专利名称：加热系统、加热器以及加热构件的方法
技术领域：
本申请大体而言涉及加热系统，且更特定而言涉及加热系统、加热器以及加热构件的方法。
背景技术：
在至少一些飞行器动力系统中，多个传感器检测在飞行器内或附近的运行和/或环境条件。从传感器接收的数据可能是维持飞行器的期望运行所必需的。但是，在一些飞行条件下和/或在冷天气下运行期间，可能在传感器上或紧靠传感器形成冰。这样的冰可能干扰传感器运行和/或可能导致从传感器接收的数据不准确。为了减小或防止在传感器周围或传感器上形成冰，至少一些已知的飞行器包括加
热传感器的加热系统。一些已知的加热系统通过联接到多个加热元件的多个电极而输电。电场由电极施加且导致电流流过加热元件。加热元件的电阻导致热被传递到传感器或者与传感器相关联的结构。但是，这样的加热系统可向供应电流引起谐波电流。这样的谐波电流可能使飞行器电气系统的性能降低。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种加热器，其包括至少一个加热元件，该加热元件具有关于加热元件的温度而非线性地变化的电阻。加热元件包括第一表面；第二表面，其与第一表面相反，第三表面，其在第一表面与第二表面之间延伸；以及第四表面，其在第一表面与第二表面之间延伸，与第三表面相反。加热兀件具有限定于第一表面与第二表面之间的高度以及限定于第三表面与第四表面之间的宽度，并且其中宽度小于高度。加热器还包括至少一个电极，其联接到第一表面，并且被配置成越过加热电极生成电场且导致电流流过该加热元件。在另一实施例中，提供了一种包括加热器的加热系统。该加热器还包括至少一个加热元件，其具有关于加热元件的温度而非线性地变化的电阻。加热元件包括第一表面；第二表面，其与第一表面相反；第三表面，其在第一表面与第二表面之间延伸；以及第四表面，其在第一表面与第二表面之间延伸，与第三表面相反。加热兀件具有限定于第一表面与第二表面之间的高度以及限定于第三表面与第四表面之间的宽度，并且其中宽度小于高度。加热器还包括至少一个电极，其联接到第一表面，并且被配置成越过加热元件生成电场且导致电流流过加热元件。在又一实施例中，提供了一种加热机器构件的方法，其包括将加热器定位成紧靠该构件。加热器包括至少一个加热兀件，其包括第一表面和与第一表面相反的第二表面；第一电极，其联接到至少一个加热元件的第一表面；以及第二电极，其联接到第二表面。该方法还包括在第一电极与第二电极之间施加电场，使得电流流过至少一个加热元件而从该至少一个加热元件生成热。
图I为用于加热至少一个构件的示例性加热系统的框图。图2为可用于图I所示的加热系统的示例性加热器的透视图。图3为可用于图2所示的加热器的示例性加热元件和示例性叶片的透视图。图4为可用于图2所示的加热器的示例性加热元件的顶视图。附图标记
100加热系统
102传感器
104电源
106加热器
108导体
110第一导体
112第二导体
114飞行器动力系统
200加热元件
202叶片
204电极
206外表面
208上表面
210下表面
212外表面
214内表面
216前表面
218后表面
220高度
222宽度
224长度
226上加热元件
228下加热元件
230上电极
232下电极
234中央电极
300加热元件
302第一电极组
304第一侧
306第二电极组
308第二侧
310端部
312端部。
具体实施例方式在本文所述的实施例中，加热系统便于减小由电场生成的谐波电流的振幅。电极放置于加热元件的相反表面上，使得电极由每个元件的全高度分开。由于每个加热元件的高度大于每个加热元件的宽度，因而与现有技术系统相比，在电极之间存在着加热元件材料增加的高度。由于电场强度与电极的间距成反比，因而在电极之间具有加热元件材料的更大高度降低了电场的强度。由于所引起的谐波电流的振幅与电场强度有关，因而电场强度的减小导致了向流过电极的供应电流引起的谐波电流振幅的减小。图I为用于加热系统或机器(未图示)的至少一个构件102的示例性加热系统100的框图。更具体而言，在示例性实施例中，加热系统100加热用于飞行器(未图示)的多个传感器102。在示例性实施例中，加热系统100包括电源104和加热器106，加热器106经由至
