专利名称：具有电阻中性面的电加热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种加热系统，尤其是合并到相对薄且柔性的多层面板中的加热系统，且该加热系统能够合并到建筑环境中诸如地板、墙壁或者天花板的其它物体中，或者合并到诸如镜子、相框等的其它非建筑物体中。
背景技术：
已知薄的加热系统。制作不具有母线的编织电线网加热器，从而将细电线编入网垫中。可以将垫子放置在复合地板下面或底层地板下面或者放置到非建筑环境中。然而， 这些垫子必须是定制的以适合非标准尺寸的空间并且不能在施工现场更改。这使得加热器和安装的成本增加，并且明显使在安装期间改变加热器布局的工序变得更加困难。使用电阻塑料(electrically resistive plastic)制造基于聚合物的加热器 (Polymer-based heater)。电阻加热器每一侧的导电母线形成电路。结果形成可切割的加热表面；然而现有可用产品呈现出非常大的厚度。基于导电油墨的加热器(Conductive ink-based heater)是由印制在塑料片上的电阻油墨制成的。电阻加热器每一侧的导电母线形成电路。然后在电路上方放置第二塑料片以保护加热元件。结果形成薄的、柔性的、可切割的加热表面。已知基于导电油墨的加热器用在复合地板下方，它们以不附着的方式位于地板板材(floor board)和底层地板(或者在改建的情况下为旧地板)之间的空间内。保护器件的塑料片具有对于粘附陶瓷砖而言的劣质表面。在形成于塑料片上的加热元件内具有由于板材的薄的性质和电容效应而引起的一些电流泄漏。泄漏电流的量能达到潮湿环境(诸如在浴室和厨房铺设地板的应用情况下)中令人不能接受的高等级。尤其是在加热元件可能会遇到高湿度或者水的应用中，控制这种电流泄漏会变得有问题。迄今在电子和电加热器技术的现有技术状态下，在潮湿应用中漏电电流的问题还没有得到解决。薄塑料片的损坏会进一步导致一些载流元件之间的电短路，这也会导致令人不能接受的情况，例如由于高电流引起的电击或者加热元件或塑料片的过热。
发明内容
在本发明的实施例中，提供了一种薄的、轻质的、柔性的电加热器，其适合于在干燥和潮湿环境中使用，且该加热器在干燥或潮湿表面所测得的漏电电流将小于5mA，更优选小于2. 5mA,且进一步优选小于1. 0mA。在本发明的另一实施例中，提供了一种适合于在干燥和潮湿环境中使用的电加热器，其覆盖面积大于25平方英尺，更优选大于50平方英尺，进一步优选大于75平方英尺， 进一步优选大于100平方英尺，进一步优选大于125平方英尺，进一步优选大于150平方英尺，同时维持如上一段所述的漏电电流值。在本发明的又一实施例中，提供了一种适合于在干燥和潮湿环境中使用的电加热器，其可以与具有5mA临界值(cut-offlimit)的接地故障断电器(GFCI)组合使用。
在本发明的另一实施例中，提供了一种适合于在干燥和潮湿环境中使用的电加热器，其具有大约50，000瓦/m2的功率密度的加热面积，或者大约5000瓦/m2的加热面积，或大约2500瓦/m2的加热面积，或大约1000瓦/m2的加热面积，或大约500瓦/m2的加热面积，或大约250瓦/m2的加热面积。 在本发明的又一实施例中，提供了一种适合于在干燥和潮湿环境的建筑和铺设地板中使用的电加热器，其具有大约500瓦/m2的功率密度的加热面积，或者大约300瓦/m2 的加热面积，或大约200瓦/m2的加热面积，或大约150瓦/m2的加热面积，或大约100瓦/ m2的加热面积。在本发明的另一实施例中，提供了一种适合于在干燥和潮湿环境中使用的电加热器，其在诸如意外短路情况的极端操作环境下将保持由加热器的导电元件产生的12. 5千瓦/m2的局部热通量，更优选4. 0千瓦/m2，且进一步优选2. 0千瓦/m2。在本发明的又一实施例中，提供了一种适合于在干燥和潮湿环境中使用的电加热器，其接地，以使得在产品的整体性被意外破坏以及任何后续发生的电流泄漏的情况下对于使用者是完全安全的。在本发明的另一实施例中，提供了一种薄、轻质、柔性的电加热器，其适合于在干燥和潮湿环境中使用，且可以使用AC电流或DC电流来操作。在本发明的又一实施例中，提供了一种适合于在干燥和潮湿环境中使用的电加热器，其易弯曲，且可卷至不超过20，，的直径，优选不超过12 ”，且进一步优选不超过6 ”。在本发明的另一实施例中，提供了一种适合于在干燥和潮湿环境中使用的电加热器，其是薄的，具有不超过1”的总厚度，更优选小于0. 50”，进一步优选小于0. 25”，且进一步优选小于0. 125”。在本发明的又一实施例中，提供了一种适合于在干燥和潮湿环境中使用的电加热器，其是轻质的，具有不超过3. 0#/sq. ft.的总产品重量，更优选不超过2. 0#/sq. ft.，进一步优选不超过1. 5#/sq. ft.，进一步优选不超过1. 0#/sq. ft.，进一步优选不超过0. 5#/ sq. ft. 0在本发明的另一实施例中，提供了一种适合于在干燥和潮湿环境中在建筑和铺设地板的应用中使用的电加热器，其是薄、轻质、柔性、可卷的且一旦展开不具有卷回记忆 (memory) 。在本发明的又一实施例中，提供了一种适合于在干燥和潮湿环境中在建筑和铺设地板的应用中使用的电加热器，其用于安装陶瓷砖和天然石，以使得具有陶瓷装和天然石的加热器的抗剪切强度大于50psi，更优选大于IOOpsi，且进一步优选大于150psi。在本发明的另一实施例中，提供了一种适合于在干燥和潮湿环境中使用的电加热器，可以使用常用的工具(例如剪刀或多用刀)在现场容易地将其切割、产生和成形。在本发明的又一实施例中，提供了一种适合于在干燥和潮湿环境中在建筑和铺设地板的应用中使用的电加热器，其在暴露于诸如由胶凝(cementitious)材料(薄的凝固泥浆和填缝剂)所提供的那些条件的腐蚀碱性条件(aggressive alkaline condition)下时具有化学稳定性。在本发明的另一实施例中，提供了一种适合于在干燥和潮湿环境中在建筑和铺设地板的应用中使用的电加热器，其可使用包括水泥砂浆的常用的粘合剂结合于各种基底， 例如水泥、胶合板、0SB、水泥板、石膏板、石膏及水泥浇底衬等。在本发明的又一实施例中，提供了一种适合于在干燥和潮湿环境中在建筑和铺设地板的应用中使用的电加热器，其中该电加热器可以在不需要使用机械紧固件的情况下被迅速安装。在本发明的另一实施例中，提供了一种由多层、但相对薄且柔性的面板制成的加热系统。该面板包括多个层，包括第一、第二和第三电绝缘层。例如通过印制在电绝缘层中的一个层上，将第一导电电阻层夹在第一和第二电绝缘层之间。例如通过印制在电绝缘层中的一个层上，将第二导电电阻层夹在第二和第三电绝缘层之间。第一导电电阻层具有第一电连接件(中性连接件(neutral connection))和第二电连接件(带电连接件(live connection))。第一和第二电连接件仅通过在第一和第二电连接件之间延伸的第一导电电阻层的电阻材料在面板上彼此电连接。第二导电电阻层具有与第一导电电阻层的第一电连接件电连接的第一电连接件(中性连接件)。第二导电电阻层通过第二电绝缘层与第一导电电阻层的第二电连接件电隔离。在实施例中，加热系统还包括第四电绝缘层和第三导电电阻层。第三导电电阻层例如通过印制在电绝缘层中的一个层上夹在第四电绝缘层和第一电绝缘层之间，且具有与第一导电电阻层的第一电连接件电连接的第一电连接件(中性连接件)。此外，第三导电电阻层通过第一电绝缘层与第一导电电阻层的第二电连接件电隔离。在实施例中，加热系统还包括具有电连接件(接地或接地线)的至少一个导电低电阻层。导电低电阻层及其电连接件通过电绝缘层中的一个层与第一和第二导电电阻层电隔1 °在实施例中，加热系统还包括覆盖至少一个导电低电阻层的第四电绝缘层。在实施例中，加热系统还包括覆在第一和第三电绝缘层中的一个层上的胶凝瓷砖膜。在实施例中，加热系统还包括覆在第一和第三电绝缘层中未被胶凝瓷砖膜覆盖的一个层上的底垫层。在实施例中，第二导电电阻膜的电阻材料的横向和纵向范围比第一电阻层的电阻材料的横向和纵向范围更大。在实施例中，提供了一种地板，其包括基底、加热系统和装饰性地板表面。加热系统包括第一电绝缘层、第二电绝缘层、第三电绝缘层、夹在第一和第二电绝缘层之间的第一导电电阻层，以及夹在第二和第三电绝缘层之间的第二导电电阻层。第一导电电阻层具有第一电连接件和第二电连接件。第一和第二电连接件仅通过在第一和第二电连接件之间延伸的第二导电电阻层的电阻材料彼此电连接。第二导电电阻层具有与第一导电电阻材料的第一电连接件电连接的第一电连接件。第二导电电阻层通过第二电绝缘层与第一导电电阻层的第二电连接件电绝缘。在实施例中，装饰性地板表面是复合地板材料或木地板材料。在实施例中，装饰性地板表面是陶瓷砖或天然石，且地板还包括位于基底和加热系统之间的粘合剂以及位于加热系统和陶瓷砖或天然石之间的砂浆。在实施例中，基底是木材、水泥、油毡、陶瓷砖或天然石或其组合。
