Радиационный гибко-плоский электронагреватель

Изобретение относится к области космического машиностроения и может быть использовано при изготовлении гибких, плоских, гибко-плоских электронагревателей (ЭН), поддерживающих в работоспособном состоянии радиоэлектронную аппаратуру и узлы космического аппарата (КА) при воздействии низких температур космического пространства. В гибко-плоском ЭН, содержащем резистивный элемент, расположенный между двумя листами электроизоляционного материала и снабженный токоподводящими проводами, на сторону ЭН, направленную к нагреваемому объекту (на дополнительный лист ЭН), наносится дополнительный слой оптического материала, имеющего увеличенный коэффициент черноты, который усиливает радиационное (инфракрасное) излучение ЭН в направлении нижней полусферы. Техническим результатом является создание ЭН с увеличенным КПД для условий штатной работы в составе КА негерметичного конструктивного исполнения. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области космического машиностроения и может быть использовано при изготовлении гибких, плоских, гибко-плоских электронагревателей (ЭН), поддерживающих в работоспособном состоянии (в заданном диапазоне эксплуатационных температур) радиоэлектронную аппаратуру и узлы космического аппарата (КА) при воздействии низких температур космического пространства посредством подогрева радиоэлектронной аппаратуры (узлов), то есть нагреваемых объектов (НО) до значений эксплуатационных температур включением ЭН в течение заданного времени.

Изобретение направлено на увеличение эффективности работы ЭН, повышение коэффициента полезного действия (КПД) и совершенствование конструкции ЭН при эксплуатации в условиях вакуума в составе космических аппаратов негерметичного исполнения.

Изобретение может быть использовано в других областях техники, где изготавливают и применяют ЭН с заданными геометрическими свойствами (размерами), прочностными характеристиками (гибкость, стойкость к механическим и радиационным воздействиям), нормируемой тепловой отдачей, с увеличением теплового потока в одном направлении, увеличенным КПД.

В настоящее время известен гибкий электрообогреватель, патент RU C2 2613497, принятый за прототип заявленного изобретения. Устройство содержит резистивный элемент, расположенный между двумя листами электроизоляционного материала и снабжено токоподводящими проводами, дополнительным листом электроизоляционного материала, расположенным между двумя указанными листами, при этом резистивный элемент выполнен из металла или сплава и без перегибов закреплен на дополнительном листе, причем листы электроизоляционного материала состоят из одного или нескольких разнородных гибких термостойких радиационностойких высокоэлектроизоляционных материалов с малым газовыделением в вакууме и имеют плоскую или криволинейную форму.

Из теории теплообмена известно три способа передачи тепловой энергии к нагреваемому объекту: кондуктивный, конвективный и излучением. В КА нагреваемыми объектами являются узлы космического аппарата, радиоэлектронная аппаратура и прочее, расположенные на панелях КА в условиях открытого космоса (космического вакуума). В вакууме передача тепла конвекцией ничтожна. В связи с этим в космическом аппарате негерметичного конструктивного исполнения теплообмен между ЭН и НО возможен двумя способами: кондуктивным - между поверхностью ЭН и поверхностью НО, и излучением с поверхности ЭН (т.е. во все стороны по отношению к поверхности электронагревателя: в направлении верхней полусферы, в направлении нижней полусферы). Тепловой поток ЭН излучением в направлении нижней полусферы используется для нагрева узла КА и, чем он больше, тем выше эффективность работы ЭН. Тепловой поток излучением ЭН во все стороны (в направлении верхней и нижней полусферы определяется формулой Стефана-Больцмана

QT = εσ0T4, (1)

Тепловой поток ЭН излучением в направлении нижней полусферы определяется формулой

QT = εσ0T4/2, (2)

где QT - тепловой поток излучения тела нагретого до температуры Т, Вт/м2;

ε - степень черноты ЭН (материала ЭН);

σ0 - коэффициент излучения абсолютно черного тела (коэффициент Стефана-Больцмана) 5,6686 × 10-8 Вт/м2 × град4;

Т - температура нагрева тела, К.

