专利名称：使用股绞电阻线的可变功率密度加热的制作方法
技术领域：
本发明涉及电热除冰器，以及更具体地说，涉及一种具有可变功率密度加热部件的改进型电热除冰器。
众所周知，在飞行过程中航空器机翼和其它结构部件上的积冰非常危险。如这里所使用那样，术语“结构部件”意指飞行期间任何易于结冰的航空器表面，包括机翼，稳定器，发动机进气口，旋翼等等。从飞行最早年代起就一直试图克服积冰问题。
所使用的一种方法是热除冰。在热除冰中，前沿，即迎遇并突破撞击在航空器上的气流的航空器部分被加热，以防止其上结冰，或疏松已经积结的冰。疏松的冰由此从结构部件上被越过航空器上的气流吹散。
就一种热除冰形式中来说(这里称作电热除冰)，加热是通过在航空器前沿上安置包含加热部件的电热垫，或通过把加热部件合并到航空器的结构部件中而得到实现。用于各加热部件的电能是从一个由一个或多个航空器发动机所驱动的产生源而得到。电能是间断地或连续地提供，以供给足够的热量，以防止结冰或疏松积冰。
用于电热除冰加热装置的典型结构包括一个以蛇形排列的金属线缠绕、编织或浸蚀的箔部件。除冰器单位面积功率耗散量是通过在给定面积内改变金属线的间隙以改变金属线的密度而得到调整。然而，这样做并不总理想，尤其是功率密度分布正在改变时。减小功率密度分布要求增大线隙，其实际上是在更大面积内分配金属线的功率输出。增大线隙不是所希望的，因为它导致金属线之间的“冷点”限制为二维热传导。在这些冷点中冰将不会被有效地溶化。
改进这种可变功率密度电热除冰系统的种种努力带来了改善这些系统的多用性、实用性以及有效性的不断发展。
按照本发明的一个方面，提供一种用于机翼的热除冰装置，包括一条至少由一条导电绞合线所组成的加热线，该加热线以预定型式排列，并且其中绞合线的条数随该型式中加热线的位置而变。
按照本发明的另一个方面，提供一种机翼除冰的方法，包括把加热线排列成预定型式的步骤，该金属线有多条导电绞合线，并且随该型式中金属线的位置而变。
本发明对不同表面的加热提供了改进型控制，由此使加热系统更有效利用能量。本发明消除了需要刻蚀金属箔部件，容易制造，提供更好的安装及装配，并且能以若干型式和材料中任何种而得到利用。
如附图所说明，按照其示范性实施例的详细叙述，本发明的这些和其它目的、特点和优点将变得更为显而易见。
图1是按照本发明的热防冰装置的俯视图，部分被切去。
图1A是按照本发明沿图1直线1A-1A所取的加热线装置的断面图。
图1B是按照本发明沿图1直线1B-1B所取的加热线装置的断面图。
图1C是按照本发明沿图1直线1C-1C所取的加热线装置的横断面图。
图2是按照本发明沿图1直线2-2所取的防冰装置的横断面图。
图3是按照本发明安装在机翼上的防冰装置的立方断面局部图。
现在参考图1，按照本发明的电热防冰装置或除冰系统100包括一个除冰器组件102，一个用于控制除冰器102的控制器104，以及一对用于对除冰器102传导电能以及从除冰器102传导电能的引线105、106。除冰器组件102适应固定在一个机翼(没有示出)上，并且由安排在一个层112之内，且以预定线隙A、B、C，最好以蛇形结构排列成预定型式的绞合的电阻型加热线110组成。应该注意到可以利用若干结构中的任何种，准确排列取决于若干因素，比如机翼形状，位置，空气动力学等。加热线110由多条扭绞在一起的导电绞合线组成，其中绞合线的条数随位置而变。如说明那样，加热线110有三个区，各区中金属线中的导电绞合线的条数不同。
现在参考图1A-1C，加热线110有多条单导电绞合线120。在区Z1中加热线110在图1A中说明有七条绞合线，在区Z2中该加热线在图1B中说明有六条绞合线，以及在区Z3中加热线110在图1C中说明有五条绞合线。加热线110的电阻随绞合线120的条数增大而减小，由此减小功率输出。减少绞合线的条数则增大加热线电阻，并且增大功率输出。假定加热线间隙A、B、C恒定且相等，则区Z3中加热线110因此比区Z2中有更大的加热功率输出，区Z2又比区Z1有更大的加热功率输出。应该注意到，陈述例子中所使用的绞合线的条数不打算作为限定性的，绞合线的数量取决于若干因素中的任何种，比如金属线导电率，所要求的功率输出等。
