RU119969U1 - FLEXIBLE ELECTRIC HEATER - Google Patents

Abstract

1. Гибкий электронагреватель, содержащий плоский фольговый резистивный элемент с контактными площадками для токоподвода, напрессованный на гибкое диэлектрическое основание и покрытый со стороны резистивного элемента слоем лака, отличающийся тем, что поверх слоя лака нанесен дополнительный защитный слой лака с мелкодисперсным наполнителем, определяющим модификацию гибкого электронагревателя в виде заданных механических и теплофизических характеристик. ! 2. Гибкий электронагреватель по п.1, отличающийся тем, что в качестве мелкодисперсного наполнителя использован аэросил (двуокись кремния), или двуокись титана, или оксид алюминия. ! 3. Гибкий электронагреватель по п.1, отличающийся тем, что размер частиц мелкодисперсного наполнителя не превышает 100 мкм. 1. Flexible electric heater containing a flat foil resistive element with contact pads for current supply, pressed onto a flexible dielectric base and covered with a layer of varnish on the side of the resistive element, characterized in that an additional protective varnish layer with a finely dispersed filler is applied over the varnish layer, which determines the modification of a flexible electric heater in the form of specified mechanical and thermophysical characteristics. ! 2. Flexible electric heater according to claim 1, characterized in that aerosil (silicon dioxide), or titanium dioxide, or aluminum oxide is used as a fine filler. ! 3. Flexible electric heater according to claim 1, characterized in that the particle size of the finely dispersed filler does not exceed 100 microns.

Description

НазначениеAppointment

Полезная модель относится к конструкции электрических нагревателей и может быть использована в системах терморегулирования широкого класса изделий, в частности, узлов космических аппаратов.The utility model relates to the design of electric heaters and can be used in thermal control systems of a wide class of products, in particular, components of spacecraft.

Уровень техникиState of the art

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 (Патент РФ на изобретение №2119729). Однако они сложны в изготовлении, поскольку включают в свой состав достаточно большое количество исходных ингредиентов и требуют специальной технологии, предполагающей стабилизацию толщины токопроводящего слоя и недопущение смятия или разрушения графитовых частиц при вулканизации. Кроме того, такие электронагреватели непригодны для использования в жестких климатических условиях и при контактах с вакуумом, например в космических аппаратах.Electric heaters are known in which a flat resistive layer is made of a non-metallic material, for example, carbon fabric with evenly or unevenly spaced warp threads and monolithically connected polyester insulation (RF Patent for the invention No. 21979729). However, they are difficult to manufacture, since they include a fairly large number of starting ingredients and require special technology, which requires stabilization of the thickness of the conductive layer and the prevention of crushing or destruction of graphite particles during vulcanization. In addition, such electric heaters are unsuitable for use in harsh climatic conditions and in contact with vacuum, for example in spacecraft.

Известны также электронагреватели, в которых резистивный элемент выполнен из гибкого износостойкого провода высокого омического сопротивления и закреплен между двумя слоями ткани (патент Великобритании №2124858). Однако при формировании в таких электронагревателях резистивного элемента в виде меандра (зигзагообразной змейки) трудно выдержать параллельность и плоскостность токопроводящих дорожек, что не позволяет получить электронагреватели с заданными стабильными характеристиками. Кроме того, при эксплуатации таких электронагревателей имеет место ухудшение условий теплопередачи из-за неравномерности распределения теплового потока в зонах непосредственной прокладки провода.Electric heaters are also known in which the resistive element is made of a flexible wear-resistant wire of high ohmic resistance and is fixed between two layers of fabric (UK patent No. 2144858). However, when forming a resistive element in the form of a meander (zigzag snake) in such electric heaters, it is difficult to maintain the parallelism and flatness of the conductive tracks, which does not allow obtaining electric heaters with predetermined stable characteristics. In addition, during the operation of such electric heaters, there is a deterioration in the conditions of heat transfer due to the uneven distribution of the heat flux in the areas of direct wire laying.

Известен гибкий нагреватель (патент РФ на полезную модель №106821), содержащий плоский фольговый резистивный элемент, выполненный в виде - напрессованного на гибкое диэлектрическое основание плоского печатного проводника, в котором изоляционный слой выполнен из полиимидной пленки или эпоксидной смолы, причем и само гибкое основание может быть выполнено из полиимидной пленки. Недостатком этого технического решения является относительная сложность технологического процесса и отсюда более высокая стоимость его изготовления.A flexible heater is known (RF patent for utility model No. 106821) containing a flat foil resistive element made in the form of a flat printed conductor pressed onto a flexible dielectric base, in which the insulating layer is made of a polyimide film or epoxy resin, and the flexible base itself can be made of polyimide film. The disadvantage of this technical solution is the relative complexity of the process and hence the higher cost of its manufacture.

