加热毯和形成加热毯的交织式加热层的方法与流程

本公开总体上涉及加热毯，并且更具体地，涉及用于将结构加热到结构上的温度基本上均匀的加热毯和方法。

背景技术：

在工业应用中使用加热毯制造和维修结构。在一些应用中，该结构具有复杂的轮廓表面，而在这样的情况下，有利的是高度可变形的加热毯符合该结构表面。另外，一些结构可由需要诸如超过500°f的高温制造或维修的材料形成。因此，最理想的是提供可以符合复杂轮廓且加热至较高温度的加热毯和方法。

技术实现要素：

根据本公开的一个方面，加热毯包括交织式加热层，其具有织物线和与织物线交织以形成交织式加热层的发热线。发热线包括：导线，被配置为响应于施加到导线的电流产生磁场；以及由感受器材料形成的感受器线，被配置为当感受器线的温度低于感受器线的居里点(curiepoint)时响应于导线的磁场感应发热。

根据本公开的另一方面，提供了形成加热毯的交织式加热层的方法。该方法包括提供发热线，该发热线具有：由多个导线股以李兹(litz)线配置形成的导线，该导线被配置为响应于施加到导线的电流产生磁场；和由感受器材料形成的感受器线，被配置为当感受器线的温度低于感受器线的居里点时响应于导线的磁场感应发热。发热线与织物线交织以形成交织式加热层。

根据本公开的另一方面，提供了加热轮廓表面的方法。该方法包括将加热毯放置在轮廓表面上，该加热毯具有交织式加热层。交织式加热层包括由高温织物材料形成的织物线以及与织物线交织以形成交织式加热层的发热线。发热线包括：导线，被配置为响应于施加到导线的电流产生磁场；以及由感受器材料形成的感受器线，被配置为当感受器线的温度低于感受器线的居里点时响应于导线的磁场感应发热，该居里点为至少500°f。该方法还包括将电流提供至导线以将感受器线感应加热至感受器线的居里点。

在可以结合这些方面中的任一方面的本公开的另一方面中，导线包括以李兹线配置捆绑的多个导线股，并且感受器线以螺旋配置缠绕导线。

在可以结合这些方面中的任一方面的本公开的另一方面中，每个导线股包括导线金属芯和围绕导线金属芯的陶瓷涂层。

在可以结合这些方面中的任一方面的本公开的另一方面中，导线金属芯包括纯镍。

在可以结合这些方面中的任一方面的本公开的另一方面中，导线金属芯包括包镍铜。

在可以结合这些方面中的任一方面的另一方面中，加热毯还包括围绕多个导线股的护层。

在可以结合这些方面中的任一方面的本公开的另一方面中，该护层包括陶瓷丝。

在可以结合这些方面中的任一方面的本公开的另一方面中，该护层包括热塑膜。

在可以结合这些方面中的任一方面的本公开的另一方面中，该感受器材料包括选自由铁合金、钴合金和镍合金组成的组的高温感受器材料。

在可以结合这些方面中的任一方面的本公开的另一方面中，织物线由选自由玻璃纤维、蛭石玻璃纤维和陶瓷纤维组成的组的高温织物材料形成。

在可以结合这些方面中的任一方面的本公开的另一方面中，加热毯还包括夹住交织式加热层的相对侧的一对外层，每个外层由外层织物材料形成。

在可以结合这些方面中的任一方面的本公开的另一方面中，感受器材料的居里点为至少500°f。

在可以结合这些方面中的任一方面的本公开的另一方面中，感受器材料的居里点约为2000°f。

在可以结合这些方面中的任一方面的本公开的另一方面中，导线包括并联连接的多个导线电路。

在可以结合这些方面中的任一方面的本公开的另一方面中，导线以对折配置布置，使得导线包括被配置为沿第一方向传送电流的第一段和被放置为与第一段相邻且被配置为沿与第一方向相反的第二方向传送电流的第二段。

