RU2597836C2 - Method of producing flexible electric heater - Google Patents
Method of producing flexible electric heater Download PDFInfo
- Publication number
- RU2597836C2 RU2597836C2 RU2014130765/02A RU2014130765A RU2597836C2 RU 2597836 C2 RU2597836 C2 RU 2597836C2 RU 2014130765/02 A RU2014130765/02 A RU 2014130765/02A RU 2014130765 A RU2014130765 A RU 2014130765A RU 2597836 C2 RU2597836 C2 RU 2597836C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrical insulation
- resistive element
- electric heater
- resistive
- sheets
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к гибким электрообогревателям, создающим температуру до 150°С, которые применяются для поддержания заданной температуры бортовой аппаратуры и элементов конструкции космических аппаратов (КА), элементов конструкции воздушного, морского или наземного транспорта, вакуумных установок научного и технологического назначения, регулирования температуры в скафандрах, бытового применения (обогрева сидений автомобилей, подогрева полов и т.д.).The invention relates to flexible electric heaters that create temperatures up to 150 ° C, which are used to maintain the set temperature of on-board equipment and structural elements of spacecraft (SC), structural elements of air, sea or ground transport, vacuum installations of scientific and technological purposes, temperature control in spacesuits , domestic use (heating car seats, floor heating, etc.).
Из всех областей применения наиболее жесткие условия эксплуатации характерны для бортовой аппаратуры и элементов конструкции КА, поэтому далее указанное применение гибкого электрообогревателя рассматривается более подробно.Of all the fields of application, the most stringent operating conditions are typical for on-board equipment and spacecraft design elements, therefore, the aforementioned application of a flexible electric heater is discussed in more detail below.
В процессе эксплуатации бортовой аппаратуры КА при нахождении КА в тени Земли или других космических объектов происходит охлаждение поверхностей КА до криогенных температур. В то же время диапазон рабочих температур большинства приборов достаточно узок и для их нормального функционирования необходимо поднять их температуру до заданных техническими условиями эксплуатации значений. Это возможно при помощи электрообогревателей, размещенных либо непосредственно на корпусе прибора, либо на корпусе КА в непосредственной близости от прибора. Данные поверхности могут быть как плоскими, так и криволинейными, например сферическими. Например, к электрообогревателям бортовой аппаратуры КА, как правило, предъявляются следующие требования (наиболее критичные и жесткие условия для всех видов эксплуатации):In the process of operating the spacecraft onboard spacecraft while the spacecraft is in the shadow of the Earth or other space objects, the surfaces of the spacecraft are cooled to cryogenic temperatures. At the same time, the operating temperature range of most devices is quite narrow and for their normal functioning it is necessary to raise their temperature to the values specified by the technical operating conditions. This is possible with the help of electric heaters placed either directly on the device’s body or on the spacecraft’s body in the immediate vicinity of the device. These surfaces can be either flat or curved, for example spherical. For example, the following requirements are usually imposed on electric heaters of spacecraft onboard equipment (the most critical and severe conditions for all types of operation):
1. Рабочая температура обогреваемой поверхности от 0 до 80°С.1. The working temperature of the heated surface is from 0 to 80 ° C.
2. Условия, при которых электрообогреватель должен сохранять работоспособность:2. Conditions under which the electric heater must remain operational:
- диапазон температур от минус 70 до 150°С (для отдельных применений - от минус 269 до 200°С);- temperature range from minus 70 to 150 ° C (for individual applications - from minus 269 to 200 ° C);
- давление остаточных газов 10-12 Па;- residual gas pressure 10 -12 Pa;
- поглощенная доза ионизирующего излучения до 6·106 Гр.- absorbed dose of ionizing radiation up to 6 · 10 6 Gy.
3. Минимальная масса.3. The minimum weight.
4. Минимальная толщина.4. Minimum thickness.
5. Минимальное газовыделение в вакууме при испытаниях по ГОСТ Р50109-82 (потеря массы не более 1%, содержание летучих конденсируемых веществ не более 0,1%).5. Minimum gas evolution in a vacuum during testing according to GOST R50109-82 (mass loss of not more than 1%, volatile condensed matter content of not more than 0.1%).
6. Технологичность изготовления.6. Manufacturability.
Известен способ изготовления гибкого нагревателя, состоящего из двух слоев электроизоляционного основания, размещенного между ними токопроводящего резистивного слоя и электрически связанных с ним токоподводов (патент РФ №2213432, Н05В 3/00, опубл. 27.09.2003), в котором слои изоляционного основания соединены с резистивным слоем с помощью клея. Способ заключается в том, что резистивный элемент, в виде которого выступают угольные жгуты, укладывается на изоляционное основание из ткани с асбестовыми, базальтовыми или стеклянными волокнами, а затем аппретируется, например, фторэластомером, или кремнийорганическим эластомером или жидким стеклом, или не поддерживающим горение эластичным клеем. Затем на поверхность нагреваемого слоя накладывают второй слой изоляционного основания, с нанесенным на него негорючим эластичным клеем или жидким стеклом, и приклеивают его, разглаживая поверхность.A known method of manufacturing a flexible heater, consisting of two layers of an insulating base, placed between them a conductive resistive layer and electrically connected current leads (RF patent No. 2213432, Н05В 3/00, publ. 09/27/2003), in which the layers of the insulating base are connected to resistive layer with glue. The method consists in the fact that the resistive element, in the form of which charcoal tows act, is laid on an insulating base made of fabric with asbestos, basalt or glass fibers, and then it is applied, for example, with a fluoroelastomer, or with an organosilicon elastomer or liquid glass, or with flame retardant elastic glue. Then, a second layer of insulating base is applied to the surface of the heated layer, with non-combustible elastic glue or liquid glass applied to it, and glued to smooth the surface.
К недостаткам данного способа можно отнести:The disadvantages of this method include:
- невысокие технико-эксплуатационные параметры, поскольку клеевые соединения не обеспечивают равномерность теплофизических параметров по поверхности электрообогревателя (из-за участков непроклея);- low technical and operational parameters, since the adhesive joints do not provide uniformity of thermophysical parameters on the surface of the electric heater (due to areas of non-adhesive);
- недостаточная эластичность, которая создается при затвердевании клея, что сказывается при креплении на сложные обогреваемые поверхности (с кривизной поверхности).- insufficient elasticity, which is created when the glue hardens, which affects the fastening to complex heated surfaces (with curvature of the surface).