Степень черноты ЭН зависит от оптических характеристик материала ЭН, и является параметром, напрямую влияющим на эффективность работы ЭН, его КПД. Степень черноты материала ЭН находится в пределах 0,6 - 0,85. Таким образом, в известной конструкции электрообогревателя по патенту RU 2613497 при применении в космическом аппарате негерметичного исполнения имеется существенный недостаток в виде относительно низкого радиационного теплового обмена в направлении нижней полусферы (в направлении НО), обусловленного недостаточными оптическими характеристиками материала ЭН, отсутствием специального оптического покрытия, усиливающего излучение в направлении нижней полусферы, при этом часть теплового потока ЭН в направлении нижней полусферы и тепловой поток ЭН в направлении верхней полусферы не используется для нагрева НО, что приводит к снижению КПД ЭН.

Для заявленного устройства выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: радиационный гибко-плоский электронагреватель, содержащий резистивный элемент, расположенный между двумя листами электроизоляционного материала и снабженный токоподводящими проводами, а также дополнительным листом электроизоляционного материала, расположенного между двумя указанными листами, с резистивным элементом, выполненным из металла или сплава и без перегибов, который закреплен на дополнительном листе, причем листы электроизоляционного материала состоят из одного или нескольких разнородных гибких термостойких радиационностойких высокоэлектроизоляционных материалов с малым газовыделением в вакууме и имеющих плоскую или криволинейную форму.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является совершенствование конструкции ЭН, увеличение эффективности работы и КПД ЭН для условий штатной работы в составе КА негерметичного конструктивного исполнения (в условиях открытого космоса, в вакууме).

Проблема решается за счет того, что в гибко-плоском ЭН, содержащем резистивный элемент, расположенный между двумя листами электроизоляционного материала и снабженным токоподводящими проводами, на сторону ЭН, направленную к нагреваемому объекту (на дополнительный лист основания ЭН) наносится слой оптического материала, имеющего увеличенный коэффициент черноты, который усиливает радиационное (инфракрасное) излучение ЭН в направлении нижней полусферы, в сторону НО. Дополнительный слой оптического материала с увеличенным коэффициентом черноты, нанесенного на основание ЭН меняет распределение инфракрасного излучения ЭН между нижней полусферой и верхней полусферой в сторону нижней полусферы, способствует увеличению излучения в сторону НО, и увеличивает КПД ЭН. В качестве оптического материала можно использовать, например, краску (черную), полимерные материалы (черного цвета), полимерные пленки со слоями термореактивного и/или термопластичного полимеров, с коэффициентом черноты более 0,6 - 0,85. В КА (в зависимости от конструктивного исполнения) используется от нескольких десятков до нескольких сотен ЭН, что составляет величину в несколько десятков процентов от общего количества потребляемой электроэнергии в системе электропитания (СЭП), увеличение КПД одного электронагревателя ведет к значимому сокращению электроэнергии, потребляемой от СЭП КА всех ЭН, что позволит уменьшить мощность системы СЭП, используемую на нагрев КА, то есть массу СЭП, или увеличить полезную нагрузку КА.

Суть изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен радиационный ЭН, содержащий резистивный слой 1, расположенный между двумя листами электроизоляционного материала 2, снабженный токоподводящими проводами 3, дополнительным листом электроизоляционного материала 4. На дополнительный лист электроизоляционного материала 4 на сторону ЭН, направленную к НО наносят слой оптического материала 5 с увеличенным коэффициентом черноты, способствующий увеличению радиационного (инфракрасного) излучения ЭН в сторону нижней полусферы.

В вакууме теплообмен между ЭН и НО возможен двумя способами: кондуктивным - между поверхностью ЭН и поверхностью НО, и излучением с поверхности ЭН, то есть во все стороны по отношению к поверхности ЭН: в направлении верхней полусферы, в направлении нижней полусферы. Тепловой поток ЭН излучением в направлении нижней полусферы используется для нагрева узла КА и, чем он больше, тем выше эффективность работы ЭН. Тепловой поток ЭН излучением во все стороны (в направлении верхней и нижней полусферы определяется формулой Стефана-Больцмана (1), а тепловой поток ЭН излучением в направлении верхней полусферы определяется формулой (2).