少一个导体108而联接到电源104。更具体而言，在示例性实施例中，电源104经由第一导体110和第二导体112而联接到加热器106。备选地，电源104可使用使加热系统100能够如本文所述起作用的任意数量的导体108而联接到加热器106。在一个实施例中，多个电源104和/或多个加热器106可用于加热系统100。在示例性实施例中，电源104为飞行器动力系统114的部分且分别经由第一导体110和/或第二导体112而向加热器106供应交流(AC)电(S卩，AC电压和电流)。在该示例性实施例中，加热器106联接到传感器102或者定位成紧靠传感器102，使得来自加热器106的热至少部分地传到传感器102。在运行期间，电源104经由第一导体110和/或第二导体112而向加热器106供应AC电压和电流。AC电压在加热器106的至少一个元件(在图I中未图示)内形成电流，如在下文中更全面地描述的那样。电流在加热器106的元件内生成热且热的至少一部分从加热器106传到传感器102。如此，便于排除和/或防止在传感器102上或传感器102附近不期望地形成冰。图2为可用于(图I所示的)加热系统100的示例性加热器106的透视图。图3为可用于加热器106的示例性加热元件200和示例性叶片202的透视图。在示例性实施例中，加热器106包括多个加热元件200，加热元件200联接到多个电极204或者定位成紧靠多个电极204。备选地，加热器106可包括单个加热元件200和/或单个电极204。在示例性实施例中，电极204各自分别经由第一导体110和第二导体112(在图I中示出)而电联接到电源104。在示例性实施例中，每个加热元件200由诸如掺杂半导钛酸钡的材料制成，其具有关于材料和/或加热元件200的温度非线性变化的电阻。如此，在示例性实施例中，加热器106为自调节加热器106，其在加热器106的温度升高时减少热生成，且在加热器106的温度降低时增加热生成。更具体而言，随着加热元件200的温度升高，加热元件200的电阻增加。因此，流过加热元件200的电流减小，并且因此由加热元件200生成的热量减小。相反，随着加热元件200的温度降低，加热元件200的电阻减小。因此，流过加热元件200的电流增加，并且因此由加热元件200生成的热量增加。在示例性实施例中，加热元件200基本上相同，并且各自具有包括多个基本矩形的外表面206的基本矩形的截面形状。备选地，加热元件200可具有使加热器106能够如本文所述起作用的任何截面形状。在示例性实施例中，表面206包括第一表面或上表面208、相反的第二表面或下表面210、第三表面或外表面212、相反的第四表面或内表面214、第五表面或前表面216以及相反的第六表面或后表面218。表面212和214分别在上表面208与下表面210之间延伸。表面216和218分别在上表面208与下表面210之间延伸，且分别在外表面212与内表面214之间延伸。此外，在示例性实施例中，每个加热元件200的高度(或厚度)限定于上表面208与下表面210之间，且每个加热元件200的宽度222限定于外表面212与内表面214之间。在示例性实施例中，高度220大于宽度222。此外，每个加热元件200的长度224在前表面216与后表面218之间测量。在该示例性实施例中，加热元件200聚集在一起为上加热元件组226和下加热元件组228。上电极230联接到每个上加热元件226的上表面208，使得电极230沿着每个上加热元件226的基本上全长延伸。在示例性实施例中，下电极232联接到每个下加热元件228的下表面210，使得电极232沿着每个下加热元件228的基本上全长224延伸。此外，在示例性实施例中，中央电极234分别联接在上加热元件226与下加热元件228之间。更具体而言，中央电极234联接到每个上加热元件226的下表面210和每个下加热元件228