Известен способ изготовления гибкого нагревателя, состоящего, по крайней мере, из двух листов электроизоляции, изготовленных из многослойных электроизоляционных покрытий: из полотна стеклоткани со слоем термопластического полимера, являющегося в нагретом состоянии смачивающим по отношению к материалу полотна стеклоткани, а резистивный элемент нагревателя изготавливают из токопроводящей бумаги и на нем закрепляют металлические электроды (патент РФ 2058674, Н05В 3/36, опубл. 10.04.1998), который заключается в горячем прессовании всех слоев заготовки нагревателя одновременно.A known method of manufacturing a flexible heater, consisting of at least two sheets of electrical insulation made of multilayer electrical insulation coatings: from a fiberglass cloth with a layer of thermoplastic polymer, which in the heated state wets with respect to the material of the fiberglass cloth, and the resistive element of the heater is made of conductive paper and metal electrodes are fixed on it (RF patent 2058674, Н05В 3/36, publ. 10.04.1998), which consists in hot pressing of all layers of the blank wki heater at the same time.
Недостатки описанного способа изготовления гибкого электрообогревателя:The disadvantages of the described method of manufacturing a flexible electric heater:
- выполнение резистивного элемента из токопроводящей бумаги приводит к низкой эффективности разогрева;- the implementation of the resistive element of conductive paper leads to low heating efficiency;
- нагревательный элемент вырезается из токопроводящей бумаги, что ведет к повышению трудоемкости изготовления изделия;- the heating element is cut from conductive paper, which leads to an increase in the complexity of manufacturing the product;
- сложность соединения резистивного элемента из бумаги с металлическими электродами, что ведет к снижению его надежности, что недопустимо для поставленной цели;- the complexity of the connection of the resistive element of paper with metal electrodes, which leads to a decrease in its reliability, which is unacceptable for the intended purpose;
- слабая адгезию соединения полотна стеклоткани со слоем термопластичного полимера, который не пропитывает стеклоткань в объеме;- poor adhesion of the connection of the fiberglass cloth with a layer of thermoplastic polymer that does not impregnate the fiberglass in bulk;
- прессование заготовок на оснастке, не учитывающей рельефа обогреваемых поверхностей, в т.ч. криволинейных поверхностей, что снижает КПД всего устройства в целом.- pressing blanks on a snap that does not take into account the relief of heated surfaces, incl. curved surfaces, which reduces the efficiency of the entire device as a whole.
Известен способ изготовления плоского электронагревательного элемента (патент РФ 2082282, Н05В 3/34, опубл. 20.06.1997), в котором резистивный элемент формируют высечкой на ленте фольги встречно-параллельных поперечных относительно ее продольной оси пазов (зигзагообразная форма). Высечку производят на штампе с заданной шириной высекаемого паза и матрицы.A known method of manufacturing a flat electric heating element (RF patent 2082282, Н05В 3/34, publ. 06/20/1997), in which the resistive element is formed by cutting on the foil tape counter-parallel transverse relative to its longitudinal axis grooves (zigzag shape). Die cutting is carried out on a stamp with a given width of the notched groove and matrix.
К недостаткам данного способа можно отнести:The disadvantages of this method include:
- при изменении эксплуатационных параметров электрообогревателя изменяется форма резистивного элемента, для изготовления которой необходимо изготовить новые штампы;- when the operational parameters of the electric heater change, the shape of the resistive element changes, for the manufacture of which it is necessary to make new dies;
- не обеспечивают высокую плотность укладки резистивного элемента, а следовательно, электрообогреватели имеют небольшую мощность;- do not provide a high packing density of the resistive element, and therefore, electric heaters have low power;
- невозможность изготовления электрообогревателей для сложных криволинейных поверхностей, например сферических;- the inability to manufacture electric heaters for complex curved surfaces, for example spherical;
- усложнение технологического процесса, в котором резистивный элемент даже для плоских электрообогревателей вырубается отдельно от листов электроизоляции, а затем помещается на них.- complication of the technological process in which the resistive element, even for flat electric heaters, is cut down separately from the sheets of electrical insulation, and then placed on them.
- при высечке штампом, как правило, формируется острая кромка, на которой повышается напряженность электрического поля и в результате снижается электрическая прочность электроизоляции.- during die cutting, as a rule, a sharp edge is formed on which the electric field increases and as a result the electric strength of the electrical insulation decreases.
Наиболее близким к техническому решению является патент РФ 2058674.Closest to the technical solution is RF patent 2058674.
Задачей настоящего изобретения является упрощение технологии изготовления, повышение надежности и эксплуатационных возможностей (в том числе с возможностью обогрева объектов различной формы) электрообогревателя с одновременным уменьшением габаритов и уменьшением себестоимости электрообогревателя.The objective of the present invention is to simplify manufacturing technology, increase reliability and operational capabilities (including with the possibility of heating objects of various shapes) of an electric heater with a simultaneous reduction in size and a reduction in the cost of an electric heater.
Указанная задача решается за счет того, что способ изготовления гибкого электрообогревателя включает формирование резистивного элемента, присоединение к нему, по меньшей мере, двух листов электроизоляционного материала, с размещением их с двух сторон от него, и обеспечение токоподвода к резистивному элементу; формирование резистивного элемента проводят присоединением слоя резистивного материала к листу электроизоляции с последующим формированием конфигурации резистивного элемента путем удаления части резистивного материала из заготовки без повреждения листа электроизоляции и материала резистивного элемента и присоединением, по меньшей мере, второго листа электроизоляции, причем упомянутые листы электроизоляции выполняют из гибкого термо-радиационностойкого высокоизоляционного материала, состоящего из одного материала или нескольких разнородных, с малым газовыделением в вакууме.This problem is solved due to the fact that the method of manufacturing a flexible electric heater includes forming a resistive element, attaching to it at least two sheets of insulating material, placing them on both sides of it, and providing a current lead to the resistive element; the formation of the resistive element is carried out by attaching a layer of resistive material to the sheet of electrical insulation followed by the formation of the configuration of the resistive element by removing part of the resistive material from the workpiece without damaging the sheet of electrical insulation and the material of the resistive element and attaching at least a second sheet of electrical insulation, and the above-mentioned sheets of electrical insulation are made of flexible thermo-radiation-resistant highly insulating material, consisting of one material or several their heterogeneous, with low gas evolution in a vacuum.