在可以结合这些方面中的任一方面的本公开的另一方面中，多个导线股涂覆有低温粘结剂，该方法还包括熔化低温粘结剂。

已经论述的特征、功能和优点可以在各种实施方式中独立地实现，或者也可以与其他实施方式结合来实现，其更多细节可参考以下描述和附图来看出。

附图说明

图1是根据本公开的一个实施方式的加热毯的立体局部剖视图。

图2是在图1的加热毯中使用的交织式加热层的实施方式的示意性视图。

图3是在图2的交织式加热层中使用的发热线程的实施方式的立体图。

图4是具有斜纹编织图案的交织式加热层的实施方式的侧视图。

图5是具有缎纹编织图案的交织式加热层的实施方式的侧视图。

图6是具有针织图案的交织式加热层的实施方式的侧视图。

图7是以多个并联电路形成的导线的实施方式的示意性视图。

图8是以对折配置形成的导线的实施方式的示意性视图。

图9是仅在导线和感受器线上使用的交织式加热层的实施方式的示意性视图。

图10是示出了根据本公开的另一实施方式的形成加热毯的交织式加热层的方法的流程图。

图11是示出了根据本公开的另一实施方式的加热轮廓表面的方法的流程图。

应当理解，附图不一定按比例绘制，并且所公开的实施方式有时被示意性地示出。应进一步理解，以下的详细说明在本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本发明或者其应用和使用。因此，尽管为了便于解释而将本公开描绘和描述为某些示例性实施方式，但是应当理解，其可以各种其他类型的实施方式以及在各种其他系统和环境中实现。

具体实施方式

以下详细描述是执行本发明的当前预期的最佳模式。该描述不具有限制意义，而是仅仅为了示出本发明的一般原理而进行的，因为本发明的范围由所附权利要求最好地限定。

图1示出了根据本公开的实施方式的加热毯20的横截面图。加热毯20可包括第一外层22、第二外层24以及夹在中间的交织式加热层26。第一外层22和第二外层24可选地设置为保护交织式加热层26并且防止用户直接接触交织式加热层26。如以下将更全面地理解，加热毯20能够产生至少500°f的高温，并且在一些实施方式中，至少2000°f，并且因此第一外层22和第二外层24中的每一个包括高温织物材料，诸如，玻璃纤维、蛭石玻璃纤维、或者诸如由nextel^tm商标下的售卖的连续的氧化物陶瓷线。高温织物材料可以形成为编织的线，使得第一外层22和第二外层24容易符合加热毯20放置在其上的结构25的轮廓表面23。此外，在交织式加热层26放置在其间之后，第一外层22可以直接接合至第二外层24。例如，漏针29可以用于将第一外层22连接至第二外层24。漏针29还可以由高温织物材料形成，诸如，玻璃纤维、蛭石玻璃纤维、或者诸如由商标nextel^tm下的售卖的连续氧化物陶瓷线。根据使用的高温织物材料的类型，加热毯20可具有比围绕交织式加热层26的第一外层22和第二外层24更多的层。此外，某些加热应用可具有特定的加热要求和/或复杂的几何形状，而在这样的情况下，加热毯20可具有多于一个交织式加热层26，诸如，层叠在一起的多个交织式加热层。在另一实施方式中，加热毯20可包括没有任何围绕层，诸如第一外层22或第二外层24的交织式加热层26。

现在参考图2，继续参考图1，根据本公开的实施方式示出了交织式加热层26。交织式加热层26可包括与发热线30交织的一个或多个织物线28。如本文中使用的，术语“线”可以是指单股材料或者捆绑在一起成为单个绳索的多股材料。如以下将更全面地理解，用于形成织物线28和发热线30的材料是高度可变形的，使得合成的交织式加热层26容易符合轮廓表面。

织物线28由能够经受升温的高温织物材料形成。如本文中使用的，术语“升温”包括至少500°f的温度。在一些实施方式中，升温可以是至少1000°f。在其他实施方式中，升温可以是至少2000°f。合适的高温织物材料包括玻璃纤维、蛭石玻璃纤维、或者诸如由商标nextel^tm下的售卖的连续的氧化物陶瓷线。

发热线30包括响应于施加的电流相互作用感应发热的多个部件。如图3中最佳示出的，发热线30包括导线32和感受器线34。导线32被配置为接收电流并且响应于该电流产生磁场。更具体地，流动通过导线32的电流在导线32周围产生环形磁场，其中磁场的中心轴线与导线32的轴线36一致。如果导线32成形为圆柱形线圈，则合成的磁场与盘绕的导线32的轴线同轴。

