Elektrische Heizeinrichtung, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung der elektrischen Heizeinrichtung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektri sche Heizeinrichtung, bestehend aus einem flexiblen, flächi gen, porösen elektrischen Widerstandskörper, wenigstens einem Paar darauf im Abstand voneinander angeordneter, mit dem elektrischen Widerstandskörperelektrisch leitend verbundener, an eine Stromquelle anschliessbarer Elektro den und mehreren, mit Kunstharz getränkten Schichten, die den elektrischen Widerstandskörper und die Elektroden ein- schliessen und abdichten, wobei alle diese Teile der Heizein- richtung einen einteiligen Körper bilden.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung der elektrischen Heizeinrichtung und auf eine Verwendung der letzteren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektri sche Heizeinrichtung zu schaffen, die mit baulich einfachen Mitteln herstellbar ist und eine vielseitige Verwendung er möglicht, ohne dass Temperatursteuereinrichtungen, wie Thermostate, vorgesehen werden müssen.
Diese Aufgabe wird in einer elektrischen Heizeinrich- tung der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der elektrische Heizkörper ein Faservlies ist, welches Kohlefasern in Wirrlage enthält.
Das Verfahren zur Herstellung einer solchen elektri schen Heizeinrichtung kennzeichnet sich dadurch, dass ein aus einem Faservlies mit Kohlefasern in Wirrlage bestehen der elektrischer Widerstandskörper und zwei Elektroden, von denen je eine an je einem Ende des elektrischen Wider standskörpers in Berührung mit diesem angeordnet ist, zwi schen wenigstens zwei Schichten aus je mehreren, mit syn thetischem Harz getränkten Flächengebilden aus elektrisch nichtleitenden Fasern eingelegt und unter Hitze zu einem einteiligen Körper verpresst werden.
Ein weiterer Gegenstand des Patentes ist die Verwen dung der Heizeinrichtung als Bodenheizeinrichtung, die unter der Begehfläche angeordnet ist.
Die erfindungsgemässe elektrische Heizeinrichtung weist den Vorteil auf, dass sie in der Lage ist, eine über die ge samte Fläche im wesentlichen gleichmässige Hitze zu erzeu gen und die vorgegebene Temperatur selbsttätig einzuhal ten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich die Heizein- richtung zum Beheizen oder Warmhalten von ebenen und gekrümmten Flächen an Körpern aus verschiedenem Kon struktionsmaterial eignet.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgen den Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen an Ausführungsbeispielen erläutert.
Fig. 1 ist ein Querschnitt einer elektrischen Heizeinrich- tung gemäss der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 ist eine teilweise aufgebrochene Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigte Heizeinrichtung, Fig. 3 ist eine teilweise aufgebrochene Draufsicht auf eine andere Ausführungsform, Fig. 4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen der Oberfläche und dem von der flächenförmigen Heizeinrichtung erzeugten Wärmebetrag darstellt.
Fig. 5 und 7 sind Beispiele einer länglichen Art einer Heizeinrichtung, in welcher: Fig. 5 eine Draufsicht mit aufgebrochenen Teilen, Fig. 6 ein entlang der Linie VI-VI in Fig. 5 geführter Schnitt, und Fig. 7 eine Erläuterungsdraufsicht auf eine abgeänderte Ausführungsform der Fig. 5 ist, Fig. 8 ist eine Darstellung zum Erläutern des Herstel lungsvorganges der flächigen Heizeinrichtung.
Fig. 9 ist eine Darstellung zum Erläutern des Herstel lungsvorganges eines geänderten Beispiels einer Heizeinrich- tung nach der vorliegenden Erfindung, Fig. 10 ist eine erläuternde Seitenansicht, in der teilweise im Schnitt ein Verwendungsbeispiel einer flexiblen, flächigen Heizeinrichtung entsprechend der Erfindung gezeigt wird, in welcher sie zum Zwecke des Warmhaltens eines Tanks ver wendet wird, Fig. 11 ist ein erläuternder Querschnitt der Fig. 10, Fig.
12 ist ein erläuternder Schnitt, der ein Verwendungs beispiel einer flächigen Heizeinrichtung nach der vorliegen den Erfindung zeigt, wobei sie zum Schneeschmelzen oder Bodenbeheizen in eine Strassenkonstruktion oder in eine Be- ton-Bodenkonstruktion eingebettet ist, Fig. 13 ist ein Schnitt, der ein Beispiel der Verwendung der flächigen Heizeinrichtung zeigt, wobei sie unter einem Fussbodenbelag zum Beheizen eines Raumes angeordnet ist, Fig. 14 ist ein Diagramm, das die Temperaturcharakteri- stik des Bodenbelages des Beispiels der Fig. 13 zeigt, Fig.
15 ist ein erläuternder Schnitt, der ein anderes An wendungsbeispiel der flächigen Heizeinrichtung der vorlie genden Erfindung zeigt, wo sie als Dachteil zum Schmelzen von Schnee auf dem Dach verwendet wird und Fig. 16 ist ein Diagramm, das die Oberflächentempera- turcharakteristik des Daches zeigt, wobei das in Fig. 15 ge zeigte Dachteil verwendet wird.
In Fig. 1 bis 3 stellt das Bezugszeichen 1 einen porösen elektrischen Widerstandskörper dar, der ein Faservlies ist und der aus Papier oder Filz gemacht ist, der darin eine An zahl von in beliebiger Richtung ausgerichteten Kohlenfasern enthält. Das Bezugszeichen 2 stellt eine Schicht dar, die aus einer Mehrzahl von Papier- oder Stoffblättern hergestellt ist, die mit einem synthetischen Harz getränkt sind, die einem Heisspressen unterzogen worden sind, um einen einteiligen Körper mit dem Widerstandskörper zu bilden. Die Bezugs zeichen 3 stellen ein Paar Elektroden dar, die aus Metallfo lien oder dergleichen bestehen und die an den entgegenge setzten Enden des elektrischen Widerstandskörpers in Be rührung mit diesem angeordnet sind.
Der elektrische Wider standskörper 1, die Schicht 2 und die Elektroden 3 sind durch Unterziehen dieser Teile einem Hitzepressen zu einem einteiligen Körper ausgebildet.
Genauer kann die flächige Heizeinrichtung der vorlie genden Erfindung entsprechend dem in Fig. 8 dargestellten Vorgang hergestellt werden. Zwei Elektroden 3, die aus Me tallfolien hergestellt werden, werden mit bekannter Technik an den entgegengesetzten Enden des elektrischen Wider standskörpers 1 provisorisch befestigt, der eine Anzahl von Kohlefasern enthält. Papierblätter 2n in gewünschter An zahl, die mit synthetischem Harz getränkt sind, werden dann auf beiden Seiten des elektrischen Widerstandskörpers 1 an geordnet, der zwei in Abstand angeordnete Elektroden 3 trägt (in dem Beispiel der Fig. 8 sind drei Blätter von Harz imprägniertem Papier auf jeder Seite des Körpers 1 an geordnet). Diese Teile werden dann einem Heiss-Pressen un terzogen, um sie zu einem einteiligen Körper zu machen.
