення, що стосуються, наприклад, форми, розмірів, використання режимів обробки чи матеріалів, рівня техніко-електронного оснащення виробів, можуть змінюватися залежно від бажань споживачів, мети і масштабу випуску виробів, сфери їх застосування тощо, та, зрозуміло, знаходяться в межах об'єму одного із звичайних і природних підходів в даній області знань і розглядаються такими, що знаходяться в межах об'єму запропонованих технічних рішень. Квінтесенцією запропонованого технічного рішення є те, що нагрівальний шар, нанесений на основу суцільно, може мати різні хімічні, фізичні та теплові параметри, а також безперервність виготовлення нагрівального елемента будь-якої форми, розмірів, призначення, який за-правом є універсальним, та може бути використаний на будь-які теплові потреби, обігріву, сушіння, інтер'єру, підлог, стін, у технологічному та побутовому обладнанні - неможливо перелічити всю номенклатуру, і саме ці обставини у сукупності дозволяють надати запропонованому технічному рішенню вищезгадані й інші переваги. Використання окремих із всієї сукупності лише окремих заявлених конструктивних елементів нагрівального елемента, природно, обмежує спектр переваг, перерахованих вище, і не може вважатися новими технологічними рішеннями в даній області знань, оскільки інші конструктивні схеми, подібні описаним, вже не вимагатимуть будьякого 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 1. Листовий нагрівальний резистивний елемент, який включає нерознімно з'єднані між собою основу (підкладку) та нагрівальний шар, в якому використовується резистивний склад на основі вуглецевої пасти, та розташованих по краях основи струмопровідних електродів, який відрізняється тим, що нагрівальний шар виконаний суцільним та має площу, що дорівнює площі основи, за яку використовується поверхня матеріального об'єкта. 2. Листовий нагрівальний резистивний елемент за п. 1, який відрізняється тим, що нагрівальний шар розташований по обидва боки основи. 3. Листовий нагрівальний резистивний елемент за п. 1, який відрізняється тим, що основа має будь-які розмір, форму та є об'ємною. 4. Листовий нагрівальний резистивний елемент за п. 1, який відрізняється тим, що як основи використані конструктивні елементи та вузли опалювального пристрою (самого нагрівача). 5. Листовий нагрівальний резистивний елемент за п. 1, який відрізняється тим, що як основи також використані будь-які вироби, устаткування чи природні об'єкти. 6. Листовий нагрівальний резистивний елемент за п. 1, який відрізняється тим, що нагрівальний шар має перемінну товщину вуглецевої пасти для отримання на окремих ділянках локальних теплофізичних властивостей. 7. Листовий нагрівальний резистивний елемент за п. 1, який відрізняється тим, що нагрівальний шар виготовлений взагалі з будь-якого вуглевмісного матеріалу, наприклад фериту, графіту, технічного алмазу, вугілля тощо. 8. Листовий нагрівальний резистивний елемент за п. 1, який відрізняється тим, що нагрівальний шар з вуглецевого матеріалу має різний вихідний стан, зокрема пастоподібний, сухий порошкоподібний, рідинний, напіврідинний тощо. 9. Листовий нагрівальний резистивний елемент за п. 1, який відрізняється тим, що нагрівальний шар виготовлений з будь-якого виду вуглевмісного матеріалу, зокрема порошку, ниток, волокон, джгутів тощо. 10. Листовий нагрівальний резистивний елемент за п. 1, який відрізняється тим, що нагрівальний шар виготовлений з композиції будь-яких вуглевмісних матеріалів, взятих у різних пропорціях для отримання певних визначених теплофізичних властивостей. 4 UA 84864 U 5 11. Листовий нагрівальний резистивний елемент за п. 1, який відрізняється тим, що нагрівальний шар містить різні за розміром частки вуглецевого матеріалу, як локально на окремих ділянках, так і за всією площею. 12. Листовий нагрівальний резистивний елемент за п. 1, який відрізняється тим, що основа виконана з будь-яких неструмопровідних жорстких чи гнучких матеріалів, зокрема термостійкого пластику, скла, гіпсу, склотканини, кераміки, каменю, бетону тощо. Комп’ютерна верстка І. Мироненко 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