在示出的实施方式中，如在图3中最佳示出的，导线32由捆绑在一起形成李兹线的多个导线股32a形成。更具体地，每个导线股32a可包括金属芯38和涂层40。金属芯38可以由适用于高温应用的导电材料形成。示例性金属芯材料包括包镍铜(适用于高达约1000°f的温度)和纯镍(适用于高达约1500°f的温度)。围绕金属芯38的涂层40由额定为高温应用的电绝缘体材料(诸如，陶瓷)形成。

可以提供护层42围绕和保持处于捆绑的李兹线配置的多个导线股32a。护层42可以是固有部件，而在这样的情况下，它由诸如陶瓷丝等高温材料形成。可替换地，护层42可以是随后移除的牺牲部件。示例性牺牲护层材料包括低熔点蜡或热塑膜，其可以在交织式加热层26的制作期间熔化或燃烧掉。

导线32直接或经由布线45操作性地连接至便携式或固定电源44。电源44可以将交流电电力提供至导线32并且可以连接至常规插座。此外，电源44可以在较高频率下操作。例如，最小的实用频率可以约为50千赫，并且最大的实用频率可以约为50,000千赫。然而，可以使用其他频率。此外，电源44可以连接至控制器46和电压传感器48或者被配置为指示由电源44提供的电压电平的其他感测装置。基于来自电压传感器48的指示的电压电平，控制器46可以在预定范围上调整电源44的交流电，以便促使加热毯20应用于各种加热要求。此外，每个导线股32a可具有确定用于传送电子频率的大小的直径。例如，每个导线股32a的直径可以是18-38美国线规(awg)。

感受器线34被配置为响应于由导线32产生的磁场感应发热。因此，感受器线34由吸收来自导线32的电磁能并且将该能量转换为热量的金属材料形成。因此，感受器线34作为根据要被加热的感受器线34和工件之间的距离将热量经由传导和辐射传热的结合传递热量的热源。

感受器线34由选择的具有近似加热毯20的理想的最大加热温度的居里点的材料形成。居里点是材料丧失其永磁性质的温度。当用于如本文中描述的其中感受器线34只要响应于由导线32产生的磁场就仅产生热量的感应加热布置中时，由感受器线34产生的热量的量将随着接近居里点而减小。例如，如果用于感受器线34的磁性材料的居里点为500°f，则感受器线34可以在450°f下每平方英寸产生2瓦特，可以在475°f下将热量产生减少至每平方英寸1瓦特，并且还可以在490°f下将热量产生减少至每平方英寸0.5瓦特。因而，由于更大的散热器导致更冷的加热毯20的部分产生更多热量并且由于更小的散热器导致更暖和的加热毯20达成部分产生更少热量，从而导致加热毯20的所有部分实现近似相同的平衡温度并且在整个加热毯20上可靠地提供均匀温度。因此，交织式加热层26可以将热量的均匀应用提供至应用加热毯20的区域，补偿吸引远离正在被加热毯20加热的区域的部分的热量的散热器。例如，交织式加热层26将继续加热没有到达居里点的区域的部分，与此同时，停止将热量提供至已经到达居里点的区域的部分。在这种情况下，与温度有关的磁性，诸如在感受器线34中使用的磁性材料的居里点可以防止加热毯20应用的区域的过度加热或加热不足。

感受器线34可以由适用于高温应用的感受器材料形成。示例性的高温感受器材料包括铁合金、钴合金、镍合金或者它们的组合。可以基于理想的居里点选择感受器材料的精确的组合物。例如，纯镍具有669°f的居里点，纯铁具有1418°f的居里点，并且纯钴具有2060°f的居里点。因此，可以将在合金中使用的镍、铁和钴(以及其他微量元素，诸如，钼)的量以实现理想的居里点。例如，可以选择具有较高浓度的钴的合金提供具有约2000°f的居里点的感受器材料。可替换地，可以选择具有较高浓度的铁的合金以及具有较低的居里点的其他材料以提供具有约500°f的居里点的感受器材料。如上所述，不考虑感受器材料的精确的组合物，感受器材料的合成的居里点将近似加热毯20的最大加热温度。