用于绞合线120的材料可以是电热加热领域技术人员所周知的若干可接受合金中的任何一种，比如从MWS Wire Industriers，Jellif，Driver-Harris，Carpenter Tech.，Hoskins，或Kanthal可得到的34AWG Alloy180。用于本发明的可接受加热线110的一例是从MWS Wire Industries可得到的产品目录为no.MWS-180。
现在参考图1，区Z1中加热线110有计算的绞合线条数(如图1A说明为七条)，以用间隙(A)缠绕特定加热区Z1，以对准确的金属线段(段1)实现希望的功率密度输出。下一个具有不同功率密度输出要求的加热区Z2可能要求计算的绞合线条数(如图1B说明为六条)，以用于一段按线隙B缠绕区Z2。加热线110在段1的端部在接点126处焊接、熔焊或压接在一起，并且紧接焊接之后可能会切去一条或多条绞合线。区Z2因此具有一条单位长度电阻比区Z1中单位长度电阻大的加热线。假定线隙B与线隙A相同，则对区Z2所产生的功率密度输出比区Z1产生的功率密度输出大。由于区Z3其特征在于其具有一条绞合线条数比区Z2和Z1更少的金属线，所以对区Z3功率密度输出同样比区Z1或Z2的功率密度大。区Z2的加热线在第二接点128处焊接、熔焊或压接在一起。对另外区(没有输出)可以重复这一同样过程。对一个区段亦能增加绞合线条数，以便对同样线隙减小功率密度输出。单条绞合线可以是相同的，或是不同线规及不同合金的。在各区段端部的焊接、压接点或熔焊确保了在加热线110整个长段上使绞合线得以电气接触。焊接、压接或熔焊的一种替换方法是把导电绞合线紧紧地扭绞在一起，其中导电通路将通过绞合线的接触处。理想地，加热线110可按每单位段以希望的可变绞合来制造。加热部件由此可用销定位器来缠绕，这些销定位器把单位金属线绞合段固定并保持在正确位置，因此它们在正确区中提供希望的功率密度。
现在参考图2，除冰器组件102包括一条按蛇形结构排列的股绞加热线110。图2所示的左边两条金属线断面表示区Z1中的金属线，以及右边两条金属线断面表示断面Z2中的金属线。金属线110安排并密封在一个层112中，该层包括一个浸蚀层134，一个上层压层132，一个下层压层130，以及一个底层136，所有层构成一个整体组件。层130-136可以由电热加热领域技术人员所周知的若干材料中任何种所构成。
例如，浸蚀层134和底层136可以由按表I所列成分那样提供的基于氯丁二烯的混合物所组成。
表I成分 橡胶成分百分比氯丁二烯 100.00巯基咪唑啉1.00碳黑 23.75
聚乙烯 4.00硬脂酸 0.50酰胺酶催速剂 0.75氧化锌 5.00氧化镁 6.00正丁基油酸盐 4.00润滑油 5.00二苯胺抗氧剂 4.00总计 154.00一种示范性氯丁二烯是从E.I.DuPont denemours&Company可得到的NEOPRENT WRT。一种示范性巯基咪唑啉是从Wyrough&Loser可得到的END75，NA22。一种示范性碳黑是从若干制造厂，比如Cabot Corp.或Akzo ChemicalInc.中任何一个可得到的N330。一种示范性聚乙烯是从Allied Signal可得到的低分子量聚乙烯AC1702。一种示范性酰胺酶催速剂是从E.I.DuPontdenemours&Company可得到的HVA-2(n，n-苯基-双酰胺酶)催速剂。所使用的硬脂酸和氧化锌可以从本领域技术人员周知的现有来源处的任何一处取得。一种示范性氧化镁从Basic Chemical Co.可得到。一种示范性润滑油是从Seaboard Industries可得到的Superior160。一种示范性二苯胺抗氧剂是从Uniroyal Corp.可得到的BLE-25。
