具有定制或非均匀电阻和/或不规则形状的层状加热元件及制造方法技术

具有至少两个区域或段的层状加热器。分段加热器具有与第一段的第一端连接的第一母线、与第一段和第二段的第二端连接的第二母线以及与第二段的第一端连接的第三母线。第一母线和第三母线(以及第一段和第二段)由间隙分隔开。分段或非分段加热器具有第一区域中的第一开口面积百分比和第二区域中的第二开口面积百分比。不同的穿孔图案限定了不同的开口面积百分比，这会导致不同的电阻。分段的、具有不同开口面积百分比区域或其组合、并且具有非平行母线的楔形形状的加热器可以在用于加热凸面或凹面、非平面表面例如卫星天线的系统中连接在一起。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有定制或非均匀电阻和/或不规则形状的层状加热元件及制造方法相关申请的交叉引用本申请要求于2015年10月19日提交的标题为“PROCESSFORCUSTOMIZINGTHERESISTANCEOFALAMINARHEATINGELEMENT,ANDLAMINARHEATINGELEMENTSMANUFACTUREDTHEREBY”的美国临时申请第62/243,240号的优先权，并且其全部内容通过引用并入本文。本申请还要求于2015年10月19日提交的标题为“SEGMENTEDLAMINARHEATER”的美国临时申请第62/243,271号的优先权，并且其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
现有的加热器垫或加热器膜仅提供改变管理功率输出性能的电阻特性的有限的能力。例如，改变导线电阻加热器的电阻限于改变导线直径。改变其他加热器膜例如导电墨印刷的塑料膜的电阻限于改变涂层的类型或涂层厚度，这仅提供有限的可变性。加热器中使用的电阻丝具有相对高的电阻率和/或较宽的温度范围。因为功率输出与电阻成反比，因此增加功率输出通常需要增加电压。层状加热元件例如但不限于由Greenville，SC的开发的那些例如PowerFilmTM或PowerFabricTM加热器(在下文中称为“层状加热器”或“扁平加热器”，通常指代任何类型材料的结构和任何制造商而不受限制，其特征在于加热器具有厚度远小于长度和宽度的片材、膜或织物的形状)是非常有效的加热器并且在加热器的整个表面上方提供均匀的热量。改变包括非金属膜或织物的这种类型的加热器的电阻以往需要改变加热器材料中的导电纤维的重量百分比。所有上述方法都涉及改变每个加热应用的固有材料特性并且使用于商业应用的制造方法复杂化。因此，本领域需要提供在加热器的一个或更多个部分中具有可定制的加热特性的层状加热器。通常，层状加热器以往也被限制为矩形形状，例如图1中示出的加热器100，使得母线102保持相距恒定的宽度W，以保持沿箭头A流动的电流的恒定电流密度。因此，以往很难设计提供均匀加热和热量分布的不规则扁平片材加热器。因此，本领域需要提供均匀加热和分布的不规则形状的扁平加热器以及用于制造它们的方法和/或具有可以被容易地定制或定做以适合特定目的的热分布的扁平加热器。附图说明图1示出了典型层状加热器中的示意性布局和电流流动。图2A示出了第一示例性加热元件截面。图2B示出了第二示例性加热元件截面。图3A示出了分段加热器设计的第一实施方式。图3B示出了图3A中的示例性分段加热器设计的截面。图4A示出了具有带有不平行母线的不规则形状的分段加热器的实施方式。图4B示出了具有带有不平行母线的不规则形状的分段加热器的实施方式，其中某些段的不同部分具有不同的穿孔图案。图5示出了包括多个图4A中的分段加热器的示例性加热器系统。图6示出了用于制造分段加热器的示例性方法。图7A示出了具有带有穿孔的一部分和没有穿孔的另一部分的示例性层状加热器。图7B示出了示例性45度交错穿孔图案。图8A示出了具有多个部分的示例性加热器，其中每个部分具有不同的穿孔图案。图8B示出了示例性60度交错穿孔图案。图8C示出了示例性直线穿孔图案。图9示出了根据式1的D/X比值与开口面积百分比的示例性图，其与图7B中的穿孔图案有关。图10示出了特定层状加热器材料的百分比开口面积与电阻系数的示例性图。图11A示出了具有带有不平行母线的不规则形状的示例性加热器，其中加热器的不同部分具有不同的穿孔图案。图11B示出了包括多个图11A中的分段加热器的示例性加热器系统。图12A示出了其中加热器的相对侧上的绝缘涂层被设置在一个或更多个穿孔中的示例性穿孔加热器的示例性截面。图12B示出了其中穿孔延伸穿过绝缘层的示例性穿孔加热器的示例性截面。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面中，层状加热器包括具有至少两个段的加热元件。每个段包括与导电层状加热元件段的相对端连接的成对的导电母线。第一母线与第一段的第一端连接，第二母线与第一段的第二端和第二段的第二端连接，并且第三母线与第二段的第一端连接。第二母线包括与第一段和第二段两者连接的连续导电带，其中通过第一间隙使第一母线和第三母线彼此分隔开并且使第一段和第二段彼此分隔开。层状加热器还可以包括在加热元件的一个表面上方的第一绝缘层和在加热元件的相反表面上方的第二绝缘层。例如在第一绝缘层和第二绝缘层共同提供在第一段和第二段上方、在第一母线、第二母线和第三母线上方延伸并且进入第一间隙的连续层的实施方式中，第一间隙可以用绝缘材料基本上填充。本文所描述的分段层状加热器的实施方式通常可以表征为具有N个段、N+1个母线和N-1个间隙，其中N个段从第一段上的第一母线到第N段上的第N+1母线彼此串联电连接。在一些实施方式中，N+1个母线中的一半可以沿第一线以线性布置来设置，并且N+1个母线的另一半可以沿第二线以线性布置来设置，其中第一线和第二线彼此平行。在其他实施方式中，第一线和第二线可以是彼此不平行的。特别地，附接至第一段的第一边缘的第一母线的至少一部分可以与附接至第一段的相对边缘的第二母线的至少一部分不平行。本专利技术的另一方面包括用于制造如上所述的分段层状加热器的方法，其包括以下步骤：提供具有从第一边缘到第二边缘的宽度和长度的导电层状加热元件材料的连续片材；将成对的导电母线设置成与连续片材的相对边缘相邻，每个母线延伸片材的宽度；以及在第一位置切割连续片材和所连接的母线带，延伸穿过第一边缘但不穿过第二边缘，以限定第一间隙、第一段和第二段以及第一母线和第三母线。该方法还可以包括：包括以绝缘材料用绝缘材料基本上填充第一间隙的方式将第一绝缘层和第二绝缘层施加在加热元件的相对表面上方。对于通常表征为具有N个段、N+1个母线和N-1个间隙的层状加热器，其中多个段从第一段上的第一母线至第N段上的第N+1母线彼此串联电连接，该方法可以包括：在交替位置切割连续片材，使得相邻割缝延伸穿过片材的相对边缘以限定N个段、N-1个间隙和N+1个母线。在本专利技术的又一方面中，包括与导电层状加热元件材料的相对侧连接的成对的导电母线的加热器具有带有第一电阻的第一区域和带有第二电阻的第二区域，其中，第一区域具有第一开口面积百分比并且第二区域具有不同于第一开口面积百分比的第二开口面积百分比。开口面积百分比中之一可以为零，或两者的开口面积百分比可以都不为零。开口面积百分比中一个或更多个可以由穿孔图案来限定。例如，第一区域可以具有限定第一非零开口面积百分比的第一穿孔图案，并且第二区域可以具有限定第二非零开口面积百分比的第二穿孔图案。第一区域可以具有每单位面积的第一热量输出并且第二区域可以具有每单位面积的第二热量输出，其中，第一热量输出和第二热量输出在预定容差量内平均来看基本相同。母线在第一区域中具有彼此间的第一平均距离并且在第二区域中具有彼此间的不同于第一平均距离的第二平均距离，例如母线以不平行配置彼此间隔开的情况。在以下配置中：层状加热元件包括非金属加热元件，非金属加热元件包括具有连接至其的导电母线的导电非织造纤维层，其中，纤维层和母线被设置在两个外绝缘层之间，穿孔可以延伸穿过非金属加热元件以及外绝缘层或穿孔可以被设置在非金属加热元件中，其中绝缘材料被设置在穿孔内。第一区域和第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层状加热器，包括加热元件，所述加热元件包括多个区域，每个区域包括成对的导电母线，所述成对的导电母线与导电层状加热元件的相对端连接，其中：(a)至少一个区域包括第一段，并且至少一个其他区域包括第二段，所述第一段和所述第二段彼此串联电连接并且通过第一间隙彼此分隔开，(b)至少一个区域包括第一部分，所述第一部分具有第一开口面积百分比和第一电阻，并且至少一个其他区域包括第二部分，所述第二部分具有与所述第一开口面积百分比不同的第二开口面积百分比和与所述第一电阻不同的第二电阻，或(c)：(a)和(b)的组合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.19 US 62/243,240;2015.10.19 US 62/243,2711.一种层状加热器，包括加热元件，所述加热元件包括多个区域，每个区域包括成对的导电母线，所述成对的导电母线与导电层状加热元件的相对端连接，其中：(a)至少一个区域包括第一段，并且至少一个其他区域包括第二段，所述第一段和所述第二段彼此串联电连接并且通过第一间隙彼此分隔开，(b)至少一个区域包括第一部分，所述第一部分具有第一开口面积百分比和第一电阻，并且至少一个其他区域包括第二部分，所述第二部分具有与所述第一开口面积百分比不同的第二开口面积百分比和与所述第一电阻不同的第二电阻，或(c)：(a)和(b)的组合。2.根据权利要求1所述的层状加热器，其中，所述层状加热元件包括导电非织造非金属纤维层。3.根据权利要求1或2所述的层状加热器，还包括：所述加热元件的一个表面上方的第一绝缘层和所述加热元件的相反表面上方的第二绝缘层。4.根据权利要求1至3中任一项所述的层状加热器，包括所述第一段和所述第二段，其中，每个段具有第一端和相对的第二端、与所述第一段的第一端连接的第一母线、与所述第一段的第二端和所述第二段的第二端连接的第二母线、以及与所述第二段的第一端连接的第三母线，所述第二母线包括与所述第一段和所述第二段两者连接的连续导电带，其中，所述第一母线和所述第三母线通过所述第一间隙彼此分隔开。5.根据权利要求4所述的层状加热器，其中，所述第一间隙用绝缘材料基本上填充。6.根据权利要求5所述的层状加热器，其中，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层中的每一个提供在所述第一段和所述第二段上方、在所述第一母线、所述第二母线和所述第三母线上方延伸的连续层，并且所述第一绝缘层和所述第二绝缘层共同提供填充所述第一间隙的绝缘材料。7.根据权利要求4至6中任一项所述的层状加热器，还包括：通过第二间隙与所述第二段分隔开的第三段，其中，所述第三母线包括与所述第二段和所述第三段两者的各自的第一端连接的连续导电带；以及第四母线，所述第四母线与所述第三段的第二端连接并且通过所述第二间隙与所述第二母线分隔开。8.根据权利要求4至7中任一项所述的层状加热器，其中，所述层状加热器包括多个N个段、多个N+1个母线和多个N-1个间隙，其中，所述多个段从第一段上的第一母线到第N段上的第N+1个母线彼此串联电连接。9.根据权利要求8所述的层状加热器，其中，所述N+1个母线中的一半沿第一线以线性布置来设置，并且所述N+1个母线中的另一半沿第二线以线性布置来设置，其中，所述第一线和所述第二线彼此不平行。10.根据权利要求8所述的层状加热器，其中，所述N+1个母线中的一半沿第一线以线性布置来设置，并且所述N+1个母线中的另一半沿第二线以线性布置来设置，其中，所述第一线和所述第二线彼此平行。11.根据权利要求4至9中任一项所述的层状加热器，其中，附接至第一段的第一边缘的第一母线的至少一部分与附接至所述第一段的相对边缘的第二母线的至少一部分不平行。12.根据权利要求1至11中任一项所述的层状加热器，其中，所述第一开口面积百分比或所述第二开口面积百分比中之一为零。13.根据权利要求1至12中任一项所述的层状加热器，其中，所述第一部分或所述第二部分中的至少一个包括多个穿孔。14.根据权利要求13所述的层状加热器，还包括：在所述加热元件的一个表面上方的第一绝缘层和在所述加热元件的相反表面上方的第二绝缘层，其中，所述穿孔延伸穿过所述加热元件以及所述第一绝缘层和所述第二绝缘层。15.根据权利要求13所述的层状加热器，其中，所述穿孔被设置在所述加热元件中，并且绝缘材料被设置在所述穿孔内。16.根据权利要求13至15中任一项所述的层状加热器，其中，所述第一部分或所述第二部分中之一不具有穿孔。17.根据权利要求13至15中任一项所述的层状加热器，其中，所述第一开口面积百分比与所述第二开口面积百分比之间的差异源自所述第一部分相对于所述第二部分的穿孔特性的差异。18.根据权利要求17所述的层状加热器，其中，所述第一部分具有零开口面积百分比而没有穿孔，并且所述第二区域具有限定非零开口面积百分比的穿孔图案。19.根据权利要求17所述的层状加热器，其中，所述第一部分具有限定第一非零开口面积百分比的第一穿孔图案，并且所述第二部分具有限定第二非零开口面积百分比的第二穿孔图案。20.根据权利要求1至19中任一项所述的层状加热器，其中，至少一个区域具有与至少一个其他区域不同的每单位面积的热量输出。21.根据权利要求1至19所述的层状加热器，其中，所述第一部分具有每单位面积的第一热量输出并且所述第二部分具有每单位面积的第二热量输出，并且所述第一热量输出和所述第二热量输出在预定容差量内平均来看是基本相同的，并且所述母线在所述第一部分中具有彼此间的第一平均距离并且在所述第二部分中具有彼此间的不同于所述第一平均距离的第二平均距离。22....

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·沙伊奇，
申请(专利权)人：拉米纳热能控股有限公司，
类型：发明
国别省市：爱尔兰,IE