CN100523625C - 短路保护用熔断器及使用该熔断器的地暖装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种短路保护用熔断器及使用该熔断器的地暖装置。特别地，该短路保护用熔断器是薄型的，其适用于地暖装置的板状加热器，即使被踩踏时也不会断裂或损坏，而且熔断部熔断时也不会产生火花飞散或着火，该短路保护用熔断器由以下部分构成：整体为薄板状的熔断器主体，其具有设在两端部的端子部和设在该端子部之间的宽度狭窄的熔断部；和覆盖所述熔断部的耐热薄膜。在向构成室内的地暖装置的面状发热体的板状加热器供给电力的扁平线、和连接该扁平线的所述板状加热器内部的铜线之间，安装该熔断器。

Description

短路保护用熔断器及使用该熔断器的地暖装置

技术领域

本发明涉及特别适用于地暖装置的面状发热体的发热电路的短路保护用熔断器(fuse)及使用该短路保护用熔断器的地暖装置。

背景技术

近年来，作为对室内取暖的采暖装置，采用由使用电发热的多个板状加热器构成的面状发热体的地暖装置，由于适合于人体且不污染大气而备受瞩目。但是，该地暖装置是在地板下地面和底板之间设置多个板状加热器来构成面状发热体，特别是如果要在现有建筑物的地板下设置面状发热体，需要在地下底板和地板之间夹放板状加热器，并且设置布线用槽，所以施工费用巨大，成为进行普及的障碍。

专利文献1日本特开平11—337093号公开专利公报

因此，本发明者开发了具有挠性的板状结构的地暖装置，象地毯那样铺设在地板上，然后连接电源即可直接用作地暖设施。这种板状地暖装置由使面状发热体变薄并且具有挠性的多个板状加热器构成，在具有挠性的地板稳定板上铺设多个这种板状加热器，即构成面状发热体，再在其上同样叠放具有挠性的地板，然后进行整体粘接，即构成厚约5mm的具有挠性的一块板状物。

这样，地暖装置整体变薄并且具有挠性，所以产生短路等事故的情况居多，因此为了防止短路时面状发热体着火，实现安全性的提高，需要使用熔断器。所以，需要进行以下研究，即，使该熔断器自身也形成为薄板状，并且，使面状发热体或用于将该面状发热体分层的板状底板或地板材料不因伴随短路而熔断时产生于熔断部的火花或高温熔化部而着火。

发明内容

本发明的目的是提供一种地暖装置的板状加热器的短路保护用薄型熔断器，即使被踩踏时也不会断裂或损坏，而且熔断部熔断时也不会产生火花飞散或着火。

本发明的另一目的是提供使用该板状加热器的短路保护用熔断器的地暖装置。

为了达到上述目的，本发明的特征在于，本发明是地暖装置中的板状加热器的短路保护用熔断器，该地暖装置通过在地板稳定板上铺设面状发热体，并进一步在该面状发热体上叠放安装地板，使整体一体化而构成，该面状发热体由具有短路时易着火性质的多个所述板状加热器构成，该短路保护用熔断器的特征在于，该短路保护用熔断器由以下部分构成：整体为薄板状的熔断器主体，该主体具有设于两端部的端子部、与这些各端子部连续设置的比该各端子部的宽度窄的连接部、以及设置在这些连接部之间的比该连接部的宽度窄的熔断部；以及耐火薄膜，该耐火薄膜从其从上下方向覆盖并粘接该熔断器主体，该短路保护用熔断器在所述各端子部设有孔眼安装用透孔，所述熔断部在其中央部长方向上设有长孔，并且所述耐火薄膜被设置为通过折叠来覆盖所述熔断部和所述各连接部的全部、以及所述各端子部的一部分。

此时，本发明的特征在于，在把所述熔断器主体的结构材料设为铅、锡、铜的合金、把材料厚度设为0.08mm、把整体长度设为60mm、把各端子部宽度设为10mm时，把所述熔断部的宽度的设为2.35mm至2.95mm。。

