自适应变形简易薄膜加热器
阅读说明：本技术 自适应变形简易薄膜加热器 (Self-adaptive deformation simple film heater ) 是由 陈双全 陈占胜 孙伟 陈华 刘炜葳 田敏 黄小虎 王志国 王建炜 周益倩 于 2021-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种自适应变形简易薄膜加热器,包括薄膜加热器、弹性绝缘导热片及热防护材料；热防护材料包裹在薄膜加热器上并引出薄膜加热器供电线,薄膜加热器的边缘设置在弹性绝缘导热片的一侧壁上；弹性绝缘导热片远离薄膜加热器的一侧壁设置有用于连接温控物体上的连接件。本发明可适应温控物体变形、规避粘贴固化工序、阻断无效红外热辐射路径,具有航天应用前景,可扩展应用于汽车、机械、化工领域。(The invention provides a self-adaptive deformation simple film heater, which comprises a film heater, an elastic insulating heat-conducting fin and a thermal protection material, wherein the elastic insulating heat-conducting fin is made of a plastic material; the thermal protection material is wrapped on the film heater and leads out a power supply line of the film heater, and the edge of the film heater is arranged on one side wall of the elastic insulating heat-conducting sheet; and a connecting piece used for connecting a temperature control object is arranged on one side wall of the elastic insulating heat conducting sheet far away from the film heater. The invention can adapt to the deformation of temperature control objects, avoid the sticking and curing process and block ineffective infrared heat radiation paths, has the aerospace application prospect and can be expanded to be applied to the fields of automobiles, machinery and chemical industry.)
技术领域
本发明涉及热控技术领域，具体地，涉及一种自适应形变简易薄膜加热器。
背景技术
在热控技术领域，薄膜加热器广泛应用于固体表面温度控制,薄膜加热器是将电阻丝(鏮铜丝或镍箔丝)粘贴于基材聚酰亚胺薄膜制作而成，电阻丝直径为0.1mm至0.45mm，基材聚酰亚胺薄膜制作厚度为0.1至0.15mm，极细的金属丝、超薄的基材，使得薄膜加热器所具有的强度不高，很容易折断或拉断，导致电阻丝断路进而加热器功能失效。
薄膜加热器热控实施的传统工艺：采用一定厚度固化胶将薄膜加热器直接粘贴到一层绝缘膜上，绝缘膜的另一面通过固化胶到温控物体表面。该工艺的不足在于：固化胶的固化时间长，一般为72小时，增加了串行工作时间；加热器外表面的完全敞开性，使得加热器存在大量无效的热传导和热辐射，有效热效率低；固化胶厚度依赖操作人员凭经验和手感，厚度无法量化控制，容易导致工艺不受控；有延展性的绝缘膜、较薄的固化胶，使得薄膜加热器的延展性差，无法适应温控物体变形而存在拉断折裂的风险。
公开号为CN108141915A的专利文献公开了可修整的加热器装置包括可彼此分离的多个加热器装置区段，加热器装置包括加热器垫，所述加热器垫具有一起构成加热器垫长度的多个加热器垫区段，每个加热器垫区段具有连接到用于产热的电力总线的区段加热器元件，具有相应的加热器垫区段的一个或多个加热器装置区段可以从其他加热器区段分离并从加热器装置移除，以将加热器装置的长度修整到期望的长度。在加热器装置上的加热器垫区段边界标记指示位置，在所述位置处，加热器垫区段的一者可从加热器垫的其他的剩余的加热器垫区段分离而不干涉剩余的加热器垫区段的区段加热器元件或剩余的区段加热器元件到电力总线的连接。但是该专利文献不具备适应使用过程中物体变形的能力。
公开号为CN103983131A的专利文献公开了一种船用轻型高效率加热器，包括加热器外壳、加热器预留接口、加热器管束隔板、加热器管束、加热器支座、加热器隔板、第一进口、第一出口、第二进口和第二出口，加热器由加热器支座支撑，加热器外壳上装有加热器预留接口，加热器管束内设有加热器管束隔板，加热器外壳上还设有加热器隔板，加热器隔板外设有第二进口和第二出口，热介质从第二进口进入，从第二出口流出；加热器外壳上端设有第一进口和第一出口，被加热介质从第一进口进入，从第一出口流出。但是该专利文献需要借用加热介质流动传导。
公开号为CN204377164U的专利文献公开了一种电加热器的支撑组件，包括：支撑底座；电加热器支撑件，所述电加热器支撑件与所述支撑底座绝缘连接；电加热器固定件，所述电加热器固定件与所述电加热器支撑件相连，所述电加热器固定件与所述电加热器支撑件之间限定出用于安装电加热器的电加热器固定腔。但是该专利文献不具备自适应变形的功能。
公开号为CN208379046U的专利文献公开了一种双支撑加热器，包括加热器本体，加热器本体包括加热器底板和加热器侧壁，加热器底板位于加热器侧壁的底端，加热器侧壁的顶端开设有若干个第一条形开口，且若干个第一条形开口呈环形等距分布，加热器侧壁的底端开设有若干个第二条形开口，且若干个第二条形开口呈环形等距分布，加热器本体的顶部固定设有若干个第一支撑架，且若干个第一支撑架呈环形等距分布，用来对加热器本体进行支撑，使得加热器本体有个稳定的状态。但是该专利文献不具备适应使用过程中物体变形的能力。
公开号为CN111156709A的专利文献公开了一种便携式支撑组件及具有该支撑组件的管道电加热器，包括支撑板，升降装置和底板，升降装置和支撑板活动连接，对管道电加热器移动时，通过移动块将管道电加热器进行固定，然后通过升降装置，将管道电加热器升高到合适的高度，使管道电加热器远离地面，然后通过带刹车轮将管道电加热器移动到合适的位置，然后在通过升降装置将管道电加热器降低到合适的高度，支撑板可以移开，也可以对管道电加热器进行继续支撑，升降装置的设置，从而带动管道电加热器上下移动，从而可以调整管道电加热器的高度，真空腔的设置，可以在设备倾倒时，在一定程度上起到缓冲作用，给工作人员充足的时间，远离设备，可以使得工作人员远离伤害。但是该专利文献不具备适应使用过程中物体变形的能力。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种自适应变形简易薄膜加热器。
根据本发明提供的一种自适应变形简易薄膜加热器，包括薄膜加热器、弹性绝缘导热片及热防护材料；
所述热防护材料包裹在所述薄膜加热器上并引出薄膜加热器供电线，所述薄膜加热器的边缘设置在所述弹性绝缘导热片的一侧壁上；
所述弹性绝缘导热片远离所述薄膜加热器的一侧壁设置有用于连接温控物体上的连接件。
优选的，所述薄膜加热器通过第一压敏胶粘贴设置在所述弹性绝缘导热片上。
优选的，所述连接件包括第二压敏胶和压敏胶保护膜；所述第二压敏胶刷涂在所述弹性绝缘导热片上并覆盖等面积的压敏胶保护膜；
使用时揭开压敏胶保护膜，将刷涂第二压敏胶的一面粘贴并按压在温控物体的表面。
优选的，所述弹性绝缘导热片的厚度为0.5mm～10mm。
优选的，所述弹性绝缘导热片的泊松比大于0.4。
优选的，所述弹性绝缘导热片的电气绝缘指数大于4000V/mm。
优选的，所述弹性绝缘导热片的导热系数大于0.8W/m·k。
优选的，所述热防护材料为缝合的热控多层。
优选的，所述热控多层的内层为聚酰亚胺镀铝二次表面镜，所述热控多层的外层为单面黑色聚酰亚胺隔热层。
优选的，所述热防护材料上设置放气孔。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明可自适应温控对象变形；
2、本发明大幅提高热效率；
3、本发明即揭即用，制备及粘贴过程无须固化，可缩短热控实施时间；
4、本发明制备简易，通用化取材，具有高可制性、低成本的特点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的自适应变形简易薄膜加热器的爆炸示意图；
图2为本发明的自适应变形简易薄膜加热器的俯视图；
图3为图2中B-B面的剖面图；
图4为一实施例中的自适应变形简易薄膜加热器的俯视尺寸图；
图5为图4中C-C面的剖面尺寸图。
图中示出：
薄膜加热器1 第二压敏胶401
弹性绝缘导热片2 压敏胶保护膜402
热防护材料3 第一压敏胶5
连接件4
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1～3所示，本发明提供的一种自适应变形简易薄膜加热器，包括薄膜加热器1、弹性绝缘导热片2及热防护材料3，热防护材料3包裹在薄膜加热器1上并引出薄膜加热器供电线，薄膜加热器1的边缘设置在弹性绝缘导热片2的一侧壁上，弹性绝缘导热片2远离薄膜加热器1的一侧壁设置有用于连接温控物体上的连接件4。热防护材料3为缝合的热控多层，热控多层的内层为聚酰亚胺镀铝二次表面镜，热控多层的外层为单面黑色聚酰亚胺隔热层，热防护材料3上设置放气孔。采用热防护材料4包覆薄膜加热器1，以阻断无效热对流和热辐射，提高热效率。
弹性绝缘导热片2的厚度为0.5mm～10mm，弹性绝缘导热片2的泊松比大于0.4，弹性绝缘导热片2的电气绝缘指数大于4000V/mm，弹性绝缘导热片2的导热系数大于0.8W/m·k。
薄膜加热器1通过第一压敏胶5粘贴设置在弹性绝缘导热片2上。连接件包括第二压敏胶401和压敏胶保护膜402，第二压敏胶401刷涂在弹性绝缘导热片2上并覆盖等面积的压敏胶保护膜402，使用时揭开压敏胶保护膜402，将刷涂第二压敏胶401的一面粘贴并按压在温控物体的表面。
本发明在使用时揭开压敏胶保护膜，将刷涂压敏胶的一面粘贴并按压在温控物体表面，连接导线，随即完成该型加热器热控实施。
在优选例中，为达到自适应变形、绝缘及导热的效果，弹性绝缘导热片为导热硅胶片；热防护材料采用缝合热控多层，其中内层为聚酰亚胺镀铝二次表面镜，层数为2层至5层，外层为单面黑色聚酰亚胺隔热层，层数为1层，航天领域应用时热防护材料设置放气孔；第一压敏胶和第二压敏胶均为聚酰胺酸；压敏胶保护膜为聚乙烯(PE)膜。
实施例：
某卫星推进系统的高压气瓶，呈两端半球+中间圆柱的薄壁构型。相对常压状态，填充额定压力气瓶的径向和轴向尺寸均变大，折算后周向尺寸延长率1％，轴向尺寸延长率0.6％。根据设计，拟选用50mm*80mm的薄膜加热器。粘贴时，50mm对应于周向方向，80mm对应于轴向方向，则自适应变形简易高效薄膜加热器的贴合面沿50mm方向的最大变形为0.5mm，贴合面沿80mm方向的最大变形为0.48mm。考虑弹性绝缘导热片泊松比为0.4，则弹性绝缘导热片最小厚度H为1.372mm，结合可选型号，弹性绝缘导热片选用1.5mm。
如图4和图5所示，已知薄膜加热器的尺寸为50mm×80mm，弹性绝缘导热片厚度H选用2mm，则弹性绝缘导热片的尺寸为80mm×110mm×2mm，热防护材料、压敏胶保护膜及其覆盖的压敏胶的尺寸为80mm×110mm，用于粘贴热防护材料的压敏胶的边界为80mm×110mm与50mm×80mm所围区域。
使用时揭开压敏胶保护膜，将刷涂压敏胶的一面粘贴并按压在高压气瓶表面，连接导线随可完成实施。
根据实际应用和实测数据可知，该自适应变形简易高效薄膜加热器不含固化工序提高了热控实施的生产效率，加热器应变量远远小于直接粘结到壁面的加热器应变量，可自适应温控物体变形量，提高了加热器的热效率。
本发明提供了一种自适应形变高效加热器，该自适应变形简易高效薄膜加热器，通过选配不同厚度H的弹性绝缘导热片可自适应温控对象的变形，避免控温对象全寿命过程发生形变而导致加热器失效；采用热防护材料覆盖加热器外表面，阻断了无效热传导和热辐射路径，大幅提高热效率；独立于温控物体的制备过程，规避了传统加热器热控实施时的串行固化时间；简易的封装方法、通用化的取材，使得加热器具有高可制性和低成本的特点。本自适应变形简易高效加热器极具航天应用前景，可扩展应用于汽车领域、机械、化工领域。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
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