專利名稱：具有電阻中性面的電加熱器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種加熱系統，尤其是合并到相對薄且柔性的多層面板中的加熱系統，且該加熱系統能夠合并到建筑環境中諸如地板、墻壁或者天花板的其它物體中，或者合并到諸如鏡子、相框等的其它非建筑物體中。
背景技術：
已知薄的加熱系統。制作不具有母線的編織電線網加熱器，從而將細電線編入網墊中。可以將墊子放置在復合地板下面或底層地板下面或者放置到非建筑環境中。然而， 這些墊子必須是定制的以適合非標準尺寸的空間并且不能在施工現場更改。這使得加熱器和安裝的成本增加，并且明顯使在安裝期間改變加熱器布局的工序變得更加困難。使用電阻塑料(electrically resistive plastic)制造基于聚合物的加熱器 (Polymer-based heater)。電阻加熱器每一側的導電母線形成電路。結果形成可切割的加熱表面；然而現有可用產品呈現出非常大的厚度。基于導電油墨的加熱器(Conductive ink-based heater)是由印制在塑料片上的電阻油墨制成的。電阻加熱器每一側的導電母線形成電路。然后在電路上方放置第二塑料片以保護加熱元件。結果形成薄的、柔性的、可切割的加熱表面。已知基于導電油墨的加熱器用在復合地板下方，它們以不附著的方式位于地板板材(floor board)和底層地板(或者在改建的情況下為舊地板)之間的空間內。保護器件的塑料片具有對于粘附陶瓷磚而言的劣質表面。在形成于塑料片上的加熱元件內具有由于板材的薄的性質和電容效應而引起的一些電流泄漏。泄漏電流的量能達到潮濕環境(諸如在浴室和廚房鋪設地板的應用情況下)中令人不能接受的高等級。尤其是在加熱元件可能會遇到高濕度或者水的應用中，控制這種電流泄漏會變得有問題。迄今在電子和電加熱器技術的現有技術狀態下，在潮濕應用中漏電電流的問題還沒有得到解決。薄塑料片的損壞會進一步導致一些載流元件之間的電短路，這也會導致令人不能接受的情況，例如由于高電流引起的電擊或者加熱元件或塑料片的過熱。
發明內容
在本發明的實施例中，提供了一種薄的、輕質的、柔性的電加熱器，其適合于在干燥和潮濕環境中使用，且該加熱器在干燥或潮濕表面所測得的漏電電流將小于5mA，更優選小于2. 5mA,且進一步優選小于1. 0mA。在本發明的另一實施例中，提供了一種適合于在干燥和潮濕環境中使用的電加熱器，其覆蓋面積大于25平方英尺，更優選大于50平方英尺，進一步優選大于75平方英尺， 進一步優選大于100平方英尺，進一步優選大于125平方英尺，進一步優選大于150平方英尺，同時維持如上一段所述的漏電電流值。在本發明的又一實施例中，提供了一種適合于在干燥和潮濕環境中使用的電加熱器，其可以與具有5mA臨界值(cut-offlimit)的接地故障斷電器(GFCI)組合使用。
在本發明的另一實施例中，提供了一種適合于在干燥和潮濕環境中使用的電加熱器，其具有大約50，000瓦/m2的功率密度的加熱面積，或者大約5000瓦/m2的加熱面積，或大約2500瓦/m2的加熱面積，或大約1000瓦/m2的加熱面積，或大約500瓦/m2的加熱面積，或大約250瓦/m2的加熱面積。 在本發明的又一實施例中，提供了一種適合于在干燥和潮濕環境的建筑和鋪設地板中使用的電加熱器，其具有大約500瓦/m2的功率密度的加熱面積，或者大約300瓦/m2 的加熱面積，或大約200瓦/m2的加熱面積，或大約150瓦/m2的加熱面積，或大約100瓦/ m2的加熱面積。在本發明的另一實施例中，提供了一種適合于在干燥和潮濕環境中使用的電加熱器，其在諸如意外短路情況的極端操作環境下將保持由加熱器的導電元件產生的12. 5千瓦/m2的局部熱通量，更優選4. 0千瓦/m2，且進一步優選2. 0千瓦/m2。在本發明的又一實施例中，提供了一種適合于在干燥和潮濕環境中使用的電加熱器，其接地，以使得在產品的整體性被意外破壞以及任何后續發生的電流泄漏的情況下對于使用者是完全安全的。在本發明的另一實施例中，提供了一種薄、輕質、柔性的電加熱器，其適合于在干燥和潮濕環境中使用，且可以使用AC電流或DC電流來操作。在本發明的又一實施例中，提供了一種適合于在干燥和潮濕環境中使用的電加熱器，其易彎曲，且可卷至不超過20，，的直徑，優選不超過12 ”，且進一步優選不超過6 ”。在本發明的另一實施例中，提供了一種適合于在干燥和潮濕環境中使用的電加熱器，其是薄的，具有不超過1”的總厚度，更優選小于0. 50”，進一步優選小于0. 25”，且進一步優選小于0. 125”。在本發明的又一實施例中，提供了一種適合于在干燥和潮濕環境中使用的電加熱器，其是輕質的，具有不超過3. 0#/sq. ft.的總產品重量，更優選不超過2. 0#/sq. ft.，進一步優選不超過1. 5#/sq. ft.，進一步優選不超過1. 0#/sq. ft.，進一步優選不超過0. 5#/ sq. ft. 0在本發明的另一實施例中，提供了一種適合于在干燥和潮濕環境中在建筑和鋪設地板的應用中使用的電加熱器，其是薄、輕質、柔性、可卷的且一旦展開不具有卷回記憶 (memory) 。在本發明的又一實施例中，提供了一種適合于在干燥和潮濕環境中在建筑和鋪設地板的應用中使用的電加熱器，其用于安裝陶瓷磚和天然石，以使得具有陶瓷裝和天然石的加熱器的抗剪切強度大于50psi，更優選大于IOOpsi，且進一步優選大于150psi。在本發明的另一實施例中，提供了一種適合于在干燥和潮濕環境中使用的電加熱器，可以使用常用的工具(例如剪刀或多用刀)在現場容易地將其切割、產生和成形。在本發明的又一實施例中，提供了一種適合于在干燥和潮濕環境中在建筑和鋪設地板的應用中使用的電加熱器，其在暴露于諸如由膠凝(cementitious)材料(薄的凝固泥漿和填縫劑)所提供的那些條件的腐蝕堿性條件(aggressive alkaline condition)下時具有化學穩定性。在本發明的另一實施例中，提供了一種適合于在干燥和潮濕環境中在建筑和鋪設地板的應用中使用的電加熱器，其可使用包括水泥砂漿的常用的粘合劑結合于各種基底， 例如水泥、膠合板、0SB、水泥板、石膏板、石膏及水泥澆底襯等。在本發明的又一實施例中，提供了一種適合于在干燥和潮濕環境中在建筑和鋪設地板的應用中使用的電加熱器，其中該電加熱器可以在不需要使用機械緊固件的情況下被迅速安裝。在本發明的另一實施例中，提供了一種由多層、但相對薄且柔性的面板制成的加熱系統。該面板包括多個層，包括第一、第二和第三電絕緣層。例如通過印制在電絕緣層中的一個層上，將第一導電電阻層夾在第一和第二電絕緣層之間。例如通過印制在電絕緣層中的一個層上，將第二導電電阻層夾在第二和第三電絕緣層之間。第一導電電阻層具有第一電連接件(中性連接件(neutral connection))和第二電連接件(帶電連接件(live connection))。第一和第二電連接件僅通過在第一和第二電連接件之間延伸的第一導電電阻層的電阻材料在面板上彼此電連接。第二導電電阻層具有與第一導電電阻層的第一電連接件電連接的第一電連接件(中性連接件)。第二導電電阻層通過第二電絕緣層與第一導電電阻層的第二電連接件電隔離。在實施例中，加熱系統還包括第四電絕緣層和第三導電電阻層。第三導電電阻層例如通過印制在電絕緣層中的一個層上夾在第四電絕緣層和第一電絕緣層之間，且具有與第一導電電阻層的第一電連接件電連接的第一電連接件(中性連接件)。此外，第三導電電阻層通過第一電絕緣層與第一導電電阻層的第二電連接件電隔離。在實施例中，加熱系統還包括具有電連接件(接地或接地線)的至少一個導電低電阻層。導電低電阻層及其電連接件通過電絕緣層中的一個層與第一和第二導電電阻層電隔1 °在實施例中，加熱系統還包括覆蓋至少一個導電低電阻層的第四電絕緣層。在實施例中，加熱系統還包括覆在第一和第三電絕緣層中的一個層上的膠凝瓷磚膜。在實施例中，加熱系統還包括覆在第一和第三電絕緣層中未被膠凝瓷磚膜覆蓋的一個層上的底墊層。在實施例中，第二導電電阻膜的電阻材料的橫向和縱向范圍比第一電阻層的電阻材料的橫向和縱向范圍更大。在實施例中，提供了一種地板，其包括基底、加熱系統和裝飾性地板表面。加熱系統包括第一電絕緣層、第二電絕緣層、第三電絕緣層、夾在第一和第二電絕緣層之間的第一導電電阻層，以及夾在第二和第三電絕緣層之間的第二導電電阻層。第一導電電阻層具有第一電連接件和第二電連接件。第一和第二電連接件僅通過在第一和第二電連接件之間延伸的第二導電電阻層的電阻材料彼此電連接。第二導電電阻層具有與第一導電電阻材料的第一電連接件電連接的第一電連接件。第二導電電阻層通過第二電絕緣層與第一導電電阻層的第二電連接件電絕緣。在實施例中，裝飾性地板表面是復合地板材料或木地板材料。在實施例中，裝飾性地板表面是陶瓷磚或天然石，且地板還包括位于基底和加熱系統之間的粘合劑以及位于加熱系統和陶瓷磚或天然石之間的砂漿。在實施例中，基底是木材、水泥、油氈、陶瓷磚或天然石或其組合。