随着达到感受器线材料的居里点，感受器线34可以制定均衡电线的智能响应的加热容量的大小。在一方面，更大直径的感受器线34提供可用于在低于居里点的温度下提供热量的更多质量。另一方面，感受器线34的增加的直径将延迟当感受器线到达居里点时实现的智能效果。尽管感受器线直径可以影响由加热毯20产生的每平方英寸的瓦特，但是感受器线32的居里点仍然将近似加热毯20的最大温度。

导线32和感受器线34可以组装在一起以形成适用于与织物线28交织的发热线30。例如，在图3中示出的实施方式中，感受器线34可以螺旋配置缠绕导线32。将感受器线34四周导线32缠绕不仅将感受器线34放置为与导线32充分相邻以磁性耦合这些线，而且将导线32机械地固定在原位，这在导线32由多个导线股32a形成时特别有利。此外，因为在护层42烧掉之后感受器线34将固定导线股32a，因此围绕导线32布置感受器线34允许使用牺牲护层42。然而，可替换地，可以使用其中导线32围绕感受器线34缠绕的相反配置。更进一步地，可以使用导线32和感受器线34的其他组装配置，实现这些线的必要的电磁耦合，同时还给予发热线30促进与织物线28交织的组装形状。

织物线28和发热线30交织以为交织式加热层26提供柔韧性，从而允许交织式加热层26符合轮廓表面23。发热线30甚至可以有利地贯穿整个交织式加热层26分布以在加热毯20上提供更均匀的加热。此外，特定类型的交织可以是充分紧密的以物理支持发热线30。可以使用各种类型的图案和处理形成交织式加热层26。例如，如在图2中最佳示出的，织物线28可以形成一个或多个纬纱并且发热线30可以形成经纱，而在这样的情况下，织物线28和发热线30可以以平织60编织在一起。可替换地，可以使用用于织物线28和发热线30的其他编织图案，诸如，斜纹编织62(图4)或缎纹编织64(图5)，尽管可以使用任何类型的编织图案。在另一实施例中，如图6所示，织物线28和发热线30可以以针织图案66针织在一起。然而，可以使用除了编织和针织之外的其他织物或纺织生产处理以同样形成交织式加热层26。

图7中示出了交织式加热层70的可替换的实施方式。在这个实施方式中，交织式加热层70包括发热线72，该发热线包括配置为多个导线电路76的导线74，从而平衡整个导线74上的电感和电阻。如上所述，尽管发热线72还可包括感受器线，但是为了清晰，在图7中未示出感受器线。多个导线电路33并联耦接至电源44。一个或多个织物丝78可以与发热线72交织，从而形成交织式加热层70。尽管示出的实施方式示出了五个导线电路33，但是可以使用更大或更少数量的电路。

在图8中示出的另一个可替换的实施方式中，交织式加热层80包括以对折(double-back)配置布置的导线，从而至少部分地取消由导线产生的更广范围的电磁场。交织式加热层80包括具有导线84的发热线82。发热线82还可包括感受器线，但是为了清晰，在图8中未示出感受器线。导线84包括从电源44延伸至u形弯头88的第一段86以及从u形弯头88延伸回至电源44且放置为与第一段86直接相邻的第二段90。第一段86沿第一方向传送电流，同时第二段90沿与第一方向相反的第二方向传送电流。因为第一段86和第二段90将具有沿相反方向流动的相同电流，因此对折配置有利地至少部分取消由导线84产生的更长范围的电磁场。另外，对折配置将导线84的端部放置为彼此相邻，促使从交织式加热层80的单端连接至电源44。一个或多个织物线92可以与发热线82交织以完成交织式加热层80。

在图9中示出的另一实施方式中，交织式加热层100仅可以由导线102和感受器线104形成，省略织物线。在这个实施方式中，代替感受器线104围绕导线102盘绕，感受器线104与导线102交织以形成交织式加热层100。可以使用任何交织配置，包括本文中公开的编织和针织图案，以交织导线102和感受器线104以形成交织式加热层100，使得它容易符合轮廓表面。此外，交织式加热层100的导线102和感受器线104由适合在高温应用中使用的材料(诸如，上述材料)形成。