另外，本发明的特征在于，所述耐火薄膜以云母为原料，并涂覆有粘接剂。

另外，本发明的特征在于，在向所述地暖装置的各板状加热器供给电力的扁平线和设置于所述各板状加热器内部的铜线之间，安装了所述各短路保护用熔断器。

如上构成的本发明涉及的熔断器，整体较薄，并且，可以利用耐火薄膜防止熔断部熔断时产生的火花或熔化物飞散到外部或附着在外部接触物上，所以在将其用在地暖装置的面状发热体的板状加热器的发热电路中时，在上下方向上几乎不产生凹凸，利用上下设置的地板吸收其厚度，并且防止在产生短路时熔断部在极短的时间内断裂而导致面状发热体着火，同时，利用覆盖着熔断部的耐火薄膜可以防止熔断部熔断时产生的火花或熔化物向外部飞火星、或附着在上下设置的底板等的外部接触物上，所以能够可靠防止叠合在面状发热体的上面和下面的外部接触物和底板或地板稳定板或地板着火，能够提高安全性，并且可以形成呈板状的地暖装置，因此仅简单地铺设在现有的地板上并连接电源即可，可以发挥以低廉的设置费用即可完成安装的效果。

附图说明

图1是本发明涉及的短路保护用熔断器的立体图。

图2是本发明涉及的短路保护用熔断器的部分省略的俯视图。

图3是沿图2的A—A线的剖面图。

图4是表示本发明涉及的短路保护用熔断器的其他实施方式的部分省略的俯视图。

图5是表示本发明涉及的短路保护用熔断器的另外其他实施方式的部分省略的俯视图。

图6是进行本发明涉及的短路保护用熔断器的短路切断试验时的电路构成图。

图7是进行本发明涉及的短路保护用熔断器的短路切断试验时的其他电路构成图。

图8是使用了本发明涉及的短路保护用熔断器的地暖装置的说明图。

图9是说明使用了本发明涉及的短路保护用熔断器的板状加热器的连接示例的说明图。

符号说明

1 熔断器主体；1a 端子部；1b 透孔；2 熔断部；2a 长孔；3、5、6耐火薄膜；7、8 板状加热器；9 铜线；10、11 短路用电线；12 闸刀开关；15 地暖装置；16 地板稳定板；17 板状加热器；18 面状发热体；19 地板；20 扁平线；21 铜线。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的一实施例。

(实施例1)

在图1～图3中，符号1表示的是呈薄板状的熔断器主体。该熔断器主体1在设于两端部的较宽的端子部1a、1a设置孔眼安装用透孔1b、1b，在各端子部1a、1a之间一体设置具有在的长方向上延伸的长孔2a的宽度狭窄的熔断部2，并且，利用例如由云母薄膜(商品名：云母粘接带)构成的耐火薄膜3粘贴被覆各端子部1a、1a的一部分和熔断部2，由此构成本发明涉及的短路保护用熔断器(以下简单称为熔断器)4。

该熔断器主体1的材料使用铅、锡、铜的合金，但不限于此，根据需要可以使用磷青铜、其他的铜合金、铅、锡、铝等单体或经适当组合而成的合金。耐火薄膜3适合使用云母薄膜(商品名：云母粘接带)，但除此以外也可以使用耐热温度500℃以上的薄膜或薄带等。

(实施例2)

另外，作为用耐火薄膜3覆盖熔断器4的熔断部2的方法，如图1～图3所示，可以将耐火薄膜3切成薄长方形状，从熔断部2的上下方向粘贴，也可以如图4所示，把耐火薄膜5从中央部折叠，从上下方向覆盖熔断部2。

(实施例3)

另外，如图5所示，也可以把耐火薄膜6缠绕在熔断部2上。

熔断器主体1的材料如上所述是铅、锡、铜的合金，其材料厚度使用约为0.08mm的极薄品，整体长度为60mm，两端部的端子部宽度为10mm、其长度为12.5mm，耐火薄膜的厚度为0.15mm、其宽度为12mm，熔断部的宽度为2.35mm、其长度为20mm，长孔的宽度为1.5mm、其长度为14mm，从端子部1a、1a到熔断部2的连接部1c、1c的宽度为5mm、其长度为3.5mm，并且具有适当的强度，仅施加从上方踩踏等的压力时不会折断或断裂。

图6和图7表示把上述的本发明涉及的熔断器4安装在构成地暖装置的面状发热体的板状加热器上，进行熔断器特性的确认试验时的连接示例，图6是使用商用频率2P—100V电源的示例，图7所示的是使用商用频率2P—200V电源的示例。

作为熔断器特性的确认试验用试料的板状加热器，以在全部浸渍PTC导电性涂料的基础上，经过干燥、加热加工制成的棉布坯料为基体材料。其中，表1左侧的试料No.1的宽度为117mm、长度为2650mm、厚度为0.5mm，是在长方向两端部隔开104mm间隔平行配置分别织入14根约0.2mm的铜线的电极，再用聚酯薄膜将基体材料的两面层压制造而形成的。

试料No.2的宽度为117mm、长度为2650mm、厚度为0.5mm，是在长方向两端部隔开104mm间隔平行配置分别织入14根约0.2mm的铜线的电极，再用聚酯薄膜将基体材料的两面层压制造而形成的。

表1右侧的试料No.1的宽度为235mm、长度为2650mm、厚度为0.5mm，是在长方向两端部隔开215mm间隔平行配置分别织入14根约0.2mm的铜线的电极，再用聚酯薄膜将基体材料的两面层压制造而形成的。

表1右侧的试料No.2的宽度为235mm、长度为2650mm、厚度为0.5mm，是在长方向两端部隔开215mm间隔平行配置分别织入14根约0.2mm的铜线的电极，再用聚酯薄膜将基体材料的两面层压制造而形成的。

然后，表3、表5、表6的各试料1～4的宽度为117mm、长度为2650mm、厚度为0.5mm，是在长方向两端部隔开104mm间隔平行配置分别织入14根约0.2mm的铜线的电极，再用聚酯薄膜将基体材料的两面层压制造而形成的。

表4的各试料1～4的宽度为235mm、长度为2650mm、厚度为0.5mm，是在长方向两端部隔开215mm间隔平行配置分别织入14根约0.2mm的铜线的电极，再用聚酯薄膜将基体材料的两面层压制造而形成的。

各个试料全部具有PTC导电特性，具有该PTC导电特性的试料在通过大电流时表现出电气电阻增大，电流及发热量减少的温度自控特性，所以作为构成地暖装置的面状发热体的板状加热器是最优选的发热板。通过使用这种板状加热器，该板状加热器的温度在没有短路等事故的情况下，没有上升到超过实用上或安全上的上限值的温度的危险，和使用镍铬耐热合金线的板状加热器不同，具有不需要复杂的防止加热机构的优点。

图6和图7均表示利用短路用电线10和11连接插入到板状加热器7、8中的铜线9、9并将其短路的情况，但该短路用电线10和11均用于调查短路时的熔断器特性，在恒定电流通电试验时被卸下。

这样，从图6和图7所示状态下均将短路用电线10和11卸下，在闸刀开关12和本发明涉及的熔断器4、4之间串联连接未图示的电流表，接通闸刀开关12并进行恒定电流通电试验，其结果如表1所示。

表1

根据该表1可知，板状加热器7、8设定为相同瓦特数，无论在电源电压为100V或200V时，向发热短路通电的电流值均没有大的变化。

然后，在图6所示电路构成中，卸下熔断器4、4，向电源直接连接板状加热器7，并且安装短路用电线进行短路试验，结果如下表2所示。

表2

 

经过时间	状态
		开始试验后	—
经过1.5秒时	稍微开始冒烟
		经过2.5秒时	冒烟量增大
经过5.5秒时	导线部分开始变红变热
		经过7.5秒时	一处着火
经过8.0秒时	两处着火—停止

根据该表2可知，从开始短路到约经过1.5秒时，面状发热体已经发生冒烟现象，所以需要在该时间以前切断发热电路。

然后，将短路用电线10、11按图6和图7所示短路连接在板状加热器7和8的各铜线9、9之间，然后把熔断部2的宽度为2.35mm的熔断器4、4按照图示串联连接在闸刀开关12、12和铜线9、9之间，再在各闸刀开关12、12和熔断器4、4之间串联插入连接示波器的未图示的分流器，进行了在将各闸刀开关12接通时各熔断器4、4表现何种动作的试验。并且，在试验后马上从发热电路卸下熔断器4、4，使用DC500V兆欧表在该熔断器4的两端子部1a、1a之间测定了熔断器4、4的熔断后的绝缘电阻。