圖1是體現本發明的原則的加熱系統的立體分解圖。圖2是圖1的加熱系統的三個層的平面圖。圖3是圖1的加熱系統的一個普通層和兩個附加層的平面圖。圖4是圖1的加熱系統的側剖面示意圖。圖5是在電路中本發明的加熱系統的電路簡圖。圖6是加熱面板22的平面示意圖。圖7是體現本發明原則的加熱系統的另一實施例的立體分解圖，其示出了第二電阻中性面。圖8是圖7的加熱系統的側剖面示意圖。圖9是體現本發明原則的加熱系統的另一實施例的側剖面示意圖，其示出了接地面。圖10是體現本發明原則的加熱系統的另一實施例的側剖面示意圖，其示出了兩個接地面。圖11是體現本發明原則的加熱系統的另一實施例的側剖面示意圖，其示出了膠凝層。圖12是體現本發明原則的加熱系統的另一實施例的側剖面示意圖，其示出了膠凝層和底墊層。圖13是圖12的實施例的側剖面示意圖，其示出了底墊層的細節。圖14是體現本發明原則的加熱系統的另一實施例的側剖面示意圖，其示出了功能層和自粘粘合層。圖15是體現本發明原則的加熱系統的另一實施例的側剖面示意圖，其示出了剛性面板復合層。圖16是使用本發明的加熱系統加熱的地板的側剖面示意圖；
具體實施例方式如圖1-4中所例示的，在本發明的實施例中，提供了一種加熱系統20，其由多層、 但薄且柔性的面板22形成。該面板22包括多個層，該多個層包括第一電絕緣層M、第二電絕緣層26和第三電絕緣層觀。這些絕緣層優選由聚合物制成，例如聚酯、聚丙烯、聚乙烯、 尼龍或其它具有低介電常數的聚合物制成。第一導電電阻層30夾在第一電絕緣層M和第二電絕緣層沈之間。第二導電電阻層32夾在第二電絕緣層沈和第三電絕緣層觀之間。 導電電阻層30、32在電流通過的時候充當產生熱量的電阻器。第一導電電阻層30具有第一電連接件(中性連接件)34和第二電連接件(帶電連接件)36。第一電連接件34可以包括沿第二電絕緣層沈的大部分長度延伸的母線，該母線使第二電絕緣層的每一端38、40不短路且布置為平行于第二電絕緣層的第一縱向邊緣42、 但是向內地與第二電絕緣層的第一縱向邊緣42相間隔。第二電連接件36可以包括沿第二電絕緣層26的大部分長度延伸的母線，該母線使第二電絕緣層的每一端38、40不短路且布置為平行于第二電絕緣層的第二縱向邊緣44、但是向內地與第二電絕緣層的第二縱向邊緣44相間隔。第一電連接件34和第二電連接件36僅通過在第一和第二電連接件之間延伸的第一導電電阻層30的電阻材料在面板22處彼此電連接。在一些實施例中，第一導電電阻層30可以為基于導電油墨的輻射加熱器，該輻射加熱器包括印制在第一電絕緣層M或第二電絕緣層26上的多個基于電阻油墨的帶46。一些不同類型的基于導電油墨的輻射加熱器30在市面上有售。一種類型的基于導電油墨的輻射加熱器30印制有具有各種電阻的碳基油墨。另一種類型的基于導電油墨的輻射加熱器30印制有具有各種電阻的含銀油墨。還有另一種基于導電油墨的輻射加熱器30是印制在聚酯膜上的電路。優選的用于第一導電電阻層30的基于導電油墨的輻射加熱器類似于Calesco Norrels (伊利諾伊，埃爾金)銷售的基于導電油墨的輻射加熱器。通過第一電絕緣層對或第二電絕緣層沈上印制的油墨電阻帶46來提供熱量，該第一電絕緣層M或第二電絕緣層 26可以是聚合物片。使用任意已知方法將電阻帶46放置在聚合物片24 J6上。鋪設電阻帶46的一項技術是通過以碳基油墨來印制電阻帶。選擇導電油墨以在干燥時形成電阻材料并且粘附于第一聚合物片對、26，從而在固定基于導電油墨的輻射加熱器30時使其不剝落或者以其他方式變得分離。在實施例中，聚合物片2446可以由聚酯制成。第一導電電阻層30的電阻帶46可以相互平行排列并且在與第一電絕緣層M或第二電絕緣層沈的第一縱向邊緣42和第二縱向邊緣44相間隔的端部48、50終止。在其它實施例中，帶46可以相互交錯，或者它們可以具有蜿蜒的或者其它非線性的形狀。使用如圖5所示的第一電連接件34和第二電連接件36的至少兩根母線，將電阻帶46接入電路52中。一根母線34、36放置在或接近電阻帶與涂覆有帶的第一電絕緣層M 或第二電絕緣層26相對的一側、電阻帶46的每一端48、50處。因此，帶46通過第一電連接件34和第二電連接件36的母線而相互并聯連接。可以根據需要添加附加的母線53，例如連接電阻帶46的中點的母線(見圖6)。當在如下所述的裝配期間母線的一部分被切斷時，以此方式使用附加的母線使得板22不提供熱量的區域最小化。當使用額外的母線53時，中心母線53應當連接到電路52的帶電連接件L，且外部母線34、36應當都連接到中性連接件N。優選的母線的例子是銅箔帶或者其它的導電材料。在實施例中，母線34、36的一端M可以一直延伸到第一電絕緣層M或第二電絕緣層26的端部38，以充當導體。如果需要，將薄的導電材料56放置在電阻帶46與第一電連接件34和第二電連接件36之間相互交叉的位置，以促進它們之間的良好導電性。優選地，導電材料56是導電聚合物。有機導電聚合物的常見類別包括聚(乙炔)類、聚(吡咯)類、聚(噻吩)類、聚(苯胺)類、聚(芴)類、聚(3-烷基噻吩)類、聚四硫富瓦烯類(polytetrathiafulvalenes), 聚萘類(polynaphthalenes)、聚(對亞苯硫醚)類和聚(對苯亞乙烯)類。第一電連接件34和第二電連接件36以及導電材料56可以結合到第一電絕緣層 24或者第二電絕緣層25中第一導電電阻層30未涂覆于其上的另一個。諸如電線的導電體58可以從第一電連接件34和第二電連接件36延伸到至少面板22的端部38或者延伸到該面板之外。導體58也可以是電連接件34、36的延伸部或者除了電線或總線之外的導體。第二導電電阻層32具有與第一導電電阻層30的第一電連接件34電連接的第一電連接件60 (中性連接件)。第二導電電阻層32通過第二電絕緣層沈與第一導電電阻層 30的第二電連接件36電隔離。第二導電電阻層32可以大體上類似于第一導電電阻層30 來構造，包括由印制的帶61制成，但是其電阻通常等于或大于第一導電電阻層的電阻。在所有其它的方面，例如使用母線作為第一電連接件60，在導電電阻層與第一電連接件之間使用導電油墨以及使用導電材料可以與在第一導電電阻層30中使用相同。如圖5的電路示意圖所示，第一導電電阻層30的第一電連接件34以及第二導電電阻層32的第一電連接件60與電路52的中性連接件N連接，而第一導電電阻層32的第二電連接件36與電源電路的帶電連接件或熱連接件(hot connection) L連接。通過此連接件，電流通過第二電連接件36從電路電源提供給第一導電電阻層30，該電路電源可以是樓宇的主配電板(electrical panel)。然而，沒有從電路電源向第二導電電阻層32提供電流。如果有任何電流從第一導電電阻層30泄漏且被第二導電電阻層32攔截，則所泄漏的電流將以不會導致高電流損耗(current drain)及產生過多熱通量的方式被引導至中性連接件60，這是因為第二導電電阻層將具有相當大的電阻。因此，在此應用中，第二導電電阻層32被稱為電阻中性面。當同時滿足漏電電流控制和消防安全的目標時，使用電阻中性面 32為利用大范圍的導電油墨來設計加熱元件、從而使得這些油墨提供更大范圍的表面電阻率和更大的可印制的覆蓋區域創造了機會。在發生意外短路時減少總的漏電流并防止面板22內產生過多的熱量方面，電阻中性面32是有幫助的。電阻中性面32可以位于第一導電電阻層30的上方或下方。電阻中性面32可以由具有高電阻率的導電油墨組成。優選的油墨的例子是由碳微粒組成的導電油墨。導電油墨包含微粒，例如銀、鎳、鋁、碳、或兩種或更多種這些微粒的組合。電阻中性面帶61的電阻率、寬度、厚度和長度是專門定制用于實現電和消防安全的。通過使由導電油墨帶61所產生的最大熱通量保持在預設限度之下來確保消防安全。優選地，第一導電電阻層(加熱元件)30的帶46的寬度等于或小于所印制的電阻中性面32的帶61的寬度。此外，還優選地，主電路的所印制的導電油墨加熱元件30與電阻中性面32重疊并保持完全由電阻中性面32覆蓋。就是說，在實施例中，第一導電電阻層 30的導電材料具有第一電絕緣層M與第二電絕緣層沈之間的橫向和縱向范圍，且第二導電電阻層32的電阻材料具有至少與第一導電電阻層的電阻材料的橫向和縱向范圍一樣大的橫向和縱向范圍。選擇用于第一導電電阻層30的第一導電油墨、用于第二導電電阻層32的第二導電油墨、第一導電電阻層(加熱器)的寬度和第二導電電阻層(中性面)的寬度，使得由加熱系統20所產生的最大熱通量小于相鄰表面的臨界輻射熱通量或者用于加熱系統的任意組成材料的最低臨界熱通量。當這種加熱系統用在樓宇建造中時，例如在地板板材應用的情況下，必須考慮漏電流和意外短路的影響。電阻中性面層32是大概與加熱器層30平行放置的導電表面。電阻中性面積累泄漏電流并允許它流向中性終端。將電阻中性面層32的相對電阻率和加熱器層30的電阻率設計為使得在電阻中性面層與加熱器層之間發生短路的情況下，電流、功率和熱通量最小。如果將中性面層32設計為具有低的表面電阻率，則在電流源的附近發生短路時，會產生高的熱通量。在某些情況下，這會導致一個或多個聚合物膜熔化以及/或相鄰表面(例如硬木地板或木基底層地板)燃燒。