АКТИВНЫЙ ГИБКО-ПЛОСКИЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 2022 года по МПК H05B3/36 

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 КА, т.е. нагреваемых объектов (НО) до значений эксплуатационных температур путем подачи питания на ЭН в течение заданного времени. Изобретение направлено на получение возможности использования тепловой мощности рассеяния электрорадиоизделий (ЭРИ), осуществляющих подачу питания на ЭН в полезных целях - на нагрев НО, за счет совмещения в одном устройстве функций нагрева и коммутации питания резистивного слоя ЭН, что позволяет превратить пассивный ЭН в активное исполнительное устройство системы терморегулирования (СТР), увеличить эффективность СТР КА. 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 увеличенной эффективностью использования мощности питания.

В настоящее время известен тонкопленочный гибкий ЭН (патент RU 2379857 С1), 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 покрытием.

Известен тонкопленочный гибкий ЭН (патент RU 2554097 C2), содержащий резистивный элемент, расположенный между двумя склеиваемыми между собой гибкими термостойкими электроизоляционными пленками и снабженный токоотводящими проводами, в котором резистивный элемент выполнен в виде многослойного ионно-плазменного металлического покрытия, нанесенного на внутреннюю поверхность одной из склеиваемых пленок.

Известен гибкий электрообогреватель (ЭО) (патент RU 2613497 C2), принятый за прототип, содержащий резистивный элемент, расположенный между двумя листами электроизоляционного материала, снабженный токоподводящими проводами, и 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.

К недостаткам указанных выше ЭН, ЭО следует отнести необходимость в совместной работе с устройством управления нагревателями (УУН), выполняющих подачу питания на резистивный слой ЭН, ЭО в соответствии с заданной программой, рассчитанной по времени и длительности включения. Коммутация питания ЭН, ЭО в УУН, осуществляется посредством активного исполнительного устройства ЭРИ-ключа, выполненным например, на основе транзистора (транзисторов), тиристора (тиристоров) и др., выполняющих коммутацию напряжения питания на резестивный слой. При подключении ЭН, ЭО к шинам питания КА, токи питания могут достигать десятков ампер, часть мощности неизбежно рассеивается ЭРИ, что требует охлаждения этих ЭРИ, например, с помощью радиаторов, специальных теплоотводящих оснований и др. Применение радиаторов, оснований утяжеляет конструкцию УУН, рассеиваемая ЭРИ мощность требует отведения этой мощности от зоны установки ЭРИ для исключения перегрева и не используется на нагрев НО, что отрицательно сказывается на бюджете мощности потребления КА, бюджете тепловыделения КА, бюджете масс КА, при этом эффективность работы СТР КА снижается. Таким образом, известные конструкции ЭН, ЭО, представленные в описании патентов RU 2379857 С1, RU 2554097 C2, RU 2613497 C2, при использовании в составе СТР КА имеют существенные недостатки в виде расходования части бюджета мощности системы электропитания, бюджета тепловыделения на рассеяние тепла ЭРИ-ключами УУН, не используемых на нагрев НО, расходования части бюджета масс на обеспечение тепловых режимов ЭРИ-ключей УУН, и приводящего к снижению эффективности СТР в целом.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является реализация возможности использования тепловой мощности рассеяния ЭРИ-ключа ЭН в полезных целях на нагрев НО путем размещения управляющего активного элемента ЭРИ-ключа внутри (на поверхности) ЭН, увеличение надежности БУН, совершенствование конструкции ЭН при работе в составе СТР КА, увеличение эффективности СТР, экономии бюджета тепловыделения КА, бюджета мощности и бюджета масс КА.

Задача решается за счет того, что в активном гибко-плоском ЭН функции нагрева и коммутации питания осуществляются посредством активного исполнительного устройства, выполненного на основе ЭРИ-ключа. ЭРИ-ключ через контактные площадки соединяется с резистивным элементом, при этом роль радиатора выполняет дополнительный лист, выполненный с дополнительной контактной площадкой и дополнительным проводом управления ЭРИ-ключом. Провода питания ЭН и провод управления ЭРИ-ключом крепят клеем к основанию ЭН.