Суть изобретения поясняется чертежами фиг. 1-3, где на фиг. 1 изображено поперечное сечение заготовки резистивного элемента в одном из вариантов исполнения, включающей в себя лист электроизоляции 1 и слой резистивного материала 2; на фиг. 2 изображена заготовка нескольких электрообогревателей на одном листе электроизоляции; на фиг. 3 приведен готовый электрообогреватель.The invention is illustrated by drawings of FIG. 1-3, where in FIG. 1 shows a cross section of a blank of a resistive element in one embodiment, including an
При этом листы электроизоляционного материала в электрообогревателе выполнены из гибкого термостойкого радиационностойкого высокоэлектроизоляционного материала с малым газовыделением в вакууме и могут состоять из одного материала или нескольких разнородных, например:In this case, sheets of electrical insulation material in an electric heater are made of flexible heat-resistant radiation-resistant high-electrical insulation material with low gas evolution in a vacuum and can consist of one material or several dissimilar ones, for example:
- из одного материала, например - термопластичный полиимид типа ПИ-ПК, полисульфон, термопластичный фторопласт, полиэфирэфиркетон;- from one material, for example - thermoplastic polyimide type PI-PC, polysulfone, thermoplastic fluoroplastic, polyetheretherketone;
- из нескольких разнородных, например - пленка из термореактивного полиимида с термопластичным слоем из фторопласта, или термопластичного полиимида, или полиэфирэфиркетона; стеклопластик или органопластик с термореактивным или термопластичным связующим, например эпоксидным, цианатэфирным или из полиэфирэфиркетона; лист кремнийорганического каучука, чистого или с диэлектрическим наполнителем (тканевым, волокнистым, порошковым).- of several heterogeneous, for example, a film of thermosetting polyimide with a thermoplastic layer of fluoroplastic, or thermoplastic polyimide, or polyetheretherketone; fiberglass or organoplastic with a thermosetting or thermoplastic binder, for example epoxy, cyanate or polyether etherketone; a sheet of silicone rubber, pure or with a dielectric filler (fabric, fibrous, powder).
В случае применения разнородных материалов, как ясно из вышеприведенных примеров, они либо расположены послойно - при наличии нескольких разнородных материалов, либо, если применен один разнородный материал, он выполнен в виде композиционного материала, в котором один материал выполняет функцию наполнителя, а второй - связующего (при этом наполнитель может быть в виде ткани, волокон, порошка). Кроме того, наполнителей может быть несколько - например, в виде ткани и в виде порошка, из одного или разных материалов. При послойном расположении материалы соединены между собой методом сварки, если хотя бы один из них является термопластичным, или соединены путем прессования с одновременной полимеризацией связующего по крайней мере в одном из двух слоев.In the case of using dissimilar materials, as is clear from the above examples, they are either arranged in layers - if there are several dissimilar materials, or if one dissimilar material is used, it is made in the form of a composite material in which one material acts as a filler and the second as a binder (the filler may be in the form of fabric, fibers, powder). In addition, there can be several fillers - for example, in the form of a fabric and in the form of a powder, from one or different materials. In a layered arrangement, the materials are joined together by a welding method, if at least one of them is thermoplastic, or connected by pressing with simultaneous polymerization of the binder in at least one of the two layers.
В зависимости от варианта исполнения, определяемого условиями эксплуатации, электрообогреватель может иметь плоскую или криволинейную форму, содержать два и более листов электроизоляции. При этом необходимость выполнения электрообогревателя в криволинейной или плоской форме, а также количество листов электроизоляции определяется конструкцией электрообогревателя исходя из условий эксплуатации (форма обогреваемой поверхности, электрическая прочность изоляции, питающее напряжение, материал обогреваемой поверхности, диапазон рабочих температур).Depending on the embodiment determined by the operating conditions, the electric heater may have a flat or curved shape, contain two or more sheets of electrical insulation. At the same time, the need to make the electric heater in a curved or flat shape, as well as the number of sheets of electrical insulation, is determined by the design of the electric heater based on operating conditions (shape of the heated surface, electrical insulation strength, supply voltage, material of the heated surface, operating temperature range).
В электрообогревателе, содержащем два листа электроизоляции, резистивный слой присоединяется к первому листу электроизоляции. В варианте исполнения с тремя и более листами электроизоляции резистивный слой присоединяется к третьему (промежуточному) листу, а, по меньшей мере, первый и второй листы электроизоляции присоединяют с двух сторон от него (послойно) после формирования конфигурации резистивного элемента.In an electric heater containing two sheets of electrical insulation, a resistive layer is attached to the first sheet of electrical insulation. In the embodiment with three or more sheets of electrical insulation, the resistive layer is attached to the third (intermediate) sheet, and at least the first and second sheets of electrical insulation are attached on both sides of it (in layers) after the configuration of the resistive element.
Наиболее сложным является выполнение электрообогревателя криволинейной формы, причем последовательность этапов изготовления зависит от выбранной конструкции электрообогревателя, например:The most difficult is the implementation of the electric heater of a curved shape, and the sequence of manufacturing steps depends on the selected design of the electric heater, for example:
а) листу электроизоляции, к которому присоединяется резистивный слой, предварительно придается криволинейная форма путем формовки на соответствующей оснастке. Затем та же форма придается слою резистивного материала, с последующим присоединением слоя резистивного материала 2 к листу электроизоляции 1 (см. пример 3), либо резистивный слой присоединяется нанесением непосредственно на лист электроизоляции в виде покрытия;a) a sheet of electrical insulation, to which a resistive layer is attached, is previously given a curved shape by molding on appropriate equipment. Then the same shape is given to the resistive material layer, followed by attaching the
б) резистивный слой присоединяется к листу электроизоляции в процессе совместного формования на соответствующей оснастке (см. пример 2).b) the resistive layer is attached to the electrical insulation sheet in the process of joint molding on the appropriate equipment (see example 2).
