ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ

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.