CZ20002807A3 - Plochý topný článek - Google Patents

Abstract

Řešení se týká plochého topného článku (1) a jeho použití ve vyhřívané trubce, zahřívaném dopravním zařízení a vyhřívaném válci, přičemž plochý topný článek (I) obsahuje tenkou odporovou vrstvu (2) a nejméně dvě ploché elektrody (3,4), umístěné na jedné straně odporové vrstvy (2) v odstupu od sebe.

Description

Plochý topný článek

Oblast techniky

Vynález se týká plochého topného článku, sestávajícího z tenké odporové vrstvy, obsahující elektricky vodivý polymer, a z nejméně dvou plochých elektrod, umístěných na jedné straně odporové vrstvy v odstupu od sebe.

Dosavadní stav techniky

Pro výrobu tepla se v různých oborech techniky používají odporové topné články. Tyto topné články potřebují pro dosažení potřebné teploty zpravidla vysoká napětí v topném článku. Tato vysoká napětí však mohou znamenat zejména při použití k ohřívání látek nebo při kontaktu s lidským tělem bezpečnostní rizika. Navíc jsou dosud známé a používané odporové topné články na základě použitých materiálů vhodné zejména při dlouhodobém provozu jen pro nižší teploty. Další známá řešení, která jsou součástí stavu techniky, vyžadují složitější vytvoření odporového topného článku a omezují tak rozsah možností jeho použití.

Úkolem vynálezu je vyřešit topný článek, u kterého by byl zajištěn i v dlouhodobém provozu vysoký plošný výkon a tím se umožnilo dosahovat zahřátí na vysoké teploty při současném používání nízkých napětí v topném článku. Plošný topný článek má být dále mnohostranně využitelný a jednoduše připojitelný k příslušným kontaktům.

Vynález se také týká vyhřívané trubky, u které je použit odporový topný článek.

Tyto trubky jsou používány pro různé účely, například pro dopravu tekutin a jiných látek. Jestliže se tyto trubky například kladou do země nebo v chladných krajích na povrch terénu, vzniká nebezpečí, Že dopravovaná látka v důsledku pů2 • »· « * ·· · • · · · · • ··* ♦i v

sobení nízkých teplot ztuhne a dojde k ucpání potrubí.

Proto je dalším úkolem vynálezu vyřešit konstrukci trubky, která by se mohla zahřívat pomocí jednoduchých technických prostředků a mohla být používána pro nejrúznější účely.

Kromě toho se vynález také týká vyhřívaného dopravního zařízení pro dopravu látek.

Tekuté látky, například plyny nebo kapaliny, se často dopravují v uzavřených nádobách a nádržích, upevněných například na železničním vozu nebo na nákladním automobilu. Při nízkých okolních teplotách může dopravovaná látka v nádrži zmrznout a tím může dojít k poškození nádrže. Umístění topných článků na takové dopravní vozy a vagony klade velké nároky na topné články a také na možný přenos tepla mezi topným článkem a dopravním vozidlem. Přitom je důležité, aby topný článek nezpůsoboval místní zvýšení teploty. Také je třeba zabránit selhání topného článku například v důsledku jeho uvolnění od nádrže, aby nemohlo dojít ke zmrznutí dopravované látky.

Úkolem vynálezu je proto pro dopravu látek, ve kterém spolehlivé udržovat na předem vznikala bezpečnosti rizika, r

výbuchu nebo požáru.

také vyřešit dopravní zařízení by se mohla dopravovaná látka určené teplotě, aniž by přitom například nebezpečí zamrznutí,

Vynález se týká také vyhřívaného válce, využitelného zejména jako kopírovacího válce nebo válce pro nanášení fólií.

V mnoha oblastech tepelné techniky je nutné mít k dispozici válec, který by mohl být vyhříván na určitou teplotu. Dosud se takové válce opatřují topnými články, u kterých jsou • ·· «··· ··

I ♦ 1 ♦ * ·· v izolační hmotě uloženy odporové dráty. Další varianta těchto válců, kterou jsou vyhřívané válce pro používaná například u kopírovacích strojů, obsahuje halogenové zářiče umístěné v dutém válci. Obé varianty však mají nevýhody, protože jednak je jejich výroba příliš drahá a jednak mají nízkou účinnost přenosu tepla.

Vynálezem má být proto vyřešen vyhřívaný válec, který by měl jednoduchou konstrukci, pro svou činnost by potřeboval nižší elektrické napětí a současně by dosahoval vysoké účinnosti přenosu tepla. Vyhřívaný válec by měl mít také mnohostranné využití.

Vynález je založen na poznatku, že tyto úkoly je možno vyřešit pomocí odporového topného článku, u kterého optimálně protéká topný proud vhodným odporovým materiálem.

Vynález také vychází z poznatku, že další úkoly je možno vyřešit trubkou, dopravním zařízením a vyhřívaným válcem, které jsou opatřeny odporovým topným článkem, přičemž tento odporový topný článek, vyrobený z vhodného odporového materiálu, kterým optimálně protéká topný proud, je vytvořen v plochém tvaru a zajišťuje rovnoměrné převádění tepla v celé své ploše.

Podstata vynálezu

Tyto úkoly jsou vyřešeny plochým topným článkem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že tento plochý topný článek obsahuje tenkou odporovou vrstvu, tvořenou vnitřně elektricky vodivým polymerem, a nejméně dvě plošné elektrody, které jsou umístěny na jedné straně odporové vrstvy v odstupu od sebe.

U topného článku podle vynálezu obsahuje odporová vrstva vnitřně elektricky vodivý polymer.

• ·· « · • « · * · · · · ♦ · ···» ·· ♦· ·· ·· ··

Tyto polymery, použité podle vynálezu v odporové vrstvě, mají být upraveny tak, že proud protéká podél molekul polymeru. Díky polymemí struktuře se topný proud může vést polymerem a tím také odporovou vrstvou. Na základě elektrického odporu polymerů se vyvíjí teplo, které se potom může předávat zahřívanému předmětu. Přitom nemusí topný proud protékat nejkratší dráhou mezi oběma elektrodami, ale sleduje strukturu vytvořenou v polymerním materiálu. Délka proudového obvodu je tak dána druhem polymeru, takže i při malých tloušťkách vrstvy je možno přivádět do vrstvy vysoká napětí, aniž by dochá_ř zelo k průrazu napětí. I při přívodu větších proudů, například zapínacích proudu, se není třeba obávat propálení vrstvy. Dále je rozdělením proudu v první elektrodě a jeho následným vedením odporovou vrstvou podél struktury polymerního materiálu dosaženo homogenního rozdělení teplot v odporové vrstvě. Tento stav se nastaví bezprostředné po přivedení napětí na elektrody.

v důsledku použití polymerů podle vynálezu je možné provozovat odporový topný článek i při vyšších napětích, odpovídajících například napětí v síti. Protože dosažitelný tepelný výkon roste se čtvercem provozního napětí, je možné u odporového topného článku podle vynálezu dosáhnout větších výkonů a tím také vyšších teplot. Hustota proudu se u řešení podle vynálezu minimalizuje vytvořením poměrně dlouhého elektrického obvodu podél elektricky vodivého polymeru, popřípadě vytvořením dvou zón zapojených elektricky do série, které obsav hují podle vynálezu vnitřně elektricky vodivý polymer.

, Elektricky vodivé polymery, použité podle vynálezu, jsou dále dlouhodobě stabilní. Tato stabilita je založena především na tom, že při zvýšení teploty nedochází k trhání polymerních řetězců a tím k přerušení proudového obvodu. Ani po mnohonásobně opakovaném zvýšení a snížení teplot nejsou polymerní řetězce poškozeny. Naproti tomu dosud známé odporové

4444 4· * 4 4 44

4 4 4

4· 44 topné články, u kterých je vodivost zajištěna kostrou z vodivých sazí, by vedlo takové tepelné roztahování k přetržení proudového obvodu a tím k přehřátí. To by vyvolalo silnou oxidaci a propálení odporové vrstvy. Tyto jevy spojené se stárnutím materiálu se u elektricky vodivého polymeru s vnitřní vodivostí podle vynálezu nevyskytují.

Elektricky vodivé polymery s vnitřní vodivostí, použité podle vynálezu, jsou odolné proti stárnutí i v reaktivním prostředí, obsahujícím například vzdušný kyslík. U odporové hmoty, použité u řešení podle vynálezu, se dále jedná při vedení proudu o vedení elektronů. Proto také nedochází u odporové vrstvy podle vynálezu k samovolnému jejímu poškození elektrolýzovými reakcemi za působení elektrického proudu. U odporového topného článku jsou ztráty plošného topného výkonu v průběhu času i při vysokých teplotách kolem například 500°C a při vysokých plošných výkonech například kolem 50 kW/m^ velmi nízké a téměř nulové.

Celkově má odporová vrstva, použitá v konstrukci podle vynálezu a vytvořená z elektricky vodivých polymerů s vnitřní vodivostí homogenní strukturu, která umožňuje dosáhnout v celé vrstvě rovnoměrného zahřátí.

Odporový topný článek je podle vynálezu kontaktně připojen pomocí dvou elektrod, vytvořených zejména z materiálu s vysokou elektrickou vodivostí, které jsou umístěny na jedné straně odporové vrstvy. Tímto druhem kontaktního připojení je možno zvláště výhodně využít působení elektricky vodivých polymerů s vnitřní vodivostí podle vynálezu. Přiváděný proud se nejprve rozděluje na první elektrodě, protéká potom podél struktury polymeru tlousřkou odporové vrstvy a potom je přiváděn k druhým kontaktně připojeným elektrodám. Proudový obvod je tím oproti konstrukci, u které obě elektrody uzavírají mezi sebou odporovou vrstvu, přídavně prodloužen. Na ·· · · · · • *9 · · · · * * • ft · · » * · 9 *· ·« ♦· I· může být tlouštka odporové má dále výhodu spočívající základě tohoto průtoku proudu vrstvy udržována malá.

Topný článek podle vynálezu v tom, že je mnohostranně využitelné. Kontaktní připojení elektrod je uskutečněno jednou stranou odporové vrstvy. Toto připojení je vytvořeno na straně odvrácené od odporové vrstvy a tím jsou kontaktní spoje snadno přístupné. Protilehlá strana odporové vrstvy, přivrácená k odporové vrstvě, nemá žádné kontaktní připojovací prvky a může být proto vytvořena v rovinné formě. Tato rovinná povrchová plocha umožňuje přímé přiložení odporové vrstvy na zahřívané těleso. Protože styčná plocha mezi odporovou vrstvou a zahřívaným tělesem není přerušena kontaktními připojeními, je umožněn ideální přenos tepla a vnitřní trubku.

Podle výhodného provedení vynálezu je na straně odporové vrstvy, protilehlé k oběma elektrodám, umístěna plošná plovoucí elektroda.

Plovoucí elektrodou se v tomto popisu a u řešení podle vynálezu označuje elektroda, která není kontaktně připojena na zdroj- proudu. Tato plovoucí elektroda může být opatřena izolací, která brání elektrickému kontaktu se zdrojem proudu.

Tato plovoucí elektroda podporuje průtok proudu odporovou vrstvou. V tomto provedení vynálezu se proud rozděluje na první elektrodě, prochází od první elektrody celou tloušťkou odporové vrstvy k protilehlé plovoucí elektrodě, na této plovoucí elektrodě se dále rozvádí, aby se potom tloušťkou odporové vrstvy přivedl k další elektrodě, která je uložena na straně odporové vrstvy, odvrácené od odporové vrstvy.

Při tomto výhodném provedení odporového topného článku protéká proud v podstatě kolmo na plochu odporové vrstvy ce7

• · 0 · • ·Φ * • · · 0 ♦

0·0 0 « « 0 0 0 0 0 ·· lou její tloušťkou. Přitom se vytvářejí v odporové vrstvě dvě zóny. V první zóně protéká proud v podstatě kolmo od první kontaktně připojené elektrody k plovoucí elektrodě a ve druhé zóně proudí proud kolmo od plovoucí elektrody k druhé kontaktně připojené elektrodě. Tímto uspořádáním se dosáhne sériového zapojení několika odporů. Tento jev má za následek, že v jednotlivých zónách je udržováno dílčí napětí, které je zmenšené oproti přiváděnému napětí. Dílčí napětí v jednotlivých zómách má tak v tomto konstrukčním provedení hodnotu odpovídající polovině přivedeného napětí. Bezpečnostní rizika se tak mohou u odporového topného článku podle vynálezu na základě snížené hodnoty napětí uspokojivě odstranit a možnosti použití takové konstrukce jsou proto mnohostranné. Tak je možné použít topného článku podle vynálezu také pro taková zařízení, u kterých přichází topný článek do přímého kontaktu se zahřívanou látkou nebo s obsluhou, popřípadě s uživateli zařízení.

Mezera vytvořená mezi kontaktně připojenými elektrodami slouží dále jako přídavný paralelně zapojený odpor. Jestliže je zvolen vzduch jako izolační materiál v této mezeře, je odpor určen odstupem elektrod od sebe a tím také povrchovým odporem odporové vrstvy.

Elektrody a plovoucí elektroda mají zejména dobrou vodivost tepla, která může být větší než 200 W/m.K, zejména větší než 250 W/m.K. Místní přehřátí se pak může díky dobré tepelné vodivosti rychle odvést do elektrod. Přehřátí tak mohou vznikat pouze ve směru tloušťky vrstvy, ale neprojevují se na základě nepatrné tloušťky vrstvy u odporového topného článku podle vynálezu negativně. Další výhoda odporového topného článku podle vynálezu spočívá v tom, že také zvýšení teploty vyvolané z vnějšku, například zahřívaným tělesem, je možno ideálně vyrovnat odporovým topným článkem.

« v « * • 9 9

999 9 • * ··«» ·· v v v « » V • · ·· · · · · • · 9 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 ·

99 99 99

Elektrody a plovoucí elektroda je vyrobeny zejména z materiálu s vysokou elektrickou vodivostí. Měrný elektrický odpor elektrod může být menší než 10^-4 Bm, zejména menší než 10'⁵ nm. Vhodnými materiály pro elektrody jsou hliník nebo méčf. Volbou takového materiálu elektrod se zajišťuje, že proud přivedený do plošných elektrod se rozvádí a rozptyluje se dříve než projde odporovou vrstvou. Tím je zajištěno rovnoměrné protékání zahřívacího proudu odporovou vrstvou a současné se zajišťuje rovnoměrné a v podstatě úplné zahřátí odporové vrstvy. Pomocí takového odporového topného článku je proto možno zajistit rovnoměrné vyvíjení tepla, které se potom může předávat dále. Zejména je volbou takového materiálu elektrod umožněno vytváření velkých odporových topných článků, aniž by musely být elektrody připojeny ve své délce nebo šířce na přívody proudu ve více místech. Zřizování napájecích vedení pro přívod proudu podél celé plochy elektrod proto není nutné. Vícenásobné kontaktní připojení je u řešení podle vynálezu voleno jen u takových konkrétních provedení, kde odporový topný článek pokrývá větší plochu nebo délku, například plochu větší než 60 cm², zejména větší než 80 cm². Velikost odporového topného článku, od které je účelné kontaktní připojeni ve více místech, je závislá kromě volby materiálu elektrod také na místě připojení kontaktů. Tak může být vícenásobné kontaktní připojení zbytečné také u větších ploch, které překračují meze uvedené v předchozí části, jestliže jsou přístupné ve své střední části a jsou v této části také opatřeny kontakty.

Velikost odporového topného článku, opatřeného jediným kontaktním připojením, je závislá na tloušťce zvolených elektrod. Podle výhodného provedení vynálezu mají elektrody a plovoucí elektroda tloušťku v rozsahu od 50 do 150 pm, zejména od 75 do 100 μϊΐι. Tyto malé tloušťky vrstev jsou výhodné z toho důvodu, že teplo produkované odporovou vrstvou se může snadno odvádět. Kromě toho jsou tenké elektrody oheb• 4 • ♦ · ·· 4 • « » · 4 · né, takže při tepelném roztahování odporové vrstvy nedochází k odlupování elektrod od odporové vrstvy a tím je zamezeno přerušení elektrického kontaktu.

Odporová vrstva je podle vynálezu tenká a její minimální tloušťka je určena pouze hodnotou průrazného napětí, přičemž výhodná tloušťka se pohybuje od 0,1 do 2 mm, zejména kolem 1 mm. Výhodou malé tloušťky odporové vrstvy je krátká doba zahřátí, umožněná touto malou tloušťkou, rychlé předávání tepla a vysoký plošný výkon. Tato malá tloušťka odporové vrstvy je přitom možná pouze u odporového topného článku podle vynálezu. Použitím polymeru podle vynálezu je jednak předem určen průběh proudového obvodu v odporové vrstvě, který může mít i při malé tloušťce odporové vrstvy dostatečnou délku pro zamezení průrazu napětí, a jednak umožňuje jednostranné kontaktní připojení rozdělení odporové vrstvy na zóny s nižším napětím, čímž se přídavně snižuje riziko průrazu.

Výhody odporového topného článku podle vynálezu se ještě zvýrazní, jestliže má odporová vrstva pozitivní teplotní součinitel elektrického odporu (PTC). Tím se dosáhne samočinného regulačního účinku s ohledem na maximálně dosažitelnou teplotu. Tento účinek je podmíněn tím, že na základě teplotního součinitele elektrického odporu (PTC) odporové vrstvy je průtok proudu odporovou vrstvou regulován v závislosti na teplotě. Čím výše teplota stoupne, tím nižší bude intenzita proudu, až nakonec při určité teplotní rovnováze bude neměřitelně malá. Tím je možno spolehlivé zamezit místnímu přehřátí a tavení odporového materiálu. Samoregulační účinek je pro topný článek zvláště důležitý, protože například u nedostatečného kontaktu topného článku podle vynálezu s vyhřívaným tělesem a tím při nedostatečném předávání tepla by mohlo docházet k lokálním zvýšením teplot.

Volba PTC materiálu jako materiálu pro odporovou vrstvu • · · • 444 4 • ·

4444 44 « w » · · · « • 4 44 4 4 4 4 • · 4 · 4 4 · · <

• 4 4 ♦ 4 4 4 4

4« ·· 44 má tak za následek, že celá odporová vrstva se zahřívá v podstatě na stejnou teplotu. Tím je umožněno rovnoměrné předávání tepla, což může být pro jednotlivé oblasti použití odporového topného článku podstatné.

Podle vynálezu může být odporová vrstva na svých plochách přivrácených k elektrodám a popřípadě plovoucí elektrodě metalizovaná. Metalizací se ukládá kov na povrchovou plochu odporové vrstvy a zlepšuje tak průtok proudu mezi elektrodami, popřípadě plovoucí elektrodou a odporovou vrstvou. Kromě toho se u tohoto výhodného provedení zlepšuje přenos tepla z odporové vrstvy k plovoucí elektrodě a tím také do zahřívaného tělesa nebo předmětu. Metalizace povrchové plochy se může provádět nástřikem kovu. Taková metalizace je možná pouze u materiálu odporové vrstvy podle vynálezu. Nákladné pokovovací operace, prováděné například při galvanizaci, jsou proto zbytečné a tím se výrazně snižuji výrobní náklady.

Elektricky vodivý polymer s vlastní vodivostí se vyrobí zejména infundováním polymeru. Infundováni může být prováděno dopováním kovu nebo polokovu. U těchto polymerů je nevlastní vodič vázán chemicky na polymerní řetězec a vytváří poruchové místo. Atomy dopantu a maticové molekuly tvoří tak zvaný přenosový komplex náboje. Při infundováni se elektrony z naplněných oblasti polymeru přenášejí na dopovací materiál. Takto vznikajícími elektronovými děrami získává polymer polovodičové elektrické vlastnosti. Chemickou reakcí se u tohoto provedení atom kovu nebo polokovu vtáhne do struktury polymeru nebo se v ní uloží tak, že se vytvoří volné náboje, které umožňují průchod proudu podél polymerní struktury. Volné náboje jsou uloženy ve formě volných elektronů nebo děr. Tím vzniká elektrický vodič.

Výhodně je polymer pro infundováni dopovacím materiálem «»·» · ·* ♦ • · · · * ·· • ·«« · * · · · ** · · · * · · ···· ·· ·♦ ·· • v · • · · • · · • * ·

99 v takovém množství posunut tak, že poměr atomů dopovacího materiálu k počtu molekul polymeru je nejméně 1:1, 2ejména v rozsahu od 2:1 do 10:1. Tímto poměrem se dosáhne toho, že v podstatě všechny molekuly polymeru jsou infundovány nejméně jedním atomem infundovacího materiálu. Volbou poměru se může nastavit vodivost polymeru a tím také odporové vrstvy a také teplotní součinitel odporu odporové vrstvy.

I když může být elektricky vodivý polymer s vnitřní vodivostí, využívaný podle vynálezu, používán i bez přidání grafitu v odporovém topném článku podle vynálezu jako materiál pro odporovou vrstvu, podle dalšího výhodného provedení vynálezu může odporová vrstva obsahovat přídavně grafitové částice. Tyto částice mohou zvyšovat vodivost celé odporové vrstvy, vzájemně se výhodně nedotýkají a zejména také netvoří žádnou mřížkovou nebo skeletovou strukturu. Grafitové částice nejsou pevně vázány do struktury polymeru, ale jsou volně pohyblivé. Jestliže je grafitová částice v kontaktu se dvěma molekulami polymeru, může proud přeskočit z jednoho řetězce přes grafit na následující řetězec. Elektrická vodivost odporové vrstvy se tím zvyšuje. Současně se mohou grafitové částice na základě jejich volné pohyblivosti v odporové vrstvě dostat na povrch a tady mohou vyvolat zlepšení kontaktu s elektrodami nebo s plovoucí elektrodou.

Grafitové částice jsou použity v množství do 20 % objemových, zejména do 5 % objemových, vztaženo na celkový objem odporové vrstvy, a mají střední průměr nejvýše 0,1 μπι. Tímto malým 'množstvím grafitu a malými rozměry jeho částic se může zamezit vzniku grafitové mřížky, což by mohlo mít za následek vedení proudu touto mřížkou. Tím je zajištěno, že proud protéká dále v podstatě po molekulách polymeru ve formě vedení elektronů a tím je možno dosáhnout výhod, uvedených v předchozí části. Vedení elektronů se přitom nesmí uskutečňovat přes grafitovou mřížku nebo grafitový skelet, ve kterém by se t · musely grafitové částice vzájemně dotýkat a toto spojení by se mohlo při mechanickém a tepelném zatížení snadno porušit, ale musí probíhat podél polymeru, který je roztažný a odolný proti stárnutí.

Elektricky vodivými polymery s vnitřní vodivosti mohou být jak elektricky vodivými polymery jako je polystyrén, polyvinylové pryskyřice, deriváty kyseliny polyakrylové a jejich směsné polymery, tak také elektricky vodivé polyamidy a jejich deriváty, polyfluorové uhlovodíky, epoxidové pryskyřice a polyuretany. Výhodné mohou být používány polyamidy, polymethylmetakryláty, epoxidy, polyuretany a také polystyrén nebo směsi těchto látek. Polyamidy přitom mají přídavné dobré lepicí vlastnosti, které jsou výhodné pro výrobu odporového topného článku podle vynálezu. Některé polymery, například polyacetylén, jsou pro svou nízkou odolnost proti stárnutí, způsobenou malou odolností proti působení kyslíku, vyloučeny z možnosti použití u řešení podle vynálezu.

Délky použitých molekul polymeru se mění v širokém rozsahu v závislosti na druhu a struktuře polymeru, ale začínají zejména na nejméně 500 Á, zvláště výhodně na nejméně 4000 Á.

V jednom výhodném provedení vynálezu je odporová vrstva opatřena podpěrným materiálem. Tento podpěrný materiál může sloužit jako nosný materiál elektricky vodivého polymeru s vnitřní vodivostí a působí kromě toho jako distanční vrstva zejména mezi elektrodami a plovoucí elektrodou.

Podpěrný materiál dodává odporovému topnému článku přídavně tuhost, díky které muže tento článek odolávat mechanickým zatížením. Dále je možno při použití podpěrného materiálu přesně nastavit tloušťku odporové vrstvy. Podpěrný materiál mohou tvořit skleněné kuličky, skleněná vlákna, minerální

• 00 · • 0 0 0 0

0 0 0

vlna, keramika, například titanát barnatý nebo plasty. Jestliže se použije podpěrný materiál ve formě tkanin nebo rohoží, vytvořených například ze skleněných vláken, pak může být zalit do hmoty připravené z elektricky vodivého polymeru s vnitřní vodivostí, to znamená může být nasycen tímto elektricky vodivým polymerem. Tloušťka vrstvy je potom určena tloušťkou mřížky, tkaniny nebo rohože. Přitom je možno použít postupů jako je natírání nebo známého sítotiskového postupu.

Podpěrným materiálem je výhodně plošný, pórovitý a elektricky izolující materiál. Pomocí tohoto materiálu je možno přídavně zamezit tomu, že by topný proud procházel místo polymerní strukturou podpěrným materiálem.

Možnost výroby vrstev, které se ve své ploše odchylují od požadované tloušťky vrstvy pouze v minimálních tolerancích, například 1 %, má zvláštní význam zejména při malých tloušťkách podle vynálezu, protože jinak je třeba zajistit bezprostřední kontakt mezi kontaktně připojenou elektrodou a plovoucí elektrodou. Kolísání tloušťek vrstvy v její ploše může působit na vyvíjenou teplotu a může vést k nepravidelnému rozdělení teplot.

Podpěrný materiál dále způsobuje, že průtok proudu nebude probíhat po nejkratší dráze mezi elektrodami a plovoucí elektrodou, ale odklání se nebo se dělí na výplňovém materiálu. Tím se dosáhne optimálního využití přiváděné energie.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí příkladů provedení zobrazených na výkresech, kde znázorňují obr. 1 axonometrický pohled na dílčí.řez příkladným provedením topného článku, obr. 2 schematický boční pohled na příkladné provedení článku se skupinou plovoucích elektrod a • · · * * **·

Λ ··· · * · · · · * · · · · · «··* ·· ·· ·· • * v » • · · · • ♦ · ·

4 · 4

4« 4« obr. 3 principielní náčrt zón vytvořených u příkladu podle obr. 2.

Příklady provedeni vynálezu

Topný článek 1 má jednu tenkou odporovou vrstvu 2 a dvě ploché elektrody 3, 4, které jsou umístěny v odstupu nad sebou a odporovou vrstvu 2. v podstatě zcela překrývají. Na protilehlé straně odporové vrstvy 2 je umístěna plovoucí elektroda 5, která překrývá odporovou vrstvu 2 po celé ploše, vymezené elektrodami 3, 4_ a odstupem mezi nimi. Jestliže jsou elektrody 3, 4 napojeny na neznázorněný zdroj proudu, rozvádí se tento proud v první elektrodě 2/ protéká potom odporovou vrstvou 2 v podstatě kolmo na její plochu k plovoucí elektrodě 5, ve které se opět rozvádí a protéká odporovou vrstvou 2 k druhé elektrodě 4, ze které je odváděn. Podle připojení elektrod 2, 4. může proud být veden také v opačném směru. Ve znázorněném příkladném provedení je izolace mezi elektrodami 2, 4 tvořena vzduchovými mezerami.

Na obr. 2 je zobrazen topný článek 1, který má tenkou odporovou vrstvu 2. Na jedné straně odporové vrstvy 2 jsou umístěny dvě ploché elektrody 3, 4 a skupina mezi nimi uspořádaných plovoucích elektrod 5. Elektrody 3,4 a plovoucí elektrody 5 jsou umístěny v odstupech od sebe a jsou přesazeny vzhledem k plovoucím elektrodám 5, umístěným na protilehlé straně odporové vrstvy 2. Proud přiváděný na elektrody 3, 4 protéká při tomto konstrukčním vytvoření odporovou vrstvou 2 a plovoucími elektrodami 5 ve směru, který je na obr. 2 vyznačen šipkami. Při tomto vedení proudu slouží odporová vrstva 2 jako sériové zapojení skupiny elektrických odporů, takže může být dosaženo velkého výkonu a současně v jednotlivých oblastech, popřípadě zónách odporové vrstvy 2 je menší napětí. Přitom se využívá jak odporu v celé tlouštce odporové vrstvy 2, tak také povrchového odporu v odstupech mezi plovoucími elektrodami 5, popřípadě mezi plovoucími elektrodami • · * 9 999 ·

• 999 ·· * 99 9 9 ·· · 9 999 9 9

99 9 9 99 9

99 99 ·9 a elektrodami 2, 4. Kromě toho větší prostorový odstup mezi kontaktními elektrodami výhodu spočívající v tom, že je možno zamezit přímému dotyku mezi těmito elektrodami.

Obr. 3 znázorňuje principielní náčrt, na základě kterého je možno objasnit elektrotechnické dimenzování příkladného provedení odporového topného článku. Jestliže se vychází v tomto jednotlivém případě z požadovaného plošného topného výkonu celého odporového topného článku, zjistí se nejprve z podílu celkového napětí, přivedeného na jednotlivé kontaktní elektrody, a z maximálních dílčích napětí, vytvářených na jednotlivých dílčích zónách zapojených do série, počet zahřívacích oblastí potřebných na šířku odporového topného článku. Topná zóna má délku S a šířka Z jednotlivých zón se vypočte z následující rovnice:

B-n . A/2 - 2.K ₂ = - _f n

kde B = celková šířka topného článku (mm)

A = odstup mezi plovoucími elektrodami, popřípadě mezi plovoucí elektrodou a elektrodami na jedné straně odporové vrstvy (mm)

K = šířka okrajového pruhu (mm) n = počet jednotlivých topných zón, zapojených do série.

Šířka jednotlivých elektrod, popřípadě plovoucích elektrod, rozmístěných střídavě na jedné nebo na druhé povrchové ploše odporové vrstvy, vychází ze součtu dvou šířek zón a odstupů A elektrod umístěných na jedné straně odporové vrstvy.

Topný výkon N_z jedné zóny odporového topného článku vyplývá ze vztahu:

^NZ ^{= U}Z* ^XG ^{= U}Z²’ ^{L = U}Z²’ ^S ·^Ζ/Ρ·θ/ • 999

9 »··» 99 • 9 «

99

9 9 9

9· 99

99 kde U = potřebná elektrická izolace (průrazná pevnost) odporové topné vrstvy pro jednotlivé případy použití pro maximální přípustné elektrické napětí (V), přivedené na dílčí odpor,

I = intenzita proudu, která je v důsledku sériového zapojení na všech dílčích odporech konstantní a rovná celkovému proudu (A),

L = elektrická vodivost vodivé polymemí odporové vrstvy (S) s vnitřní vodivostí, p = měrný odpor polymemí vrstvy (n.mm),

S = délka elektrody odporového topného článku (mm),

Z = šířka jednotlivých topných zón (mm) a

D = tloušťka odporové vrstvy (mm).

Elektrody a také plovoucí elektrody mohou být u topného článku podle vynálezu vytvořeny z kovových fólií nebo kovových plechů. Dále může být elektricky vodivá vrstva na straně odvrácené od odporové vrstvy povrstvena černým plastem. Po vytvoření přídavné vrstvy může topný článek podle vynálezu převzít také funkci černého zářiče a zajišťovat hloubkové působení vyzařovaného záření.

U topného článku podle vynálezu může být na jedné straně odporové vrstvy upraven větší počet elektrod. Vytvořením většího počtu elektrod, které jsou od sebe odděleny izolací a jsou umístěny vede sebe, přičemž slouží vždy jako dvojice elektrod, na kterou může být přivedeno napětí, je možno dosáhnout zónového ohřevu topného článku.

Do rámce vynálezu spadá také vytváření izolace mezi elektrodami pomocí izolačního materiálu, který se vkládá do spáry mezi sousedními elektrodami. Izolačním materiálem mohou být známá a používaná dielektrika, zejména plasty.

• 4 4 ·· • · ·»·· 44 v v » »

4 4·

4 4 4

4 4 4

44 » » · *

4 4 *

4 4 4 ·

4 4 ·

44

Jestliže má být povrchová plocha topného článku, která je přivrácena k ohřívanému předmětu, udržována bez napětí, může se odporová vrstva, popřípadě plovoucí elektrody opatřit povlakovou vrstvou tvořenou fólií z polyesteru, polytetrafluoretylénu, polyimidu a jiných plastů. Použití těchto běžně dostupných izolačních materiálů a z nich vytvořených jednoduchých forem materiálu, například fólií, je u topného článku podle vynálezu možné z toho důvodu, že plovoucí elektroda není opatřena kontakty a má proto hladkou povrchovou plochu.

Odporová vrstva může mít tělesné vytvoření, u kterého jsou použity různé odporové materiály s různými měrnými elektrickými odpory v jednotlivých vrstvách.

Toto provedení má výhodu spočívající v tom, že vhodnou volbou materiálů v odporové vrstvě se mohou dosáhnout na straně odporové vrstvy, ze které se má převádět teplo do zahřívaného tělesa, vyšší teploty, aniž by to muselo vést k použití různých hodnot topných proudů, jejichž přívod by musel být zajišťován například topnými dráty v jednotlivých vrstvách. Tohoto účinku je dosaženo tím, že měrný elektrický odpor použitých polymerů z vrstvy přiléhající na elektrody směrem ke straně, přivrácené k zahřívanému tělesu, popřípadě předmětu, je vždy volen jako vyšší.

Odporový topný článek podle vynálezu může být na základě použité odporové vrstvy a úpravy kontaktů provozován jak s nízkým napětím, například 24 V, tak také s vyšším napětím, například 240, 400 a až 1000 V.

S odporovým topným článkem podle vynálezu je možno dosáhnout plošných topných výkonů větších než 10 kw/m², zejména větších než 30 kW/m². Topným článkem podle vynálezu je možno dosáhnout topných výkonů až 60 kw/m². Topný výkon 60 kW/m² je možno docílit s odporovou vrstvou mající tloušťku kolem 1 mm.

Pokles výkonu v průběhu času může být menší než 0,01 % za rok při trvalém napájení proudem o napětí 240 V.

Teplota dosažitelná odporovým topným článkem podle vynálezu je omezena tepelnými vlastnostmi použitých polymerů, může však být kolem 240°C a. až do 50Q°C. Polymer je třeba volit zejména tak, aby i při vysokých dosahovaných teplotách probíhalo vedení i nadále vedením elektronů.

Topný článek může mít díky použiti odporové vrstvy podle vynálezu různé tvary. Odporový topný článek může být vytvořen ve formě pásu, jehož délka je větší než jeho šířka a u kterého jsou elektrody vytvořeny ve formě pásků, probíhajících po celé délce pásu a které jsou rozmístěny ve směru šířky odporového topného článku vede sebe. Topný článek podle vynálezu může mít také čtvercový tvar.

Odporový topný článek může být umístěn na vnitřní nebo na vnější straně trubky. Přitom přináší zvláštní výhodu jednostranné kontaktní připojení topného článku, protože přestup tepla z odporového' topného článku na zahřívaný předmět, například na trubku, není znemožňován kontakty. Také elektrická izolace mezi zahřívaným tělesem a odporovým topným článkem se zjednodušuje tím, že odpadají místa kontaktů na elektricky vodivé vrstvě.

Elektricky vodivý polymer s vnitřní vodivostí může být v rámci vynálezu volen s ohledem na to, aby tento polymer měl v jedné tepelné oblasti negativní součinitel teplotní závislosti elektrického odporu. Teplotní součinitel tak může být od určité teploty, například od 80°C, pozitivní.

Další úkoly vynálezu jsou vyřešeny zahřívanou trubkou, u které je vnitřní trubka na své vnější ploše alespoň částečně pokryta bud přímo nebo prostřednictvím mezivrstvy tenkou ··· ···· ♦ * · · • ·· ·· · · * · · · * * • · ce*· · * · * ·«*· ·· ·· ·· ·· ·· elektricky vodivý polymer vnější ploše odporové vrstvy odporovou vrstvou, obsahující s vlastní vodivostí, přičemž na jsou umístěny nejméně dvě plošné elektrody, pokrývající alespoň částečně odporovou vrstvu a umístěné v odstupech od sebe.

U trubky podle vynálezu obsahuje odporová vrstva elektricky vodivý polymer, mající svou vlastní vnitřní vodivost. Tyto polymery, použité podle vynálezu v odporové vrstvě, mají být upraveny tak, že proud protéká podél molekul polymeru.. Polymerní strukturou se topný proud vede podél polymeru odporovou vrstvou. Na základě elektrického odporu polymerů se vyvíjí teplo, které se potom může předávat zahřívané vnitřní trubce. Přitom nemusí topný proud protékat nejkratší dráhou mezi oběma elektrodami, ale sleduje strukturu vytvořenou v polymerním materiálu. Délka proudového obvodu je tak dána druhem polymeru, takže i při malých tloušťkách vrstvy je možno přivádět do vrstvy vysoká napětí, aniž by docházelo k průrazu napětí. Také při přívodu větších proudů, například zapínacích proudů, se není třeba obávat propálení vrstvy. Dále je rozdělením proudu v první elektrodě a jeho následným vedením odporovou vrstvou podél struktury polymerního materiálu dosaženo homogenního rozdělení teplot v odporové vrstvě. Tento stav se nastaví bezprostředně po přivedení napětí na elektrody.

V důsledku použití polymerů, navržených řešením podle vynálezu, je možné zajistit provozní stav trubky i při vyšších napětích, odpovídajících například napětí v síti. Protože dosažitelný tepelný výkon roste se čtvercem provozního napětí, je možné u trubky podle vynálezu dosáhnout větších výkonů a tím také vyšších teplot. Hustota proudu se podle vynálezu vytvořením poměrně dlouhého elektrického obvodu podél elektricky vodivého polymeru, popřípadě vytvořením dvou zón zapojených elektricky do série, které obsahují podle vynálezu • 4

4 4 4 •444 44

44

4 4

4 4 ·4 ·

44 použitý elektricky vodivý polymer s vlastní vodivostí, snižuje na minimum.

Elektricky vodivé polymery, použité podle vynálezu, jsou dále dlouhodobě stabilní. Tato stabilita je založena především na tom, že při zvýšení teploty nedochází k trhání polymerních řetězců a tím k přerušení proudového obvodu. Ani po mnohonásobné opakovaném zvyšování a snižování teplot nejsou polymerní řetězce poškozeny. Naproti tomu dosud známé odporové topné články, použité pro zahřívané trubky, u kterých je vodivost zajištěna kostrou z vodivých sazí, by vedlo takové tepelné roztahování k. přetržení proudového obvodu a tím k přehřátí. Tím by došlo k silné oxidaci a k propálení odporové vrstvy. Tyto jevy spojené se stárnutím materiálu se u elektricky vodivého polymeru s vnitřní vodivostí podle vynálezu nevyskytují.

Elektricky vodivé polymery s vlastní vodivostí, použité podle vynálezu, jsou odolné proti stárnutí í v reaktivním prostředí, obsahujícím například vzdušný kyslík. U odporové hmoty, použité u řešení podle vynálezu, se dále jedná při vedení proudu o elektronové vedení. Proto také nedochází u zahřívané trubky podle vynálezu k samovolnému poškození odporové vrstvy elektrolýzovými reakcemi za působení elektrického proudu. Ztráty plošného topného výkonu, dosažitelného v odporové vrstvě, jsou průběhu času i při vysokých teplotách kolem například 500° a při vysokých plošných výkonech například kolem 50 kW/m² velmi nízké a téměř nulové.

Tato dlouhodobá stabilita, popřípadě odolnost proti stárnutí má pro trubku zvláštní význam, protože tyto zahřívací trubky jsou zpravidla umístěny například v zemi nebo na jiných obtížně přístupných místech a potřeba častějších oprav by byla nežádoucí, ne-li dokonce nemožná.

• ··· • · ·»·· ·· » ·· * • · · · ·

Celkové má odporová vrstva, použitá v konstrukci podle vynálezu a vytvořená z elektricky vodivých polymerů s vnitřní vodivostí homogenní strukturu, která umožňuje dosáhnout v celé vrstvě rovnoměrného zahřátí.

Trubka je podle vynálezu kontaktně připojena pomocí dvou elektrod, vytvořených zejména z materiálu s vysokou elektrickou vodivostí, které jsou umístěny na jedné straně odporové vrstvy. Tímto druhem kontaktního připojení je možno zvláště výhodně využít působení elektricky vodivých polymerů s vnitřní vodivostí podle vynálezu. Přiváděný proud se nejprve rozděluje na první elektrodě, protéká potom podél struktury polymeru tloušťkou odporové vrstvy a potom je přiváděn k druhé kontaktně připojené elektrodě. Proudový obvod je tím oproti konstrukci, u které obě elektrody uzavírají mezi sebou odporovou vrstvu, přídavně prodloužen. Na základě tohoto průtoku proudu může být tloušťka odporové vrstvy malá.

Trubka podle vynálezu má dále výhodu spočívající v tom, že je mnohostranně využitelné. Kontaktní připojení elektrod je uskutečněno jednou stranou odporové vrstvy. Toto připojení je vytvořeno na straně odvrácené od vnitřní trubky a tím jsou kontaktní spoje snadno přístupné. Protilehlá strana odporové vrstvy, přivrácená k vnitřní trubce, nemá žádné kontaktní připojovací prvky a může být proto vytvořena v rovinné formě. Tato rovinná povrchová plocha umožňuje přímé přiložení odporové vrstvy na vnitřní trubku. Protože styčná plocha mezi odporovou vrstvou a zahřívanou vnitřní trubkou není přerušena kontaktními připojeními, je umožněn ideální přenos tepla na vnitřní trubku.

Tímto konstrukčním řešením je možno trubky ohřívat velmi jednoduše. Vnitřní trubka se může již ve výrobně opatřit odporovou vrstvou a elektrodami a také popřípadě mezivrstvou a osazovat se může již v tomto předvyrobeném stavu na stave22 ništi do vytvářeného potrubí.

Podle jednoho provedení trubky podle vynálezu je trubka opatřena mezivrstvou z materiálu, který má vysokou elektrickou vodivost a který je umístěn mezi vnitřní trubkou a odporovou vrstvou.

Mezivrstva slouží přitom jako plovoucí elektroda. Pojmem plovoucí elektroda se v tomto popisu a u řešení podle vynálezu rozumí elektroda, která není kontaktně propojena se zdrojem proudu. Tato plovoucí elektroda muže být opatřena izolací, která brání elektrickému kontaktu se zdrojem proudu. Tato plovoucí elektroda podporuje průtok proudu odporovou vrstvou.

V tomto výhodném provedení se proud rozděluje na první elektrodě, prochází od první elektrody celou tloušťkou odporové vrstvy k protilehlé plovoucí elektrodě, na této plovoucí elektrodě se dále rozvádí, aby se potom tloušťkou odporové vrstvy přivedl k další elektrodě, která je uložena na straně odporové vrstvy, odvrácené od trubky. Mezivrstva může být izolována od vnitřní trubky fólií. Izolace kontaktně nepřipojené mezivrstvy může být tvořena známými fóliemi z polyimidu, polyesteru a silikonového kaučuku.

Při tomto výhodném provedení zahřívané trubky protéká proud v podstatě kolmo na plochu odporové vrstvy celou její tloušťkou. Přitom se vytvářejí v odporové vrstvě dvě zóny.

V první zóně protéká proud v podstatě kolmo od první kontaktně připojené elektrody k plovoucí elektrodě a ve druhé zóně proudí proud kolmo od plovoucí elektrody k druhé kontaktně připojené elektrodě. Tímto uspořádáním se dosáhne sériového zapojení několika odporů. Tento jev má za následek, že v jednotlivých zónách je udržováno dílčí napětí, které je zmenšené oproti přiváděnému napětí. Dílčí napětí v jednotlivých zónách má tak v tomto konstrukčním provedení hodnotu odpovídající polovině přivedeného napětí. Bezpečnostní rizika se tak mohou >

··· · » «0*0 00 •

0 0 0

0 *

0 0 · • 0 »0 na základě snížené hodnoty napětí možnosti použití takové konstrukce Trubka podle vynálezu tak může být zemině nebo umožňuje použití trubky

Τ’ u trubky podle vynálezu uspokoj ivě odstranit a jsou proto mnohostranné používána i ve vlhké i v případech, kdy se trubky musí dotknout osoby.

Mezera vytvořena mezi kontaktně připojenými elektrodami slouží dále jako přídavný paralelně zapojený odpor. Jestliže je jako izolační materiál v této mezeře zvolen vzduch, je odpor určen odstupem elektrod od sebe a tím také povrchovým odporem odporové vrstvy. Odstup je zejména větší než tloušťka odporové vrstvy a je roven například dvojnásobku tloušťky odporové vrstvy.

Elektrody a plovoucí elektroda mají zejména dobrou vodivost tepla, která může být větší než 200 W/m.K, zejména větší než 250 W/m.K. Místní přehřátí se pak může díky dobré tepelné vodivosti rychle odvést do elektrod. Přehřátí tak mohou vznikat pouze ve směru tloušťky vrstvy, ale neprojevují se na základě nepatrné tloušťky vrstvy u trubky podle vynálezu negativně. Další výhoda trubky podle vynálezu spočívá v tom, že také jednou z vnitřních trubek, například zahřívanou vnitřní trubkou, vyvolané místní zvýšení tepla je možno ideálně vyrovnat odporovým topným článkem. Taková zvýšení teplot se mohou vyskytnout například u částečné naplněných trubek, protože ve vnitřních oblastech naplněných vzduchem je přenos tepla z trubky do vzduchu nižší.

Zahřívaná trubka má dále výhodu spočívající v tom, že odporová vrstva, umístěná na vnitřní trubce, může odolávat také značným zatížením, aniž by přitom docházelo k místním přehřátím. Mechanická zatížení, která působí na trubku osazenou zejména v zemi, vznikají zpravidla v radiálním směru. Tento směr odpovídá směru průtoku proudu v odporové vrstvě odporového topného prvku. Při takovém mechanickém zatížení « t *

• · • ·· · ·♦ • · • · · « · · «· ·« « i » • * * ·« nedochází ke zvýšení odporu v místech, ve kterých působí tlak jako by tomu bylo u topného odporového prvku, u kterého by proud proudil kolmo ke směru působení tlakového zatížení.

U dalšího výhodného provedení zahřívané trubky podle vynálezu je odporová vrstva umístěna bezprostředné na vnitřní trubce, která je vyrobena z elektricky vodivého materiálu.

Proud přecházející od jedné elektrody k následující elektrodě je u tohoto provedení veden odporovou hmotou a vnitřní trubkou. Na základě nízkého napětí, panujícího u trubky podle vynálezu v odporové vrstvě, se může uskutečnit využití vnitřní trubky, která v tomto případě působí jako plovoucí elektroda, pro vedení proudu bez vzniku bezpečnostních rizik. Současně se může vznikající teplo u tohoto výhodného provedení dobře předávat do látky nacházející se v trubce. U tohoto provedení se může vnitřní trubka po celém obvodu pokrýt odporovou vrstvou a elektrody potom pokrývají trubku v podstatě po celém obvodě. Odstup mezi elektrodami, vytvořený z elektrotechnických důvodů, je také v tomto případě zachován.

Podle dalšího výhodného provedení probíhají odporová vrstva a také na ní upravené elektrody v axiálním podélném směru a elektrody jsou umístěny na odporové vrstvě v obvodovém směru v odstupech od sebe.

Podélný průběh odporové vrstvy a elektrod může zajišťovat zahřátí určité délky trubky, přičemž přívod proudu je třeba zajistit vždy na jen jednom místě obou elektrod.

Podle výhodného provedení vynálezu pokrývá odporová vrstva jen dílčí oblast obvodu vnitřní trubky a probíhá podélně v axiálním směru. Výhodně odpovídá délka odporové vrstvy a elektrod délce trubky.

U tohoto příkladného provedeni.se může převádět teplo v definované oblasti, ve které přiléhá odporová vrstva a popřípadě mezivrstva na vnitřní trubku, do trubky. U trubek, u kterých má vnitřní trubka dobrou vodivost tepla, se teplo předávané odporovou vrstvou, rozděluje po celém obvodu a může tak zahřívat v celé ploše látku nacházející se v trubce. Tímto konstrukčním řešením se tak dosahuje dobrého zahřátí látky při nízkých konstrukčních nákladech. Tento typ tělesného vytvoření je však možné použít jen u konstrukce zahřívatelné trubky podle vynálezu, protože jen touto konstrukcí je možno dosáhnout velkého plošného výkonu, aniž by se odporová vrstva poškodila při delším trvání nepřetržitého provozu a pod vlivem reaktivních látek jako je voda nebo vzdušný kyslík.

Odporová vrstva pokrývá výhodně jednu dílčí oblast obvodu, která se v osazeném stavu nachází na spodní straně trubky. Tím je zajištěno, že i při pouze částečně vyplněné trubce je zahřívaná látka v kontaktu s touto dílčí oblastí a může se spolehlivě a rychle zahřívat.

U trubky podle vynálezu sestávají elektrody a mezivrstva zejména z materiálu s měrným elektrickým odporem menším než 10⁴ Dera, zejména menším než 10^-5 ňcm. Takovými vhodnými materiály je například hliník nebo rnědf. To má u řešení podle vynálezu zvláště velkký význam. Trubky se používají zpravidla pro výrobu potrubí, zejména dálkových potrubí na ropu a podobné. Protože odporová vrstva a elektrody mají u takových potrubí, vytvořených z trubek podle vynálezu, značnou délku, je výhodné, jestliže je elektrický odpor elektrod nízký. S takovým materiálem elektrod se může odstranit pokles napětí v ploše elektrod, který by mohl vést k celkovému poklesu výkonu. Dobrou vodivostí je kromě toho zajištěno rychlé rozptýlení proudu na elektrodě, což umožňuje rychlé rovnoměrné zahřátí v podstatě celé odporové vrstvy a tím celé délky trubky, aniž by muselo být na elektrody v celé jejich délce a šířce přiváděno napětí. Vytváření napájecího vedení podél trubky tak může být zbytečné. Takové trubky mohou mít délku až kolem 1 m. Větší počet kontaktních připojení se volí podle vynálezu jen v takových případech, kdy má trubka větší délku. Délka, od které má vícekontaktní připojení svůj význam, je závislá kromě volby druhu materiálu elektrod také na místě kontaktního připojení. Tak je možné použít vícenásobného· kontaktního připojení při větších délkách než byly délky uvedené v předchozí části, jestliže jsou elektrody uprostřed své délky přístupné a mohou být v tomto místě kontaktně připojeny.

Délka trubky, opatřené jediným kontaktním připojením, je závislá také na tloušťce zvolených elektrod. Podle výhodného provedení vynálezu mají elektrody a mezivrstva tloušťku v rozsahu od 50 do 150 μιη, zejména od 75 do 100 μιπ. Tyto malé tloušťky vrstev jsou výhodné z toho důvodu, že teplo produkované odporovou vrstvou se může snadno převádět mezivrstvou na trubku. Kromě toho jsou tenké elektrody ohebné, takže při tepelném roztahování odporové vrstvy nedochází k odlupování elektrod od odporové vrstvy a tím je zamezeno přerušení elektrického obvodu.

U potrubí větších délek však může být nutné vícenásobné kontaktní připojení elektrod. Takové připojení je možno u trubky podle vynálezu snadno zřídit. Elektrody jsou spojeny s kontakty jen na vnější straně, takže jsou snadno přístupné. U potrubí je tak možno vytvořit vedení proudu, probíhající podél trubky, přičemž elektrody jsou v odstupech od sebe připojeny na zdroj proudu. Tím je možno udržovat v provozu i dlouhé trubky podle vynálezu.

Odporová vrstva je podle vynálezu tenká a její minimální tloušťka je určena pouze hodnotou průrazného napětí, přičemž výhodná tloušťka se pohybuje od 0,1 do 2 mm, zejména kolem 1 mm. Výhodou malé tloušťky odporové vrstvy je krátká doba

99 » » v

9 9 • 9 »9 ♦

9 ••99 ·· · ·· · · ·

9 9 9

9« «· zahřátí, umožněná touto malou tloušťkou, rychlé předávání tepla a vysoký plošný výkon. Tato malá tloušťka odporové vrstvy je přitom umožněna pouze použitím elektricky vodivého polymeru s vnitřní vodivostí a druhem kontaktního připojení. Použitím polymeru podle vynálezu je jednak předem určen průběh proudového obvodu v odporové vrstvě, který muže mít i při malé tloušťce odporové vrstvy dostatečnou délku pro zamezení průrazu napětí, a jednak jednostranné kontaktní připojení umožňuje rozdělení odporové vrstvy na zóny s nižším napětím, čímž se přídavně snižuje riziko průrazu.

Výhody trubky podle vynálezu se ještě zvýrazní, jestliže má odporová vrstva pozitivní teplotní součinitel elektrického odporu (PTC). Tím se dosáhne samočinného regulačního účinku s ohledem na maximálně dosažitelnou teplotu. Tímto účinkem je možno zamezit přehřátí trubky a tím vzniku přehřátím vyvolaných reakcí v trubce. Tento účinek je podmíněn tím, že na základě teplotního součinitele elektrického odporu (PTC) odporové vrstvy je průtok proudu odporovou vrstvou regulován v závislosti na teplotě. Čím výše teplota stoupne, tím nižší bude intenzita proudu, až nakonec při určité teplotní rovnováze bude neměřitelně malá. Tím je možno spolehlivě zamezit místnímu přehřátí a tavení podporového materiálu. Tento účinek má u řešení podle vynálezu zvláštní význam.. Jestliže je trubka naplněna kapalnou látkou jen do poloviny, může se teplo v této oblasti trubky lépe odvádět než v oblasti, ve které se v trubce nachází pouze vzduch. V důsledku nedostatečného odvádění tepla by se mohl stávající odporový topný článek zahřívat a popřípadě dokonce tavit. Naproti tomu u trubky podle vynálezu je takový taviči účinek znemožněn samoregulačním účinkem.

Volba PTC materiálu jako materiálu pro odporovou vrstvu má tak za následek, že celá odporová vrstva se zahřívá v podstatě na stejnou teplotu. Tím je umožněno rovnoměrné předává28 • 4 44 · « · · · 4 · • k ι « *

ní tepla, což může být pro jednotlivé oblasti použití trubky podstatné, zejména jestliže jsou potrubím vedeny látky citlivé na teploty.

Podle vynálezu může být odporová vrstva na svých plochách přivrácených k elektrodám a mezivrstvě metalizovaná. Metalizací se ukládá kov na povrchovou plochu odporové vrstvy a zlepšuje se tak průtok proudu mezi elektrodami, popřípadě plovoucí elektrodou a odporovou vrstvou. Kromě toho se u tohoto výhodného provedení zlepšuje přenos tepla z odporové vrstvy k plovoucí elektrodě a tím také do vnitřní trubky. Metalizace povrchové plochy se může provádět nástřikem kovu. Taková metalizace je možná pouze u materiálu odporové vrstvy podle vynálezu. Nákladné pokovovací operace, prováděné například při galvanizaci, jsou proto zbytečné a tím se výrazné snižují výrobní náklady.

Elektricky vodivý polymer s vnitřní vodivostí se vyrobí zejména infundováním polymeru. Infundováni se může provádět dopováním kovem nebo polokovem. U těchto polymerů je nevlastní vodič vázán chemicky na polymerní řetězec a vytváří poruchové místo. Dopovací atomy a maticové molekuly tvoří tak zvaný přenosový komplex náboje. Při infundováni se elektrony z naplněných oblastí polymeru přenášení na dopovací materiál. Takto vznikajícími elektronovými děrami získává polymer polovodičové elektrické vlastnosti. Chemickou reakcí se u tohoto provedení atom kovu nebo polokovu vtáhne do struktury polymeru nebo se v ní uloží tak, že se vytvoří volné náboje, které umožňují průchod proudu podél polymerní struktury. Volné náboje jsou uloženy ve formě volných elektronů nebo děr. Tím vzniká vodič elektronů.

Výhodně je polymer pro infundováni dopovacím materiálem v takovém množství posunut tak, že poměr atomů dopovacího materiálu k počtu molekul polymeru je nejméně 1:1, zejména • ΦΦΦ ΐ ·' ·· • · · * e φ φ c φφ ·· v rozsahu od 2:1 do 10:1. Tímto poměrem se dosáhne toho, že v podstatě všechny molekuly polymeru jsou infundovány nejméně jedním materiálem infundovacího materiálu. Volbou poměru se může nastavit vodivost polymeru a tím také odporové vrstvy a také teplotní součinitel odporu odporové vrstvy.

I když elektricky vodivý polymer s vnitřní vodivostí, použitý podle vynálezu, může být i bez přidání grafitu využit v trubce podle vynálezu jako materiál pro odporovou vrstvu, může podle dalšího výhodného provedení vynálezu odporová vrstva obsahovat přídavně grafitové částice. Tyto částice mohou zvyšovat vodivost celé odporové vrstvy, vzájemně se však nedotýkají a zejména také netvoří žádnou mřížkovou nebo skeletovou strukturu. Grafitové částice nejsou pevně vázány do struktury polymeru, ale jsou volně pohyblivé. Jestliže je grafitová částice v kontaktu se dvěma molekulami polymeru, může proud přeskočit z jednoho, řetězce přes grafit na následující řetězec. Elektrická vodivost odporové vrstvy se tím zvyšuje. Současně se mohou grafitové částice na základě jejich volné pohyblivosti v odporové vrstvě dostat na povrch a tady mohou vyvolat zlepšení kontaktu s elektrodami nebo s mezivrstvou, popřípadě s vnitřní trubkou.

Grafitové částice jsou použity v množství do 20 % objemových, zejména do 5 % objemových, vztaženo na celkový objem odporové vrstvy, a mají střední průměr nejvýše 0,1 μη. Tímto malým množstvím grafitu a malými rozměry jeho částic se může zamezit vzniku grafitové mřížky, což by mohlo mít za následek vedení proudu touto mřížkou. Tím je zajištěno, že proud protéká dále v podstatě po molekulách polymeru a průtok se realizuje vedením elektronů a tím je možno dosáhnout výhod, uvedených v předchozí části. Vedení elektronů s přitom nesmi uskutečňovat před grafitovou mřížku nebo grafitový skelet, ve kterém by se musely grafitové částice vzájemně dotýkat a toto spojení by se mohlo při mechanickém a tepelném zatížení snad30 «· *

999 9 ·

··«· ·♦ fc 9 9 V • 9 9 ·· 99 no porušit, ale musí probíhat podél molekul polymeru, který je roztažný a odolný proti stárnutí.

Elektricky vodivými polymery s vnitřní vodivostí mohou být jak elektricky vodivými polymery jako je polystyrén, polyvinylové pryskyřice, deriváty kyseliny polyakrylové a jejich směsné polymery, tak také elektricky vodivé polyamidy a jejich deriváty, polyfluorové uhlovodíky, epoxidové pryskyřice a polyuretany. Výhodně mohou být používány polyamidy, polymethylmetakryláty, epoxidy, polyuretany a také polystyrén nebo směsi těchto látek. Polyamidy přitom mají přídavně dobré lepicí vlastnosti, které jsou výhodné pro výrobu trubky podle vynálezu, protože tím je usnadněno jejich nanášení na vnitřní trubku nebo na mezivrstvu. Některé polymery, například polyacetylén, jsou pro svou nízkou odolnost proti stárnutí, způsobenou schopností reagovat s kyslíkem, vyloučeny z možnosti použití u řešení podle vynálezu.

Délky použitých molekul polymeru se mění v širokém rozsahu v závislosti na druhu a struktuře polymeru, ale začínají zejména na nejméně 500 Á, zvláště výhodně na nejméně 4000 Á.

V jednom výhodném provedení vynálezu je odporová vrstva opatřena podpěrným materiálem. Tento podpěrný materiál může sloužit jako vnitřně vodivý polymer a působí kromě toho jako distanční vrstva zejména mezi elektrodami a mezivrstvou, popřípadě elektricky vodivou vnitřní trubkou. Podpěrný materiál dodává odporové vrstvě přídavně tuhost, díky které může distanční vrstva odolávat mechanickým zatížením. Dále je možno při použití podpěrného materiálu přesně nastavit tloušťku odporové vrstvy. Podpěrný materiál mohou tvořit skleněné kuličky , skleněná vlákna, minerální vlna, keramika, například titanát barnatý nebo plasty. Jestliže se použije podpěrný materiál ve formě tkanin nebo rohoží, vytvořených například ze skleněných vláken, pak může být zalit do hmoty připravené z vnitřně elektricky vodivého polymeru, to znamená může být nasycen elektricky vodivým polymerem s vnitřní vodivostí. Tloušťka vrstvy je potom určena tloušťkou mřížky, tkaniny nebo rohože. Přitom je možno použít postupů jako je natírání nebo známého sítotiskového postupu.

Podpěrným materiálem je výhodně plošný, pórovitý a elektricky izolující materiál. Pomocí tohoto materiálu je možno přídavně zamezit tomu, že by topný proud procházel místo polymerní strukturou podpěrným materiálem.

Možnost výroby vrstev, které se ve své ploše odchylují od požadované tloušťky vrstvy pouze v minimálních tolerancích, například 1 %, má zvláštní význam zejména při malých tloušťkách podle vynálezu, protože jinak je třeba zajistit bezprostřední kontakt mezi připojenou elektrodou a mezivrstvou, popřípadě vnitřní trubkou. Kolísání tlouštěk vrstvy v její ploše může působit na vyvíjenou teplotu a může vést k nepravidelnému rozdělení teplot.

Podpěrný materiál dále způsobuje, že průtok proudu nebude probíhat po nejkratší dráze mezi elektrodami a mezivrstvou, popřípadě vnitřní trubkou, ale odklání se nebo se dělí do větší plochy ve výplňovém materiálu. Tím se dosáhne optimálního využití přiváděné energie.

Další předmět vynálezu je objasněn pomocí příkladů provedení zobrazených na výkresech, kde znázorňují obr. 4 příčný řez trubkou podle vynálezu, vytvořenou bez tepelně izolační vrstvy a obr. 5 příčný řez příkladným provedením trubky, opatřené tepelně izolační vrstvou.

Na obr. 4 sestává zahřívaná trubka 10 z vnitřní trubky 11 a z odporové vrstvy 12, která je umístěna na vnitřní • 9

9 · • 999 9 ·

««·· ·· · ·· · ·

9 ·

9· ·· • 9 9 9 * trubce 11 a pokrývá ji po celém obvodu. Na odporové vrstvě 12 jsou umístěny dvě elektrody 13., 14, které jsou vytvořeny v plošném tvaru a jsou od sebe odděleny elektrickou izolací 16. Jestliže se připojí neznázorněný zdroj proudu na elektrody

13, 14. protéká proud odporovou vrstvou 12 a je veden od jedné elektrody 13 k vnitřní trubce 11. Vnitřní trubka 11 je v tomto příkladném provedení vytvořena z elektricky vodivého materiálu. Proud se ve stěně vnitřní trubky 11 dále rozvádí a prochází odporovou vrstvou 12 k druhé elektrodě 14. Tímto zahřívacím proudem se zahřívá celá odporová vrstva 12 a může převádět přes vnitřní trubku 11 teplo do vnitřního prostoru vnitřní trubky 11.

Na obr. 5 je na jednu část obvodu vnitřní trubky 11 uložen odporový topný článek 12, 13, 14, 3L5., 16. Ten je opatřen elektricky vodivou vrstvou 15, přivrácenou k vnitřní trubce 11. Tato vrstva 15 je rovná a je na své straně, odvrácené od vnitřní trubky 11 pokryta odporovou vrstvou 12. Na odporové vrstvě 12 jsou umístěny v odstupu od sebe dvě elektrody 13.

14. Vnitřní trubka 11 je pokryta v oblasti, která není v kontaktu s odporovým topným prvkem, pokryta tepelně izolační vrstvou 17. Kolem této tepelně izolační vrstvy 17 je umístěna izolační skořepina 18, která obklopuje jak tepelné izolační vrstvu 17, tak také odporové topné prvky .12, 13, 14., 15, 16. Trubka je dále opatřena proudovými napájecím zařízeními 19. Proudová napájecí zařízení 19 jsou spojena s přívody 19a proudu, které probíhají rovnoběžně s osou vnitřní trubky 11 izolační skořepinou 18. Tyto přívody 19a proudu probíhají v celé délce trubky a mohou být na jejím konci napojeny na neznázorněný zdroj proudu nebo mohou být kontaktně spojeny s přívody 19a proudu následující trubky. Mezi elektricky vodivou vrstvou 15, přivrácenou k vnitřní trubce 11, a vnitřní trubkou 11. mohou být uloženy materiály pro zlepšení přenosu tepla. Těmito materiály mohou být tepelně vodivé pasty, polštáře s tepelně vodivým materiálem, silikonový kaučuk a další. Odporový prvek 12, 13, 14, 1,5, 16 muže být v tomto příkladném provedení také přizpůsoben zakřivení vnitřní trubky 11, aby tak byl zajištěn bezprostřední přenos tepla.

Elektrody ,13, 14 probíhají v zobrazeném příkladném provedení v podélném směru vnitřní trubky 11 a jsou uspořádány vedle sebe v obvodovém směru. Do rámce vynálezu však spadá také takové příkladné provedení, při kterém jsou elektrody 13, 14 umístěny na odporové vrstvě 12 tak, že probíhají v obvodovém směru trubky a jsou umístěny vedle sebe v axiálním směru.

Uspořádáním přívodů paralelně k ose trubky je možno na sebe napojovat větší počet trubkových dílů, majících tělesné vytvoření podle vynálezu a napájení jednotlivých odporových topných prvků trubkových dílů je zapojeno paralelně. Přívody proudu jsou izolační skořepinou chráněny před poškozením, popřípadě kontaktem například s vodou.

Tepelné izolační vrstva slouží k omezování tepelných ztrát vyzařováním ve směru odvráceném od vnitřní trubky 11 a usměrňování tepla vyvíjeného odporovým topným článkem převážně ve směru k vnitřní trubce 11. Tepelně izolační vrstva může sestávat z izolačního materiálu a popřípadě přídavně z odrazné vrstvy.

Je také možné obklopit celou trubku tepelně izolačním materiálem a odporová vrstva a také ploché elektrody a mezivrstva jsou pak uloženy v podélné drážce vytvořené v tepelně izolační vrstvě na straně přivrácené k vnitřní trubce. Přitom je přenos tepla přes zbývající oblast obvodu vnitřní trubky, která není pokryta odporovou vrstvou a popřípadě mezivrstvou. znemožněn tepelné izolační vrstvou. Uspořádáním odporového topného prvku v izolační vrstvě je zajištěn dobrý kontakt izolační vrstvy ve zbývající oblasti s vnitřní trubku. Pří34 kladná provedení vynálezu, zobrazená na obr. 4 a 5, mohou být přídavné opatřena přítlačnými ústrojími. Tato přítlačná ústrojí mohou volitelně být umístěna z vnější strany na znázorněné zahřívané trubce a upevněna například lepicími pásky nebo upínacími kroužky nebo u příkladného provedení z obr. 5 bezprostředně na vnější straně odporového topného článku. V druhém případě mohou být tato ústrojí vytvořena z pěnové gumy. Zejména u trubek větších rozměru mohou být na straně odporového topného článku, odvrácené od vnitřní trubky, vytvořeny nafukovací nebo vypeňovací komory. Pomocí přítlačných ústrojí je zajištěn konstantní přítlačný tlak a tím dobrý přenos tepla z odporového topného článku na vnitřní trubku.

V těchto příkladech může nalézt uplatnění také odporový topný článek, zobrazený na obr. 2. Tento odporový topný článek je u trubky podle vynálezu použit tak, že strana odporového topného článku, na které jsou umístěny kontaktně připojené elektrody, je odvrácena od vnitřní trubky. Elektrody a plovoucí elektroda jsou uspořádány zejména tak, že jsou umístěny po obvodu trubky v odstupech od sebe a probíhají v axiálním směru. Tím jsou po obvodu vytvořeny různé zóny, ve kterých se vyskytuje napětí, které je oproti přiváděnému napětí menši. Elektrické dimenzování se provádí při použití odporového topného článku podle principiálního náčrtku 3 a příslušných výpočtových vzorců.

Vnitřní trubka může být u zahřívané trubky podle vynálezu vytvořena například z kovu nebo plastu, zejména z polykarbonátu. Jestliže se pro vytvoření vnitřní trubky vybere materiál, který není elektricky vodivý, může být odporový topný článek tvořen mezivrstvou mezi vnitřní trubkou a odporovou vrstvou. Do rámce vynálezu spadá také takové výhodné vytvoření, při kterém je vnitřní trubka opatřena odporovým topným článkem, který obsahuje pouze elektrody a odporovou vrstvu. U tohoto příkladného provedení se topný proud vede od jedné

0·

0 · • 00« *

0 0*00 00 • · ·· 0 0 0

0 0

00 elektrody přes odporovou hmotu odporové vrstvy, to znamená elektricky vodivým polymerem, k druhé elektrodě. Takové vedení proudu je u trubky podle vynálezu možné z toho důvodu, že struktura polymeru umožňuje dostatečné vedení proudu odporovým materiálem a také dostatečné vyvíjení tepla.

Do rámce vynálezu spadá takové řešení, kdy jsou přívody napojené napájecími ústrojími pro přívod proudu na elektrody odporového topného článku vedeny na vnější povrchové ploše izolační skořepiny.

Jako izolační prvky mezi kontaktně připojenými elektrodami mohou sloužit obvyklá dielektrika, zejména plasty.

Připojení pro napájení topných článků proudem jsou tvořeny izolovanými lanky, majícími potřebnou délku, nebo také pevné přilepenými kontakty, přičemž obecně je možno použít známých kontaktních systémů.

Do rámce vynálezu spadá také materiál pro odporovou vrstvu, jehož teplotní součinitel elektrického odporu je negativní.

Při negativní teplotním součiniteli elektrického odporu je nutný velmi malý zapinací proud. Kromě toho je možno volit materiál odporové vrstvy tak, že odporová hmota použitá podle vynálezu při určité teplotě, například při 80°C, se zpětně reguluje, takže od této teploty je teplotní součinitel elektrického odporu pozitivní.

Odporová vrstva může mít tělesné vytvoření, u kterého jsou použity různé odporové materiály s různými měrnými elektrickými odpory v jednotlivých, nad sebou umístěných vrstvách.

Toto provedení má výhodu spočívající v tom, že vhodnou • · · « »*· φ ♦ · ··« ·· ♦ · ·· » ·« * · • · · · ·· ·· νι« • ·· * * · «V *· volbou materiálů v odporové vrstvě se mohou dosáhnout na straně odporové vrstvy, ze které se má převádět teplo do zahřívaného tělesa, vyšší teploty, aniž by to muselo vést k použití různých hodnot topných proudů, jejichž přívod by musel být zajišťován například topnými dráty v jednotlivých vrstvách. Tohoto účinku je dosaženo tím, že měrný elektrický odpor použitých polymerů z vrstvy přiléhající na elektrody směrem ke straně, přivrácené k zahřívanému tělesu, popřípadě předmětu, je vždy volen jako vyšší.

Trubka podle vynálezu může být na základě použité odporové vrstvy a úpravy kontaktů provozována jak s nízkým napětím, například 24 V, ale také s vyšším napětím, například 240, 400 a až 1000 V.

S trubkou podle vynálezu je možno dosáhnout plošných topných výkonů větších než 10 kW/m², zejména větších než 30 kW/m². Trubkou podle vynálezu je dosažitelné topné výkony až 60 kW/m^z. Tento topný výkon 60 kW/m² je možno docílit s odporovou vrstvou mající tloušťku kolem 1 mm. Pokles výkonu v průběhu času může být menší než 0,01 % za rok při trvalém napájení proudem o napětí 240 V.

Teplota dosažitelná odporovým topným článkem podle vynálezu je omezena tepelnými vlastnostmi použitých polymerů, může však být vyšší než 240°C a může dosahovat až 500°C.

Trubka podle vynálezu může být tvořena trubkovým dílem libovolné délky. Tyto trubkové díly mohou být podle potřeby spojovány s dalšími trubkovými díly nebo s běžnými nezahřívanými trubkovými díly do potrubí. Tím je možné zahřívat pouze oblasti potrubí, ve kterých musí být nastavena a udržována určitá teplota, aby se zamezilo například zamrznutí potrubí. Tímto selektivním zahříváním se mohou náklady na pořízení a provoz potrubí optimalizovat. Trubky podle vynálezu se mohu vyrábět v délkách asi 10 cm, ale také v délkách až 2 m.

Je také možné opatřit konstrukcí podle vynálezu jen část délky trubky. V tepelně izolační vrstvě trubky podle vynálezu může být umístěn nejméně jeden odporový topný článek. Odporové topné články mohou probíhat v obvodovém nebo axiálním směru. Přitom mohou být odporové topné články rozmístěny po obvodu například ve skupině podélných drážek, vytvořených v izolační vrstvě.

Jestliže se elektrody topného článku napájejí stejnosměrným proudem a vnitřní trubka je vytvořena z tepelně izolačního materiálu, může se na vnitřní trubce vytvořit katodické ochranné napětí, které zamezuje korozi trubky.

Trubka může mít také takové konstrukční vytvoření, při kterém je vnitřní trubka tvořena stávající trubkou a je obklopena dvěma polovinami skořepiny, přičemž nejméně jedna polovina skořepiny je opatřena odporovým topným prvkem. Poloviny skořepiny jsou výhodně vytvořeny z izolačního materiálu, například ze skleněných vláken nebo pěnové hmoty. S trubkou podle vynálezu se mohou vytvářet a ukládat například potrubí a ropovody také v oblastech, kde je třeba počítat s promrznutím trub.

Další úkol vynálezu je vyřešen zahřívaným dopravním zařízením pro látky, obsahujícím nádobu pro uložení látky, přičemž nádoba je na své vnější straně pokryta alespoň částečné přímo nebo přes mezivrstvu tenkou odporovou vrstvou, obsahující elektricky vodivý polymer s vlastní vodivostí, přičemž na vnější straně odporové vrstvy jsou umístěny nejméně dvě plošné elektrody, umístěné v odstupech od sebe a překrývající alespoň částečně odporovou vrstvu.

může být nádoba obsahuje odporová

Dopravním zařízením podle vynálezu jednoduše a spolehlivě zahřívána.

U dopravního zařízení podle vynálezu vrstva elektricky vodivý polymer s vnitřní vodivostí. Tyto polymery, použité podle vynálezu v odporové vrstvě, mají být upraveny tak, že proud protéká podél molekul polymeru. Polymerní strukturou se topný proud vede podél polymeru odporovou vrstvou. Na základě elektrického odporu polymerů se vyvíjí teplo, které se potom může předávat zahřívané nádobě. Přitom nemusí topný proud protékat nejkratší dráhou mezí oběma elektrodami, ale sleduje strukturu' vytvořenou v polymerním materiálu. Délka proudového obvodu je tak dána druhem polymeru, takže i při malých tloušťkách vrstvy je možno přivádět do vrstvy vysoká napětí, aniž by docházelo k průrazu napětí. Také při přívodu větších proudů, například zapínacích proudů, se není třeba obávat propálení vrstvy. Dále je rozdělením proudu v první elektrodě a jeho následným vedením odporovou vrstvou podél struktury polymerního materiálu dosaženo homogenního rozdělení teplot v odporové vrstvě. Tento stav se nastaví bezprostředně po přivedení napětí na elektrody.

V důsledku použití polymerů, navržených řešením podle vynálezu, je možné provozovat dopravní zařízení při vyšších napětích, odpovídajících například napětí v síti. Protože dosažitelný tepelný výkon roste se čtvercem provozního napětí, je možné u dopravních zařízení podle vynálezu dosáhnout větších výkonů a tím také vyšších teplot. Hustota proudu se podle vynálezu minimalizuje vytvořením poměrné dlouhého elektrického obvodu podél elektricky vodivého polymeru, popřípadě vytvořením dvou zón zapojených elektricky do série, které obsahují podle vynálezu elektricky vodivý polymer s vnitřní vodivostí.

Elektricky vodivé polymery, použité podle vynálezu, jsou ·· ·* ·· * t · « · ·· • O> · » · · · · • · · · · ·

dále dlouhodobě stabilní. Tato stabilita je založena především na tom, že při zvýšení teploty nedochází k trhání polymerních řetězců a tím k přerušení proudového obvodu. Ani po mnohonásobně opakovaném zvyšování a snižováni teplot nejsou polymerní řetězce poškozeny. Naproti tomu dosud známé odporové topné články, použité pro zahřívaná dopravní zařízení, u kterých je vodivost zajištěna kostrou z vodivých sazí, by vedlo takové tepelné roztahování k přetrženi proudového obvodu a tím k přehřátí. Tím by došlo k silné oxidaci a k propálení odporové vrstvy. Tyto jevy spojené se stárnutím materiálu se u elektricky vodivého polymeru s vlastní vodivostí podle vynálezu nevyskytují.

Elektricky vodivé polymery s vnitřní vodivostí, použité podle vynálezu, jsou odolné proti stárnutí i v reaktivním prostředí, obsahujícím například vzdušný kyslík. U odporové hmoty, použité u řešení podle vynálezu, se dále jedná při vedení proudu o elektronové vedení. Proto také nedochází u zahřívaného dopravního zařízeni podle vynálezu k samovolnému poškození odporové vrstvy elektrolýzovými reakcemi za působení elektrického proudu. Ztráty plošného topného výkonu, dosažitelného v odporové vrstvě, jsou v průběhu času i při vysokých teplotách kolem například 500°C a při vysokých plošných výkonech například kolem 50 kW/m² velmi nízké a téměř nulové.

Celkově má odporová vrstva, použitá v konstrukci podle vynálezu a vytvořená z elektricky vodivých polymerů s vlastní vodivostí homogenní strukturu, která umožňuje dosáhnout v celé vrstvě rovnoměrného zahřátí.

Dopravní zařízení je podle vynálezu kontaktně připojena pomocí dvou elektrod, vytvořených zejména z materiálu s vysokou elektrickou vodivostí a umístěných na jedné straně odporové vrstvy. Tímto druhem kontaktního připojení je možno zvláště výhodně využít působení vnitřně elektricky vodivých • · ···· 0 ·e · • 00« «0 00 ·* 00 ·· polymerů podle vynálezu. Přiváděný proud se nejprve rozděluje na první elektrodě, protéká potom podél struktury polymeru tloušťkou odporové vrstvy a je odtud přiváděn k druhým kontaktně připojeným elektrodám. Proudový obvod je tím oproti konstrukci, u které obě elektrody uzavírají mezi sebou odporovou vrstvu, přídavně prodloužen. Na základě tohoto průtoku proudu může být tloušťka odporové vrstvy malá.

Dopravní zařízení podle vynálezu má dále výhodu spočívající v tom, že je mnohostranně využitelné. Kontaktní připojení elektrod je uskutečněno jednou stranou odporové vrstvy. Toto připojení je vytvořeno na straně odvrácené od nádoby a tím jsou kontaktní spoje snadno přístupné. Protilehlá strana odporové vrstvy, přivrácená k nádobě, nemá žádné kontaktní připojovací prvky a může být proto vytvořena v rovné formě. Tato rovná povrchová plocha umožňuje přímé přiložení odporové vrstvy na nádobu. Protože styčná plocha mezi odporovou vrstvou a zahřívanou nádobou není přerušena kontaktními připojeními, umožňuje se tak ideální přenos tepla.

Podle jednoho provedení vynálezu je nádoba opatřena mezivrstvou z materiálu, která má vysokou elektrickou vodivost a která je umístěna mezi nádobou a odporovou vrstvou.

Mezivrstva slouží přitom jako plovoucí elektroda. Pojmem plovoucí elektroda se v tomto popisu a u řešení podle vynálezu rozumí elektroda, která není kontaktně propojena se zdrojem proudu. Tato plovoucí elektroda může být opatřena izolací, která brání elektrickému kontaktu se zdrojem proudu.

Tato plovoucí elektroda podporuje průtok proudu odporovou vrstvou. V tomto výhodném provedení se proud rozděluje na první elektrodě, prochází od první elektrody celou tloušťkou odporové vrstvy k protilehlé plovoucí elektrodě, na této plovoucí elektrodě se dále rozvádí na větší plochu, aby se potom *· * * ·» · · « « 4 • « 9 · ·· ·· *· • · · • » · ·· tloušťkou odporové vrstvy přivedl k další elektrodě, která je uložena na straně odporové vrstvy, odvrácené od nádoby. Mezivrstva může být izolována od nádoby fólií. Izolace kontaktně nepřipojené mezivrstvy může být tvořena známými fóliemi z polyimidu, polyesteru a silikonového kaučuku.

Při tomto výhodném provedení zahřívaného dopravního zařízení protéká proud v podstatě kolmo na plochu odporové vrstvy celou její tloušťkou. Přitom se vytvářejí v odporové vrstvě dvě zóny. V první zóně protéká proud v podstatě kolmo od první kontaktně připojené elektrody k plovoucí elektrodě a ve druhé zóně proudí proud kolmo od plovoucí elektrody k druhé kontaktně připojené elektrodě. Tímto uspořádáním se dosáhne sériového zapojení několika odporů. Tento jev má za následek, že v jednotlivých zónách je udržováno dílčí napětí, které je zmenšené oproti přiváděnému napětí. Dílčí napětí v jednotlivých zónách má tak v tomto konstrukčním provedení hodnotu odpovídající polovině přivedeného napětí. Bezpečnostní rizika se tak mohou u dopravního zařízení podle vynálezu na základě snížené hodnoty napětí uspokojivě odstranit a možnosti použití takové konstrukce jsou proto mnohostranné. Dopravní zařízení podle vynálezu může být využíváno i v takových případech, kdy se jeho obsluha musí dotýkat nádoby. Při dopravě látek je dopravní zařízení podle vynálezu vystaveno působení povětrnostních vlivů. Zejména při dešti nebo sněžení může zařízení přicházet do styku s vodou. Extrémně nízkým napětím, které je připojeno k odporové vrstvě dopravního zařízení podle vynálezu, je však odstraněno jakékoliv bezpečnostní riziko. Je také možné napájet zařízení podle vynálezu některým z běžných zdrojů, například z baterie, která může být jednoduše uložena na železničním vozu nebo na nákladním automobilu. V tomto druhém případě může být dopravní zařízení napájeno potřebným napětím také z baterie nákladního automobilu, což představuje další konstrukční zjednodušení.

9 9 4 * • 4·4 4 9 9 · • 9 4 « 9

4999 «· ·* * 9 · « 9

Mezera vytvořena mezi kontaktně připojenými elektrodami slouží dále jako přídavný paralelně zapojený odpor. Jestliže je zvolen vzduch jako izolační materiál v této mezeře, je odpor určen odstupem elektrod od sebe a tím také povrchovým odporem odporové vrstvy. Odstup je zejména větší než tloušťka odporové vrstvy a je roven například dvojnásobku tloušťky odporové vrstvy.

Elektrody a plovoucí elektroda mají zejména dobrou vodivost tepla, která může být větší než 200 W/m.K, zejména větší než 250 W/m.K. Místní přehřátí se pak muže díky dobré tepelné vodivosti rychle rozvádět do celé plochy elektrod. Přehřátí tak mohou vznikat pouze ve směru tloušťky vrstvy, ale neprojevují se na základě nepatrné tloušťky vrstvy u trubky podle vynálezu negativně. Další výhoda dopravního zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že také jedním z dopravních zařízení, například zahřívanou vnitřní trubkou vyvolané místní zvýšení tepla je možno ideálně vyrovnat odporovým topným článkem. Taková zvýšení teploty mohou vzniknout zevnitř, například u částečně naplněných nádob, protože v oblastech vyplněných vzduchem je přestup tepla ze stěn nádoby do vnitřního vzduchu menší.

Zahřívané dopravní zařízení má dále výhodu v tom, že odporová vrstva, umístěná na nádobě, může odolávat také značným zatížením, aniž by přitom docházelo k místním přehřátím. Mechanická zatížení, která působí na nádobu osazenou zejména v zemi, vznikají zpravidla v radiálním směru. Tento směr odpovídá směru průtoku proudu v odporové vrstvě odporového topného prvku. Při takovém zatížení nedochází ke zvýšení odporu v místech, ve kterých působí tlak, jako by tomu bylo u topného odporového prvku, u kterého by proud proudil kolmo na směr působení tlakového zatížení.

U dalšího výhodného provedení zahřívaného dopravního za43 • * • «0 ta * • 0 «000 * 0 0 ♦ •0000« 0« «· 0« 00 řízení podle vynálezu je odporová vrstva umístěna bezprostředné na nádobě, která je vyrobena z elektricky vodivého materiálu.

Proud přechází od jedné elektrody k následující elektrodě a je u tohoto provedení veden odporovou hmotou a nádobou. Na základě nízkého napětí, panujícího u trubky podle vynálezu v odporové vrstvě, se muže využít nádoby, která v tomto případě působí jako plovoucí elektroda, pro vedení proudu bez vzniku bezpečnostních rizik. Současně se může vznikající teplo u tohoto výhodného provedení dobře předávat do látky nacházející se v nádobě. U tohoto provedení se může nádoba po celém obvodu pokrýt odporovou vrstvou a elektrody potom pokrývají nádobu v podstatě po celém obvodě. Odstup mezi elektrodami, vytvořený z elektrotechnických důvodů, je také v tomto případě zachován.

Podle dalšího výhodného provedení probíhá odporová vrstva a také na ni upravené elektrody v axiálním podélném směru a elektrody jsou v obvodovém směru umístěny na odporové vrstvě v odstupech od sebe.

Podélným vytvořením odporového topného prvku, tvořeného odporovou vrstvou a elekrodami a popřípadě také mezivrstvou, se může zahřívat určitá oblast nádoby, přičemž proud se musí přivádět vždy jen na jedno místo obou elektrod.

Podle výhodného provedení vynálezu pokrývá odporová vrstva jen dílčí oblast obvodu nádoby a probíhá podélně v axiálním směru. Výhodně odpovídá délka odporové vrstvy a elektrod délce nádoby.

U tohoto příkladného provedení se může převádět teplo v definované oblasti, ve které přiléhá odporová vrstva a popřípadě mezivrstva na nádobu, do nádoby. U dopravních záříze44 ··· • · t« • « • · · » ·· ·· ♦ ♦ φ • · * • · · · ·· ·♦ ní, u kterých má nádoba dobrou vodivost tepla, se teplo předávané odporovou vrstvou, rozděluje po celém obvodu a může tak zahřívat v celé ploše látku nacházející se v nádobě. Tímto konstrukčním řešením se tak dosahuje dobrého zahřátí látky při nízkých konstrukčních nákladech. Tento typ tělesného vytvoření je však možné jen s konstrukcí zahřívacího dopravního zařízení podle vynálezu, protože jen touto konstrukcí je možno dosáhnout velkého plošného výkonu, aniž by se odporová vrstva poškodila při delším trvání nepřetržitého provozu a pod vlivem reaktivních látek jako je voda nebo vzdušný kyslík.

Odporová vrstva pokrývá výhodné jednu dílčí oblast obvodu, která se v osazeném stavu nachází na spodní straně nádoby. Tím je zajištěno, že i při pouze částečně zaplněné nádobě je zahřívaná látka v kontaktu s touto dílčí oblastí a může se spolehlivě a rychle zahřívat.

U dopravního zařízení podle vynálezu sestávají elektrody a mezivrstva zejména z materiálu s měrným elektrickým odporem menším než 10“⁴ ncm, zejména menším než 10^-5 nm. Takovými vhodnými materiály je například hliník nebo měď. To má u řešení dopravního zařízení podle vynálezu zvláště velký význam. Nádoby pro dopravní zařízení se vyrábějí zpravidla v jedné délce. Protože odporové topné články u takových dopravních zařízení mají velké délky, je výhodné, jestliže je elektrický odpor elektrod malý. S takovým materiálem elektrod se může zamezit poklesu napětí v ploše elektrod, který by mohl vést k celkovému poklesu výkonu. Dobrou vodivostí je kromě toho zajištěno rychlé rozptýlení proudu na elektrodě, což umožňuje rychlé rovnoměrné zahřátí v podstatě celé odporové vrstvy a tím celé délky trubky, aniž by muselo být na elektrody v celé jejich délce a šířce přiváděno napětí. Vytváření napájecího vedení podél trubky tak může být zbytečné. Takové trubky mohou mít délku až kolem 1 m. Větší počet kontaktních ··· * · ·· · * · F • * · · * * t ·· * « · · · · · t · · ·

.... <· ·· ·· ·· připojení se volí podle vynálezu jen v takových případech, kdy má trubka větší délku. Délka, od které má vícekontaktní připojení svůj význam, je závislá kromě volby druhu materiálu elektrod také na místě kontaktního připojení. Tak je možné použít vícenásobného kontaktního připojení až při větších délkách než byly délky uvedené v předchozí části, jestliže jsou elektrody uprostřed své délky přístupné a mohou být v tomto místě kontaktně připojeny.

Délka dopravního zařízení, opatřená jediným kontaktním připojením, je závislá na tloušťce zvolených elektrod. Podle výhodného provedení vynálezu mají elektrody a mezivrstva tloušťku v rozsahu od 50 do 150 pm, zejména od 75 do 100 pm.

Tyto malé tloušťky vrstev jsou výhodné z toho důvodu, že teplo produkované odporovou vrstvou se může snadno převádět mezivrstvou na nádoby. Kromě toho jsou tenké elektrody ohebné, takže při tepelném roztahování odporové vrstvy nedochází k odlupování elektrod od odporové vrstvy a tím je zamezeno přerušení elektrického obvodu.

U nádob větších délek však může být nutné vícenásobné kontaktní připojení elektrod. Takové připojení je možno u dopravního zařízení podle vynálezu snadno zřídit. Elektrody jsou spojeny s kontakty jen na vnější straně, takže jsou snadno přístupné. U nádoby je tak možno vytvořit přívod proudu, probíhající podél nádoby, přičemž elektrody jsou v odstupech od sebe připojeny na zdroj proudu. Tím je možno udržovat v provozu i dlouhé dopravní zařízení podle vynálezu.

Odporová vrstva je podle vynálezu tenká a její minimální tloušťka je určena pouze hodnotou průrazného napětí, přičemž výhodná tloušťka se pohybuje od 0,1 do 2 mm, zejména kolem 1 mm. Výhodou malé tloušťky odporové vrstvy je krátká doba zahřátí, umožněná touto malou tloušťkou, rychlé předávání tepla a vysoký plošný výkon. Tato malá tloušťka odporové vrs4 6 * « « * ·»· ·· ··· « * • II φ φ « φφφ φ «· φφ φ * · ♦ · · 1 φ φ φ· ι

φ φφ tvy je přitom umožněna pouze použitím elektricky vodivého polymeru s vnitřní vodivosti a uvedeným typem kontaktního připojení. Použitím polymeru podle vynálezu je jednak předem určen průběh proudového obvodu v odporové vrstvě, který může mít i při malé tloušťce odporové vrstvy dostatečnou délku pro zamezení průrazu napětí, a jednak umožňuje jednostranné kontaktní připojení rozdělené odporové vrstvy, dělené na zóny s nižším napětím, čímž se přídavně snižuje riziko průrazu.

Výhody dopravního zařízení podle vynálezu se ještě zvýrazní, jestliže má odporová vrstva pozitivní teplotní součinitel elektrického odporu (PTC). Tím se dosáhne samočinného regulačního účinku s ohledem na maximálně dosažitelnou teplotu. Tímto účinkem je možno zamezit přehřátí pláště nádoby a tím vzniku přehřátím vyvolaných reakcemi v nádobě. Tento účinek je podmíněn tím, že na základě teplotního součinitele elektrického odporu (PTC) odporové vrstvy je průtok proudu odporovou vrstvou regulován v závislosti na teplotě, čím výše teplota stoupne, tím nižší bude intenzita proudu, až nakonec při určité teplotní rovnováze bude neměřitelně malá. Tím je možno spolehlivě zamezit místnímu přehřátí a tavení odporového materiálu. Tento účinek je u řešení podle vynálezu zvláště významný. Jestliže je nádoba naplněna kapalnou látkou jen do své poloviny, může se teplo v této oblasti nádoby lépe odvádět než v oblasti, ve které je v nádobě vzduch. V důsledku nedostatečného odvádění tepla by se běžně vytvořený odporový topný článek přehříval a mohl se případně roztavit. U zahřívaných nádob podle vynálezu však naproti tomu nemůže dojít díky samoregulačnímu účinku k takovému tavení.

Volba materiálu s pozitivním teplotním součinitelem elektrického odporu jako materiálu pro odporovou vrstvu má tak za následek, že celá odporová vrstva se zahřívá v podstatě na stejnou teplotu. Tím je umožněno rovnoměrné předávání tepla, což může být pro jednotlivé oblasti použití nádoby « ·· ···· ·· • 4 · * ··· · ·

podstatné, například jestliže se v nádobě dopravuji látky citlivé na teplo.

Podle vynálezu může být odporová vrstva na svých plochách přivrácených k elektrodám a mezivrstvě metalizovaná. Metalizací se ukládá kov na povrchovou plochu odporové vrstvy a zlepšuje tak průtok proudu mezi elektrodami, popřípadě plovoucí elektrodou a odporovou vrstvou. Kromě toho se u tohoto výhodného provedení zlepšuje přenos tepla z odporové vrstvy k plovoucí elektrodě a tím také do nádoby. Metalizace povrchové plochy se může provádět nástřikem kovu. Taková metalizace je možná pouze u materiálu odporové vrstvy podle vynálezu. Nákladné pokovovací operace, prováděné například při galvanizaci, jsou proto zbytečné a tím se výrazně snižují výrobní náklady.

Elektricky vodivý polymer s vnitřní vodivostí se vyrábí zejména infundováním polymeru. Infundování může být prováděno dopováním kovu nebo polokovu. U těchto polymerů je nevlastní vodič vázán chemicky na polymerní řetězec a vytváří poruchové místo. Dopovací atomy a maticové molekuly tvoří tak zvaný přenosový komplex náboje. Při infundování se elektrony z naplněných oblastí polymeru přenášejí na dopovací materiál. Takto vznikajícími elektronovými děrami získává polymer polovodičové elektrické vlastnosti. Chemickou reakcí se u tohoto provedení atom kovu nebo polokovu vtáhne do struktury polymeru nebo se v ní uloží tak, že se vytvoří volné náboje, které umožňují průchod proudu podél polymerní struktury. Volné náboje jsou uloženy ve formě volných elektronů nebo děr. Tím vzniká elektrický vodič.

Výhodně je polymer pro infundování dopovacím materiálem v takovém množství posunut tak, že poměr atomů dopovacího materiálu k počtu molekul polymeru je nejméně 1:1, zejména v rozsahu od 2:1 do 10:1. Tímto poměrem se dosáhne toho, že

Φ Φ · · * ·* φ

Φ Φ»Φ 9 * · # * · Φ * » Φ · Φ · «*·· «φ ·Φ «· v podstatě všechny molekuly polymeru jsou infundovány nejméně jedním materiálem infundovacího materiálu. Volbou poměru se může nastavit vodivost polymeru a tím také odporové vrstvy a také teplotní součinitel odporu odporové vrstvy.

I když elektricky vodivý polymer s vlastní vodivostí, použitý podle vynálezu, může být používán i bez přidání grafitu v dopravním zařízení podle vynálezu jako materiál pro odporovou vrstvu, může podle dalšího výhodného provedení vynálezu odporová vrstva obsahovat přídavně grafitové částice. Tyto částice mohou zvyšovat vodivost celé odporové vrstvy, vzájemné se výhodně nedotýkají a zejména také netvoří žádnou mřížkovou nebo skeletovou strukturu. Grafitové částice nejsou pevně vázány do struktury polymeru, ale jsou volně pohyblivé. Jestliže je grafitová částice v kontaktu se dvěma molekulami polymeru, může proud přeskočit z jednoho řetězce přes grafit na následující řetězec. Elektrická vodivost odporové vrstvy se tím zvyšuje. Současně se mohou grafitové částice na základě jejich volné pohyblivosti v odporové vrstvě dostat na povrch a tady mohou vyvolat zlepšení kontaktu s elektrodami nebo s mezivrstvou, popřípadě s nádobou.

Grafitové částice jsou použity v množství do 20 0 objemových, zejména do 5 % objemových, vztaženo na celkový objem odporové vrstvy, a mají střední průměr nejvýše 0,1 μιη. Tímto malým množstvím grafitu a malými rozměry jeho částic se může zamezit vzniku grafitové mřížky, což by mohlo mít za následek vedení proudu touto mřížkou. Tím je zajištěno, že proud protéká dále v podstatě po molekulách polymeru ve formě vedení elektronů a tím je možno dosáhnout výhod, uvedených v předchozí části. Vedení elektronů s přitom nesmí uskutečňovat před grafitovou mřížku nebo grafitový skelet, ve kterém by se musely grafitové částice vzájemně dotýkat a toto spojení by se mohlo při mechanickém a tepelném zatížení snadno porušit, ale musí probíhat podél polymeru, který je roztažný a odolný proti stárnutí.

Elektricky vodivé polymery s vnitřní vodivostí mohou být tvořeny jak elektricky vodivými polymery jako je polystyrén, polyvinylové pryskyřice, deriváty kyseliny polyakrylové a jejich směsné polymery, tak také elektricky vodivými polyamidy a jejich deriváty, pólyfluorovými uhlovodíky, epoxidovými pryskyřiceni a polyuretany. Výhodně mohou být používány polyamidy, polymethylmetakryláty, epoxidy, polyuretany a také polystyrénem nebo směsemi těchto látek. Polyamidy přitom mají přídavné dobré lepicí vlastnosti, které jsou výhodné pro výrobu dopravního zařízení podle vynálezu, protože tím je usnadněno jejich nanášení na nádobu nebo na mezivrstvu. Některé polymery, například polyacetylén, jsou pro svou nízkou odolnost proti stárnutí, způsobenou schopností reagovat s kyslíkem, vyloučeny z možnosti použití u řešení podle vynálezu.

Délky použitých molekul polymeru se mění v širokém rozsahu v závislosti na druhu a struktuře polymeru, ale začínají zejména na nejméně 500 Á, zvláště výhodně na nejméně 4000 Á.

V jednom výhodném provedení vynálezu je odporová vrstva doplněna podpěrným materiálem. Tento podpěrný materiál může sloužit jako nosný materiál vnitřně vodivého polymeru a působí kromě toho jako distanční vrstva zejména mezi elektrodami a mezivrstvou, popřípadě nádobou. Podpěrný materiál dodává odporové vrstvě přídavně tuhost, díky které může distanční vrstva odolávat mechanickým zatížením. Dále je možno při použití podpěrného materiálu přesně nastavit tloušťku odporové vrstvy. Podpěrný materiál mohou tvořit skleněné kuličky, skleněná vlákna, minerální vlna, keramika, například titanát barnatý nebo plasty. Jestliže se použije podpěrný materiál ve formě tkanin nebo rohoží, vytvořených například ze skleněných vláken, pak může být zalit do hmoty připravené z elektricky vodivého polymeru s vnitřní vodivostí, to znamená může být nasycen vnitřně vodivým polymerem. Tloušťka vrstvy je potom určena tloušťkou mřížky, tkaniny nebo rohože. Přitom je možno , použít postupů jako je natírání nebo tištění známým sítotiskovým postupem.

Podpěrným materiálem je výhodně plošný, pórovitý a elektricky izolující materiál. Pomocí tohoto materiálu je možno přídavné zamezit tomu, že by topný proud procházel místo polymerni strukturou podpěrným materiálem.

Možnost výroby vrstev, které se ve své ploše odchyluji od požadované tloušťky vrstvy pouze v minimálních tolerancích, například 1 %, má zvláštní význam zejména při malých tloušťkách podle vynálezu, protože jinak je třeba zajistit bezprostřední kontakt mezi připojenou elektrodou a mezivrstvou, popřípadě nádobou. Kolísání tlouštěk vrstvy v její ploše může také působit na vyvíjenou teplotu a může vést k nepravidelnému rozdělení teplot.

Podpěrný materiál dále způsobuje, že průtok proudu nebude probíhat po nejkratší dráze mezi elektrodami a mezivrstvou, popřípadě nádobou, ale odklání od nejkratší spojnice se nebo se dělí na výplňovém materiálu. Tím se dosáhne optimálního využití přiváděné energie.

Dopravní zařízení podle vynálezu bude blíže objasněno pomocí příkladů provedení zobrazených na výkresech, kde znázorňují obr. 6 příčný řez dopravním zařízením, které není opatřeno tepelně izolační vrstvou, obr. 7 příčný řez dopravním zařízením s tepelně izolační vrstvou, ve které je uložen odporový topný článek, a obr. 8 axonometrický pohled na příkladné provedení dopravního

Φ φ Φ · » ·· • ··· · φ φ · φ • · · · · * ·«»» ·ν ·· ·Φ φ Μ φ φ φ «φ φφ zařízení z obr. 7.

V příkladu na obr. 6 sestává dopravní zařízení z válcové nádoby 21 a na ní uložené odporové vrstvy 22, pokrývající celou obvodovou plochu nádoby 21. Na odporové vrstvě 22 jsou uchyceny dvě elektrody 23, 24, vytvořené v plochém tvaru a oddělené od sebe elektrickou izolací 26. Jestliže je proud přiveden z nezná zorněného zdroje proudu na elektrody 23, 24, prochází odporovou vrstvou 22 a je veden jednou elektrodou 23 do stěny nádoby 21. Nádoba 21 je v tomto příkladném provedení výhodně vytvořena z elektricky vodivého materiálu. Proud je veden dále stěnou nádoby 21 a protéká odporovou vrstvou 22 k druhé elektrodě 24,. Tímto topným proudem se celá odporová vrstva 22 zahřívá a takto vznikající teplo se může převádět stěnou nádoby 21 do vnitřku nádoby 21.

Na obr. 7 je na části obvodu válcové nádoby 21 uložen odporový topný článek. Tento topný článek je opatřen elektricky vodivou vrstvou 25, vytvořenou v plochém tvaru a pokrytou na straně odvrácené od nádoby 21 odporovou vrstvou 22. Na odporové vrstvě 22 jsou umístěny v odstupu od sebe dvé elektrody 23, 24.. Nádoba 21 je v oblasti, která není v kontaktu s odporovým topným článkem, pokryta tepelně izolační vrstvou 27. Kolem této tepelně izolační vrstvy 27 je umístěna izolační skořepina 28, která obklopuje jak tepelně izolační vrstvu 27, tak také odporový topný článek 22, 23. 24, 25, 26. Zařízení dále obsahuje napájecí ústrojí 29 pro přívod proudu. Toto napájecí ústrojí 29 pro přívod proudu je spojeno s přívody 29a, probíhajícími rovnoběžně s podélnou osou válcové nádoby 21. Přívody 29a proudu probíhají v celé délce izolační skořepiny 28 a mohou být na svém konci připojeny na neznázorněný zdroj proudu nebo mohou být spojeny s přívody 29a na další izolační skořepině 28, uložené na nádobě 21, s odporovým topným prvkem a tepelně izolační vrstvou 27. Mezi elektricky vodivou vrstvou .25, přivrácenou k nádobě 21, a ná52 • 9 9 • 999 • 9

9999 99

9 9* * 9 9 9

9« 99

9 · ·

9 9 9

99 dobou 21 mohou být uloženy materiály zlepšující přenos tepla. Těmito materiály mohou být tepelně vodivé pasty, polštáře s tepelně vodivým materiálem, silikonový kaučuk a podobně. Odporový topný prvek 22, 23, 24, 25, 26 však může být u tohoto příkladného provedení přizpůsoben svým tvarem zakřivení nádoby 21/ takže je zajištěn přímý přestup tepla.

Elektrody 23., 24 probíhají ve znázorněném příkladném provedení v podélném směru nádoby 21 a jsou umístěny vedle sebe v obvodovém směru. Do rámce vynálezu také spadá takové provedení, při kterém jsou elektrody 23, 24 na odporové vrstvě 22 uspořádány tak, že probíhají ve směru obvodu nádoby 21 a jsou umístěny v axiálním směru vedle sebe..

Přívody probíhající rovnoběžně s podélnou osou může být několik izolačních skořepin, opatřených odporovým topným článkem a jednou tepelně izolační vrstvou, umístěno na nádobě 21 za sebou a napájení jednotlivých odporových topných článků elektrickým proudem je zapojeno paralelně. Přívody jsou chráněny izolační vrstvou proti poškození a proti styku s vodou.

Odporový topný článek je v izolační skořepině umístěn zejména tak, že přiléhá svou spodní stranou na nádobu 21. Tato poloha topného článku má tu výhodu, že také u nádoby 21, která je naplněna jen částečně, může být z topného článku dobře odváděno teplo.

V příkladu na obr. 8 je nádoba 21 obklopena ve větší části své délky izolační skořepinou 28,. V izolační skořepině 28 je umístěn odporový topný článek 22, 23., 24, 25, 26 a také přívody 29a a napájecí ústrojí 29 pro přívod proudu. Odporový topný článek probíhá ve značném rozsahu délky izolační skořepiny 28 a je ukončen v izolační skořepině 28.. Přívody 29a vystupují na konci izolační skořepiny 28 a mohou být připojeny k neznázorněnému zdroji proudu. Upevňovací zařízení, kte53

0 0 · • ··· 0 • · · «•«0 00 rými je dopravní zařízení podle vynálezu upevněno na železničním vozu nebo na nákladním automobilu, jsou schematicky zobrazena na obr. 8. Tato upevňovací zařízení jsou uspořádány zejména tak, že ani izolační skořepina 28 ani odporový topný článek není po uložení nádoby 21 na upevňovací zařízení vystaveno zatížení tlakem.

U dopravního zařízení podle vynálezu je možno použít odporového topného článku, zobrazeného na obr. 2. Tento odporový topný článek je u dopravního zařízení podle vynálezu použit tak, že strana odporového topného článku, na které jsou umístěny kontaktně připojené elektrody 23, 24., je přivrácena k nádobě 21. Elektrické dimenzování se provádí při použití odporového topného článku podle principiálního náčrtku 3 a příslušných výpočtových vzorců. Odporový topný článek je u zařízení podle vynálezu použit tak, že strana odporového topného článku, na které jsou umístěny elektrody, je odvrácena od nádoby 21. Elektrody a plovoucí elektroda jsou na válcové nádobě uspořádány zejména tak, že jsou rozmístěny po obvodu nádoby 21 v odstupech od sebe a probíhají v axiálním směru. Při tomto provedení se po obvodu vytvoří několik zón, ve kterých má napětí nižší hodnotu než je velikost přiváděného napětí.

Tepelně izolační vrstva má sloužit k zamezení tepelných ztrát vyzařováním ve směru odvráceném od nádoby a usměrňovat teplo vytvářené odporovým topným článkem především ve směru k nádobě. Tepelně izolační vrstva může být vytvořena z tepelně izolačního materiálu, opatřeného popřípadě přídavně odraznou vrstvou.

Je také možné, aby byla tepelně izolační vrstvou obklopena celá nádoba a aby odporová vrstva a také ploché elektrody a popřípadě mezivrstva byly uloženy v podélné drážce přivrácené k nádobě a vytvořené v tepelně izolační vrstvě.

···>

0 0 · ♦ 00 0 0·· 0 0 0 · 000 » 0 0 0 0 0 «0 00 «0

V tomto příkladném provedení se může ve vymezené oblasti, ve které topný článek dosedá na nádobu, převádět teplo do nádoby. Současné se tepelně izolační vrstvou podstatně omezují tepelné ztráty ve zbývajících oblastech nádoby. Umístěním odporového topného článku v tepelně izolační vrstvě je zajištěn dobrý kontakt tepelně izolační vrstvy ve zbývající oblasti s nádobou. Takové příkladné provedení může být použito také u dopravních zařízení, jejichž nádoba má dobrou vodivost tepla. U těchto nádob se teplo vyvíjené odporovým topným článkem rozvádí do celé plochy stěny nádoby a může tak přídavně zahřívat látku uloženou v nádobě. Tímto konstrukčním vytvořením se dosahuje jednak ohřívání látky uložené v nádobě infračerveným zářením z odporového topného článku a jednak přímým ohřevem odporovým topným článkem a stěnou nádoby.

Zobrazené příkladné provedení vynálezu může být přídavně opatřeno přítlačnými ústrojími. Tato přítlačná ústrojí mohou být volitelně umístěna z vnější strany na znázorněných dopravních zařízeních a upevněna například lepicími pásky nebo upínacími kroužky nebo u příkladných provedeni z obr. 7 a 8 bezprostředné na vnější straně odporového topného článku.

V druhém případě mohou být tato ústrojí vytvořena z pěnové gumy. Zejména mohou být na straně odporového topného článku, odvrácené od nádoby, vytvořeny nafukovací nebo vypěňovací komory. Pomocí přítlačných ústrojí je zajištěn konstantní přítlačný tlak a tím dobrý přenos tepla z odporového topného článku na nádobu.

Nádoba má zejména válcový trubkový tvar, ale může mít i jiné tvary, například čtyřúhelníkový tvar svého příčného průřezu.

Nádoba může být u dopravního zařízení podle vynálezu vytvořena například z kovu nebo plastu, zejména z polykarbonátu. Jestliže se pro vytvoření nádoby vybere materiál, který ·*· ···· * * » t ··· « » »» · · · * · * • » ···« * ·♦ · ♦ ··· ·· ·· ·· · ·· není elektricky vodivý, může být odporový topný článek tvořen mezivrstvou mezi nádobou a odporovou vrstvou. Do rámce vynálezu spadá také takové výhodné výhodné provedení, při kterém je nádoba opatřena odporovým topným článkem, který obsahuje pouze elektrody a odporovou vrstvu. U tohoto příkladného provedení se topný proud vede od jedné elektrody přes odporovou hmotu odporové vrstvy, to znamená elektricky vodivým polymerem, k druhé elektrodě. Takové vedení proudu je u nádoby podle vynálezu možné z toho důvodu, že struktura polymeru umožňuje dostatečné vedení proudu odporovým materiálem a tak dostatečné vyvíjení tepla.

Do rámce vynálezu spadá takové řešení, kdy jsou přívody, napojené napájecími ústrojími pro přívod proudu na elektrody odporového topného článku, vedeny na vnější povrchové ploše izolační skořepiny.

Jako izolační prvky mezi kontaktně připojenými elektrodami mohou sloužit obvyklé elektricky izolační materiály, ale také například vzduch.

Připojení pro napájení topných článků proudem jsou tvořeny izolovanými lanky, majícími potřebnou délku, nebo také pevně přilepenými kontakty, přičemž obecně je možno použít známých kontaktních systémů.

Do rámce vynálezu spadá také materiál pro odporovou vrstvu, jehož teplotní součinitel elektrického odporu je negativní.

Při negativní teplotním součiniteli elektrického odporu je nutný velmi malý zapínací proud. Kromě toho je možno volit materiál odporové vrstvy tak, že odporová hmota použitá podle vynálezu při určité teplotě, například při 80°C, se zpětně reguluje, takže od této teploty je teplotní součinitel elek00 0« 0 0 0 i • 00· ·· 0· «·0 0 0 0 0 · 0000 0000

0000 00 00 00 00 00 ' trického odporu pozitivní.

Odporová vrstva může mít tělesné vytvoření, že sestává z několika nad sebou uložených vrstev, vytvořených z různých odporových materiálů, majících rozdílné hodnoty měrného elektrického oporu.

Toto provedení má výhodu spočívající v tom, že vhodnou volbou materiálů v odporové vrstvě se mohou dosáhnout na straně odporové vrstvy, ze které se má převádět teplo do nádoby, vyšší teploty, aniž by to muselo vést k použití různých topných proudů, jejichž přívod by musel být zajišťován například topnými dráty v jednotlivých vrstvách. Tohoto účinku je dosaženo tím, že měrný elektrický odpor použitých polymerů vrstvy přiléhající na elektrody směrem ke straně, přivrácené k zahřívané nádobě, je vždy volen jako vyšší.

Dopravní zařízení podle vynálezu může být na základě použité odporové vrstvy a úpravy kontaktů provozováno jak s nízkým napětím, například 24 V, tak také s vyšším napětím, například 240, 400 a až 1000 V.

U dopravního zařízení podle vynálezu je možno dosáhnout plošných topných výkonů větších než 10 kW/m², zejména větších než 30 kW/m². U nádoby tohoto zařízení jsou dosažitelné výkony až 60 kW/m². Tohoto topného výkonu 60 kW/m² je možno docílit také s odporovou vrstvou mající tloušťku kolem 1 mm. Pokles výkonu v průběhu času může být menší než 0,01 % za rok při trvalém napájení proudem o napětí 240 V.

Teplota dosažitelná u dopravního zařízení podle vynálezu je omezena tepelnými vlastnostmi použitých polymerů, může však být kolem 240°C a až do 500°C.

Je také možné opatřit pouze část délky nádoby izolační *

««·· v V V V «« V • * ·· » ♦ · · • é · · · · · » » ···· · · · e ·· ·· ·♦ ·» skořepinou s odporovým topným článkem a tepelné izolační vrstvou. Dále může být velikost odporového topného článku podle svého použití volena tak, že v odporové vrstvě je umístěn jeden odporový topný článek nebo skupina takových odporových topných článků. Tyto články mohou probíhat u válcové nádrže v radiálním nebo axiálním směru. Přitom mohou být odporové topné články umístěny v několika podélných drážkách izolační vrstvy.

Dopravní zařízení může mít také takové konstrukční vytvoření, při kterém je nádoba tvořena stávající nádobou a je obklopena dvěma polovinami skořepiny, přičemž nejméně jedna polovina skořepina je opatřena odporovým topným prvkem. Poloviny skořepiny jsou výhodně vytvořeny z izolačního materiálu, například ze skleněných vláken nebo pěnové hmoty.

Další úkol vynálezu je vyřešen vytápěným válcem, tvořeným válcovým pláštěm a nejméně jedním plošným odporovým topným článkem, umístěným na vnitřní straně válcového pláště, přičemž odporový topný článek je opatřena nejméně dvěma plošnými elektrodami a jednou tenkou odporovou vrstvou, vytvořenou z elektricky vodivého polymeru s vnitřní vodivostí.

U válce podle vynálezu obsahuje odporová vrstva elektricky vodivý polymer s vlastní vnitřní vodivostí. Tyto polymery, použité podle vynálezu v odporové vrstvě, mají být upraveny tak, že proud protéká podél molekul polymeru. Topný proud vede polymerem podél jeho polymerní struktury a tak prochází odporovou vrstvou. Na základě elektrického odporu polymerů se vyvíjí teplo, které se potom může předávat zahřívanému válcovému plášti. Přitom nemusí topný proud protékat nejkratší dráhou mezi oběma elektrodami, ale sleduje strukturu vytvořenou v polymerním materiálu. Délka proudového obvodu je tak dána druhem polymeru, takže i při malých tloušťkách vrstvy je možno přivádět do vrstvy vysoká napětí, aniž by

- DO *·· «*·» * ♦ * · • ·· · ta · · ♦ · · * • · · » · · · · · ·· ·· ·· ·* ·· ·· docházelo k průrazu napětí. Také při přívodu větších proudů, například spínacích proudů, se není třeba obávat propálení vrstvy.

Dále je rozdělením proudu v první elektrodě a jeho následným vedením odporovou vrstvou podél struktury polymerního materiálu dosaženo homogenního rozdělení teplot v odporové vrstvě. Tento stav se nastaví bezprostředně po přivedení napětí na elektrody.

V důsledku použití polymerů, navržených řešením podle vynálezu, je možné provozovat válec i při vyšších napětích, odpovídajících například napětí v síti. Protože dosažitelný tepelný výkon roste se čtvercem provozního napětí, je možné u topného válce podle vynálezu dosáhnout větších výkonů a tím také vyšších teplot. Hustota proudu se u řešení podle vynálezu minimalizuje vytvořením poměrně dlouhého elektrického obvodu podél elektricky vodivého polymeru, popřípadě vytvořením dvou zón zapojených elektricky do série, které obsahují podle vynálezu elektricky vodivý polymer s vnitřní vodivostí.

Elektricky vodivé polymery, použité podle vynálezu, jsou dále dlouhodobě stabilní. Tato stabilita je založena především na tom, že při zvýšení teploty nedochází k trhání polymerních řetězců a tím k přerušení proudového obvodu. Ani po mnohonásobně opakovaném zvyšování a snižování teplot nejsou polymerní řetězce poškozeny. Naproti tomu dosud známé odporové topné články, použité pro zahřívané válce, u kterých je vodivost zajištěna kostrou z vodivých sazí, by vedlo takové tepelné roztahování k přetržení proudového obvodu a tím k přehřátí. Tím by došlo k silné oxidaci a k propálení odporové vrstvy. Tyto jevy spojené se stárnutím materiálu se u elektricky vodivého polymeru s vnitřní vodivostí podle vynálezu nevyskytují.

* • 999 »· · · * ··

999 9· 99 · · • 9 9 9 9 9

9999 99 9· 99

9·99 9 9 9 9 • 9 99

Elektricky vodivé polymery s vlastní vodivostí, použité podle vynálezu, jsou odolné proti stárnutí i v reaktivním prostředí, obsahujícím například vzdušný kyslík. U odporové hmoty, použité u řešení podle vynálezu, se dále jedná při vedení proudu o elektronové vedení. Proto také nedochází u zahřívané trubky podle vynálezu k samovolnému poškození odporové vrstvy u vyhřívaných válců elektrolýzovými reakcemi za působení elektrického proudu. Ztráty plošného topného výkonu, dosažitelného v odporové vrstvě, jsou v průběhu času i při vysokých teplotách kolem například 500°C a při vysokých plošných výkonech například kolem 50 kW/m^ velmi nízké a téměř nulové.

Celkem má odporová vrstva podle vynálezu v důsledku použití vnitřně elektricky vodivého polymeru homogenní tělesné vytvoření, které umožňuje rovnoměrné zahřátí v celé vrstvě.