图1是体现本发明的原则的加热系统的立体分解图。图2是图1的加热系统的三个层的平面图。图3是图1的加热系统的一个普通层和两个附加层的平面图。图4是图1的加热系统的侧剖面示意图。图5是在电路中本发明的加热系统的电路简图。图6是加热面板22的平面示意图。图7是体现本发明原则的加热系统的另一实施例的立体分解图，其示出了第二电阻中性面。图8是图7的加热系统的侧剖面示意图。图9是体现本发明原则的加热系统的另一实施例的侧剖面示意图，其示出了接地面。图10是体现本发明原则的加热系统的另一实施例的侧剖面示意图，其示出了两个接地面。图11是体现本发明原则的加热系统的另一实施例的侧剖面示意图，其示出了胶凝层。图12是体现本发明原则的加热系统的另一实施例的侧剖面示意图，其示出了胶凝层和底垫层。图13是图12的实施例的侧剖面示意图，其示出了底垫层的细节。图14是体现本发明原则的加热系统的另一实施例的侧剖面示意图，其示出了功能层和自粘粘合层。图15是体现本发明原则的加热系统的另一实施例的侧剖面示意图，其示出了刚性面板复合层。图16是使用本发明的加热系统加热的地板的侧剖面示意图；
具体实施例方式如图1-4中所例示的，在本发明的实施例中，提供了一种加热系统20，其由多层、 但薄且柔性的面板22形成。该面板22包括多个层，该多个层包括第一电绝缘层M、第二电绝缘层26和第三电绝缘层观。这些绝缘层优选由聚合物制成，例如聚酯、聚丙烯、聚乙烯、 尼龙或其它具有低介电常数的聚合物制成。第一导电电阻层30夹在第一电绝缘层M和第二电绝缘层沈之间。第二导电电阻层32夹在第二电绝缘层沈和第三电绝缘层观之间。 导电电阻层30、32在电流通过的时候充当产生热量的电阻器。第一导电电阻层30具有第一电连接件(中性连接件)34和第二电连接件(带电连接件)36。第一电连接件34可以包括沿第二电绝缘层沈的大部分长度延伸的母线，该母线使第二电绝缘层的每一端38、40不短路且布置为平行于第二电绝缘层的第一纵向边缘42、 但是向内地与第二电绝缘层的第一纵向边缘42相间隔。第二电连接件36可以包括沿第二电绝缘层26的大部分长度延伸的母线，该母线使第二电绝缘层的每一端38、40不短路且布置为平行于第二电绝缘层的第二纵向边缘44、但是向内地与第二电绝缘层的第二纵向边缘44相间隔。第一电连接件34和第二电连接件36仅通过在第一和第二电连接件之间延伸的第一导电电阻层30的电阻材料在面板22处彼此电连接。在一些实施例中，第一导电电阻层30可以为基于导电油墨的辐射加热器，该辐射加热器包括印制在第一电绝缘层M或第二电绝缘层26上的多个基于电阻油墨的带46。一些不同类型的基于导电油墨的辐射加热器30在市面上有售。一种类型的基于导电油墨的辐射加热器30印制有具有各种电阻的碳基油墨。另一种类型的基于导电油墨的辐射加热器30印制有具有各种电阻的含银油墨。还有另一种基于导电油墨的辐射加热器30是印制在聚酯膜上的电路。优选的用于第一导电电阻层30的基于导电油墨的辐射加热器类似于Calesco Norrels (伊利诺伊，埃尔金)销售的基于导电油墨的辐射加热器。通过第一电绝缘层对或第二电绝缘层沈上印制的油墨电阻带46来提供热量，该第一电绝缘层M或第二电绝缘层 26可以是聚合物片。使用任意已知方法将电阻带46放置在聚合物片24 J6上。铺设电阻带46的一项技术是通过以碳基油墨来印制电阻带。选择导电油墨以在干燥时形成电阻材料并且粘附于第一聚合物片对、26，从而在固定基于导电油墨的辐射加热器30时使其不剥落或者以其他方式变得分离。在实施例中，聚合物片2446可以由聚酯制成。第一导电电阻层30的电阻带46可以相互平行排列并且在与第一电绝缘层M或第二电绝缘层沈的第一纵向边缘42和第二纵向边缘44相间隔的端部48、50终止。在其它实施例中，带46可以相互交错，或者它们可以具有蜿蜒的或者其它非线性的形状。使用如图5所示的第一电连接件34和第二电连接件36的至少两根母线，将电阻带46接入电路52中。一根母线34、36放置在或接近电阻带与涂覆有带的第一电绝缘层M 或第二电绝缘层26相对的一侧、电阻带46的每一端48、50处。因此，带46通过第一电连接件34和第二电连接件36的母线而相互并联连接。可以根据需要添加附加的母线53，例如连接电阻带46的中点的母线(见图6)。当在如下所述的装配期间母线的一部分被切断时，以此方式使用附加的母线使得板22不提供热量的区域最小化。当使用额外的母线53时，中心母线53应当连接到电路52的带电连接件L，且外部母线34、36应当都连接到中性连接件N。优选的母线的例子是铜箔带或者其它的导电材料。在实施例中，母线34、36的一端M可以一直延伸到第一电绝缘层M或第二电绝缘层26的端部38，以充当导体。如果需要，将薄的导电材料56放置在电阻带46与第一电连接件34和第二电连接件36之间相互交叉的位置，以促进它们之间的良好导电性。优选地，导电材料56是导电聚合物。有机导电聚合物的常见类别包括聚(乙炔)类、聚(吡咯)类、聚(噻吩)类、聚(苯胺)类、聚(芴)类、聚(3-烷基噻吩)类、聚四硫富瓦烯类(polytetrathiafulvalenes), 聚萘类(polynaphthalenes)、聚(对亚苯硫醚)类和聚(对苯亚乙烯)类。第一电连接件34和第二电连接件36以及导电材料56可以结合到第一电绝缘层 24或者第二电绝缘层25中第一导电电阻层30未涂覆于其上的另一个。诸如电线的导电体58可以从第一电连接件34和第二电连接件36延伸到至少面板22的端部38或者延伸到该面板之外。导体58也可以是电连接件34、36的延伸部或者除了电线或总线之外的导体。第二导电电阻层32具有与第一导电电阻层30的第一电连接件34电连接的第一电连接件60 (中性连接件)。第二导电电阻层32通过第二电绝缘层沈与第一导电电阻层 30的第二电连接件36电隔离。第二导电电阻层32可以大体上类似于第一导电电阻层30 来构造，包括由印制的带61制成，但是其电阻通常等于或大于第一导电电阻层的电阻。在所有其它的方面，例如使用母线作为第一电连接件60，在导电电阻层与第一电连接件之间使用导电油墨以及使用导电材料可以与在第一导电电阻层30中使用相同。如图5的电路示意图所示，第一导电电阻层30的第一电连接件34以及第二导电电阻层32的第一电连接件60与电路52的中性连接件N连接，而第一导电电阻层32的第二电连接件36与电源电路的带电连接件或热连接件(hot connection) L连接。通过此连接件，电流通过第二电连接件36从电路电源提供给第一导电电阻层30，该电路电源可以是楼宇的主配电板(electrical panel)。然而，没有从电路电源向第二导电电阻层32提供电流。如果有任何电流从第一导电电阻层30泄漏且被第二导电电阻层32拦截，则所泄漏的电流将以不会导致高电流损耗(current drain)及产生过多热通量的方式被引导至中性连接件60，这是因为第二导电电阻层将具有相当大的电阻。因此，在此应用中，第二导电电阻层32被称为电阻中性面。当同时满足漏电电流控制和消防安全的目标时，使用电阻中性面 32为利用大范围的导电油墨来设计加热元件、从而使得这些油墨提供更大范围的表面电阻率和更大的可印制的覆盖区域创造了机会。在发生意外短路时减少总的漏电流并防止面板22内产生过多的热量方面，电阻中性面32是有帮助的。电阻中性面32可以位于第一导电电阻层30的上方或下方。电阻中性面32可以由具有高电阻率的导电油墨组成。优选的油墨的例子是由碳微粒组成的导电油墨。导电油墨包含微粒，例如银、镍、铝、碳、或两种或更多种这些微粒的组合。电阻中性面带61的电阻率、宽度、厚度和长度是专门定制用于实现电和消防安全的。通过使由导电油墨带61所产生的最大热通量保持在预设限度之下来确保消防安全。优选地，第一导电电阻层(加热元件)30的带46的宽度等于或小于所印制的电阻中性面32的带61的宽度。此外，还优选地，主电路的所印制的导电油墨加热元件30与电阻中性面32重叠并保持完全由电阻中性面32覆盖。就是说，在实施例中，第一导电电阻层 30的导电材料具有第一电绝缘层M与第二电绝缘层沈之间的横向和纵向范围，且第二导电电阻层32的电阻材料具有至少与第一导电电阻层的电阻材料的横向和纵向范围一样大的横向和纵向范围。选择用于第一导电电阻层30的第一导电油墨、用于第二导电电阻层32的第二导电油墨、第一导电电阻层(加热器)的宽度和第二导电电阻层(中性面)的宽度，使得由加热系统20所产生的最大热通量小于相邻表面的临界辐射热通量或者用于加热系统的任意组成材料的最低临界热通量。当这种加热系统用在楼宇建造中时，例如在地板板材应用的情况下，必须考虑漏电流和意外短路的影响。电阻中性面层32是大概与加热器层30平行放置的导电表面。电阻中性面积累泄漏电流并允许它流向中性终端。将电阻中性面层32的相对电阻率和加热器层30的电阻率设计为使得在电阻中性面层与加热器层之间发生短路的情况下，电流、功率和热通量最小。如果将中性面层32设计为具有低的表面电阻率，则在电流源的附近发生短路时，会产生高的热通量。在某些情况下，这会导致一个或多个聚合物膜熔化以及/或相邻表面(例如硬木地板或木基底层地板)燃烧。这些问题可以通过将加热系统20设计为具有最大热通量来克服，该最大热通量低于加热器组件中任一个的临界热通量或者相邻表面的临界热通量。根据本发明，优选电阻中性面的表面电阻率大于每平方30欧姆，更优选大于每平方60欧姆，进一步优选每平方 100欧姆，更进一步优选每平方200欧姆。提供表面电阻率高达每平方2000欧姆的导电油墨能有效地用于印制本发明的导电中性面。在期望在加热器上印制非常宽的电阻中性面的地方，可以使用表面电阻率高达每平方2，000000欧姆的导电油墨来印制本发明的电阻中性面。柔性的面板22可以由如图1中所示的矩形周界形成，或者可以具有所期望的其它形状。如果形成为矩形形状，则根据面板的应用，它可以具有各种不同的尺寸之一。例如， 所提供的面板的宽度可以是12英寸或18英寸、或者12英寸或18英寸的倍数，或者所提供的面板的宽度可以是25厘米或者25厘米的倍数。此外，所提供的面板22的长度可以是12 英寸或18英寸、或者12英寸或18英寸的倍数，或者所提供的面板的长度可以是25厘米或 25厘米的倍数。当然，可以根据面板22的特定应用来选择其它更小或更大的尺寸。在实施例中，如图7和8中所示的加热系统20还可以包括第四电绝缘层62和第三导电电阻层64。第三导电电阻层64夹在第四电绝缘层62与第一电绝缘层M之间，且具有与第一导电电阻层30的第一电连接件34电连接的第一电连接件66。此外，第三导电电阻层64通过第一电绝缘层M与第一导电电阻层30的第二电连接件36电隔离，从而也使得其成为电阻中性面。第三导电电阻层64可以构造为大体上与第二导电电阻层32相同。 通过使用第三导电电阻层64，沿与第二导电电阻层32的方向相反的方向的任意电流泄漏将被第三导电电阻层64拦截，并将以不会导致高电流损耗的方式被引导至中性连接件，这是因为第三导电电阻层也将具有非常大的电阻。在图9所示的实施例中，加热系统20还包括至少一个具有电连接件70的导电低电阻层68(接地面)。导电低电阻层68可以由具有高电导率(低电阻)的材料制成，例如铜、银、铝等。导电低电阻层68及其电连接件70通过电绝缘层对、26、观之一与第一导电电阻层30和第二导电电阻层32电隔离。加热系统20还可以包括覆盖至少一个导电低电阻层68的第四电绝缘层72。电连接件70将被连接到地连接件G (图幻，以使得如果有任何电流泄漏流到导电低电阻层68，则电流将被立即引导到地面。由于导电低电阻层68的电阻将大体小于第一导电电阻层30或第二导电电阻层32的电阻，因此流经导电低电阻层68 的电流会更大，导致可能处于电路52中的任何断路器或者接地故障断电器的跳闸。导电低电阻层68设计为拦截由于面板22的层内的严重故障而已经泄漏的电流，且通常会需要更换特定的面板。可以与导电电阻层30、32类似地构造导电低电阻层68，例如通过将油墨印制在一个电绝缘层上来形成，然而，形成该层的油墨的电阻应该远远小于用于导电电阻层的电阻。可选地，层压在聚合物片上的薄的金属箔材料(铝、铜、银等)可以用作与地连接的导电低电阻层(接地面)，以提供电气安全。 根据安装要求，导电低电阻层68可以仅放置在面板22的一侧，在第一导电电阻层 30和第二导电电阻层32两者的上方或下方，或者导电低电阻层68可以放置在面板22的两侧，位于第一导电电阻层30和第二导电电阻层32的上方和下方(图10)。可以以覆盖面板整个表面的宽板的形式或者以单个或多个窄带的形式设置导电低电阻层68，该单个或多个窄带以类似于电母线的方式沿面板22的长度延伸。
在图11中所示的实施例中，加热系统20还包括胶凝瓷砖膜74，该胶凝瓷砖膜74 覆在第一电绝缘层M和第三电绝缘层观中的一个绝缘层上且通过粘合剂75固定于该绝缘层上在2008年3月23日发布的、专利号为7，347，895、名称为“柔性液压组分 (Flexible Hydraulic Compositions) ” 的美国专利、欧洲专利 EP179179 以及 2006 年 3 月16日公布的、名称为“柔性且可卷曲的胶凝膜及其制造方法(Flexible and Rollable Cementitious Membrane andMethod of Manufacturing It) ” 的美国待审专利申请 US2006/0054059中描述了优选的胶凝瓷砖膜74，为了所有的目的，其全部内容通过引用的方式并入于此。至少包括55%粉煤灰的任意液压组分都可以用于膜74中。最优选的液压组分是 C类液压粉煤灰或其等效物。这种类型的粉煤灰是通过处理某些煤炭得到的石灰含量高的粉煤灰。通过引用的方式并入于此的ASTM标示C-618描述了 C类粉煤灰(由洛杉矶Big Cajun II的BayouAsh有限公司生产)的特性。