Der vorstehend erwähnte, Kohlenfasern enthaltende elektrische Widerstandskörper ist entweder ein papierarti ger oder filzartiger Körper, der aus einer Mischung einer Anzahl von Kohlenfasern hergestellt ist, die aus Petroleum pech beispielsweise, aus Kohlenstoffpech und einer Anzahl nicht schmelzbarer Fasern hergestellt sind. Es sollte verstan den werden, dass die Kohlenfasern, die in dem elektrischen Widerstandskörper 1 verwendet werden, nicht auf die vor stehend erwähnten aus Petroleumpech hergestellten Fasern beschränkt sind, sondern dass sie aus anderen nicht schmelz baren Kunststoffasern hergestellt werden können, die elektri sche Widerstandseigenschaften haben, wie Zellulosefasern, Polyacrylonitrilfasern und Polyvinylalkoholfasern.
Es sollte auch beachtet werden, dass die Ausdrücke papierartig und filzartig nicht in ihrer besonderen, eingeschränkten Bedeutung, sondern um eine poröse Matritze oder Form zu bedeuten, verwendet werden, in welcher die nicht schmel zenden elektrischen Widerstandsfasern, wie beispielsweise Kohlenfasern, in beliebiger Richtung derart angeordnet sind, dass diese Fasern sich wenigstens teilweise untereinander berühren. Die nichtschmelzenden Fasern, die mit diesen elek trischen Widerstandskohlenfasern gemischt sind, müssen nur dann nicht schmelzbar sein, wenn der elektrische Wider standskörper 1 durch Verbinden der Elektroden mit einer Stromquelle leitend gemacht wird.
Diese nicht schmelzbaren Fasern können beispielsweise Glasfasern, Gesteinsfasern wie beispielsweise Asbestfasern, Naturfasern wie beispielsweise Holzstoff und Kunststoffasern enthalten, um als Verstär kungselement des Körpers verwendet zu werden. Wenn er forderlich, kann ein Füllstoff oder ein Bindemittel wie Titani- umdioxyd, Zinkweiss oder duroplastische Kunstharze zuge fügt werden.
Als nächstes werden die physikalischen Eigenschaften der Kohlenfasern und des Körpers im nachstehenden ge zeigt werden, der im Grunde genommen ein gemischter Aufbau aus Kohlenfasern und nicht schmelzbaren Fasern ist.
Physikalische Eigenschaften der Kohlenfasern Durchmesser: 7 bis 12 Länge: 0,5 bis 20,0 mm Zugfestigkeit: 12 t/cm2 Dehnfähigkeit: 1,5 Elastizitätsmodul: 800 t/cm2 Spefizischer elektrischer Widerstand: (5-8) x 10-3 cm Ausdehnungskoeffizient: 1,7 x 10-6/ C Hitzebeständigkeit: (in N2 Atmosphäre) :2000 C Reinheit (Kohlenstoffgehalt): 99,8 /o Physikalische Eigenschaften des Kohlenfasern gemischkörpers Zuzumischende Fasern: Holzstoff Mischungsverhältnis der Kohlefasern und des Stoffes: 40 : 60 Bindemittel (synthetischer Harz): in beliebiger Dicke des gemischten Papierkörpers: 0,22 mm Gewicht desselben: 220 bis 250 g/m2 Elektrischer Widerstand (ein Körper mit 20 cm' mit zwei an gegenüberliegenden Enden angeordneten Elektroden): 12 Temperatur bei Benutzung: 110 C oder weniger.
Die im vorstehenden erwähnten, mit synthetischem Harz getränkten Blätter, die die Schicht 2 bilden, können alle aus einem Material hergestellt werden, welches entweder ein Papier, das aus organischen Fasern gebildet ist wie (transpa rentes) Überlegpapier, (mit Mustern bedrucktes) Musterpa pier, Schutzpapier oder Kernmuster, oder ein Papier oder ein Tuch ist, der mit anorganischen Fasern oder faserähnli chen Komponenten gebildet wird, wie Glasfaserstoff oder Asbestpapier, oder das Material kann ein Papier oder ein Tuch sein, der als Gemisch aus den organischen oder anor ganischen, im Vorstehenden erwähnten Komponenten gebil det ist.
Der synthetische Harz, der zum Imprägnieren dieser Papier- oder Tuchblätter verwendet wird, kann Diallylphtha- latharz, Benzoguanaminharz, Epoxidharz, ungesättigter Poly esterharz, Melaminharz oder Phenolharz sein. Vom Ge sichtspunkt der guten Wärmeleitfähigkeit wird die Verwen dung von Diallylphthalat vorgezogen.
Wie im Vorstehenden dargelegt wurde, benutzt die flä chige Heizeinrichtung einen papier- oder filzartigen, porö sen elektrischen Widerstandskörper mit darin enthaltenden Kohlenfasern und dieser Körper, der zwei in Abstand an geordnete Elektroden trägt, ist durch Einbetten in eine Schicht abgedichtet, die durch Heisspressen der mit syntheti schem Harz imprägnierten Papier- oder Tuchblätter zusam men mit dem Körper gebildet wird. Auf diese Weise ist die Anordnung geeignet, als stabilisierte, flächige Heizeinrich- tung zu funktionieren, wie im Nachstehenden einzeln be schrieben wird.
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1. <SEP> Durch <SEP> gewünschtes <SEP> Auswählen <SEP> des <SEP> Anteils <SEP> von <SEP> Koh lenfasern <SEP> auf <SEP> die <SEP> Flächeneinheit <SEP> und <SEP> durch <SEP> gewünsch tes <SEP> Auswählen <SEP> des <SEP> Mischungsverhältnisses <SEP> der <SEP> Kohlen fasern <SEP> und <SEP> anderen <SEP> Fasern <SEP> kann <SEP> der <SEP> elektrische
<tb> Widerstandskörper <SEP> einen <SEP> gewünschten <SEP> Widerstands wert <SEP> erhalten.
<tb> 2.
<SEP> Der <SEP> elektrische <SEP> Widerstandskörper <SEP> ist <SEP> ein <SEP> poröser <SEP> Kör per, <SEP> in <SEP> welchem <SEP> die <SEP> Kohlenfasern <SEP> in <SEP> unregelmässigen
<tb> Richtungen <SEP> angeordnet <SEP> sind <SEP> und <SEP> in <SEP> welchem <SEP> die <SEP> Kohlenfa-
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Bern <SEP> wenigstens <SEP> teilweise <SEP> miteinander <SEP> in <SEP> Berührung <SEP> sind.
<tb> Der <SEP> poröse <SEP> Körper <SEP> ist <SEP> zwischen <SEP> mit <SEP> synthetischem <SEP> Harz
<tb> getränkten <SEP> Papier- <SEP> oder <SEP> Tuchblättern <SEP> angeordnet <SEP> und <SEP> die
<tb> daraus <SEP> erhaltenen <SEP> Teile <SEP> sind <SEP> miteinander <SEP> heiss <SEP> verpresst.
<tb> Als <SEP> Folge <SEP> davon <SEP> kann <SEP> das <SEP> Harz <SEP> in <SEP> die <SEP> Poren <SEP> fliessen, <SEP> das
<tb> sich <SEP> dort <SEP> absetzt,
<SEP> um <SEP> Brücken <SEP> zwischen <SEP> den <SEP> Fasern <SEP> zu <SEP> bil den. <SEP> Auf <SEP> diese <SEP> Weise <SEP> sind <SEP> die <SEP> gegenseitigen <SEP> Berührungs verhältnisse <SEP> der <SEP> Kohlenfasern <SEP> fixiert. <SEP> Auf <SEP> diese <SEP> Weise
<tb> kann <SEP> der <SEP> so <SEP> entstehende <SEP> elektrische <SEP> Widerstandskörper
<tb> einem <SEP> extrem <SEP> stabilisierten <SEP> Widerstandswert <SEP> aufweisen.
<tb> 3.
