Тонкопленочный гибкий электронагреватель



Тонкопленочный гибкий электронагреватель
Тонкопленочный гибкий электронагреватель
Тонкопленочный гибкий электронагреватель
Тонкопленочный гибкий электронагреватель

 


Владельцы патента RU 2554097:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева" (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) (RU)
Акционерное общество Ракетно-космический центр "Прогресс" (АО "РКЦ "Прогресс") (RU)

Изобретение относится к гибким электронагревателям. Тонкопленочный гибкий электронагреватель, содержащий резистивный элемент, расположенный между двумя склеиваемыми между собой гибкими термостойкими электроизоляционными пленками и снабженный токоотводящими проводами, имеет резистивный элемент в виде многослойного ионно-плазменного металлического покрытия, нанесенного на внутреннюю поверхность одной из склеиваемых пленок. Металлическое покрытие выполнено с толщиной каждого слоя (5…300) нм и имеет удельное электросопротивление в пределах (535…20)·10-8 Ом·м, а также металлическое покрытие имеет толщину в пределах (1…40) мкм и выполнено в виде зигзагообразно расположенных прямолинейных конечных полосок, соединенных между собой по концам полос медными переходниками, за исключением концов, к которым присоединены токоотводящие провода. Изобретение позволяет упростить конструкцию и снизить трудоемкость изготовления электронагревателя, расширить его функциональные возможности при изготовлении малогабаритных электронагревателей малой мощности, уменьшить его толщину и массу, снизить стоимость его изготовления. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к тонкопленочным гибким электронагревателям, предназначенным для регулирования или управления заданным температурным режимом функционирования бортовых приборов, технических устройств и систем жизнеобеспечения космических, летательных или подводных аппаратов, а также других изделий.

Известен (Патент РФ 2088047 C1, МПК H05B 3/18, опубл. 20.08.1997) пленочный электронагреватель, который содержит плоский зигзагообразный формы резистивный излучающий элемент из фольги, расположенный между двумя гибкими термостойкими электроизоляционными пленками. Резистивный излучающий элемент выполнен из аморфного сплава металлов или металлов (переходных) с металлоидами.

Недостатками данного пленочного электронагревателя являются: сложность и большая трудоемкость изготовления малогабаритных электронагревателей небольшой мощности из-за необходимости размещения зигзагообразного резистивного элемента большой протяженности из металлической фольги в пределах малых габаритов; низкая надежность электронагревателя при механических изгибах и многократных перегибов из-за использования фольги в качестве резистивного элемента; сложность крепления токоотводящих проводов к металлической фольге из аморфных сплавов металлов или металлов с металлоидами и недостаточная надежность этого соединения при механических знакопеременных нагрузках; недостаточно высокое быстродействие и высокая потребляемая мощность.

Наиболее близким к техническому решению является (Патент РФ 2379857 C1, МПК H05B 3/18, опубл. 20.01.2010, Бюл. №2) тонкопленочный гибкий электронагреватель, содержащий резистивный элемент, расположенный между двумя гибкими термостойкими электроизоляционными пленками и снабженный токоотводящими проводами, в котором резистивный элемент выполнен в виде полимерной пленки с металлизированным ионно-плазменным многослойным покрытием с толщиной каждого слоя 20…100 нм, общей толщиной в пределах 3…25 мкм и удельным электросопротивлением (300…55)·10-8 Ом·м.

К недостаткам описанного тонкопленочного гибкого электронагревателя можно отнести сложность его конструкции и недостаточно широкие функциональные возможности электронагревателя.

Действительно, выражение удельной электрической мощности для электронагревателя с использованием закона Ома можно представить в виде:

где N=UI - электрическая мощность, I=U/R - ток в электронагревателе при заданном электрическом напряжении U, R - его электрическое сопротивление, S - площадь металлического покрытия.

Используя выражение для электрического сопротивления R=ρL/hb и сопротивление металлического покрытия S=Lb придадим соотношению (1) вид:

где ρ - удельное электрического сопротивление металлического покрытия, h, b и L - его толщина, ширина и длина соответственно.

