CN205265933U - 一种多层结构的电加热防冰元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多层结构的电加热防冰元件，至少包括设置在蒙皮外的三层，外层为防护层，所述防护层外侧与外部环境接触，中层为发热层，所述发热层采用电发热方式，内层为绝热层，所述绝热层设置在所述蒙皮外部，其中，所述防护层用于防止外部环境对所述发热层和/或所述绝热层和/或所述蒙皮产生影响；所述发热层用于产生热量，并将热量传导给所述防护层，用于融化所述防护层外部的结冰；所述绝热层用于防止所述发热层产生的热量传导给所述蒙皮，用于保护所述蒙皮不受或少受所述发热层产生的热量的影响。本实用新型将多层结构布置于蒙皮之外，使能量利用效率高，能够有效防止热量向飞机内侧结构和设备传导，还能够实现良好的防雷击效果。

Description

一种多层结构的电加热防冰元件

技术领域

本实用新型涉及一种采用多层结构的电加热防冰元件，特别是用于飞机的多层结构的电加热防冰元件，尤其是采用复合材料制造的飞机的多层结构的电加热防冰元件。

背景技术

飞机在低温、云雾和雨雪天飞行时，机体表面有可能出现结冰现象。机体尤其是机翼前缘等重要部位结冰会导致飞机气动特性的恶化(如升力减小，阻力增大等)，严重的甚至会危害飞机飞行安全。

飞机一般从发动机抽引高温热气对机体重要部位进行防冰。近年来，随着复合材料飞机、多电飞机等设计理念的兴起，飞机的制造材料逐渐由金属向复合材料发展，飞机的防冰系统的设计理念也由传统的热气防冰向电防冰发展。波音787飞机采用复合材料机翼，搭配电防冰技术，在减重和降低能耗等方面取得了良好的效果。

如图1所示，目前飞机上的电防冰加热装置一般布置于飞机蒙皮11内侧，通常由电绝缘层12、14和发热层13组成，不同层之间通过粘合胶进行连接，工作时发热层产生的热量通过电绝缘层12和蒙皮11与外界环境进行热交换以实现防冰。该加热装置设计存在如下不足：

由于没有隔热措施，热量会通过电绝缘层14向内传导，影响内侧结构(尤其是不耐高温的复合材料结构)和设备，并造成飞机能量的浪费；若飞机蒙皮为非金属的复合材料，则加热装置无法实现雷击防护。

实用新型内容

本实用新型专利所要解决的技术问题是：提供了一种多层结构的电加热防冰元件，其能量利用效率高，能够有效防止热量向飞机内侧结构和设备传导，对蒙皮和机身(比如采用复合材料结构的蒙皮以及机身等)影响小，并且实现良好的防雷击效果。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种多层结构的电加热防冰元件，至少包括设置在蒙皮外的三层，其特征在于，

外层为防护层，所述防护层外侧与外部环境接触，

中层为发热层，所述发热层采用电发热方式，

内层为绝热层，所述绝热层设置在所述蒙皮外部，其中，

所述防护层用于防止外部环境对所述发热层和/或所述绝热层和/或所述蒙皮产生影响；

所述发热层用于产生热量，并将热量传导给所述防护层，用于融化所述防护层外部的结冰；

所述绝热层用于防止所述发热层产生的热量传导给所述蒙皮，用于保护所述蒙皮不受或少受所述发热层产生的热量的影响。

较优选地，所述防护层与所述发热层中间设置有第一电绝缘层，所述第一电绝缘层用于防止所述发热层中的电发热的电流流向所述防护层。

较优选地，所述发热层与所述绝热层中间设置有第二电绝缘层，所述第二电绝缘层用于防止所述发热层中的电发热的电流流向所述绝热层。

较优选地，所述防护层与所述发热层中间设置有第一电绝缘层，所述第一电绝缘层用于防止所述发热层中的电发热的电流流向所述防护层；所述发热层与所述绝热层中间设置有第二电绝缘层，所述第二电绝缘层用于防止所述发热层中的电发热的电流流向所述绝热层。