<SEP> Da <SEP> die <SEP> Kohlenfasern <SEP> relativ <SEP> zueinander <SEP> fixiert <SEP> sind, <SEP> wie
<tb> oben <SEP> beschrieben <SEP> wurde, <SEP> soll <SEP> verstanden <SEP> werden, <SEP> dass,
<tb> wenn <SEP> die <SEP> Temperatur <SEP> des <SEP> elektrischen <SEP> Widerstandskör pers <SEP> als <SEP> Folge <SEP> von <SEP> seinem <SEP> Anschluss <SEP> an <SEP> eine <SEP> Stromquelle
<tb> steigt, <SEP> das <SEP> synthetische <SEP> Harz, <SEP> das <SEP> bis <SEP> dahin <SEP> die <SEP> entspre chenden <SEP> Kohlenfasern <SEP> fixiert <SEP> hatte, <SEP> sich <SEP> leicht <SEP> ausdehnen
<tb> wird <SEP> und <SEP> seine <SEP> Haltekraft <SEP> für <SEP> die <SEP> Verbindung <SEP> der <SEP> entspre chenden <SEP> Kohlenfasern <SEP> örtlich <SEP> leicht <SEP> vermindern <SEP> wird.
<SEP> Als
<tb> Folge <SEP> davon, <SEP> wenn <SEP> die <SEP> Temperatur <SEP> eine <SEP> bestimmte <SEP> Höhe
<tb> erreicht, <SEP> wird <SEP> ein <SEP> abrupter <SEP> Anstieg <SEP> des <SEP> Widerstandswer tes <SEP> auftreten, <SEP> um <SEP> die <SEP> elektrische <SEP> Leitfähigkeit <SEP> zu <SEP> behin dern. <SEP> Diese <SEP> behinderte <SEP> Leitfähigkeit <SEP> wird <SEP> dazu <SEP> dienen,
<tb> das <SEP> synthetische <SEP> Harz <SEP> zu <SEP> veranlassen, <SEP> die <SEP> Haltekraft <SEP> be züglich <SEP> der <SEP> fixierten <SEP> Kohlenfasern <SEP> wieder <SEP> herzustellen, <SEP> so
<tb> dass <SEP> der <SEP> Widerstandswert <SEP> auf <SEP> seine <SEP> vorbestimmte <SEP> Höhe
<tb> zurückgelangt.
<SEP> Auf <SEP> diese <SEP> Weise <SEP> wird <SEP> der <SEP> Körper <SEP> selbsttä tig <SEP> eine <SEP> im <SEP> wesentlichen <SEP> konstante <SEP> Temperatur <SEP> einhalten.
<tb> Auf <SEP> diese <SEP> Weise <SEP> ist <SEP> die <SEP> flächige <SEP> Heizeinrichtung <SEP> fähig,
<tb> selbsttätig <SEP> eine <SEP> konstante <SEP> Temperatur <SEP> einzuhalten, <SEP> ohne
<tb> einen <SEP> Thermostat <SEP> oder <SEP> irgendeine <SEP> andere <SEP> Temperatur steuereinrichtung <SEP> zu <SEP> erfordern.
<tb> 4. <SEP> Da <SEP> das <SEP> elektrische <SEP> Widerstandsmaterial <SEP> aus <SEP> Kohlenfasern
<tb> besteht, <SEP> ist <SEP> es <SEP> chemisch <SEP> sehr <SEP> stark <SEP> beständig.
<SEP> Darüberhin aus <SEP> ist <SEP> der <SEP> Körper <SEP> innerhalb <SEP> einer <SEP> Schicht <SEP> aus <SEP> mit <SEP> synthe tischem <SEP> Harz <SEP> getränkten <SEP> Papier- <SEP> und <SEP> Tuchblättern <SEP> durch
<tb> Hitzepressen <SEP> der <SEP> Schicht <SEP> und <SEP> des <SEP> Körpers <SEP> luftdicht <SEP> abge schlossen, <SEP> um <SEP> die <SEP> Umgebungsluft <SEP> davon <SEP> auszuschliessen.
<tb> Als <SEP> Ergebnis <SEP> davon <SEP> besitzt <SEP> die <SEP> gesamte <SEP> Heizeinrichtung
<tb> eine <SEP> verlängerte <SEP> Benutzungsdauer <SEP> und <SEP> sie <SEP> kann <SEP> nahezu
<tb> unbegrenzt <SEP> benutzt <SEP> werden. Ein Versuch wurde unter Verwendung der im vorstehen den geschilderten flächigen Heizeinrichtung durchgeführt.
Es wurde von dem Ergebnis her festgestellt, dass die er zeugte Wärmemenge (in Kalorien) in einem proportionalen Verhältnis mit der Fläche steht, mit welcher die Wärme er zeugt wird, wie in Fig. 4 gezeigt wird. Dies zeigt die Tatsa che, dass die flächige Heizeinrichtung einen äusserst stark stabilisierten elektrischen Widerstandswert besitzt und dass dieses für die gesamte Fläche der Einrichtung gilt.
Ein weiterer Versuch wurde durchgeführt, in dem die von der Heizeinrichtung erzeugte Wärme auf eine Tempera tur von 100 C festgelegt wurde, während die Einrichtung ständig während 6000 Stunden mit Strom versorgt wurde. Es wurde gefunden, dass die Oberflächentemperaturvertei lung auf 100 C 3 C gehalten wurde, ohne Verwendung von irgendwelchen Temperatursteuereinrichtungen, und dass keine bemerkbare Änderung in der Temperatur im Laufe der Zeit festgestellt wurde.
Das in Fig. 3 gezeigte Heizungseinrichtungsbeispiel ist grundsätzlich im Prinzip identisch mit den in Fig. 1 und 2 ge zeigten. Der einzige Unterschied liegt darin, dass der Zwi schenteil des elektrischen Widerstandskörpers 1 zu einer im wesentlichen G-Form ausgeschnitten ist und dass die Elek troden dichter zueinander angeordnet sind.
Wie oben ausgeführt wurde, ist die flächige Heizeinrich- tung derart, dass der Strom zwischen zwei Elektroden zuge führt wird, die auf dem gegenüberliegenden Ende des elektri schen Widerstandskörpers angeordnet sind, um Wärme auf der gesamten Fläche der Einrichtung zu erzeugen. Da der Widerstandswert des Körpers konstant ist, wird die Tempe ratur der erzeugten Wärme durch den Abstand zwischen den zwei Elektroden und durch die aufgebrachte Spannung bestimmt. Entsprechend wird die Temperatur der erzeugten Wärme mit einem Ansteigen des Abstandes zwischen den Elektroden abnehmen, wenn der elektrische Widerstands körper eine grössere Länge besitzt. In diesem Fall wird keine gewünschte Temperatur erhalten, wenn nicht eine hohe Spannung angelegt wird.
In dem Fall, dass die Elektroden sich auf gegenüberlie genden Seiten in Längsrichtung des elektrischen Wider standskörpers erstreckend angeordnet sind, wird die Strom quellenspannung in dem Teil des Körpers aufgebracht, der bei den Anschlussklemmen liegt. Dagegen wird die aufge brachte Spannung in diesen Teilen des Körpers abnehmen, die weiter von den Anschlussklemmen entfernt liegen. Wenn die Länge des Körpers eine bestimmte Grenze überschrei tet, wird es unmöglich, über die gesamte Fläche des Körpers gleichmässig eine Hitze zu erzeugen.
Fig. 5 bis 7 zeigen Beispiele von flächigen Heizeinrich- tungen, die so ausgebildet sind, dass Wärme bei einer ge wünschten Temperatur im wesentlichen über alle Teile der Einrichtung erzeugt wird, unabhängig von ihrer Länge.
In Fig. 5 und 6 stellt das Bezugszeichen 1 einen elektri schen Widerstandskörper dar. Das Bezugszeichen 2 stellt eine Schicht dar, die durch Hitzepressen von Papier- oder Tuchblättern gebildet wird, die mit synthetischem Harz ge tränkt sind. Die Bezugszeichen 4 und 5 stellen Leitungs drähte dar, die angeordnet sind, um sich entlang der gegen überliegenden Seiten in Längsrichtung des Körpers 1 zu er strecken, jedoch in Lagen, die leicht von den Rändern des Körpers entfernt sind. Die Bezugszeichen 41, 42 ... stellen eine Gruppe von Elektroden dar, die sich quer zu der Länge des Körpers, ausgehend von dem Leitungsdraht 4 der Lei tungsdrähte 4 und 5, erstrecken und die in Abstand zueinan der in vorbestimmten Abständen entlang der Oberfläche des Körpers mit diesem in Kontakt angeordnet sind.
Die Be zugszeichen 51, 52 ... stellen eine andere Gruppe von Elek- :roden dar, die sich in ähnlicher Weise wie die Leitungs drähte 41, 42... von dem anderen Leitungsdraht 5 erstrek- cen. Diese Leitungsdrähte und die Elektroden sind zusam men mit dem Körper in der Schicht 2 eingebettet. Diese Lei tungsdrähte und die Elektroden sind aus dünnen Metallfolien wie Kupferfolien hergestellt, die eine Dicke von 0,1 mm und eine Breite von 5 bis 10 mm besitzen.
Die vorstehend beschriebenen Elektroden sind in der Weise angeordnet, dass diese, die sich von einem (4) der bei den Leitungsdrähte erstrecken, in Abstand abwechselnd ne beneinander mit denen liegen, die sich von dem anderen (5) der Leitungsdrähte erstrecken, wobei vorbestimmte Ab stände zwischen den nebeneinanderliegenden Elektroden be lassen sind.
Die Stromanschlüsse 6 und 7 der flächigen, die vorausge gangene Anordnung aufweisenden Heizeinrichtung sind an eine Stromquelle angeschlossen. Dadurch ist eine Stromquel- lenspannung zwischen jedem Paar der benachbarten Elek troden 41 und 51, 52 und 42, 42 und 52 usw. angelegt. Es ist deshalb möglich, indem es so eingerichtet wird, dass die Ab stände zwischen den benachbarten Elektroden konstant sind, in den entsprechenden Bereichen 1, 1I, III usw. der Platte eine Hitze mit im wesentlichen konstanter Tempera tur zu erzeugen, die zwischen den benachbarten Elektroden angeordnet sind.
Fig. 5 und 6 zeigen ein Beispiel der flächigen Heizeinrich- tung, in welcher der Strom, der durch alle die Elektroden fliesst, von den Leitungsdrähten 4 und 5 erzeugt wird, die so angeordnet sind, dass sie sich entlang der gegenüberliegen- den Seiten des Körpers erstrecken. Auf diese Weise wird der durch die Leitungsdrähte fliessende Betrag des Stromes in diesen Teilen der Leitungsdrähte ansteigen, die dichter an den Stromanschlüssen liegen. Aus diesem Grund wird es notwendig werden, Leitungen mit ansteigender Dicke zu verwenden, die sich abhängig von ihrer Leitfähigkeit des
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steigen der Zahl der verwendeten Elektroden vorliegt.
Fig. 7 zeigt eine Anordnung, in welcher eine Vielzahl von Leitungsdrähten benutzt wird, um das Problem zu lösen, das auftritt, wenn ein Ansteigen des durch die im vorstehen den beschriebenen Leitungsdrähte fliessenden Stromes auf tritt. Genauer gesagt, sind eine Vielzahl von Leitungsdrähten 4' und 4" entlang einer Seite des Körpers und ausserdem eine Vielzahl von Leitungsdrähten 5' und 5" entlang der an deren Seite des Körpers vorgesehen. Von einem Paar der Leitungsdrähte 4' und 5' erstreckt sich eine Gruppe von Elek troden 41', 42'. .. und 51', 52<B>...</B> Die erste Gruppe der Elek troden ist auf eine derartige Zahl beschränkt, dass die elek trische Kapazität der Leitungsdrähte 4' und 5' nicht über schritten wird.
Für die Teile des Körpers ausserhalb der vor stehend genannten Gruppe der Elektroden ist eine weitere oder zweite Gruppe von Elektroden 4 n" -1, 4n"... und 5 n" -1, 5 n",... vorgesehen, die sich von dem anderen Paar Lei tungsdrähte 4" und 5" erstreckt. Auf diese Weise ist der Stromfluss durch die erste Gruppe von Leitungsdrähten 4' und 5' und durch die zweite Gruppe von Leitungsdrähten 4" und 5" aufgeteilt.
Nunmehr wird die Beschreibung auf Verwendungsbei spiele der flächigen Heizeinrichtung der Erfindung gerichtet. Fig. 9 zeigt ein Beispiel, in dem eine flächige Heizeinrich- tung einteilig mit einer beliebigen Bohle ausgebildet ist. Auf die Oberseite einer gewählten Bohle 6 sind eine Mehrzahl von mit synthetischem Harz imprägnierten Papierblättern 2n, ein Körper 1, aus einer Mischung von Kohlefasern und anderen Fasern und eine Mehrzahl von mit synthetischem Harz getränkten Papierblättern 2n zu diesem Zweck zusam mengelegt. Diese Komponenten der Heizeinrichtung wer den dann einem Heisspressen unterzogen, um eine verbun dene einteilige Konstruktion zu schaffen.
Die Bohle 6 kann entweder ein Furnierbrett, ein Hartholzbrett, eine Schiefer platte, eine Metallplatte, eine wärmeisolierende Platte aus Material wie geschäumtem Polyurethan oder irgendeine an dere geeignete Platte oder Bohle sein. Indem ein einteiliger Körper aus der Bohle 6 und der flächigen Heizeinrichtung in dieser Weise gebildet wird, kann die dadurch erhaltene Anordnung selbst als Brett verwendet werden, das die Fä higkeit hat, als flächige Heizeinrichtung zu wirken. Indem die Oberfläche des mit synthetischem Harz getränkten Pa pierblattes mit bedruckten Mustern versehen wird, kann die erhaltene flächige Heizeinrichtung als eine schöne dekora tive Bohle zum Gebrauch in einer Konstruktion oder für an dere Zwecke verwendet werden.
Fig. 10 und 11 zeigen ein anderes Verwendungsbeispiel der flächigen Heizeinrichtung der Erfindung, in welchem diese zum Warmhalten eines Tanks verwendet wird. Eine Vielzahl von flächigen Heizeinrichtungen A (die in Fig. 8 ge zeigte Art), ist in geeigneten Abständen auf der Oberfläche des Tanks 8 angebracht. Diese Heizungseinrichtungen A sind mit einer (nicht dargestellten) Stromquelle über Lei tungsdrähte verbunden, die allgemein mit 9 bezeichnet sind. Die ganze Oberfläche des Tankes 8 einschliesslich der daran befestigten flächigen Heizeinrichtungen A ist weiter mit einem wärmebewahrenden Teil 10 umgeben, das aus einem Material wie geschäumten Polyurethan dargestellt ist. In die sem Beispiel ist die verwendete, flächige Heizeinrichtung A die gleiche wie bei dem in Fig. 8 gezeigten, die flexibel ist.