当与水混合时，粉煤灰类似地成为水泥或石膏。预期使用其他液压组分与粉煤灰组合，包括水泥(包括高铝水泥)、硫酸钙(包括无水硫酸钙、半水硫酸钙、或二水硫酸钙)、其他液压组分及其组合。还预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生产)是另一种优选的材料。全部组合物优选包括重量占大约25%至大约92. 5%的液压组分。聚合物是可溶于水的成膜聚合物，优选是乳胶聚合物。可以以液体形式使用聚合物，或者将聚合物用作可再分散的粉末。特别优选的乳胶聚合物是丙烯酸和乙酸丁酯的甲基丙烯酸甲酯共聚物(由伊利诺伊Marengo的EPS有限公司生产的R)rton VF 774聚合物)。虽然聚合物以任意的有用的量进行添加，但是优选在干燥固体基础上以大约5%到 35%的量进行添加。为了形成两个连结基质结构(interlocking matrix structure)，必须有水来形成这种组合物。当向系统添加水时，必须考虑组合物中的总水量。如果以水性悬浮液的形式提供乳胶聚合物，组合物水中应该包括用于使聚合物散开的水。可以使用任意量的水以产生可流动的混合物。优选地，在组合物中使用的水的重量占大约5%到大约35%。为了特定的应用目的，可以将水泥或聚合物水泥的任意公知的添加剂用于即时组合物的任一实施例中，以对其进行修改。基于各种原因，添加填充物。如果添加了轻质的填充物，例如膨胀珍珠岩、其他膨胀材料或者玻璃微珠、陶瓷微珠、塑料微珠，则可以使组合物或者完成的产品重量更轻。微珠通过将气体材料封装到组合物中所包含的小气泡中，减轻了整体产品的重量，从而减小了其密度。以常规量使用发泡剂对于减小产品密度也是有用的。常规的无机填充物和骨料(aggregate)也可用于减少成本并且减少收缩裂缝。典型的填充物包括沙子、滑石、云母、碳酸钙、焙烧粘土、浮岩、碎的或膨胀的珍珠岩、火山灰、 谷糠灰、硅藻土、熔渣、偏高岭土和其他火山灰材料。这些材料的量不应超过对例如强度的特性产生不利影响的点。当制备非常薄的膜或者底衬(imderlayment)时，优选使用非常小的填充物，例如沙或微珠。可选地添加着色剂来改变组合物或者已完成的膜74的颜色。粉煤灰通常是灰色的，C类粉煤灰通常比F类粉煤灰轻。可以使用与组合物相容的任意染料或颜料。可选地，使用二氧化钛作为增白剂。优选的着色剂是肯塔基辛西亚那的Solution Dispersions公司生产的AjackBlack。预期在这些组合物中使用加快或减缓液压组分的设定时间的设定控制添加剂 (set control additive)。确切的添加剂将取决于所使用的液压组分和设定时间被修改到什么程度。可以使用加强材料来增加膜74的强度。可选地，添加纤维或网状物有助于将组合物保持在一起。推荐钢纤维、塑料纤维(例如聚丙烯和聚乙烯醇)和玻璃纤维，但是加强材料的范围不限于此。已知超增塑剂添加剂用于改善液压泥浆的流动性。它们使溶液中的分子散开，以使得它们更容易地相对彼此移动，从而改善整个泥浆的流动性。聚羧酸盐、磺化三聚氰胺和磺化萘是已知的超增塑剂。优选的超增塑剂包括由马萨诸塞剑桥的Grace Construction Products生产的ADVA Cast和由乔治亚州锡达敦的Geo Specialty Chemicals生产的 Dilflo GW超增塑剂。添加这些材料使得用户能够将泥浆的流动性调整到适于特别的应用。减缩剂有助于减少随着膜74的涂层变干而产生的塑料收缩裂缝。它们通常起到改变表面张力的作用，以使得泥浆随着变干流动到一起。乙二醇是优选的减缩剂。在实施例中，加热系统20还包括底垫层76，该底垫层76覆在第一电绝缘层M和第三电绝缘层观中不被胶凝瓷砖膜74覆盖的的电绝缘层上。用于加热系统20的优选底垫层76可以包括至少第一纺粘薄层78 (图13)。第一纺粘薄层78可选地直接结合在加热系统面板22上。在其他实施例中，可选的熔喷薄层80 阻挡液体移动穿过底垫层76，从而增加水或其他液体流过底垫层76的阻力。将第一纺粘薄层78放置在熔喷薄层80的上侧以在底垫层76的至少一个表面上提供高孔隙率。如果面板合并到瓷砖地板中，则纺粘材料的多孔性使得能够较好地渗透和吸收砂浆。砂浆的晶体基质中变得包含大纤维，从而形成坚固的结合。可选地，第二纺粘薄层82位于熔喷薄层80的与朝向第一纺粘薄层78的表面相反的表面上。在本实施例中，熔喷薄层80夹在第一纺粘薄层78和第二纺粘薄层82之间。本实施例的优点在于其两侧具有相同的表面，并且可以将任一表面涂敷(apply)于加热器面板22上且任一表面都可以朝向新的装饰性地板或其它表面。通过任意适当的方式将薄层78、80、82相互结合。三层合成物或这种类型的合成物是市场上有售的，例如由乔治亚州罗斯韦尔的Kimberly-Clark公司制造的S-M-S薄层。 这一产品由聚丙烯纤维制成。虽然设置了对液体的阻挡层(barrier)，但材料还是透气的， 允许水蒸气通过该材料。根据最后的应用和性能要求，其他的薄层可能更适合于特殊的应用。通过引用的方式并入于此的专利号为4，041，203的美国专利完整地描述了 S-M-S薄层及其制造方法。图14中例示了加热系统的替代实施例。在此实施例中，具有如上所述的多个层并提供了新的功能层84，该新的功能层通过粘合剂层86粘附于面板22，新的功能层可以提供单个功能或多个功能。例如，层84可以具有声抑制特性并且可以包括热绝缘和电绝缘，可以提供防水和增强的裂缝隔离。此外，借助各组成层，该层84可以提供上述特性中多于一种的特性，或者可以由单个层提供这些特性中多于一种的特性。
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作为包括功能层84的可能组成部分的举例，可以以低密度泡棉层、橡胶层或塑料层实现声抑制特性，特别是用于影响噪声。使功能层84固定在面板22上的粘合剂层86可以是压敏粘合剂转移带或者压敏双面粘合带，或者甚至是喷雾或液体粘合剂。当需要增强的裂缝隔离和防水特性时，优选使用双面粘合带。也可以提供热绝缘和/或电绝缘的低密度泡棉可以包括聚乙烯泡棉(例如3M公司的聚乙烯泡棉带4462或4466)、聚氨酯泡棉(例如3M公司的尿烷泡棉带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带4408或4416)、乙烯醋酸乙烯酯泡棉(例如hternational tape公司的聚乙烯泡棉带316或332)、丙烯酸泡棉(例如3M公司的VHB 4941闭孔丙烯酸泡棉带族)以及EPDM(乙烯丙烯二烃单体)泡棉(例如Permacel公司的EE1010闭孔EPDM泡棉带)。硅胶泡棉包括 Saint Gobain公司的512AV. 062和512AF. 094泡棉带。橡胶泡棉包括3M公司的500碰撞剥离带(Impact stripping tape)和510模板带(Stencil tape)。弹性泡棉包括3M公司的 4921弹性泡棉带和Avery Dennison公司的XHA 9500泡棉带。可以从Amorim Industrial Solutions公司或IRP Industrial Rubber公司获得橡胶或再生橡胶片。使用粘合剂层88和释放片90使得面板22自粘附到期望的基底表面，具有剥离和粘贴布置的性质。这使得安装者快速将面板放置在他们期望的位置而无需混合或涂敷粘合剂材料，并且确保粘合剂充分覆盖面板并以正确的量进行涂敷。图15中例示了本发明的另一实施例，该实施例具有相对于图14描述的所有层 (除了释放片90)。此外，该实施例包括刚性面板复合层92，借助该刚性面板复合层92将加热系统20设置在可以合并入地板、墙壁、天花板以及建筑物的其他组件的建筑面板上。 刚性面板复合层92可包括网增强水泥板、纤维增强水泥板、石膏面板、石膏纤维面板、胶合板、定向结构板或其他类型的木基面板、塑料面板以及其他类型的刚性复合面板。面板的厚度可以介于0. 125至10英寸之间，优选介于0. 250至2英寸之间，更优选介于0. 250至1 英寸之间。在图16所示的实施例中，提供了地板94，其包括基底96、加热系统20和装饰性地板表面98。加热系统20如前所述。装饰性地板表面98可以是复合地板、木地板、陶瓷砖或者天然石。该地板还包括位于基底96和加热系统20之间的粘合剂100以及位于加热系统和陶瓷砖或者天然石之间的砂浆102。基底96可以是木材、水泥、油毡、陶瓷砖、天然石或其组合。预期以某种标准尺寸制造加热系统20。对于大于可获得的最大加热系统尺寸的区域，可将两个或更多面板22彼此结合，以使得来自于一个加热器的带电母线连接件36为一个或多个相邻面板的带电母线连接件提供电流。各个中性连接件34、60类似地彼此电通信。此技术使得能够为几乎任何尺寸的房间创造温暖的表面。本加热器的优点在于在安装地板系统时该加热器可在现场切割和成形。加热系统 20的面板22可以削减为匹配任何形状的区域且不需要定制。在安装的时候，加热器可以被切割成容纳例如不同形状的加热和冷却口、卫生洁具和底柜。尽管一些个别的加热带46将不能提供热量，但是未被切割的加热带将继续使相邻的表面温暖。