Поэтому, сравнивая между собой удельные электрические мощности прототипа q1 и разрабатываемого нового технического решения q2 с параметрами металлического покрытия ρ1, h1, L1 и ρ2, h2, L2 соответственно, получим при равных электрических напряжениях:

Следовательно, для одинакового электрического напряжения уменьшение толщины покрытия меньше значения h1=3 мкм, увеличение удельного электрического сопротивления больше значения ρ1=300·10-8 Ом·м и увеличение длины слоя покрытия за счет его зигзагообразного расположения на полимерной пленке позволяет уменьшить величину удельной электрической мощности q2 разрабатываемого технического решения по сравнению с удельной электрической мощностью прототипа q1, расширить функциональные возможности электронагревателя и изготавливать малогабаритные электронагреватели малой электрической мощности, которые невозможно изготовить на основе технического решения заданного в прототипе.

В основу изобретения поставлена задача упростить конструкцию и снизить трудоемкость изготовления электронагревателя, расширить его функциональные возможности при изготовлении малогабаритных электронагревателей малой мощности, уменьшить его толщину и массу, снизить стоимость его изготовления.

Задача решается за счет того, что тонкопленочный гибкий электронагреватель содержит резистивный элемент, расположенный между двумя склеиваемыми между собой гибкими термостойкими электроизоляционными пленками и снабженный токоотводящими проводами, согласно изобретению резистивный элемент выполнен в виде многослойного ионно-плазменного металлического покрытия, нанесенного на внутреннюю поверхность одной из склеиваемых пленок.

Кроме того, металлическое покрытие выполнено с толщиной каждого слоя (5…300) нм и имеет удельное электросопротивление в пределах (535…20)·10-8 Ом·м.

Металлическое покрытие имеет толщину в пределах (1…40) мкм и выполнено в виде зигзагообразно расположенных прямолинейных конечных полосок, соединенных между собой по концам полос медными переходниками, за исключением концов, к которым присоединены токоотводящие провода.

Такое техническое решение приводит к тому, что в отличие от прототипа электронагреватель состоит из двух, а не трех пленок, уменьшает также его массу, толщину (примерно на 1/3) и повышает гибкость, то есть возможность его прочного присоединения к сложнопрофилированным поверхностям с конструкционными выступами и впадинами с меньшим радиусом кривизны. Минимальное значение толщины металлического многослойного покрытия уменьшено в 3 раза по сравнению с прототипом до значения 1 мкм, что позволяет в 3 раза уменьшить величину мощности разрабатываемого устройства и при этом, как установлено экспериментально, сплошность покрытия не нарушается и происходит его равномерный нагрев под действием электрического тока. Увеличение удельного электросопротивления металлического покрытия достигается за счет нанесения многослойного металлического покрытия слоя с меньшей толщиной каждого слоя по сравнению с толщиной слоя в прототипе. Экспериментально установлено, что толщина каждого слоя может быть уменьшена до 5 нм за счет увеличения скорости прохождения полимерной пленкой зоны напыления покрытия, что позволяет в 4 раза уменьшить его толщину по сравнению с прототипом. При этом величина удельного электросопротивления многослойного покрытия из хромоникелевого сплава [Богданович В.И., Барвинок В.А., Кирилин А.Н., Небога В.Г. и др. Тонкопленочные электронагреватели с наноструктурным резистивным слоем // Проблемы машиностроения и автоматизации. - 2010. - №3. - С.111-117] достигает (535…485)·10-8 Ом·м, что значительно больше, чем в формуле изобретения прототипа, и позволяет уменьшить величину удельной электрической мощности по сравнению с прототипом на 78%.

Увеличение длины слоя металлического покрытия достигается тем, что металлическое покрытие на пленку нанесено в виде зигзагообразно расположенных прямолинейных конечных полосок, соединенных между собой на своих концах, за исключением концов, к которым присоединены токоотводящие провода.

На схеме представлен общий вид тонкопленочного гибкого электронагревателя габаритами 200×30 мм с электрической мощностью 3,5 Вт при питании электрическим напряжением 27 В, состоящего из двух листов гибких термостойких электроизоляционных пленок 1, между которыми размещен резистивный элемент 2, полученный в виде нано- и субмикроструктурного слоя методом вакуумного ионно-плазменного напыления, имеющий зигзагообразную форму, полученную с помощью медных переходников 5 и снабженный токоотводящими проводами 3, припаянными к участкам с медным покрытием 4.

Данный электронагреватель предназначен для системы терморегулирования бортовых приборов космических аппаратов производства ГНП РКЦ «ЦСКБ-Прогресс». Заявленное техническое решение позволяет без изменения внешнего вида этих электронагревателей, то есть без изменения технологических средств производства, изготавливать их также с заданными электрическими мощностями в 7 Вт и 10 Вт.

1. Тонкопленочный гибкий электронагреватель, содержащий резистивный элемент, расположенный между двумя склеиваемыми между собой гибкими термостойкими электроизоляционными пленками и снабженный токоотводящими проводами, отличающийся тем, что резистивный элемент выполнен в виде многослойного ионно-плазменного металлического покрытия, нанесенного на внутреннюю поверхность одной из склеиваемых пленок.

2. Тонкопленочный электронагреватель по п.1, отличающийся тем, что металлическое покрытие выполнено в виде зигзагообразно расположенных прямолинейных конечных полосок, соединенных между собой по концам полос медными переходниками, за исключением концов, к которым присоединены токоотводящие провода.

3. Тонкопленочный электронагреватель по п.1, отличающийся тем, что металлическое покрытие имеет удельное электросопротивление в пределах (535…20)·10-8 Ом·м.

4. Тонкопленочный электронагреватель по п.1, отличающийся тем, что металлическое покрытие выполнено с толщиной каждого слоя (5…300) нм.

5. Тонкопленочный электронагреватель по п.1, отличающийся тем, что металлическое покрытие имеет толщину в пределах (1…40) мкм.



 

Похожие патенты:

Данное изобретение относится к электропроводящему тепловыделяющему материалу. Указанный выше электропроводящий тепловыделяющий материал состоит из подложки и электропроводящего тепловыделяющего слоя, практически равномерно нанесенного на указанную выше подложку.

Изобретение относится к области резистивного нагрева в промышленных печах сопротивления, а именно к монолитным металлокерамическим тепловым нагревательным блокам.

Изобретение относится к плоским электронагревателям излучающего типа, в частности к пленочным электронагревателям, применяемым для обогрева бытовых и производственных помещений.

Изобретение относится к электропроводящей пленке, изготовленной из термопластичной матрицы и электропроводящих армирующих волокон, причем электропроводящие волокна фактически изотропно распределены в электропроводящей пленке, а также к способу ее получения.

Изобретение относится к области строительства, в частности к термоэлектрическим матам, предназначенным для прогрева бетона, бетонных конструкций, каменной кладки и т.п.

Изобретение относится к плоским электронагревателям излучающего типа, в частности к пленочным электронагревателям, применяемым для обогрева бытовых и производственных помещений.

Изобретение относится к области электротермии, в частности к пленочным электронагревателям, и может использоваться для обогрева бытовых и производственных помещений, а также к области производства таких электронагревателей.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к антиобледенительным системам летательных аппаратов (ЛА) при наличии условий их наземного обледенения, и может быть применено в любых областях энергомашиностроения.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к многослойному пакету для термостатирования изделий сложной геометрической формы, который содержит наружный и внутренний защитные слои с размещенными между ними состыкованными теплоизоляционными прокладками и полосами токопроводящего материала с электроизоляционными слоями.

Изобретение относится к плоским электронагревателям излучающего типа, в частности к пленочным электронагревателям, применяемым в качестве базы для создания систем лучистого отопления производственных, социально-культурных и жилых помещений, а также для систем обогрева молодняка животных и птиц.

Изобретение относится к области подводной техники. Электрообогревательная водолазная одежда содержит электрообогревательные элементы, размещенные на внутренней поверхности эластичного материала, прилегающего к телу водолаза. В качестве нагревательных элементов используется провод, изготовленный из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, расположенный децентрализовано, т.е. со смещением, что позволяет подключать его ступенчато. Повышается пожаровзрывобезопасность водолазной одежды, обеспечивается надежность обогрева различных частей тела водолаза в зависимости от температуры окружающей среды. 3 ил.
Наверх