Deshalb passt sich die Heizeinrichtung A gut der gekrümm- ten Oberfläche des Tankes 8 an, so dass die in dem Tank enthaltene Flüssigkeit beheizt werden kann, oder dass die Temperatur dieser Flüssigkeit aufrecht erhalten werden kann. In ähnlicher Weise kann die Flüssigkeit oder das Gas, die in einem Rohr oder in einer Leitung enthalten sind, be heizt werden oder auf seiner Temperatur gehalten werden.
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Heizungseinrichtung der Erfindung, wobei sie in die Schicht aus Beton eingebettet ist, um eine Bodenheizung oder das Schmelzen von chnee auf der Strasse zu bewirken. In der Zeichnung stellt das Bezugszeichen 11 eine Grundschicht aus Beton und das Bezugszeichen 12 eine Oberflächen schicht aus Beton dar.
Die flächige Heizeinrichtung A ist an verschiedenen Stellen mit Durchbrechungen 13 versehen, so dass die Grundschicht 11 aus Beton einteilig mit der Ober flächenschicht 12 aus Beton verbunden ist. Von dem Ge sichtspunkt aus, dass die Grundschicht aus Beton eine wär meisolierende Eigenschaft haben sollte, wird es vorgezogen, einen wärmeisolierenden Beton zu verwenden, der eine Mi schung aus Zement und Perlit ist, die in einem Mischungs verhältnis von 1 : 4 vorbereitet ist. Dieser Perlit wird herge stellt, indem Perlit oder schwarze Glaslava veranlasst wird, durch die Anwendung von Wärme sich schnell auszudehnen. Der sich daraus ergebende Perlit ist ein Puder oder ein Gra nulat von weisser bis grauweisser Farbe, das eine Anzahl von kleinen unabhängigen Zellen darin verteilt aufweist.
Die chemische Zusammensetzung der Perlits ist etwa wie folgt:
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Si02 <SEP> 75,5
<tb> A1203 <SEP> 15,3
<tb> Fe203 <SEP> 0,9
<tb> Ca0 <SEP> 0,12
<tb> K20 <SEP> 4,0
<tb> Na20 <SEP> 3,5 In dem vorstehend geschilderten Anwendungsbeispiel der Heizeinrichtung der Erfindung wird die Anwendung einer Oberflächenschicht aus Beton bevorzugt, die von der schnell trockenden Art ist. Es ist unnötig zu sagen, dass Kunststoffkugeln oder andere Steine auf der Oberfläche der Oberflächenschicht aus Beton vorgesehen werden können.
In diesem Fall ist die flächige Heizeinrichtung A, die die gleiche wie die in Fig. 8 gezeigte ist; mit darin angebrachten Durchbrechungen 13 an verschiedenen Stellen versehen, um die Grundschicht aus Beton einteilig mit der Oberflächen schicht aus Beton zu verbinden. Sogar für den Fall, dass sich die flächige Heizeinrichtung selbst in einem gewissen Mass als Ergebnis ihres Anschlusses an eine Stromquelle aus dehnt, entstehen deshalb nicht solche Nachteile, dass die obere und die untere Schicht aus Beton voneinander gelöst werden. Dagegen wird Wärme bei einer konstanten Tempe ratur und für eine so lange als gewünschte Zeit erzeugt, so dass die Bodenbeheizung oder das Schneeschmelzen auf der Strasse ohne irgendwelche Schwierigkeiten durchgeführt werden kann.
Fig. 13 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel der flächi gen Heizeinrichtung der Erfindung, in welchem Fall die Heiz- einrichtung unter einem Bodenbelag oder Teppich auf einem Boden verlegt ist, um eine Raumheizung zu bewirken. In der Zeichnung stellt das Bezugszeichen 14 die aus Sperr holz hergestellte Oberfläche des Bodens dar. Das Bezugszei chen 15 stellt ein wärmeisolierendes, aus geschäumten Poly- urethan hergestelltes Material dar. Das Bezugszeichen 16 stellt einen Teppich dar.
Mit diesem Verwendungsfall wurde ein Versuch durchgeführt, in dem eine flächige Heizeinrich- tung verwendet wurde, die geeignet war, Wärme in einem Betrag von 300 W/m' bei einer Stromquellenspannung von 100 Volt Wechselstrom zu erzeugen. Die Oberflächentempe- ratur des Teppichs zeigte die in Fig. 14 dargestellte Cha rakteristik. Die Umgebungstemperatur während des Versu ches war 5 C. Wie aus diesem Ergebnis festgestellt wird, ist die flächenförmige Heizeinrichtung der vorliegenden Erfin dung geeignet, eine Heizung einer Oberfläche bei einer Temperatur in der Grössenordnung von 44 C, die ange nehm für Menschen ist, durchzuführen.
Fig. 15 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel der flächi gen Heizeinrichtung der Erfindung, in welchem sie als Dach heizer, um Schnee an der Oberfläche des Daches zu schmel zen, verwendet wird. Ein entsprechender Versuch wurde in der folgenden Weise durchgeführt. Ein Dachwerk wurde durch Aufkleben einer flächigen Heizeinrichtung A in der Grösse von 500 mm x 1000 mm auf den mittleren Teil von der Rückseite auf eine Eisendachplatte 17 aufgeklebt.
(In der Praxis wird das Dachwerk in einer mit dem in Fig. 9 gezeig ten Verfahren ähnlichen Weise hergestellt, oder noch ge nauer, die Eisenplatte 17 wird mittels Hitze mit der flächi gen Heizeinrichtung gleichzeitig verbunden, wenn die letz tere durch Hitze-Pressen gebildet wird.) Das Dach wurde in bekannter Technik durch Verwenden der Teile 18 der Eisen platte 17 gebildet, die ausserhalb der Ränder, der flächigen, auf die Eisenplatte aufgeklebten Heizeinrichtung liegen. Die Heizeinrichtung A wurde mit 200 V Wechselspannung be aufschlagt, um eine Wärmeerzeugung in der Grösse von 250te zu erzeugen. Auf diese Weise wurde eine Temperatur charakteristik erhalten, wie sie in Fig. 16 gezeigt ist.
Fig. 16 zeigt den Moment, in welchem die flächige Heiz- einrichtung an eine Stromquelle angeschlossen wurde, als die Dicke des Schnees 10 cm betrug. Die gestrichelte Linie stellt die Umgebungstemperatur dar und die ausgezogene Linie stellt die Oberflächentemperatur der Teile der Eisen platte dar, die die flächige Heizeinrichtung berühren. Schnee fiel während des Anschlusses an die Stromquelle. Es wurde eine sehr befriedigende Wirkung des Schneeschmelzens er halten.
The present invention relates to an electrical heating device, consisting of a flexible, flat, porous electrical resistance body, at least one pair of spaced apart electrical resistors connected to the electrical resistance body , electrodes that can be connected to a power source and several layers impregnated with synthetic resin which enclose and seal the electrical resistance body and the electrodes, all of these parts of the heating device forming a one-piece body.
The invention also relates to a method of manufacturing the electric heating device and to a use of the latter.
The invention has for its object to provide an electrical cal heating device that can be produced with structurally simple means and versatile use it enables without temperature control devices, such as thermostats, must be provided.
This object is achieved according to the invention in an electrical heating device of the type mentioned at the outset in that the electrical heating element is a fiber fleece which contains carbon fibers in a tangled layer.