通常，上述公开内容在与高温加热毯有关的各种应用中提供了许多技术效果和益处。例如，所公开的加热毯可用于固化涂层，处理和维修陶瓷材料，执行管路焊接维修，预热焊接处，消除焊接之后的应力，以及其他工业，制造，并且维修需要加热到至少500°f的应用。所公开的加热毯提供均匀、可控的加热表面区域。更具体地，交织式加热层中的感受器线的居里点用于控制加热毯应用的区域的温度均匀性。正在被加热的区域的所有部分可以达到相同温度，诸如感受器线的居里点，从而帮助防止正在被加热的区域的某些部分过度加热或加热不足。另外，用于织物线、导线32和感受器线34的材料全部被选择为允许在高温应用中使用加热毯。

现在参考图10，根据本公开的另一实施方式示出了形成加热毯20的交织式加热层26的方法150。方法150以其中提供发热线30的框152开始。如以上更全面地讨论的，发热线包括由以李兹线配置捆绑的多个导线股32a形成的导线32。导线32被配置为响应于施加到导线32的电流产生磁场。发热线30还包括由感受器材料形成的感受器线34，被配置为当感受器线34的温度低于感受器线34的居里点时响应于导线32的磁场感应发热。如以上更全面地讨论的，感受器线34可以由能够产生至少500°f的高温热量的材料形成。方法150以其中发热线30与织物线28交织以形成交织式加热层的框154继续。方法150可以可选地包括形成第一外层22和第二外层24并且将第一外层22和第二外层24放置在交织式加热层26的相对侧上，从而保护交织式加热层26并且防止用户直接接触交织式加热层26。

现在参考图11，根据本公开的另一实施方式示出了加热轮廓表面的方法200。方法200以通过将加热毯20放置在轮廓表面25上的框202开始。加热毯20具有交织式加热层26，该交织式加热层包括由高温织物材料形成的织物线28以及与织物线28交织的发热线30。发热线30包括：导线32，被配置为响应于施加到导线32的电流产生磁场；以及由感受器材料形成的感受器线34，被配置为响应于导线32的磁场感应发热。感受器线34可以由能够产生至少500°f的高温热量的感受器线材料形成。此外，感受器线材料可具有感受器线34减少或停止热量产生的居里点，从而提供在整个加热毯20上产生更均匀的加热温度的智能响应。居里点可以近似由加热毯20提供的最大温度，并且因此在一些实施方式中，可以至少为500°f。在框204中，电源诸如经由布线45连接至导线32以形成电路。在框206中，控制器46和电压传感器48可以可操作地耦接至电源44以便为各种加热要求提供可控电力。

应理解的是，图10和图11中的流程图示出并描述为仅帮助公开所公开的系统和技术的特征的实施例，并且在不偏离本公开的范围的情况下，除了示出的步骤之外的或多或少的步骤可包括在与用于所公开的系统的上述各种特征对应的过程中。

进一步地，本公开包括如以下详细列举的项中描述的实施例：

a1.一种加热毯(20)，包括：交织式加热层(26、70或80)，包括：织物线(28、78或92)；以及发热线(30、72或82)，与织物线(28、78或92)交织以形成交织式加热层(26、70或80)，该发热线(30、72或82)包括：导线(32、74或84)，被配置为响应于施加到导线(32、74或84)的电流产生磁场；以及由感受器材料形成的感受器线(34)，被配置为当感受器线(34)的温度低于感受器线(34)的居里点时响应于导线(32、74或84)的磁场感应发热。

a2.根据项a1所述的加热毯(20)，其中：导线(32、74或84)包括以李兹线配置捆绑的多个导线股(32a)；并且感受器线(34)以螺旋配置缠绕导线(32、74或84)。