這些問題可以通過將加熱系統20設計為具有最大熱通量來克服，該最大熱通量低于加熱器組件中任一個的臨界熱通量或者相鄰表面的臨界熱通量。根據本發明，優選電阻中性面的表面電阻率大于每平方30歐姆，更優選大于每平方60歐姆，進一步優選每平方 100歐姆，更進一步優選每平方200歐姆。提供表面電阻率高達每平方2000歐姆的導電油墨能有效地用于印制本發明的導電中性面。在期望在加熱器上印制非常寬的電阻中性面的地方，可以使用表面電阻率高達每平方2，000000歐姆的導電油墨來印制本發明的電阻中性面。柔性的面板22可以由如圖1中所示的矩形周界形成，或者可以具有所期望的其它形狀。如果形成為矩形形狀，則根據面板的應用，它可以具有各種不同的尺寸之一。例如， 所提供的面板的寬度可以是12英寸或18英寸、或者12英寸或18英寸的倍數，或者所提供的面板的寬度可以是25厘米或者25厘米的倍數。此外，所提供的面板22的長度可以是12 英寸或18英寸、或者12英寸或18英寸的倍數，或者所提供的面板的長度可以是25厘米或 25厘米的倍數。當然，可以根據面板22的特定應用來選擇其它更小或更大的尺寸。在實施例中，如圖7和8中所示的加熱系統20還可以包括第四電絕緣層62和第三導電電阻層64。第三導電電阻層64夾在第四電絕緣層62與第一電絕緣層M之間，且具有與第一導電電阻層30的第一電連接件34電連接的第一電連接件66。此外，第三導電電阻層64通過第一電絕緣層M與第一導電電阻層30的第二電連接件36電隔離，從而也使得其成為電阻中性面。第三導電電阻層64可以構造為大體上與第二導電電阻層32相同。 通過使用第三導電電阻層64，沿與第二導電電阻層32的方向相反的方向的任意電流泄漏將被第三導電電阻層64攔截，并將以不會導致高電流損耗的方式被引導至中性連接件，這是因為第三導電電阻層也將具有非常大的電阻。在圖9所示的實施例中，加熱系統20還包括至少一個具有電連接件70的導電低電阻層68(接地面)。導電低電阻層68可以由具有高電導率(低電阻)的材料制成，例如銅、銀、鋁等。導電低電阻層68及其電連接件70通過電絕緣層對、26、觀之一與第一導電電阻層30和第二導電電阻層32電隔離。加熱系統20還可以包括覆蓋至少一個導電低電阻層68的第四電絕緣層72。電連接件70將被連接到地連接件G (圖幻，以使得如果有任何電流泄漏流到導電低電阻層68，則電流將被立即引導到地面。由于導電低電阻層68的電阻將大體小于第一導電電阻層30或第二導電電阻層32的電阻，因此流經導電低電阻層68 的電流會更大，導致可能處于電路52中的任何斷路器或者接地故障斷電器的跳閘。導電低電阻層68設計為攔截由于面板22的層內的嚴重故障而已經泄漏的電流，且通常會需要更換特定的面板。可以與導電電阻層30、32類似地構造導電低電阻層68，例如通過將油墨印制在一個電絕緣層上來形成，然而，形成該層的油墨的電阻應該遠遠小于用于導電電阻層的電阻。可選地，層壓在聚合物片上的薄的金屬箔材料(鋁、銅、銀等)可以用作與地連接的導電低電阻層(接地面)，以提供電氣安全。 根據安裝要求，導電低電阻層68可以僅放置在面板22的一側，在第一導電電阻層 30和第二導電電阻層32兩者的上方或下方，或者導電低電阻層68可以放置在面板22的兩側，位于第一導電電阻層30和第二導電電阻層32的上方和下方(圖10)。可以以覆蓋面板整個表面的寬板的形式或者以單個或多個窄帶的形式設置導電低電阻層68，該單個或多個窄帶以類似于電母線的方式沿面板22的長度延伸。
在圖11中所示的實施例中，加熱系統20還包括膠凝瓷磚膜74，該膠凝瓷磚膜74 覆在第一電絕緣層M和第三電絕緣層觀中的一個絕緣層上且通過粘合劑75固定于該絕緣層上在2008年3月23日發布的、專利號為7，347，895、名稱為“柔性液壓組分 (Flexible Hydraulic Compositions) ” 的美國專利、歐洲專利 EP179179 以及 2006 年 3 月16日公布的、名稱為“柔性且可卷曲的膠凝膜及其制造方法(Flexible and Rollable Cementitious Membrane andMethod of Manufacturing It) ” 的美國待審專利申請 US2006/0054059中描述了優選的膠凝瓷磚膜74，為了所有的目的，其全部內容通過引用的方式并入于此。至少包括55%粉煤灰的任意液壓組分都可以用于膜74中。最優選的液壓組分是 C類液壓粉煤灰或其等效物。這種類型的粉煤灰是通過處理某些煤炭得到的石灰含量高的粉煤灰。通過引用的方式并入于此的ASTM標示C-618描述了 C類粉煤灰(由洛杉磯Big Cajun II的BayouAsh有限公司生產)的特性。當與水混合時，粉煤灰類似地成為水泥或石膏。預期使用其他液壓組分與粉煤灰組合，包括水泥(包括高鋁水泥)、硫酸鈣(包括無水硫酸鈣、半水硫酸鈣、或二水硫酸鈣)、其他液壓組分及其組合。還預期使用粉煤灰的混合物。硅粉(由加拿大魁北克省St. Laurent的SKff Silicium Becancour生產)是另一種優選的材料。全部組合物優選包括重量占大約25%至大約92. 5%的液壓組分。聚合物是可溶于水的成膜聚合物，優選是乳膠聚合物。可以以液體形式使用聚合物，或者將聚合物用作可再分散的粉末。特別優選的乳膠聚合物是丙烯酸和乙酸丁酯的甲基丙烯酸甲酯共聚物(由伊利諾伊Marengo的EPS有限公司生產的R)rton VF 774聚合物)。雖然聚合物以任意的有用的量進行添加，但是優選在干燥固體基礎上以大約5%到 35%的量進行添加。為了形成兩個連結基質結構(interlocking matrix structure)，必須有水來形成這種組合物。當向系統添加水時，必須考慮組合物中的總水量。如果以水性懸浮液的形式提供乳膠聚合物，組合物水中應該包括用于使聚合物散開的水。可以使用任意量的水以產生可流動的混合物。優選地，在組合物中使用的水的重量占大約5%到大約35%。為了特定的應用目的，可以將水泥或聚合物水泥的任意公知的添加劑用于即時組合物的任一實施例中，以對其進行修改。基于各種原因，添加填充物。如果添加了輕質的填充物，例如膨脹珍珠巖、其他膨脹材料或者玻璃微珠、陶瓷微珠、塑料微珠，則可以使組合物或者完成的產品重量更輕。微珠通過將氣體材料封裝到組合物中所包含的小氣泡中，減輕了整體產品的重量，從而減小了其密度。以常規量使用發泡劑對于減小產品密度也是有用的。常規的無機填充物和骨料(aggregate)也可用于減少成本并且減少收縮裂縫。典型的填充物包括沙子、滑石、云母、碳酸鈣、焙燒粘土、浮巖、碎的或膨脹的珍珠巖、火山灰、 谷糠灰、硅藻土、熔渣、偏高嶺土和其他火山灰材料。這些材料的量不應超過對例如強度的特性產生不利影響的點。當制備非常薄的膜或者底襯(imderlayment)時，優選使用非常小的填充物，例如沙或微珠。可選地添加著色劑來改變組合物或者已完成的膜74的顏色。粉煤灰通常是灰色的，C類粉煤灰通常比F類粉煤灰輕。可以使用與組合物相容的任意染料或顏料。可選地，使用二氧化鈦作為增白劑。優選的著色劑是肯塔基辛西亞那的Solution Dispersions公司生產的AjackBlack。預期在這些組合物中使用加快或減緩液壓組分的設定時間的設定控制添加劑 (set control additive)。確切的添加劑將取決于所使用的液壓組分和設定時間被修改到什么程度。可以使用加強材料來增加膜74的強度。可選地，添加纖維或網狀物有助于將組合物保持在一起。推薦鋼纖維、塑料纖維(例如聚丙烯和聚乙烯醇)和玻璃纖維，但是加強材料的范圍不限于此。已知超增塑劑添加劑用于改善液壓泥漿的流動性。它們使溶液中的分子散開，以使得它們更容易地相對彼此移動，從而改善整個泥漿的流動性。聚羧酸鹽、磺化三聚氰胺和磺化萘是已知的超增塑劑。優選的超增塑劑包括由馬薩諸塞劍橋的Grace Construction Products生產的ADVA Cast和由喬治亞州錫達敦的Geo Specialty Chemicals生產的 Dilflo GW超增塑劑。添加這些材料使得用戶能夠將泥漿的流動性調整到適于特別的應用。減縮劑有助于減少隨著膜74的涂層變干而產生的塑料收縮裂縫。它們通常起到改變表面張力的作用，以使得泥漿隨著變干流動到一起。乙二醇是優選的減縮劑。在實施例中，加熱系統20還包括底墊層76，該底墊層76覆在第一電絕緣層M和第三電絕緣層觀中不被膠凝瓷磚膜74覆蓋的的電絕緣層上。用于加熱系統20的優選底墊層76可以包括至少第一紡粘薄層78 (圖13)。第一紡粘薄層78可選地直接結合在加熱系統面板22上。在其他實施例中，可選的熔噴薄層80 阻擋液體移動穿過底墊層76，從而增加水或其他液體流過底墊層76的阻力。將第一紡粘薄層78放置在熔噴薄層80的上側以在底墊層76的至少一個表面上提供高孔隙率。如果面板合并到瓷磚地板中，則紡粘材料的多孔性使得能夠較好地滲透和吸收砂漿。砂漿的晶體基質中變得包含大纖維，從而形成堅固的結合。可選地，第二紡粘薄層82位于熔噴薄層80的與朝向第一紡粘薄層78的表面相反的表面上。在本實施例中，熔噴薄層80夾在第一紡粘薄層78和第二紡粘薄層82之間。