Степень черноты ε для существующих материалов ЭН находится в пределах ε=0,6-0,85. При применении специальных оптических покрытий со степенью черноты ε1>0,6-0,85 (показатели ε1 могут достигать 0,99) радиационный тепловой обмен увеличивается. Тепловой поток ЭН излучением в направлении нижней полусферы определяется формулой:

QT = ε1σ0T4/2. (3)

Разница коэффициентов черноты (степеней черноты) Δ = ε1-ε составит от 0,14 до 0,39, пересчет КПД ЭН с учетом формул 1 и 2 обеспечит увеличение КПД на несколько процентов в зависимости от температуры резестивного слоя ЭН.

Таким образом, технический результат достигается за счет введения в конструкцию ЭН дополнительного оптического слоя, усиливающего радиационное (инфракрасное) излучение в нижнюю полусферу (в сторону НО), перераспределяющего излучение ЭН между нижней полусферой и верхней полусферой в сторону нижней полусферы, что позволяет повысить эффективность работы, КПД ЭН в условиях космоса (в космических аппаратах негерметичного исполнения). В качестве оптического материала можно использовать материалы с коэффициентом черноты более 0,6 - 0,85, например, краску (например, эмаль черную ЭП-140), полимерные материалы (например, полиимид), полимерные пленки со слоями термореактивного и/или термопластичного полимеров, гибкая стеклоткань без пропитки или гибкая стеклоткань, пропитанная олигомерным материалом, содержащим эпоксидные группы, отвержденная до стадии В.

Принципиально новым в конструкции ЭН является применение дополнительного слоя оптического материала, усиливающего радиационное (инфракрасное) излучение в нижнюю полусферу.

1. Радиационный гибко-плоский электронагреватель, содержащий резистивный элемент, расположенный между двумя листами электроизоляционного материала и снабженный токоподводящими проводами, а также дополнительным листом электроизоляционного материала, расположенного между двумя указанными листами, с резистивным элементом, выполненным из металла или сплава и без перегибов, который закреплен на дополнительном листе, причем листы электроизоляционного материала состоят из одного или нескольких разнородных гибких термостойких радиационностойких высокоэлектроизоляционных материалов с малым газовыделением в вакууме и имеющих плоскую или криволинейную форму, отличающийся тем, что на дополнительный лист, на сторону электронагревателя, направленную к нагреваемому объекту, нанесён оптического материала, имеющего коэффициент черноты более 0.6, усиливающего радиационное излучение электронагревателя в направлении нижней полусферы, в направлении нагреваемого объекта.

2. Радиационный гибко-плоский электронагреватель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оптического материала используется краска.

3. Радиационный гибко-плоский электронагреватель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оптического материала используется композиционная полимерная пленка со слоями из термореактивного и/или термопластичного полимеров.

4. Радиационный гибко-плоский электронагреватель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оптического материала используется полимерный материал.

5. Радиационный гибко-плоский электронагреватель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оптического материала используется гибкая стеклоткань без пропитки или гибкая стеклоткань, пропитанная олигомерным материалом, содержащим эпоксидные группы, отвержденная до стадии В.



 

Похожие патенты:

Способ изготовления греющей сетки и устройство для его осуществления, при котором разматывают сетку основы из стекловолокна с бабины, наносят по всей площади сетки при помощи горизонтальной распылительной установки односторонний укрепляющий слой на водной основе, наносят на сетку при помощи горизонтальной распылительной установки односторонний электропроводящий слой на основе полиуретановой водной дисперсии, осуществляют накатку сетчатого электрода с клеевым слоем на края сетки, а также двухстороннюю накатку на сетчатый электрод бутиловых лент, наносят по всей площади сетки при помощи горизонтальной распылительной установки односторонний электроизоляционный слой на водной основе, собирают распыляемый материал, незакрепившийся на сетке, под сеткой в ванну-бункер, наносят по всей площади сетки при помощи распылительной установки двухсторонний защитный слой на основе полимочевинной композиции.

Изобретение относится к резистивным нагревательным устройствам. Техническим результатом является одновременное обеспечение высокой надежности при использовании и применение высоких рабочих температур нагрева.

Сетчатый нагревательный прибор, включающий сетку из стекловолокна, односторонний укрепляющий слой , односторонний электропроводящий слой , ленточные сетчатые электроды или электроды с токопроводящим адгезивным слоем, установленные вдоль кромки сетки, первую бутиловую ленту, вторую бутиловую ленту, односторонний электроизоляционный слой, двухсторонний защитный слой.