以上试验结果如表3和表4所示。

表3

表4

在使用恒定电流时，如上述的表2所示，无论电源电压是100V还是200V，板状加热器7、8被设定为大致相同的瓦特数，所以向发热电路通电的电流值如表1所示基本没有变化。但是，在短路时，短路部位是铜线部分，各个铜线9的电阻值全部相同，所以电源电压为200V而高于电源电压为100V时，相应地其电路电流也表现出较大的值。这在利用欧姆定律E＝IR进行计算时，在200V发热电路中，R＝E/1：200/246＝0.813(Ω)。在使其适合于100V发热电路时，I＝E/R：100/0.813＝123(A)，是与实测值大致相等的值。

综合考虑上述情况可知，电路电流值较小的100V时的切断时间较长，所以必须使熔断器4的熔断部2的尺寸宽度变狭小。在发热电路短路时，200V的电压高于100V，相应地与熔断器4的熔断部2的熔断后的火花产生量变多，但由于电路电流大，所以能够使火花瞬时消灭，切断发热电路。

在板状加热器7、8的各铜线9之间产生短路事故的情况下，如上所述，熔断器4的熔断部2在极短的时间内熔断，必须防止板状加热器(PET树脂)7、8着火，所以以短路电流值较小的100V发热电路为基准，确定批量生产品(批量生产模具)的熔断部的最佳尺寸，在改变该熔断部尺寸的基础上，使用图6所示的板状加热器7，改变各熔断器4的熔断部2的宽度尺寸，把电源电压设为100V，进行了下述短路试验。

表5

表6

根据以上短路试验结果可知，熔断器4的熔断部2的宽度尺寸即使为最大2.95mm时，试料No.1～4的熔断时间为178.2ms到195.0ms，所以均在1秒以内，并且短于板状加热器4的冒烟时间1.5秒，所以不会有问题。但是，考虑到安全性和强度等，优选熔断部的宽度尺寸为2.35mm。如果熔断部的宽度尺寸小于2.35mm，将因微小的电压变化而熔断或断开，在安全性和强度方面会产生问题。另外，无论在哪种情况下，均使用了在熔断部设有图1～图5所示的长孔的试料。如果设有该长孔，具有容易获得强度和熔断性的平衡的优点。

(实施例4)

图8～图9表示把本发明涉及的熔断器安装在将板状加热器用作面状发热体的地暖装置的情况。根据该图，该地暖装置15如图8所示，相互叠合着粘接地板稳定板16、由向多个板状加热器17、17供给电力的扁平型布线构成的面状发热体18、地板19这三块板，由此形成具有挠性的板状物。另外，虽然未图示，但是面状发热体利用聚丙烯薄膜等将两面层压制造并进行了绝缘处理，熔断器4部分也利用薄膜及其他方式进行了绝缘处理。

其中，地板稳定板16是在将铁粉和粉状沥青均匀搅拌并加热后，通过用轧制辊进行轧制而形成板状，如果含有铁粉至少30％左右，形成厚约1.5mm、大小为9.9m²，则重量约为60kg，可以以没有皱褶且不会卷起的稳定状态铺展在地板上。

各板状加热器17使用了上述试料1，但也可以使用除试料1以外的试料。例如，作为布帛，除聚酯系列纤维外，还可以列举棉、聚酰胺系列纤维、丙稀系列纤维、维尼纶系列纤维等，或含有这些中至少一种纤维的纺织丝，或将由混织丝等构成纤维丝条排列成经丝及/或纬丝，把铜线或其代替品的良好导电性线条物以规定间隔配置在该经丝及/或纬丝的一部分上而得到的纤维织物。作为加热方法，例如可以使用远红外线照射、微波照射、感应电加热等，但不限于这些，只要是可以进行适当的温度管理的方法即可，并且优选导电性涂料的溶媒的发散速度在涂膜的表面和内部没有差异的方法。

