CN111056017A - 使用印刷的高度柔韧的导电墨水汇流条将电力传递到受热部件的方法 - Google Patents

使用印刷的高度柔韧的导电墨水汇流条将电力传递到受热部件的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于受热的或防冰的飞机结构的电阻加热电路包括柔韧的介电衬底、由所述衬底支撑的电阻加热元件以及汇流条。所述汇流条电连接到所述电阻加热元件，并且包括印刷到所述衬底上的导电墨水，使得所述汇流条和所述电阻加热元件随着所述受热的或防冰的飞机结构自由地挠曲。还描述了受热的或防冰的飞机结构以及制作用于受热的或防冰的飞机结构的电阻加热电路的方法。

Description

使用印刷的高度柔韧的导电墨水汇流条将电力传递到受热部 件的方法
发明背景
1.发明领域
本公开涉及电阻加热电路，并且更具体地说涉及用于受热的或防冰的飞机结构的具有柔韧的汇流条的电阻加热电路。
2.现有技术的描述
诸如飞机中的电阻加热元件通常用于产生热量以获得舒适性并用于防冰。由于这类电阻加热元件附接至的结构可能经受挠曲，因此电阻加热元件通常被构造为适应所述结构的挠曲。在下层结构可能经受高度疲劳的应用中，电阻加热元件本身可以是相对柔韧的。这允许加热元件尽管有环状挠曲仍可靠地产生热量。
对这类柔韧的电阻加热元件的一项挑战是将加热所需的电力运送和附接到电阻加热元件。电力通常使用连接到电阻加热元件的电缆、布线和/或金属板提供。虽然出于其预期目的大体上是可接受的，但电缆、布线和/或金属板本身可能经受挠曲和/或高度疲劳，所述挠曲和/或高度疲劳足以限制向电阻加热元件提供电力的能力。电缆、布线和/或金属板还增加被加热或需要防冰的结构的重量。
这类常规方法和系统在其预期目的方面通常被视为令人满意的。然而，本领域仍然需要允许用于电阻加热器的改进的汇流条以用于高度疲劳应用的系统和方法。本公开提供了这些问题的解决方案。
发明内容
一种用于受热的或防冰的飞机结构的电阻加热电路包括柔韧的介电衬底、由所述衬底支撑的电阻加热元件以及汇流条。所述汇流条电连接到所述电阻加热元件，并且包括印刷到所述衬底上的导电墨水，使得所述汇流条和所述电阻加热元件随着所述受热的或防冰的飞机结构自由地挠曲。
在某些实施方案中，所述介电衬底可以是受热的飞机部件或防冰的飞机结构。所述电阻加热元件可以保形地安置到所述衬底上。所述电阻加热元件可以包括碳纳米管。所述电阻加热元件可以包括蚀刻金属图案。所述电阻加热元件可以包括金属丝网图案。
根据某些实施方案，所述导电墨水可以包括环氧树脂中的银粒子。所述汇流条可以保形地安置到所述衬底上。所述汇流条的一部分可以覆盖所述电阻加热元件。所述汇流条的所述覆盖部分可以保形地安置到所述电阻加热元件上。
预期导电树脂主体可以将所述汇流条电连接到所述电阻加热元件。所述导电树脂可以保形地安置在所述电阻加热元件上。所述汇流条的所述覆盖部分可以保形地安置到所述导电树脂主体上。还预期一种受热的或防冰的飞机结构可以具有如上文所描述的电阻加热电路，所述电阻加热电路由受热的或防冰的飞机结构支撑。
一种制作用于受热的或防冰的飞机结构的电阻加热电路的方法包括用柔韧的介电衬底支撑电阻加热元件。使用导电墨水将汇流条印刷在所述衬底上。将所述汇流条电连接到所述电阻加热元件，并且使所述电阻加热元件的柔性与所述汇流条的柔性匹配或使所述电阻加热元件的柔性被所述汇流条的柔性超过，使得电阻加热电路随着所述受热的或防冰的飞机结构自由地挠曲。
在某些实施方案中，支撑所述电阻加热元件可以包括将所述电阻加热电路保形地安置到所述衬底上。所述电阻加热电路可以包括碳纳米管。所述导电墨水可以包括环氧树脂中的银粒子。
根据某些实施方案，印刷所述汇流条可以包括将所述汇流条保形地安置到所述衬底上。所述汇流条的一部分可以覆盖所述电阻加热元件。所述汇流条的所述覆盖部分可以覆盖所述电阻加热元件并且可以将所述覆盖部分保形地安置到所述电阻加热元件上。
还预期，根据某些实施方案，可以将导电树脂主体安置在所述电阻加热元件上。可以利用所述导电树脂主体将所述汇流条电连接到所述电阻加热元件。将所述导电树脂保形地安置在所述电阻加热元件上。可以将所述汇流条的所述覆盖部分保形地安置到所述导电树脂主体上。
