电热加热器制造技术

用于防冰系统的电热加热器(2)包括：层压加热器垫(3)，包括主加热器元件层(36)、副加热器元件层(37)和介于主与副加热器元件层之间的至少一个电介质层(34)；和控制设备(5)，包括电源设备(51、52)和电流检测器(56)。控制设备(5)配置成具有(i)第一模式，其中电源设备(51、52)向主加热器元件层(36)供应加热器电流而不向副加热器元件层(37)供应加热器电流，且电流检测器(56)监测副加热器元件层(37)，用于检测指示主加热器元件层烧坏的主加热器元件层(36)的加热器电流的泄漏电流；和(ii)第二模式，其中电源设备(51、52)向副加热器元件层(37)供应加热器电流，而不向主加热器元件层(36)供应加热器电流。控制设备(5)配置成响应于由电流检测器(56)检测到泄漏电流而从第一模式切换到第二模式。

Electric heater

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电热加热器
本专利技术总体上涉及一种防冰系统的电热加热器，其适用于在飞行器或其它空气动力学结构(诸如风力涡轮机的叶片)中使用，以防止形成冰和/或移除已经形成的冰。这两种功能可以分别称为防冰和除冰。
技术介绍
对于飞行器来说，飞行器的外表面在飞行中结冰是不希望的。冰破坏了飞行器表面上平稳的空气流动，增加了阻力，并降低了机翼执行预期功能的能力。此外，积聚的冰可能阻碍可移动控制表面(诸如机翼缝翼或襟翼)的移动。积聚在发动机进气口上的冰可能会突然大块脱落，这些大块可能被吸入到发动机中，并造成损坏。因此，对于飞行器，尤其是商用飞行器来说，通常都要并入防冰系统。商用飞行器可以使用一种系统，该系统包括从发动机中排出热空气，然后所述热空气通过管道输送到机身部件(诸如容易结冰的机翼和尾翼的前缘)。最近，在诸如在EP-A-1,757,519(GKN航宇)中已经提出了一种电动系统，该专利公开了一种具有鼻部蒙皮的机翼缝翼，该鼻部蒙皮并入了电热加热毯或垫。加热器垫被结合到金属防蚀层的后表面，该金属防蚀层包括鼻部蒙皮的面向前的外表面。加热器垫是“Spraymat”(商标)类型，并且是层压产品，包括由预浸渍玻璃纤维布制成的多个电介质层和通过将金属层火焰喷涂到一个电介质层上来形成的加热器元件。“Spraymat”从20世纪50年代由D.Napier&SonsLimited开发(见其GB-833,675，涉及用于飞行器的电气除冰设备或电气防冰设备)，随后由GKN航宇使用，具有较长的历史。近年来，由GKN航宇生产的用于在机翼缝翼中使用的“Spraymat”形成在公工具上，并且包括铺设一叠层板，所述层板包括(i)在高压釜中预浸渍有环氧树脂的大约10层玻璃纤维织物，(ii)导电金属层(加热器元件)，该导电金属层已经使用掩模被火焰喷涂到层压件上，以形成加热器元件图案，以及(iii)最后大约3层玻璃纤维织物。电线被焊接到加热器元件，以允许连接到飞行器的电源系统。然后，加热器垫在高压釜中固化。加热器垫通常并入导电接地平面作为安全装置，用于检测加热器垫的加热器元件的故障。接地平面被连接到飞行器接地件以及控制单元。加热器垫通常非常可靠。然而，如果加热器垫中的加热器元件确实出现加热器烧坏形式的故障，电流将经由接地平面泄漏到飞行器接地件，并且控制单元能够检测电流的这种变化(通过检测供到加热器元件的电流的增加——所谓的过电流)，并采取措施防止加热器垫的结构的热损坏。鼻部蒙皮的防蚀层也被连接到飞行器接地件上，这样，在防蚀层上受到雷击期间，产生的持续时间非常短的非常大的直流电通过防蚀层耗散到飞行器接地件上。多年来，接地平面被设置为金属网或导电织物，诸如镀镍碳组织。最近，接地平面已经被设置为火焰喷涂金属层(诸如铜或铜合金)，并且接地平面已经被喷涂到由热塑性材料而不是先前使用的热固性(例如环氧树脂)材料制成的电介质层上。在GB-A-2,477,338(GKN航宇)和GB-A-2,477,339(GKN航宇)中描述了这种较新类型的用于接地平面的布置。关于检测加热器垫的加热器元件层的烧坏，接地平面用于将泄漏电流从损坏的加热器元件层转移到飞行器接地件，这是因为接地平面被电结合到由飞行器的框架提供的接地件。在燃烧进入刀加热器垫的结构中并开始损坏其结构完整性之前检测到烧坏是很重要的。随着开始发生烧坏，供应到加热器元件层的加热器电流将增加，并且这种增加能够通过监测通向加热器元件层的电源线而被检测到。当检测到烧坏时，加热器元件层可以被隔离和关断。然而，由于加热器电流和检测能力的容限扩展(tolerancespread)，以及在应用足够的噪声抑制时，检测阈值必然相当粗糙。因此，在检测和关断发生之前，由于加热器元件层的加热器元件中的故障而导致的燃烧可能会显著发展。在一些应用中，即使在加热器元件层已经发生故障和关断之后，防冰系统继续提供加热功能也是至关重要的。因此，加热器垫可以设有次(备用或紧急)加热器元件层，用于(主)加热器元件层故障和关断的情况。然而，除了主加热器元件层之外，副加热器元件层的存在意味着加热器垫中没有用于接地平面的空间。这是因为所有金属层(主加热器元件层、副加热器元件层和接地平面)及其相关联的电介质绝缘层的存在会导致加热器垫的厚度累积到不可接受的水平。希望提供一种改进的电热加热器。
技术实现思路
根据本专利技术的第一形态，提供一种电热加热器，所述电热加热器用于防冰系统，所述加热器包括：层压加热器垫，所述层压加热器垫包括主加热器元件层、副加热器元件层和介于所述主加热器元件层与所述副加热器元件层之间的至少一个电介质层；以及控制设备，所述控制设备包括电源设备和电流检测器；其中所述控制设备被配置成具有(i)第一模式，在所述第一模式中，所述电源设备向所述主加热器元件层供应加热器电流，并且不向所述副加热器元件层供应加热器电流，并且所述电流检测器监测所述副加热器元件层，用于检测所述主加热器元件层的所述加热器电流的泄漏电流，所述泄漏电流指示所述主加热器元件层的烧坏；以及(ii)第二模式，在所述第二模式中，所述电源设备向所述副加热器元件层供应加热器电流，而不向所述主加热器元件层供应加热器电流；并且其中所述控制设备被配置成响应于由所述电流检测器检测到所述泄漏电流而从所述第一模式切换到所述第二模式。实际上，副加热器元件层在第一模式中用作临时接地平面，而在第二模式中用作加热器。加热器垫不再需要包括专用的永久接地平面(除了副加热器元件层之外)，专用的永久接地平面会不希望地增加加热器垫的厚度。由于空间限制，以前认为不能够在双冗余防冰系统的加热器垫中并入故障检测层。第一模式对应于加热器的正常操作模式，而第二模式对应于加热器的紧急(备用)操作模式，这是因为当在第一模式中主加热器元件层已经出现烧坏故障时使用第二模式。在我们当前考虑的实施例中，所述电流检测器包括霍尔效应电流传感器和/或电流互感器。对于交流加热器系统来说，电流互感器是一种简单的解决方案，这是因为临时接地平面(副加热器元件层)中的任何电流都必须是故障电流，并且因此能够被很容易地检测到。电流互感器对将副加热器元件层连接到飞行器接地件(飞行器接地)的结合线的串联电阻几乎没有影响。电流互感器可被用于检测副加热器元件层中电流的增加(高于预定噪声阈值)和/或检测由主加热器元件层中发生的燃烧过程中的电弧放电引起的高频交流电流。对于直流加热器系统来说，除了作为电弧检测机构之外，不可能采用电流互感器解决方案，但是与电流互感器类似，霍尔效应电流传感器对于副加热器元件层与飞行器接地件之间的电结合几乎没有任何影响。如同电流互感器，霍尔效应传感器可被用于检测副加热器元件层中电流的增加(高于预定噪声阈值)和/或检测由主加热器元件层中的电弧放电引起的高频交流电流。在维持接地完整性的同时监测接地平面电流以前被认为是不可行的。这是因为接地平面必需被电结合到机身接地(接地件)，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电热加热器，所述电热加热器用于防冰系统，所述加热器包括：/n层压加热器垫，所述层压加热器垫包括主加热器元件层、副加热器元件层和介于所述主加热器元件层与所述副加热器元件层之间的至少一个电介质层；以及/n控制设备，所述控制设备包括电源设备和电流检测器；/n其中所述控制设备被配置成具有(i)第一模式，在所述第一模式中，所述电源设备向所述主加热器元件层供应加热器电流，并且不向所述副加热器元件层供应加热器电流，并且所述电流检测器监测所述副加热器元件层，用于检测所述主加热器元件层的所述加热器电流的泄漏电流，所述泄漏电流指示所述主加热器元件层的烧坏；以及(ii)第二模式，在所述第二模式中，所述电源设备向所述副加热器元件层供应加热器电流，而不向所述主加热器元件层供应加热器电流；并且/n其中所述控制设备被配置成响应于由所述电流检测器检测到所述泄漏电流而从所述第一模式切换到所述第二模式。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170413 GB 1705997.31.一种电热加热器，所述电热加热器用于防冰系统，所述加热器包括：
层压加热器垫，所述层压加热器垫包括主加热器元件层、副加热器元件层和介于所述主加热器元件层与所述副加热器元件层之间的至少一个电介质层；以及
控制设备，所述控制设备包括电源设备和电流检测器；
其中所述控制设备被配置成具有(i)第一模式，在所述第一模式中，所述电源设备向所述主加热器元件层供应加热器电流，并且不向所述副加热器元件层供应加热器电流，并且所述电流检测器监测所述副加热器元件层，用于检测所述主加热器元件层的所述加热器电流的泄漏电流，所述泄漏电流指示所述主加热器元件层的烧坏；以及(ii)第二模式，在所述第二模式中，所述电源设备向所述副加热器元件层供应加热器电流，而不向所述主加热器元件层供应加热器电流；并且
其中所述控制设备被配置成响应于由所述电流检测器检测到所述泄漏电流而从所述第一模式切换到所述第二模式。


2.根据权利要求1所述的电热加热器，其中：
所述副加热器元件层包括多个加热器元件；并且
在所述第一模式中，所述控制设备被布置成将所述加热器元件电连接在一起，并且当从所述第一模式切换到所述第二模式时，所述控制设备被布置成将所述加热器元件重新配置为电分离的加热器元件。


3.根据权利要求1或2所述的电热加热器，其中所述控制设备包括开关装置，在所述第一模式中，所述开关装置将所述副加热器元件层连接到接地线，并且在所述第二模式中，所述开关装置将所述副加热器元件层连接到所述电源设备的电源线。


4.根据权利要求3所述的电热加热器，其中：
所述控制设备包括控制单元；并且
所述开关装置包括开关和继电器，所述继电器被配置成响应于所述控制单元的命令信号，以便将所述开关从处于所述第一模式切换到处于所述第二模式，其中响应于由所述电流检测器检测到所述泄漏电流而产生所述命令信号。


5.根据权利要求3或4所述的电热加热器，其中所述电流检测器包括传感器，所述传感器被定位成检测所述接地线中的泄漏电流。


6.根据任何前述权利要求所述的电热加热器，其中所述电流检测器包括霍尔效应电流传感器和/或电流互感器。


7.根据任何前述权利要求所述的电热加热器，其中所述电源设备具有用于向所述主加热器元件层供电的第一电源线和用于向所述副加热器元件层供电的第二电源线。


8.根据权利要求7所述的电热加热器，其中所述控制设备的控制单元被配置成：在所述第一模式中连接所述第一电源线并断开所述第二电源线，并且在所述第二模式中断开所述第一电源线并连接所述第二电源线。


9.根据任何前述权利要求所述的电热加热器，其中除了所述副加热器元件层之外，所述加热器垫不包括接地...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·英格利希，
申请(专利权)人：GKN航空服务有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB