Пленочный керамический электронагреватель

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(73) Патентообладатель Проневич Игорь Иванович(57) 1. Пленочный керамический электронагреватель, содержащий нагревательный элемент, выполненный в виде тонкой диэлектрической подложки с нанесенной на одну из ее сторон резистивной пленкой, на концевых участках которой выполнены площадки контакта, и средство для закрепления нагревательного элемента на нагреваемой поверхности, отличающийся тем, что он дополнительно содержит слой теплопроводного легкодеформируемого материала, расположенный на противоположной резистивной пленке стороне подложки, средство для закрепления выполнено в виде узла для прижима нагревательного элемента к нагреваемой поверхности, который установлен с возможностью контакта с подложкой со стороны резистивного слоя,а тонкая диэлектрическая подложка выполнена из теплопроводной керамики. 2. Пленочный керамический электронагреватель по п. 1, отличающийся тем, что слой теплопроводного легкодеформируемого материала выполнен из теплопроводной керамической пасты. 134 Полезная модель относится к резистивному нагреву, а конкретно, к пленочным керамическим электронагревателям и может быть использована в бытовых приборах с нагреваемыми поверхностями, например, в электроотопительных приборах, кухонной посуде с обогреваемым дном, в утюгах и других. Известен пленочный керамический электронагреватель, содержащий толстопленочный резистивный слой, нанесенный на тонкую керамическую электроизоляционную подложку 1. Известный нагреватель представляет собой тонкую эмалевую подложку с резистивным слоем, непосредственно нанесенную на поверхность нагреваемого изделия, что ограничивает применение известного нагревателя только теми изделиями, на которых сформирован нагреватель. Эмалевая подложка обеспечивает высокий тепловой контакт с нагреваемой поверхностью, однако достигается это за счет неразъемности соединения. Известен плоский резистивный нагреватель, содержащий плоский нагревательный элемент, включающий резистивный слой и электроизоляционное основание, и средство для закрепления элемента 2. В известном нагревателе резистивный проводник заключен в плоскую оболочку из электроизоляционного материала, а электроизоляционная оболочка размещена в корпусе, образованном подложкой и крышкой, причем корпус закреплен на изделии, в силу этого известный нагреватель имеет повышенные габариты и сложную конструкцию. А размещение нагревательного проводника в электроизоляционной оболочке и корпусе уменьшает коэффициент полезного действия за счет ухудшения теплопередачи через слой теплоизолятора. Наиболее близким к заявляемому является пленочный керамический нагревательный элемент, используемый как часть нагревательного блока в электроотопительной панели и содержащий тонкую диэлектрическую подложку с пленочным резистивным слоем и контактными площадками для проводников и средство для крепления ее к поверхности нагреваемого изделия 3. В известном пленочном керамическом электронагревателе нагревательный элемент, образованный подложкой и резистивной пленкой, вплотную закреплен на теплопроводном корпусе. При этом вследствие недостаточной плотности контакта, обусловленной конструкцией узла крепления и неравномерным температурным расширением подложки и корпуса, наблюдается повышенное тепловое сопротивление потоку тепла, идущему от резистивной пленки через подложку в изделие. Это приводит, с одной стороны, к снижению КПД нагревателя, а, с другой, накладывает ограничения на его мощность и увеличивает время нагрева. Предлагаемая полезная модель решает задачу создания пленочных керамических электронагревателей. Технический эффект модели заключается в увеличении коэффициента полезного действия нагревателя и обеспечении возможности увеличения его мощности. Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в пленочном керамическом нагревателе, содержащем нагревательный элемент в виде тонкой диэлектрической подложки с нанесенной на одну из ее сторон резистивной пленкой с площадками контакта на ее концах, а также средство для закрепления нагревательного элемента на нагреваемой поверхности, дополнительно содержит слой теплопровдного легкодеформируемого материала, расположенный на противоположной резистивной пленки стороне подложки,средство для закрепления выполнено в виде узла для прижима нагревательного элемента к нагреваемой поверхности, который установлен с возможностью контакта с подложной со стороны резистивного слоя, а тонкая диэлектрическая подложка выполнена из теплопроводной керамики. При этом слой теплопроводного легкодеформируемого материала выполнен из теплопроводящей керамической пасты. Благодаря выполнению тонкой диэлектрической подложки из теплопроводной керамики, основной поток тепла к нагреваемой поверхности от резистивной пленки идет через подложку. Слой теплопроводного легкодеформируемого материала обеспечивает изменение теплового сопротивления потоку тепла из подложки в нагреваемое изделие. Узел прижима, расположенный указанным образом, обеспечивает деформацию слоя теплопроводящего материала до уровня, снижающего до минимума тепловое сопротивление и поддерживает, благодаря прижиму, стабильный низкий уровень теплового сопротивления при циклическом нагреве. Благодаря указанным особенностям нагревателя, увеличивается полезный тепловой поток от резистивной пленки в нагреваемое изделие, а вследствие этого - возрастает коэффициент полезного действия. Высокая теплопроводность подложки и малое тепловое сопротивление между подложкой и нагреваемым изделием обеспечивают возможность, с одной стороны, более интенсивного нагрева поверхности изделия за счет уменьшения теплопотерь, а, с другой - подачу более электрической мощности на резистивную пленку, что также интенсифицирует процесс нагрева поверхности изделия. Легкодеформируемость материала теплопроводного слоя обеспечивает стабильность и минимум теплового сопротивления по всей площади контакта подложки с поверхностью нагреваемого изделия. А использование теплопроводящей керамической пасты гарантирует стабильность теплового сопротивления и его малые значения при высоких температурах нагрева. Кроме того, использование пасты или иного легкодеформируемого материала позволяет обеспечить релаксацию механических и термических напряжений в подложке при прижиме, что позволяет применять более тонкие керамические подложки, а это уменьшает теплопотери в подложке и способствует повышению интенсивности нагрева. 134 На фигуре 1 изображены пленочные керамические электронагреватели, выполненные в соответствии с полезной моделью, на поверхности нагреваемого изделия, вид сверху. На фигуре 2 изображен пленочный керамический электронагреватель в разрезе по А-А. На фигуре 3 изображен вариант пленочного керамического электронагревателя, отличающийся конструкцией узла прижима, вид сверху, а на фигуре 4 - его разрез по В-В. Заявляемый пленочный керамический электронагреватель содержит пленочный керамический нагревательный элемент 1, узел 2 для прижима нагревательного элемента к нагреваемой поверхности, слой 3 из теплопроводящего легкодеформируемого материала. Пленочный керамический нагревательный элемент 1 выполнен в виде тонкой плоской диэлектрической подложки 4 из теплопроводной керамики, на одной из сторон которой нанесена резистивная пленка 5 и контактные площадки 6 на ее концах. Узел 2 для прижима выполнен в виде хомута 7 и прижимных болтов 8, установленных с возможностью завинчивания в нагреваемую поверхность 9 изделия. Узел для прижима установлен с возможностью контакта с подложкой 4 со стороны резистивной пленки 5 через электроизолирующую прокладку 10, а слой 3 из теплопроводящего легкодеформируемого материала размещен на противоположной указанной стороне подложки 4 между ней и поверхностью 9 изделия. Нагреватель работает следующим образом. С помощью болтов 8 при их ввинчивании создают необходимое прижимное усилие, передаваемое посредством хомута 7 на нагревательный элемент 1. Слой 3 при этом деформируется, заполняя неровности поверхности подложки 4 и поверхности 9 изделия, и обеспечивая высокое сцепление с указанными поверхностями. При прохождении электрического тока через резистивную пленку 5 между площадками контакта 6 выделяется джоулево тепло, поток которого, благодаря процессу теплопередачи, передается через подложку 4 и слой 3 в нагреваемую поверхность 9 изделия. При этом слой 3 обеспечивает интенсивный теплоотвод от нагревательного элемента 1, а электроизолирующая прокладка 10 исключает возможность электропробоя. При необходимости после нескольких циклов нагрева-охлаждения изменяют прижимное усилие. Оптимальные значения прижимного усилия устанавливают экспериментально. Благодаря указанным особенностям конструкции, обеспечивается возможность применять для нагрева малогабаритные нагревательные элементы с высокими поверхностными удельными мощностями. Слой 3 из теплопроводящего легкодеформируемого материала может быть изготовлен в виде прокладки или нанесен на поверхность подложки 4 или 9 изделия (при установке нагревателя). В качестве легкодеформируемого материала могут быть использованы электропроводные эластомеры, токопроводящие пасты различных типов,например, КН-8 и другие. Форму нагревательного элемента выбирают в соответствии с конфигурацией поверхности нагреваемого изделия. Применение токопроводящей пасты, кроме того, облегчает возможность монтажа плоских пленочных керамических электронагревателей на неплоских поверхностях. Узел прижима может быть выполнен по-разному. На фигурах 3, 4 изображен вариант выполнения нагревателя с измененной конструкцией узла прижима. Отличие от вышеописанной конструкции заключается в том, что концы хомута 7 жестко соединены с поверхностью 9 изделия, а вместо нескольких болтов используется один винт 11, размещенный в центре хомута 7 на резьбе с возможностью контакта с прижимной пластиной 12 Необходимое усилие прижима создается при завинчивании винта 11 прижимной пластиной 12. В остальном данный вариант нагревателя работает аналогично вышеописанному. Для нагрева может быть использован как один нагреватель, так и несколько (см. фиг. 1), размещенных в соответствии с заданной схемой нагрева. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.