Изобретение относится к технологии изготовления гибких электрических нагревателей, которые могут использоваться в системах обеспечения теплового режима широкого класса изделий в широком диапазоне температур, в том числе, в приборостроении для транспорта и приборов авиационных и космических аппаратов. Предлагаемый способ включает сборку гибкого основания и слоя резистивной фольги, ступенчатое прессование собранного основания с вариациями давления на разных ступенях нагрева и последующее охлаждение, создание рисунка резистивного слоя методом фотолитографии, вытравливание рисунка токопроводящего слоя.

Изобретение относиться к области водолазной техники, а именно к средствам тепловой защиты водолаза и предназначено для использования в составе водолазного снаряжения для обеспечения теплового комфорта водолаза при выполнении водолазных работ в условиях низких температур окружающей среды. Костюм электрообогрева водолаза включает в себя трикотажные фуфайку и кальсоны с закрепленными на их внутренней поверхности лавсановыми нагревательными проводами, блок управления обогревом, аккумуляторные батареи, электрические разъемы и коммутационный разъем для подключения кабеля питания от внешнего источника тока.
Изобретение относится к области космического и транспортного машиностроения и может быть использовано при изготовлении гибких, плоских, гибко-плоских электронагревателей. Применяют способ изготовления гибко-плоского электронагревателя, включающий сборку основания, состоящего из слоев гибкой стеклоткани и проводящего слоя из фольги; первое прессование; формирование на проводящем слое рисунка резистивного слоя; вытравливание рисунка проводящего слоя; пайку гибких токовыводов; второе прессование с последующим охлаждением; проведение электрических испытаний, в котором для формирования рисунка резистивного слоя применяют метод прямого экспонирования фоторезистивного слоя без использования фотошаблона.

Настоящее изобретение в общем относится к нагревательному устройству и, более конкретно, к нагревательному модулю для нагревания области пола и к способу производства такого нагревательного модуля. Нагревательный модуль для нагрева области пола содержит первый проводящий слой; второй проводящий слой, расположенный напротив первого проводящего слоя; нагревательный модуль дополнительно содержит промежуточный изолирующий слой, расположенный между первым и вторым проводящими слоями, при этом промежуточный изолирующий слой содержит: канал на поверхности промежуточного изолирующего слоя, расположенной рядом со вторым проводящим слоем; нагревательный кабель, заключенный в канале, и проводящий заполняющий материал, заполняющий канал и покрывающий нагревательный кабель; проводящее адгезивное покрытие между вторым проводящим слоем и поверхностью промежуточного изолирующего слоя, и уплотняющий слой, покрывающий кромки первого проводящего слоя, промежуточного изолирующего слоя и второго проводящего слоя.

Изобретение относится к низкотемпературным электронагревательным устройствам, а именно к устройствам резистивного нагрева, которые могут быть использованы для обогрева помещений бытового, промышленного и общественного назначения, а также для защиты этих помещений от поступления холодных потоков воздуха.
Изобретение относится к областям электротермии и космического машиностроения и может быть использовано при изготовления гибких, плоских, гибко-плоских электронагревателей, поддерживающих в работоспособном состоянии радиоэлектронную аппаратуру космического аппарата при воздействии условий космического пространства.

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к мобильному обогревательному устройству для персонального электрического обогрева. Заявляемое обогревательное устройство предполагает размещение его на любой поверхности для комфортного сидения на нем в различных местах обитания человека.

Изобретение относится к области космического машиностроения и может быть использовано при изготовлении гибких, плоских, гибко-плоских электронагревателей, поддерживающих в работоспособном состоянии радиоэлектронную аппаратуру и узлы космического аппарата при воздействии низких температур космического пространства. В гибко-плоском ЭН, содержащем резистивный элемент, расположенный между двумя листами электроизоляционного материала и снабженный токоподводящими проводами, на сторону ЭН, направленную к нагреваемому объекту, наносится дополнительный слой оптического материала, имеющего увеличенный коэффициент черноты, который усиливает радиационное излучение ЭН в направлении нижней полусферы. Техническим результатом является создание ЭН с увеличенным КПД для условий штатной работы в составе КА негерметичного конструктивного исполнения. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх