Manta calefactora electrotérmica.

Una manta calefactora electrotérmica (3) para un sistema antihielo,

en la que:

la manta calefactora (3) es una manta calefactora estratificada y comprende capas dieléctricas ( 50-58), un elemento calefactor (501) y un sensor térmico (507), y

cada capa dieléctrica (50-58) comprende material termoplástico;

caracterizada porque:

el sensor térmico (507) comprende una pista metálica pulverizada (5010, 5012) depositada sobre un sustrato (50, 5019) que comprende material termoplástico;

el sustrato (50, 5019) está estratificado a al menos una primera (53, 58) de las capas dieléctricas; y

el material termoplástico del sustrato es (i) el mismo que el material termoplástico de la primera capa dieléctrica de tal modo que el material termoplástico del sustrato está dispersado o incorporado en el material termoplástico de la primera capa dieléctrica o (ii) compatible con el material termoplástico de la primera capa dieléctrica de tal modo que el material termoplástico del sustrato está fusionado con el material termoplástico de la primera capa dieléctrica.

Manta calefactora electrotérmica Campo de la invención

La presente invención se refiere generalmente a un sistema antihielo electrotérmico adecuado para su uso en una aeronave u otra estructura aerodinámica tal como una pala de una turbina eólica para evitar la formación de hielo y/o eliminar el hielo que ya se ha formado. Estas dos funciones se pueden denominar antihielo y deshielo.

Antecedentes de la invención

Para una aeronave, es indeseable la formación de hielo en vuelo sobre la superficie externa de la aeronave. El hielo destruye el flujo suave de aire sobre la superficie de la aeronave, aumentando la resistencia y disminuyendo la capacidad de una superficie sustentadora para realizar su función pretendida.

Asimismo la acumulación de hielo impide el movimiento de una superficie de control móvil tal como una aleta auxiliar o una solapa de un ala. El hielo que se ha acumulado en una entrada de aire del motor puede desprenderse repentinamente en grandes trozos que son aspirados por el motor y provocan daños.

Por lo tanto es común para una aeronave y concretamente para una aeronave comercial, incorporar un sistema antihielo. Una aeronave comercial puede utilizar un sistema que implique purgar aire caliente de los motores y este aire caliente se canaliza después hasta los componentes de la estructura aérea tales como los bordes de ataque del ala y de la cola que son susceptibles de formación de hielo. Más recientemente, se han propuesto sistemas alimentados eléctricamente, tales como en el documento EP-A-1.757.519 (GKN Aerospace) que da a conocer una aleta auxiliar del ala que tiene un revestimiento de morro que incorpora una colcha o manta calefactora electrotérmica. La manta calefactora está unida a la superficie trasera de un escudo de erosión metálico que comprende la superficie externa orientada hacia delante del revestimiento de morro.

La manta calefactora es el tipo "Spraymat" (marca comercial) y es un producto estratificado que comprende capas dieléctricas fabricadas de tejido de fibra de vidrio preimpregnado y un elemento calefactor formado por pulverización a la llama de una capa metálica sobre una de las capas dieléctricas. La "Spraymat" tiene una larga historia desde su desarrollo original en los años 5 por D. Napier & Sons Limited (véase su patente GB-833.675 relativa a un aparato eléctrico de deshielo o antihielo para una aeronave) hasta su uso subsiguiente por GKN Aerospace.

Una "Spraymat" reciente producida por GKN Aerospace para su uso en una aleta auxiliar de un ala se forma sobre un útil macho e implica apilar una pila de chapas que comprenden (i) aproximadamente 1 capas de tejido de fibra de vidrio preimpregnado con un epoxi curado en una autoclave, (ii) una capa metálica conductora (el elemento calefactor) que ha sido pulverizada a la llama sobre el estratificado utilizando una máscara para formar el patrón del elemento calefactor y (iii) unas tres capas de terminación del tejido de fibra de vidrio. El cableado se suelda al elemento calefactor para permitir su conexión al sistema de alimentación de la aeronave. La manta calefactora se cura a continuación en una autoclave.

Una manta calefactora incorpora habitualmente un sensor de temperatura como parte de un bucle de control para proporcionar control de temperatura e información de prevención de daños térmicos a una unidad de control que se conecta a la manta calefactora. El sensor de temperatura es habitualmente un dispositivo sensor de temperatura resistivo (RTD) con un cabezal de detección encapsulado dentro de una película de poliimida tal como Kapton (marca comercial). La poliimida es un material termoplástico con un uso alternativo como película de liberación o separación en estratificados. Esta característica es indeseable cuando la poliimida se utiliza en un sensor de temperatura que se va a incorporar en una manta calefactora estratificada ya que el sensor de temperatura proporcionará una discontinuidad en la manta calefactora. La discontinuidad actuará como un sitio de iniciación de grietas en la manta calefactora estratificada, proporcionando así un sitio de debilidad estructural potencial o de debilidad por fatiga potencial. El documento WO 29/68918 A1, que se considera el estado de la técnica más próximo, da a conocer una manta calefactora adicional.

Sería deseable proporcionar una manta calefactora mejorada.

Sumario de la invención

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona una manta calefactora electrotérmica para un sistema antihielo, en la que:

la manta calefactora es una manta calefactora estratificada y comprende capas dieléctricas, un elemento calefactor y un sensor de temperatura;

cada capa dieléctrica comprende material termoplástico;

el sensor de temperatura comprende una pista de metal pulverizado depositada sobre un sustrato que comprende material termoplástico;

el sustrato se estratifica al menos a una primera de las capas dieléctricas; y

el material termoplástico del sustrato es (i) el mismo que el material termoplástico de la primera capa dieléctrica de tal modo que el material termoplástico del sustrato se dispersa o se incorpora en el material termoplástico de la primera capa dieléctrica o (ii) compatible con el material termoplástico de la primera capa dieléctrica de tal modo que el material termoplástico del sustrato se fusiona con el material termoplástico de la primera capa dieléctrica.

Debido a que el material termoplástico del sustrato es el mismo que o es compatible con el material termoplástico de la primera capa dieléctrica a la que se estratifica, la formación de una discontinuidad indeseable en la interfaz entre el sustrato y la primera capa dieléctrica se evita o minimiza sustancialmente. Así pues, es menos probable que se inicien grietas en la interfaz durante el uso de la manta calefactora y es menos probable que ocurra la desestratificación. Dicho de otro modo, se mejora la resistencia estructural o a la fatiga.

Si se utiliza el mismo material termoplástico para el sustrato y para todas las capas dieléctricas, se puede realizar la estratificación de tal modo que no haya sustancialmente ninguna discontinuidad entre cualquiera de los componentes termoplásticos de la manta calefactora. Esto le otorga una estructura monolítica al termoplástico de la manta calefactora que resistirá la desestratificación durante el uso de la manta calefactora.

Si el material termoplástico del sustrato no es el mismo que el de la primera capa dieléctrica y es meramente compatible con el material de la primera capa dieléctrica, entonces se puede conseguir la compatibilidad seleccionando el termoplástico del sustrato de tal modo que no sea necesario utilizar un adhesivo para unirlo al termoplástico de la primera capa dieléctrica durante la estratificación. Los materiales distintos pero compatibles se unirán entre sí en la interfaz por un material termoplástico (por ejemplo, PEEK) fusionándose a pero no dispersándose en el otro material termoplástico (por ejemplo, PEKK) cuando el apilamiento de componentes ensamblados se calienta por encima del punto de fusión de uno de los materiales termoplásticos contiguos.

En algunos de nuestros modos de realización actuales, el sustrato es una segunda de las capas dieléctricas. Así pues, una capa dieléctrica que se va a proporcionar en cualquier caso se puede utilizar igualmente a los efectos de recibir la pista metálica pulverizada del sensor de temperatura.

Preferiblemente, la pista metálica pulverizada del sensor de temperatura es porosa y el material termoplástico de la primera capa dieléctrica se estratifica al material termoplástico de la segunda capa dieléctrica a través de la pista metálica pulverizada del sensor de temperatura. Esto mejora todavía más la resistencia de la estratificación entre las capas dieléctricas primera y segunda.

Convenientemente, el elemento calefactor comprende una pista metálica pulverizada depositada sobre la segunda capa dieléctrica. Así pues tanto el sensor de temperatura como el elemento calefactor están presentes sobre el mismo sustrato. Se puede procesar eficientemente una única capa dieléctrica para recibir tanto el sensor de temperatura como el elemento calefactor utilizando una única máquina de pulverización a la llama para pulverizar los metales de las diversas pistas. Debido a que el sensor de temperatura y el elemento calefactor se sitúan sobre zonas diferentes de la capa dieléctrica, sus pistas metálicas podrían pulverizarse simultáneamente en lugar de secuencialmente utilizando máscaras respectivas que definen las formas de las pistas metálicas.

En un modo de realización alternativo, el sustrato es... [Seguir leyendo]

1. Una manta calefactora electrotérmica (3) para un sistema antihielo, en la que:

la manta calefactora (3) es una manta calefactora estratificada y comprende capas dieléctricas (5-58), un elemento calefactor (51) y un sensor térmico (57), y

cada capa dieléctrica (5-58) comprende material termoplástico;

caracterizada porque:

el sensor térmico (57) comprende una pista metálica pulverizada (51, 512) depositada sobre un sustrato (5, 519) que comprende material termoplástico;

el sustrato (5, 519) está estratificado a al menos una primera (53, 58) de las capas dieléctricas; y

el material termoplástico del sustrato es (i) el mismo que el material termoplástico de la primera capa dieléctrica de tal modo que el material termoplástico del sustrato está dispersado o incorporado en el material termoplástico de la primera capa dieléctrica o (ii) compatible con el material termoplástico de la primera capa dieléctrica de tal modo que el material termoplástico del sustrato está fusionado con el material termoplástico de la primera capa dieléctrica.

2. Una manta calefactora electrotérmica (3) de acuerdo con la reivindicación 1, en la que: el sustrato (5) es una segunda (5) de las capas dieléctricas;

la pista metálica pulverizada (51, 512) del sensor térmico (57) es porosa; y

el material termoplástico de la primera capa dieléctrica (53) está estratificado al material termoplástico de la segunda capa dieléctrica (5) a través de la pista metálica pulverizada (51, 512) del sensor térmico (57).

3. Una manta calefactora electrotérmica (3) de acuerdo con la reivindicación 2, en la que el elemento calefactor (51) comprende una pista metálica pulverizada depositada sobre la segunda capa dieléctrica (5).

4. Una manta calefactora electrotérmica (3) de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el sustrato (519) es un portador (519) que tiene una superficie principal (5191) que es menor que una superficie principal (52) de una segunda (5) de las capas dieléctricas sobre la que está estratificado el portador (519), y el portador (519) está intercalado entre las capas dieléctricas primera y segunda (58, 5).

5. Una manta calefactora electrotérmica (3) de acuerdo con la reivindicación 4, en la que la pista metálica pulverizada (51, 512) del sensor térmico (57) es porosa y el material termoplástico de la primera capa dieléctrica (58) está estratificado al material termoplástico del portador (519) a través de la pista metálica pulverizada (51, 512) del sensor térmico (57).

6. Una manta calefactora electrotérmica (3) de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en la que:

la pista metálica pulverizada (51, 512) del sensor térmico (57) comprende un cabezal de sensor (51); el metal del cabezal de sensor (51) es níquel o una aleación de níquel;

el cabezal de sensor (51) se extiende entre posiciones intermedias (511) de la pista metálica pulverizada (51, 512) del sensor térmico (57); y

la pista metálica pulverizada (51, 512) del sensor térmico (57) comprende además contactos (512) que se extienden desde las posiciones intermedias (511) hasta terminales (58, 59) en los extremos de la pista metálica pulverizada (51, 512).

7. Una manta calefactora electrotérmica (3) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el material termoplástico o cada material termoplástico comprende PEEK, PEKK o una mezcla de los mismos.

8. Una manta calefactora electrotérmica (3) de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en la que el material termoplástico del sustrato (5, 519) es el mismo que el material termoplástico de las capas dieléctricas (5-58).

9. Un calefactor electrotérmico (2) que comprende una manta calefactora (3) de acuerdo con cualquier reivindicación anterior y al menos un conector (41,46) que tiene un primer extremo (415, 465) que está conectado eléctricamente al elemento calefactor (51) y un segundo extremo que se extiende alejándose de la manta calefactora (3) para su conexión a una unidad de control del calefactor (6).

1. Un aparato protegido frente al hielo que comprende un revestimiento externo (14) y un calefactor electrotérmico (2) de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la manta calefactora (3) está en contacto térmico con una superficie trasera (142) del revestimiento externo (14).

11. Un método de fabricación de una manta calefactora electrotérmica (3), que comprende las etapas de:

proporcionar una pluralidad de capas dieléctricas (5-58), cada una de las cuales comprende material termoplástico;

pulverizar a la llama una pista metálica (51, 512) de un sensor térmico (57) sobre material termoplástico de un sustrato (5, 519);

formar un apilamiento que comprende las capas dieléctricas (5-58), un elemento calefactor (51) y el sustrato (5, 519); y

estratificar entre sí las capas dieléctricas (5-58) y el sustrato (5, 519) de tal modo que el material termoplástico del sustrato (i) se disperse o se incorpore en, o (ii) se fusione con el material termoplástico de las capas dieléctricas o de cada una de las capas dieléctricas contiguas (51,53, 55, 58).

12. Un método de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el sustrato (5) es una primera de las capas dieléctricas (5) y el método comprende además la etapa de pulverizado a la llama del elemento calefactor (51) sobre dicha primera capa dieléctrica (5).

13. Un método de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el sustrato (519) es un portador (519) que tiene una superficie principal (5191) que es menor que una superficie principal (52) de una primera de las capas dieléctricas (5) sobre la que se estratifica el portador (519) durante la etapa de estratificación y el portador (519) se intercala entre dicha primera capa dieléctrica (5) y una segunda de las capas dieléctricas (58) durante la etapa de formación del apilamiento.

14. Un método de acuerdo con la reivindicación 13, que comprende además la etapa de pulverizado a la llama del elemento calefactor (51) sobre una parte de dicha primera capa dieléctrica (5) no cubierta por el portador (519).

15. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en el que el material termoplástico o cada material termoplástico comprende PEEK, PEKK o una mezcla de los mismos.