的上表面208。中央电极234沿着每个上加热元件226和每个下加热元件228的基本上全长延伸。在示例性实施例中，中央电极234联接到第一导体110且上电极230和下电极232各自联接到第二导体112。备选地，加热元件200和/或电极204可以以使加热器106能够如本文所述起作用的任何其它配置进行定位。加热器106包括至少一个叶片202，其从至少一个上加热元件226和/或从至少一个下加热元件228延伸。更具体而言，在示例性实施例中，叶片202经由树脂联接到多个加热元件226和/或加热元件228。备选地，一个或更多叶片202可使用使加热器106能够如本文所述起作用的任何合适的粘合剂或任何其它联接机构而联接到加热元件226和/或228。在示例性实施例中，叶片202便于将热从加热元件200传到传感器102。更具体而言，在示例性实施例中，叶片202 (或多个叶片202)沿着外表面212和/或内表面214联接到元件226和元件228，使得叶片202基本上沿着每个加热元件226和228的全长224延伸且/或使得热沿着叶片202的基本上全长传到叶片202。在示例性实施例中，叶片202由使由加热器106生成的热能够传到传感器102和/或与传感器102相关联的一个或更多结构的金属材料或金属合金制成。备选地，叶片202可由使加热器106能够如本文所述起作用的陶瓷材料和/或任何其它合适材料制成。在运行期间，在示例性实施例中，中央电极234从电源104接收AC电压。当电压施加到中央电极234时，生成了电场(未图示)。分别越过上加热元件226与下加热元件228 ( S卩，在中央电极234与上电极230之间，以及在中央电极234与下电极232之间)施加电场。当越过上加热元件226与下加热元件228施加电场时，电流分别流过元件226和228。电流由电极230和232接收且经由第二导体112从电极230和232传输到电源104。此外，在示例性实施例中，当电流流过加热元件226和228时，加热元件226和228的电阻导致在加热元件226和228内生成热。所生成的热的至少一部分从外表面212、内表面214和/或叶片202传向传感器102。在示例性实施例中，由于所传递的热能，传感器102温度升高和/或阻止温度降低，从而便于排除和/或防止在传感器102上或者紧靠传感器102形成冰。
越过上加热元件226和/或下加热元件228施加的电场可导致向流过上电极230和/或下电极232的电流引起至少一个谐波电流。谐波电流可不期望地生成热和/或使电源104和/或飞行器动力系统114 (在图I中示出)内的动力质量降低。如在本文中所述的那样，加热器106和/或加热系统100便于减小由电场所生成的谐波电流的振幅。更具体而言，电极204放置在加热元件200的相对表面206 ( S卩，上表面208和下表面210)上，使得电极204由每个元件200的全长220 (或厚度)分开。更具体而言，由于每个加热元件200的高度220大于每个元件200的宽度222，因而与现有技术系统相比，在电极204之间存在着加热元件材料增加的高度。由于电场强度与电极204的间距成反比，因而在电极204之间具有加热元件200的更大高度220减小了电场的强度。由于向电极204引起的谐波电流的振幅与越过加热元件200施加的电场的强度有关，因而电场强度的减小导致了向流过电极204的供应电流引起的谐波电流振幅的减小。电极204之间的加热材料高度220的增加关于通过加热元件200传输的电流增加了每个加热元件200的有效电阻。为了维持通过加热元件200传输的电流量与现有技术系统相似(并且因此维持由加热器106产生的热能的相似量)，可减小加热元件材料的电阻
率。例如，可修改半导体钛酸钡材料的掺杂或加工条件，以减小材料的电阻率。减小的电阻率基本上抵消了由于加热元件200的增加高度220造成的材料的增加电阻。因此，加热器106使用与现有技术系统相比减小的电场强度而生成基本上相似的热量，从而减小了在电极204内谐波电流的生成和/或振幅。在备选实施例中，上电极230联接到第一导体110且从电源104接收AC电压。下电极232联接到第二导体112。中央电极234并未联接到第一导体110或第二导体112 (即，中央电极234是“浮动的”)。备选地，加热器106不包括中央电极234，并且在这一实施例中，由施加到上电极230的电压生成电场。此外,在备选实施例中，越过上加热元件226和下加热元件228生成电场，并且电流流过上加热元件226和下加热元件228，其然后经由第二导体112往回传输到电源104。而且，在这一实施例中，电流流过额外的加热元件材料，从而与本文所述的其它实施例相比生成更多的热。如此，加热元件200内的电场强度可以减小，并且所得谐波电流的振幅同样可以减小。图4为可用于加热系统100 (在图I中示出)和/或加热器106 (在图2中示出)的示例性加热元件300的顶视图。在示例性实施例中，除非另外规定，否则加热元件300类似于加热元件200(在图2中示出)，并且在图4中用图2中使用的相同标号来标记类似构件。