根据结合附图进行的优选实施方案的以下详细描述，本主题公开的系统和方法的这些和其他特征对于本领域技术人员来说将变得更易于显而易见。
附图说明
为了使本主题公开所属领域的技术人员将易于在没有过度实验的情况下理解如何制作和使用本主题公开的装置和方法，下文中将参考某些图式详细描述其实施方案，图中：
图1是具有根据本公开构造的电阻加热电路的受热的或防冰的飞机结构的示意图，其示出了对飞机结构受热的电阻加热电路；
图2是图1的电阻加热电路的侧视图，其示出了电连接到电阻加热元件的柔韧的汇流条，其中汇流条的一部分保形地安置到电阻加热电路上；
图3是图1的具有导电树脂主体的电阻加热电路的侧视图，其示出了电连接到电阻加热元件的柔韧的汇流条，其中汇流条的一部分保形地安置到导电树脂主体上；
图4是图1的电阻加热电路的平面图，其示出了电连接到具有碳纳米管主体的电阻加热元件的柔韧的汇流条；
图5是图1的电阻加热电路的平面图，其示出了连接到具有蚀刻网主体或金属丝网主体的电阻加热元件的柔韧的汇流条；以及
图6是制作用于受热的或防冰的飞机结构的电阻加热电路的方法的框图，其示出了所述方法的步骤。
具体实施方式
现在将参考附图，其中相似的附图标记识别本主题公开的类似的结构特征或方面。出于解释和说明而非限制的目的，在图1中示意性地示出了并且大体上用参考符号100标明根据本公开构造的用于受热的或防冰的飞机结构的电阻加热电路的示例性实施方案。图2至图6中示意性地提供了根据本公开或其方面的电阻加热电路、受热的或防冰的飞机结构，以及制作用于受热的或防冰的结构的电阻加热电路的方法的其他实施方案，如将描述的。本文中描述的系统和方法可以用于经受挠曲和/或高度疲劳的受热的或防冰的结构中，诸如底板和旋翼叶片，但本公开不限于经受挠曲和/或高度疲劳的结构或一般来说不限于飞机。
参考图1，示出了电阻加热电路100。电阻加热电路100固定到受热的或防冰的飞机结构10并且包括电阻加热元件102、汇流条104和电源12。电源12的正端子通过源极引线14电连接到汇流条104以向电阻加热元件102提供电流16的流动。汇流条104电连接到电阻加热元件102以提供电流16的流动以用电阻方式产生热量H。电阻加热元件102与受热的或防冰的飞机结构10热连通以向其传递热量。电阻加热元件102诸如通过回路引线18和/或机壳接地而电连接到电源12的负端子，这适合于预期应用。作为非限制性示例，受热的或防冰的飞机结构10可以是飞机内部的底板、发动机入口整流罩，或旋翼飞机的叶片。
如本领域技术人员在查看本公开后将了解的，类似于飞机的飞行器在飞行期间通常遇到不同的环境。这些环境中的一些包括雨、冰和/或极端寒冷。为了可靠地在这类环境中操作，提供专业受热部件和/或电热防冰系统可以是必要的。在一些应用中，专业受热部件和/或电热防冰系统需要将电力传递到飞机的经受挠曲的区域，所述区域可以是某些类型的材料和结构的高度疲劳区域。
为了适应受热的或防冰的结构的挠曲，可以将由碳纳米管(CNT)形成的电阻加热元件应用于高度疲劳区域。CNT电阻加热元件具有稳健性的优点，并且通常能够耐受通常在高度疲劳区域中经历的环状挠曲。然而，任然存在以下挑战，即向这类电阻加热元件提供电力而不显著增加重量和/或丢失CNT电阻加热元件本身提供的有益稳健性，使用布线或长条的箔汇流条来提供与CNT电阻加热元件的电通信可能是这种情况。为了解决这个问题，印刷电阻加热电路100汇流条104以提供柔性105，所述柔性105对应于(例如，汇流条104的柔性匹配或超过)电阻加热元件102的柔性103。在某些实施方案中，回路引线18还可以包括被印刷以提供对应于电阻加热元件102的柔性103的柔性107。
参考图2，示出了电阻加热电路100。电阻加热电路100包括柔韧的介电衬底110(其可以是飞机结构10)、由衬底110支撑的电阻加热元件102以及汇流条104。汇流条104电连接到电阻加热元件102并且包括印刷到衬底110上的导电墨水112，使得汇流条104和电阻加热元件102随着受热的或防冰的飞机结构10(图1中所示)自由地挠曲。
电阻加热元件102包括CNT主体114。CNT主体114被配置为且适于使用提供到电阻加热元件102的电流16(图1中所示)来以电阻方式加热飞机结构10。预期电阻加热元件102(和/或CNT主体114)可以保形地安置116到衬底110上，电阻加热元件102因此与衬底110相呼应地挠曲。在某些实施方案中，基本上整个电阻加热元件102由CNT主体114形成。
汇流条104包括导电墨水112并且印刷到衬底110上。印刷导电墨水112使得汇流条104能够保形地安置118到衬底110上。预期汇流条104的一部分120可以覆盖电阻加热元件102的一部分。汇流条104的覆盖部分120可以保形地安置到电阻加热元件102上。在某些实施方案中，导电墨水112包括环氧树脂124中的银粒子122。合适的导电墨水的示例包括可从俄亥俄州特拉华的Engineered Materials Systems,Inc.购得的银乙烯基墨水。
参考图3，示出了电阻加热电路130。电阻加热电路130类似于电阻加热电路100(图1中所示)并且另外包括导电树脂主体132。树脂主体132覆盖电阻加热元件102的一部分并且在汇流条104与电阻加热元件102之间提供电通信。在这方面，汇流条104的部分120覆盖树脂主体132和电阻加热元件102，使得电流16(图1中所示)经由树脂主体132从汇流条104传递到电阻加热元件102。预期汇流条104可以保形地安置134到树脂主体132上。还预期树脂主体132可以安置在(或保形地安置136到)电阻加热元件102上。合适的导电墨水的示例包括可从俄亥俄州特拉华的Engineered Materials Systems,Inc.购得的银环氧树脂导电树脂。
参考图4和图5，以平面图示出了电阻加热电路100。如图4所示，电阻加热元件102包括CNT主体114并且具有柔性103。预期汇流条104的柔性105等效于或大于CNT主体114的柔性103。如本领域技术人员在查看本公开后将了解，使CNT主体114的柔性103与汇流条104的柔性105匹配(或以汇流条104的柔性105超过CNT主体114的柔性103)允许经由电阻加热电路100跨越经受环状挠曲和/或高度疲劳的结构稳健地传递电流16(图1中所示)，从而确保衬底110的可靠加热或防冰，尽管在衬底110的使用寿命期间累积高循环疲劳循环计数。
如图5所示，电阻加热电路140包括具有柔性143的蚀刻网主体或金属丝网主体142。预期汇流条104的柔性105等效于或大于蚀刻网或金属丝网主体142的柔性143。如本领域技术人员在查看本公开后将了解，使蚀刻网或金属丝网主体142的柔性143与汇流条104的柔性105匹配(或使汇流条104的柔性105超过蚀刻网或金属丝网主体142的柔性143)允许经由电阻加热电路140跨越经受环状挠曲和/或高度疲劳的结构稳健地传递电流16(图1中所示)，从而确保衬底110的可靠加热或防冰，尽管在衬底110的使用寿命期间累积高循环疲劳循环计数。
参考图6，示出了用于制作用于受热的或防冰的飞机结构的电阻加热电路，例如电阻加热电路100(图1中所示)的方法200。如方框210所示，将电阻加热元件，例如电阻加热元件102(图1中所示)支撑在柔韧的介电衬底，例如衬底110(图1中所示)上。使用导电墨水，例如导电墨水112(图2中所示)将汇流条，例如汇流条104(图1中所示)印刷在衬底上，如方框220所示。将汇流条电连接到电阻加热元件，如方框230所示。使电阻加热元件的柔性，例如柔性103(图1中所示)与汇流条的柔性，例如柔性105(图1中所示)匹配或被汇流条的柔性超过，使得电阻加热电路随着受热的或防冰的飞机结构自由地挠曲，如方框240所示。
支撑电阻加热元件可以包括将电阻加热电路保形地安置到衬底上，如方框212所示。预期电阻加热元件可以包括碳纳米管，例如碳纳米管主体114(图2中所示)，如方框214所示。还预期电阻加热元件可以包括蚀刻网或金属丝网主体，例如蚀刻网或金属丝网主体130(图5中所示)，如方框216所示。
印刷汇流条可以包括将汇流条保形地安置到衬底上，如方框222所示。可以将汇流条印刷在衬底上，使得一部分，例如部分118(图2中所示)覆盖电阻加热元件，如方框224所示。预期将汇流条印刷在衬底上可以包括将汇流条保形地安置到电阻加热元件上，如方框226所示。还预期汇流条可以印刷导电墨水，所述导电墨水包括银粒子和树脂，例如银粒子122(图2中所示)和树脂124(图2中所示)，如方框228所示。
如方框250所示，可以将导电树脂主体，例如树脂主体132(图2中所示)安置在电阻加热元件上。将汇流条电连接到电阻加热元件可以包括利用树脂主体将汇流条电连接到电阻加热元件，如方框230所示。预期可以将导电树脂保形地安置在电阻加热元件上，如方框234所示。还预期可以将汇流条的覆盖部分保形地安置到导电树脂主体上，如方框236所示。
如上文所描述并且在附图中示出的本公开的方法和系统提供具有优越性质的电阻加热电路，所述优越性质包括电连接电阻加热元件的汇流条的疲劳电阻，所述汇流条所具有的柔性匹配(或超过)电阻加热元件的柔性，从而允许汇流条放置在经受环状挠曲和高度疲劳的结构上。尽管已经参考优选实施方案示出和描述了本主题公开的系统和方法，但本领域技术人员将易于了解在不脱离本主题公开的精神和范围的情况下可以对其进行改变和/或修改。

Claims (20)

1.一种用于受热的或防冰的飞机结构的电阻加热电路，所述电阻加热电路包括：
柔韧的介电衬底；
电阻加热元件，所述电阻加热元件由所述衬底支撑；以及
汇流条，所述汇流条电连接到所述电阻加热元件，其中所述汇流条包括印刷到所述衬底上的导电墨水，使得所述汇流条和所述电阻加热元件随着所述受热的或防冰的飞机结构自由地挠曲。
2.如权利要求1所述的电阻加热电路，其中所述汇流条至少与所述电阻加热元件一样柔韧。
3.如权利要求1所述的电阻加热电路，其中所述电阻加热元件保形地安置到所述衬底上。
4.如权利要求1所述的电阻加热电路，其中所述电阻加热元件包括碳纳米管。
5.如权利要求1所述的电阻加热电路，其中所述电阻加热元件包括蚀刻网图案。
6.如权利要求1所述的电阻加热电路，其中所述电阻加热元件包括金属丝网图案。
7.如权利要求1所述的电阻加热电路，其中所述导电墨水包括环氧树脂中的银粒子。
8.如权利要求1所述的电阻加热电路，其中所述汇流条保形地安置到所述衬底上。
9.如权利要求1所述的电阻加热电路，其中所述汇流条的一部分覆盖所述电阻加热元件。
10.如权利要求9所述的电阻加热电路，其中所述汇流条的所述覆盖部分保形地安置到所述电阻加热元件上。
11.如权利要求1所述的电阻加热电路，所述电阻加热电路还包括将所述汇流条电连接到所述电阻加热元件的导电树脂主体。
12.如权利要求11所述的电阻加热电路，其中所述导电树脂保形地安置在所述电阻加热元件上。
13.如权利要求11所述的电阻加热电路，其中所述汇流条的所述覆盖部分保形地安置到所述导电树脂主体上。
14.一种受热的或防冰的飞机结构，所述受热的或防冰的飞机结构具有如权利要求1所述的电阻加热电路，所述电阻加热电路由受热的或防冰的飞机结构支撑。
15.一种制作用于受热的或防冰的飞机结构的电阻加热电路的方法，所述方法包括：
用柔韧的介电衬底支撑电阻加热元件；
使用导电墨水将汇流条印刷在所述介电衬底上；
将所述汇流条电连接到所述电阻加热元件；以及
使所述电阻加热元件的柔性与所述汇流条的柔性匹配或使所述汇流条的柔性超过所述电阻加热元件的柔性，使得电阻加热电路随着所述受热的或防冰的飞机结构自由地挠曲。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述支撑步骤包括将所述电阻加热元件保形地安置到所述衬底上。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述电阻加热电路包括碳纳米管，其中所述导电墨水包括环氧树脂中的银粒子。
18.如权利要求15所述的方法，所述方法还包括将所述汇流条的一部分覆盖在所述电阻加热元件上。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述覆盖步骤包括将所述汇流条部分保形地安置到所述电阻加热元件上。
20.如权利要求19所述的方法，所述方法还包括：
将导电树脂主体安置在所述电阻加热元件上；以及
利用所述导电树脂主体将所述汇流条电连接到所述电阻加热元件，其中，其中将所述导电树脂保形地安置到所述电阻加热元件上，并且其中将所述汇流条的所述覆盖部分保形地安置到所述导电树脂主体上。
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