本實施例的優點在于其兩側具有相同的表面，并且可以將任一表面涂敷(apply)于加熱器面板22上且任一表面都可以朝向新的裝飾性地板或其它表面。通過任意適當的方式將薄層78、80、82相互結合。三層合成物或這種類型的合成物是市場上有售的，例如由喬治亞州羅斯韋爾的Kimberly-Clark公司制造的S-M-S薄層。 這一產品由聚丙烯纖維制成。雖然設置了對液體的阻擋層(barrier)，但材料還是透氣的， 允許水蒸氣通過該材料。根據最后的應用和性能要求，其他的薄層可能更適合于特殊的應用。通過引用的方式并入于此的專利號為4，041，203的美國專利完整地描述了 S-M-S薄層及其制造方法。圖14中例示了加熱系統的替代實施例。在此實施例中，具有如上所述的多個層并提供了新的功能層84，該新的功能層通過粘合劑層86粘附于面板22，新的功能層可以提供單個功能或多個功能。例如，層84可以具有聲抑制特性并且可以包括熱絕緣和電絕緣，可以提供防水和增強的裂縫隔離。此外，借助各組成層，該層84可以提供上述特性中多于一種的特性，或者可以由單個層提供這些特性中多于一種的特性。
11
作為包括功能層84的可能組成部分的舉例，可以以低密度泡棉層、橡膠層或塑料層實現聲抑制特性，特別是用于影響噪聲。使功能層84固定在面板22上的粘合劑層86可以是壓敏粘合劑轉移帶或者壓敏雙面粘合帶，或者甚至是噴霧或液體粘合劑。當需要增強的裂縫隔離和防水特性時，優選使用雙面粘合帶。也可以提供熱絕緣和/或電絕緣的低密度泡棉可以包括聚乙烯泡棉(例如3M公司的聚乙烯泡棉帶4462或4466)、聚氨酯泡棉(例如3M公司的尿烷泡棉帶4004或4008)、聚乙烯化合物泡棉(例如3M公司的聚乙烯化合物泡棉帶4408或4416)、乙烯醋酸乙烯酯泡棉(例如hternational tape公司的聚乙烯泡棉帶316或332)、丙烯酸泡棉(例如3M公司的VHB 4941閉孔丙烯酸泡棉帶族)以及EPDM(乙烯丙烯二烴單體)泡棉(例如Permacel公司的EE1010閉孔EPDM泡棉帶)。硅膠泡棉包括 Saint Gobain公司的512AV. 062和512AF. 094泡棉帶。橡膠泡棉包括3M公司的500碰撞剝離帶(Impact stripping tape)和510模板帶(Stencil tape)。彈性泡棉包括3M公司的 4921彈性泡棉帶和Avery Dennison公司的XHA 9500泡棉帶。可以從Amorim Industrial Solutions公司或IRP Industrial Rubber公司獲得橡膠或再生橡膠片。使用粘合劑層88和釋放片90使得面板22自粘附到期望的基底表面，具有剝離和粘貼布置的性質。這使得安裝者快速將面板放置在他們期望的位置而無需混合或涂敷粘合劑材料，并且確保粘合劑充分覆蓋面板并以正確的量進行涂敷。圖15中例示了本發明的另一實施例，該實施例具有相對于圖14描述的所有層 (除了釋放片90)。此外，該實施例包括剛性面板復合層92，借助該剛性面板復合層92將加熱系統20設置在可以合并入地板、墻壁、天花板以及建筑物的其他組件的建筑面板上。 剛性面板復合層92可包括網增強水泥板、纖維增強水泥板、石膏面板、石膏纖維面板、膠合板、定向結構板或其他類型的木基面板、塑料面板以及其他類型的剛性復合面板。面板的厚度可以介于0. 125至10英寸之間，優選介于0. 250至2英寸之間，更優選介于0. 250至1 英寸之間。在圖16所示的實施例中，提供了地板94，其包括基底96、加熱系統20和裝飾性地板表面98。加熱系統20如前所述。裝飾性地板表面98可以是復合地板、木地板、陶瓷磚或者天然石。該地板還包括位于基底96和加熱系統20之間的粘合劑100以及位于加熱系統和陶瓷磚或者天然石之間的砂漿102。基底96可以是木材、水泥、油氈、陶瓷磚、天然石或其組合。預期以某種標準尺寸制造加熱系統20。對于大于可獲得的最大加熱系統尺寸的區域，可將兩個或更多面板22彼此結合，以使得來自于一個加熱器的帶電母線連接件36為一個或多個相鄰面板的帶電母線連接件提供電流。各個中性連接件34、60類似地彼此電通信。此技術使得能夠為幾乎任何尺寸的房間創造溫暖的表面。本加熱器的優點在于在安裝地板系統時該加熱器可在現場切割和成形。加熱系統 20的面板22可以削減為匹配任何形狀的區域且不需要定制。在安裝的時候，加熱器可以被切割成容納例如不同形狀的加熱和冷卻口、衛生潔具和底柜。盡管一些個別的加熱帶46將不能提供熱量，但是未被切割的加熱帶將繼續使相鄰的表面溫暖。