用于层134，136的氯丁二烯的制造如下。氯丁二烯树脂在磨机上混合，并且然后按它们各自数量级添加表I所列成分。当混合物完全交互混合时，该混合物于是被分成厚片并冷却。
层压层130，132可以由能被交联或构成一起以密封加热线110的若干材料中任何一种所组成，比如从Chemprene可得到的涂有氯丁二烯的酰胺纤维产品目录no.NS-1003，其为0.004英寸厚的正方形织网状的酰胺纤维，RFL浸渍并用氯丁二烯涂层，以最终涂有0.007英寸的纤维厚度。
防冰装置的制造如下。首先把上氯丁二烯层压层132平放在一个金属线定位器上。其次，把一种相配建筑水泥，比如从B.F.Goodrich Company，Adhesive Systems商业部得到的部件no.A1551B，施加到上层132上，并且把金属线110施加到上层132上。随后，把该建筑水泥施加到下层130上，并且把下层130施加在金属线110上，注意排除任何截聚空气，并且压在一起。然后，在建筑金属上涂刷一层表面水泥，比如从B.F.GoodrichCompany，Adhesive Systems商业部可得到的基于水泥产品目录no.021050的氯丁二烯。把浸蚀层134放置在建筑金属上，并且排除任何截聚空气。把建筑水泥A1551B施加在层134上，并且使之干燥。把带有金属线110的层130，132的部件放置在加了水泥的层134上。把建筑水泥A1551B放置在所构成的部件上。把底层136放置在加了水泥的构成部件上。把表面水泥021050放置在该构件上。用底色纤维(impression fabric)覆盖并且消除皱褶，用泄放器放于底色纤维上并清除皱褶，气袋，抽真空并且在蒸汽压力器中在40-60psi，310°F下处理约40分钟。
应该注意到，用于除冰器102的优选材料取决于若干设计因素，比如期望寿命，待加热的底物，价格，热导率要求等。为此，用于金属线110的适当密封材料包括硅酮，环氧树脂/玻璃纤维合成物，聚酯树脂/玻璃纤维合成物，聚氨基甲酸酯，有氟化乙丙烯或环氧粘合剂的Kapton薄膜，丁基橡胶，或用酚醛树脂加强了的纤维。
应该注意到，线隙(A，B，C)和每区绞合线122的具体条数取决于若干设计因素。可见改变线隙和绞合线条数就把各区功率输出调整为设计要求来说提供了大量的灵活性。
现在参考图3，本发明的防冰装置102安排在一个机翼20上，并且由一个在上层132和底层130之内所构成的金属线部件130而组成，上层和下层一起处理成一个整体组件，因此经处理之后两层不能容易地分辨。
还应该注意到，本发明是涉及一种加热输出随位置而变的电热加热器，并且不打算仅局限于除冰应用。例如，本发明可以应用在用于电池，底座，阀门，排放柱体等的种种加热层中。
虽然本发明已用其示范性实施例作了表示和叙述，但是对本领域技术人员应该理解，在不违反本发明的精神和范围下，可以对其作出上述以及各种其它的改变、省略及添加。
权利要求
1.一种电热除冰器，包括由多条导电绞合线组成的金属线装置，所述金属线装置以预定型式排列，其中，所述多条绞合线的条数随所述预定型式中所述金属线装置的位置而变。
2.按照权利要求1的一种电热除冰器，还包括用于密封所述金属线装置的除冰层装置。
3.按照权利要求2的一种电热除冰器，其中所述除冰层装置由处理成一个单元基体的一个上层和一个下层组成。
4.按照权利要求1的一种电热除冰器，还包括用于对所述金属线装置提供电能的控制装置。
5.按照权利要求1的一种电热除冰器，还包括在所述金属线装置的所述多条绞合线的条数改变处，用于把所述金属线装置中所有所述多条绞合线电气连接在一起的连接装置，
6.按照权利要求1的一种电热除冰器，其中所述预定型式为蛇形结构。
7.按照权利要求1的一种电热除冰器，其中所述预定型式中所述金属线装置的间隙大约恒定。
8.按照权利要求1的一种电热除冰器，其中所述预定型式中所述金属线装置的间隙随位置而变。
