SK11342000A3 - Plošný vyhrievací článok - Google Patents

Description

Plošný vyhrievací článok

Oblasť techniky

Vynález sa týka plošného vyhrievacieho článku, najmä odporového vyhrievacieho článku, a použitia plošných vyhrievacích článkov.

Doterajší stav techniky

Na výrobu tepla sa odporové vyhrievacie články používajú v rozličných oblastiach. Tieto vyhrievacie články potrebujú na dosiahnutie dostatočnej teploty spravidla vysoké napätia vo vyhrievacom článku. Tieto vysoké napätia môžu ale najmä pri použití na vyhrievanie médií alebo pri styku s ľudským telom predstavovať bezpečnostné riziká. Naviac sú bežné odporové vyhrievacie články v dôsledku v nich použitých materiálov najčastejšie vhodné, najmä pri dlhodobej prevádzke, len pre nižšie teploty. Iné návrhy v doterajšom stave techniky vyžadujú komplexnú konštrukciu odporového vyhrievacieho článku a tak obmedzujú možnosti použitia odporového vyhrievacieho článku.

Úlohou predloženého vynálezu je vytvoriť vyhrievací článok, s ktorým sa aj v dlhodobej prevádzke dajú dosiahnuť vysoké plošné výkony a tým aj vysoké teploty a súčasne sú vo vyhrievacom článku prítomné nízke napätia. Ďalej má tento vyhrievací článok byť mnohostranne použiteľný a jednoducho kontaktovateľný.

Vynález sa ďalej týka vyhrievateľnej rúry, pri ktorej sa použije odporový vyhrievací článok.

Rúry sa mnohostranne používajú, napríklad na vedenie médií. Ak sú tieto rúry položené napríklad pod zemou alebo v chladných oblastiach voľne v teréne, existuje nebezpečenstvo, že médium, ktoré sa nachádza v rúre, v dôsledku nízkej teploty stuhne a dôjde k zapchatiu rúry.

Preto je ďalšou úlohou vynálezu vytvoriť rúru, ktorá sa dá jednoduchými prostriedkami vyhrievať a mnohostranne použiť.

Vynález sa ďalej týka vyhrievateľného transportného zariadenia pre médiá.

-2Médiá, ako napríklad plyny alebo tekutiny, sa často transportujú v cisternách, ktoré sú pripevnené na železničné vozne alebo nákladné autá. Pri nízkych okolitých teplotách môže médium v cisterne zamrznúť a tým sa cisterna môže prípadne dokonca poškodiť. Namontovanie vyhrievacích článkov na takéto vozne kladie vysoké nároky tak na vyhrievací článok, ako aj na možný prenos tepla medzi vyhrievacím článkom a vozňom. V takýchto cisternách sa čiastočne transportujú nebezpečné látky. Pritom je dôležité, aby prostredníctvom vyhrievacieho článku nedošlo k lokálnym zvýšeniam teploty. Aj zlyhaniu vyhrievacieho článku v dôsledku napríklad odtrhnutia od cisterny sa musí zabrániť, aby sa zabránilo zamrznutiu média.

Úlohou tohto vynálezu je preto ďalej vytvoriť transportné zariadenie pre médiá, pomocou ktorého sa médium môže počas transportu udržiavať pri stanovenej teplote bez bezpečnostných rizík, ako je napríklad zamrznutie, výbuch alebo požiar.

Vynález sa ďalej týka vyhrievacieho valca, najmä na použitie ako kopírovací alebo fóliovací valec.

V mnohých oblastiach tepelnej techniky je nevyhnutné mať k dispozícii valec, ktorý sa dá vyhriať na určitú teplotu. Doteraz sa takéto vyhrievacie valce vyrábali s vyhrievacími článkami, pri ktorých sú do izolačnej masy zabudované odporové drôty.

Prevádzkovať iný variant, vyhrievacie valce, ktoré sa napríklad používajú pri kopírovaní, znamená použiť halogénový žiarič. Oba varianty majú nevýhodu, že je buď drahá ich výroba, alebo vykazujú zlú účinnosť prenosu tepla.

Vynález má za úlohu vytvoriť vyhrievací valec, ktorý má jednoduchú konštrukciu, dá sa prevádzkovať s malým napätím a súčasne vykazuje vysoký stupeň účinnosti prenosu tepla. Okrem toho sa vyhrievací valec má dať mnohostranne použiť.

Základom tohto vynálezu je poznatok, že tieto úlohy sa dajú vyriešiť odporovým vyhrievacím článkom, pri ktorom vyhrievací prúd preteká optimálne vhodnou odporovou masou.

-3Základom tohto vynálezu je ďalej poznatok, že ďalšie úlohy sa dajú vyriešiť najmä rúrou, transportným zariadením a vyhrievacím valcom, ktoré sú vybavené odporovým vyhrievacím článkom, pričom odporový vyhrievací článok vykazuje vhodnú odporovú masu, cez ktorú optimálne preteká vyhrievací prúd, je vyhotovený plošne a zaručuje rovnomerné odovzdávanie tepla cez túto plochu.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je plošný vyhrievací článok, ktorý zahrnuje tenkú odporovú vrstvu, ktorá zahrnuje polymér s vlastnou elektrickou vodivosťou, a najmenej dve plošné elektródy, ktoré sú od seba odsadené usporiadané na jednej strane odporovej vrstvy.

Pri vyhrievacom článku podľa tohto vynálezu odporová vrstva zahrnuje polymér s vlastnou elektrickou vodivosťou.

Tieto polyméry, použité podľa tohto vynálezu v odporovej vrstve, sú uspôsobené tak, aby prúd tiekol pozdĺž molekúl polyméru. V dôsledku polymérnej štruktúry je vyhrievací prúd vedený cez odporovú vrstvu pozdĺž polymérov. V dôsledku elektrického odporu polymérov sa vytvára teplo, ktoré sa môže odovzdať predmetu, ktorý sa má vyhrievať. Pritom vyhrievací prúd nemusí prechádzať po najkratšej dráhe medzi oboma elektródami, ale sleduje štruktúru polymérneho usporiadania. Dĺžka dráhy prúdu je takto určená polymérmi, takže aj pri malých hrúbkach vrstiev sa môžu použiť pomerne vysoké napätia bez toho, aby došlo k prierazu napätia. Aj pri vysokých prúdoch, napríklad spínacích prúdoch, sa netreba obávať prepálenia. Ďalej sa v dôsledku rozdelenia prúdu v prvej elektróde a následného jeho vedenia odporovou vrstvou pozdĺž polymérnej štruktúry dosiahne homogénne rozdelenie teploty v odporovej vrstve. Táto sa nastaví bezprostredne po privedení napätia na elektródy.

Vďaka polymérom, použitým podľa tohto vynálezu, je možné prevádzkovať odporový vyhrievací článok aj pri vysokých napätiach, napríklad pri sieťovom napätí. Pretože dosiahnuteľný vyhrievací výkon rastie so štvorcom prevádzkového napätia, s odporovým vyhrievacím článkom podľa tohto vynálezu je možné

-4dosiahnuť vysoké vyhrievacie výkony a tým vysoké teploty. Prúdová hustota sa podľa tohto vynálezu minimalizuje vytvorením pomerne dlhej dráhy prúdu pozdĺž elektricky vodivých polymérov, resp. vytvorením najmenej dvoch elektricky do série zapojených zón, ktoré vykazujú podľa tohto vynálezu použité polyméry s vlastnou elektrickou vodivosťou.

Ďalej sú podľa tohto vynálezu použité, elektricky vodivé polyméry dlhodobo stabilné. Táto stabilita je založená predovšetkým na tom, že tieto polyméry sú roztiahnuteľné, takže pri zvýšení teploty nedochádza k roztrhnutiu polymérnych reťazcov a tým k prerušeniu dráhy prúdu. Aj pri viacnásobnom kolísaní teploty sa polymérne reťazce nepoškodia. Naproti tomu pri bežných odporových vyhrievacích článkoch, pri ktorých ich vodivosť vzniká napríklad štruktúrami sadzí, by takéto tepelné roztiahnutie viedlo k roztrhnutiu dráhy prúdu a tým k prehriatiu. Tým by nastala silná oxidácia a viedla by k prepáleniu odporovej vrstvy. Takýmto javom starnutia polymér s vlastnou elektrickou vodivosťou, použitý podľa tohto vynálezu, nepodlieha.

Polyméry s vlastnou elektrickou vodivosťou, použité podľa tohto vynálezu, sú aj v reaktívnom prostredí, napríklad vo vzdušnom kyslíku, odolné proti starnutiu. Ďalej pri tomto druhu vedenia prúdu odporovou masou ide o elektrónovú vodivosť. Tak pri odporovom vyhrievacom článku podľa tohto vynálezu ani nenastáva samozničenie odporovej vrstvy elektrolytickými reakciami pod vplyvom elektrických prúdov. Pri odporovom vyhrievacom článku podľa tohto vynálezu sú straty plošného vyhrievacieho výkonu s časom aj pri vysokých teplotách, napríklad 500 °C, a pri vysokých plošných vyhrievacích výkonoch, napríklad 50 kW/m², veľmi malé a približne rovné nule.

Celkove vykazuje odporová vrstva, použitá podľa tohto vynálezu, v dôsledku použitia polymérov s vlastnou elektrickou vodivosťou homogénne usporiadanie, ktoré umožňuje rovnomerné zahriatie po celej vrstve.

Odporový vyhrievací článok sa podľa tohto vynálezu kontaktuje dvoma elektródami, ktoré výhodne pozostávajú z materiálu s vysokou elektrickou vodivosťou a sú usporiadané na jednej strane odporovej vrstvy. Týmto spôsobom kontaktovania sa dá spôsob činnosti polymérov s vlastnou vodivosťou, použitých

-5podľa tohto vynálezu, využiť zvlášť výhodne. Privedený prúd sa rozdelí najprv v prvej elektróde, následne pretečie pozdĺž polymérnej štruktúry hrúbkou odporovej vrstvy, aby sa potom priviedol k druhej kontaktovanej elektróde. Dráha prúdu je preto v porovnaní s usporiadaním, pri ktorom obe elektródy uzatvárajú odporovú vrstvu medzi sebou, dodatočne predĺžená. V dôsledku takéhoto tečenia prúdu sa dá hrúbka odporovej vrstvy udržiavať malou.

Vyhrievací článok podľa tohto vynálezu ďalej vykazuje výhodu, že sa dá mnohostranne použiť. Kontaktovanie elektród sa uskutoční cez jednu stranu odporovej vrstvy. Protiľahlá strana odporovej vrstvy takto neobsahuje kontaktné prípoje a tak sa dá urobiť rovná. Takýto rovný povrch umožňuje priamo ho priložiť k telesu, ktoré sa má vyhrievať. Pretože styčná plocha medzi odporovým vyhrievacím článkom a telesom, ktoré sa má vyhrievať, nie je prerušená kontaktnými prípojmi, umožní sa ideálny prechod tepla.

Podľa výhodného uskutočnenia je na strane odporovej vrstvy, protiľahlej k obom plošným elektródam, usporiadaná plošná plávajúca elektróda.

Ako plávajúca elektróda sa v zmysle tohto vynálezu označuje elektróda, ktorá nie je skontaktovaná so zdrojom prúdu. Táto môže vykazovať izoláciu, ktorá zabráni elektrickému kontaktu so zdrojom prúdu.

Táto plávajúca elektróda podporuje pretekanie prúdu cez odporovú vrstvu. Pri tejto forme uskutočnenia sa prúd rozdelí v prvej elektróde, tečie od nej cez hrúbku odporovej vrstvy k protiľahlej plávajúcej elektróde, v tejto je vedený ďalej, aby sa potom dostal cez hrúbku odporovej vrstvy k ďalšej elektróde, ktorá sa nachádza na tej strane odporovej vrstvy, na ktorej je usporiadaná prvá elektróda.

Pri tomto uskutočnení vyhrievacieho článku prúd tečie v podstate kolmo na plochu odporovej vrstvy cez jej hrúbku. V odporovej vrstve sa vytvoria v podstate dve zóny. V prvej zóne tečie prúd v podstate kolmo od prvej kontaktovanej elektródy k plávajúcej elektróde a v druhej zóne v podstate kolmo od plávajúcej elektródy k druhej kontaktovanej elektróde. Týmto usporiadaním sa teda dosiahne sériové zapojenie viacerých odporov. Tento fenomén má za následok, že čiastkové napätie, ktoré je prítomné v jednotlivých zónach, je oproti privedenému napätiu menšie. Napätie, ktoré je v jednotlivých zónach, je pri tejto forme uskutočnenia

-6vynálezu polovicou privedeného napätia. Bezpečnostným rizikám sa pri vyhrievacom článku podľa tohto vynálezu dá zabrániť v dôsledku nízkeho napätia, ktoré je v odporovej vrstve, a možnosti použitia sú takto mnohostranné. Tak sa tento vyhrievací článok dá použiť aj pre zariadenia, v ktorých prichádza bezprostredne do styku s médiom, ktoré má vyhrievať, alebo sa ho ľudia, ktorí zariadenie obsluhujú, resp. používajú, musia dotknúť.

Ďalej, medzipriestor, vytvorený medzi kontaktovanými elektródami, pôsobí ako dodatočný, paralelne zapojený odpor. Ak sa ako izolácia v tomto medzipriestore zvolí vzduch, tento odpor bude určený vzájomnou vzdialenosťou elektród od seba a tým povrchovým odporom odporovej vrstvy.

Elektródy a plávajúca elektróda výhodne vykazujú dobrú špecifickú tepelnú vodivosť. Táto môže byť väčšia než 200 W/(m.K), výhodne väčšia než 250 W/(m.K). Miestne prehriatia sa v dôsledku tejto dobrej špecifickej tepelnej vodivosti v elektródach môžu rýchlo odviesť. K prehriatiam takto môže dôjsť len v smere hrúbky vrstvy, ale tieto sa v dôsledku malej hrúbky vrstvy, realizovateľnej pri vyhrievacom článku podľa tohto vynálezu, neprejavujú negatívne. Ďalšia výhoda tohto odporového vyhrievacieho článku spočíva v tom, že aj zvonku vyvolané, napríklad telesom, ktoré sa má vyhrievať, lokálne zvýšenie teploty sa dá odporovým vyhrievacím článkom ideálne vyrovnať.

Elektródy a plávajúca elektróda sú výhodne vytvorené z materiálu s vysokou elektrickou vodivosťou. Tak môže byť špecifický elektrický odpor elektród menší než 10'⁴ Q.cm, výhodne menší než 10'⁵ Q.cm. Vhodnými materiálmi sú napríklad hliník alebo meď. Voľbou takéhoto elektródového materiálu sa zaručí, že privedený prúd sa bude ďalej viesť v plošnej elektróde, teda sa v nej rozdelí predtým, než pretečie odporovou vrstvou. Tým sa dosiahne rovnomerné prúdenie vyhrievacieho prúdu cez odporovú vrstvu a tým rovnomerné a v podstate úplné zahriatie odporovej vrstvy. Takýmto odporovým vyhrievacím článkom sa preto môže rovnomerne vyrobiť a odovzdať teplo. Najmä sa však voľbou takéhoto elektródového materiálu umožnila výroba veľkých odporových vyhrievacích článkov bez toho, aby sa na elektródy po ich dĺžke, resp. šírke muselo na viacerých miestach priviesť napätie. Vedenie prívodných vodičov prúdu pozdĺž plochy teda nie je potrebné. Takéto

-7viacnásobné kontaktovanie sa podľa tohto vynálezu zvolí len pri formách uskutočnenia, pri ktorých odporový vyhrievací článok pokrýva veľkú plochu alebo dĺžku, napríklad pri plochách väčších než 60 cm², výhodne väčších než 80 cm². Veľkosť odporového vyhrievacieho článku, od ktorej má viacnásobné kontaktovanie význam, závisí popri voľbe elektródového materiálu aj od miesta kontaktovania. Tak môže byť viacnásobné kontaktovanie zbytočné aj pri väčších plochách, než ako sú vyššie uvedené, ak je elektróda prístupná v strede svojej plochy a dá sa tam kontaktovať.

Veľkosť odporového vyhrievacieho článku, prevádzkovateľného s jednoduchým kontaktovaním, ďalej závisí od hrúbky zvolených elektród. Podľa jednej formy uskutočnenia vykazujú elektródy a plávajúca elektróda hrúbku v oblasti od 50 do 150 μίτι, výhodne od 75 do 100 pm. Tieto malé hrúbky vrstiev sú ďalej výhodné tým, že odporovým vyhrievacím článkom vytvorené teplo sa z nich dá ľahko odovzdať. Naviac sú tenké elektródy ohybnejšie, čím sa pri tepelnom roztiahnutí odporovej vrstvy zabráni odlupovaniu elektród od odporovej vrstvy a tým prerušeniu elektrického kontaktu.

Odporová vrstva je podľa tohto vynálezu tenká. Smerom nadol je obmedzená len prierazným napätím a výhodne vykazuje hrúbku od 0,1 do 2 mm, výhodne 1 mm. Výhodou malej hrúbky odporovej vrstvy je ňou umožnená krátka doba vyhriatia, rýchle odovzdanie tepla a vysoký plošný vyhrievací výkon. Takáto hrúbka vrstvy je ale možná len s odporovým vyhrievacím článkom podľa tohto vynálezu. Polymérmi, použitými podľa tohto vynálezu, je po prvé určená dráha prúdu v odporovej vrstve a tá môže aj pri malých hrúbkach vrstiev vykazovať dostatočnú dĺžku, aby sa zabránilo prierazu napätia. Po druhé, jednostranné kontaktovanie odporového vyhrievacieho článku umožňuje rozdeliť odporovú vrstvu na zóny s menším napätím, čím sa riziko prierazu ešte dodatočne zníži.

Výhody odporového vyhrievacieho článku podľa tohto vynálezu sa ešte zosilnia, keď odporová vrstva vykazuje kladný teplotný koeficient elektrického odporu (PTC). Tým sa dosiahne samoregulačný účinok, čo sa týka maximálnej dosiahnuteľnej teploty. Tento účinok je podmienený tým, že v dôsledku PTC odporovej vrstvy sa tok prúdu odporovou masou reguluje v závislosti od teploty.

-8Čím vyššie teplota vystúpi, tým menši bude prúd, kým napokon pri určitej termickej rovnováhe je nemerateľne malý. Lokálnemu prehriatiu a roztaveniu odporovej masy sa preto spoľahlivo zabráni. Tento samoregulačný účinok má pre vyhrievací článok podľa tohto vynálezu veľký význam, pretože napríklad pri nedostatočnom kontakte vyhrievacieho článku podľa tohto vynálezu s telesom, ktoré sa má vyhrievať, a tým spôsobenom malom prechode tepla môže dôjsť k lokálnym zvýšeniam teploty.

Voľba PTC materiálu ako materiálu pre odporovú vrstvu má takto za následok aj to, že celá odporová vrstva sa zahreje na v podstate rovnakú teplotu. Tým sa umožní rovnomerné odovzdávanie tepla, ktoré môže byť pre jednotlivé oblasti použitia odporového vyhrievacieho článku dôležité.

Podľa tohto vynálezu môže byť odporová vrstva na svojich povrchoch, privrátených k elektródam a prípadne k plávajúcej elektróde, pokovovaná. Pokovovaním sa kov ukladá na povrchu odporovej vrstvy a zlepšuje tak pretekanie prúdu medzi elektródami, alebo plávajúcou elektródou a odporovou vrstvou. Naviac je pri tejto forme uskutočnenia zlepšený aj prenos tepla z odporovej vrstvy na plávajúcu elektródu a tým k telesu alebo predmetu, ktorý sa má zahrievať. Pokovovanie povrchu sa môže uskutočniť nastrekovaním kovu. Takéto pokovovanie je možné len pri materiáli odporovej vrstvy, použitom podľa tohto vynálezu. Nákladný krok pokovovania napríklad galvanizovaním je takto nepotrebný a to podstatne zmenšuje výrobné náklady.

Polymér s vlastnou elektrickou vodivosťou sa výhodne vyrobí dopovaním polyméru. Dopovaním môže byť dopovanie kovmi alebo polokovmi. Pri týchto polyméroch je rušič vodivosti chemicky viazaný na polymérny reťazec a vytvára miesto poruchy. Dopujúce atómy a molekula matrice tvoria takzvaný chargetransfer komplex. Pri dopovaní sa elektróny prenášajú zo zaplnených pásov polyméru na dopujúci materiál. Takto vzniknutými elektrónovými dierami získa polymér polovodičom podobné elektrické vlastnosti. Chemickou reakciou sa pri tejto forme uskutočnenia atóm kovu alebo polokovu umiestni do štruktúry polyméru, resp. na ňu tak, že sa tým vytvoria voľné náboje, ktoré umožnia pretekanie prúdu pozdĺž polymérnej štruktúry. Voľné náboje existujú vo forme voľných elektrónov alebo dier. Takto vznikne elektrónový vodič.

-9Výhodne sa polymér na dopovanie zmieša s dopujúcim materiálom v takom množstve, aby pomer atómov dopujúceho materiálu k počtu molekúl polyméru bol najmenej 1:1, výhodne medzi 2:1 a 10:1. Týmto pomerom sa dosiahne, že v podstate všetky molekuly polyméru sú dopované prinajmenšom jedným atómom dopujúceho materiálu. Voľbou tohto pomeru sa dá nastaviť vodivosť polymérov a tým odporovej vrstvy, ako aj teplotný koeficient odporu odporovej vrstvy.

Hoci sa polymér s vlastnou elektrickou vodivosťou, použitý podľa tohto vynálezu, dá použiť v odporovom vyhrievacom článku podľa tohto vynálezu aj bez pridania grafitu ako materiál pre odporovú vrstvu, podľa ďalšej formy uskutočnenia môže odporová vrstva naviac vykazovať grafitové častice. Tieto častice môžu prispievať k vodivosti celej odporovej vrstvy a výhodne sa nedotýkajú a najmä nevytvárajú žiadnu mriežkovú alebo skeletovú štruktúru. Grafitové častice nie sú pevne viazané do štruktúry polyméru, ale sú prítomné ako voľne pohyblivé. Ak sa grafitová častica nachádza v styku s dvoma molekulami polyméru, prúd môže preskočiť z jedného reťazca cez grafit na nasledujúci reťazec. Vodivosť odporovej vrstvy sa tak dá ešte zvýšiť. Súčasne sa grafitové častice v dôsledku svojej voľnej pohyblivosti v odporovej vrstve môžu dostať na jej povrch a tam spôsobiť zlepšenie kontaktu s elektródami alebo plávajúcou elektródou.

Grafitové častice sú prítomné výhodne v množstve maximálne 20 % objem., zvlášť výhodne maximálne 5 % objem., vztiahnuté na celý objem odporovej vrstvy, a vykazujú stredný priemer maximálne 0,1 pm. Týmto malým množstvom grafitu a malým priemerom sa dá zabrániť vytvoreniu grafitovej mriežky, čo by viedlo k vedeniu prúdu cez túto mriežku. Tak sa zabezpečí, že pretekanie prúdu sa bude naďalej uskutočňovať v podstate cez molekuly polyméru elektrónovou vodivosťou a tak sa dajú dosiahnuť vyššie uvedené výhody. Najmä sa vedenie nesmie uskutočňovať cez grafitovú mriežku, prípadne skelet, pri ktorom sa grafitové častice musia dotýkať a ktorý sa pri mechanickom a tepelnom zaťažení ľahko zničí, ale uskutočňuje sa pozdĺž roztiahnuteľného a proti starnutiu odolného polyméru.

Ako polyméry s vlastnou elektrickou vodivosťou sa dajú použiť tak elektricky vodivé polymerizáty, ako polystyrol, polyvinylové živice, deriváty kyseliny polyakrylovej a ich zmiešané polymerizáty, ako aj elektricky vodivé polyamidy a ich

-10deriváty, polyfluórované uhľovodíky, epoxidové živice a polyuretány. Výhodne sa môžu použiť polyamidy, polymetylmetakryláty, epoxidy, polyuretány, ako aj polystyrol alebo ich zmesi. Pritom polyamidy vykazujú naviac dobré lepivé vlastnosti, ktoré sú výhodné na výrobu odporového vyhrievacieho článku podľa tohto vynálezu. Niektoré polyméry, ako napríklad polyacetylén, sú v dôsledku svojej malej odolnosti proti starnutiu kvôli reaktivite s kyslíkom vylúčené z použitia podľa tohto vynálezu.

Dĺžka použitých molekúl polyméru sa mení vo veľkých rozsahoch v závislosti od druhu a štruktúry polyméru, ale výhodne je najmenej 500, zvlášť výhodne najmenej 4000 A.

V jednej forme uskutočnenia odporová vrstva vykazuje podperný materiál. Tento podperný materiál môže na jednej strane slúžiť ako nosný materiál pre polymér s vlastnou vodivosťou a na druhej strane pôsobí ako rozpierka, najmä medzi elektródami a plávajúcou elektródou. Podperný materiál dodáva odporovému vyhrievaciemu článku naviac tuhosť, v dôsledku ktorej tento môže vydržať mechanické zaťaženia. Ďalej sa pri použití podperného materiálu dá presne nastaviť hrúbka odporovej vrstvy. Podperným materiálom môžu byť sklené guľôčky, sklené vlákna, minerálna vata, keramiky, napríklad báriumtitanát, alebo plasty. Ak je podperný materiál vo forme tkaniny alebo rohože, napríklad zo sklených vláken, môže sa do masy, pozostávajúcej z polyméru s vlastnou elektrickou vodivosťou, ponoriť, t. j. môže sa polymérom s vlastnou elektrickou vodivosťou napustiť. Hrúbka vrstvy bude pritom určená hrúbkou mriežky alebo rohože. Dajú sa použiť aj postupy ako stieranie, natieranie alebo známe postupy sieťotlače.

Podperným materiálom je výhodne plošný, pórovitý, elektricky izolujúci materiál. Takýmto materiálom sa naviac dá zabrániť tomu, aby vyhrievací prúd tiekol cez podperný materiál namiesto cez štruktúru polyméru.

Možnosť výroby vrstiev, ktoré na celej ploche majú len minimálne tolerancie, napríklad 1 % od požadovanej hrúbky vrstvy, je najmä pri malých hrúbkach vrstiev podľa tohto vynálezu veľmi dôležitá, pretože v opačnom prípade sa možno obávať bezprostredného kontaktu medzi kontaktovanou elektródou a plávajúcou

-11 elektródou. Kolísanie v hrúbke vrstvy na ploche sa môže prejaviť aj na dosiahnutej teplote a môže viesť k nerovnomernému rozdeleniu teploty.

Podperný materiál ďalej spôsobuje, že prúd nemôže pretekať po najkratšej dráhe medzi elektródami a plávajúcou elektródou, ale na plnive sa odkloní alebo rozdelí. Tým sa dosiahne optimálne využitie privedenej energie.

Podstatu tohto vynálezu ďalej objasníme pomocou priložených obrázkov.

Prehľad obrázokov na výkresoch

Obr. 1 čiastočný rez vyhrievacím článkom podľa tohto vynálezu;

Obr. 2 schematický bočný pohľad na uskutočnenie s viacerými plávajúcimi elektródami.

Obr. 3 základný náčrt zón, vytvorených pri uskutočnení podľa obr. 2.

Obr. 4 pohľad v reze na rúru podľa tohto vynálezu bez tepelne izolujúcej vrstvy.

Obr. 5 pohľad v reze na rúru podľa tohto vynálezu s tepelne izolujúcou vrstvou.

Obr. 6 pohľad v reze na zariadenie podľa tohto vynálezu bez tepelne izolujúcej vrstvy.

Obr. 7 pohľad v reze na zariadenie podľa tohto vynálezu s odporovým vyhrievacím článkom, umiestneným v tepelne izolujúcej vrstve.

Obr. 8 perspektívny pohľad na zariadenie podľa tohto vynálezu, znázornené na obr. 7.

Obr. 9 je pohľad na vyhrievací valec podľa tohto vynálezu s odporovou vrstvou, uzavretou medzi elektródami.

Obr. 10 pozdĺžny rez vyhrievacím valcom podľa tohto vynálezu s dvoma vedľa seba usporiadanými elektródami na jednej strane odporovej vrstvy.

-12Príkladv uskutočnenia vynálezu

Vyhrievací článok 1 vykazuje tenkú odporovú vrstvu 2 a dve plošné elektródy 3 a 4, ktoré sú usporiadané vedľa seba v určitej vzájomnej vzdialenosti a odporovú vrstvu v podstate úplne pokrývajú. Na protiľahlej strane odporovej vrstvy 2 je usporiadaná plávajúca elektróda 5, ktorá pokrýva odporovú vrstvu po celej ploche, ktorú tvoria tak elektródy 3 a 4, ako aj medzera medzi nimi. Keď sa elektródy 3 a 4 kontaktujú so zdrojom prúdu (neznázorný), prúd sa rozdelí najprv v elektróde 3, potom tečie cez odporovú vrstvu 2 v podstate kolmo na jej plochu k plávajúcej elektróde 5, v nej je vedený ďalej a preteká odporovou vrstvou 2 k elektróde 4 a odtiaľ sa odvádza. Podľa kontaktovania elektród 3 a 4 môže prúd tiecť aj v opačnom smere. V znázornenej forme uskutočnenia je izolácia medzi elektródami 3 a 4 vytvorená vzduchovou medzerou.

Na obr. 2 je znázornený vyhrievací článok, pri ktorom je prítomná tenká odporová vrstva 2. Na stranách odporovej vrstvy 2 sú vytvorené dve plošné elektródy 3 a 4 a viaceré, medzi nimi usporiadané plávajúce elektródy 5. Elektródy 3, 4 a plávajúce elektródy 5 sú od seba odsadené a posunuté vzhľadom na plávajúce elektródy 5, usporiadané na protiľahlej strane odporovej vrstvy 2. Prúd, privedený na elektródy 3, 4, preteká pri tejto konštrukcii odporovou vrstvou 2 a plávajúcimi elektródami 5 v smere, ktorý je na obrázku naznačený šípkami. Pri tomto toku prúdu odporová vrstva 2 slúži ako sériové zapojenie viacerých elektrických odporov, čím sa dá dosiahnuť vysoký výkon a súčasne je v jednotlivých oblastiach, resp. zónach odporovej vrstvy malé napätie. Pritom sa využije tak odpor v hrúbke odporovej vrstvy 2, ako aj povrchový odpor v medzerách medzi plávajúcimi elektródami 5. resp. plávajúcou elektródou 5 a elektródou 3, resp. 4. Naviac veľká priestorová vzdialenosť medzi kontaktovanými elektródami ponúka výhodu, že sa dá zabrániť bezprostrednému dotyku medzi nimi.

Obr. 3 znázorňuje základný náčrt, pomocou ktorého sa má vysvetliť elektrotechnické dimenzovanie jednej formy uskutočnenia odporového vyhrievacieho článku podľa tohto vynálezu. Vychádzajúc z plošného vyhrievacieho výkonu celého odporového vyhrievacieho článku, požadovaného v konkrétnom

-13prípade, sa najprv z podielu celkového napätia, ktoré sa má priviesť na kontaktované elektródy, a jednotného maximálneho čiastkového napätia, ktoré je na každej z čiastkových zón, ktoré sú zapojené vždy do série, zistí počet vyhrievacích zón, potrebných na šírku odporového vyhrievacieho článku. Dĺžka vyhrievacej zóny sa označí ako S, šírka Z jednotlivých zón samotných sa vypočíta z nasledujúcej rovnice:

B - n.A/2 - 2.K

Z= ------------n kde

B je celková šírka plošného vyhrievacieho článku (mm)

A je vzdialenosť medzi plávajúcimi elektródami, resp. plávajúcou elektródou a elektródou na jednej strane odporovej vrstvy (mm)

K je šírka okrajového pásu (mm) n je počet jednotlivých vyhrievacích zón, zapojených do série.

Šírka jednotlivých, striedavo na jednom a druhom povrchu odporovej vrstvy usporiadaných elektród, resp. plávajúcich elektród, sa vypočíta ako súčet dvoch šírok zón a vzdialenosti A elektród, usporiadaných na jednej strane odporovej vrstvy.

Vyhrievací výkon N_z jednotlivej zóny odporového vyhrievacieho článku sa vypočíta z:

N_z = U_z. I_G= U_z ². S . Z/ p . D kde

U je elektrické zónové napätie (V), prítomné na čiastkovom odpore, maximálne prípustné v dôsledku elektrickej izolácie (elektrická prierazná pevnosť) odporovej vyhrievacej vrstvy, potrebnej v konkrétnom prípade použitia

I je intenzita prúdu, ktorá je v dôsledku sériového zapojenia na všetkých čiastkových odporoch rovnaká a rovná celkovému prúdu (A)

L je elektrická vodivosť odporovej vrstvy z polyméru s vlastnou vodivosťou (S)

-14p je špecifický odpor polymérovej vrstvy (Ω.γπιτι)

S je dĺžka elektródy odporového vyhrievacieho článku (mm)

Z je šírka jednotlivých vyhrievacích zón (mm)

D je hrúbka odporovej vrstvy (mm).

Elektródy, ako aj plávajúca elektróda môžu pri vyhrievacom článku podľa tohto vynálezu pozostávať napríklad z kovových fólií alebo kovových plechov. Ďalej môže byť elektricky vodivá vrstva na strane, ktorá je odvrátená od odporovej vrstvy, potiahnutá čiernym plastom. Touto dodatočnou vrstvou môže vyhrievací článok podľa tohto vynálezu prevziať funkciu čierneho telesa a vyvolať hĺbkové pôsobenie vytvoreného žiarenia.

Pri vyhrievacom článku podľa tohto vynálezu sa môžu vytvoriť viaceré elektródy na jednej strane odporovej vrstvy. Vytvorením viacerých elektród, ktoré sú od seba oddelené izoláciami, sú usporiadané vedľa seba a vždy slúžia ako elektródové páry, na ktoré sa dajú priviesť napätia, sa dá dosiahnuť zónové zahriatie vyhrievacieho článku.

Tiež spadá do rámca tohto vynálezu, keď sa izolácia medzi elektródami uskutoční izolačným materiálom, ktorý sa vnesie do štrbiny medzi elektródami. Ako izolačný materiál sa môžu použiť bežné dielektriká, najmä plasty.

Ak sa má povrch vyhrievacieho článku, ktorý je privrátený k telesu, ktoré sa má vyhrievať, udržiavať bez napätia, odporová vrstva, resp. plávajúca elektróda môže byť potiahnutá polyesterovou, PTFE, polyimidovou a inými fóliami. Použitie týchto bežných izolačných materiálov a jednoduchej formy, napríklad fólie, je pri vyhrievacom článku podľa tohto vynálezu umožnené tým, že plávajúca elektróda nie je vybavená kontaktami a tak vykazuje hladký povrch.

Odporová vrstva môže vykazovať usporiadanie, pri ktorom sú prítomné rozličné odporové materiály s rozličnými špecifickými elektrickými odpormi vo vrstvách.

Toto uskutočnenie vykazuje výhodu, že vhodnou voľbou materiálov v odporovej vrstve tá strana odporovej vrstvy, z ktorej sa má odovzdať teplo na teleso, ktoré sa má vyhrievať, môže vykazovať vyššie teploty bez toho, aby sa rôzne vyhrievacie prúdy museli viesť samostatne, napríklad vyhrievacími drôtmi v

-15jednotlivých vrstvách odporovej vrstvy. Tento efekt sa dosahuje tým, že špecifický elektrický odpor použitého polyméru vrstvy, ktorá prilieha k elektródam, sa oproti strane, ktorá je privrátená k telesu, resp. predmetu, ktorý sa má vyhrievať, zvolí vždy vyšší.

Odporový vyhrievací článok podľa tohto vynálezu sa môže v dôsledku použitej odporovej vrstvy a kontaktovania prevádzkovať tak s nízkymi napätiami napríklad 24 V, ako aj s veľmi vysokými napätiami, napríklad 240, 400 a až do 1000 V.

S odporovým vyhrievacím článkom podľa tohto vynálezu sa dajú dosiahnuť plošné vyhrievacie výkony vyššie než 10 kW/m², výhodne vyššie než 30 kW/m². S týmto vyhrievacím článkom sa dajú dosiahnuť výkony až do 60 kW/m². Tento vyhrievací výkon až do 60 kW/m² sa dá dosiahnuť aj s hrúbkou odporovej vrstvy 1 mm. Pokles výkonu s časom môže byť menší než 0,01 % za rok pri trvalom pôsobení napätia 240 V.

S týmto odporovým vyhrievacím článkom dosiahnuteľná teplota je ohraničená tepelnými vlastnosťami zvoleného polyméru, môže ale byť vyššia než 240 °C a až do 500 °C. Polymér sa najmä musí zvoliť tak, aby sa aj pri požadovaných teplotách vedenie uskutočňovalo elektrónovou vodivosťou.

Pri použití odporovej vrstvy, použitej podľa tohto vynálezu, môže vyhrievací článok vykazovať najrozličnejšie formy. Odporový vyhrievací článok môže existovať vo forme pásu, ktorého dĺžka je väčšia než jeho šírka a pri ktorom elektródy tvoria pásiky, ktoré sa rozprestierajú po celej dĺžke pásu a ktoré sú usporiadané vedľa seba v smere šírky odporového vyhrievacieho článku. S vyhrievacím článkom podľa tohto vynálezu sú možné aj štvorcové formy.

Odporový vyhrievací článok sa môže napríklad naniesť zvnútra alebo zvonka na rúru. Pritom je kontaktovanie vyhrievacieho článku z jednej strany zvlášť výhodné, pretože prenosu tepla z odporového vyhrievacieho článku na teleso, ktoré sa má vyhrievať, napríklad rúru, neprekážajú kontakty. Aj elektrická izolácia medzi telesom, ktoré sa má vyhrievať, a odporovým vyhrievacím článkom sa tým, že odpadnú kontaktné miesta na elektricky vodivej vrstve, zjednoduší.

-16Polymér s vlastnou elektrickou vodivosťou sa v rámci tohto vynálezu môže zvoliť aj tak, že v určitej teplotnej oblasti bude vykazovať záporný teplotný koeficient elektrického odporu. Tak môže byť tento teplotný koeficient od určitej teploty, napríklad 80 °C, kladný.

Ďalej vynález poskytuje vyhrievateľnú rúru, pri ktorej je vnútorná rúra na svojej vonkajšej strane prinajmenšom čiastočne priamo alebo cez medzivrstvu pokrytá tenkou odporovou vrstvou, ktorá zahrnuje polymér s vlastnou elektrickou vodivosťou, a na vonkajšej strane odporovej vrstvy sú od seba odsadené usporiadané najmenej dve, odporovú vrstvu prinajmenšom čiastočne pokrývajúce plošné elektródy.

Pri rúre podľa tohto vynálezu odporová vrstva zahrnuje polymér s vlastnou elektrickou vodivosťou. Tieto polyméry, použité podľa tohto vynálezu v odporovej vrstve, sú uspôsobené tak, aby prúd tiekol pozdĺž molekúl polyméru. V dôsledku polymérnej štruktúry je vyhrievací prúd vedený cez odporovú vrstvu pozdĺž polymérov. V dôsledku elektrického odporu polymérov sa vytvára teplo, ktoré sa môže odovzdať vnútornej rúre, ktorá sa má vyhrievať. Pritom vyhrievací prúd nemusí prechádzať po najkratšej dráhe medzi oboma elektródami, ale sleduje štruktúru polymérneho usporiadania. Dĺžka dráhy prúdu je takto určená polymérmi, takže aj pri malých hrúbkach vrstiev sa môžu použiť pomerne vysoké napätia bez toho, aby došlo k prierazu napätia. Aj pri vysokých prúdoch, napríklad spínacích prúdoch, sa netreba obávať prepálenia. Ďalej sa v dôsledku rozdelenia prúdu v prvej elektróde a následného vedenia odporovou vrstvou pozdĺž polymérnej štruktúry dosiahne homogénne rozdelenie teploty v odporovej vrstve. Táto sa nastaví bezprostredne po privedení napätia na elektródy.

V dôsledku použitia polymérov podľa tohto vynálezu je možné prevádzkovať rúru aj pri vysokých napätiach, napríklad pri sieťovom napätí. Pretože dosiahnuteľný vyhrievací výkon rastie so štvorcom prevádzkového napätia, s rúrou podľa tohto vynálezu je možné dosiahnuť vysoké vyhrievacie výkony a tým vysoké teploty. Prúdová hustota sa podľa tohto vynálezu minimalizuje vytvorením pomerne dlhej dráhy prúdu pozdĺž elektricky vodivých polymérov, resp. vytvorením najmenej

-17dvoch elektricky do série zapojených zón, ktoré vykazujú podľa tohto vynálezu použité polyméry s vlastnou elektrickou vodivosťou.

Ďalej sú podľa tohto vynálezu použité, elektricky vodivé polyméry dlhodobo stabilné. Táto stabilita je založená predovšetkým na tom, že tieto polyméry sú roztiahnuteľné, takže pri zvýšení teploty nedochádza k odtrhnutiu polymérnych reťazcov a tým k prerušeniu dráhy prúdu. Aj pri viacnásobnom kolísaní teploty sa polymérne reťazce nepoškodia. Naproti tomu pri bežných odporových vyhrievacích článkoch, použitých pre vyhrievateľnú rúru, pri ktorých sa ich vodivosť vytvorí napríklad štruktúrami sadzí, by takéto tepelné roztiahnutie viedlo k roztrhnutiu dráhy prúdu a tým k prehriatiu. Tým by nastala silná oxidácia a viedla by k prepáleniu odporovej vrstvy. Takýmto javom starnutia polymér s vlastnou elektrickou vodivosťou, použitý podľa tohto vynálezu, nepodlieha.

Polyméry s vlastnou elektrickou vodivosťou, použité podľa tohto vynálezu, sú aj v reaktívnom prostredí, napríklad vo vzdušnom kyslíku, odolné proti starnutiu. Ďalej pri odporovej mase, použitej podľa tohto vynálezu, ide pri vedení prúdu o elektrónovú vodivosť. Tak pri vyhrievateľnej rúre podľa tohto vynálezu ani nenastáva samozničenie odporovej vrstvy elektrolytickými reakciami pod vplyvom elektrických prúdov. Straty plošného vyhrievacieho výkonu, dosiahnutého s odporovou vrstvou s časom aj pri vysokých teplotách, napríklad 500 °C, a pri vysokých plošných vyhrievacích výkonoch, napríklad 50 kW/m², sú veľmi malé a približne rovné nule.

Táto dlhodobá odolnosť, resp. odolnosť proti starnutiu je pre rúru podľa tohto vynálezu veľmi dôležitá, pretože vyhrievateľné rúry sa používajú napríklad v pôde alebo na iných, ťažko prístupných miestach a časté opravy sú nežiaduce, ak nie dokonca nemožné.

Celkove vykazuje odporová vrstva, použitá podľa tohto vynálezu, v dôsledku použitia polymérov s vlastnou elektrickou vodivosťou homogénne usporiadanie, ktoré umožňuje rovnomerné zahriatie po celej vrstve.

Rúra sa podľa tohto vynálezu kontaktuje dvoma elektródami, ktoré výhodne pozostávajú z materiálu s vysokou elektrickou vodivosťou a sú usporiadané na jednej strane odporovej vrstvy. Týmto spôsobom kontaktovania sa dá spôsob

-18činnosti polymérov s vlastnou vodivosťou, použitých podľa tohto vynálezu, využiť zvlášť výhodne. Privedený prúd sa rozdelí najprv v prvej elektróde, následne pretečie pozdĺž polymérnej štruktúry hrúbkou odporovej vrstvy, aby sa potom priviedol k druhej kontaktovanej elektróde. Dráha prúdu je preto v porovnaní s usporiadaním, pri ktorom obe elektródy uzatvárajú odporovú vrstvu medzi sebou, dodatočne predĺžená. V dôsledku tohto toku prúdu sa dá hrúbka odporovej vrstvy udržiavať malou.

Rúra podľa tohto vynálezu ďalej vykazuje výhodu, že sa dá mnohostranne použiť. Kontaktovanie elektród sa uskutoční cez jednu stranu odporovej vrstvy. Táto je odvrátená od vnútornej rúry a tak je pre kontaktovanie ľahko prístupná. Protiľahlá, k vnútornej rúre privrátená strana odporovej vrstvy neobsahuje kontaktné prípoje a tak sa dá urobiť rovná. Tento rovný povrch umožňuje priamo priložiť odporovú vrstvu k vnútornej rúre. Pretože styčná plocha medzi odporovou vrstvou a vnútornou rúrou, ktorá sa má vyhrievať, nie je prerušená kontaktnými prípojmi, umožní sa ideálny prechod tepla k vnútornej rúre.

Týmto usporiadaním podľa tohto vynálezu sa rúry môžu jednoducho vyhrievať. Vnútorná rúra sa môže už na mieste výroby vybaviť odporovou vrstvou a elektródami, ako aj prípadne medzivrstvou, a v tomto hotovom stave sa môže na mieste zabudovať do potrubia.

Podľa jedného uskutočnenia rúry podľa tohto vynálezu táto vykazuje medzivrstvu z materiálu, ktorý má vysokú elektrickú vodivosť, medzi vnútornou rúrou a odporovou vrstvou.

Medzivrstva tu slúži ako plávajúca elektróda. Ako plávajúca elektróda sa v zmysle tohto vynálezu označuje elektróda, ktorá nie je skontaktovaná so zdrojom prúdu. Táto môže vykazovať izoláciu, ktorá zabráni elektrickému kontaktu so zdrojom prúdu.

Táto plávajúca elektróda podporuje pretekanie prúdu cez odporovú vrstvu.

Pri tejto forme uskutočnenia sa prúd rozdelí v prvej elektróde, tečie od nej cez hrúbku odporovej vrstvy k protiľahlej plávajúcej elektróde, v tejto je vedený ďalej, aby sa potom dostal cez hrúbku odporovej vrstvy k ďalšej elektróde, ktorá sa nachádza na tej strane odporovej vrstvy, ktorá je odvrátená od rúry. Táto

-19medzivrstva sa môže od vnútornej rúry odizolovať fóliami. Izolácia nekontaktovanej medzivrstvy sa môže uskutočniť známymi fóliami z polyimidu, polyesteru a silikónového kaučuku.

Pri tomto uskutočnení vyhrievateľnej rúry prúd tečie v podstate kolmo na plochu odporovej vrstvy cez jej hrúbku. V odporovej vrstve sa vytvoria v podstate dve zóny. V prvej zóne tečie prúd v podstate kolmo od prvej kontaktovanej elektródy k plávajúcej elektróde a v druhej zóne v podstate kolmo od plávajúcej elektródy k druhej kontaktovanej elektróde. Týmto usporiadaním sa teda dosiahne sériové zapojenie viacerých odporov. Tento fenomén má za následok, že čiastkové napätie, ktoré je v jednotlivých zónach, je oproti privedenému napätiu menšie. Napätie, ktoré je v jednotlivých zónach, je v tejto forme uskutočnenia vynálezu polovicou privedeného napätia. Rizikám nebezpečenstva sa pri rúre podľa tohto vynálezu dá zabrániť v dôsledku nízkeho napätia, ktoré je v odporovej vrstve, a možnosti použitia sú takto mnohostranné. Tak sa rúra podľa tohto vynálezu dá použiť v mokrých oblastiach alebo napríklad vo vlhkej pôde, alebo sa použije tam, kde sa osoby musia rúry dotknúť.

Ďalej medzipriestor, vytvorený medzi kontaktovanými elektródami, pôsobí ako dodatočný, paralelne zapojený odpor. Ak sa ako izolácia v tomto medzipriestore zvolí vzduch, tento odpor bude určený vzájomnou vzdialenosťou elektród a tým povrchovým odporom odporovej vrstvy. Táto vzdialenosť je výhodne väčšia než hrúbka odporovej vrstvy a je napríklad dvojnásobkom hrúbky odporovej vrstvy.

Elektródy a plávajúca elektróda výhodne vykazujú dobrú špecifickú tepelnú vodivosť. Táto môže byť väčšia než 200 W/(m.K), výhodne väčšia než 250 W/(m.K). Miestne prehriatia sa v dôsledku tejto dobrej špecifickej tepelnej vodivosti v elektródach môžu rýchlo odviesť. K prehriatiam takto môže dôjsť len v smere hrúbky vrstvy, ale tieto sa v dôsledku malej hrúbky vrstvy, realizovateľnej pri rúre podľa tohto vynálezu, neprejavujú negatívne. Ďalšia výhoda tejto rúry spočíva v tom, že aj zvnútra, napríklad rúrou, ktorá sa má vyhrievať, vyvolané lokálne zvýšenie teploty sa dá odporovým vyhrievacím článkom ideálne vyrovnať. K takýmto zvýšeniam teploty môže dôjsť napríklad v len čiastočne naplnených rúrach,

-20pretože v oblastiach, ktoré sú naplnené vzduchom, je prenos tepla z rúry do vzduchu menší.

Vyhrievateľná rúra ďalej vykazuje výhodu, že odporová vrstva, ktorá je usporiadaná na vnútornej rúre, môže vydržať aj silné zaťaženia bez toho, aby došlo k lokálnym zvýšeniam teploty. Mechanické zaťaženia, ktoré pôsobia na rúru v zabudovanom stave, najmä pod zemou, vznikajú spravidla v radiálnom smere. Tento smer zodpovedá smeru tečenia prúdu v odporovej vrstve odporového vyhrievacieho článku. Pri takomto zaťažení preto nedôjde k zvýšeniu odporu na miestach, na ktorých tlak vzniká, ako by tomu bolo v prípade odporového vyhrievacieho článku, pri ktorom by prúd tiekol kolmo na tlakové zaťaženie.

V ďalšom uskutočnení vyhrievateľnej rúry podľa tohto vynálezu je odporová vrstva usporiadaná bezprostredne na vnútornej rúre, ktorá pozostáva z elektricky vodivého materiálu.

Tok prúdu od jednej elektródy k druhej je pri tejto forme uskutočnenia vedený cez odporovú masu a vnútornú rúru. V dôsledku malých napätí, ktoré sú pri rúre podľa tohto vynálezu v odporovej vrstve, sa dá vnútorná rúra, ktorá v tomto prípade pôsobí ako plávajúca elektróda, využiť na vedenie prúdu bez bezpečnostných rizík. Súčasne sa pri tejto forme uskutočnenia vytvorené teplo dá dobre odovzdať médiu, ktoré sa nachádza v rúre. Pri tomto vyhotovení môže byť vnútorná rúra po celom obvode pokrytá odporovou vrstvou a elektródy ju môžu pokrývať v podstate úplne. Z elektrických dôvodov vytvorená vzdialenosť medzi elektródami však existuje aj pri tejto forme uskutočnenia.

Podľa ďalšieho uskutočnenia sa odporová vrstva, ako aj na nej usporiadané elektródy rozprestierajú v axiálnom smere pozdĺžne a elektródy sú v obvodovom smere usporiadané na odporovej vrstve od seba odsadené.

Tým, že sa odporová vrstva a elektródy rozprestierajú pozdĺžne, sa dá vyhriať určitá dĺžka rúry, pričom prívod prúdu je potrebné uskutočniť vždy len na jednom mieste oboch elektród.

Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia odporová vrstva pokrýva len čiastkovú oblasť obvodu vnútornej rúry a rozprestiera sa pozdĺžne v axiálnom smere. Dĺžka odporovej vrstvy a elektród výhodne zodpovedá dĺžke rúry.

-21 Pri tomto uskutočnení sa cez definovanú oblasť, v ktorej na vnútornú rúru prilieha odporová vrstva alebo prípadne medzivrstva, môže odovzdávať teplo rúre. Pri rúrach, pri ktorých vnútorná rúra vykazuje dobrú tepelnú vodivosť, sa teplo, odovzdané odporovou vrstvou, rozdelí po celom obvode vnútornej rúry a tak môže po celom obvode zahrievať médium, ktoré sa nachádza v rúre. Týmto usporiadaním sa uskutočňuje dobré vyhrievanie média pri malých konštrukčných nákladoch. Táto forma uskutočnenia je však možná len s konštrukciou vyhrievateľnej rúry podľa tohto vynálezu. Len s takouto konštrukciou sa dá dosiahnuť vysoký plošný výkon bez toho, aby sa odporová vrstva pri dlhšej dobe prevádzky a pod vplyvmi reaktívnych látok, ako je voda alebo vzdušný kyslík, poškodila.

Odporová vrstva pokrýva výhodne čiastkovú oblasť obvodu, ktorá je v zabudovanom stave na spodnej strane rúry. Tým sa zaručí, že aj pri neúplne naplnenej rúre je médium, ktoré sa má vyhriať, v styku s touto čiastkovou oblasťou a tak sa spoľahlivo a rýchlo vyhreje.

Pri rúre podľa tohto vynálezu pozostávajú elektródy a medzivrstva výhodne z materiálu so špecifickým elektrickým odporom menším než 10'⁴ Q.cm, výhodne menším než 10’⁵ Q.cm. Vhodnými materiálmi sú napríklad hliník alebo meď. To má pri rúre podľa tohto vynálezu mimoriadny význam.

Rúry sa spravidla používajú na vyhotovenie potrubí, napríklad ropovodov. Pretože odporová vrstva a elektródy vykazujú pri takomto potrubí, ktoré pozostáva z rúr podľa tohto vynálezu, veľké dĺžky, je výhodné, keď je elektrický odpor elektród malý. S takýmto elektródovým materiálom sa dá zabrániť úbytku napätia cez plochu elektródy, ktorý by viedol k celkovému poklesu výkonu. Naviac sa vodivosťou zaručí rýchle rozdelenie prúdu v elektróde, ktoré umožní rýchle, rovnomerné vyhriatie v podstate celej odporovej vrstvy a tým dĺžky rúry bez toho, aby sa na elektródy po ich dĺžke, resp. šírke muselo napätie priviesť na viaceré miesta. Naťahovanie vedení na zásobovanie prúdom pozdĺž rúry preto nemusí byť potrebné. Takéto rúry môžu mať dĺžku až do 1 m. Takéto viacnásobné kontaktovanie sa podľa tohto vynálezu zvolí len pri formách uskutočnenia, pri ktorých rúra vykazuje väčšiu dĺžku. Dĺžka, od ktorej má viacnásobné kontaktovanie zmysel, závisí popri voľbe

-22elektródového materiálu aj od miesta kontaktovania. Tak môže byť viacnásobné kontaktovanie zbytočné aj pri väčších dĺžkach, než aké sme uviedli vyššie, keď sú elektródy prístupné v strede ich dĺžky a tam sa môžu kontaktovať.

Dĺžka rúry, prevádzkovateľnej s jednoduchým kontaktovaním, ďalej závisí od hrúbky zvolených elektród. Podľa jednej formy uskutočnenia vykazujú elektródy a medzivrstva hrúbku v oblasti od 50 do 150 pm, výhodne od 75 do 100 pm. Tieto malé hrúbky vrstiev sú ďalej výhodné tým, že odporovou vrstvou vytvorené teplo sa dá ľahko odovzdať z medzivrstvy na rúru. Okrem toho sú tenké elektródy ohybnejšie, čím sa pri tepelnom roztiahnutí odporovej vrstvy zabráni odlupovaniu elektród a tým prerušeniu elektrického kontaktu.

Pri potrubiach veľkej dĺžky môže predsa byť viacnásobné kontaktovanie nevyhnutné. Pri rúre podľa tohto vynálezu sa však dá ľahko realizovať. Elektródy sa kontaktujú len z vonkajšej strany, takže sú ľahko prístupné. Pri potrubí sa takto dá dosiahnuť vedenie prúdu, ktoré sa rozprestiera pozdĺž rúry, a elektródy sa napoja v určitých vzdialenostiach na zdroj napätia. Tým sa dajú prevádzkovať dlhé rúry podľa tohto vynálezu.

Odporová vrstva je podľa tohto vynálezu tenká. Smerom nadol je obmedzená len prierazným napätím a výhodne vykazuje hrúbku od 0,1 do 2 mm, výhodne 1 mm. Výhodou malej hrúbky odporovej vrstvy je tým umožnená krátka doba vyhriatia, rýchle odovzdanie tepla a vysoký plošný vyhrievací výkon. Takáto hrúbka vrstvy je ale možná len s použitým polymérom s vlastnou vodivosťou a uvedeným spôsobom kontaktovania. Polymérmi, použitými podľa tohto vynálezu, je po prvé určená dráha prúdu v odporovej vrstve a táto aj pri malých hrúbkach vrstiev môže vykazovať dostatočnú dĺžku, aby sa zabránilo prierazu napätia. Po druhé, jednostranné kontaktovanie umožňuje rozdelenie odporovej vrstvy na zóny s malým napätím, čím sa riziko prierazu ešte dodatočne zníži.

Výhody rúry podľa tohto vynálezu sa ešte zosilnia, keď odporová vrstva vykazuje kladný teplotný koeficient elektrického odporu (PTC). Tým sa dosiahne samoregulačný účinok, čo sa týka maximálnej dosiahnuteľnej teploty. Týmto účinkom sa dá zabrániť prehriatiam rúry a tým spôsobeným reakciám v rúre. Tento účinok je podmienený tým, že v dôsledku PTC odporovej vrstvy sa tok prúdu

-23odporovou masou reguluje v závislosti od teploty. Čím vyššie teplota vystúpi, tým menší bude prúd, kým napokon pri určitej termickej rovnováhe bude nemerateľne malý. Lokálnemu prehriatiu a roztaveniu odporovej masy sa preto spoľahlivo zabráni. Tento efekt má pre tento vynález veľký význam. Ak je rúra napríklad naplnená len do polovice tekutým médiom, teplo v tejto oblasti rúry sa dá lepšie odviesť než ako v oblasti, v ktorej je v rúre vzduch. V dôsledku nedostatočného odvodu tepla by sa bežný odporový vyhrievací článok vyhrial a prípadne roztavil. Pri vyhrievateľnej rúre podľa tohto vynálezu sa naproti tomu tomuto roztaveniu samoregulačným efektom zabráni.

Voľba PTC materiálu ako materiálu pre odporovú vrstvu má takto za následok aj to, že celá odporová vrstva sa zahreje na v podstate rovnakú teplotu. Tým sa umožní rovnomerné odovzdávanie tepla, ktoré môže byť pre jednotlivé oblasti použitia rúry dôležité, napríklad keď sa cez potrubie vedú teplotné citlivé médiá.

Podľa tohto vynálezu môže byť odporová vrstva na svojich povrchoch, privrátených k elektródam a k medzivrstve, pokovovaná. Pokovovaním sa kov ukladá na povrchu odporovej vrstvy a zlepšuje pretekanie prúdu medzi elektródami, resp. plávajúcou elektródou a odporovou vrstvou. Naviac je pri tejto forme uskutočnenia zlepšený aj prenos tepla z odporovej vrstvy na plávajúcu elektródu a tým k vnútornej rúre. Pokovovanie povrchu sa môže uskutočniť nastrekovaním kovu. Takéto pokovovanie je možné len pri materiáli odporovej vrstvy, použitom podľa tohto vynálezu. Nákladný krok pokovovania napríklad galvanizovaním je takto nepotrebný a to podstatne zmenšuje výrobné náklady.

Polymér s vlastnou elektrickou vodivosťou sa výhodne vyrobí dopovaním polyméru. Dopovaním môže byť dopovanie kovmi alebo polokovmi. Pri týchto polyméroch je poruchový vodič chemicky viazaný na polymérny reťazec a vytvára poruchové miesto. Dopovacie atómy a molekula matrice tvoria takzvaný chargetransfer komplex. Pri dopovaní sa elektróny prenášajú zo zaplnených pásov polyméru na dopovací materiál. Takto vzniknutými elektrónovými dierami získa polymér polovodičom podobné elektrické vlastnosti. Chemickou reakciou sa pri tejto forme uskutočnenia atóm kovu alebo polokovu umiestni do štruktúry polyméru,

-24resp. na ňu, že sa tým vytvoria voľné náboje, ktoré umožnia pretekanie prúdu pozdĺž polymérnej štruktúry. Voľné náboje existujú vo forme voľných elektrónov alebo dier. Takto vznikne elektrónový vodič.

Výhodne sa polymér na dopovanie zmieša s dopovacím materiálom v takom množstve, aby pomer atómov dopovacieho materiálu k počtu molekúl polyméru bol najmenej 1:1, výhodne medzi 2:1 a 10:1. Týmto pomerom sa dosiahne, že v podstate všetky molekuly polyméru sú dopované prinajmenšom jedným atómom dopovacieho materiálu. Voľbou pomeru sa dá nastaviť vodivosť polymérov a tým odporovej vrstvy, ako aj teplotný koeficient odporu odporovej vrstvy.

Hoci sa polymér s vlastnou elektrickou vodivosťou, použitý podľa tohto vynálezu, dá použiť v rúre podľa tohto vynálezu aj bez pridania grafitu ako materiál pre odporovú vrstvu, podľa ďalšej formy uskutočnenia môže odporová vrstva naviac vykazovať grafitové častice. Tieto častice môžu prispievať k vodivosti celej odporovej vrstvy a výhodne sa nedotýkajú a najmä nevytvárajú žiadnu mriežkovú alebo skeletovú štruktúru. Grafitové častice nie sú pevne viazané do štruktúry polyméru, ale sú prítomné ako voľne pohyblivé. Ak sa grafitová častica nachádza v styku s dvoma molekulami polyméru, prúd môže preskočiť z jedného reťazca cez grafit na nasledujúci reťazec. Vodivosť odporovej vrstvy sa tak dá ešte zvýšiť. Súčasne sa grafitové častice v dôsledku svojej voľnej pohyblivosti v odporovej vrstve môžu dostať na jej povrch a tam spôsobiť zlepšenie kontaktu s elektródami alebo medzivrstvou, resp. vnútornou rúrou.

Grafitové častice sú prítomné výhodne v množstve maximálne 20 % objem., zvlášť výhodne maximálne 5 % objem., vztiahnuté na celý objem odporovej vrstvy, a vykazujú stredný priemer maximálne 0,1 pm. Týmto malým množstvom grafitu a malým priemerom sa dá zabrániť vytvoreniu grafitovej mriežky, čo by viedlo k vedeniu prúdu cez túto mriežku. Tak sa zabezpečí, že pretekanie prúdu sa bude naďalej uskutočňovať v podstate cez molekuly polyméru elektrónovou vodivosťou a tak sa dajú dosiahnuť vyššie uvedené výhody. Najmä sa vedenie nesmie uskutočňovať cez grafitovú mriežku, resp. skelet, pri ktorom sa grafitové častice musia dotýkať a ktorý sa pri mechanickom a tepelnom zaťažení ľahko zničí, ale uskutočňuje sa pozdĺž roztiahnuteľného a proti starnutiu odolného polyméru.

-25Ako polyméry s vlastnou elektrickou vodivosťou sa dajú použiť tak elektricky vodivé polymerizáty, ako polystyrol, polyvinylové živice, deriváty kyseliny polyakrylovej a ich zmiešané polymerizáty, ako aj elektricky vodivé polyamidy a ich deriváty, polyfluórované uhľovodíky, epoxidové živice a polyuretány. Výhodne sa môžu použiť polyamidy, polymetylmetakryláty, epoxidy, polyuretány, ako aj polystyrol alebo ich zmesi. Pritom polyamidy vykazujú naviac dobré lepivé vlastnosti, ktoré sú výhodné na výrobu rúry podľa tohto vynálezu, pretože týmto sa nanášanie na vnútornú rúru alebo medzivrstvu uľahčí. Niektoré polyméry, ako napríklad polyacetylén, sú v dôsledku svojej malej odolnosti proti starnutiu kvôli reaktivite s kyslíkom vylúčené z použitia podľa tohto vynálezu.

Dĺžka použitých molekúl polyméru sa mení vo veľkých rozsahoch v závislosti od druhu a štruktúry polyméru, ale výhodne je najmenej 500, zvlášť výhodne najmenej 4 000 A.

V jednom uskutočnení odporová vrstva vykazuje podperný materiál. Tento podperný materiál môže na jednej strane slúžiť ako nosný materiál pre polymér s vlastnou vodivosťou a na druhej strane pôsobí ako dištančný prvok, najmä medzi elektródami a medzivrstvou, resp. elektrónovo vodivou vnútornou rúrou. Podperný materiál dodáva odporovej vrstve naviac tuhosť, v dôsledku ktorej táto môže vydržať mechanické zaťaženia. Ďalej sa pri použití podperného materiálu dá presne nastaviť hrúbka odporovej vrstvy. Podperným materiálom môžu byť sklené guľôčky, sklené vlákna, minerálna vata, keramiky, napríklad báriumtitanát, alebo plasty. Ak sa podperný materiál nachádza vo forme tkaniny alebo rohože, napríklad zo sklených vláken, môže sa do masy, pozostávajúcej z polyméru s vlastnou elektrickou vodivosťou, ponoriť, t. j. môže sa polymérom s vlastnou elektrickou vodivosťou napustiť. Hrúbka vrstvy bude pritom určená hrúbkou mriežky alebo rohože. Dajú sa použiť aj postupy ako stieranie, natieranie alebo známe postupy sieťotlače.

Podperným materiálom je výhodne plošný, pórovitý, elektricky izolujúci materiál. Takýmto materiálom sa naviac dá zabrániť tomu, aby vyhrievací prúd tiekol namiesto cez štruktúru polyméru cez podperný materiál.

-26Možnosť výroby vrstiev, ktoré na celej ploche majú len minimálne tolerancie, napríklad 1 % od požadovanej hrúbky vrstvy, je najmä pri malých hrúbkach vrstiev podľa tohto vynálezu veľmi dôležitá, pretože v opačnom prípade sa možno obávať bezprostredného kontaktu medzi kontaktovanou elektródou a plávajúcou elektródou. Kolísanie v hrúbke vrstvy na ploche sa môže prejaviť aj na dosiahnutej teplote a môže viesť k nerovnomernému rozdeleniu teploty.

Podperný materiál ďalej spôsobuje, že prúd nemôže pretekať po najkratšej dráhe medzi elektródami a plávajúcou elektródou, ale na plnive sa odkloní alebo rozdelí. Tým sa dosiahne optimálne využitie privedenej energie.

Na obr. 4 je znázornená vyhrievateľná rúra 10 podľa vynálezu, ktorá pozostáva z vnútornej rúry 11 a z na nej usporiadanej odporovej vrstvy 12, ktorá pokrýva vnútornú rúru 11 po celom obvode. Na odporovej vrstve 12 sú usporiadané dve elektródy 13 a 14, ktoré sú vyhotovené ako plošné a od seba sú oddelené elektrickou izoláciou 16. Keď sa zo zdroja prúdu (neznázornený) privedie prúd k elektródam 13, 14, pretečie odporovou vrstvou 12 a dostane sa od elektródy 13 k vnútornej rúre U. Vnútorná rúra 11 pozostáva pri tejto forme uskutočnenia výhodne z elektricky vodivého materiálu. Prúd sa v stene vnútornej rúry 11 vedie ďalej a pretečie cez odporovú vrstvu 12 k druhej elektróde 14. Týmto vyhrievacím prúdom sa vyhreje celá odporová vrstva 12 a cez vnútornú rúru 11 môže odovzdať teplo vnútrajšku rúry.

Na obr. 5 je na časť obvodu vnútornej rúry 11 priložený odporový vyhrievací článok 12,13, 14,15,16. Tento vykazuje k vnútornej rúre 11 privrátenú, elektricky vodivú vrstvu 15. Táto vrstva 15 je vyhotovená ako rovinná a na strane, odvrátenej od vnútornej rúry U, je pokrytá odporovou vrstvou 12. Na odporovej vrstve 12 sú od seba odsadené usporiadané dve elektródy 13 a 14. Vnútorná rúra 11 je v oblasti, ktorá nie je v styku s odporovým vyhrievacím článkom, pokrytá tepelne izolujúcou vrstvou 17. Okolo tejto tepelne izolujúcej vrstvy 17 je usporiadaný izolačný obal 18, ktorý obklopuje tak tepelne izolujúcu vrstvu 17, ako aj odporový vyhrievací článok 12, 13. 14, 15. 16. Rúra ďalej vykazuje zariadenia 19 na napájanie prúdom. Zariadenia 19 na napájanie prúdom sú spojené s prívodmi 19a. ktoré prebiehajú rovnobežne s osou vnútornej rúry 11 cez izolačný obal 18. Tieto

-27prívody 19a sa rozprestierajú po celej dĺžke rúry a môžu byť na konci rúry napojené na zdroj prúdu (neznázornený) alebo kontaktované s prívodmi 19a nasledujúcej rúry. Medzi elektricky vodivou vrstvou 12, privrátenou k vnútornej rúre H, a vnútornou rúrou 11 môžu byť vložené materiály na zlepšenie prenosu tepla. Týmito môžu byť: tepelne vodivé pasty, podušky s tepelne vodivým materiálom, silikónová guma a iné. Odporový vyhrievací článok 12, 13, 14, 15, 16 môže však byť pri tejto forme uskutočnenia aj prispôsobený zakriveniu vnútornej rúry 11, čím sa zaručí bezprostredný prenos tepla.

Elektródy 13, 14 sa pri znázornenej forme uskutočnenia rozprestierajú v pozdĺžnom smere rúry a sú po obvode usporiadané vedľa seba. Patrí však tiež do rámca tohto vynálezu, keď sa elektródy 13, 14 usporiadajú na odporovej vrstve 12 tak, aby sa tieto rozprestierali v smere obvodu rúry a boli usporiadané vedľa seba axiálne.

Vďaka rovnobežne k osi rúry prebiehajúcim prívodom sa môžu viaceré kusy rúr, ktoré vždy vykazujú konštrukciu podľa tohto vynálezu, usporiadať za sebou a napájanie jednotlivých odporových vyhrievacích článkov prúdom zapojiť paralelne. Prívody sú chránené izolačným obalom pred poškodeniami, resp. stykom napríklad s vodou.

Tepelne izolujúca vrstva slúži na to, aby zabránila stratám tepla vyžarovaním v smere, odvrátenom od vnútornej rúry, a aby odporovým vyhrievacím článkom vytvorené teplo nasmerovala prevažne k vnútornej rúre. Tepelne izolujúca vrstva môže pozostávať z izolačných materiálov a prípadne naviac z reflexnej vrstvy.

Tiež je možné obklopiť celú rúru tepelne izolujúcou vrstvou a odporová vrstva, ako aj plošné elektródy a medzivrstva sa majú usporiadať v pozdĺžnej drážke tepelne izolujúcej vrstvy, privrátenej k vnútornej rúre. Pritom sa tepelne izolujúcou vrstvou zabráni odovzdávaniu tepla cez zvyšnú oblasť obvodu vnútornej rúry, ktorá nie je zakrytá odporovou vrstvou, resp. medzivrstvou. Usporiadaním odporového vyhrievacieho článku v izolujúcej vrstve sa zaručí dobrý kontakt izolujúcej vrstvy so zvyšnou oblasťou vnútornej rúry. Na obr. 4 a 5 znázornené uskutočnenia môžu byť naviac vybavené prítlačnými zariadeniami. Tieto prítlačné zariadenia môžu byť usporiadané voliteľne zvonka na znázornených

-28vyhrievatefných rúrach, napríklad lepiacimi páskami alebo upínacími krúžkami, alebo pri forme uskutočnenia, znázornenej na obr. 5, aj bezprostredne na vonkajšej strane odporového vyhrievacieho článku. V poslednom prípade môžu tieto zariadenia pozostávať z penovej gumy. Najmä pri veľkých rúrach môžu byť na strane odporového vyhrievacieho článku, odvrátenej od vnútornej rúry, vytvorené nafukovacie alebo vypeňovacie komory. Prítlačnými zariadeniami sa zaručí konštantný prítlak a tým dobrý prenos tepla z odporového vyhrievacieho článku na vnútornú rúru.

Použiteľný môže byť aj odporový vyhrievací článok, ako je znázornený na obr. 2. Tento odporový vyhrievací článok sa v rúre podľa tohto vynálezu použije tak, že strana odporového vyhrievacieho článku, na ktorej sú usporiadané kontaktované elektródy, je odvrátená od vnútornej rúry. Elektródy a plávajúce elektródy sa výhodne usporiadajú tak, aby boli po obvode rúry od seba odsadené a rozprestierali sa v axiálnom smere. Tým sa po obvode vytvoria viaceré zóny, v ktorých je vždy voči privedenému napätiu menšie napätie. Elektrické dimenzovanie pri použití takéhoto odporového vyhrievacieho článku sa uskutoční zodpovedajúco náčrtu 3 a k nemu patriacim vzorcom pre výpočty.

Vnútorná rúra môže pri vyhrievateľnej rúre podľa tohto vynálezu pozostávať napríklad z kovu alebo plastu, najmä polykarbonátu. Ak sa pre vnútornú rúru zvolí materiál, ktorý nevykazuje žiadnu elektrickú vodivosť, odporový vyhrievací článok môže vykazovať medzivrstvu medzi vnútornou rúrou a odporovou vrstvou. Tiež však patrí do rámca tohto vynálezu, keď sa pri takejto vnútornej rúre vytvorí odporový vyhrievací článok, ktorý obsahuje len elektródy a odporovú vrstvu. Pri tejto forme uskutočnenia sa vyhrievací prúd vedie od jednej elektródy cez odporovú masu odporovej vrstvy, t. j. cez elektricky vodivý polymér, k druhej elektróde. Takéto vedenie prúdu je pri rúre podľa tohto vynálezu možné, pretože štruktúra polymérov spôsobí dostatočný tok prúdu cez odporovú masu a tak dostatočnú tvorbu tepla.

Do rámca tohto vynálezu patrí, keď sa prívody, ktoré sú spojené cez zariadenia na napájanie prúdom s elektródami odporového vyhrievacieho článku, vedú na vonkajšom povrchu izolačného obalu.

-29Ako izolačný kus medzi elektródami, kontaktovanými s prúdom, môžu slúžiť bežné dielektriká, najmä plasty.

Prípoje na napájanie vyhrievacieho článku prúdom sa vytvoria podľa potreby ľubovoľne dlhými izolovanými prameňmi vodičov, ale aj pevne nalepenými kontaktami, pričom sa môžu použiť známe kontaktovacie systémy.

Tiež patrí do rámca tohto vynálezu použitie materiálu pre odporovú vrstvu, ktorého teplotný koeficient elektrického odporu je záporný.

Pri zápornom teplotnom koeficiente elektrického odporu je potrebný veľmi malý spínací prúd. Naviac sa materiál odporovej vrstvy dá zvoliť tak, aby sa odporová masa, použitá podľa tohto vynálezu, pri určitej teplote, napríklad 80 °C, regulovala späť, takže od tejto teploty je teplotný koeficient elektrického odporu kladný.

Odporová vrstva môže vykazovať usporiadanie, pri ktorom sú prítomné rozličné odporové materiály s rozličnými špecifickými elektrickými odpormi vo vrstvách.

Toto uskutočnenie vykazuje výhodu, že vhodnou voľbou materiálov v odporovej vrstve tá strana odporovej vrstvy, z ktorej sa má odovzdať teplo na teleso, ktoré sa má vyhrievať, môže vykazovať vyššie teploty bez toho, aby sa museli rôzne vyhrievacie prúdy viesť samostatne, napríklad vyhrievacími drôtmi, do jednotlivých vrstiev odporovej vrstvy. Tento efekt sa dosahuje tým, že špecifický elektrický odpor použitého polyméru vrstvy, ktorá prilieha k elektródam, sa oproti strane, ktorá je privrátená k rúre, ktorá sa má vyhrievať, zvolí vždy vyšší.

Rúra podľa tohto vynálezu sa môže v dôsledku použitej odporovej vrstvy a kontaktovania prevádzkovať tak s nízkymi napätiami napríklad 24 V, ako aj s veľmi vysokými napätiami, napríklad 240,400 a až do 1000 V.

S rúrou podľa tohto vynálezu sa dajú dosiahnuť plošné vyhrievacie výkony vyššie než 10 kW/m², výhodne vyššie než 30 kW/m². S touto rúrou sa dajú dosiahnuť výkony až do 60 kW/m². Tento vyhrievací výkon až do 60 kW/m² sa dá dosiahnuť aj s hrúbkou odporovej vrstvy 1 mm. Pokles výkonu s časom môže byť menší než 0,01 % za rok pri trvalom pôsobení napätia 240 V.

-30S touto rúrou dosiahnuteľná teplota je ohraničená tepelnými vlastnosťami zvoleného polyméru, môže ale byť vyššia než 240 °C a až do 500 °C.

Rúrou podľa tohto vynálezu môže byť ľubovoľne dlhý kus rúry. Takéto kusy rúry môžu byť voliteľne spojené s ďalšími rúrami podľa tohto vynálezu alebo s bežnými, nevyhrievateľnými kusmi rúr do potrubia. Tak je možné vyhrievať výlučne oblasti vedenia, pri ktorých sa musí nastaviť určitá teplota, aby sa napríklad zabránilo zamrznutiu. Týmto selektívnym vyhrievaním sa môžu náklady na potrubie optimalizovať. Môžu sa vyrobiť rúry podľa tohto vynálezu v dĺžkach 10 cm, ale aj až do 2 m.

Tiež je možné vybaviť usporiadaním podľa tohto vynálezu len časť dĺžky rúry. Ďalej môžu byť v tepelne izolujúcej vrstve rúry podľa tohto vynálezu usporiadané jeden alebo viaceré odporové vyhrievacie články. Tieto sa môžu rozprestierať v radiálnom alebo axiálnom smere. Pritom môžu byť odporové vyhrievacie články rozdelené po obvode, napríklad vo viacerých pozdĺžnych drážkach izolujúcej vrstvy.

Ak sa na elektródy vyhrievacieho článku privedie jednosmerný prúd a vnútorná rúra pozostáva z elektricky vodivého materiálu, na vnútornej rúre sa môže vytvoriť katódové ochranné napätie, ktoré zabraňuje korózii rúry.

Rúra môže vykazovať aj také usporiadanie, pri ktorom je vnútorná rúra tvorená bežnou rúrou a táto je obklopená dvoma polovicami obalu, pričom prinajmenšom jedna z polovíc obalu obsahuje odporový vyhrievací článok. Polovice obalu sú výhodne vytvorené z izolačného materiálu, ako napríklad sklených vláken alebo peny.

S rúrou podľa tohto vynálezu sa môžu napríklad klásť ropovody aj v oblastiach, kde sa treba obávať zamrznutia rúr.

Ďalšia úloha tohto vynálezu je vyriešená vyhrievateľným transportným zariadením pre médiá, ktoré zahrnuje zásobník na prijatie média, pričom tento zásobník je na svojej vonkajšej strane pokrytý prinajmenšom čiastočne priamo alebo cez medzivrstvu tenkou odporovou vrstvou, ktorá zahrnuje polymér s vlastnou elektrickou vodivosťou, a na vonkajšej strane odporovej vrstvy sú od seba odsadené usporiadané najmenej dve, odporovú vrstvu prinajmenšom čiastočne pokrývajúce plošné elektródy.

-31 Transportným zariadením podľa tohto vynálezu sa zásobník dá jednoducho a spoľahlivo vyhrievať.

Pri transportnom zariadení podľa tohto vynálezu odporová vrstva zahrnuje polymér s vlastnou elektrickou vodivosťou. Tieto polyméry, použité podľa tohto vynálezu v odporovej vrstve, sú uspôsobené tak, aby prúd tiekol pozdĺž molekúl polyméru. V dôsledku polymérnej štruktúry je vyhrievací prúd vedený cez odporovú vrstvu pozdĺž polymérov. V dôsledku elektrického odporu polymérov sa vytvára teplo, ktoré sa môže odovzdať nádrži, ktorá sa má vyhrievať. Pritom vyhrievací prúd nemusí prechádzať po najkratšej dráhe medzi oboma elektródami, ale sleduje štruktúru polymérneho usporiadania. Dĺžka dráhy prúdu je takto určená polymérmi, takže aj pri malých hrúbkach vrstiev sa môžu použiť pomerne vysoké napätia bez toho, aby došlo k prierazu napätia. Aj pri vysokých prúdoch, napríklad spínacích prúdoch, sa netreba obávať prepálenia. Ďalej sa v dôsledku rozdelenia prúdu v prvej elektróde a následného vedenia odporovou vrstvou pozdĺž polymérnej štruktúry dosiahne homogénne rozdelenie teploty v odporovej vrstve. Táto sa nastaví bezprostredne po privedení napätia na elektródy.

V dôsledku použitia polymérov podľa tohto vynálezu je možné prevádzkovať transportné zariadenie aj pri vysokých napätiach, napríklad pri sieťovom napätí. Pretože dosiahnuteľný tepelný výkon rastie so štvorcom prevádzkového napätia, s transportným zariadením podľa tohto vynálezu je možné dosiahnuť vysoké tepelné výkony a tým vysoké teploty. Prúdová hustota sa podľa tohto vynálezu minimalizuje vytvorením pomerne dlhej dráhy prúdu pozdĺž elektricky vodivých polymérov, resp. vytvorením najmenej dvoch elektricky do série zapojených zón, ktoré vykazujú podľa tohto vynálezu použitý polymér s vlastnou elektrickou vodivosťou.

Ďalej sú podľa tohto vynálezu použité, elektricky vodivé polyméry dlhodobo stabilné. Táto stabilita je založená predovšetkým na tom, že tieto polyméry sú roztiahnuteľné, takže pri zvýšení teploty nedochádza k roztrhnutiu polymérnych reťazcov a tým k prerušeniu dráhy prúdu. Aj pri viacnásobnom kolísaní teploty sa polymérne reťazce nepoškodia. Naproti tomu pri bežných odporových vyhrievacích článkoch, ktoré sa používajú pre vyhrievateľné transportné zariadenia, pri ktorých sa ich vodivosť vytvorí napríklad štruktúrami sadzí, by takéto tepelné roztiahnutie

-32viedlo k roztrhnutiu dráhy prúdu a tým k prehriatiu. Tým by nastala silná oxidácia a viedla by k prepáleniu odporovej vrstvy. Takýmto javom starnutia polymér s vlastnou elektrickou vodivosťou, použitý podľa tohto vynálezu, nepodlieha.

Polyméry s vlastnou elektrickou vodivosťou, použité podľa tohto vynálezu, sú aj v reaktívnom prostredí, napríklad vo vzdušnom kyslíku, odolné proti starnutiu. Tak pri vyhrievateľnom transportnom zariadení podľa tohto vynálezu ani nenastáva samozničenie odporovej vrstvy elektrolytickými reakciami pod vplyvom elektrických prúdov. Straty s odporovou vrstvou dosiahnutého plošného vyhrievacieho výkonu s časom sú aj pri vysokých teplotách, napríklad 500 °C, a pri vysokých plošných vyhrievacích výkonoch, napríklad 50 kW/m², veľmi malé a približne rovné nule.

Celkove vykazuje odporová vrstva, použitá podľa tohto vynálezu, v dôsledku použitia polymérov s vlastnou elektrickou vodivosťou homogénne usporiadanie, ktoré umožňuje rovnomerné zahriatie po celej vrstve.

Transportné zariadenie sa podľa tohto vynálezu kontaktuje dvoma elektródami, ktoré výhodne pozostávajú z materiálu s vysokou elektrickou vodivosťou a sú usporiadané na jednej strane odporovej vrstvy. Týmto spôsobom kontaktovania sa dá spôsob činnosti polymérov s vlastnou vodivosťou, použitých podľa tohto vynálezu, využiť zvlášť výhodne. Privedený prúd sa rozdelí najprv v prvej elektróde, následne pretečie pozdĺž polymérnej štruktúry hrúbkou odporovej vrstvy, aby sa potom priviedol k druhej kontaktovanej elektróde. Dráha prúdu je preto v porovnaní s usporiadaním, pri ktorom obe elektródy uzatvárajú odporovú vrstvu medzi sebou, dodatočne predĺžená. V dôsledku tohto toku prúdu sa dá hrúbka odporovej vrstvy udržiavať malou.

Transportné zariadenie podľa tohto vynálezu ďalej vykazuje výhodu, že sa dá mnohostranne použiť. Kontaktovanie elektród sa uskutoční cez jednu stranu odporovej vrstvy. Táto je odvrátená od nádrže a tak je ľahko prístupná na kontaktovanie. Protiľahlá strana odporovej vrstvy, privrátená k nádrži, neobsahuje kontaktné prípoje a tak sa dá urobiť rovná. Takýto rovný povrch umožňuje priamo priložiť odporovú vrstvu k nádrži. Pretože styčná plocha medzi odporovou vrstvou a nádržou nie je prerušená kontaktnými prípojmi, umožní sa ideálny prechod tepla.

-33Podľa jednej formy uskutočnenia nádrže podľa tohto vynálezu táto vykazuje medzi nádržou a odporovou vrstvou medzivrstvu z materiálu, ktorý má vysokú elektrickú vodivosť.

Medzivrstva tu slúži ako plávajúca elektróda. Ako plávajúca elektróda sa v zmysle tohto vynálezu označuje elektróda, ktorá nie je skontaktovaná so zdrojom prúdu. Táto môže vykazovať izoláciu, ktorá zabráni elektrickému kontaktu so zdrojom prúdu.

Táto plávajúca elektróda podporuje pretekanie prúdu cez odporovú vrstvu. Pri tejto forme uskutočnenia sa prúd rozdelí v prvej elektróde, tečie od nej cez hrúbku odporovej vrstvy k protiľahlej plávajúcej elektróde, v tejto je vedený ďalej, aby sa potom dostal cez hrúbku odporovej vrstvy k ďalšej elektróde, ktorá sa nachádza na tej strane odporovej vrstvy, ktorá je odvrátená od nádrže. Táto medzivrstva sa môže od nádrže odizolovať fóliami. Izolácia nekontaktovanej medzivrstvy sa môže uskutočniť známymi fóliami z polyimidu, polyesteru a silikónového kaučuku.

Pri tomto uskutočnení vyhrievateľného transportného zariadenia prúd tečie v podstate kolmo na plochu odporovej vrstvy cez jej hrúbku. V odporovej vrstve sa vytvoria v podstate dve zóny. V prvej zóne tečie prúd v podstate kolmo od prvej kontaktovanej elektródy k plávajúcej elektróde a v druhej zóne v podstate kolmo od plávajúcej elektródy k druhej kontaktovanej elektróde. Týmto usporiadaním sa teda dosiahne sériové zapojenie viacerých odporov. Tento fenomén má za následok, že čiastkové napätie, ktoré je v jednotlivých zónach, je oproti privedenému napätiu menšie. Napätie, ktoré je v jednotlivých zónach, je v tejto forme uskutočnenia vynálezu polovicou privedeného napätia. Rizikám nebezpečenstva sa pri transportnom zariadení podľa tohto vynálezu dá spoľahlivo zabrániť v dôsledku nízkeho napätia, ktoré je v odporovej vrstve, a možnosti použitia sú takto mnohostranné. Tak sa transportné zariadenie podľa tohto vynálezu môže využívať aj tam, kde sa osoby musia dotknúť nádrže. Pri transporte médií je zariadenie podľa tohto vynálezu vystavené poveternostným vplyvom. Najmä za dažďa a keď padá sneh, môže toto zariadenie prísť do styku s vodou. V dôsledku extrémne nízkeho napätia, ktoré je v odporovej vrstve zariadenia podľa tohto vynálezu, však

-34nevznikne žiadne bezpečnostné riziko. Ďalej je možné prevádzkovať zariadenie podľa tohto vynálezu s bežným zdrojom napätia, napríklad s batériou. Táto sa dá jednoduchým spôsobom umiestniť na železničnom vozni alebo nákladnom vozidle.

V poslednom prípade sa na zariadenie podľa tohto vynálezu dá privádzať napätie aj z batérie nákladného vozidla, čo predstavuje ďalšie konštrukčné zjednodušenie.

Ďalej medzipriestor, vytvorený medzi kontaktovanými elektródami, pôsobí ako dodatočný, paralelne zapojený odpor. Ak sa ako izolácia v tomto medzipriestore zvoli vzduch, tento odpor bude určený vzájomnou vzdialenosťou elektród a tým povrchovým odporom odporovej vrstvy. Táto vzdialenosť je výhodne väčšia než hrúbka odporovej vrstvy a je napríklad dvojnásobkom hrúbky odporovej vrstvy.

Elektródy a plávajúca elektróda výhodne vykazujú dobrú špecifickú tepelnú vodivosť. Táto môže byť väčšia než 200 W/(m.K), výhodne väčšia než 250 W/(m.K). Miestne prehriatia sa v dôsledku tejto dobrej špecifickej tepelnej vodivosti v elektródach môžu rýchlo odviesť. K prehriatiam takto môže dôjsť len v smere hrúbky vrstvy, ale tieto sa v dôsledku malej hrúbky vrstvy, realizovateľnej pri transportnom zariadení podľa tohto vynálezu, neprejavujú negatívne. Ďalšia výhoda tohto transportného zariadenia spočíva v tom, že aj zvonku, napríklad z okolia slnečným žiarením vyvolané lokálne zvýšenie teploty sa dá odporovým vyhrievacím článkom ideálne vyrovnať. Takéto zvýšenia teploty môžu nastať aj zvnútra, napríklad pri len čiastočne naplnených nádržiach, pretože v oblastiach, ktoré sú vyplnené vzduchom, je prenos tepla z nádrže do vzduchu menší.

Vyhrievateľné transportné zariadenie ďalej vykazuje výhodu, že odporová vrstva, ktorá je usporiadaná na nádrži, môže vydržať aj silné zaťaženia bez toho, aby došlo k lokálnym zvýšeniam teploty. Mechanické zaťaženia, ktoré môžu pôsobiť na nádrž, vznikajú spravidla v radiálnom smere. Tento smer zodpovedá smeru tečenia prúdu v odporovej vrstve odporového vyhrievacieho článku. Pri takomto zaťažení preto nedôjde k zvýšeniu odporu na miestach, na ktorých tlak vzniká, ako by to bolo v prípade odporového vyhrievacieho článku, pri ktorom by prúd tiekol kolmo na tlakové zaťaženie.

-35V ďalšom uskutočnení vyhrievateľnej rúry podľa tohto vynálezu je odporová vrstva usporiadaná bezprostredne na nádrži, ktorá pozostáva z elektricky vodivého materiálu.

Tok prúdu od jednej elektródy k druhej je pri tejto forme uskutočnenia vedený cez odporovú masu a vnútornú rúru. V dôsledku malých napätí, ktoré sú pri transportnom zariadení podľa tohto vynálezu v odporovej vrstve, sa dá nádrž, ktorá v tomto prípade pôsobí ako plávajúca elektróda, využiť na vedenie prúdu bez bezpečnostných rizík. Súčasne sa pri tejto forme uskutočnenia vytvorené teplo dá dobre odovzdať médiu, ktoré sa nachádza v nádrži. Pri tomto vyhotovení môže byť nádrž po celom obvode pokrytá odporovou vrstvou a elektródy ju pokrývajú v podstate úplne. Z elektrických dôvodov vytvorená vzdialenosť medzi elektródami však existuje aj pri tejto forme uskutočnenia.

Podľa ďalšieho uskutočnenia sa odporová vrstva, ako aj na nej usporiadané elektródy rozprestierajú v axiálnom smere pozdĺžne a elektródy sú v obvodovom smere usporiadané od seba odsadené na odporovej vrstve.

Tým, že sa odporový vyhrievací článok, tvorený odporovou vrstvou a elektródami, ako aj prípadne medzivrstvou, rozprestiera pozdĺžne, môže sa vyhrievať určitá oblasť nádrže, pričom privádzanie prúdu stačí uskutočniť vždy len na jednom mieste oboch elektród.

Podľa výhodného uskutočnenia odporová vrstva pokrýva len čiastkovú oblasť obvodu nádrže a rozprestiera sa pozdĺžne v axiálnom smere. Dĺžka odporovej vrstvy a elektród výhodne zodpovedá dĺžke nádrže.

Pri tomto uskutočnení sa môže cez definovanú oblasť, v ktorej vyhrievací článok, ktorý je tvorený odporovou vrstvou a elektródami, ako aj pripadne medzivrstvou, prilieha k nádrži, odovzdávať teplo nádrži. Pri transportných zariadeniach, pri ktorých nádrž vykazuje dobrú tepelnú vodivosť, sa teplo, vytvorené vyhrievacím odporovým článkom, rozdelí po celom obvode nádrže a tak môže po celom obvode nádrže zahrievať médium, ktoré sa nachádza v nádrži. Týmto usporiadaním sa uskutočňuje dobré vyhrievanie média pri malých konštrukčných nákladoch. Táto forma uskutočnenia je však možná len s konštrukciou vyhrievateľného transportného zariadenia podľa tohto vynálezu. Len s takouto

-36konštrukciou sa dá dosiahnuť vysoký plošný výkon bez toho, aby sa odporová vrstva pri dlhšej dobe prevádzky a pod vplyvmi reaktívnych látok, ako je voda alebo vzdušný kyslík, poškodila.

Odporová vrstva pokrýva výhodne čiastkovú oblasť obvodu, ktorá je v zabudovanom stave na spodnej strane nádrže. Tým sa zaručí, že aj pri neúplne naplnenej nádrži je médium, ktoré sa má vyhriať, v styku s touto čiastkovou oblasťou a tak sa spoľahlivo a rýchlo vyhreje.

Pri transportnom zariadení podľa tohto vynálezu pozostávajú elektródy a medzivrstva výhodne z materiálu so špecifickým elektrickým odporom menším než 10^-4 Ωαη, výhodne menším než 10'⁵ Qcm. Vhodnými materiálmi sú napríklad hliník alebo meď. To má pri transportnom zariadení podľa tohto vynálezu mimoriadny význam. Nádrže pre transportné zariadenia sa spravidla vyrábajú s veľkými dĺžkami. Pretože odporový vyhrievací článok pri takomto transportnom zariadení vykazuje veľké dĺžky, je výhodné, keď je elektrický odpor elektród malý. S takýmto elektródovým materiálom sa dá zabrániť úbytku napätia cez plochu elektródy, ktorý by viedol k celkovému poklesu výkonu. Naviac sa vodivosťou zaručí rýchle rozdelenie prúdu v elektróde, ktoré umožní rýchle, rovnomerné vyhriatie v podstate celej odporovej vrstvy a tým dĺžky nádrže bez toho, aby sa na elektródy po ich dĺžke, resp. šírke muselo napätie priviesť na viaceré miesta. Naťahovanie vedení na zásobovanie prúdom pozdĺž nádrže preto nemusí byť potrebné. Takéto nádrže môžu mať dĺžku až do 1 m. Takéto viacnásobné kontaktovanie sa podľa tohto vynálezu zvolí len pri formách uskutočnenia, pri ktorých nádrž vykazuje väčšiu dĺžku. Dĺžka, od ktorej má viacnásobné kontaktovanie zmysel, závisí popri voľbe elektródového materiálu aj od miesta kontaktovania. Tak môže byť viacnásobné kontaktovanie zbytočné aj pri väčších dĺžkach, než aké sme uviedli vyššie, keď sú elektródy prístupné v strede ich dĺžky a tam sa môžu kontaktovať.

Dĺžka transportného zariadenia, prevádzkovateľného s jednoduchým kontaktovaním, ďalej závisí od hrúbky zvolených elektród. Podľa jednej formy uskutočnenia vykazujú elektródy a medzivrstva hrúbku v oblasti od 50 do 150 pm, výhodne od 75 do 100 pm. Tieto malé hrúbky vrstiev sú ďalej výhodné tým, že

-37odporovou vrstvou vytvorené teplo sa z medzivrstvy dá ľahko odovzdať nádrži. Okrem toho sú tenké elektródy ohybnejšie, čím sa pri tepelnom roztiahnutí odporovej vrstvy zabráni odlupovaniu elektród a tým prerušeniu elektrického kontaktu.

Pri nádržiach veľkej dĺžky môže predsa byť viacnásobné kontaktovanie nevyhnutné. Pri transportnom zariadení podľa tohto vynálezu sa však môže ľahko uskutočniť. Elektródy sa kontaktujú len z vonkajšej strany, takže sú ľahko prístupné. Pri nádrži sa takto dá vytvoriť vedenie prúdu, ktoré sa rozprestiera pozdĺž nádrže, a elektródy sa napoja v určitých vzdialenostiach na zdroj napätia. Tým sa dajú prevádzkovať ľubovoľne dlhé transportné zariadenia podľa tohto vynálezu.

Odporová vrstva je podľa tohto vynálezu tenká. Smerom nadol je obmedzená len prierazným napätím a výhodne vykazuje hrúbku od 0,1 do 2 mm, výhodne 1 mm. Výhodou malej hrúbky odporovej vrstvy je ňou umožnená krátka doba vyhriatia, rýchle odovzdanie tepla a vysoký plošný vyhrievací výkon. Takáto hrúbka vrstvy je ale možná len s použitým polymérom s vlastnou vodivosťou a s uvedeným spôsobom kontaktovania. Polymérmi, použitými podľa tohto vynálezu, je po prvé určená dráha prúdu v odporovej vrstve a aj pri malých hrúbkach vrstiev môže vykazovať dostatočnú dĺžku, aby sa zabránilo prierazu napätia. Po druhé, jednostranné kontaktovanie umožňuje rozdelenie odporovej vrstvy na zóny s malým napätím, čím sa riziko prierazu ešte dodatočne zníži.

Výhody transportného zariadenia podľa tohto vynálezu sa ešte zosilnia, keď odporová vrstva vykazuje kladný teplotný koeficient elektrického odporu (PTC). Tým sa dosiahne samoregulačný účinok, čo sa týka maximálnej dosiahnuteľnej teploty. Týmto efektom sa dá zabrániť prehriatiam nádrže a tým spôsobeným reakciám v nádrži. Tento účinok je podmienený tým, že v dôsledku PTC odporovej vrstvy sa tok prúdu odporovou masou reguluje v závislosti od teploty. Čím vyššie teplota vystúpi, tým menší bude prúd, kým napokon pri určitej termickej rovnováhe bude nemerateľne malý. Lokálnemu prehriatiu a roztaveniu odporovej masy sa preto dá spoľahlivo zabrániť. Tento efekt má pre tento vynález veľký význam. Ak je nádrž napríklad naplnená len do polovice tekutým médiom, teplo v tejto oblasti nádrže sa dá lepšie odviesť než ako v oblasti, v ktorej je v nádrži vzduch. V dôsledku

-38nedostatočného odvodu tepla by sa obyčajný odporový vyhrievací článok vyhrial a prípadne roztavil. Pri vyhrievateľnej nádrži podľa tohto vynálezu sa naproti tomu tomuto roztaveniu samoregulačným efektom zabráni.

Voľba PTC materiálu ako materiálu pre odporovú vrstvu má takto za následok aj to, že celá odporová vrstva sa zahreje na v podstate rovnakú teplotu. Tým sa umožní rovnomerné odovzdávanie tepla, ktoré môže byť pre jednotlivé oblasti použitia nádrže dôležité, napríklad keď sa v nádrži transportujú teplotné citlivé médiá.

Podľa tohto vynálezu môže byť odporová vrstva na svojich povrchoch, privrátených k elektródam a k medzivrstve, pokovovaná. Pokovovaním sa kov ukladá na povrchu odporovej vrstvy a zlepšuje pretekanie prúdu medzi elektródami, resp. plávajúcou elektródou a odporovou vrstvou. Naviac je pri tejto forme uskutočnenia zlepšený aj prenos tepla z odporovej vrstvy na plávajúcu elektródu a tým k nádrži. Pokovovanie povrchu sa môže uskutočniť nastrekovaním kovu. Takéto pokovovanie je možné len pri materiáli odporovej vrstvy, použitom podľa tohto vynálezu. Nákladný krok pokovovania napríklad galvanizovaním je takto nepotrebný a to podstatne zmenšuje výrobné náklady.

Polymér s vlastnou elektrickou vodivosťou sa výhodne vyrobí dopovaním polyméru. Dopovaním môže byť dopovanie kovmi alebo polokovmi. Pri týchto polyméroch je ručič vodivosti chemicky viazaný na polymérny reťazec a vytvára poruchové miesto. Dopovacie atómy a molekula matrice tvoria takzvaný chargetransfer komplex. Pri dopovaní sa elektróny prenášajú zo zaplnených pásov polyméru na dopovací materiál. Takto vzniknutými elektrónovými dierami získa polymér polovodičom podobné elektrické vlastnosti. Chemickou reakciou sa pri tejto forme uskutočnenia atóm kovu alebo polokovu umiestni do štruktúry polyméru, resp. na ňu, že sa tým vytvoria voľné náboje, ktoré umožnia pretekanie prúdu pozdĺž polymérnej štruktúry. Voľné náboje existujú vo forme voľných elektrónov alebo dier. Takto vznikne elektrónový vodič.

Výhodne sa polymér na dopovanie zmieša s dopovacím materiálom v takom množstve, aby pomer atómov dopovacieho materiálu k počtu molekúl polyméru bol najmenej 1:1, výhodne medzi 2:1 a 10:1. Týmto pomerom sa dosiahne, že v

-39podstate všetky molekuly polyméru sú dopované prinajmenšom jedným atómom dopovacieho materiálu. Voľbou pomeru sa dá nastaviť vodivosť polymérov a tým odporovej vrstvy, ako aj teplotný koeficient odporu odporovej vrstvy.

Hoci sa polymér s vlastnou elektrickou vodivosťou, použitý podľa tohto vynálezu, dá použiť v transportnom zariadení podľa tohto vynálezu aj bez pridania grafitu ako materiál pre odporovú vrstvu, podľa ďalšej formy uskutočnenia môže odporová vrstva naviac vykazovať grafitové častice. Tieto častice môžu prispievať k vodivosti celej odporovej vrstvy a výhodne sa nedotýkajú a najmä nevytvárajú žiadnu mriežkovú alebo skeletovú štruktúru. Grafitové častice nie sú pevne viazané do štruktúry polyméru, ale sú prítomné ako voľne pohyblivé. Ak sa grafitová častica nachádza v styku s dvoma molekulami polyméru, prúd môže preskočiť z jedného reťazca cez grafit na nasledujúci reťazec. Vodivosť odporovej vrstvy sa tak dá ešte zvýšiť. Súčasne sa grafitové častice v dôsledku svojej voľnej pohyblivosti v odporovej vrstve môžu dostať na jej povrch a tam spôsobiť zlepšenie kontaktu s elektródami alebo plávajúcou elektródou.

Grafitové častice sú prítomné výhodne v množstve maximálne 20 % objem., zvlášť výhodne maximálne 5 % objem., vztiahnuté na celý objem odporovej vrstvy, a vykazujú stredný priemer maximálne 0,1 pm. Týmto malým množstvom grafitu a malým priemerom sa dá zabrániť vytvoreniu grafitovej mriežky, čo by viedlo k vedeniu prúdu cez túto mriežku. Tak sa zabezpečí, že pretekanie prúdu sa bude naďalej uskutočňovať v podstate cez molekuly polyméru elektrónovou vodivosťou a tak sa dajú dosiahnuť vyššie uvedené výhody. Najmä sa vedenie nesmie uskutočňovať cez grafitovú mriežku, resp. skelet, pri ktorom sa grafitové častice musia dotýkať a ktorý sa pri mechanickom a tepelnom zaťažení ľahko zničí, ale uskutočňuje sa pozdĺž roztiahnuteľného a proti starnutiu odolného polyméru.

Ako polyméry s vlastnou elektrickou vodivosťou sa dajú použiť tak elektricky vodivé polymerizáty, ako polystyrol, polyvinylové živice, deriváty kyseliny polyakrylovej a ich zmiešané polymerizáty, ako aj elektricky vodivé polyamidy a ich deriváty, polyfluórované uhľovodíky, epoxidové živice a polyuretány. Výhodne sa môžu použiť polyamidy, polymetylmetakryláty, epoxidy, polyuretány, ako aj polystyrol alebo ich zmesi. Pritom polyamidy vykazujú naviac dobré lepivé

-40vlastnosti, ktoré sú výhodné na výrobu transportného zariadenia podľa tohto vynálezu, pretože tým sa nanášanie na nádrž alebo medzivrstvu uľahčí. Niektoré polyméry, ako napríklad polyacetylén, sú v dôsledku svojej malej odolnosti proti starnutiu kvôli reaktivite s kyslíkom vylúčené z použitia podľa tohto vynálezu.

Dĺžka použitých molekúl polyméru sa mení vo veľkých rozsahoch v závislosti od druhu a štruktúry polyméru, ale výhodne je najmenej 500, zvlášť výhodne najmenej 4 000 Ä.

V jednom uskutočnení odporová vrstva vykazuje podperný materiál. Tento podperný materiál môže na jednej strane slúžiť ako nosný materiál pre polymér s vlastnou vodivosťou a na druhej strane pôsobí ako dištančný prvok, najmä medzi elektródami a medzivrstvou, resp. nádržou. Podperný materiál dodáva odporovej vrstve naviac tuhosť, v dôsledku ktorej táto môže vydržať mechanické zaťaženia. Ďalej sa pri použití podperného materiálu dá presne nastaviť hrúbka odporovej vrstvy. Podperným materiálom môžu byť sklené guľôčky, sklené vlákna, minerálna vata, keramiky, napríklad báriumtitanát, alebo plasty. Ak sa podperný materiál nachádza vo forme tkaniny alebo rohože, napríklad zo sklených vláken, môže sa do masy, pozostávajúcej z polyméru s vlastnou elektrickou vodivosťou, ponoriť, t. j. môže sa polymérom s vlastnou elektrickou vodivosťou napustiť. Hrúbka vrstvy bude pritom určená hrúbkou mriežky alebo rohože. Dajú sa použiť aj postupy ako stieranie, natieranie alebo známe postupy sieťotlače.

Podperným materiálom je výhodne plošný, pórovitý, elektricky izolujúci materiál. Takýmto materiálom sa naviac dá zabrániť tomu, aby vyhrievací prúd tiekol namiesto cez štruktúru polyméru cez podperný materiál.

Možnosť výroby vrstiev, ktoré na celej ploche majú len minimálne tolerancie, napríklad 1 % od požadovanej hrúbky vrstvy, je najmä pri malých hrúbkach vrstiev podľa tohto vynálezu veľmi dôležitá, pretože v opačnom prípade sa možno obávať bezprostredného kontaktu medzi kontaktovanou elektródou a medzivrstvou, resp. nádržou. Kolísanie v hrúbke vrstvy na ploche sa môže prejaviť aj na dosiahnutej teplote a môže viesť k nerovnomernému rozdeleniu teploty.

-41 Podperný materiál ďalej spôsobuje, že prúd nemôže pretekať po najkratšej dráhe medzi elektródami a medzivrstvou, ale na plnive sa odkloní alebo rozdelí. Tým sa dosiahne optimálne využitie privedenej energie.

Transportné zariadenie 20 podľa tohto vynálezu podľa obr. 6 pozostáva z rúrovitej nádrže 21 a z na nej usporiadanej odporovej vrstvy 22, ktorá pokrýva nádrž 21 po celom obvode. Na odporovej vrstve 22 sú usporiadané dve elektródy 23 a 24, ktoré sú vyhotovené ako plošné a od seba sú oddelené elektrickou izoláciou 26. Keď sa prúd privedie zo zdroja energie (neznázornený) na elektródy 23, 24, pretečie odporovou vrstvou 22 a dostane sa od elektródy 23 k nádrži 21. Nádrž 21 pozostáva pri tejto forme uskutočnenia výhodne z elektricky vodivého materiálu. Prúd sa v stene nádrže 21 vedie ďalej a pretečie cez odporovú vrstvu 22 k druhej elektróde 24. Týmto vyhrievacím prúdom sa vyhreje celá odporová vrstva 22 a cez nádrž 21 môže toto teplo odovzdať vnútrajšku nádrže.

Na obr. 7 je na časť obvodu rúrovitej nádrže 21 priložený odporový vyhrievací článok. Tento vykazuje k nádrži 21 privrátenú, elektricky vodivú vrstvu

25. Táto vrstva 25 je vyhotovená ako plochá a na strane, odvrátenej od nádrže 21, je pokrytá odporovou vrstvou 22. Na odporovej vrstve 22 sú od seba odsadené usporiadané dve elektródy 23 a 24. Nádrž 21 je v oblasti, ktorá nie je v styku s odporovým vyhrievacím článkom, pokrytá tepelne izolujúcou vrstvou 27. Okolo tejto tepelne izolujúcej vrstvy 27 je usporiadaný izolačný obal 28, ktorý obklopuje tak tepelne izolujúcu vrstvu 27, ako aj odporový vyhrievací článok 22, 23, 24, 25, 26. Zariadenie ďalej vykazuje zariadenia 29 na napájanie prúdom. Zariadenia 29 na napájanie prúdom sú spojené s prívodmi 29a, ktoré prebiehajú rovnobežne s osou rúrovitej nádrže 21 cez izolačný obal 28. Tieto prívody 29a sa rozprestierajú po celej dĺžke izolačného obalu 28 a môžu byť na konci napojené na zdroj prúdu (neznázornený) alebo kontaktované s prívodmi 29a nasledujúceho, na nádrži 21 usporiadaného izolačného obalu 28 s odporovým vyhrievacím článkom a tepelne izolujúcou vrstvou 27. Medzi elektricky vodivou vrstvou 25, privrátenou k nádrži 21, a nádržou 21 môžu byť vložené materiály na zlepšenie prenosu tepla. Týmito môžu byť: tepelne vodivé pasty, podušky s tepelne vodivým materiálom, silikónová guma a iné. Odporový vyhrievací článok 22, 23, 24, 25, 26 však môže byť pri tejto forme uskutočnenia aj prispôsobený zakriveniu nádrže 21, čím sa zaručí bezprostredný prenos tepla.

Elektródy 23, 24 sa pri znázornenej forme uskutočnenia rozprestierajú v pozdĺžnom smere nádrže 21 a sú v obvodovom smere usporiadané vedľa seba. Patrí však tiež do rámca tohto vynálezu usporiadať elektródy 23, 24 na odporovej vrstve 22 tak, aby sa tieto rozprestierali v smere obvodu nádrže 21 a boli usporiadané vedľa seba axiálne.

Vďaka rovnobežne k osi nádrže prebiehajúcim prívodom sa môžu viaceré izolačné obaly s odporovým vyhrievacím článkom a tepelne izolujúcou vrstvou usporiadať na nádrži za sebou a napájanie jednotlivých odporových vyhrievacích článkov prúdom zapojiť paralelne. Prívody sú chránené izolačným obalom pred poškodeniami, resp. stykom napríklad s vodou.

Odporový vyhrievací článok je výhodne usporiadaný v izolačnom obale tak, že prilieha k nádrži zdola. Táto poloha vyhrievacieho článku vykazuje výhodu, že aj pri nádrži, ktorá je len málo naplnená, sa teplo dá z vyhrievacieho článku dobre odviesť.

Na obr. 8 je nádrž 21 na veľkej časti svojej dĺžky obklopená izolačným obalom 28. V izolačnom obale 28 je usporiadaný odporový vyhrievací článok 22, 23, 24, 25, 26, ako aj prívody 29a a zariadenia 29 na napájanie prúdom. Odporový vyhrievací článok sa rozprestiera cez širokú oblasť dĺžky izolačného obalu 28 a končí v izolačnom obale 28. Prívody 29a vystupujú na konci izolačného obalu a môžu byť napojené na zdroj prúdu (neznázornený). Pripevňovacie zariadenia, pomocou ktorých sa transportné zariadenie podľa tohto vynálezu dá pripevniť na vozeň alebo nákladné vozidlo, sú na obr. 8 schematicky znázornené. Tieto pripevňovacie zariadenia sú výhodne usporiadané tak, aby ani izolačný obal, ani odporový vyhrievací článok neboli v dôsledku uloženia nádrže na pripevňovacie zariadenia vystavené tlakovým zaťaženiam.

Môže použiť aj odporový vyhrievací článok, ako je znázornený na obr. 2.

Tento odporový vyhrievací článok sa v transportnom zariadení podľa tohto vynálezu použije tak, že tá strana odporového vyhrievacieho článku, na ktorej sú usporiadané kontaktované elektródy, je odvrátená od nádrže. Elektrické dimenzovanie sa pri

-43použití takéhoto odporového vyhrievacieho článku uskutoční podľa náčrtu 3 a k nemu patriacich vzorcov pre výpočty. Tento odporový vyhrievací článok sa v zariadení podľa tohto vynálezu použije tak, že tá strana odporového vyhrievacieho článku, na ktorej sú usporiadané elektródy, je odvrátená od nádrže. Elektródy a plávajúce elektródy sa pri valcovej nádrži výhodne usporiadajú tak, že sú po obvode nádrže od seba odsadené a rozprestierajú sa v axiálnom smere. Tým sa po obvode vytvoria viaceré zóny, v ktorých je vždy oproti privedenému napätiu menšie napätie.

Tepelne izolujúca vrstva slúži na to, aby sa zabránilo stratám tepla vyžarovaním v smere, odvrátenom od nádrže, a aby sa teplo, vytvorené odporovým vyhrievacím článkom, nasmerovalo prevažne k vnútornej rúre. Tepelne izolujúca vrstva môže pozostávať z izolačných materiálov a prípadne naviac z reflexnej vrstvy.

Tiež je možné obklopiť celú nádrž tepelne izolujúcou vrstvou a odporovú vrstvu, ako aj plošné elektródy a medzivrstvu usporiadať do pozdĺžnej drážky v tepelne izolujúcej vrstve, privrátenej k nádrži. Pri tejto forme uskutočnenia sa môže teplo odovzdávať nádrži cez definovanú oblasť, v ktorej vyhrievací článok prilieha k nádrži. Súčasne sa tepelne izolujúcou vrstvou zabráni strate tepla cez zvyšnú oblasť nádrže. Usporiadaním odporového vyhrievacieho článku v izolujúcej vrstve sa zaručí dobrý kontakt izolujúcej vrstvy so zvyšnou oblasťou nádrže. Takáto forma uskutočnenia sa dá použiť aj pre zariadenia, pri ktorých nádrž vykazuje dobrú tepelnú vodivosť. Pri týchto nádržiach sa odporovým vyhrievacím článkom vyvinuté teplo rozdelí po celej ploche steny nádrže a tak môže dodatočne vyhrievať médium, ktoré sa nachádza v nádrži. Týmto usporiadaním sa uskutočňuje na jednej strane vyhrievanie média infračerveným žiarením z odporového vyhrievacieho článku a na druhej strane bezprostredné vyhrievanie odporovým vyhrievacím článkom a stenou nádrže.

Znázornené uskutočnenia môžu byť naviac vybavené prítlačnými zariadeniami. Tieto prítlačné zariadenia môžu byť priložené voliteľne zvonka na príslušne znázornené zariadenia podľa tohto vynálezu, napríklad lepiacimi páskami alebo upínacími krúžkami, alebo pri forme uskutočnenia, znázornenej na obr. 7 a 8, aj bezprostredne na vonkajšej strane odporového vyhrievacieho článku. V

-44poslednom prípade môžu tieto zariadenia pozostávať z penovej gumy. Najmä môžu byť na strane odporového vyhrievacieho článku, odvrátenej od nádrže, vytvorené nafukovacie alebo vypeňovacie komory. Prítlačnými zariadeniami sa zaručí konštantný pritlak a tým dobrý prenos tepla z odporového vyhrievacieho článku na nádrž.

Nádrž má výhodne tvar rúry. Môže však mať aj iné tvary, napríklad môže byť pravouhlá.

Nádrž môže pri zariadení podľa tohto vynálezu pozostávať napríklad z kovu alebo plastu, výhodne polykarbonátu. Ak sa pre nádrž zvolí materiál, ktorý nevykazuje žiadnu elektrickú vodivosť, odporový vyhrievací článok môže vykazovať medzivrstvu medzi nádržou a odporovou vrstvou. Tiež však patrí do rámca tohto vynálezu, keď sa pri takejto nádrži vytvorí odporový vyhrievací článok, ktorý zahrnuje len elektródy a odporovú vrstvu. Pri tejto forme uskutočnenia sa vyhrievací prúd vedie od jednej elektródy cez odporovú masu odporovej vrstvy, t. j. cez elektricky vodivý polymér, k druhej elektróde. Takéto vedenie prúdu je pri zariadení podľa tohto vynálezu možné, pretože štruktúra polymérov spôsobí dostatočný tok prúdu cez odporovú masu a tak dostatočnú tvorbu tepla.

Do rámca tohto vynálezu patrí, keď sa prívody, ktoré sú spojené cez zariadenia na napájanie prúdom s elektródami odporového vyhrievacieho článku, vedú na vonkajšom povrchu izolačného obalu.

Ako izolačný kus medzi elektródami, kontaktovanými s prúdom, môžu slúžiť bežné elektricky izolujúce materiály, ale napríklad aj vzduch.

Prípoje na napájanie vyhrievacieho článku prúdom sa vytvoria podľa potreby ľubovoľne dlhými izolovanými prameňmi vodičov, ale aj pevne nalepenými kontaktami, pričom sa môžu použiť známe kontaktovacie systémy.

Tiež patrí do rámca tohto vynálezu použitie materiálu pre odporovú vrstvu, ktorého teplotný koeficient elektrického odporu je záporný.

Pri zápornom teplotnom koeficiente elektrického odporu je potrebný veľmi malý spínací prúd. Naviac sa materiál odporovej vrstvy dá zvoliť tak, aby sa odporová masa, použitá podľa tohto vynálezu, pri určitej teplote, napríklad 80 °C,

-45regulovala späť, takže od tejto teploty je teplotný koeficient elektrického odporu kladný.

Odporová vrstva môže vykazovať usporiadanie, pri ktorom sú prítomné rozličné odporové materiály s rozličnými špecifickými elektrickými odpormi vo vrstvách.

Toto uskutočnenie vykazuje výhodu, že vhodnou voľbou materiálov v odporovej vrstve tá strana odporovej vrstvy, z ktorej sa má odovzdať teplo nádrži, môže vykazovať vyššie teploty bez toho, aby sa museli rôzne vyhrievacie prúdy viesť samostatne, napríklad vyhrievacími drôtmi, do jednotlivých vrstiev odporovej vrstvy. Tento efekt sa dosahuje tým, že špecifický elektrický odpor použitého polyméru vrstvy, ktorá prilieha k elektródam, sa oproti strane, ktorá je privrátená k nádrži, ktorá sa má vyhrievať, zvolí vždy vyšší.

Transportné zariadenie podľa tohto vynálezu sa môže v dôsledku použitej odporovej vrstvy a kontaktovania prevádzkovať tak s nízkymi napätiami, napríklad 24 V, ako aj s veľmi vysokými napätiami, napríklad 240, 400 a až do 1000 V.

V transportnom zariadení podľa tohto vynálezu sa dajú dosiahnuť plošné vyhrievacie výkony vyššie než 10 kW/m², výhodne vyššie než 30 kW/m². S touto nádržou sa dajú dosiahnuť výkony až do 60 kW/m². Tento vyhrievací výkon až do 60 kW/m² sa dá dosiahnuť aj s hrúbkou odporovej vrstvy 1 mm. Pokles výkonu s časom môže byť menší než 0,01 % za rok pri trvalom pôsobení napätia 240 V.

S týmto transportným zariadením dosiahnuteľná teplota je ohraničená tepelnými vlastnosťami zvoleného polyméru, môže ale byť vyššia než 240 °C a až do 500 °C.

Je tiež možné vybaviť izolačným obalom s odporovým vyhrievacím článkom a tepelne izolujúcou vrstvou len časť dĺžky nádrže. Ďalej sa môže veľkosť odporového vyhrievacieho článku podľa použitia zvoliť tak, aby mohol byť jeden alebo viaceré odporové vyhrievacie články usporiadané v tepelne izolujúcej vrstve. Tieto sa pri rúrovitej nádrži môžu rozprestierať v radiálnom alebo axiálnom smere. Pritom môžu byť odporové vyhrievacie články usporiadané napríklad vo viacerých pozdĺžnych drážkach v izolujúcej vrstve.

-46Zariadenie môže vykazovať aj také usporiadanie, pri ktorom je vnútorná rúra tvorená bežnou nádržou a táto je obklopená dvoma polovicami obalu, pričom prinajmenšom jedna z polovíc obalu obsahuje odporový vyhrievací článok. Polovice obalu sú výhodne vytvorené z izolačného materiálu, ako napríklad sklených vláken alebo peny.

Ďalšia úloha tohto vynálezu je vyriešená vyhrievacím valcom, ktorý zahrnuje valcový plášť a najmenej jeden, na vnútornej strane valcového plášťa usporiadaný, plošný odporový vyhrievací článok, pričom tento odporový vyhrievací článok pozostáva z najmenej dvoch plošných elektród a jednej tenkej odporovej vrstvy, ktorá zahrnuje polymér s vlastnou elektrickou vodivosťou.

Pri valci podľa tohto vynálezu odporová vrstva zahrnuje polymér s vlastnou elektrickou vodivosťou. Tieto polyméry, použité podľa tohto vynálezu v odporovej vrstve, sú uspôsobené tak, aby prúd tiekol pozdĺž molekúl polyméru. V dôsledku polymérnej štruktúry je vyhrievací prúd vedený cez odporovú vrstvu pozdĺž polymérov. V dôsledku elektrického odporu polymérov sa vytvára teplo, ktoré sa môže odovzdať valcovému plášťu, ktorý sa má vyhrievať. Pritom vyhrievací prúd nemusí prechádzať po najkratšej dráhe medzi oboma elektródami, ale sleduje štruktúru polymérneho usporiadania. Dĺžka dráhy prúdu je takto určená polymérmi, takže aj pri malých hrúbkach vrstiev sa môžu použiť pomerne vysoké napätia bez toho, aby došlo k prierazu napätia. Aj pri vysokých prúdoch, napríklad spínacích prúdoch, sa netreba obávať prepálenia.

Ďalej sa v dôsledku rozdelenia prúdu v prvej elektróde a následného vedenia odporovou vrstvou pozdĺž polymérnej štruktúry dosiahne homogénne rozdelenie teploty v odporovej vrstve. Táto sa nastaví bezprostredne po privedení napätia na elektródy.

V dôsledku použitia polymérov podľa tohto vynálezu je možné prevádzkovať tento valec aj pri vysokých napätiach, napríklad pri sieťovom napätí. Pretože dosiahnuteľný tepelný výkon rastie so štvorcom prevádzkového napätia, s vyhrievacím valcom podľa tohto vynálezu je možné dosiahnuť vysoké tepelné výkony a tým vysoké teploty. Prúdová hustota sa podľa tohto vynálezu minimalizuje vytvorením pomerne dlhej dráhy prúdu pozdĺž elektricky vodivých polymérov.

-47Ďalej sú podľa tohto vynálezu použité, elektricky vodivé polyméry dlhodobo stabilné. Táto stabilita je založená predovšetkým na tom, že tieto polyméry sú roztiahnuteľné, takže pri zvýšení teploty nedochádza k roztrhnutiu polymérnych reťazcov a tým k prerušeniu dráhy prúdu. Aj pri viacnásobnom kolísaní teploty sa polymérne reťazce nepoškodia. Naproti tomu pri bežných odporových vyhrievacích článkoch, ktoré sa používajú pre vyhrievacie valce, pri ktorých sa ich vodivosť vytvorí napríklad štruktúrami sadzí, by takéto tepelné roztiahnutie viedlo k roztrhnutiu dráhy prúdu a tým k prehriatiu. Tým by nastala silná oxidácia a viedla by k prepáleniu odporovej vrstvy. Takýmto javom starnutia polymér s vlastnou elektrickou vodivosťou, použitý podľa tohto vynálezu, nepodlieha.

Polyméry s vlastnou elektrickou vodivosťou, použité podľa tohto vynálezu, sú aj v reaktívnom prostredí, napríklad vo vzdušnom kyslíku, odolné proti starnutiu. Tak pri vyhrievacom valci podľa tohto vynálezu ani nenastáva samozničenie odporovej vrstvy elektrolytickými reakciami pod vplyvom elektrických prúdov. Straty plošného vyhrievacieho výkonu, dosiahnutého s odporovou vrstvou, s časom sú aj pri vysokých teplotách, napríklad 500 °C, a pri vysokých plošných vyhrievacích výkonoch, napríklad 50 kW/m², veľmi malé a približne rovné nule.