a3.根据项a2所述的加热毯(20)，其中，每个导线股(32a)包括导线金属芯(38)和围绕导线金属芯(38)的陶瓷涂层(40)。

a4.根据项a3所述的加热毯(20)，其中，导线金属芯(38)包括纯镍。

a5.根据项a3或a4所述的加热毯(20)，其中，导线金属芯(38)包括包镍铜。

a6.根据项a2至a5中任一项所述的加热毯(20)，还包括围绕多个导线股(32a)的护层(42)。

a7.根据项a6所述的加热毯(20)，其中，护层(42)包括陶瓷丝。

a8.根据项a6或a7所述的加热毯(20)，其中，护层(42)包括热塑膜。

a9.根据项a1至a8中任一项所述的加热毯(20)，其中，感受器材料包括选自由铁合金、钴合金和镍合金组成的组中的高温感受器材料。

a10.根据项a1至a9中任一项所述的加热毯(20)，其中，织物线(28)由选自由玻璃纤维、蛭石玻璃纤维和陶瓷纤维组成的组的高温织物材料形成。

a11.根据项a1至a10中任一项所述的加热毯(20)，还包括夹住交织式加热层(26、70或80)的相对侧的一对外层(22、24)，每个外层(22、24)由外层织物材料形成。

a12.根据项a1至a11中任一项所述的加热毯(20)，其中，感受器材料的居里点至少为500°f。

a13.根据项a1至a12中任一项所述的加热毯(20)，其中，感受器材料的居里点约为2000°f。

a14.根据项a1至a13中任一项所述的加热毯(20)，其中，导线(32、74或84)包括并联连接的多个导线电路(33或76)。

a15.根据项a1至a14中任一项所述的加热毯(20)，其中，导线(84)以对折配置布置，使得导线(84)包括被配置为沿第一方向传送电流的第一段(86)和布置为与第一段(86)相邻且被配置为沿与第一方向相反的第二方向传送电流的第二段(90)。

b1.一种形成加热毯(20)的交织式加热层(26、70或80)的方法(150)，包括：提供发热线(30、72或82)，该发热线包括：导线(32、74或84)，由多个导线股(32a)以李兹线配置形成，该导线(32、74或84)被配置为响应于施加到导线(32、74或84)的电流产生磁场；以及由感受器材料形成的感受器线(34)，被配置为当感受器线(34)的温度低于感受器线(34)的居里点时响应于导线(32、74或84)的磁场感应发热；并且使发热线(30、72或82)与织物线(28、78或92)交织以形成交织式加热层(26、70或80)。

b2.根据项b1所述的方法(150)，其中，感受器线(34)以螺旋配置缠绕导线(32、74或84)。

b3.根据项b1或b2所述的方法(150)，其中，多个导线股(32a)利用低温粘合材料的护层(42)围绕，方法(150)还包括熔化护层。

c1.一种加热轮廓表面(23)的方法(200)，包括：

将加热毯(20)放置在轮廓表面(23)上，加热毯(20)具有交织式加热层(26、70或80)，包括：由高温织物材料形成的织物线(28)；以及发热线(30、72或82)，与织物线(28)交织以形成交织式加热层(26、70或80)，该发热线(30、72或82)包括：导线(32、74或84)，被配置为响应于施加到导线(32、74或84)的电流产生磁场；以及由感受器材料形成的感受器线(34)，被配置为当感受器线(34)的温度低于感受器线(34)的居里点时响应于导线(32、74或84)的磁场感应发热，居里点至少为500°f；并且将电流提供至导线(32、74或84)以将感受器线(34)感应加热至感受器线(34)的居里点。

c2.根据项c1所述的方法(200)，其中：高温织物材料选自由玻璃纤维、蛭石玻璃纤维和陶瓷纤维组成的组；并且感受器材料包括选自由铁合金、钴合金和镍合金组成的组的高温感受器材料。

可以通过任何合适的顺序执行在本文中描述的所有方法，除非在本文中另有说明或者与上下文明显矛盾。使用在本文中提供的任何和所有实施例或示例性语言(例如，“诸如”)旨在更好地阐明所公开的主题，而非对权利要求的范围造成限制。本文中关于示例性实施方式的性质或益处的任何陈述不旨在限制，并且所附权利要求不应被认为受到此类陈述的限制。一般地，说明书中的语言不应被解释为指示任何非要求保护的元件对要求保护的主题的实践是不可或缺的。权利要求的范围包括由适用法律允许的其中列举的主题的所有修改和等同物。此外，上述元件的任意组合的所有可能的变形都被包含在权利要求中，除非本文另有说明或以其他方式与上下文明显矛盾。另外，不同的实施方式的方面可以彼此结合或替代。最终，本文中的任何参考或专利的描述即使被识别为“先前”也不旨在构成这种参考或专利可用作本公开的现有技术的特许。