ГИБКИЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ

Назначение
Полезная модель относится к конструкции электрических нагревателей и может быть использована в системах терморегулирования широкого класса изделий, в частности, узлов космических аппаратов.
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 (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.
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.
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.
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 поверхности
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.
Целью изобретения является улучшение стойкости электронагревателя к механическим и теплофизическим воздействиям в процессе его транспортировки, монтажа и эксплуатации.
Раскрытие полезной модели
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.
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.
Перечень графических фигур
Фиг.1 Общий вид гибкого электронагревателя
Фиг.2 Фрагмент поперечного сечения гибкого электронагревателя
Осуществление полезной модели
Конструкция гибкого электронагревателя представлена на фиг.1 и 2, где обозначены следующие позиции:
1 - диэлектрическое основание
2 - резистивный нагревательный элемент
3 - контактная площадка
4 - нижний слой изоляционного лака
5 - верхний слой изоляционного лака
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.
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.
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.