The method for producing such an electrical heating device's rule is characterized in that one consists of a nonwoven fabric with carbon fibers in a tangled position of the electrical resistance body and two electrodes, each of which is arranged at one end of the electrical resistance body in contact with this, between between at least two layers of several sheets of electrically non-conductive fibers impregnated with synthetic resin are inserted and pressed under heat to form a one-piece body.
Another object of the patent is the use of the heating device as a floor heating device, which is arranged under the walk-on area.
The electrical heating device according to the invention has the advantage that it is able to generate essentially uniform heat over the entire surface and automatically maintain the specified temperature. Another advantage is that the heating device is capable of Heating or keeping flat and curved surfaces on bodies made of different construction material is suitable.
The present invention is explained with reference to the following description in conjunction with the drawings of exemplary embodiments.
1 is a cross-section of an electrical heating device according to the present invention, FIG. 2 is a partially broken plan view of the heating device shown in FIG. 1, FIG. 3 is a partially broken plan view of another embodiment, FIG Fig. 13 is a diagram showing an example of the relationship between the surface area and the amount of heat generated by the sheet heater.
5 and 7 are examples of an elongated type of heater, in which: FIG. 5 is a plan view with parts broken away, FIG. 6 is a section taken along line VI-VI in FIG. 5, and FIG. 7 is an explanatory plan view of a Modified embodiment of FIG. 5, FIG. 8 is an illustration for explaining the manufacturing process of the planar heating device.
9 is an illustration for explaining the manufacturing process of a modified example of a heating device according to the present invention. FIG. 10 is an explanatory side view in which an example of use of a flexible, flat heating device according to the invention is shown partially in section, in FIG which it is used for the purpose of keeping a tank warm, FIG. 11 is an explanatory cross section of FIGS. 10, FIG.
Fig. 12 is an explanatory section showing an example of use of a planar heater according to the present invention, embedded in a road construction or a concrete floor construction for snow melting or floor heating, Fig. 13 is a section showing an example shows the use of the flat heating device, wherein it is arranged under a floor covering for heating a room, FIG. 14 is a diagram showing the temperature characteristics of the floor covering of the example of FIG. 13, FIG.
15 is an explanatory section showing another application example of the planar heater of the present invention, where it is used as a roof member for melting snow on the roof, and FIG. 16 is a diagram showing the surface temperature characteristic of the roof, where the roof part shown in Fig. 15 is used.
In Figs. 1 to 3, the reference numeral 1 represents a porous electrical resistance body which is a nonwoven fabric and which is made of paper or felt containing therein a number of carbon fibers oriented in any direction. Reference numeral 2 represents a layer made of a plurality of sheets of paper or cloth impregnated with a synthetic resin which have been hot-pressed to form an integral body with the resistor body. The reference characters 3 represent a pair of electrodes, which are made of Metallfo lien or the like and which are arranged at the opposite ends of the electrical resistance body in contact with it.
The electrical resistance body 1, the layer 2 and the electrodes 3 are formed into a one-piece body by subjecting these parts to heat-pressing.
More specifically, the planar heater of the present invention can be manufactured according to the process shown in FIG. Two electrodes 3, which are made of Me tallfolien, are provisionally attached to the opposite ends of the electrical resistance body 1, which contains a number of carbon fibers, using known technology. Paper sheets 2n in a desired number, which are impregnated with synthetic resin, are then arranged on both sides of the electrical resistance body 1, which carries two spaced electrodes 3 (in the example of FIG. 8, three sheets of resin-impregnated paper are on arranged on each side of the body 1). These parts are then subjected to hot-pressing in order to make them into a one-piece body.
The aforementioned electrical resistance body containing carbon fibers is either a paper-like or felt-like body made of a mixture of a number of carbon fibers made of petroleum pitch, for example, carbon pitch and a number of infusible fibers. It should be understood that the carbon fibers used in the electrical resistance body 1 are not limited to the above-mentioned fibers made of petroleum pitch, but can be made of other non-meltable plastic fibers having electrical resistance properties such as cellulose fibers, polyacrylonitrile fibers and polyvinyl alcohol fibers.
It should also be noted that the terms paper-like and felt-like are not used in their particular, restricted meaning, but to mean a porous die or shape, in which the non-melting electrical resistance fibers, such as carbon fibers, are so in any direction are arranged that these fibers at least partially touch one another. The non-melting fibers mixed with these electrical resistance carbon fibers need only be non-meltable when the electrical resistance body 1 is made conductive by connecting the electrodes to a power source.
These non-fusible fibers can contain, for example, glass fibers, rock fibers such as asbestos fibers, natural fibers such as wood pulp and synthetic fibers in order to be used as a reinforcing element of the body. If necessary, a filler or a binding agent such as titanium dioxide, zinc white or thermosetting synthetic resins can be added.
Next, the physical properties of the carbon fibers and the body will be shown below, which is basically a mixed construction of carbon fibers and infusible fibers.
Physical properties of the carbon fibers Diameter: 7 to 12 Length: 0.5 to 20.0 mm Tensile strength: 12 t / cm2 Extensibility: 1.5 Modulus of elasticity: 800 t / cm2 Specific electrical resistance: (5-8) x 10-3 cm Expansion coefficient: 1.7 x 10-6 / C Heat resistance: (in N2 atmosphere): 2000 C Purity (carbon content): 99.8 / o Physical properties of the carbon fiber mixed body Fibers to be mixed: wood pulp Mixing ratio of the carbon fibers and the fabric: 40: 60 Binder (synthetic resin): Any thickness of the mixed paper body: 0.22 mm Weight of the same: 220 to 250 g / m2 Electrical resistance (a body of 20 cm 'with two electrodes placed at opposite ends): 12 Temperature in use: 110 C or less.
The above-mentioned synthetic resin impregnated sheets forming the layer 2 can all be made of a material which is either a paper made of organic fibers such as (transparent) backing paper, (pattern-printed) pattern paper , Protective paper or core pattern, or a paper or cloth that is formed with inorganic fibers or fiber-like components, such as fiberglass or asbestos paper, or the material can be a paper or cloth, which is a mixture of the organic or inorganic, in the above-mentioned components is gebil det.
The synthetic resin that is used to impregnate these paper or cloth sheets can be diallylphthalate resin, benzoguanamine resin, epoxy resin, unsaturated polyester resin, melamine resin or phenolic resin. From the point of view of good thermal conductivity, the use of diallyl phthalate is preferred.
As has been set out above, the flat heating device uses a paper or felt-like, porous electrical resistance body with carbon fibers contained therein and this body, which carries two electrodes arranged at a distance, is sealed by embedding in a layer that is sealed by hot pressing sheets of paper or cloth impregnated with synthetic resin are formed together with the body. In this way, the arrangement is suitable for functioning as a stabilized, flat heating device, as will be described individually below.
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1. <SEP> <SEP> desired <SEP> selection <SEP> of the <SEP> portion <SEP> of <SEP> carbon fibers <SEP> on <SEP> the <SEP> area unit <SEP> and <SEP> <SEP> select the desired <SEP> <SEP> the <SEP> mixing ratio <SEP> of the <SEP> carbon fibers <SEP> and <SEP> other <SEP> fibers <SEP> can <SEP> the <SEP> electrical
<tb> Resistor body <SEP> get a <SEP> desired <SEP> resistance value <SEP>.
<tb> 2.