在示例性实施例中，加热元件300包括联接到上表面208的多个电极204 (即，上电极230)。第一电极组302从上表面208的第一侧304延伸，而第二电极组306从上表面208的相反的第二侧308朝向第一电极组302延伸。在示例性实施例中，第一电极组302内的每个电极204的端部310与第二电极组306内的每个电极204的端部312交错。备选地,第一电极组302内的每个电极204的任何其它量，例如基本上整个长度，可与第二电极组306内的每个电极204交错。在运行期间，在示例性实施例中，电源104经由第一导体110和/或任何其它导体108 (两者在图2中示出)将AC电压和电流供应到第一电极组302和第二电极组306，使得在电极组302与306之间形成电压差。在相邻电极204之间生成的电场导致电流通过加热元件300而流到中央电极234和/或下电极232。随着电流流过加热元件300，所生成的热经由叶片202传到传感器102，如在上文中更全面地描述的那样。在一个实施例中，一种用于加热机器的构件(诸如飞行器的传感器)的方法包括将加热器定位成紧靠该构件。该加热器包括至少一个加热兀件，其包括第一表面和与第一表面相反的第二表面；第一电极，其联接到至少一个加热元件的第一表面；以及第二电极，其联接到第二表面。该方法还包括在第一电极与第二电极之间施加电场，使得电流流过至少一个加热元件而从至少一个加热元件生成热。在另一实施例中，加热器包括上加热元件和下加热元件。在这一实施例中，该方法包括在上加热元件与下加热元件之间施加电场，使得电流流过上加热元件和下加热元件。在另一实施例中，该方法包括关于加热元件的温度，非线性地改变加热元件的电阻。例如，通过用钛酸钡制成加热元件且调整流过加热元件的电流来改变电阻。在又一实施例中，至少一个叶片联接到加热元件。在这一实施例中，该方法包括将
热从叶片传到构件。如本文所述的那样，提供了一种加热系统，其包括耐用且高效的加热器，该加热器便于防止在至少一个传感器上或紧靠该传感器形成冰。加热器包括联接到加热器内的每个加热元件的上表面和下表面的多个电极。AC电压施加到中心电极且生成越过加热元件施加的电场，使得电流流过该加热元件。通过施加电场而生成的热从加热元件经由至少一个叶片而传到传感器。由于与现有技术加热系统相比，加热元件的厚度增加，因而与现有技术加热系统相比，电流流过增加量的加热元件材料。因此，由加热元件生成的增加的热量和强度更低的电场可用于获得与现有技术加热系统相比类似的热量。由于强度更低的电场越过加热元件而施加，因而与在现有技术系统内生成的谐波电流的振幅相比，便于减小所生成的谐波电流的振幅。在上文中详细地描述了加热系统、加热器以及加热构件的方法的示例性实施例。加热系统、加热器以及方法并不限于本文所述的具体实施例，而是，系统和/或加热器的构件和/或方法的步骤可独立于与本文所述的其它构件和/或步骤分开利用。例如，加热器也可结合其它动力系统和机器来使用，并且并不限于仅仅结合如本文所述的飞行器加热系统来实践。而是，示例性实施例可结合许多其它加热或动力应用来实施和利用。虽然可能在一些附图中但未在其它附图中示出本发明的各种实施例的具体特点，但这只是为了方便。根据本发明的原理，附图的任何特点可结合任何其它附图的任何特点来参考和/或主张。该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域任何技术人员能够实践本发明，包括做出和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这种其它示例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言并无实质不同的等效结构元件，则这种其它示例意图落在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种加热器(106),包括 至少一个加热元件(200)，其具有关于所述至少一个加热元件的温度而非线性地变化的电阻，所述至少一个加热元件包括 第一表面(208)； 第二表面(210)，其与所述第一表面相反，所述至少一个加热元件具有限定于所述第一表面与所述第二表面之间的高度(220)； 第三表面(212)，其在所述第一表面与所述第二表面之间延伸；以及 第四表面(214)，其在所述第一表面与所述第二表面之间延伸，所述第四表面与所述第三表面相反，所述至少一个加热元件的宽度(222)限定于所述第三表面与所述第四表面之间且比所述至少一个加热元件的高度更短；以及 至少一个电极(204)，其联接到所述第一表面，并且被配置成越过所述至少一个加热元件生成电场且导致电流流过所述至少一个加热元件。