Celkove vykazuje odporová vrstva podľa tohto vynálezu v dôsledku použitia polymérov s vlastnou elektrickou vodivosťou homogénne usporiadanie, ktoré umožňuje rovnomerné vyhriatie po celej vrstve.

Voľbou polyméru s vlastnou elektrickou vodivosťou ako materiálu odporovej vrstvy je na jednej strane zaručená dostatočná ohybnosť vyhrievacieho článku, v dôsledku čoho sa tento dá dobre priložiť k vnútornej ploche valca, a na druhej strane sa teplo vytvorí rovnomerne na veľkej ploche. Tým, že sa odporový vyhrievací článok vytvorí na vnútornej strane valcového plášťa, bude pri prevádzke chránený pred mechanickým zaťažením.

Naviac môže odporový vyhrievací článok s elektricky vodivým polymérom slúžiť ako „čierne teleso“. Toto teleso môže odovzdávať žiarenia všetkých vlnových dĺžok. S klesajúcou teplotou sa vlnová dĺžka odovzdaného žiarenia posúva stále viac k infračervenej. Ak valec pozostáva z materiálu, ktorý tieto žiarenia prenáša, ako napríklad skla alebo plastu, infračervené žiarenia môžu z valca pôsobiť na

-48materiál, ktorý sa má vyhrievať. V dôsledku hĺbkového pôsobenia nie sú v odporovej vrstve potrebné žiadne vysoké teploty.

Podľa jedného uskutočnenia je odporová vrstva usporiadaná medzi elektródami, napojenými na zdroj energie, ktoré odporovú vrstvu prinajmenšom čiastočne pokrývajú. Pri tejto forme uskutočnenia môže napríklad plášť valca samotný slúžiť ako jedna elektróda. Pritom sa odporová vrstva s vopred určenou hrúbkou nanesie bezprostredne na vnútornú stranu valca. Na stranu odporovej vrstvy, ktorá je odvrátená od valcového plášťa, sa potom usporiada protielektróda. Vyhrievací prúd, privedený na elektródu a ako elektróda slúžiaci valcový plášť, preteká odporovou masou v podstate cez jej hrúbku. Týmto usporiadaním sa zaručí dobrý prenos tepla na materiál, ktorý sa má vyhrievať, zatiaľ čo plášť valca je v bezprostrednom kontakte s odporovou vrstvou.

Podľa tohto uskutočnenia však môže byť aj na vnútornej strane valcového plášťa usporiadaná plošná elektróda, ktorá je na svojej strane, odvrátenej od valcového plášťa, pokrytá odporovou vrstvou. Na tejto odporovej vrstve sa potom usporiada ďalšia elektróda. V tomto prípade preteká vyhrievací prúd medzi oboma elektródami a povrch valca sa môže udržiavať bez napätia. Táto forma uskutočnenia je výhodná najmä pri použitiach, pri ktorých môže dôjsť k bezprostrednému kontaktu medzi vyhrievacím valcom a napríklad používateľom tohto zariadenia.

Podľa ďalšieho uskutočnenia sú uvedené najmenej dve plošné elektródy usporiadané od seba odsadené na strane odporovej vrstvy, odvrátenej od plášťa valca.

Valec sa podľa tohto vynálezu kontaktuje dvoma elektródami, ktoré sú usporiadané na jednej strane odporovej vrstvy. Týmto spôsobom kontaktovania sa dá spôsob činnosti polymérov s vlastnou elektrickou vodivosťou, použitých podľa tohto vynálezu, zvlášť výhodne využiť. Privedený prúd sa najskôr rozdelí v prvej elektróde, pretečie potom pozdĺž štruktúry polyméru hrúbkou odporovej vrstvy v podstate kolmo na jej plochu, aby sa potom odviedol k druhej kontaktovanej elektróde. Dráha prúdu je preto v porovnaní s usporiadaním, pri ktorom obe

-49elektródy uzatvárajú medzi sebou odporovú vrstvu, dodatočne predĺžená. V dôsledku tohto toku prúdu sa hrúbka odporovej vrstvy môže udržiavať veľmi malou.

Toto uskutočnenie valca podľa tohto vynálezu ďalej vykazuje výhodu, že kontaktovanie elektród sa uskutočňuje na jednej strane odporovej vrstvy. Táto je odvrátená od plášťa valca a tým je na kontaktovanie ľahko prístupná. Protiľahlá, k valcovému plášťu privrátená strana odporovej vrstvy neobsahuje kontaktové prípoje, a preto môže byť vyhotovená ako rovinná. Tento rovný povrch umožňuje priame priloženie odporovej vrstvy k plášťu valca. Pretože styčná plocha medzi odporovou vrstvou a telesom, ktoré sa má vyhrievať, nie je prerušená kontaktovými prípojmi, umožní sa ideálny prechod tepla na plášť valca až do 98 %. Naviac sa môže spoľahlivo uskutočniť rovnomerný prenos tepla z odporového vyhrievacieho článku na valcový plášť a tým na materiál, ktorý sa má vyhrievať.

Na strane odporovej vrstvy, odvrátenej od elektród, môže byť vytvorená medzivrstva z materiálu s vysokou elektrickou vodivosťou medzi odporovou vrstvou a valcovým plášťom. Táto medzivrstva slúži ako plávajúca elektróda. Patrí však tiež do rámca tohto vynálezu, keď sa odporová vrstva pri tejto forme uskutočnenia nanesie bezprostredne na valcový pláť. Aj elektrická izolácia medzivrstvy, resp. odporovej vrstvy od valcového plášťa sa dá uskutočniť jednoduchými prostriedkami, napríklad fóliou.

Pri tomto uskutočnení vyhrievacieho článku prúd tečie v podstate kolmo na plochu odporovej vrstvy cez jej hrúbku. V odporovej vrstve sa vytvoria v podstate dve zóny. V prvej zóne tečie prúd v podstate kolmo od prvej kontaktovanej elektródy k plávajúcej elektróde a v druhej zóne v podstate kolmo od plávajúcej elektródy k druhej kontaktovanej elektróde. Týmto usporiadaním sa teda dosiahne sériové zapojenie viacerých odporov. Tento fenomén má za následok, že čiastkové napätie, ktoré je v jednotlivých zónach, je oproti privedenému napätiu menšie. Napätie, ktoré je v jednotlivých zónach, je v tejto forme uskutočnenia vynálezu polovicou privedeného napätia. Rizikám nebezpečenstva sa pri vyhrievacom valci podľa tohto vynálezu dá spoľahlivo zabrániť v dôsledku nízkeho napätia, ktoré je v odporovej vrstve.

-50Ďalej medzipriestor, vytvorený medzi kontaktovanými elektródami, pôsobí ako dodatočný, paralelne zapojený odpor. Ak sa ako izolácia v tomto medzipriestore zvolí vzduch, tento odpor bude určený vzájomnou vzdialenosťou elektród a tým povrchovým odporom odporovej vrstvy. Táto vzdialenosť je výhodne väčšia než hrúbka odporovej vrstvy a je napríklad dvojnásobkom hrúbky odporovej vrstvy.

Elektródy a plávajúca elektróda výhodne vykazujú dobrú špecifickú? tepelnú vodivosť. Táto môže byť väčšia než 200 W/(m.K), výhodne väčšia než 250 W/(m.K). Miestne prehriatia sa v dôsledku tejto dobrej špecifickej tepelnej vodivosti v elektródach môžu rýchlo odviesť. K prehriatiam takto môže dôjsť len v smere hrúbky vrstvy, ale tieto sa v dôsledku malej hrúbky vrstvy, realizovateľnej pri vyhrievacom valci podľa tohto vynálezu, neprejavujú negatívne. Ďalšia výhoda tohto vyhrievacieho valca spočíva v tom, že aj zvonku, napríklad materiálom, ktorý sa má vyhrievať, vyvolané lokálne zvýšenie teploty sa dá odporovým vyhrievacím článkom ideálne vyrovnať. Takéto zvýšenia teploty sa môžu vyvolať aj zvnútra, keď napríklad dôjde k zadržaniu tepla vo valci. Z tohto dôvodu môže byť vnútri valca umiestnený izolačný materiál.

Vyhrievateľný vyhrievací valec ďalej vykazuje výhodu, že odporová vrstva, ktorá je usporiadaná na valcovom plášti, môže vydržať aj silné zaťaženia bez toho, aby došlo k lokálnym zvýšeniam teploty. Mechanické zaťaženia, ktoré môžu pôsobiť na valcový plášť, vznikajú spravidla v radiálnom smere. Tento smer zodpovedá smeru tečenia prúdu v odporovej vrstve odporového vyhrievacieho článku. Pri takomto zaťažení preto nedôjde k zvýšeniu odporu na miestach, na ktorých tlak vzniká, ako by tomu bolo v prípade odporového vyhrievacieho článku, pri ktorom by prúd tiekol kolmo na tlakové zaťaženie.

Podľa tohto vynálezu sa môžu elektródy, ktoré sú umiestnené na strane odporovej vrstvy, odvrátenej od valcového plášťa, rozprestierať v podstate po celom obvode a sú usporiadané axiálne od seba odsadené.

Toto usporiadanie je výhodné, pretože pri vyhrievacom valci, ktorý sa pri použití nachádza v otáčavom pohybe, sa privádzanie prúdu môže uskutočňovať z oboch koncov valca.

-51 Podľa ďalšieho uskutočnenia tohto vynálezu môže odporová vrstva vykazovať usporiadanie, v ktorom sú prítomné rozličné odporové materiály s rôznymi špecifickými elektrickými odpormi vo vrstvách. Pri tejto forme uskutočnenia môže strana odporovej vrstvy, privrátená k vnútrajšku valca, pozostávať z materiálu, ktorý vykazuje veľmi malý odpor. Na tejto vrstve sú nanesené ďalšie materiály vo vrstvách, ktorých špecifický odpor od vrstvy k vrstve rastie. K valcovému plášťu privrátená strana vykazuje pri tomto usporiadaní najvyšší špecifický odpor odporovej vrstvy, takže tento povrch sa viac ohreje, pretože tu nastane väčší úbytok napätia.

Pri valci podľa tohto vynálezu pozostávajú elektródy a medzivrstva výhodne z materiálu so špecifickým elektrickým odporom menším než 10⁴ Ω-cm, výhodne menším než 10’⁵ Ω.οίπ. Vhodnými materiálmi sú napríklad hliník alebo meď. To má pri valci podľa tohto vynálezu mimoriadny význam. Vyhrievacie valce, ktoré sa napríklad používajú ako kopírovacie alebo fóliovacie valce, sa musia rýchlo vyhriať a po celej svojej dĺžke vykazovať rovnakú teplotu. S elektródovým materiálom s takýmto špecifickým odporom sa dá zabrániť úbytku napätia na ploche elektródy, ktorý by viedol k celkovému poklesu výkonu a k rozličným teplotám na ploche. Naviac je vodivosťou zaručené rýchle rozdelenie prúdu v elektróde, ktoré umožňuje rýchle, rovnomerné vyhriatie v podstate v celej odporovej vrstve a tým dĺžke valca bez toho, aby sa na elektródy muselo privádzať napätie po ich dĺžke, resp. šírke na viaceré miesta.

Rýchlosť vyhriatia a dosiahnutia teploty na ploche vo valci ďalej závisí od hrúbky zvolených elektród. Podľa jednej formy uskutočnenia vykazujú elektródy a medzivrstva hrúbku v oblasti od 50 do 150 pm, výhodne od 75 do 100 pm. Tieto malé hrúbky vrstiev sú ďalej výhodné tým, že odporovou vrstvou vytvorené teplo sa dá z medzivrstvy ľahko odovzdať na valcový plášť. Okrem toho sú tenké elektródy ohybnejšie, čím sa pri tepelnom roztiahnutí odporovej vrstvy zabráni odlupovaniu elektród od odporovej vrstvy a tým prerušeniu elektrického kontaktu.

Odporová vrstva je podľa tohto vynálezu tenká. Smerom nadol je obmedzená len prierazným napätím a výhodne vykazuje hrúbku od 0,1 do 2 mm,

-52výhodne 1 mm. Výhodou malej hrúbky odporovej vrstvy je tým umožnená krátka doba vyhriatia, rýchle odovzdanie tepla a vysoký plošný vyhrievací výkon. Takáto hrúbka vrstvy je ale možná len s použitým polymérom s vlastnou vodivosťou a dá sa ešte zlepšiť spôsobom kontaktovania. Polymérmi, použitými podľa tohto vynálezu, je po prvé určená dráha prúdu v odporovej vrstve a aj pri malých hrúbkach vrstiev môže vykazovať dostatočnú dĺžku, aby sa zabránilo prierazu napätia. Po druhé, jednostranné kontaktovanie odporového vyhrievacieho článku umožňuje rozdelenie odporovej vrstvy na zóny s menším napätím, čím sa riziko prierazu ešte dodatočne zníži.

Výhody valca podľa tohto vynálezu sa ešte zosilnia, keď odporová vrstva vykazuje kladný teplotný koeficient elektrického odporu (PTC). Tým sa dosiahne samoregulačný účinok, čo sa týka maximálnej dosiahnuteľnej teploty. Tento účinok je podmienený tým, že v dôsledku PTC odporovej vrstvy sa tok prúdu odporovou masou reguluje v závislosti od teploty. Čím vyššie teplota vystúpi, tým menší bude prúd, kým napokon pri určitej termickej rovnováhe bude nemerateľne malý. Lokálnemu prehriatiu a roztaveniu odporovej masy sa preto spoľahlivo zabráni. Tento efekt má pre tento vynález mimoriadny význam.

Voľba PTC materiálu ako materiálu pre odporovú vrstvu má takto za následok aj to, že celá odporová vrstva sa zahreje na v podstate rovnakú teplotu. Tým sa umožní rovnomerné odovzdávanie tepla, ktoré môže byť pre jednotlivé oblasti použitia valca dôležité, pretože na niektorých miestach napríklad fólia, ktorá by sa mala naniesť valcom, nedrží na podložke, pretože sa nedostatočne zahriala.

Podľa tohto vynálezu môže byť odporová vrstva na svojich povrchoch, privrátených k elektródam a k medzivrstve, pokovovaná. Pokovovaním sa kov ukladá na povrchu odporovej vrstvy a zlepšuje pretekanie prúdu medzi elektródami, resp. medzivrstvou a odporovou vrstvou. Naviac je pri tejto forme uskutočnenia zlepšený aj prenos tepla z odporovej vrstvy na plávajúcu elektródu a tým k valcovému plášťu. Pokovovanie povrchu sa môže uskutočniť nastrekovaním kovu. Takéto pokovovanie je možné len pri materiáli odporovej vrstvy, použitom podľa tohto vynálezu. Nákladný krok pokovovania napríklad galvanlzovaním je takto nepotrebný a to podstatne zmenšuje výrobné náklady.

-53Polymér s vlastnou elektrickou vodivosťou sa výhodne vyrobí dopovaním polyméru. Dopovaním môže byť dopovanie kovmi alebo polokovmi. Pri týchto polyméroch je rušič vidivosti chemicky viazaný na polymérny reťazec a vytvára poruchové miesto. Dopovacie atómy a molekula matrice tvoria takzvaný chargetransfer komplex. Pri dopovaní sa elektróny prenášajú zo zaplnených pásov polyméru na dopovací materiál. Takto vzniknutými elektrónovými dierami získa polymér polovodičom podobné elektrické vlastnosti. Chemickou reakciou sa pri tejto forme uskutočnenia atóm kovu alebo polokovu umiestni do štruktúry polyméru, resp. na ňu, že sa tým vytvoria voľné náboje, ktoré umožnia pretekanie prúdu pozdĺž polymérnej štruktúry. Voľné náboje existujú vo forme voľných elektrónov alebo dier. Takto vznikne elektrónový vodič.

Výhodne sa polymér na dopovanie zmieša s dopovacím materiálom v takom množstve, aby pomer atómov dopovacieho materiálu k počtu molekúl polyméru bol najmenej 1:1, výhodne medzi 2:1 a 10:1. Týmto pomerom sa dosiahne, že v podstate všetky molekuly polyméru sú dopované prinajmenšom jedným atómom dopovacieho materiálu. Voľbou pomeru sa dá nastaviť vodivosť polymérov a tým odporovej vrstvy, ako aj teplotný koeficient odporu odporovej vrstvy.

Hoci sa polymér s vlastnou elektrickou vodivosťou, použitý podľa tohto vynálezu, dá použiť vo valci podľa tohto vynálezu aj bez pridania grafitu ako materiál pre odporovú vrstvu, podľa ďalšej formy uskutočnenia môže odporová vrstva naviac vykazovať grafitové častice. Tieto častice môžu prispievať k vodivosti celej odporovej vrstvy a výhodne sa nedotýkajú a najmä nevytvárajú žiadnu mriežkovú alebo skeletovú štruktúru. Grafitové častice nie sú pevne viazané do štruktúry polyméru, ale sú prítomné ako voľne pohyblivé. Ak sa grafitová častica nachádza v styku s dvoma molekulami polyméru, prúd môže preskočiť z jedného reťazca cez grafit na nasledujúci reťazec. Vodivosť odporovej vrstvy sa tak dá ešte zvýšiť. Súčasne sa grafitové častice v dôsledku svojej voľnej pohyblivosti v odporovej vrstve môžu dostať na jej povrch a tam spôsobiť zlepšenie kontaktu s elektródami alebo medzivrstvou, resp. valcovým plášťom.

Grafitové častice sú prítomné výhodne v množstve maximálne 20 % objem., zvlášť výhodne maximálne 5 % objem., vztiahnuté na celý objem odporovej vrstvy,

-54a vykazujú stredný priemer maximálne 0,1 μπι. Týmto malým množstvom grafitu a malým priemerom sa dá zabrániť vytvoreniu grafitovej mriežky, čo by viedlo k vedeniu prúdu cez túto mriežku. Tak sa zabezpečí, že pretekanie prúdu sa bude naďalej uskutočňovať v podstate cez molekuly polyméru elektrónovou vodivosťou a tak sa dajú dosiahnuť vyššie uvedené výhody. Najmä sa vedenie nesmie uskutočňovať cez grafitovú mriežku, resp. skelet, pri ktorom sa grafitové častice musia dotýkať a ktorý sa pri mechanickom a tepelnom zaťažení ľahko zničí, ale uskutočňuje sa pozdĺž roztiahnuteľného a proti starnutiu odolného polyméru.

Ako polyméry s vlastnou elektrickou vodivosťou sa dajú použiť tak elektricky vodivé polymerizáty, ako polystyrol, polyvinylové živice, deriváty kyseliny polyakrylovej a ich zmiešané polymerizáty, ako aj elektricky vodivé polyamidy a ich deriváty, polyfluórované uhľovodíky, epoxidové živice a polyuretány. Výhodne sa môžu použiť polyamidy, polymetylmetakryláty, epoxidy, polyuretány, ako aj polystyrol alebo ich zmesi. Pritom polyamidy vykazujú naviac dobré lepivé vlastnosti, ktoré sú výhodné na výrobu valca podľa tohto vynálezu, pretože tým sa uľahčí nanesenie na valcový plášť alebo medzivrstvu. Niektoré polyméry, ako napríklad polyacetylén, sú v dôsledku svojej malej odolnosti proti starnutiu kvôli reaktivite s kyslíkom vylúčené z použitia podľa tohto vynálezu.

Dĺžka použitých molekúl polyméru sa mení vo veľkých rozsahoch v závislosti od druhu a štruktúry polyméru, ale výhodne je najmenej 500, zvlášť výhodne najmenej 4 000 A.

V jednom uskutočnení odporová vrstva vykazuje podperný materiál. Tento podperný materiál môže na jednej strane slúžiť ako nosný materiál pre polymér s vlastnou vodivosťou a na druhej strane pôsobí ako dištančný prvok, najmä medzi elektródami a medzivrstvou, resp. plášťom valca. Podperný materiál dodáva odporovej vrstve naviac tuhosť, v dôsledku ktorej táto môže vydržať mechanické zaťaženia. Tieto môžu byť vyvolané napríklad prítlačnými zariadeniami, ako napríklad upínacimi krúžkami, na pritlačenie vyhrievacieho článku na valcový plášť. Ďalej sa pri použití podperného materiálu dá presne nastaviť hrúbka odporovej vrstvy. Podperným materiálom môžu byť sklené guľôčky, sklené vlákna, minerálna vata, keramiky, napríklad báriumtitanát, alebo plasty. Ak sa podperný materiál

-55nachádza vo forme tkaniny alebo rohože, napríklad zo sklených vláken, môže sa do masy, pozostávajúcej z polyméru s vlastnou elektrickou vodivosťou, ponoriť, t. j. môže sa polymérom s vlastnou elektrickou vodivosťou napustiť. Hrúbka vrstvy bude pritom určená hrúbkou mriežky alebo rohože. Dajú sa použiť aj postupy ako stieranie, natieranie alebo známe postupy sieťotlače.

Podperným materiálom je výhodne plošný, pórovitý, elektricky izolujúci materiál. Takýmto materiálom sa naviac dá zabrániť tomu, aby vyhrievací prúd tiekol namiesto cez štruktúru polyméru cez podperný materiál.

Možnosť výroby vrstiev, ktoré majú len minimálne tolerancie odchýlky, napríklad 1 %, od požadovanej hrúbky vrstvy, je najmä pri malých hrúbkach vrstiev podľa tohto vynálezu veľmi dôležitá, pretože v opačnom prípade sa možno obávať bezprostredného kontaktu medzi kontaktovanou elektródou a plávajúcou elektródou. Kolísanie v hrúbke vrstvy na ploche sa môže prejaviť aj na dosiahnutej teplote a môže viesť k nerovnomernému rozdeleniu teploty.

Podperný materiál ďalej spôsobuje, že prúd nemôže pretekať po najkratšej dráhe medzi elektródami a medzivrstvou, resp. plášťom valca, ale na plnive sa odkloní alebo rozdelí. Tým sa dosiahne optimálne využitie privedenej energie.

Vyhrievací valec 30 podľa tohto vynálezu je znázornený na obr. 9, pri ktorom je vnútorná strana valcového plášťa 31 pokrytá plošnou elektródou 33. Na tejto elektróde 33 je usporiadaná odporová vrstva 32 a táto vykazuje na strane, odvrátenej od elektródy 33, ďalšiu elektródu 34. Vnútri valca je usporiadaný tepelne izolujúci materiál 37, ktorý úplne vyplňuje vnútorný priestor vyhrievacieho valca a prilieha k vnútornej elektróde 34. Pri znázornenej forme uskutočnenia sa elektródy a 34 napoja na zdroj prúdu (neznázornený). Cez odporovú vrstvu 32 tečúci prúd ju zahrieva a tým vedie k zahriatiu valcového plášťa 31.

Na obr. 10 je znázornená forma uskutočnenia vyhrievacieho valca 30 podľa tohto vynálezu. Pri tejto forme uskutočnenia je odporová vrstva 32 usporiadaná bezprostredne na valcovom plášti 31 a na svojej strane, odvrátenej od valcového plášťa 31, je v podstate úplne pokrytá dvoma elektródami 33 a 34. Elektródy 33 a sú elektricky od seba oddelené izoláciou 36.

Ako materiál pre izoláciu 36 sa môžu použiť bežné dielektriká, ako je vzduch alebo plast.

Elektróda 34 môže byť z ľavej strany a elektróda 33 z pravej strany kopírovacieho valca spojená so zdrojom energie (neznázornený). Vyhrievací prúd tečie pri tejto forme uskutočnenia od prvej elektródy 33 k valcovému plášťu, ktorý výhodne pozostáva z elektricky dobre vodivého materiálu, a od neho cez odporovú masu 32 späť k ďalšej elektróde 34, alebo naopak.

Ak sa uvedené prinajmenšom dve elektródy usporiadajú na jednej strane odporovej vrstvy a na protiľahlej strane sa vytvorí medzivrstva z materiálu s vysokou vodivosťou, vyhrievací prúd tečie od jednej elektródy cez odporovú vrstvu k medzivrstve, v tejto je vedený ďalej a tečie cez odporovú vrstvu k ďalšej elektróde. Na základe voľby odporového materiálu je ale tiež možné pracovať bez medzivrstvy, aj keď valcový plášť pozostáva z nevodivého materiálu. Vyhrievací prúd tečie v tomto prípade cez odporovú vrstvu, pričom v dôsledku polymérnej štruktúry dochádza k zahriatiu celej odporovej masy. Nakoniec môže aj valcový plášť pozostávať z vodivého materiálu a dá sa použiť na vedenie prúdu. Prúd, privedený k elektródam, tečie v tomto prípade od jednej elektródy cez odporovú masu a vo valcovom plášti je vedený ďalej, aby sa potom dostal cez odporovú masu k ďalšej elektróde.

Pri všetkých týchto uskutočneniach, v ktorých sa prúd privádza k odporovej mase z jednej strany, je napätie, existujúce v zónach, na rozdiel od dvojstranného privádzania prúdu o polovicu menšie.

Medzi elektródami vytvorená vzdialenosť pôsobí ako dodatočný paralelne zapojený odpor. Ak sa za izoláciu 36 zvolí vzduch, odpor bude určený vzájomnou vzdialenosťou elektród a tým povrchovým odporom.

Použiť sa môže aj odporový vyhrievací článok, ako je znázornený na obr. 2.

Tento odporový vyhrievací článok sa vo vyhrievacom valci podľa tohto vynálezu použije tak, že strana odporového vyhrievacieho článku, na ktorej sú usporiadané kontaktované elektródy, je odvrátená od valcového plášťa. Elektrické dimenzovanie sa uskutoční s použitím takéhoto odporového vyhrievacieho článku zodpovedajúco náčrtu 3 a k nemu patriacim vzorcom pre výpočty.

-57Ak sa má povrch vyhrievacieho valca udržiavať bez napätia, medzi odporovým vyhrievacím článkom a valcovým plášťom sa môže vytvoriť známa izolácia z polyesterových, polyimidových a iných fólií. Napájanie elektród prúdom sa uskutočňuje výhodne pomocou známych kontaktovacích metód pre plošné vyhrievacie články alebo cez zberné krúžky alebo ako elektrické kontakty slúžiace ložiská.

Ako elektródy sa môžu podľa účelu použitia použiť napríklad kovové fólie alebo plechy. Tiež patrí do rámca tohto vynálezu, keď sa odporový vyhrievací článok pritlačí na valcový plášť prítlačnými zariadeniami. Ako prítlačné zariadenie sa môžu použiť napríklad upínacie krúžky, ktoré môžu súčasne slúžiť ako elektródy. Na zlepšenie prenosu tepla medzi odporovým vyhrievacím článkom a plášťom valca sa môžu medzi odporovým vyhrievacím článkom a plášťom valca použiť termoplasty vo forme fólií alebo tepelne vodivých pást.

Pri valci podľa tohto vynálezu môžu byť vnútri valca vytvorené viaceré, od seba oddelené odporové vyhrievacie články, rozdelené po dĺžke valca. Tiež však patrí do rámca tohto vynálezu vytvoriť priebežnú odporovú vrstvu vnútri valca, na ktorú sa nanesú viaceré elektródy vo forme segmentov. Tieto segmenty sa rozprestierajú po celom vnútornom obvode plášťa valca, pokrytom odporovou vrstvou, a dajú sa do valca ľahko zaviesť. Tým umožňujú rýchlu montáž. Ďalej sa vytvorením viacerých elektród vo vyhrievacom valci podľa tohto vynálezu, ktoré pôsobia ako elektródové páry a voliteľne sa k nim môže privádzať prúd, dá dosiahnuť vyhrievanie jednotlivých oblastí valca. Aj tieto elektródy sa rozprestierajú výhodne po celom obvode a sú od seba odsadené v axiálnom smere. Pri použití vyhrievacieho valca ako fóliovacieho valca sa môžu napríklad dodatočne vyhrievať okrajové oblasti valca. Týmto dodatočným privádzaním tepla sa dá dosiahnuť rovnomerné rozdelenie teploty cez oblasť, ktorá prichádza do styku s materiálom, ktorý sa má vyhrievať, pretože dodatočným vyhrievaním sa vyrovnajú poklesy teploty v okrajovej oblasti.

Odporová masa sa v rámci tohto vynálezu môže zvoliť aj tak, že bude vykazovať záporný teplotný koeficient elektrického odporu. Pri takejto forme uskutočnenia sú potrebné veľmi malé spínacie prúdy. Pri odporovej mase podľa

-58tohto vynálezu môže byť teplotný koeficient elektrického odporu od určitej teploty, napríklad 80 °C, kladný.

Vnútri valca môže byť na strane elektród, odvrátenej od odporovej vrstvy, umiestnený tepelne izolujúci materiál, ktorý môže vnútrajšok valca prípadne úplne vyplňovať. Tento tepelne izolujúci materiál bráni vyžarovaniu tepla z odporového vyhrievacieho článku v smere do vnútrajška valca a tým zadržaniu tepla vo valci.

Valec podľa tohto vynálezu sa môže v dôsledku použitej odporovej vrstvy a kontaktovania prevádzkovať tak s nízkymi napätiami napríklad 24 V, ako aj s veľmi vysokými napätiami, napríklad 240, 400 a až do 1000 V.

S valcom podľa tohto vynálezu sa dajú dosiahnuť plošné vyhrievacie výkony vyššie než 10 kW/m², výhodne vyššie než 30 kW/m². S vyhrievacím valcom sa dajú dosiahnuť výkony až do 60 kW/m². Tento vyhrievací výkon až do 60 kW/m² sa dá dosiahnuť aj s hrúbkou odporovej vrstvy 1 mm. Pokles výkonu s časom môže byť menší než 0,01 % za rok pri trvalom pôsobení napätia 240 V.

S týmto valcom dosiahnuteľná teplota je ohraničená tepelnými vlastnosťami zvoleného polyméru, môže ale byť vyššia než 240 °C a až do 500 °C.

Vyhrievací valec podľa tohto vynálezu je zvlášť vhodný na použitie ako kopírovací valec v kopírovacom zariadení alebo ako fóliovací valec na utesnenie materiálov fóliami.

Ako elektricky vodivý polymér sa podľa tohto vynálezu môžu v odporových vrstvách odporového vyhrievacieho článku, vyhrievateľnej rúry a vyhrievacieho valca použiť najmä také polyméry, ktoré sú vodivé v dôsledku atómov kovov alebo polokovov, zabudovaných do polymérov. Tieto polyméry majú výhodne špecifický prechodový odpor v oblasti hodnôt, ktoré dosahujú polovodiče. Môže byť do 10², výhodne najviac 10⁵ Q.cm. Takéto polyméry sa dajú získať spôsobom, pri ktorom sa zmiešajú disperzie polymérov, roztoky polymérov alebo polyméry so zlúčeninami kovov alebo polokovov alebo s ich roztokom v určitom množstve tak, aby na jednu molekulu polyméru pripadal približne jeden atóm kovu alebo polokovu. K tejto zmesi sa pridá v miernom nadbytku redukčný prostriedok, alebo sa vytvorí známym termickým rozkladom zlúčenín kovu alebo polokovu. Potom sa vytvorené alebo ešte

-59prítomné ióny vymyjú a disperzný roztok alebo granulát sa prípadne zmiešajú s grafitom alebo sadzami.

Elektricky vodivé polyméry, použité podľa tohto vynálezu, výhodne neobsahujú žiadne ióny. Obsah voľných iónov je maximálne 1 % hmotn., vztiahnuté na celkovú hmotnosť odporovej vrstvy. Ióny sa buď vymyjú, ako sme opísali vyššie, alebo sa pridá vhodný redukčný prostriedok. Tento redukčný prostriedok sa pridá v takom pomere, aby sa ióny mohli úplne zredukovať. Malý podiel iónov, výhodne neprítomnosť iónov v elektricky vodivých polyméroch, použitých podľa tohto vynálezu, spôsobuje dlhodobú stálosť odporovej vrstvy pri pôsobení elektrických prúdov. Ako sa ukázalo, polyméry, ktoré obsahujú vyššie percento iónov, majú len malú odolnosť voči starnutiu pri pôsobení elektrických prúdov, pretože elektrolytickými reakciami dochádza k samozničeniu odporovej vrstvy. Naproti tomu elektricky vodivý polymér, použitý podľa tohto vynálezu, je v dôsledku malej koncentrácie iónov aj pri dlhšom zaťažení prúdom odolný proti starnutiu. Ako redukčné prostriedky pre vyššie opísaný spôsob výroby elektricky vodivého polyméru, použitého podľa tohto vynálezu, sa použijú také redukčné prostriedky, ktoré buď netvoria ióny, pretože sa pri spracovaní termicky rozložia, ako napríklad hydrazín, alebo s polymérom samy chemicky reagujú, ako napríklad formaldehyd, alebo také, ktorých nadbytok alebo reakčné produkty sa dajú ľahko vymyť, ako napríklad fosfornany. Ako kovy alebo polokovy sa výhodne použijú striebro, arzén, nikel, grafit alebo molybdén. Zvlášť výhodné sú také zlúčeniny kovov alebo polokovov, ktoré čistým termickým rozkladom tvoria kov alebo potokov bez rušivých reakčných produktov. Najmä arzenovodík alebo nikelkarbonyl sa ukázali byť zvlášť výhodnými. Elektricky vodivé polyméry, použité podľa tohto vynálezu, sa napríklad dajú vyrobiť tak, že sa polymér zmieša s 1 až 10 % hmotn. (vztiahnuté na polymér) predzmesi, ktorá sa vyrobila podľa jednej z nasledujúcich receptúr.

Príklad 1

1470 hmotn. dielov disperzie fluóruhľovodíkového polyméru (55 % tuhej látky vo vode), 1 hmotn. diel zmáčadla, 28 hmotn. dielov 10% roztoku dusičnanu

-60strieborného, 6 hmotn. dielov kriedy, 8 hmotn. dielov amoniaku, 20 hmotn. dielov sadzí, 214 hmotn. dielov grafitu, 11 hmotn. dielov hydrátu hydrazínu.

Príklad 2

1380 hmotn. dielov disperzie akrylovej živice 60 % hmotn. vo vode, 1 hmotn. diel zmáčadla, 32 hmotn. dielov 10% roztoku dusičnanu strieborného, 10 hmotn. dielov kriedy, 12 hmotn. dielov amoniaku, 6 hmotn. dielov sadzí, 310 hmotn. dielov grafitu, 14 hmotn. dielov hydrátu hydrazínu.

Príklad 3

2200 hmotn. dielov destilovanej vody, 1000 hmotn. dielov styrolu (monomér), 600 hmotn. dielov amfolytového mydla (15%), 2 hmotn. diely pyrofosforečnanu sodného, 2 hmotn. diely peroxosíranu draselného, 60 hmotn. dielov síranu nikelnatého, 60 hmotn. dielov fosfornanu sodného, 30 hmotn. dielov kyseliny adipovej, 240 hmotn. dielov grafitu.

Claims (3)

1. Plošný vyhrievací článok (1), vyznačujúci sa tým, že pozostáva z tenkej odporovej vrstvy (2), obsahujúcej elektricky vodivý polymér a z najmenej dvoch plošných elektród (3, 4), usporiadaných odsadené od seba na jednej strane odporovej vrstvy (2), pričom elektrický vodivý polymér má vlastnú elektrickú vodivosť, spôsobenú obsahom primesi kovu alebo polokovu.

2. Vyhrievací článok podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že plošná elektróda (5) je usporiadaná na tej strane odporovej vrstvy (2), ktorá je protiľahlá k obom plošným elektródam (3,4).

3. Vyhrievací článok podľa nároku 2, vyznačujúci sa tým, že elektródy (3, 4, 5) pozostávajú z materiálu so špecifickým elektrickým odporom menším než 10^ Q.cm, výhodne menším ako 10'⁵ Ω.ατι.

4. Vyhrievací článok podľa nároku 2, vyznačujúci elektródy (3, 4, 5) majú hrúbku v rozsahu 50 až 150 gm. s a t ý m, že 5. Vyhrievací článok podľa nároku 4, vyznačujúci elektródy (3, 4, 5) majú hrúbku v rozsahu 75 až 100 gm. s a t ý m, že 6. Vyhrievací článok podľa nároku 1,vyznačujúci odporová vrstva má hrúbku 0,1 až 2 mm. s a t ý m, že 7. Vyhrievací článok podľa nárok 6, vyznačujúci odporová vrstva má hrúbku 1 mm. s a t ý m, že 8. Vyhrievací článok podľa nároku 1,vyznačujúci sa odporová vrstva (2) má kladný teplotný koeficient elektrického odporu. t ý m, že

9. Vyhrievací článok podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že odporová vrstva (2) je pokovovaná na svojich povrchoch, na ktorých sú umiestnené elektródy (3,4) a plávajúca elektróda (5).

10. Vyhrievací článok podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že vzdialenosť medzi elektródami je asi dvojnásobkom hrúbky odporovej vrstvy (2).

11. Vyhrievací článok podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že pomer medzi počtom atómov prímesi a počtom molekúl polyméru je najmenej 1:1.

12. Vyhrievací článok podľa nároku 11,vyznačujúci sa tým, že pomer medzi počtom atómov prímesi a počtom molekúl polyméru je najmenej medzi 2:1 a 10:1.

13. Vyhrievací článok podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že odporová vrstva (2) naviac obsahuje grafitové častice.

14. Vyhrievací článok podľa nároku 13, vyznačujúci sa tým, že grafitové častice sú prítomné v množstve najviac 20 % objemových, vztiahnuté na celkový objem odporovej vrstvy, a majú priemerný priemer najviac 0,1 pm.

15. Vyhrievací článok podľa nároku 13, vyznačujúci sa tým, že grafitové častice sú prítomné v množstve najviac 5 % objemových.

16. Vyhrievací článok podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že obsah voľných iónov v odporovej vrstve je najviac 1 % hmotnostné, vztiahnuté na celkovú hmotnosť odporovej vrstvy.

17. Vyhrievací článok podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že polymér je vybraný zo skupiny, pozostávajúcej z polyamidu, akrylovej živice, epoxidov a polyuretánov.

-6318. Vyhrievací článok podľa nároku 1,vyznačujúci sa t ý m, že odporová vrstva (2) zahrnuje podperný materiál.

19. Vyhrievací článok podľa nároku 18, vyznačujúci sa t ý m, že podperný materiál je plošný pórovitý elektricky izolujúci materiál.

20. Vyhrievací článok podľa nároku 1,vyznaČujúci sa tým, že odporová vrstva (12, 22, 32) zahrnuje viac než jednu vrstvu, pričom každá z vrstiev sa skladá z rozličných odporových materiálov s rôznymi špecifickými elektrickými odpormi.

21. Vyhrievací článok podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že odporová vrstva (12, 22, 32) je nanesená na povrch dutej konštrukcie, ktorá má os a je vybraná zo skupiny, pozostávajúcej z rúry (10), nádrže (21) a plášťa (31) vyhrievacieho valca (30).

22. Vyhrievací článok podľa nároku 21,vyznačujúci sa tým, že medzivrstva (15, 25, 35), skladajúca sa z materiálu, ktorý má vysokú elektrickú vodivosť, je usporiadaná medzi dutou konštrukciou a odporovou vrstvou (12, 22, 32).

23. Vyhrievací článok podľa nároku 22, vyznačujúci sa tým, že odporová vrstva (12, 22, 32) je pokovovaná na svojich povrchoch, orientovaných k elektródam (13, 14; 23, 24; 33, 34) a k medzivrstve (15, 25, 35).

24. Vyhrievací článok podľa nároku 21, vyznačujúci sa tým, že odporová vrstva (12, 22, 32) je usporiadaná priamo na povrchu dutej konštrukcie, ktorá pozostáva z materiálu s vysokou elektrickou vodivosťou.

25. Vyhrievací článok podľa nároku 20, vyznačujúci sa tým, že odporová vrstva (12, 22) a elektródy (13, 14; 23, 24), ktoré sú na nej usporiadané,

-64sa rozprestierajú pozdĺžne v axiálnom smere na vonkajšom povrchu rúry (10) alebo nádrže (21) a elektródy (13, 14; 23, 24) sú usporiadané na odporovej vrstve (12,

22) po obvode od seba odsadené.

26. Vyhrievací článok podľa nárok 25 na nádrži (21), vyznačujúci sa t ý m, že ďalej zahrnuje zariadenie (29) na napájanie prúdom, rozprestierajúce sa v axiálnom smere mimo nádrže (21) po celej jej dĺžke a spojené s každou z elektród (23, 24) v najmenej dvoch kontaktných bodoch.

27. Vyhrievací článok podľa nároku 20, vyznačujúci sa tým, že odporová vrstva (32) a na nej usporiadané elektródy (33, 34) sa rozprestierajú pozdĺžne v axiálnom smere na vnútornom povrchu plášťa (31) vyhrievacieho valca a elektródy (33, 34) sú usporiadané na odporovej vrstve (32) po obvode od seba odsadené.

28. Vyhrievací článok podľa nároku 27, vyznačujúci sa tým, že najmenej dve elektródy (33, 34) sú usporiadané na tej strane odporovej vrstvy (32), ktorá je odvrátená od uvedeného vnútorného povrchu, v určitej vzdialenosti od seba.

29. Vyhrievací článok podľa nároku 27, vyznačujúci sa tým, že elektródy (33, 34) sa v podstate rozprestierajú po celom obvode a sú usporiadané axiálne odsadené od seba.