Из числа известных аналогов полезной модели ближайшим прототипом может служить электронагреватель по патенту РФ на полезную модель №70736. Этот электронагреватель содержит плоский фольговый резистивный элемент в виде меандра, нанесенного методом печатного монтажа на поверхность одной стороны диэлектрического основания. Эта сторона электронагревателя вместе с меандром защищена слоем лака. Другая сторона - диэлектрическая - закреплена на монтажной теплоотводящей поверхностиAmong the known analogues of the utility model, the closest prototype can be an electric heater according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 70736. This electric heater contains a flat foil resistive element in the form of a meander, printed by printing on the surface of one side of the dielectric base. This side of the electric heater along with the meander is protected by a layer of varnish. The other side - the dielectric - is mounted on the mounting heat sink surface

Недостатком такого нагревателя является неравномерность толщины лака на боковых гранях меандра, вызванная термоусадочными свойствами лака. Это приводит к местному нарушению толщины изоляции на поверхности меандра и его боковых гранях. Слой обычного защитного лака не обеспечивает надежной защиты электронагревателя от механических и термических повреждений.The disadvantage of this heater is the uneven thickness of the varnish on the side faces of the meander, caused by the shrink properties of the varnish. This leads to a local violation of the insulation thickness on the surface of the meander and its side faces. A layer of ordinary protective varnish does not provide reliable protection of the electric heater from mechanical and thermal damage.

Целью изобретения является улучшение стойкости электронагревателя к механическим и теплофизическим воздействиям в процессе его транспортировки, монтажа и эксплуатации.The aim of the invention is to improve the resistance of the heater to mechanical and thermophysical influences during its transportation, installation and operation.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Указанная цель достигается введением в конструкцию гибкого электронагревателя дополнительного защитного слоя лака, содержащего наполнитель в виде мелкодисперсного порошка, определяющего модификацию свойств поверхностного слоя электронагревателя применительно к условиям транспортировки, монтажа и эксплуатации в окружающей среде.This goal is achieved by introducing into the design of a flexible electric heater an additional protective layer of varnish containing filler in the form of fine powder, which determines the modification of the properties of the surface layer of the electric heater in relation to the conditions of transportation, installation and operation in the environment.

Согласно полезной модели гибкий электронагреватель содержит плоский фольговый резистивный элемент в виде меандра из манганина, который методом печатного монтажа нанесен на поверхность одной стороны диэлектрического основания. Над поверхностью меандра создано двухслойное защитное лаковое покрытие, причем нижний слой выполнен из обычного защитного лака, а верхний из защитного лака с мелкодисперсными наполнителями. Верхний слой лака позволяет сгладить неравномерности толщины первого слоя лака и организовать более прочную изоляцию, где нижний слой лака выступает в качестве грунтовки для верхнего, обеспечивая более высокую степень адгезии. Мелкодисперсные порошки в составе второго слоя модифицируют его свойства и путем выбора соответствующего материала порошков позволяют получать слой с заданными механическими и теплофизическими характеристиками. Исполнение нагревательного элемента печатным способом в сочетании с предлагаемым дополнительным усилением защитных поверхностей над ним позволяют получить нагреватель с заданными стабильными характеристиками, позволяющими эксплуатировать его в жестких условиях внешних воздействий в диапазоне температур от -196°С до +100°С, в том числе в открытом космосе, а также при сильных вибрациях и при установке нагревателя на плоские или криволинейные поверхности.According to a utility model, a flexible electric heater comprises a flat foil resistive element in the form of a manganine meander, which is printed onto one side of a dielectric base by printed wiring. Above the surface of the meander, a two-layer protective varnish coating is created, the lower layer being made of ordinary protective varnish, and the upper layer of protective varnish with fine fillers. The top layer of varnish allows you to smooth out the unevenness of the thickness of the first layer of varnish and organize a more durable insulation, where the bottom layer of varnish acts as a primer for the top, providing a higher degree of adhesion. Fine powders in the composition of the second layer modify its properties and by choosing the appropriate material of the powders make it possible to obtain a layer with specified mechanical and thermophysical characteristics. The implementation of the heating element by printing in combination with the proposed additional reinforcement of the protective surfaces above it allows you to get a heater with predetermined stable characteristics that allow you to use it in harsh conditions of external influences in the temperature range from -196 ° C to + 100 ° C, including open space, as well as during strong vibrations and when installing the heater on a flat or curved surface.

Перечень графических фигурList of graphic figures

Фиг.1 Общий вид гибкого электронагревателяFigure 1 General view of a flexible electric heater

Фиг.2 Фрагмент поперечного сечения гибкого электронагревателяFigure 2 A fragment of a cross section of a flexible electric heater

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Конструкция гибкого электронагревателя представлена на фиг.1 и 2, где обозначены следующие позиции:The design of a flexible electric heater is presented in figures 1 and 2, where the following positions are indicated:

1 - диэлектрическое основание1 - dielectric base

2 - резистивный нагревательный элемент2 - resistive heating element

3 - контактная площадка3 - contact area

4 - нижний слой изоляционного лака4 - bottom layer of insulating varnish

5 - верхний слой изоляционного лака5 - top layer of insulating varnish

В предлагаемом гибком электронагревателе плоский резистивный нагревательный элемент 2 выполнен в виде изогнутого проводника - меандра из манганиновой фольги марки МНМцАЖ 0,03×270 (сплава меди, никеля и марганца) с высоким омическим сопротивлением. Концы проводника соединены с контактными площадками 3 для токоподвода.In the proposed flexible electric heater, the flat resistive heating element 2 is made in the form of a curved conductor - a meander made of manganin foil of the MNMtsAZH grade 0.03 × 270 (copper, nickel and manganese alloy) with high ohmic resistance. The ends of the conductor are connected to the pads 3 for current supply.

Резистивный нагревательный элемент 2 выполнен методом печатного монтажа с горячим прессованием на диэлектрическое основание 1, в качестве которого используется теплостойкая прокладочная стеклоткань СТП-4 ТУ2296-003-11436290-02. Поверхность диэлектрического основания 1 со стороны нагревательного элемента 2 покрыта слоем 4 защитного лака ЭП-370, который в свою очередь покрыты вторым слоем лака 5, например, также ЭП-370, но содержащим мелкодисперсный порошок наполнителя с частицами диаметром менее 100 мкм. В качестве порошков могут быть использованы например аэросил (двуокись кремния), двуокись титана, оксид алюминия. Конкретный вид наполнителя зависит от требований к электронагревателю и условий его эксплуатации. Свободная нижняя поверхность диэлектрического основания 1 непосредственно контактирует с поверхностью теплоотводящего радиатора.The resistive heating element 2 is made by the method of printed circuit mounting with hot pressing on a dielectric base 1, which is used as a heat-resistant cushioning glass fabric STP-4 TU2296-003-11436290-02. The surface of the dielectric base 1 from the side of the heating element 2 is covered with a layer of 4 protective varnish EP-370, which in turn is covered with a second layer of varnish 5, for example, also EP-370, but containing a finely divided filler powder with particles with a diameter of less than 100 microns. As powders, for example, aerosil (silicon dioxide), titanium dioxide, alumina can be used. The specific type of filler depends on the requirements for the electric heater and its operating conditions. The free lower surface of the dielectric base 1 is in direct contact with the surface of the heat sink.

Опытные образцы предлагаемых гибких электронагревателей прошли успешную экспериментальную проверку на стадии опытно-конструкторской разработки. Данные экспериментальной проверки подтверждают возможность получения при использовании данного технического решения улучшенных механических и теплофизических свойств защитного покрытия нагревателя и ведут к расширению условий его эксплуатации.Prototypes of the proposed flexible electric heaters have been successfully tested at the development stage. The data of experimental verification confirm the possibility of obtaining, using this technical solution, improved mechanical and thermophysical properties of the protective coating of the heater and lead to the expansion of its operating conditions.

Claims (3)

1. Гибкий электронагреватель, содержащий плоский фольговый резистивный элемент с контактными площадками для токоподвода, напрессованный на гибкое диэлектрическое основание и покрытый со стороны резистивного элемента слоем лака, отличающийся тем, что поверх слоя лака нанесен дополнительный защитный слой лака с мелкодисперсным наполнителем, определяющим модификацию гибкого электронагревателя в виде заданных механических и теплофизических характеристик.1. A flexible electric heater containing a flat foil resistive element with contact pads for current supply, pressed onto a flexible dielectric base and coated on the resistive element side with a varnish layer, characterized in that an additional protective varnish layer with a finely dispersed filler is applied over the varnish layer, which determines the modification of the flexible electric heater in the form of specified mechanical and thermophysical characteristics. 2. Гибкий электронагреватель по п.1, отличающийся тем, что в качестве мелкодисперсного наполнителя использован аэросил (двуокись кремния), или двуокись титана, или оксид алюминия.2. The flexible electric heater according to claim 1, characterized in that aerosil (silicon dioxide), or titanium dioxide, or aluminum oxide is used as a fine filler. 3. Гибкий электронагреватель по п.1, отличающийся тем, что размер частиц мелкодисперсного наполнителя не превышает 100 мкм.

3. The flexible electric heater according to claim 1, characterized in that the particle size of the finely divided filler does not exceed 100 microns.