较优选地，所述第一电绝缘层、所述发热层、所述第二电绝缘层为一体制成。

较优选地，所述防护层采用金属制成。

较优选地，所述第一电绝缘层和/或所述第二电绝缘层采用玻璃纤维或碳纤维作为绝电导热材料。

较优选地，所述发热层中包含一定数量的加热单元，所述加热单元采用对温度不敏感的金属合金。

较优选地，所述加热单元为间隔布置。

较优选地，所述金属合金为镍铬合金。

采用了本实用新型的多层结构的电加热防冰元件之后，其将包含防护层、发热层和绝热层等的多层结构布置于蒙皮之外，从而使能量利用效率高，能够有效防止热量向飞机内侧结构和设备传导，同时，也实现了对蒙皮和机身影响小，并且能够实现良好的防雷击效果。

附图说明

图1为现有技术中的电防冰加热装置结构示意图

图2为本实用新型的电加热防冰元件多层式结构示意图

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型的多层结构的电加热防冰元件进行详细说明，本具体实施方式采用了最优的实施例，这并不是对本实用新型的限制。为了方便描述，按照图中的“上”、“下”、“左”、“右”对实施例进行描述，这种描述方式是展示性的，并不构成对本实用新型的限制。

如图2所示的电加热防冰元件，所述电加热防冰元件为多层结构，设置在飞机蒙皮7外侧，总共包括五层，从蒙皮7向机身外部的方向(即图2中由下往上的方向)依次为：绝热层5、第二电绝缘层4、发热层3、第一电绝缘层2、防护层1。以上各层之间可以通过导热胶进行连接，也可以采用螺栓、螺钉、销钉、铆钉等其他惯用连接方式连接。

如图2所示，发热层3中包含一定数量的加热单元6，图2中实例性地示出了两个加热单元6，加热单元6为间隔布置，其中的加热单元6之间的间隔8中可以填充与第一电绝缘层2或第二电绝缘层4相同材质的电绝缘材料。加热单元6采用耐高温、电阻值大且电阻值对温度不敏感的金属合金，比如镍铬合金，加热单元6通电时发热以满足飞机的防冰需求。发热层3的上方为第一电绝缘层2，该层采用玻璃纤维或碳纤维作为绝电导热材料，用于防止发热层3中的电发热的电流流向防护层1。发热层3采用电发热方式，用于产生热量，并将热量通过第一电绝缘层2传导给所述防护层1，用于融化防护层1外部的结冰。发热层3的下方为第二电绝缘层4，该层采用玻璃纤维或碳纤维作为绝电导热材料，用于防止发热层3中的电发热的电流流向绝热层5。第一电绝缘层2和第二电绝缘层4不仅能够充当加热单元6与周围结构之间的电绝缘层，雷击时还能充当防护层1与加热单元6之间的电绝缘层，增强防雷击效果。同时，第一电绝缘层2和第二电绝缘层4还能起到支撑作用，支撑加热单元6，提高整个电加热防冰元件的强度。较优选地，第一电绝缘层2、发热层3、第二电绝缘层4为一体制成，可以做到三者的作为一个整体的厚度不超过0.5mm。

如图2所示，第一电绝缘层2的上方为防护层1，防护层1的外侧(即图2中的防护层1的上侧面)与外部环境(即图2中的防护层1的上方空间)接触。由于飞机飞行在高空中，其外部环境非常复杂，不仅温度较低，而且环境中还可能含有各种颗粒杂质等物体，防护层1用于防止外部环境对第一电绝缘层2、发热层3、第二电绝缘层4、绝热层5、蒙皮7以及机身产生影响。在低温环境下，防护层1的外侧往往会结冰。防护层可以采用金属或合金制成，比如铝或铝合金等。除了防护层1的上述的保护发热层3等不受外部环境的侵蚀的作用外，还具有防雷击作用。当飞机遭遇雷暴天气时，电加热防冰装置存在引雷的风险，雷击引发的电流若不能被及时引走，会对发热层、蒙皮和机体结构造成破坏。本实用新型的多层结构的电加热防冰元件采用了防护层1后，当发热层中的加热单元6遭遇雷击时，雷电会先击中防护层1，雷击产生的电流被接地的防护层1导走，从而保护电加热防冰元件和机体结构。防护层1的厚度可以不超过0.5mm。

