Электронагреватель

Полезная модель относится к электронагревателям, которые могут быть использованы в системах терморегулирования изделий специальной техники, в частности, космических аппаратов. Электронагреватель содержит фольговый резистивный элемент, выполненный в виде печатного проводника любой плоской формы, напрессованный на гибкое диэлектрическое основание и покрытый полиимидной пленкой методом прессования или эпоксидной эмалью, нанесенной методом сеткографии. Гибкое диэлектрическое основание, в частности, может быть выполнено также на базе полиимидной пленки. Число контактных площадок может быть более двух, чтобы обеспечить работу с разными уровнями тепловой мощности. Конструкция электронагревателя позволяет использовать его в жестких условиях воздействия внешней среды. Электронагреватель может устанавливаться на плоские или криволинейные поверхности. При этом электронагреватель имеет высокую радиационную стойкость и может работать при температурах до 120°С.

Назначение

Полезная модель относится к электрическим нагревателям с плоскими резистивными элементами и может быть использована в системах терморегулирования изделий специальной техники, например, в системах терморегулировании отдельных устройств космических аппаратов или в скафандрах.

Уровень техники

Известны электрические нагреватели, в которых плоский резистивный слой выполнен из неметаллического материала, например из углеродной ткани с равномерно или неравномерно расположенными нитями основы и монолитно связанной с ней полиэфирной изоляции (Описание патента RU 2119729, МКИ Н05В 3/14).

Однако они сложны в изготовлении, поскольку включают в свой состав достаточно большое количество исходных ингредиентов и требуют специальной технологии, включающей в себя принятия мер по стабилизации толщины токопроводящего слоя и недопущения смятия или разрушения графитовых частиц при вулканизации.

Кроме того, такие электронагреватели не приспособлены для использования в жестких климатических условиях, тем более - в вакууме, то есть непригодны для космических аппаратов.

Известны электронагреватели, в которых резистивный элемент выполнен из гибкого износостойкого провода высокого омического сопротивления и закреплен между двумя слоями ткани (патент Великобритании 2124858, кл. Н05В 3/36).

Однако при формировании в таких электронагревателях резистивного элемента в виде меандра (зигзагообразной змейки) трудно выдержать параллельность и плоскостность токопроводящих дорожек, что негативно сказывается на стабильности характеристик. Кроме того, при эксплуатации таких электронагревателей имеет место ухудшение условий теплопередачи из-за неравномерности распределения теплового потока в зонах непосредственной прокладки провода.

Известен электронагреватель по патенту RU 2110901, МПК Н05В.

Этот электронагреватель содержит плоский фольговый резистивный элемент в виде меандра и покрывающую его с обеих сторон защитную оболочку. Защитная оболочка электронагревателя образована в виде двух и более последовательно нанесенных на лицевую и тыльную поверхности меандра слоев электроизоляционного лака и клеевой ткани. Резистивный элемент выполнен из сплава высокого омического сопротивления на основе железа.

Недостатком такого электронагревателя является нестабильность исходных характеристик в жестких климатических условиях эксплуатации, сложность технологии изготовления, подверженность расслоению резистивного слоя при малых радиусах сгиба и в условиях повышенных вибраций.

В качестве прототипа принят патент РФ на полезную модель 70736, МПК Н02В 3/10, 3/12, 3/18, 3/36. Гибкий электронагреватель содержит заизолированный плоский фольговый резистивный элемент с контактными площадками. Резистивный элемент выполнен в виде плоского печатного проводника, напрессованного на гибкое основание и имеющего с другой стороны защитный изолирующий слой лака. Гибкое основание изготовлено из тканевого прокладочного стеклотекстолита. Электронагреватель обеспечивает упрощение технологического процесса изготовления электронагревателя с высокими эксплуатационными характеристиками, позволяющими использовать его в жестких климатических условиях, при повышенных вибрациях и контактах с вакуумом. Использование печатного проводника в качестве резистивного слоя позволяет получить стабильные заданные свойства электронагревателя при тиражировании изделия.

Недостатком этого нагревателя является низкий верхний предел температуры эксплуатации (около 100°С). Лаковое покрытие не обеспечивает достаточной ровности и гладкости поверхности, что сказывается на невысоком качестве маркировочных записей на этой поверхности, а также на общем виде изделия. Лак не обеспечивает достаточную радиационную стойкость и при нагреве выделяет вещества, негативно влияющие на работу окружающих приборов или ухудшающих атмосферу внутри скафандра космонавта. Кроме того, изготовление такого электронагревателя создает вредные условия труда на производстве из-за наличия большого количества летучих компонентов.

Раскрытие полезной модели

Электронагреватель содержит плоский резистивный нагревательный элемент, который с обеих сторон заизолирован. С одной стороны роль изоляции играет гибкое основание, изготовленное из изолирующего материала (например, прокладочного тканевого стеклотекстолита), на котором размещен сам резистивный нагревательный элемент. С другой стороны на резистивный нагревательный элемент наносится специальное защитное покрытие. Резистивный нагревательный элемент соединен с двумя или более контактными площадками, также размещенными на гибком основании. Причем местом соединения проводника с контактными площадками могут быть как концы, так и любое просчитанное место в середине проводника, что позволяет планировать работу с разными уровнями мощности нагревательного элемента.

Резистивный нагревательный элемент выполнен в виде печатного проводника изогнутой формы, напрессованного на гибкое диэлектрическое основание, а сверху покрытого изоляционным слоем, а именно: полиимидной пленкой, нанесенной методом прессования, или эпоксидной эмалью.

Использование в качестве изоляционного слоя полиимидной пленки вместо лака (как в прототипе) позволяет увеличить термостойкость электронагревателя со 100°С до 120°С, а также повысить радиационную стойкость, что позволяет уменьшить газоотделение и соответственно снизить загрязнение окружающих приборов, особенно в условиях космоса, например в скафандре космонавта. Кроме того, использование для прессования промышленно выпускаемой полиимидной пленки, заданной стационарной толщины и однородности, позволяет создать более качественную, бездефектную и гладкую поверхность изделия, улучшает его товарный вид, в том числе качество наносимых надписей при маркировке изделий. Использование полиимидных пленок вместо лака позволяет обеспечить более безопасные условия труда в помещениях, где изготавливают нагреватели, поскольку в этом случае отделение летучих компонент из полиимида незначительно

Вместо полиимидной пленки возможно также применение более дешевого материала - эпоксидной эмали, например ЭП-979, наносимой методом сеткографии, что также улучшает термостойкость и радиационную стойкость нагревателя, хотя и в несколько меньшей степени, и также улучшает внешний вид изделий.

Кроме того, в качестве гибкого диэлектрического основания подложки вместо прокладочного тканевого стеклотекстолита может применяться полиимидная пленка. Полиимидное основание хотя и является более дорогим материалом, чем стеклотекстолит, но обладает большей тепловой и радиационной стойкостью.

Графические иллюстрации

На фигуре, приложенной к описанию полезной модели, приведен общий вид электронагревателя, на котором сделана выборка А (в масштабе 2:1) и поперечное сечение этой выборки А-А (в масштабе 5:1), позволяющее рассмотреть послойную конструкцию электронагревателя.

Осуществление полезной модели Конструкция электронагревателя включает следующие позиции:

1 - резистивный нагревательный элемент

2 - диэлектрическое основание

3 - контактная площадка

4 - изоляционный слой

Резистивный нагревательный элемент 1 выполнен печатным способом в виде изогнутого проводника, напрессованного на гибкое диэлектрическое основание 2, с несколькими контактными площадками 3. Сверху резистивный нагревательный элемент 1 покрыт изоляционным слоем 4 в виде полиимидной пленки, наложенной методом прессования. Резистивный нагревательный элемент 1 выполнен из манганиновой фольги марки МНМцАЖ 0,03×270 (сплава меди, никеля и марганца) с высоким омическим сопротивлением. В качестве диэлектрического основания используется теплостойкая прокладочная стеклоткань СТП-4 ТУ 2296-003-11436290-02, пропитанная в один слой эпоксидным лаком. В другом варианте исполнения гибкое диэлектрическое основание может быть выполнено также из полиимидной пленки с толщиной, задаваемой техническими условиями на нагреватель.

В еще одном варианте исполнения резистивный нагревательный элемент 1 может быть покрыт изоляционным слоем 4 из эпоксидной эмали ЭП-979 с помощью сеткографии. Сеткография относится к методам трафаретной печати и применяется для получения рисунков схемы на партиях плат с одинаковым рисунком.

Опытные образцы предлагаемых вариантов электронагревателей прошли успешную экспериментальную проверку на стадии опытно-конструкторской разработки. Данные проведенной экспериментальной проверки подтверждают возможность получения вышеупомянутого технического результата, заключающегося в создании конструкции электронагревателя, работающего при повышенных температурах до 120°С и обладающего высокими радиационными свойствами и улучшенным внешним видом. Технологический процесс изготовления электронагревателей позволяет обеспечить наименее вредные условия труда для работников.

1. Электронагреватель, содержащий заизолированный плоский фольговый резистивный элемент, выполненный в виде напрессованного на гибкое диэлектрическое основание плоского печатного проводника с контактными площадками, отличающийся тем, что изоляционный слой фольгового резистивного элемента выполнен из полиимидной пленки или эпоксидной эмали.

2. Электронагреватель по п.1, отличающийся тем, что полиимидная пленка нанесена на фольговый резистивный элемент методом прессования.

3. Электронагреватель по п.1, отличающийся тем, что гибкое диэлектрическое основание выполнено в виде полиимидной пленки.

4. Электронагреватель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что контактные площадки размещены как на концах, так и в средней части печатного проводника, обеспечивая возможность получения различного уровня тепловой мощности.