Технический результат достигается за счет введения в конструкцию ЭН активного исполнительного устройства ЭРИ-ключа (например транзистора), управляющего подачей питания на резистивный слой ЭН (осуществляющего коммутацию), обеспечивающего управление тепловой мощностью ЭН, сброс дополнительного теплового потока на обогреваемую поверхность, при этом роль охлаждающего основания (радиатора) для обеспечения температурного режима эксплуатации ЭРИ-ключа в соответствии с техническими условиями выполняет основание ЭН установленное с помощью клея на НО, что позволяет существенно упростить конструкцию УУН, кроме того, при размещении ЭРИ-ключа в ЭН отпадает необходимость в наличии силовых токоподводящих проводов от УУН к ЭН, что увеличивает эффективность системы терморегулирования (СТР), экономит бюджет тепловыделения КА, бюджет мощности и бюджет масс КА.

Активный гибко-плоский ЭН изображен на фиг. 1, содержащий резистивный слой поз. 1, расположенный между двумя листами электроизоляционного материала и снабженный токоподводящими проводами поз. 4, припаянными к контактным площадкам поз. 5, и установленные на клей поз. 6, на дополнительные контактные площадки ЭРИ-ключа, поз. 2 ЭН, известным способом, например, пайкой устанавливают ЭРИ-ключ поз. 3, например транзистор, управляющий подачей питания на резистивный слой ЭН, при этом роль радиатора ЭРИ-ключа выполняет основание ЭН, установленное с помощью клея на НО. Тепловая мощность рассеяния ЭРИ-ключа используется на нагрев НО. Для обеспечения механической прочности токовыводы приклеивают клеем к основанию ЭН. Установка ЭРИ-ключа в ЭН вместо УУН позволяет отказаться от использования охлаждающих радиаторов (оснований) ЭРИ-ключей в конструкции УУН, снижает тепловую нагрузку на пассивные ЭРИ УУН, снижает тепловыделение УУН, снижает потребление мощности УУН, снижает массу УУН, что увеличивает надежность работы УУН и эффективность работы СТР и КА в целом.

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 КА, т.е. нагреваемых объектов (НО) до значений эксплуатационных температур путем подачи питания на ЭН в течение заданного времени. В конструкцию ЭН активного исполнительного устройства ЭРИ-ключа (например транзистора), управляющего подачей питания на резистивный слой ЭН (осуществляющего коммутацию), обеспечивающего управление тепловой мощностью ЭН, сброс дополнительного теплового потока на обогреваемую поверхность, при этом роль охлаждающего основания (радиатора) для обеспечения температурного режима эксплуатации ЭРИ-ключа в соответствии с ТУ выполняет основание ЭН, установленное с помощью клея на НО. Изобретение позволяет существенно упростить конструкцию УУН, кроме того, при размещении ЭРИ-ключа в ЭН отпадает необходимость в наличии силовых токоподводящих проводов от УУН к ЭН, что увеличивает эффективность системы терморегулирования (СТР), экономит бюджет тепловыделения КА, бюджет мощности и бюджет масс КА. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Активный гибко-плоский электронагреватель, содержащий резистивный элемент, расположенный между двумя листами электроизоляционного материала и снабженный токоподводящими проводами, а также дополнительным листом электроизоляционного материала, расположенный 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 радиационно-стойких высокоэлектроизоляционных материалов с малым газовыделением в вакууме и имеют плоскую или криволинейную форму, отличающийся тем, что функции нагрева и коммутации питания осуществляются посредством активного исполнительного устройства, выполненного на основе электрорадиоизделия-ключа, который через контактные площадки соединяется с резистивным элементом, при этом роль радиатора выполняет дополнительный лист, выполненный с дополнительной контактной площадкой и дополнительным проводом управления электрорадиоизделием-ключом, причем провода крепят клеем к основанию электронагревателя.

2. Активный гибко-плоский электронагреватель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве электрорадиоизделия-ключа используют транзистор, тиристор, семистор, диод или другие электрорадиоизделия, способные выполнять роль ключа подачи питания.

3. Активный гибко-плоский электронагреватель по п. 1, отличающийся тем, что ЭРИ-ключ устанавливают в произвольном месте ЭН, обеспечивающем выполнение требований технических условий эксплуатации ЭРИ-ключа.

4. Активный гибко-плоский электронагреватель по п. 1, отличающийся тем, что ЭРИ-ключ устанавливают сваркой.

5. Активный гибко-плоский электронагреватель по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный провод устанавливают сваркой.