9.一种机翼除冰的方法，包括步骤把一条金属线装置排列成预定型式，所述金属线装置有多条用于传导电能的导电绞合线；以及随所述预定型式中所述金属线装置的位置而改变所述多条绞合线的条数。
10.按照权利要求9的一种机翼除冰方法，还包括在一个除冰层装置中密封所述金属线装置的步骤。
11.按照权利要求10的一种机翼除冰方法，其中所述除冰层装置由处理成一个单元基体的一个上层和一个下层组成，所述上层和下层由从聚氨基甲酸酯和氯丁二烯所组成的组中所取的材料而组成。
12.按照权利要求9的一种机翼除冰方法，还包括对所述金属线装置提供电能的步骤。
13.按照权利要求9的一种机翼除冰方法，还包括在所述金属线装置的所述多条绞合线的条数改变处，把所述金属线装置中所有所述多条绞合线电气连接在一起的步骤。
14.按照权利要求9的一种机翼除冰方法，其中所述排列步骤包括以蛇形结构排列所述金属线装置。
15.按照权利要求9的一种机翼除冰方法，其中所述预定型式中所述金属线装置的间隙近似恒定。
16.按照权利要求9的一种机翼除冰方法，其中所述预定型式中所述金属线装置的间隙随位置而变，
17.一种电热加热线，包括由多条导电绞合线组成的金属线装置，所述金属线装置以预定型式排列，其中所述多条绞合线的条数随所述预定型式中所述金属线装置的位置而变。
18.按照权利要求17的一种电热加热器，还包括用于密封所述金属线装置的加热层装置。
19.按照权利要求18的一种电热加热器，其中所述加热层装置由处理成一个单元基体的一个上层和一个下层组成。
20.按照权利要求17的一种电热加热器，还包括用于对所述金属线装置提供电能的控制装置。
21.按照权利要求17的一种电热加热器，还包括在所述金属线装置的所述多条绞合线的条数改变处，把所述金属线装置中所有所述多条绞合线电气连接在一起的连接装置。
22.按照权利要求17的一种电热加热器，其中所述预定型式为蛇形结构。
23.按照权利要求17的一种电热加热器，其中所述预定型式中所述金属线装置的间隙近似恒定。
24.按照权利要求17的一种电热加热器，其中所述预定型式中所述金属线装置的间隙随位置而变。
25.一种加热一个结构的方法，包括步骤把一个金属线装置排列成预定型式，所述金属线装置有多条用于传导电能的导电绞合线；以及随所述预定型式中所述金属线装置的位置而改变所述多条绞合线的条数；把所述金属线装置安排在该结构之上或之内；以及通过所述金属线装置传导电流。
26.按照权利要求25的一种加热一个结构的方法，还包括在一个加热层装置中密封所速金属线装置的步骤。
27.按照权利要求26的一种加热一个结构的方法，其中所述加热层装置由处理成一个单元基体的一个上层和一个下层组成。
28.按照权利要求25的一种加热一个结构的方法，还包括对所述金属线装置提供电能的步骤。
29.按照权利要求25的一种加热一个结构的方法，还包括在所述金属线装置的所述多条绞合线的条数改变处，把所述金属线装置中所有所述多条绞合线电气连接在一起的步骤。
30.按照权利要求25的一种加热一个结构的方法，其中所述排列步骤包括以蛇形结构排列所述金属线装置。
31.按照权利要求25的一种加热一个结构的方法，其中所述预定型式中所述金属线装置的间隙大约恒定。
32.按照权利要求25的一种加热一个结构的方法，其中所述预定型式中所述金属线装置的间隙随位置而变。
全文摘要
一种改进型电热装置包括一条有多条绞合线(120)的股绞加热线，其条数随位置而变，以便提供变化的输出功率密度。该股绞加热线安排在一个适应待加热部件的层(112)之内。该加热线分成若干区，各区有变化的绞合线条数。该金属线的绞合线在各区的开始处焊接或压接在一起。一个控制器(104)对该加热器组件提供电能。
文档编号H05B3/34GK1141616SQ94194664
公开日1997年1月29日 申请日期1994年12月27日 优先权日1993年12月27日
发明者迈克尔·J·嘉玛蒂 申请人:B·F·谷德里奇公司