<SEP> The <SEP> electrical <SEP> resistance body <SEP> is <SEP> a <SEP> porous <SEP> body, <SEP> in <SEP> which <SEP> the <SEP> carbon fibers <SEP> in <SEP> irregular
<tb> directions <SEP> arranged <SEP> are <SEP> and <SEP> in <SEP> which <SEP> is the <SEP> carbon fiber
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Bern <SEP> at least <SEP> partially <SEP> are <SEP> in <SEP> contact <SEP> with one another.
<tb> The <SEP> porous <SEP> body <SEP> is <SEP> between <SEP> with <SEP> synthetic <SEP> resin
<tb> soaked <SEP> paper <SEP> or <SEP> cloth sheets <SEP> arranged <SEP> and <SEP> the
<tb> <SEP> obtained from <SEP> parts <SEP> are <SEP> pressed together <SEP> hot <SEP>.
<tb> As a <SEP> sequence <SEP> of which <SEP> <SEP> the <SEP> resin <SEP> can flow into <SEP> the <SEP> pores <SEP>, <SEP> that
<tb> <SEP> settles there <SEP>,
<SEP> to <SEP> bridges <SEP> between <SEP> the <SEP> fibers <SEP> to <SEP>. <SEP> In <SEP> this <SEP> way <SEP> <SEP> the <SEP> mutual <SEP> contact relationships <SEP> of the <SEP> carbon fibers <SEP> are fixed. <SEP> In <SEP> this <SEP> way
<tb> can <SEP> the <SEP> so <SEP> resulting <SEP> electrical <SEP> resistance body
<tb> have a <SEP> extremely <SEP> stabilized <SEP> resistance value <SEP>.
<tb> 3.
<SEP> Since <SEP> the <SEP> carbon fibers <SEP> are <SEP> fixed <SEP> relative to one another <SEP>, <SEP> like
<tb> <SEP> described above <SEP>, <SEP> should be understood <SEP> <SEP>, <SEP> that,
<tb> if <SEP> the <SEP> temperature <SEP> of the <SEP> electrical <SEP> resistance body <SEP> as <SEP> sequence <SEP> from <SEP> its <SEP> connection <SEP> to < SEP> a <SEP> power source
<tb> increases, <SEP> the <SEP> synthetic <SEP> resin, <SEP> the <SEP> to <SEP> then <SEP> the <SEP> the corresponding <SEP> carbon fibers <SEP> fixes <SEP> had <SEP> <SEP> expand slightly <SEP>
<tb> <SEP> and <SEP> its <SEP> holding force <SEP> for <SEP> the <SEP> connection <SEP> of the <SEP> corresponding <SEP> carbon fibers <SEP> locally <SEP> light < SEP> decrease <SEP> will.
<SEP> As
<tb> Follow <SEP> therefrom, <SEP> if <SEP> the <SEP> temperature <SEP> a <SEP> certain <SEP> height
<tb> reached, <SEP>, <SEP> an <SEP> abrupt <SEP> rise <SEP> of the <SEP> resistance value <SEP> occurs, <SEP> by <SEP> the <SEP> electrical <SEP> Inhibit conductivity <SEP> to <SEP>. <SEP> This <SEP> hindered <SEP> conductivity <SEP> will <SEP> serve <SEP>,
<tb> cause the <SEP> synthetic <SEP> resin <SEP> to <SEP>, <SEP> the <SEP> holding force <SEP> with regard to <SEP> the <SEP> fixed <SEP> carbon fibers <SEP> again <SEP> to produce, <SEP> like this
<tb> that <SEP> the <SEP> resistance value <SEP> at <SEP> its <SEP> predetermined <SEP> height
<tb> got back.
<SEP> In <SEP> this <SEP> way <SEP> <SEP> the <SEP> body <SEP> automatically <SEP> a <SEP> in the <SEP> essential <SEP> constant <SEP> temperature < Comply with SEP>.
<tb> In <SEP> this <SEP> way <SEP> <SEP> the <SEP> flat <SEP> heating device <SEP> is capable,
<tb> automatically <SEP> maintain a <SEP> constant <SEP> temperature <SEP>, <SEP> without
<tb> require a <SEP> thermostat <SEP> or <SEP> any <SEP> other <SEP> temperature control device <SEP> to <SEP>.
<tb> 4. <SEP> Since <SEP> the <SEP> electrical <SEP> resistance material <SEP> made of <SEP> carbon fibers
<tb> exists, <SEP> is <SEP> es <SEP> chemically <SEP> very <SEP> strongly <SEP> resistant.
<SEP> In addition, <SEP> is the <SEP> body <SEP> within <SEP> a <SEP> layer <SEP> made of <SEP> soaked with <SEP> synthetic <SEP> resin <SEP> <SEP> Paper <SEP> and <SEP> cloth sheets <SEP> through
<tb> Heat presses <SEP> the <SEP> layer <SEP> and <SEP> of the <SEP> body <SEP> airtight <SEP> closed, <SEP> around <SEP> the <SEP> ambient air <SEP> away Exclude <SEP>.
<tb> As the <SEP> result <SEP> of which <SEP> <SEP> owns the <SEP> entire <SEP> heating device
<tb> an <SEP> extended <SEP> duration of use <SEP> and <SEP> you <SEP> can <SEP> almost
<tb> unlimited <SEP> can be used <SEP>. An experiment was carried out using the flat heating device described above.
It was found from the result that the amount of heat generated (in calories) is in proportion to the area with which the heat is generated, as shown in FIG. 4. This shows the fact that the flat heating device has an extremely strongly stabilized electrical resistance value and that this applies to the entire surface of the device.
Another experiment was carried out in which the heat generated by the heater was set at a tempera ture of 100 C while the device was continuously supplied with electricity for 6000 hours. It was found that the surface temperature distribution was maintained at 100 C 3 C without the use of any temperature control devices, and no noticeable change in temperature with the lapse of time was observed.
The heating device example shown in Fig. 3 is basically identical in principle to the ge in Fig. 1 and 2 showed. The only difference is that the intermediate part of the electrical resistance body 1 is cut out into a substantially G shape and that the electrodes are arranged closer to one another.
As stated above, the planar heating device is such that the current is supplied between two electrodes which are arranged on the opposite end of the electrical resistance body in order to generate heat over the entire surface of the device. Since the resistance of the body is constant, the temperature of the generated heat is determined by the distance between the two electrodes and by the voltage applied. Accordingly, the temperature of the heat generated will decrease with an increase in the distance between the electrodes if the electrical resistance body has a greater length. In this case, a desired temperature will not be obtained unless a high voltage is applied.
In the event that the electrodes are arranged on opposite sides in the longitudinal direction of the electrical resistance body extending, the power source voltage is applied in the part of the body that is located at the connection terminals. Conversely, the applied voltage will decrease in those parts of the body that are further away from the terminals. If the length of the body exceeds a certain limit, it becomes impossible to generate heat evenly over the entire surface of the body.
5 to 7 show examples of planar heating devices which are designed in such a way that heat at a desired temperature is generated essentially over all parts of the device, regardless of their length.
In Figs. 5 and 6, reference numeral 1 represents an electrical resistance body's rule. Reference numeral 2 represents a layer formed by heat-pressing sheets of paper or cloth impregnated with synthetic resin. The reference numerals 4 and 5 represent line wires which are arranged to stretch along the opposite sides in the longitudinal direction of the body 1, but in positions that are slightly removed from the edges of the body. The reference numerals 41, 42 ... represent a group of electrodes which extend transversely to the length of the body, starting from the lead wire 4 of the lead wires 4 and 5 and which are spaced apart at predetermined intervals along the surface of the Body are arranged in contact with this.