Заготовка резистивного элемента необходимых размеров может быть получена как присоединением фольги к листу электроизоляции, так и нанесением металла или сплава непосредственно на лист электроизоляции в виде покрытия (например, магнетронным распылением в вакууме, электродуговым напылением, гальваническим осаждением и др.). Присоединение слоя резистивного материала 2 в виде фольги может проводиться, например, путем термоконтактной сварки с термопластичным слоем листа электроизоляции 1 или приформовыванием к листу электроизоляции 1, содержащему полимеризующееся связующее, с одновременной его полимеризацией, например, горячим прессованием на термовакуумном прессе.The preparation of the resistive element of the required size can be obtained both by attaching the foil to the electrical insulation sheet, and by applying a metal or alloy directly to the electrical insulation sheet in the form of a coating (for example, magnetron sputtering in vacuum, electric arc spraying, galvanic deposition, etc.). The attachment of the layer of
Выбор металла или сплава для резистивного элемента 2 определяется конструкцией электрообогревателя. Наиболее распространен случай, когда достаточно выбрать резистивный сплав типа нихрома, константана, инконеля, как показано в примерах 1-3. Но в некоторых случаях их применение не обеспечивает достижение требуемого технического результата. Например, при малом напряжении питания и требовании высокой равномерности обогрева поверхности возможно применение металлов или сплавов с малым удельным сопротивлением, таких как медь, алюминий, хромистая бронза, или с промежуточным, таких как платина, никель. В примере 4 приведено устройство обогревателя с алюминиевым резистивным элементом.The choice of metal or alloy for the
За счет выбора сплава с нужным удельным электросопротивлением оптимизируют параметры резистивного элемента при заданном питающем напряжении. Таким образом, выбор металла или сплава для изготовления гибкого электрообогревателя обусловлен устройством (конструкцией) изготавливаемого электрообогревателя, которое, в свою очередь, выбрано в соответствии с условиями эксплуатации.By choosing an alloy with the desired specific electrical resistivity, the parameters of the resistive element are optimized for a given supply voltage. Thus, the choice of metal or alloy for the manufacture of a flexible electric heater is due to the device (design) of the manufactured electric heater, which, in turn, is selected in accordance with the operating conditions.
На фиг. 2 представлены варианты выполнения резистивных элементов 3 (случай с одновременным формированием трех заготовок электрообогревателей разной конфигурации из одной заготовки резистивного элемента).In FIG. 2 shows embodiments of resistive elements 3 (a case with the simultaneous formation of three blanks of electric heaters of different configurations from one blank of a resistive element).
Конфигурация резистивных элементов 3 не ограничивается представленными вариантами и определяется условиями эксплуатации электрообогревателей (рабочей температурой; формой и площадью обогреваемой поверхности, ее теплопроводностью и теплоемкостью, удельной мощностью, питающим напряжением и т.п.).The configuration of
Конфигурацию резистивных элементов 3 формируют путем удаления части резистивного материала 2 из заготовки резистивного элемента любым методом, не повреждающим лист электроизоляции и сам будущий резистивный элемент, например методом литографии, в котором режимы процесса удаления, например химического травления, подбирают так, чтобы получить заданную конфигурацию и геометрическую форму сечения резистивного элемента, однородную по толщине и без дефектов самого материала в резистивном элементе (без заусенцев, утонений, перемычек между соседними линиями и др. дефектов).The configuration of the
Затем, в одном из вариантов исполнения, к листу электроизоляции со сформированным резистивным элементом (к заготовке электрообогревателя) могут быть присоединены токоподводящие провода 5, например, способом пайки или сварки. После чего дополнительно присоединяют один или несколько листов электроизоляции.Then, in one embodiment, to the electrical insulation sheet with the formed resistive element (to the billet of the electric heater) can be connected to the lead wire 5, for example, by soldering or welding. Then additionally attach one or more sheets of electrical insulation.
В другом варианте исполнения, токоподводящие провода присоединяют после изготовления электрообогревателя (пример 2). Для чего в листе или листах электроизоляции с одной стороны электрообогревателя оставляют технологические отверстия, дающие возможность присоединения проводов к контактным площадкам резистивного элемента, с последующей их заделкой электроизоляционным материалом, например, путем заливки компаундом, лаком или присоединением электроизоляционных накладок.In another embodiment, the lead wires are connected after the manufacture of an electric heater (Example 2). For this, technological holes are left in the sheet or sheets of electrical insulation on one side of the electric heater, which make it possible to connect the wires to the contact pads of the resistive element, followed by their sealing with electrical insulation material, for example, by filling with a compound, varnish or by attaching electrical insulation pads.
В процессе эксплуатации электрообогревателя электрический ток проходит по токоподводящим проводам 5 (фиг. 3) и резистивному элементу 3, выделяемое тепло отводится через листы электроизоляции 1 к одной или двум обогреваемым поверхностям (в зависимости от места установки).During operation of the electric heater, an electric current passes through the current-carrying wires 5 (Fig. 3) and the
Для электрообогревателя, содержащего два листа электроизоляции, присоединение второго листа электроизоляции к заготовке электрообогревателя выполняется со стороны резистивного слоя. Для электрообогревателя, содержащего более двух листов электроизоляции, формование электрообогревателя производят с одновременным присоединением листов электроизоляции, располагаемых с двух сторон от третьего (промежуточного) листа с закрепленным на нем резистивным элементом 3. Присоединение листов электроизоляции может проводиться путем формования, например, горячим прессованием на термовакуумном прессе или термоконтактной сваркой.For an electric heater containing two sheets of electrical insulation, the joining of the second sheet of electrical insulation to the workpiece of the electric heater is performed on the side of the resistive layer. For an electric heater containing more than two sheets of electrical insulation, molding of the electric heater is carried out with the addition of sheets of electrical insulation located on both sides of the third (intermediate) sheet with a
Соединение листов электроизоляции, присоединение резистивного слоя электрообогревателя, придание формы (при необходимости) производят при температурно-временных режимах и давлении, соответствующих физико-механическим и теплофизическим характеристикам материалов, составляющих электрообогреватель, выбор самих материалов определен конструкцией, с учетом условий эксплуатации.The connection of the sheets of electrical insulation, the connection of the resistive layer of the electric heater, shaping (if necessary) is carried out at temperature-time regimes and pressure corresponding to the physicomechanical and thermophysical characteristics of the materials constituting the electric heater, the choice of materials themselves is determined by the design, taking into account operating conditions.