Volbou vnitřně elektricky vodivého polymeru jako materiálu odporové vrstvy je jednak zajištěna dostatečná ohebnost topného článku, takže je možno jej přiložit těsně na vnitřní plochu válce, a jednak se na velké ploše teplo vyvíjí rovnoměrné. Osazením odporového topného článku na vnitřní stranu válcového pláště je tento článek chráněn před mechanickým zatížením.

Kromě toho může odporový topný článek sloužit jako černé těleso. Toto těleso může vyzařovat záření všech vlnových délek. Se snižující se teplotou se přesouvá vlnová délka vyzařovaného záření stále více k infračervené oblasti. Jestliže je válec vytvořen z materiálu, propouštějícího toto záření, například ze skla nebo plastu, může infračervené záření válce působit na zahřívanou látku. Hloubkové působení odstraňuje potřebu vysokých teplot v odporové vrstvě.

Podle výhodného provedení vynálezu je odporová vrstva • 9 9 ··» 9

9

9999 99 * 9· * 9 9

9 9

99

9 9

9 9

9 9 • 9 umístěna mezi elektrodami připojenými ke zdroji elektrického proudu a překrývajícími alespoň částečné odporovou vrstvu. U tohoto příkladného provedení může sloužit plášť válce jako jedna elektroda. Při tomto provedení je odporová vrstva s předem určenou tloušťkou umístěna přímo na vnitřní straně válce. Na straně odporové vrstvy, odvrácené od pláště válce, pak může být umístěna protilehlá elektroda. Topný proud přivedený na elektrodu a na válcový plášť sloužící jako elektroda protéká odporovou hmotou v podstatě ve směru tloušťky odporové vrstvy. Tímto tělesným vytvořením je zajištěn dobrý přenos tepla na zahřívanou látku, protože válcový plášť je v přímém kontaktu s odporovou vrstvou.

V jiném příkladném provedení vynálezu však může být plošná elektroda umístěna také na vnitřní straně válcového pláště, přičemž tato elektroda je na své straně odvrácené od válcového pláště překryta odporovou vrstvou. Na této odporové vrstvě je potom umístěna druhá elektroda. V tomto případě proudí topný proud mezi oběma elektrodami a horní povrchová plocha válce může být udržována bez elektrického napětí. Toto příkladné provedení je výhodné především v těch případech použití, ve kterých může docházet k přímým kontaktům mezi zahřívaným válcem a například uživatelem.

Podle jiného výhodného příkladného provedení vynálezu jsou nejméně dvě plošné elektrody umístěny na straně odporové vrstvy, odvrácené od válcového pláště, v odstupu od sebe.

Válec podle vynálezu je kontaktně připojen ke dvěma elektrodám, umístěným na jedné straně odporové vrstvy. Tímto druhem kontaktního připojení je možno zvláště výhodně využít vlastností a způsobů působení vnitřně vodivých polymerů, použitých podle vynálezu. Přivedený proud se nejprve rozděluje v první elektrodě, protéká potom podél polymemí struktury tloušťkou odporové vrstvy v podstatě kolmo k její povrchové φ

·ΦΦ· • » · ♦ φφ φ· φφ φ Φ · ΦΦ φφφ φ φ · φ

ploše, aby byl potom přiveden na druhou elektrodu. Proudový obvod, je proto na rozdíl od tělesného vytvoření, při kterém obě elektrody obklopují odporovou vrstvu, přídavné prodloužen. Na základě tohoto průchodu proudu je možno udržovat tloušťku odporové vrstvy velmi malou.

Toto příkladné provedení vynálezu má výhodu spočívající v tom, že kontaktní připojení obou elektrod se nachází na jedné straně odporové vrstvy. Toto připojení je vytvořeno na straně odvrácené od pláště válce a tím jsou kontaktní spoje snadno přístupné. Protilehlá strana odporové vrstvy, přivrácená k plášti válce, nemá žádné kontaktní připojovací prvky a může být proto vytvořena v rovné formě. Tato rovná povrchová plocha umožňuje přímé přiložení odporové vrstvy na válcový plášť. Protože styčná plocha mezi odporovou vrstvou a zahřívaným tělesem není přerušena kontaktními připojeními, je umožněn ideální přenos tepla na válcový plášť, jehož účinnost dosahuje 98 %. Kromě toho je tak možno dosáhnout rovnoměrného přenosu tepla z odporového topného článku na válcový plášť a tím také na zahřívanou látku.

Na straně odporové vrstvy, odvrácené od elektrod, může být uložena mezivrstva z materiálu s vysokou elektrickou vodivostí, která je umístěna mezi odporovou vrstvou a válcovým pláštěm. Tato mezivrstva slouží jako plovoucí elektroda. Do rámce vynálezu spadá také takové řešení, podle kterého je odporová vrstva v tomto příkladu nanesena přímo na plášť válce. Také elektrická izolace mezivrstvy, popřípadě odporové vrstvy od pláště válce se může uskutečnit jednoduchými prostředky, například fólií.

Při tomto výhodném provedení zahřívaného válce protéká proud v podstatě kolmo na plochu odporové vrstvy celou její tloušťkou. Přitom se vytvářejí v odporové vrstvě dvě zóny. V první zóně protéká proud v podstatě kolmo od první kontakt62 «44 · 44 «ttt • 444 4 4 ♦ 4 · · * * · 4 • » 4 4 4 4 έ · 4 4 • 44 ·· 44 4· 44 4· ně připojené elektrody k plovoucí elektrodě a ve druhé zóně proudí proud kolmo od plovoucí elektrody k druhé kontaktně připojené elektrodě. Tímto uspořádáním se dosáhne sériového zapojení několika odporů. Tento jev má za následek, že v jednotlivých zónách je udržováno dílčí napětí, které je zmenšené oproti přiváděnému napětí. Dílčí napětí v jednotlivých zónách má tak v tomto konstrukčním provedení hodnotu odpovídající polovině přivedeného napětí. Bezpečnostní rizika se tak mohou u zahřívaného válce podle vynálezu na základě snížené hodnoty napětí uspokojivě odstranit.

Mezera vytvořená mezi kontaktně připojenými elektrodami slouží dále jako přídavný paralelně zapojený odpor. Jestliže je zvolen vzduch jako izolační materiál v této mezeře, je odpor určen odstupem elektrod od sebe a tím také povrchovým odporem odporové vrstvy. Odstup mezi elektrodami je zejména větší než tloušťka odporové vrstvy a je roven například dvojnásobku tloušťky odporové vrstvy.

Elektrody a plovoucí elektroda mají zejména dobrou vodivost tepla, která může být větší než 200 W/m.K, zejména větší než 250 W/m.K. Místní přehřátí se pak může díky dobré tepelné vodivosti rychle odvést do elektrod. Přehřátí tak mohou vznikat pouze ve směru tloušťky vrstvy, ale neprojevují se na základě nepatrné tloušťky vrstvy u vyhřívaného válce podle vynálezu negativně. Další výhoda vyhřívaného válce podle vynálezu spočívá v tom, že také místní zvýšení tepla, vyvolané z vnějšku například zahřívanou látkou, je možno ideálně vyrovnat odporovým topným článkem. Takové zvýšení teploty může být vyvoláno také zevnitř, jestliže dojde například ke zvýšení množství tepla ve válci. Z toho důvodu může být izolační materiál umístěn uvnitř válce.

Zahřívaný válec má dále výhodu v tom, že odporová vrstva, umístěná na plášti válce, může odolávat také značným žatíže63 •« · · · ·· i ·1 · • ··· · · · · · * · ·· • · » »» » ···· ·»** ·· ·· ·* «· ·· r

ním, aniž by přitom docházelo k místním přehřátím. Mechanická zatížení, která působí na plást válce, vznikají zpravidla v radiálním směru. Tento směr odpovídá směru průtoku proudu v odporové vrstvě odporového topného prvku. Při takovém zatížení nedochází ke zvýšení odporu v místech, ve kterých působí tlak jako by tomu bylo u topného odporového prvku, u kterého by proud proudil kolmo ke směru tlakovému zatížení.

Podle vynálezu mohou elektrody, které jsou uloženy na straně odporové vrstvy odvrácené od pláště válce, probíhat v podstatě po celém obvodu a jsou umístěny v axiálním odstupu od sebe.

Toto uspořádání je výhodné, protože u zahřívaného válce, který je při použití v otáčivém pohybu, se může proud přivádět na obě elektrody.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu může mít odporová vrstva tělesné vytvoření, u kterého se vyskytují různé odporové materiály s rozdílnými měrnými elektrickými odpory v několika vrstvách. U tohoto výhodného příkladného provedení může sestávat strana odporové vrstvy, obrácená do vnitřku válce, z materiálu, který má malý elektrický odpor. Na této první vrstvě jsou potom uloženy další materiály dalších vrstev, jejich mérný elektrický odpor se v každé další vrstvě zvyšuje. Strana odporové vrstvy, přivrácená k plášti válce, má v tomto příkladném provedení nejvyšší měrný odpor odporové vrstvy, takže tato povrchová plochy je více zahřívána, protože tady dochází k největšímu poklesu napětí.

U válce podle vynálezu jsou elektrody a mezivrstva vytvořeny zejména z materiálu s měrným elektrickým odporem menším než 10“⁴ Brn, zejména menším než ΙΟ^-5 Ωη. Vhodnými materiály s těmito odporovými hodnotami je například hliník a měčf, což má pro válec podle vynálezu zvláštní význam. Vy- t>4

• #	« ·	v	<	*		• t	• ·	•
•	• ·	Φ	*		··	•	< ·
*	♦·♦ *	Φ	•	*		• ♦ ·	• ·	•
•	•	•	•	•		• ·	• ·	•
·<♦·	»·	·«				··

hřívaný válec, který múze být používán například jako kopírovací válec nebo válec používaný k podlepování fólií, se musí rychle zahřát a má mít v celé své délce rovnoměrnou teplotu. U materiálu elektrod, majícího takové měrné hodnoty elektrického odporu, se muže odstranit pokles napětí v ploše elektrody, který by mohl vést k poklesu celkového výkonu a ke vzniku různých teplot v ploše. Kromě toho je vodivostí zajištěno rychlé rozdělení proudu v elektrodě, které umožňuje rovnoměrné zahřátí v podstatě celé odporové vrstvy a tím délky válce, aniž by musely být elektrody v celé své délce nebo šířce napájeny elektrickým napětím.

Rychlost zahřívání a vyvíjení tepla na ploše válce je dále závislá na tloušťce zvolených elektrod. Podle výhodného provedení vynálezu mají elektrody a mezivrstva tloušťku v rozsahu od 50 do 150 μιη, zejména od 75 do 100 μπι. Tyto malé tloušťky vrstev jsou výhodné z toho důvodu, že teplo produkované odporovou vrstvou se může snadno převádět mezivrstvou na plášť válce. Kromě toho jsou tenké elektrody ohebné, takže při tepelném roztahování odporové vrstvy nedochází k odlupování elektrod od odporové vrstvy a tím je zamezeno přerušení elektrického obvodu.

Odporová vrstva je podle vynálezu tenká a její minimální tloušťka je určena pouze hodnotou průrazného napětí, přičemž výhodná tloušťka se pohybuje od 0,1 do 2 mm, zejména kolem 1 mm. Výhodou malé tloušťky odporové vrstvy je krátká doba 2ahřátí, umožněná touto malou tloušťkou, rychlé předávání tepla a vysoký plošný výkon. Tato malá tloušťka odporové vrstvy je přitom umožněna pouze použitím elektricky vodivého polymeru s vnitřní vodivostí a typem kontaktního připojení. Použitím polymeru podle vynálezu je jednak předem určen průběh proudového obvodu v odporové vrstvě, který může mít i při malé tloušťce odporové vrstvy dostatečnou délku pro zamezení průrazu napětí, a jednak jednostranné kontaktní připojení • · · • 999 9 • 9 • 99* 99 • « • 9 9 • 9 9 *9 «9 ·· • 9 · • 9 9

9 9 umožňuje rozdělení odporové vrstvy na zóny s nižším napětím, čímž se přídavně snižuje riziko průrazu.

Výhody válce podle vynálezu se ještě zvýrazní, jestliže má odporová vrstva pozitivní teplotní koeficient elektrického odporu (PTC). Tím se dosáhne samočinného regulačního účinku s ohledem na maximálně dosažitelnou teplotu. Tímto účinkem je možno zamezit přehřátí pláště nádoby a tím vzniku přehřátím vyvolaných reakcí v nádobě. Tento účinek je podmíněn tím, že na základě teplotního součinitele elektrického odporu (PTC) odporové vrstvy je průtok proudu odporovou vrstvou regulován v závislosti na teplotě, čím výše teplota stoupne, tím nižší bude intenzita proudu, až nakonec při určité teplotní rovnováze bude neměřitelné malá. Tím je možno spolehlivě zamezit místnímu přehřátí a tavení odporového materiálu. Tento jev má pro řešení podle vynálezu zvláštní význam.

Volba PTC materiálu jako materiálu pro odporovou vrstvu má tak za následek, že celá odporová vrstva se zahřívá na v podstatě stejnou teplotu. Tím je umožněno rovnoměrné předávání tepla, což může být pro jednotlivé oblasti použití válce podstatné, protože jinak na některých místech by například válcem nanášená fólie nedržela na podkladu, protože by nebyla dostatečné prohřátá.

Podle vynálezu může být odporová vrstva na svých plochách přivrácených k elektrodám a mezivrstvě metalizovaná. Metalizací se ukládá kov na povrchovou plochu odporové vrstvy a zlepšuje se tak průtok proudu mezi elektrodami, popřípadě plovoucí elektrodou a odporovou vrstvou. Kromě toho se u tohoto výhodného provedení zlepšuje přenos tepla z odporové vrstvy k plovoucí elektrodě a tím také do pláště válce. Metalizace povrchové plochy se může provádět nástřikem kovu. Taková metalizace je možná pouze u materiálu odporové vrstvy podle vynálezu. Nákladné pokovovací operace, prováděné na66 « * · příklad při galvanizaci, jsou proto zbytečné a tím se výrazně snižují výrobní náklady.

Elektricky vodivý polymer s vnitřní vodivostí se vyrobí zejména infundováním polymeru. Infundování může být uskutečněno infundováním kovu nebo polokovu. U těchto polymerů je nevlastní vodič vázán chemicky na polymerní petězec a vytváří poruchové místo. Dopovací atomy a maticové molekuly tvoří tak zvaný přenosový komplex nábojů. Při infundování se elektrony z naplněných oblastí polymeru přenášejí na dopovací materiál. Takto vznikajícími elektronovými děrami získává polymer polovodičové elektrické vlastnosti. Chemickou reakcí se u tohoto provedení atom kovu nebo polokovu vtáhne do struktury polymeru nebo se v ní uloží tak, že se vytvoří volné náboje, které umožňují průchod proudu podél polymerní struktury. Volné náboje jsou uloženy ve formě volných elektronů nebo děr. Tím vzniká elektrický vodič.

I

Výhodně je polymer pro infundování dopovacím materiálem v takovém množství posunut tak, že poměr atomů dopovacího materiálu k počtu molekul polymeru je nejméně 1:1, zejména v rozsahu od 2:1 do 10:1. Tímto poměrem se dosáhne toho, že v podstatě všechny molekuly polymeru jsou infundovány nejméně jedním materiálem infundovacího materiálu. Volbou poměru se může nastavit vodivost polymeru a tím také odporové vrstvy a také teplotní součinitel odporu odporové vrstvy.

I když vnitřně elektricky vodivý polymer, použitý podle vynálezu, může být využíván i bez přidání grafitu do válce podle vynálezu jako materiál pro odporovou vrstvu, může podle dalšího výhodného provedení vynálezu odporová vrstva obsahovat přídavně grafitové částice. Tyto částice mohou zvyšovat vodivost celé odporové vrstvy, vzájemné se výhodně nedotýkají a zejména také netvoří žádnou mřížkovou nebo skeletovou strukturu. Grafitové částice nejsou pevně vázány do struktury

- * ’ W · ·· ·

4*4« · « 4 4 • 44 4·· 4» · • · · » «··· · ·4 ·* ··

- O f “ · · · • ··· • 4

44·· ·· ' polymeru, ale jsou volně pohyblivé. Jestliže je grafitová částice v kontaktu se dvěma molekulami polymeru, může proud přeskočit z jednoho řetězce přes grafit na následující řetězec. Elektrická vodivost odporové vrstvy se tím zvyšuje. Současně se mohou grafitové částice na základě jejich volné pohyblivosti v odporové vrstvě dostat na povrch a tady mohou vyvolat zlepšení kontaktu s elektrodami nebo s mezivrstvou, popřípadě s pláštěm válce.

Grafitové částice jsou použity v množství do 20 % objemových, zejména do 5 % objemových, vztaženo na celkový objem odporové vrstvy, a mají střední průměr nejvýše 0,1 μ-m. Tímto malým množstvím grafitu a malými rozměry jeho částic se může zamezit vzniku grafitové mřížky, což by mohlo mít za následek vedení proudu touto mřížkou. Tím je zajištěno, že proud protéká dále v podstatě po molekulách polymeru ve formě vedení elektronů a tím je možno dosáhnout výhod, uvedených v předchozí části. Vedení elektronů se přitom nesmí uskutečňovat před grafitovou mřížku nebo grafitový skelet, ve kterém by se musely grafitové částice vzájemné dotýkat a toto spojení by se mohlo při mechanickém a tepelném zatížení snadno porušit, ale musí probíhat podél polymeru, který je roztažný a odolný proti stárnutí.

Elektricky vodivé polymery s vnitřní vodivostí mohou být jak elektricky vodivými polymery jako je polystyrén, polyvinylové pryskyřice, deriváty kyseliny polyakrylové a jejich směsné polymery, tak také elektricky vodivé polyamidy a jejich deriváty, polyfluorové uhlovodíky, epoxidové pryskyřice a polyuretany. Výhodně mohou být používány polyamidy, polymethylmetakryláty, epoxidy, polyuretany a také polystyrén nebo směsi těchto látek. Polyamidy přitom mají přídavně dobré lepicí vlastnosti, které jsou výhodné pro výrobu trubky podle vynálezu, protože tím je usnadněno jejich nanášení na vnitřní trubku nebo na mezivrstvu. Některé polymery, například póly68 »

···· ·· • · * • · · »

acetylén, jsou pro svou nízkou odolnost proti stárnutí, způsobenou náklonností k reakci s kyslíkem, vyloučeny z možnosti použití u řešení podle vynálezu.

Délky použitých molekul polymeru se mění v širokém rozsahu v závislosti na druhu a struktuře polymeru, ale začínají zejména na nejméně 500 Á, zvláště výhodně na nejméně 4000 Á.

V jednom výhodném provedení vynálezu je odporová vrstva opatřena podpěrným materiálem. Tento podpěrný materiál může sloužit jako nosný materiál vodivého polymeru s vnitřní vodivostí a působí kromě toho jako distanční vrstva zejména mezi elektrodami a mezivrstvou, popřípadě pláštěm válce. Podpěrný materiál dodává odporové vrstvě přídavně tuhost, díky které může distanční vrstva odolávat mechanickým zatížením. Mechanická zatížení mohou být vyvolávána přítlačnými zařízeními, sloužícími například pro přitlačování topného článku na plášť válce. Dále je mošno při použití podpěrného materiálu přesně nastavit tloušťku odporové vrstvy. Podpěrný materiál mohou tvořit skleněné kuličky, skleněná vlákna, minerální vlna, keramika, například titanát barnatý, nebo plasty. Jestliže se použije podpěrný materiál ve formě tkanin nebo rohoží, vytvořených například ze skleněných vláken, pak může být zalit do hmoty připravené z elektricky vodivého polymeru s vnitřní vodivostí, to znamená může být nasycen vnitřně elektricky vodivým polymerem. Tloušťka vrstvy je potom určena tloušťkou mřížky, tkaniny nebo rohože. Přitom je možno použít postupů jako při natírání nebo známých sítotiskových postupech.

Podpěrným materiálem je výhodně plošný, pórovitý a elektricky izolující materiál. Pomocí tohoto materiálu je možno přídavně zamezit průchodu topného proudu místo polymerní strukturou podpěrným materiálem.

* 0 0 00«

0 00 • 0 ·♦·· »· • · · 0 0 ·· ·0 0

9 9 9

0« 0·

Možnost výroby vrstev, které se ve své ploše odchylují od požadované tloušťky vrstvy pouze v minimálních tolerancích, například 1 %, má zvláštní význam zejména při malých tloušťkách podle vynálezu, protože jinak je třeba zajistit bezprostřední kontakt mezi připojenou kontaktní elektrodou a mezivrstvou. Kolísání tlouštěk vrstvy v její ploše může působit na vyvíjenou teplotu a může vést k nepravidelnému rozdělení teplot.

Podpěrný materiál dále způsobuje, Že průtok proudu nebude probíhat po nejkratší dráze mezi elektrodami a mezivrstvou, popřípadě pláštěm válce, ale odklání se nebo se dělí na výplňovém materiálu. Tím se dosáhne optimálního využití přiváděné energie.

Válec podle vynálezu bude blíže objasněn pomocí příkladů zobrazených na výkresech, kde znázorňují obr. 9 příčný řez vyhřívaným válcem s odporovou vrstvou uloženou mezi dvěma vedle sebe umístěnými elektrodami a obr. 10 podélný řez vyhřívaným válcem se dvěma vedle sebe a v odstupu od sebe uloženými elektrodami, umístěnými na jedné straně odporové vrstvy.

Na obr. 9 je zobrazen vyhřívaný válec 30. u kterého je vnitřní strana válcového pláště 31 pokryta plošnou elektrodou 33. Na této elektrodě 33 je uložena odporová vrstva 32, která je opatřena na své straně, odvrácené od první elektrody 33. druhou elektrodou 34.. Uvnitř vyhřívaného válce 30 je umístěn tepelně izolační materiál 37, který zcela vyplňuje vnitřní prostor válcového pláště 31 a přiléhá na vnitřní druhou elektrodu 34. Ve znázorněném příkladném provedení jsou elektrody 33, 34 napojeny na neznázorněný zdroj proudu. Proud protékající odporovou vrstvou 32 tuto vrstvu zahřívá, což vede k ohřívání válcového pláště 31.

• « • 9 • 9·9 *

··· 9 9 ·« • 9 99 • · ·

9 9 9 *9 «9 • · 9 9

9*99 9 9 9 9

9 9 9

9· 9«

Na obr. 10 je zobrazeno další příkladné provedení vyhřívaného válce 30. U tohoto příkladu je odporová vrstva 32 umístěna přímo na válcovém plášti 31 a je na své straně, odvrácené od válcového pláště 31 v celé své ploše pokryta elektrodami 33, 34. Elektrody 33, 34 jsou od sebe elektricky odděleny izolací 36.

Materiálem pro vytvoření izolace 36 může být některé z běžně používaných dielektrik, například vzduch nebo plast.

Druhá elektroda 34 může být napojena z levé strany a první elektroda 33 může být napojena z pravé strany kopírovacího válce na neznázorněný zdroj elektrického proudu. Topný proud protéká v tomto příkladném provedení od první elektrody 33 k válcovému plášti 31, který je vytvořen z elektricky dobře vodivého materiálu a z ní odporovou vrstvou 32 zpět k druhé elektrodě 34 nebo naopak.

Jestliže jsou na jedné straně odporové vrstvy 32 umístěny nejméně dvě elektrody a na protilehlé straně mezivrstva z materiálu s vysokou vodivostí, protéká topný proud od jedné elektrody odporovou vrstvou k mezivrstvé a je touto mezivrstvou veden dále a protéká odporovou vrstvou k druhé elektrodě. Na základě volby odporového materiálu je však také možné, aby válec pracoval i bez mezivrstvy dokonce i v případě, kdy je plášť válce vytvořen z nevodivého materiálu. Topný proud protéká v tomto případě odporovou vrstvou, přičemž v důsledku její polymerní struktury dochází k zahřátí celého objemu odporové hmoty. Konečně může být také plášť válce vytvořen z vodivého materiálu a použit pro vedení proudu. Proud přivedený na elektrody protéká v tomto případě od jedné elektrody odporovou vrstvou a dále se přivádí do pláště válce, aby potom byl veden odporovou hmotou k druhé elektrodě.

Ve všech těchto příkladných provedeních, u kterých je t X • · ·· · t · * * · · · · · · · « • * · · » · t » «· ·· ·· ·· materiálu, je na rozdíl od • · * • ··· · • » ···· ·· • proud přiváděn z jedné strany do odporového napětí vyskytující se v jednotlivých zónách dvoustranného přivádění proudu redukováno na polovinu.

Odstup vytvořený mezi elektrodami působí jako přídavný paralelně zapojený odpor. Jestliže je izolace 36 tvořena vzduchem, je odpor určen odstupem elektrod od sebe a tím povrchovým odporem.

V tomto příkladu je možno také použít odporového topného článku podle obr. 2, Tento odporový topný článek se u vyhřívaného válce podle vynálezu použije tak, že strana odporového topného článku, na které jsou umístěny kontaktně připojené elektrody, je odvrácená od pláště válce. Elektrické dimenzování se při použití takového odporového topného článku provádí podle principiálního náčrtku 3 a jemu příslušných výpočtových vzorců.

Jestliže povrchová plocha vyhřívaného válce má být udržována bez napětí, může se opatřit známou izolací ve formě polyesterových, polyamidových a jiných fólií, umístěných mezi odporovým topným článkem a pláštěm válce. Zásobováni elektrod elektrickou energií se provádí zejména pomocí známých kontaktních technik u plošných topných článků nebo pomocí sběracích kroužků, popřípadě ložiska sloužícího jako elektrický kontakt .

Jako elektrody mohou podle účelu použití sloužit například kovové fólie nebo plechy. Do rámce vynálezu spadá také takové provedení, u kterého je odporový topný článek přitlačován přítlačným ústrojím na plášť válce. Jako přítlačné ústrojí mohou být použity například upínací prstence, které mohou sloužit současně jako elektrody. Pro zlepšení přenosu tepla mezi odporovým topným článkem a pláštěm válce mohou být me2i odporový topný článek a plášť válce termoplastické hmoty • ··

000V b 0« 0 ·· 0·

0 0 00 00 ve formě fólií nebo past s dobrou vodivostí tepla.

U válce podle vynálezu muže být po délce válce rozmístěno několik odporových topných článků, uložených uvnitř válce. Do rámce vynálezu spadá také takové příkladné vytvoření, podle kterého je uvnitř válce umístěna jedna průběžná odporová vrstva, na které je uchycen větší počet elektrod, uložených uvnitř válce. Tyto jednotlivé segmenty probíhají po celém vnitřním obvodu pláště válce, pokrytého odporovou vrstvou, a mohou se snadno zasunout do válce, takže je tím umožněna rychlá montáž. Dále je opatřením vyhřívaného válce podle vynálezu větším počtem elektrod, které působí jako dvojice elektrod a jsou volitelně napájeny elektrickým proudem, možno dosáhnout vyhřívání jednotlivých oblastí válce. Také tyto elektrody probíhají zejména po celém obvodu a jsou v axiálním směru od sebe vzdáleny. Při použití vyhřívaného válce ve formě válce pro nalepování fólií mohou být například okrajové oblasti válce přídavně zahřívány. Tímto přídavným přívodem tepla se může dosáhnout rovnoměrného rozdělení teploty v oblasti, která je v kontaktu se zahřívanou látkou, protože pokles teploty v okrajových oblastech je vyrovnán přídavným zahříváním.

Odporový materiál může být vybrán podle vynálezu také tak, aby měl negativní teplotní součinitel elektrického odporu. U takového příkladného provedení jsou nutné velmi malé zapínací proudy. U odporového materiálu podle vynálezu se může od určité teploty, například od 80°C, teplotní součinitel elektrického odporu změnit na pozitivní součinitel.

Uvnitř válce může být na straně elektrod, odvrácené od odporové vrstvy, umístěn tepelně izolační materiál, který může popřípadě vyplňovat celý vnitřní prostor válce. Tato tepelně izolační vrstva zamezuje vyzařování tepla od odporového topného článku ve směru dovnitř válce a tím hromadění _ · - - - ’ - » · » v _ 77 _ _······· . . « * » ···»»···.·.., tepla uvnitř válce.

Válec podle vynálezu může být na základě použité odporové vrstvy a úpravy kontaktů provozován jak s nízkým napětím, například 24 V, ale také s vyšším napětím, například 240, 400 a až 1000 v.

U válce podle vynálezu je možno dosáhnout plošných topných výkonů větších než 10 kW/m², zejména větších než 30 kW/m². Vyhřívaným válcem podle vynálezu je možno dosáhnout topných výkonů až 60 kW/m². Tento topný výkon 60 kW/m² je možno docílit s odporovou vrstvou mající tlouštku kolem 1 mm. Pokles výkonu v průběhu času může být menší než 0,01 % za rok při trvalém napájení proudem o napětí 240 V.

Teplota dosažitelná u válce podle vynálezu je omezena tepelnými vlastnostmi použitých polymerů, může však být kolem 240°C a dosahovat až 500°C.

Vyhřívaný válec podle vynálezu je zvláště výhodný pro použití jako kopírovacího válce ve fotokopírovacím zařízení nebo jako fóliový válec pro utěsňování materiálů nanášením fóliové vrstvy.

Jako elektricky vodivé polymery mohou být podle vynálezu v odporových vrstvách odporových topných článků vyhřívaných trubek a vyhřívaných válců použity takové polymery, které se stávají nanesením atomů kovu nebo polokovu vodivými. Tyto polymery mají zejména vnitřní izolační odpor v oblasti hodnot, které mohou být dosahovány u polovodičů a které dosahují až 10² Dm, zejména nejvýše 10⁵ Dm. Tyto polymery je možno získat způsobem, při kterém se přimísí polymerní disperze, polymerní roztoky nebo polymery s kovovými nebo polokovovými sloučeninami nebo jejich roztoky v takovém množství, že na molekule polymeru se usadí atom kovu nebo polokovu. Do této směsi se přidá s mírným přebytkem redukční

0 00

0 0 · 0

00

prostředek nebo se tento prostředek vytvoří známým tepelným rozkladem atomu kovu nebo polokovu. Potom se vytvořené nebo ještě existující ionty vyplaví a disperzní roztok nebo granulát se může popřípadě smísit s grafitem nebo sazemi.

Elektricky vodivé polymery, použité v řešení podle vynálezu, výhodně neobsahují ionty. Maximální obsah volných iontů činí 1 % hmotnostní, vztaženo na celkovou hmotnost odporové vrstvy. Ionty jsou bučf vyplaveny, jak již bylo uvedeno, nebo je do směsi přidáno vhodné redukční činidlo. Redukční činidlo se přidává v takovém poměru, že ionty se mohou úplně zredukovat. Malý podíl iontů, zejména nulová přítomnost iontů v elektrovodivých polymerech, použitých v řešení podle vynálezu, má za následek dlouhodobou odolnost odporové vrstvy, na kterou působí elektrické proudy. Jak bylo uvedeno, mají polymery, které obsahují ionty ve větším procentním množství, jen malou odolnost proti stárnutí při působení elektrických proudů, protože dochází elektrolýzovými reakcemi k samovolnému rozkladu odporové vrstvy. Naproti tomu elektricky vodivý polymer, použitý podle vynálezu, je na základě nízké koncentrace iontů i při delším zatěžování přiváděným proudem odolný proti stárnutí. Jako redukční činidla pro popsaný způsob výroby elektricky vodivého polymeru, použitého podle vynálezu, mohou být použita taková redukční činidla, které jednak nevytvářejí žádné ionty, protože ty se v průběhu zpracování tepelně rozkládají, například hydrazin, nebo samy chemicky reagují s polymerem, například formaldehyd, popřípadě takové, jejichž přebytek nebo reakční produkty se snadno vymývají, například fosfornan. Použitým kovem nebo polokovem je výhodně stříbro, arsen, nikl, grafit nebo molybden. Zvláště výhodné jsou takové kovy nebo sloučeniny polokovů, které tvoří čistě termickým rozkladem kov nebo polokov bez škodlivých vedlejších produktů. Zejména arsenovodík nebo karbony1 niklu jsou zvláště výhodnými materiály. Elektricky vodivé polymery, po. ··» ···· - 75 - ij i .i.. . · ···· ···» ···· ·· ·· ·· ·· ·* užité podle vynálezu, mohou být vyrobeny tak, že se polymer smísí s 1 až 10 % hmotnostními předsměsi, připravené podle následující receptury.

Přiklad 1: 1450 hmot.dílů disperze fluorovaného uhlovodíkového polymeru (55 % sušiny Ve vodě) 1 hmot. díl smáčedla, 28 % hmot.dílů desetiprocentního roztoku dusičnanu stříbrného, 6 hmot. dílů křídy, 8 hmot. dílů čpavku, 20 hmot.dílů sazí, 214 hmot.dílů grafitu, 11 hmot.dílů hydrátu hydrazinu.

Příklad 2: 1380 hmot. dílů disperze alkylové pryskyřice, 60 hmot. dílů vody, 1 hmot. dílů smáčedla, 32 % hmot. dílů desetiprocentního roztoku dusičnanu stříbrného, 10 hmot. dílů křídy, 12 hmot. dílů čpavku, 6 hmot. dílů sazí, 310 hmot. dílů grafitu, 11 hmot. dílů hydrátu hydrazinu.

Příklad 3: 2200 hmot. dílů destilované vody, 1000 hmot. dílů styrénu (monomeru), 600 hmot. dílů amfolytického mýdla (desetiprocentního), 2 hmot. díly dvoj fosforečnanu sodného, 2 hmot. díly peroxosíranu draselného, 60 hmot. dílů síranu nikelnatého, 60 hmot. dílů forforečnanu sodného, 30 hmot. dílů kyseliny adipové a 240 hmot.dílů grafitu.

Claims (22)

1. Plochý topný článek (1), sestávající z tenké odporové vrstvy (2), obsahující elektricky vodivý polymer, a z nejméně dvou plochých elektrod (3, 4), umístěných na jedné straně odporové vrstvy (2) v odstupu od sebe, vyznačuj ící se t í m , že polymer má vlastní elektrickou vodivost způsobenou obsahem kovové nebo polokovové dopující přísady.

fr

2. Topný článek podle nároku 1, vyznačující ♦ s e t í m , že na straně odporové vrstvy (2), protilehlé ke dvěma plošným elektrodám (3, 4), je umístěna plošná plovoucí elektroda (5).

3. Topný článek podle nároku 2, vyznačující se t í m , že elektrody (3, 4) sestávají z materiálu mající měrný elektrický odpor menší než 10~⁴ ncm.

4. Topný článek podle nároku 2, vyznačující se t í m , že elektrody (3, 4, 5) mají tloušťku v rozsahu od 50 do 150 μη, výhodně 75 až 100 μη.

5. Topný článek podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že odporová vrstva (2) má tloušťku od 0,1 do 2 mm, zejména kolem 1 mm.

6. Topný článek podle nároků 1 až 5, vyznačuj í * císetím,že odporová vrstva (2) má pozitivní teplotní součinitel elektrického odporu.

7. Topný článek podle nároků 1 až 6, vyznačuj í cí se tím, že odporová vrstva (2) je na své povrchové ploše, obrácené k elektrodám (3, 4) a k plovoucí elektrodě (5), pokovena.

· φ * φφφ • φ φφφφ φφ φ φ φ φφ φφ φ ·

8. Topný článek podle nároků 1 až 7, vyznačuj í cí se tím, že odstup mezi elektrodami (3, 4) je roven kolem dvojnásobku tloušťky odporové vrstvy (2).

9. Topný článek podle nároků 1 až 8,vyznačuj ιοί se tím, že poměr mezi atomy dopující přísady a počtem molekul polymeru je nejméně 1:1, zejména mezi 2:1 a 10:1.

10. Topný článek podle nároků 1 až 9, vyznačuj ιοί se tím, že odporová vrstva (2) dále obsahuje grafitové částice v objemovém množství do 20 procent, zejména do 5 procent z celkového objemu odporové vrstvy (2), a mají průměrný průměr do 0,1 μη.

11. Topný článek podle nároků 1 až 10,vyznačuj ιοί se tím, že obsah volných iontů v odporové vrstvě (2) je do jednoho procenta hmotnostního, vztaženo na celkovou hmotnost odporové vrstvy (2).

12. Topný článek podle nároků 1 až 11, vyznačuj ίο í se tím, že polymer je vybrán ze skupiny obsahující polyamid, kyselinu akrylovou, epoxidy a polyuretany.

13. Topný článek podle nároků 1 až 12, vyznačuj ίο i se tím, že odporová vrstva (2) obsahuje podpěrný materiál, zejména plošný pórovitý elektricky izolující materiál.

14. Topný článek podle nároků 1 až 13,vyznačuj ίο í se tím, že odporová vrstva (12, 22, 32) obsahuje více než jednu vrstvu a každá z těchto vrstev je vytvořena z rozdílného odporového materiálu se vzájemně rozdílnými měrnými elektrickými odpory.

• * · • ··· · • · ·*·Φ ··

V V V · • φ φφ • φ φ φ φ φ φ φ φ φφ Φ· • 9 • Φ 9 Φ • Φ

15. Topný článek podle nároků 1 až 14,vyznačuj ίο í se tím, že odporová vrstva (12, 22, 32) je nanesena na povrch duté konstrukce mající osu a vybranou ze skupiny obsahující trubku (10), nádobu (21) a vyhřívaný válcový plášť (31).

16. Topný článek podle nároku 21, vyznačující se t í m , že mezivrstva (15, 25, 35) vytvořená z materiálu majícího vysokou elektrickou vodivost je umístěna mezi dutou konstrukcí a odporovou vrstvou (12, 22, 32), která je zejména pokovena na svých plochách přivrácených k elektrodám (13, 14, 23, 24, 33, 34) a mezivrstvě (15, 25, 35).

17. Topný článek podle nároku 15 nebo 16, vyznačující se tím, že odporová vrstva (12, 22, 32) je umístěna přímo na povrchu duté konstrukce, sestávající z materiálu majícího vysokou elektrickou vodivost.

18. Topný článek podle nároků 15 až 17, vyznačující se tím, že odporová vrstva (12, 22) a elektrody (13, 124, 23, 24) umístěné na této vrstvě probíhají podélně v axiálním směru na vnější ploše trubky (10) nebo nádoby (21) a elektrody (13, 14, 23, 24) jsou umístěny na odporové vrstvě v obvodovém odstupu od sebe.

19. Topný článek podle nároků 15 až 17, vyznačující se tím, že na nádobě (21) je dále upraveno napájecí ústrojí (29), probíhajícím v podélném směru na vnější straně nádoby (21) v celé její délce a spojené s každou z elektrod (23, 24) v nejméně dvou kontaktních bodech.

20. Topný článek podle nároků 15 až 17, vyznačující se tím, že odporová vrstva (32) a elektrody (33, 34) umístěné na této vrstvě probíhají podélně v axiálním směru na vnitřní ploše vyhřívaného válcového pláště (31)

Λ a elektrody (33, 34) jsou umístěny na odporové vrstvě (32) v obvodovém směru a v odstupu od sebe.

21. Topný článek podle nároku 20, vyznačující se t í m , že na odporové vrstvě (32) jsou na straně, odvrácené od vnitřní plochy, umístěny nejméně dvě elektrody (33, 34) v odstupu od sebe.

22. Topný článek podle nároku 20 nebo 21, vyznačující se tím, že elektrody (33, 34) probíhají v podstatě po celém obvodu a jsou umístěny v axiálním odstupu od sebe.