RU2088047C1

RU2088047C1 - Film electric heater

Info

Publication number: RU2088047C1
Application number: RU95110157A
Authority: RU
Inventors: Н.Е. Епишков; В.В. Маркин; О.В. Хамитов
Original assignee: Уральский филиал Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства
Priority date: 1995-06-14
Filing date: 1995-06-14
Publication date: 1997-08-20

Abstract

FIELD: heating of homes and industrial premises. SUBSTANCE: device has flat zigzag-shaped resistive emitter which is made from foil and is located between two flexible temperature-proof insulation films. Resistor heating emitter is made from amorphous metal alloy or alloy of transient metals with metalloids. EFFECT: increased mechanical strength, increased efficiency, increased reliability. 3 dwg

Description

Патентуемое изобретение относится к плоским электронагревателям излучающего типа, в частности к пленочным электронагревателям, применяемым для обогрева бытовых и производственных помещений. The patented invention relates to flat electric heaters of a radiating type, in particular to film electric heaters used for heating domestic and industrial premises.

Известен нагревательный и изоляционный модуль /см. заявку ЕПВ N 0116788, кл. Н05В 3/14, 3/36, 1984/, который предназначен для получения потолков, обеспечивающих отопление излучением. Модуль содержит нагреватель, образованный нагревательной пленкой, закрепляемой на поверхности теплоизоляционного слоя, который одновременно выполняет функцию дополнительного или подвесного потолка. Пленка же обращена в рабочем положении в сторону отапливаемого помещения и своими электрическими контактами подключается к питающим шинам. В целом конструкция модуля является жесткой, что снижает его потребительские свойства, а резистивный элемент выполнен в виде токопроводящего слоя, практически полностью покрывающего поверхность пленки, и изготавливается на основе оловяно-сурмяно-свинцового сплава, что обуславливает высокую стоимость модуля. Known heating and insulation module / cm. EPO application N 0116788, cl. Н05В 3/14, 3/36, 1984 /, which is designed to produce ceilings that provide heating by radiation. The module contains a heater formed by a heating film fixed on the surface of the heat-insulating layer, which simultaneously performs the function of an additional or suspended ceiling. The film is turned in the working position towards the heated room and is connected to the supply busbars with its electrical contacts. In general, the design of the module is rigid, which reduces its consumer properties, and the resistive element is made in the form of a conductive layer that almost completely covers the surface of the film, and is made on the basis of tin-antimony-lead alloy, which leads to the high cost of the module.

Известен гибкий электронагреватель, защищенный а. с. СССР N 377977, кл. Н05В 3/14, в котором в качестве токопроводящего материала использована углеграфитовая ткань, защищенная электроизоляционным слоем резины. Нагреватель вследствие гибкости удобен для использования, т.к. им можно облицовывать не только плоские поверхности, но и имеющие более сложный рельеф. Вместе с тем углеграфитовая ткань плохо соединяется с резиновой оболочкой, что обуславливает наличие воздушных пузырей, существенно снижающих технические характеристики нагревателя. Ввод в углеграфитовую ткань серы для повышения прочности связи между тканью и резиновой оболочкой с одной стороны существенно удорожает производство нагревателя, т.к. необходима рафинированная сера, с другой стороны положительный результат трудно достижим, т.к. сложно обеспечить гомогенный состав углеграфитовой ткани. Кроме того, присутствие серы и резиновый электроизоляционный слой отрицательно отражаются на КПД нагревателя. Known flexible electric heater, protected a. from. USSR N 377977, class Н05В 3/14, in which carbon-graphite fabric protected by an electrical insulating layer of rubber is used as a conductive material. Due to its flexibility, the heater is convenient to use. they can be faced not only with flat surfaces, but also with a more complex relief. At the same time, carbon-graphite fabric does not connect well with the rubber shell, which leads to the presence of air bubbles, which significantly reduce the technical characteristics of the heater. The introduction of sulfur into the carbon-graphite fabric to increase the bond strength between the fabric and the rubber shell on the one hand significantly increases the cost of heater production, as refined sulfur is needed, on the other hand, a positive result is difficult to achieve, because it is difficult to ensure a homogeneous composition of carbon-graphite fabric. In addition, the presence of sulfur and the rubber insulating layer adversely affect the efficiency of the heater.

Из описания к патенту Японии N 53-27496, кл. Н05В 3/14, 1978 известен плоский нагревательный элемент с теплоизлучением с одной поверхности. Он состоит из прозрачной нагревостойкой электроизоляционной пленки /тефлон, полиэфирная смола/, на которой размещен зигзагообразный резистивный элемент из алюминиевой или оловянной фольги. Резистивный элемент облицован с "рабочей" стороны еще одной пленкой из синтетической прозрачной термостойкой смолы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления /поливинилхлорид, полиамид/, в свою очередь покрытой алюминиевой или стальной фольгой, которая выполняет роль экрана. From the description of the Japan patent N 53-27496, class. H05B 3/14, 1978, a flat heating element with heat radiation from one surface is known. It consists of a transparent heat-resistant electrical insulating film / Teflon, polyester resin /, on which is placed a zigzag resistive element made of aluminum or tin foil. The resistive element is lined on the "working" side with another film of synthetic transparent heat-resistant resin with a negative temperature coefficient of resistance / polyvinyl chloride, polyamide /, in turn, coated with aluminum or steel foil, which acts as a screen.

Нагреватель обладает хорошими теплоизлучающими свойствами, высоким КПД, т. к. потери энергии излучения сведены к минимуму из-за удачного сочетания используемых материалов. Однако он дорогостоящ, т.к. во-первых, резистивный элемент выполнен из олова, которое к тому же имеет низкую прочность, во-вторых, потому что сложна его конструкция, включающая отражающие экраны. Их применение увеличивает расходы на изготовление, усложняет технологию сборки и увеличивает массу нагревателя. The heater has good heat-radiating properties, high efficiency, because the loss of radiation energy is minimized due to the successful combination of materials used. However, it is expensive because firstly, the resistive element is made of tin, which also has low strength, and secondly, because its design is complex, including reflective screens. Their use increases manufacturing costs, complicates assembly technology and increases the mass of the heater.

В качестве прототипа заявителем принят пленочный электронагреватель для систем электроотопления зданий, известный из заявки ФРГ N 3038417, кл. Н05В 3/14, 3/36, 1980. As a prototype, the applicant adopted a film electric heater for electrical heating systems of buildings, known from the application of Germany N 3038417, class. HB05 3/14, 3/36, 1980.

Это устройство представляет собой ленту резистивного элемента /фольгу/ из оловяно-свинцово-сурмяного сплава, которая зигзагообразно располагается между двумя гибкими электроизоляционными накладками, каждая из которых двухслойна. Внутренний слой, прилегающий к резистивному элементу, выполнен из полиэтиленовой пленки, а наружный из полиэфирной. Резистивный элемент в плане имеет меандрообразную форму, его параллельные участки /полоски/ последовательно соединены между собой перемычками. Электронагреватель снабжен выводами подключения к электросети напряжением 220 В. This device is a tape of a resistive element / foil / made of tin-lead-antimony alloy, which is zigzag between two flexible electrical insulating plates, each of which is two-layer. The inner layer adjacent to the resistive element is made of plastic film, and the outer one is made of polyester. The resistive element in the plan has a meander-like shape, its parallel sections / strips / are connected in series by jumpers. The electric heater is equipped with terminals for connecting to a power supply voltage of 220 V.

Несмотря на то, что электронагреватель изготовлен из композиции с пониженным содержанием олова /до 52%/ и дешевле аналогичных, например, пленочного электронагревателя по заявке ФРГ N 2705472, кл. Н05В 3/14, который содержит 61,5% олова /по массе/, стоимость его остается высокой. Despite the fact that the electric heater is made of a composition with a reduced tin content / up to 52% / and cheaper than similar ones, for example, a film electric heater according to the application of Germany N 2705472, class. Н05В 3/14, which contains 61.5% tin (by weight), its cost remains high.

Другим недостатком является низкая механическая надежность резистивного элемента устройства, обусловленная свойствами материалов, применяемых для его изготовления. Фольга на основе олова и свинца с присадкой сурьмы имеет предел напряжения на разрыв до 20 кПа/мм² при толщине фольги до 0,45 мм.Another disadvantage is the low mechanical reliability of the resistive element of the device, due to the properties of the materials used for its manufacture. The tin and lead based foil with an antimony additive has a tensile strength of up to 20 kPa / mm ² with a foil thickness of up to 0.45 mm.

Кроме того, сплав весьма хрупок и при изгибах легко разрушается. Поэтому для предохранения от повреждений резистивного элемента приходится применять довольно толстые электроизоляционные обкладки. In addition, the alloy is very fragile and easily bends when bent. Therefore, to protect against damage to the resistive element, it is necessary to use rather thick electrical insulating plates.

Невысокая механическая прочность известной фольги отражается и на рабочих характеристиках нагревателя. В частности, для обеспечения рабочей мощности, принятой в промышленности 150 300 Вт, при толщине фольги 7 25 мкм модуль нагревателя выпускается с площадью излучения не менее 1 м² при последовательном соединении резистивных элементов. Уменьшение общих габаритов модуля электронагревателя влечет необходимость увеличения толщины фольги для сохранения необходимой мощности, следовательно, к перерасходу дорогостоящих металлов.The low mechanical strength of the known foil is reflected in the operating characteristics of the heater. In particular, to ensure the operating power accepted in the industry is 150 300 W, with a foil thickness of 7 25 μm, the heater module is produced with a radiation area of at least 1 m ² when the resistive elements are connected in series. Reducing the overall dimensions of the electric heater module entails the need to increase the thickness of the foil in order to maintain the required power, and therefore, cost overruns of expensive metals.

Поставленная цель в известном пленочном электронагревателе, содержащем плоский зигзагообразной формы резистивный излучающий элемент из фольги, расположенный между двумя гибкими термостойкими электроизоляционными пленками и снабженный выводами для подключения к электрической сети, достигается тем, что фольга выполнена из аморфного сплава металлов или переходных металлов с металлоидами. The goal in a known film electric heater containing a flat zigzag shaped resistive radiating element made of foil located between two flexible heat-resistant electrical insulating films and equipped with leads for connection to an electric network is achieved by the fact that the foil is made of an amorphous alloy of metals or transition metals with metalloids.

Благодаря выполнению фольги из аморфных сплавов металлов или переходных металлов с металлоидами, вследствие их более высокой прочности /предел напряжения на разрыв фольги из аморфного сплава в 600 раз выше, чем у фольги из оловяно-свинцово-сурьмяного сплава/, электронагреватель может быть выполнен с более тонкими электроизоляционными пленками и с повышенной удельной мощностью. Все это позволяет повысить КПД пленочного электронагревателя, повысить его надежность и снизить его стоимость. Due to the implementation of the foil from amorphous metal alloys or transition metals with metalloids, due to their higher strength / the tensile strength of the tear foil from an amorphous alloy is 600 times higher than that of a tin-lead-antimony alloy foil /, the electric heater can be made with more thin electrical insulating films and with high specific power. All this allows you to increase the efficiency of the film electric heater, increase its reliability and reduce its cost.

На фиг. 1 изображен общий вид пленочного электронагревателя; на фиг. 2 - разрез по А А на фиг. 1; на фиг. 3 схема соединения нескольких электронагревателей. In FIG. 1 shows a general view of a film electric heater; in FIG. 2 is a section along A A in FIG. one; in FIG. 3 diagram of the connection of several electric heaters.

Пленочный электронагреватель содержит два листа гибких термостойких электроизоляционных пленок 1, в качестве которых может быть использована полиэтилентерефталатная ламинированная пленка по ТУ 6-49-5761783-334-90, между которыми размещен резистивный излучающий элемент 2 из фольги аморфного сплава металлов или переходных металлов с металлоидами /например, один из сплавов аморфной ленты по ТУ 14-1-4971-91/. Резистивный элемент 2 имеет зигзагообразную форму, например в виде полосок, последовательно соединенных между собой перемычками 3, образуя в плане меандровую форму. Элемент 2 снабжен выводами /на фиг. не показаны/ для подключения к соединительным проводам 4, которые снабжаются вилкой для включения в сеть электропитания, либо имеют свободное окончание для параллельного соединения нескольких электронагревателей /фиг. 3/. The film electric heater contains two sheets of flexible heat-resistant electrical insulating films 1, which can be used as a polyethylene terephthalate laminated film according to TU 6-49-5761783-334-90, between which there is a resistive radiating element 2 made of an amorphous alloy of metals or transition metals with metalloids / for example, one of the alloys of amorphous tape according to TU 14-1-4971-91 /. Resistive element 2 has a zigzag shape, for example in the form of strips connected in series by jumpers 3, forming a meander shape in plan. Element 2 is equipped with leads / in FIG. not shown / for connection to connecting wires 4, which are supplied with a plug for inclusion in the power supply network, or have a free end for parallel connection of several electric heaters / Fig. 3 /.

Края электронагревателя обклеиваются лентой 5. Опытный электронагреватель размером в плане 750x1450 мм и толщиной 150 мкм, образованный из 2-х листов вышеупомянутой пленки толщиной 60 мкм и с резистивным излучающим элементом в виде фольговой ленты толщиной 25 мкм и шириной 10 мм, уложенной параллельно с шагом 25 мм /28 полосок/, имеет излучаемую мощность в пределах 125 150 Вт/м², температуру поверхности в пределах 40 65^oC, электросопротивление 320±40 Ом, удельную массу около 350 г/м² при массе резистивного элемента около 95 г.The edges of the electric heater are glued with tape 5. An experimental electric heater with a plan size of 750x1450 mm and a thickness of 150 μm, formed from 2 sheets of the aforementioned film with a thickness of 60 μm and with a resistive radiating element in the form of a foil tape with a thickness of 25 μm and a width of 10 mm, laid in parallel with the pitch 25 mm / 28 strips /, has an emitted power in the range of 125 150 W / m ² , surface temperature in the range of 40 65 ^o C, electrical resistance 320 ± 40 Ohm, specific gravity of about 350 g / m ² with a mass of the resistive element of about 95 g.

При использовании пленочного электронагревателя для обогрева, например, служебного помещения собирают несколько электронагревателей по схеме фиг. 3, образуя нагревательную панель /потолочную, стеновую, половую или иную/. Панель закрепляют на потолке /стене, полу/ клеем, гвоздями, шурупами и др. и при необходимости облицовывают, например, древесностружечной или гипсовой плитой, общий электрический вывод 6 панели снабжают либо электрическим разъемом, либо подключают к выключателю /на фиг. не показано/. When using a film electric heater for heating, for example, an office building, several electric heaters are assembled according to the scheme of FIG. 3, forming a heating panel / ceiling, wall, floor or other /. The panel is fixed to the ceiling / wall, floor / glue, nails, screws, etc. and, if necessary, is faced, for example, with chipboard or gypsum board, the general electrical terminal 6 of the panel is either provided with an electrical connector or connected to a switch / in FIG. not shown.

Электронагреватель работает следующим образом. The electric heater operates as follows.

При подключении его к электрической сети резистивный элемент нагревается и излучает тепло в атмосферу помещения. Потери энергии излучения вследствие уменьшенной толщины электроизоляционной ленты сведены к минимуму, что определяет высокий КПД электронагревателя. When connected to an electric network, the resistive element heats up and radiates heat to the atmosphere of the room. Loss of radiation energy due to the reduced thickness of the insulating tape is minimized, which determines the high efficiency of the electric heater.

Благодаря повышенной механической прочности резистивного элемента повышается надежность электронагревателя и он может быть использован как часть облицовки помещений, на его основе могут быть изготовлены обои, ковровые покрытия, детали мебели, в том числе объемной формы. Due to the increased mechanical strength of the resistive element, the reliability of the electric heater is increased and it can be used as part of the room cladding, it can be used as a basis for wallpaper, carpeting, furniture details, including three-dimensional shapes.

Claims

A film electric heater containing a flat zigzag resistive radiating element made of foil located between two flexible heat-resistant electrical insulating films and equipped with leads for connection to an electric network, characterized in that the foil is made of an amorphous alloy of metals or transition metals with metalloids.