Изготовленный по настоящему способу электрообогреватель имеет вид, представленный на фиг. 3. Он включает листы электроизоляции 1 из гибкого термостойкого радиационностойкого высокоизоляционного композиционного материала с расположенным между ними резистивным элементом 3, имеющим контактные площадки 4, к которым присоединены токоподводящие провода 5. Вариант исполнения а) - с верхним листом электроизоляции из менее эластичного (гибкого) материала; вариант исполнения б) - с верхним листом электроизоляции из более эластичного (гибкого) материала и с резистивным элементом, сечение которого выполнено со сглаженными углами.The electric heater made according to the present method has the form shown in FIG. 3. It includes sheets of
Благодаря получению требуемой конфигурации резистивного элемента 2 путем удаления части материала заготовки резистивного элемента любым способом, обеспечивающим требуемую конфигурацию без повреждения резистивного элемента и листа электроизоляции, например лазерной микрообработкой или литографией, повышается надежность резистивного элемента (он остается однородным по структуре и свойствам, не имеет слабых мест в виде перегибов, заусенцев, надрезов), повышается технологичность изготовления (технология удаления хорошо отработана, обеспечивает высокую воспроизводимость и точность рисунка). Кроме того, позволяет получать резистивные элементы любой сложной конфигурации, с высокой точностью рисунка, в том числе одновременно несколько типов резистивных элементов на одной заготовке, что сокращает трудоемкость изготовления электрообогревателей.By obtaining the desired configuration of the
Благодаря выполнению листов электроизоляции 1 из гибкого термостойкого радиационностойкого высокоизоляционного материала с малым газовыделением в вакууме достигается максимальная механическая и электрическая прочность при минимальной массе в экстремальных условиях эксплуатации (благодаря высоким электроизоляционными свойствам листов электроизоляции при их малой толщине и прочности их соединения между собой), обеспечивается возможность установки электрообогревателя на поверхностях различной формы с обеспечением максимального теплового контакта (благодаря гибкости), достигается работоспособность электрообогревателя в жестких условиях космического пространства (благодаря радиационной стойкости и термостойкости), минимизируется загрязнение собственной внешней атмосферы КА продуктами газовыделения материалов электрообогревателя (за счет малого газовыделения материала).Thanks to the implementation of
Придание формы заготовке резистивного элемента отдельно от листа электроизоляции с последующим присоединением их друг к другу или придание формы заготовке резистивного элемента одновременно с листом электроизоляции позволяет изготавливать электрообогреватели сложной формы, устанавливаемые на криволинейные поверхности, в том числе сферические, несмотря на существенное отличие коэффициентов термического расширения материала резистивного элемента и материала электроизоляции.Giving shape to the blank of the resistive element separately from the sheet of electrical insulation and then attaching them to each other or shaping the blank of the resistive element at the same time as the sheet of electrical insulation makes it possible to produce electric heaters of complex shape mounted on curved surfaces, including spherical, despite the significant difference in the coefficients of thermal expansion of the material resistive element and electrical insulation material.
Введение третьего (промежуточного) листа электроизоляции дает возможность изготовления электрообогревателей с минимальными отклонениями от заданной формы, например сферических, без появления дефектов в самом материале резистивного элемента (без напряжений растяжения, сжатия, утонений, микроскладок, гофр, задиров, точечных вмятин и утолщений и др.) и без дефектов в геометрических размерах (разнотолщинности, несоответствия размеров поперечного сечения резистивного элемента заданной условиями эксплуатации конфигурации). Это достигается за счет одновременного присоединения, например, формованием листов электроизоляции с двух сторон резистивного элемента. При этом возникающие при формовании электрообогревателя термические напряжения (из-за усадки листов электроизоляции, различия коэффициентов термического расширения резистивного элемента и электроизоляции) с двух сторон резистивного элемента уравновешивают друг друга.The introduction of a third (intermediate) sheet of electrical insulation makes it possible to manufacture electric heaters with minimal deviations from a given shape, for example spherical, without the appearance of defects in the material of the resistive element (without tensile, compression, thinning, micro folds, corrugations, scoring, dot dents and thickenings, etc. .) and without defects in geometric dimensions (thickness, inconsistencies in the cross-sectional dimensions of the resistive element specified by the operating conditions of the configuration). This is achieved by simultaneously connecting, for example, by forming sheets of electrical insulation on both sides of the resistive element. In this case, the thermal stresses arising during the formation of the electric heater (due to shrinkage of the electrical insulation sheets, differences in the coefficients of thermal expansion of the resistive element and electrical insulation) balance the two sides of the resistive element.
Благодаря формованию электрообогревателя горячим прессованием на термовакуумном прессе исключается межслоевое попадание воздуха в его электроизоляцию и, соответственно, образование мест непроклея, впоследствии приводящих к локальным разогревам электрообогревателя и снижающих его надежность и срок эксплуатации.Due to the hot-formed molding of the electric heater on a thermal vacuum press, interlayer air penetration into its electrical insulation is excluded and, accordingly, the formation of non-adhesive spots, which subsequently lead to local heating of the electric heater and reduce its reliability and service life.