在带相间隔且相互平行的那些实施例中，如果需要切割面板22以匹配特定的安装要求，则面板将沿着平行于电阻带46的线(例如图6中的线104)来切割。这将产生母线34、36的两个外露部分，需要以诸如绝缘胶带、液体非导电聚合物、或者其他已知的电绝缘方法使这两个外露部分与面板的切割边缘绝缘和隔离。如果安装尺寸需要沿面板22的长度方向切割该面板22(切断所有的电阻带46)，则优选获得较窄的预制面板，或者优选限制设置有加热器的地板下方的区域，以避免必须使切割带的大量外露的端部电绝缘。由于面板22将并联地在电路中连接在一起(见图5)，因此可以根据需要添加额外的面板。可以使用前述的各种不同层以除此处所描述以外的其它组合方式对面板22进行许多变型。尽管已经示出了仅与单个加热器30和电阻中性面32层一起使用的一些层，但是它们可与如前所述的其它层组合，以提供具有所期望功能的特定面板。虽然通过已经示出和描述了具有电阻中性面的加热器的特定实施例，但是本领域技术人员可以理解在不脱离本发明的范围下在其更广的方面可以对本发明做出修改和变型。除非特别说明，此处所揭露的任何选择和层都可以与任何其它的选择或层一起使用。本申请要求于2008年9月16日提交的序列号为61/097，323和2009年5月8 日提交的序列号为61/176，787的临时申请的优先权，并且，为了所有的目的其全部内容通过引用的方式并入于此。与此同时提交并且包括相关主题的名称为“加热系统(Heating System) ”的专利申请也通过援引将其所有内容并入于此。
权利要求
1.一种多层面板形式的加热系统，包括第一电绝缘层； 第二电绝缘层； 第三电绝缘层；第一导电电阻层，夹在所述第一电绝缘层和第二电绝缘层之间； 第二导电电阻层，夹在所述第二电绝缘层和第三电绝缘层之间； 所述第一导电电阻层具有第一电连接件和第二电连接件，所述第一和第二电连接件仅通过在所述第一和第二电连接件之间延伸的所述第一导电电阻层的电阻材料相互电连接；所述第二导电电阻层具有与所述第一导电电阻层的所述第一电连接件电连接的第一电连接件；以及所述第二导电电阻层通过所述第二电绝缘层与所述第一导电电阻层的所述第二电连接件电隔离。
2.如权利要求1所述的加热系统，还包括第四电绝缘层和第三导电电阻层，该第三导电电阻层夹在该第四电绝缘层和该第一电绝缘层之间且具有与所述第一导电电阻层的所述第一电连接件电连接的第一电连接件，且所述第三导电电阻层通过所述第一电绝缘层与所述第一导电电阻层的所述第二电连接件电隔离。
3.如权利要求1所述的加热系统，还包括具有电连接件的至少一个导电低电阻层，该导电低电阻层及其电连接件通过所述电绝缘层中之一与所述第一和第二导电电阻层电隔1 O
4.如权利要求1所述的加热系统，还包括覆在所述第一和第三电绝缘层之一上的胶凝瓷砖膜。
5.如权利要求4所述的加热系统，还包括覆在所述第一和第三电绝缘层中未被所述胶凝瓷砖膜覆盖的一个上的底垫层。
6.如权利要求1所述的加热系统，其中，该第一、第二和第三电绝缘层中的每一个以及该第一和第二导电电阻层都是薄且柔性的，以使得在组合成该多层面板时，面板本身是薄且柔性的。
7.如权利要求1所述的加热系统，其中，所述第一导电电阻层包括印制在所述第一和第二电绝缘层之一上的一串电阻油墨带，且所述第二导电电阻层包括印制在所述第二和第三电绝缘层之一上的一串电阻油墨带。
8.如权利要求1所述的加热系统，其中，所述第二导电电阻层的电阻大于所述第一导电电阻层的电阻。
9.如权利要求1所述的加热系统，其中，该第一、第二和第三电绝缘层包括聚合物片。
10.如权利要求1所述的加热系统，还包括使用粘合剂粘附于该多层面板上的多功能层，该多功能层包括由低密度泡棉、聚合物片、橡胶片及其组合所构成的组中的一种。
全文摘要
一种多层、但相对薄且柔性的面板形式的加热系统。该面板包括多个层，该多个层包括第一、第二和第三绝缘层。第一导电电阻层(加热器层)夹在第一和第二绝缘层之间。第二导电电阻层(电阻中性面层)夹在第二和第三绝缘层之间。加热器层具有中性电连接件和带电的电连接件。该中性和带电的电连接件仅通过在中性和带电的电连接件之间延伸的加热器层的电阻材料相互电连接。电阻中性面层具有与加热器层的中性连接件电连接的中性电连接件。电阻中性面层通过第二绝缘层与加热器层的带电连接件电隔离。
文档编号H05B3/84GK102160455SQ200980136338
公开日2011年8月17日 申请日期2009年9月16日 优先权日2008年9月16日
发明者阿诗西·迪贝 申请人:美国吉普瑟姆有限公司