The reference numerals 51, 52... Represent a different group of electrodes, which extend in a manner similar to the line wires 41, 42... From the other line wire 5. These lead wires and the electrodes are embedded in layer 2 together with the body. These lead wires and the electrodes are made of thin metal foils such as copper foils, which have a thickness of 0.1 mm and a width of 5 to 10 mm.
The electrodes described above are arranged in such a way that those extending from one (4) of the lead wires are spaced alternately next to each other with those extending from the other (5) of the lead wires, predetermined Ab between the adjacent electrodes.
The power connections 6 and 7 of the flat, the previous arrangement having heating device are connected to a power source. Thereby, a power source voltage is applied between each pair of the adjacent electrodes 41 and 51, 52 and 42, 42 and 52, and so on. It is therefore possible, by arranging so that the distances between the adjacent electrodes are constant, in the respective areas 1, 1I, III, etc. of the plate to generate heat at a substantially constant temperature between the adjacent electrodes Electrodes are arranged.
Figs. 5 and 6 show an example of the planar heater in which the current flowing through all of the electrodes is generated by the lead wires 4 and 5 arranged to be along the opposite sides of the Body extend. In this way, the amount of current flowing through the lead wires will increase in those parts of the lead wires which are closer to the power connections. For this reason it will be necessary to use lines of increasing thickness, depending on their conductivity
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increase in the number of electrodes used.
Fig. 7 shows an arrangement in which a plurality of lead wires is used to solve the problem that occurs when an increase in the current flowing through the lead wires described in the foregoing occurs. More specifically, a plurality of lead wires 4 'and 4 "are provided along one side of the body and also a plurality of lead wires 5' and 5" are provided along the other side of the body. A group of electrodes 41 ', 42' extends from a pair of the lead wires 4 'and 5'. .. and 51 ', 52 <B> ... </B> The first group of electrodes is limited to such a number that the electrical capacity of the lead wires 4' and 5 'is not exceeded.
For the parts of the body outside of the above-mentioned group of electrodes, a further or second group of electrodes 4 n "-1, 4n" ... and 5 n "-1, 5 n", ... is provided, which are extending from the other pair of conduit wires 4 "and 5". In this way the flow of current through the first group of lead wires 4 'and 5' and through the second group of lead wires 4 "and 5" is divided.
The description is now directed to uses examples of the planar heater of the invention. FIG. 9 shows an example in which a flat heating device is formed in one piece with any plank. On top of a selected plank 6, a plurality of synthetic resin-impregnated paper sheets 2n, a body 1 made of a mixture of carbon fibers and other fibers and a plurality of synthetic resin-impregnated paper sheets 2n are put together for this purpose. These components of the heating device are then subjected to hot pressing to create a one-piece construction.
The plank 6 can either be a veneer board, a hardwood board, a slate plate, a metal plate, a heat insulating plate made of material such as foamed polyurethane or any other suitable plate or plank. By forming a one-piece body from the plank 6 and the planar heating device in this way, the arrangement thus obtained can itself be used as a board which has the ability to act as a planar heating device. By providing the surface of the synthetic resin-impregnated paper sheet with printed patterns, the flat heating device obtained can be used as a beautiful decorative screed for use in a construction or for other purposes.
FIGS. 10 and 11 show another example of use of the planar heating device of the invention in which it is used to keep a tank warm. A plurality of flat heating devices A (the type shown in Fig. 8) is attached to the surface of the tank 8 at suitable intervals. These heating devices A are connected to a power source (not shown) via conduction wires, which are generally designated 9. The entire surface of the tank 8, including the flat heating devices A attached thereto, is further surrounded by a heat-retaining part 10, which is made of a material such as foamed polyurethane. In this example, the flat heating device A used is the same as that shown in FIG. 8, which is flexible.
The heating device A therefore adapts well to the curved surface of the tank 8, so that the liquid contained in the tank can be heated or that the temperature of this liquid can be maintained. Similarly, the liquid or gas contained in a pipe or conduit can be heated or kept at its temperature.
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Heating device of the invention, being embedded in the layer of concrete to effect floor heating or melting of snow on the street. In the drawing, reference numeral 11 represents a base layer made of concrete and reference numeral 12 represents a surface layer made of concrete.
The flat heating device A is provided with openings 13 at various points, so that the base layer 11 made of concrete is connected in one piece to the upper surface layer 12 made of concrete. From the point of view that the concrete base layer should have a heat-insulating property, it is preferred to use a heat-insulating concrete which is a mixture of cement and perlite which is prepared in a mixing ratio of 1: 4. This perlite is made by causing perlite or black glass lava to expand rapidly with the application of heat. The resulting perlite is a powder or granulate of white to gray-white color that has a number of small independent cells distributed throughout it.
The chemical composition of perlite is roughly as follows:
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Si02 <SEP> 75.5
<tb> A1203 <SEP> 15.3
<tb> Fe203 <SEP> 0.9
<tb> Ca0 <SEP> 0.12
<tb> K20 <SEP> 4.0
<tb> Na 2 O <SEP> 3.5 In the above-described application example of the heating device of the invention, it is preferred to use a surface layer made of concrete which is of the quick-drying type. Needless to say, plastic balls or other stones can be provided on the surface of the surface layer of concrete.
In this case, the planar heater A is the same as that shown in Fig. 8; provided with openings 13 made therein at various points in order to connect the base layer of concrete in one piece with the surface layer of concrete. Even in the event that the flat heating device itself expands to a certain extent as a result of its connection to a power source, there are no disadvantages such that the upper and lower layers of concrete are detached from one another. On the other hand, heat is generated at a constant temperature and for as long as a desired time, so that the floor heating or snow melting on the road can be carried out without any trouble.
13 shows a further application example of the flat heating device of the invention, in which case the heating device is laid under a floor covering or carpet on a floor in order to effect room heating. In the drawing, the reference number 14 represents the surface of the floor made of plywood. The reference character 15 represents a heat-insulating material made from foamed polyurethane. The reference number 16 represents a carpet.
With this application, an experiment was carried out in which a flat heating device was used which was suitable for generating heat in an amount of 300 W / m 'at a power source voltage of 100 volts alternating current. The surface temperature of the carpet showed the characteristics shown in FIG. The ambient temperature during the experiment was 5 C. As can be seen from this result, the sheet heater of the present invention is capable of heating a surface at a temperature of the order of 44 C which is comfortable for people.
Fig. 15 shows another application example of the flächi gene heating device of the invention, in which it is used as a roof heater to melt snow on the surface of the roof. A similar experiment was carried out in the following manner. A roof structure was glued onto an iron roof plate 17 from the rear side by gluing a flat heating device A with a size of 500 mm × 1000 mm onto the middle part.
(In practice, the roof structure is produced in a manner similar to the method shown in Fig. 9, or more precisely, the iron plate 17 is simultaneously connected by means of heat to the flat heating device when the latter is formed by heat-pressing is.) The roof was formed in known technology by using the parts 18 of the iron plate 17, which are outside the edges of the flat heating device glued to the iron plate. The heating device A was charged with 200 V AC voltage to generate heat in the order of 250 tons. In this way, a temperature characteristic as shown in Fig. 16 was obtained.
FIG. 16 shows the moment at which the flat heating device was connected to a power source when the thickness of the snow was 10 cm. The dashed line represents the ambient temperature and the solid line represents the surface temperature of the parts of the iron plate that touch the flat heating device. Snow fell while the power source was connected. A very satisfactory effect of melting snow was obtained.