Варианты изготовления электрообогревателей с присоединением проводов до или после формования электрообогревателя дают возможность применения проводов различного сечения - в зависимости от рабочего электрического напряжения (от марки провода, его сечения и изоляции) - тонкие провода могут быть присоединены до формования электрообогревателя, для присоединения более толстых проводов оставляются технологические отверстия в листе электроизоляции, с последующей их заделкой.Variants of manufacturing electric heaters with connecting wires before or after forming the electric heater make it possible to use wires of various cross-sections - depending on the operating voltage (on the type of wire, its cross-section and insulation) - thin wires can be connected before forming the electric heater, for connecting thicker wires left technological holes in the electrical insulation sheet, followed by their termination.
Изготовление электрообогревателей для эксплуатации в разных условиях - в определенных диапазонах температур (более низких и более высоких), при определенных уровнях радиации, производится из разных материалов. Таким образом, затраты на материалы, электроэнергию и оборудование для изготовления электрообогревателей выбираются исходя из условий эксплуатации, что является экономически обоснованным.The manufacture of electric heaters for operation in different conditions - in certain temperature ranges (lower and higher), at certain radiation levels, is made of different materials. Thus, the cost of materials, electricity and equipment for the manufacture of electric heaters are selected based on operating conditions, which is economically feasible.
Пример 1. Конструкция гибкого электрообогревателя выполнена из двух листов электроизоляционного материала из полиимидной термореактивной пленки с термосвариваемым фторопластовым слоем ПМС-С-351 40/50 ТУ 6-19-226-89 и резистивного элемента, выполненного из нихрома в виде «змейки» с шириной проводника 0,42 мм и расстоянием между соседними витками 0,42 мм. При этом форма электрообогревателя и соответственно размещение «змейки» резистивного элемента выбирается в зависимости от формы посадочного места - прямоугольная, кольцевая, круглая и т.п.Example 1. The design of a flexible electric heater is made of two sheets of electrical insulation material from a polyimide thermosetting film with a heat-sealable fluoroplastic layer PMS-S-351 40/50 TU 6-19-226-89 and a resistive element made of nichrome in the form of a "snake" with a width a conductor of 0.42 mm and a distance between adjacent turns of 0.42 mm. In this case, the shape of the electric heater and, accordingly, the placement of the “snake” of the resistive element is selected depending on the shape of the seat — rectangular, circular, round, etc.
Способ изготовления данного электрообогревателя состоит из следующих последовательных операций:A method of manufacturing this electric heater consists of the following sequential operations:
1) заготовка резистивного элемента выполняется присоединением фольги из нихрома к полиимидной термореактивной пленке с термосвариваемым фторопластовым слоем ПМС-С-351 40/50 ТУ 6-19-226-89 путем горячего прессования;1) the blank of the resistive element is carried out by attaching a foil of nichrome to a polyimide thermosetting film with a heat-sealable fluoroplastic layer PMS-S-351 40/50 TU 6-19-226-89 by hot pressing;
2) формирование конфигурации резистивного элемента методом литографии;2) the formation of the configuration of the resistive element by lithography;
3) присоединение токопроводящих проводов с помощью сварки;3) the connection of conductive wires by welding;
4) формование электрообогревателя происходит: путем присоединения второго листа электроизоляции из полиимидной термореактивной пленки с термосвариваемым фторопластовым слоем ПМС-С-351 40/50 ТУ 6-19-226-89 путем горячего прессования.4) the formation of an electric heater occurs: by attaching a second sheet of electrical insulation from a polyimide thermosetting film with a heat-sealable fluoroplastic layer PMS-S-351 40/50 TU 6-19-226-89 by hot pressing.
Пример 2. Конструкция гибкого электрообогревателя состоит из трех листов электроизоляционного материала (два из стеклоткани теплостойкой прокладочной СТП-4 ТУ 2296-006-11436290-02, один - стеклоткани Э1-30П ГОСТ 19907-83) и резистивного элемента, выполненного из константановой фольги 12 мкм с шириной дорожки 1,2 мм, расстояние между дорожками 1,2 мм и имеет криволинейную форму (вырезка из сферы диаметром 1,2 м размером 30×150 мм).Example 2. The design of a flexible electric heater consists of three sheets of insulating material (two of fiberglass heat-resistant cushioning STP-4 TU 2296-006-11436290-02, one - fiberglass E1-30P GOST 19907-83) and a resistive element made of constantan foil 12 μm with a track width of 1.2 mm, the distance between the tracks is 1.2 mm and has a curved shape (cut from a sphere with a diameter of 1.2 m, size 30 × 150 mm).
Способ изготовления данного электрообогревателя состоит из следующих последовательных операций:A method of manufacturing this electric heater consists of the following sequential operations:
1) заготовка резистивного элемента выполняется присоединением фольги из константана к первому листу электроизоляции из стеклоткани теплостойкой прокладочной СТП-4 ТУ 2296-006-11436290-02 одновременно с приданием сложной формы резистивному материалу совместно с первым листом электроизоляции на оснастке размером 35×160 мм, имеющей вид вырезки из сферы диаметром 1,2 м, путем горячего прессования;1) the blank of the resistive element is carried out by attaching the constantan foil to the first sheet of electrical insulation from fiberglass heat-resistant cushioning STP-4 TU 2296-006-11436290-02 at the same time giving the complex shape to the resistive material together with the first sheet of electrical insulation on a snap size 35 × 160 mm, having view of the cut from a sphere with a diameter of 1.2 m, by hot pressing;
2) формирование конфигурации резистивного элемента методом литографии;2) the formation of the configuration of the resistive element by lithography;
3) формование электрообогревателя происходит путем одновременного присоединения второго листа электроизоляции из стеклоткани теплостойкой прокладочной СТП-4 ТУ 2296-006-11436290-02 со стороны резистивного слоя и третьего - из стеклоткани Э1-30П ГОСТ 19907-83 со стороны второго листа путем горячего прессования на вышеуказанной оснастке;3) the electric heater is formed by simultaneously attaching a second sheet of electrical insulation from fiberglass to heat-resistant cushioning STP-4 TU 2296-006-11436290-02 from the side of the resistive layer and a third from fiberglass E1-30P GOST 19907-83 from the side of the second sheet by hot pressing on the above snap;
4) присоединение токопроводящих проводов через технологические отверстия с помощью пайки;4) the connection of conductive wires through the technological holes using soldering;
5) заделка технологических отверстий после присоединения токопроводящих проводов.5) termination of technological holes after connecting conductive wires.
Пример 3. Конструкция гибкого электрообогревателя состоит из двух листов электроизоляционного материала - полиэфирэфиркетона APTIV 2100 и резистивного элемента, выполненного из константана в виде четверной «змейки» с шириной проводника 1,7 мм, и расстоянием между проводниками 1,7 мм и имеет криволинейную форму (выполняется в виде декоративного элемента сложной формы - барельефа).Example 3. The design of a flexible electric heater consists of two sheets of electrical insulating material - APTIV 2100 polyetheretherketone and a resistive element made of constantan in the form of a quadruple "snake" with a conductor width of 1.7 mm and a distance between conductors of 1.7 mm and has a curved shape ( performed in the form of a decorative element of complex shape - bas-relief).
Способ изготовления данного электрообогревателя состоит из следующих последовательных операций:A method of manufacturing this electric heater consists of the following sequential operations:
1) придание сложной формы резистивному материалу из константана отдельно от листа электроизоляции на металлической оснастке, имеющей форму барельефа;1) giving a complex shape to the resistive material from constantan separately from the sheet of electrical insulation on metal equipment having the form of a bas-relief;
2) изготовление заготовки резистивного элемента выполняется присоединением фольги из константана со сложной формой к первому листу электроизоляции - пленочному полиэфирэфиркетону APTIV 2100 путем горячего прессования полиэфирэфиркетона APTIV 2100 на соответствующей оснастке;2) the blank of the resistive element is made by attaching a constantan foil with an irregular shape to the first sheet of electrical insulation - APTIV 2100 film polyetheretherketone by hot pressing of APTIV 2100 polyetheretherketone on the appropriate equipment;
3) формирование конфигурации резистивного элемента методом лазерной микрообработки;3) the formation of the configuration of the resistive element by laser microprocessing;
4) присоединение токопроводящих проводов с помощью пайки припоем;4) the connection of conductive wires by soldering with solder;
5) формование электрообогревателя происходит путем присоединения второго листа электроизоляции из пленочного полиэфирэфиркетона APTIV 2100 путем горячего прессования на соответствующей оснастке.5) the electric heater is formed by attaching a second sheet of electrical insulation from APTIV 2100 film polyetheretherketone by hot pressing on the appropriate equipment.
Пример 4. Конструкция гибкого электрообогревателя состоит из двух листов электроизоляционного материала, один из которых состоит из полиимида, другой - из полиимидной термореактивной пленки ПМ-1ЭУ ТУ 6-05-2015-86 с термосвариваемым слоем полиимида клеевого ПИ-ПК ТУ 6-05-211-1449-87 и резистивного элемента, выполненного из напыленного алюминия, толщиной напыления 2 мкм, ширина дорожки составит 0,5 мм (при коэффициенте заполнения 0,55). Исходя из формы обогреваемой поверхности конфигурацию резистивного элемента выбираем в виде спирали.Example 4. The design of a flexible electric heater consists of two sheets of electrical insulation material, one of which consists of polyimide, the other of a polyimide thermosetting film PM-1EU TU 6-05-2015-86 with a heat-sealable layer of polyimide adhesive PI-PK TU 6-05- 211-1449-87 and a resistive element made of sprayed aluminum, a thickness of 2 microns, a track width of 0.5 mm (with a fill factor of 0.55). Based on the shape of the heated surface, the configuration of the resistive element is chosen in the form of a spiral.
Способ изготовления данного электрообогревателя состоит из следующих последовательных операций:A method of manufacturing this electric heater consists of the following sequential operations:
1) заготовка резистивного элемента выполняется в виде покрытия из алюминия путем нанесения вакуумным напылением на поверхность первого листа электроизоляции из полиимидной термореактивной пленки ПМ-1ЭУ ТУ 6-05-2015-86;1) the blank of the resistive element is made in the form of a coating of aluminum by vacuum deposition on the surface of the first sheet of electrical insulation from a polyimide thermosetting film PM-1EU TU 6-05-2015-86;
2) формирование конфигурации резистивного элемента лазерной микрообработки;2) the configuration of the resistive element of the laser microprocessing;
3) присоединение токопроводящих проводов с помощью электропроводного клея;3) the connection of conductive wires using conductive glue;
4) формование электрообогревателя происходит путем присоединения второго листа электроизоляции полиимидной термореактивной пленки ПМ-1ЭУ ТУ 6-05-2015-86 с термосвариваемым слоем из полиимида клеевого ПИ-ПК ТУ 6-05-211-1449-87 путем термоконтактной сварки.4) molding of the electric heater occurs by attaching a second sheet of electrical insulation of the polyimide thermosetting film PM-1EU TU 6-05-2015-86 with a heat-sealable layer of polyimide glue PI-PK TU 6-05-211-1449-87 by thermal contact welding.
На предприятии разработаны и изготовлены опытные образцы электрообогревателей. Проведенные испытания показали: высокую однородность температуры по площади электрообогревателя, высокую электрическую прочность электроизоляции, возможность монтажа на криволинейные поверхности, низкое газовыделение в вакууме, хорошую воспроизводимость свойств и технологичность изготовления, высокую стойкость к факторам хранения (воздействие переменных температур и влажности) и эксплуатации (циклическое изменение температуры в вакууме (от минус 150 до 150°С), ионизирующее излучение поглощенной дозой до 6·106 Гр).The enterprise has developed and manufactured prototypes of electric heaters. The tests showed: high temperature uniformity over the area of the electric heater, high electrical strength of electrical insulation, the possibility of mounting on curved surfaces, low gas evolution in vacuum, good reproducibility of properties and manufacturability, high resistance to storage factors (exposure to variable temperatures and humidity) and operation (cyclic temperature change in vacuum (from minus 150 to 150 ° C), ionizing radiation absorbed dose up to 6 · 10 6 Gy).
Из известных авторам патентно-информационных источников не известна совокупность признаков, сходных с признаками заявляемого объекта.From known to the authors of patent information sources, the totality of features similar to those of the claimed subject matter is not known.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014130765/02A RU2597836C2 (en) | 2014-07-24 | 2014-07-24 | Method of producing flexible electric heater |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014130765/02A RU2597836C2 (en) | 2014-07-24 | 2014-07-24 | Method of producing flexible electric heater |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014130765A RU2014130765A (en) | 2016-02-20 |
RU2597836C2 true RU2597836C2 (en) | 2016-09-20 |
Family
ID=55313334
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014130765/02A RU2597836C2 (en) | 2014-07-24 | 2014-07-24 | Method of producing flexible electric heater |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2597836C2 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU180942U1 (en) * | 2018-03-06 | 2018-07-02 | Общество с ограниченной ответственностью "ФИРМА "МСК" | Composite Flexible Electric Heater |
WO2019168430A1 (en) * | 2018-03-01 | 2019-09-06 | Вячеслав Михайлович ТИХОНОВ | Electric heater for a camping gas cylinder |
RU2737666C1 (en) * | 2020-03-26 | 2020-12-02 | Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва" | Flexible-flat electric heater |
RU2762623C1 (en) * | 2021-06-15 | 2021-12-21 | Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф.Решетнёва» | Radiation flexible-flat electric heater |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1730740A1 (en) * | 1989-12-27 | 1992-04-30 | Государственный Всесоюзный Проектный И Научно-Исследовательский Институт Неметаллорудной Промышленности "Гипронинеметаллоруд" | Method of manufacturing flat electric heater |
RU2088047C1 (en) * | 1995-06-14 | 1997-08-20 | Уральский филиал Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства | Film electric heater |
US20090321415A1 (en) * | 2008-06-25 | 2009-12-31 | Honeywell International Inc. | Flexible heater comprising a temperature sensor at least partially embedded within |
RU106821U1 (en) * | 2011-03-14 | 2011-07-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (ОАО "НИИЭМ") | ELECTRIC HEATER |
US20120138595A1 (en) * | 2010-12-02 | 2012-06-07 | Ube Industries, Ltd. | Flexible heater and method for manufacturing same |
RU136944U1 (en) * | 2013-05-23 | 2014-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" | FLEXIBLE FOIL ELECTRIC HEATER |
-
2014
- 2014-07-24 RU RU2014130765/02A patent/RU2597836C2/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1730740A1 (en) * | 1989-12-27 | 1992-04-30 | Государственный Всесоюзный Проектный И Научно-Исследовательский Институт Неметаллорудной Промышленности "Гипронинеметаллоруд" | Method of manufacturing flat electric heater |
RU2088047C1 (en) * | 1995-06-14 | 1997-08-20 | Уральский филиал Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства | Film electric heater |
US20090321415A1 (en) * | 2008-06-25 | 2009-12-31 | Honeywell International Inc. | Flexible heater comprising a temperature sensor at least partially embedded within |
US20120138595A1 (en) * | 2010-12-02 | 2012-06-07 | Ube Industries, Ltd. | Flexible heater and method for manufacturing same |
RU106821U1 (en) * | 2011-03-14 | 2011-07-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (ОАО "НИИЭМ") | ELECTRIC HEATER |
RU136944U1 (en) * | 2013-05-23 | 2014-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" | FLEXIBLE FOIL ELECTRIC HEATER |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019168430A1 (en) * | 2018-03-01 | 2019-09-06 | Вячеслав Михайлович ТИХОНОВ | Electric heater for a camping gas cylinder |
RU180942U1 (en) * | 2018-03-06 | 2018-07-02 | Общество с ограниченной ответственностью "ФИРМА "МСК" | Composite Flexible Electric Heater |
RU2737666C1 (en) * | 2020-03-26 | 2020-12-02 | Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва" | Flexible-flat electric heater |
RU2762623C1 (en) * | 2021-06-15 | 2021-12-21 | Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф.Решетнёва» | Radiation flexible-flat electric heater |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014130765A (en) | 2016-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2597836C2 (en) | Method of producing flexible electric heater | |
JP6185983B2 (en) | ELECTRIC HEATING DEVICE AND COMPONENT AND METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRIC HEATING DEVICE AND COMPONENT ELEMENT | |
JP2007115702A (en) | Heating element, its manufacturing method and utilization | |
JP2018511909A5 (en) | Laminates and assemblies for flexible heaters, flexible heaters, and methods of making | |
CN1141616A (en) | Variable power density heating using stranded resistance wire | |
US8143529B2 (en) | Laminated multi-layer circuit board | |
CN102956318A (en) | Electric cable resistant to partial discharges | |
WO2009145133A1 (en) | Resistor | |
CN101796596A (en) | Reduced cycle time manufacturing processes for thick film resistive devices | |
RU2613497C2 (en) | Flexible electric heater | |
KR20110088934A (en) | Low electromagnetic wave planar heating element and manufacturing method of the same | |
US9691964B2 (en) | Piezoelectric element unit and driving device | |
CN101796595A (en) | Thick film layered resistive device employing a dielectric tape | |
DE20319024U1 (en) | Flat heating element made up of multiple layers for converting electric energy into heat energy formed by screen printing | |
US11032942B2 (en) | Structure for a heat transfer interface and method of manufacturing the same | |
CN100466885C (en) | Multilayer circuit board forming method and multilayer circuit board | |
JP5461244B2 (en) | Piping heating equipment | |
CN111465999B (en) | Method for manufacturing resistor | |
CN105762270B (en) | Thermoelectric generator and method of assembling thermoelectric generator | |
TWI546994B (en) | Method for manufacturing thermoelectric conversion device | |
RU2379857C1 (en) | Thin-film flexible electric heater | |
RU106821U1 (en) | ELECTRIC HEATER | |
WO2020031144A1 (en) | Electrically conductive adhesive film and producing method thereof | |
AT7326U1 (en) | METHOD FOR PRODUCING A FLAT HEATING ELEMENT AND PRODUCED FLOOR HEATING ELEMENT THEREOF | |
KR102372656B1 (en) | Plate heating element with high connection reliability and manufacturing method thereof |