作为此时使用的PTC导电性涂料，使用了美国专利第5556576号说明书记载的代表性涂料。即，按照以下工序制造的导电性涂料。(1)向已加热的搅拌容器中放入芳香族溶剂，加热到40～60℃温度。(2)添加从热塑性树脂、未固化的热固化性树脂及弹性体中选择的基板形成物质，添加量为后面工序的导电性物质的25％～40％的重量。(3)添加所添加的导电性粉体的25％～40％的重量的石蜡，连续搅拌直到所有固体成分熔化。(4)添加从石墨、碳黑、金属粉等选择的导电性细微粉体，搅拌直到形成光滑的膏。(5)混揉该膏直到形成为导电性细微粉体的实质上均匀的分散体。将这样得到的PTC导电性涂料涂覆或浸渍在布帛或纤维上即可使用。

然后，作为地板19，使用市场销售的例如类似南海艺术地板21的地暖适用品，优选厚度约为3mm，但不限于该厚度。可以根据施工现场选择6mm、9mm、12mm等。

然后，如图9所示，在向地暖装置15的由各板状加热器17构成的面状发热体流过电流的已层压加工的扁平线20、20、和各板状加热器17的铜线21、21之间，通过进行孔眼加工连接本发明涉及的熔断器4、4。

根据这种构成，熔断器4自身较薄，所以能够从整体上防止板状地暖装置15产生凹凸，并且即使脚踩踏时也不用担心会因此而损坏，在板状加热器17基于某种原因流过短路电流时，熔断器4的熔断部熔断，由此将电流切断，所以可以将板状加热器17的着火防患于未然。而且，即使熔断器4自身熔断时，可以利用耐火薄膜3防止此时的火花或高温熔化物飞散到外部，防止地板稳定板16、地板19和板状加热器17被该火花或熔化物烧损或着火。

当然，本发明涉及的熔断器也可以适用于板状地暖装置用面状发热体以外的面状发热体及其以外的装置，而且也可以适用于地暖装置以外的电子电路·电机等。

如上面的详细说明所述，本发明涉及的熔断器较薄，在短路时可以在瞬时内将电路切断，并且在熔断部熔断时不会飞散火花，高温熔化物不会附着在外部接触物上，所以最适合用作构成板状地暖装置的面状发热体的板状加热器的短路保护用熔断器。

并且，使用了本发明涉及的熔断器的地暖装置，可以形成将板状加热器用作面状发热体的具有挠性的廉价的板状地暖装置，所以特别是作为一般家庭用的地暖装置的利用价值极高。

Claims (4)

1.一种短路保护用熔断器，该短路保护用熔断器是地暖装置中的板状加热器的短路保护用熔断器，该地暖装置通过在地板稳定板上铺设面状发热体，并进一步在该面状发热体上叠放安装地板，使整体一体化而构成，该面状发热体由具有短路时易着火性质的多个所述板状加热器构成，该短路保护用熔断器的特征在于，该短路保护用熔断器由以下部分构成：整体为薄板状的熔断器主体，该主体具有设于两端部的端子部、与这些各端子部连续设置的比该各端子部的宽度窄的连接部、以及设置在这些连接部之间的比该连接部的宽度窄的熔断部；以及耐火薄膜，该耐火薄膜从该熔断器主体的上下方向覆盖并粘接该熔断器主体，该短路保护用熔断器在所述各端子部设有孔眼安装用透孔，所述熔断部在其中央部长方向上设有长孔，并且所述耐火薄膜被设置为通过折叠来覆盖所述熔断部和所述各连接部的全部、以及所述各端子部的一部分。

2.根据权利要求1所述的短路保护用熔断器，其特征在于，在把所述熔断器主体的结构材料设为铅、锡、铜的合金、把材料厚度设为0.08mm、把整体长度设为60mm、把各端子部宽度设为10mm时，把所述熔断部的宽度的设为2.35mm至2.95mm。

3.根据权利要求1至2中的任一项所述的短路保护用熔断器，其特征在于，所述耐火薄膜以云母为原料，并涂覆有粘接剂。

4.一种地暖装置，其特征在于，在向所述地暖装置的各板状加热器供给电力的扁平线和设置于所述各板状加热器内部的铜线之间，安装了权利要求1至3中的任一项所述的短路保护用熔断器。

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