2.根据权利要求I所述的加热器(106)，其特征在于，所述至少一个电极(204)包括第一电极(230)和第二电极(234)，所述第一电极联接到所述第一表面(208)，所述第二电极联接到所述第二表面(210)。
3.根据权利要求2所述的加热器(106)，其特征在于，所述至少一个加热元件(200)包括至少一个上加热元件(226)和至少一个下加热元件(228)，所述第二电极(234)联接到所述至少一个上加热元件的所述第二表面(210)和所述至少一个下加热元件的所述第一表面(208)。
4.根据权利要求3所述的加热器(106)，其特征在于，所述至少一个电极(204)还包括联接到所述至少一个下加热元件(228)的所述第二表面(210)的第三电极(228)。
5.根据权利要求I所述的加热器(106)，其特征在于，还包括至少一个叶片(202)，其联接到所述第三表面(212)和所述第四表面(214)中的至少一个，所述至少一个叶片被配置成将在所述至少一个加热元件(200)内生成的热传到机器的至少一个构件。
6.根据权利要求I所述的加热器(106)，其特征在于，所述至少一个加热元件(200)包括第五表面(216)和相反的第六表面(218)，所述至少一个加热元件具有限定于所述第五表面与所述第六表面之间的长度(224)。
7.根据权利要求6所述的加热器(106)，其特征在于，所述至少一个电极(204)沿着所述至少一个加热元件(200)的全长(224)延伸。
8.根据权利要求I所述的加热器(106)，其特征在于，所述至少一个电极(204)包括联接到所述第一表面(208)的第一多个电极(302)和第二多个电极(306)，其中，所述第一多个电极中的每个电极的至少一部分(310)与所述第二多个电极中的每个电极的至少一部分(312)交错。
9.一种加热系统(100)，包括 加热器(106)，包括 至少一个加热元件(200)，其具有关于所述至少一个加热元件的温度而非线性地变化的电阻，所述至少一个加热元件包括 第一表面(208)； 第二表面(210)，其与所述第一表面相反，所述至少一个加热元件具有限定于所述第一表面与所述第二表面之间的高度(220)； 第三表面(212)，其在所述第一表面与所述第二表面之间延伸；以及第四表面(214)，其在所述第一表面与所述第二表面之间延伸，所述第四表面与所述第三表面相反，所述至少一个加热元件的宽度(222)限定于所述第三表面与所述第四表面之间且比所述至少一个加热元件的高度更短；以及 至少一个电极(204)，其联接到所述第一表面，并且被配置成越过所述至少一个加热元件生成电场且导致电流流过所述至少一个加热元件；以及 电源(104)，其联接到所述加热器，所述电源被配置成将交流(AC)电压供应到所述至少一个电极。
10.根据权利要求9所述的加热系统(100)，其特征在于，所述至少一个电极(204)包括第一电极(230)和第二电极(234)，所述第一电极联接到所述第一表面(208)，所述第二电极联接到所述第二表面(210)。
全文摘要
本发明涉及加热系统、加热器以及加热构件的方法。一种加热器(106)，包括至少一个加热元件(200)，其具有关于加热元件的温度而非线性地变化的电阻。加热元件包括第一表面(208)；第二表面(210)，其与第一表面相反；第三表面(212)，其在第一表面与第二表面之间延伸；以及第四表面(214)，其在第一表面与第二表面之间延伸，与第三表面相反。加热元件具有限定于第一表面与第二表面之间的高度(220)以及限定于第三表面与第四表面之间的宽度(222)，并且其中宽度小于高度。加热器还包括至少一个电极(204)，其联接到第一表面，并且被配置成越过加热元件生成电场且导致电流流过该加热元件。
文档编号H05B3/20GK102883478SQ20121024193
公开日2013年1月16日 申请日期2012年7月13日 优先权日2011年7月14日
发明者R.C.崔尼, C.M.莫特 申请人:通用电气公司