如图2所示，第二电绝缘层4的下方与蒙皮7上方之间为绝热层5，也即绝热层5设置在蒙皮7外部。绝热层5采用热阻很大的材料，用于防止发热层3产生的热量通过第二电绝缘层4传导给蒙皮7，以保护蒙皮7不受或少受发热层3产生的热量的影响。同时，绝热层5还能够通过增大内侧热阻，将向内侧传导的部分热量导向外侧，从而提高了整个电加热防冰元件的防冰能力。绝热层5的厚度可以不超过1mm。

如上所述的多层结构的电加热防冰元件的工作原理如下：

如图2所示，加热单元6通电后，加热单元6发热并产生热量，热量通过第一电绝缘层2向外侧(图2中的上方)和第二电绝缘层4向内侧(图2中的下方)同时进行热传导。对外侧方向，热量通过第一电绝缘层2和防护层1，热传导到防护层1的外表面，融化凝结在防护层1的外表面上的冰体，起到除冰作用。对内侧方向，绝热层5的热阻很大，不但可以对包括蒙皮7和机身在内的内侧结构和设备进行隔热保护，还可以将部分热量导向外侧，从而增强电加热防冰元件的防冰能力。当电加热防冰元件引雷时，雷电会先击中防护层1，雷击产生的电流被接地的防护层1导走，同时由于第一电绝缘层2和第二电绝缘层4的隔绝作用，实现了对整个电加热防冰元件和飞机结构的防雷击保护。

综上所述，仅为实用新型的最佳实施例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (10)

1.一种多层结构的电加热防冰元件，至少包括设置在蒙皮(7)外的三层，其特征在于，

外层为防护层(1)，所述防护层(1)外侧与外部环境接触，

中层为发热层(3)，所述发热层(3)采用电发热方式，

内层为绝热层(5)，所述绝热层(5)设置在所述蒙皮(7)外部，其中，

所述防护层(1)用于防止外部环境对所述发热层(3)和/或所述绝热层(5)和/或所述蒙皮(7)产生影响；

所述发热层(3)用于产生热量，并将热量传导给所述防护层(1)，用于融化所述防护层(1)外部的结冰；

所述绝热层(5)用于防止所述发热层(3)产生的热量传导给所述蒙皮(7)，用于保护所述蒙皮(7)不受或少受所述发热层(3)产生的热量的影响。

2.根据权利要求1所述的电加热防冰元件，其特征在于，所述防护层(1)与所述发热层(3)中间设置有第一电绝缘层(2)，所述第一电绝缘层(2)用于防止所述发热层(3)中的电发热的电流流向所述防护层(1)。

3.根据权利要求1所述的电加热防冰元件，其特征在于，所述发热层(3)与所述绝热层(5)中间设置有第二电绝缘层(4)，所述第二电绝缘层(4)用于防止所述发热层(3)中的电发热的电流流向所述绝热层(5)。

4.根据权利要求1所述的电加热防冰元件，其特征在于，所述防护层(1)与所述发热层(3)中间设置有第一电绝缘层(2)，所述第一电绝缘层(2)用于防止所述发热层(3)中的电发热的电流流向所述防护层(1)；所述发热层(3)与所述绝热层(5)中间设置有第二电绝缘层(4)，所述第二电绝缘层(4)用于防止所述发热层(3)中的电发热的电流流向所述绝热层(5)。

5.根据权利要求4所述的电加热防冰元件，其特征在于，所述第一电绝缘层(2)、所述发热层(3)、所述第二电绝缘层(4)为一体制成。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的电加热防冰元件，其特征在于，所述防护层(1)采用金属制成。

7.根据权利要求4或5中所述的电加热防冰元件，其特征在于，所述第一电绝缘层(2)和/或所述第二电绝缘层(4)采用玻璃纤维或碳纤维作为绝电导热材料。

8.根据权利要求1-5任意一项所述的电加热防冰元件，其特征在于，所述发热层(3)中包含一定数量的加热单元(6)，所述加热单元(6)采用对温度不敏感的金属合金。

9.根据权利要求8所述的电加热防冰元件，其特征在于，所述加热单元(6)为间隔布置。

10.根据权利要求8所述的电加热防冰元件，其特征在于，所述金属合金为镍铬合金。