在帶相間隔且相互平行的那些實施例中，如果需要切割面板22以匹配特定的安裝要求，則面板將沿著平行于電阻帶46的線(例如圖6中的線104)來切割。這將產生母線34、36的兩個外露部分，需要以諸如絕緣膠帶、液體非導電聚合物、或者其他已知的電絕緣方法使這兩個外露部分與面板的切割邊緣絕緣和隔離。如果安裝尺寸需要沿面板22的長度方向切割該面板22(切斷所有的電阻帶46)，則優選獲得較窄的預制面板，或者優選限制設置有加熱器的地板下方的區域，以避免必須使切割帶的大量外露的端部電絕緣。由于面板22將并聯地在電路中連接在一起(見圖5)，因此可以根據需要添加額外的面板。可以使用前述的各種不同層以除此處所描述以外的其它組合方式對面板22進行許多變型。盡管已經示出了僅與單個加熱器30和電阻中性面32層一起使用的一些層，但是它們可與如前所述的其它層組合，以提供具有所期望功能的特定面板。雖然通過已經示出和描述了具有電阻中性面的加熱器的特定實施例，但是本領域技術人員可以理解在不脫離本發明的范圍下在其更廣的方面可以對本發明做出修改和變型。除非特別說明，此處所揭露的任何選擇和層都可以與任何其它的選擇或層一起使用。本申請要求于2008年9月16日提交的序列號為61/097，323和2009年5月8 日提交的序列號為61/176，787的臨時申請的優先權，并且，為了所有的目的其全部內容通過引用的方式并入于此。與此同時提交并且包括相關主題的名稱為“加熱系統(Heating System) ”的專利申請也通過援引將其所有內容并入于此。
權利要求
1.一種多層面板形式的加熱系統，包括第一電絕緣層； 第二電絕緣層； 第三電絕緣層；第一導電電阻層，夾在所述第一電絕緣層和第二電絕緣層之間； 第二導電電阻層，夾在所述第二電絕緣層和第三電絕緣層之間； 所述第一導電電阻層具有第一電連接件和第二電連接件，所述第一和第二電連接件僅通過在所述第一和第二電連接件之間延伸的所述第一導電電阻層的電阻材料相互電連接；所述第二導電電阻層具有與所述第一導電電阻層的所述第一電連接件電連接的第一電連接件；以及所述第二導電電阻層通過所述第二電絕緣層與所述第一導電電阻層的所述第二電連接件電隔離。
2.如權利要求1所述的加熱系統，還包括第四電絕緣層和第三導電電阻層，該第三導電電阻層夾在該第四電絕緣層和該第一電絕緣層之間且具有與所述第一導電電阻層的所述第一電連接件電連接的第一電連接件，且所述第三導電電阻層通過所述第一電絕緣層與所述第一導電電阻層的所述第二電連接件電隔離。
3.如權利要求1所述的加熱系統，還包括具有電連接件的至少一個導電低電阻層，該導電低電阻層及其電連接件通過所述電絕緣層中之一與所述第一和第二導電電阻層電隔1 O
4.如權利要求1所述的加熱系統，還包括覆在所述第一和第三電絕緣層之一上的膠凝瓷磚膜。
5.如權利要求4所述的加熱系統，還包括覆在所述第一和第三電絕緣層中未被所述膠凝瓷磚膜覆蓋的一個上的底墊層。
6.如權利要求1所述的加熱系統，其中，該第一、第二和第三電絕緣層中的每一個以及該第一和第二導電電阻層都是薄且柔性的，以使得在組合成該多層面板時，面板本身是薄且柔性的。
7.如權利要求1所述的加熱系統，其中，所述第一導電電阻層包括印制在所述第一和第二電絕緣層之一上的一串電阻油墨帶，且所述第二導電電阻層包括印制在所述第二和第三電絕緣層之一上的一串電阻油墨帶。
8.如權利要求1所述的加熱系統，其中，所述第二導電電阻層的電阻大于所述第一導電電阻層的電阻。
9.如權利要求1所述的加熱系統，其中，該第一、第二和第三電絕緣層包括聚合物片。
10.如權利要求1所述的加熱系統，還包括使用粘合劑粘附于該多層面板上的多功能層，該多功能層包括由低密度泡棉、聚合物片、橡膠片及其組合所構成的組中的一種。
全文摘要
一種多層、但相對薄且柔性的面板形式的加熱系統。該面板包括多個層，該多個層包括第一、第二和第三絕緣層。第一導電電阻層(加熱器層)夾在第一和第二絕緣層之間。第二導電電阻層(電阻中性面層)夾在第二和第三絕緣層之間。加熱器層具有中性電連接件和帶電的電連接件。該中性和帶電的電連接件僅通過在中性和帶電的電連接件之間延伸的加熱器層的電阻材料相互電連接。電阻中性面層具有與加熱器層的中性連接件電連接的中性電連接件。電阻中性面層通過第二絕緣層與加熱器層的帶電連接件電隔離。
文檔編號H05B3/84GK102160455SQ200980136338
公開日2011年8月17日 申請日期2009年9月16日 優先權日2008年9月16日
發明者阿詩西·迪貝 申請人:美國吉普瑟姆有限公司