CN103096537A - 线状发热线装置 - Google Patents

Abstract

一种线状发热线装置，是单线式线状发热线，并使温度检测芯线及短路检测芯线在高分子层的外周交互地以一定的间距螺旋状地缠绕，使温度控制电路和线路间短路保护电路分离，从而可获得高精度且稳定的温度控制功能及波动少且安全性高的线路间短路保护功能，经济性良好。其中，使发热芯线(2)螺旋状缠绕到卷芯(1)；在其周围形成高分子层(3)，在其外周使温度检测芯线(4)和短路检测芯线(6)交互地保持一定间距，且以咬入到高分子层的方式螺旋状缠绕，进一步在其上形成绝缘被覆层(5)。温度检测芯线和短路检测芯线在空间上分离，从而使温度检测芯线的温度控制及短路检测芯线的线路间短路保护分别独立、高精度、不波动地进行。

Description

线状发热线装置

技术领域

本发明涉及一种电热毛毯、电热地毯等面状采暖用具中使用的线状发热线装置。 

背景技术

一般情况下，电热地毯等面状采暖用具中使用的线状发热线为人所熟知，尤其是，该电热地毯中使用的线状发热系统的方式是由线状的传感线和线状的加热线构成的称为双线式的构造，其构造如图3所示。 

在该图中，线状传感线100由以下构成：聚酯纤维等纤维束的卷芯1a；在卷芯1a的外周使铜或铜合金导体卷绕成螺旋状形成的内侧电极芯线2a；在内侧电极芯线2a外周使高分子感热树脂挤压成型而成的高分子感热层3a；在高分子感热层3a外周使铜或铜合金导体卷绕成螺旋状形成的外侧电极芯线4a；以及在最外周使聚氯乙烯树脂等挤压成型的绝缘被覆层5a。 

此外，根据需要有时在外侧电极芯线4a和绝缘被覆层5a之间设置将将聚酯带卷绕成螺旋状而形成的、针对来自绝缘被覆层5a的可塑剂转移的阻挡层。并且，也有将内侧电极芯线2a和外侧电极芯线4a相反配置、或内侧电极芯线2a和外侧电极芯线4a由特殊合金等形成的情况。 

其中，高分子感热层3a对温度的电气特性呈现出交流阻抗随着温度上升而减少的所谓负温度系数热敏电阻特性，表示灵敏度性能的常数B大概是8000K到11000K左右。此外，高分子感热层3a不必具有 固定的熔点。 

在这种构成的线状传感线100中，温度变化导致的交流阻抗的变化被作为电气信号从内侧电极芯线2a和外侧电极芯线4a的两端被取出，并用于温度控制。 

其次，线状加热线101呈和图3一样的形状，但使用的材料不同。在该图中由以下构成：聚酯纤维等纤维束的卷芯1b；在卷芯1b外周将铜或铜合金导体卷绕成螺旋状形成的发热芯线2b；在发热芯线2b外周将高分子树脂挤压成型而成的高分子层3b；在高分子层3b外周使铜或铜合金导体卷绕成螺旋状形成的短路检测芯线4b；在最外周使聚氯乙烯树脂等挤压成型的绝缘被覆层5b。 

其中，高分子层3b具有固定的熔点，变为过热状态时，高分子层3b熔融，发热芯线2b和短路检测芯线4b接触，作为所谓的线路间短路保护功能的一部分发挥作用。此外，这里所述的线路间短路保护功能是指，在线路间短路时，与温度熔断器等其他部件配合，以不恢复的方式断开电源，以防止异常过热导致的火灾等。 

此外，根据需要有时在短路检测芯线4b和绝缘被覆层5之间设置螺旋状卷绕聚酯带而形成的、针对来自绝缘被覆层5b的可塑剂转移的阻挡层。并且，也有将发热芯线2b和短路检测芯线4b相反配置的情况。 

这两条线状传感线100和线状加热线101基本平行地布线，连接到温度控制部，通过图4所示的电路连接来实现温度控制和线路间短路保护的动作。 

在图4中，来自线状传感线100的信号通过电阻器R1、R2分压为低压，进一步通过二极管D3和电容C1平滑化，作为较小的直流成 分输入到电压比较器U1的负极端子，和相当于预先设定的温度的基准电压Vref1进行比较，从电压比较器U1输出，驱动电力控制开关SW的开合，控制对发热芯线2b的通电。其中，标号STB是低压化的稳定化电源，提供到温度控制部(下同)。 

另一方面，线状加热线101的线路间短路保护动作如图4所示，短路检测芯线4b的两端短路，借助温度熔断器一体式电阻器RF1和两个二极管，连接到AC100V的各个极，构成线路间短路保护电路。其中，F1是温度熔断器，RF1是温度熔断器一体式电阻器，D1、D2是整流二极管。 

图4所示的线状加热线101的线间短路保护电路的动作如下。在线状传感线100连接的温度控制部破损而陷入无法控制的情况下，电力控制开关SW保持接通的状态，线状加热线101对发热芯线2b的通电变得连续，整体变为过热状态，因此高分子层3b以固有的熔点熔融，发热芯线2b和短路检测芯线4b接触，通过“AC电源N点→2b→4b→RF1→D1→F1→AC电源H点”和“AC电源H点→F1→2b→4b→RF1→D2→AC电源N点”两个路径流入交流半波电流，温度熔断器一体式电阻器RF1以较大的功率被加热，在预定时间内温度熔断器熔断，电源断开，构成防止火灾发生的最终的保护电路。其中，AC电源的H点、N点是表示电路图上的位置的称呼，不具有电气含义。此外，二极管D1及D2的方向分别逆向连接时也是同样的动作。 

上述线路间短路保护电路的优点如下。 

(1)短路检测芯线4b的电阻值可远小于温度熔断器一体式电阻器RF1，在工业上也可小到发热芯线2b的电阻值以下，还可使线路间短路时的温度熔断器熔断时间的波动非常小，但小到什么程度要兼顾成本。 

(2)连接短路检测芯线4b的两端并使用，从而使短路检测芯线 4b的合成电阻不论短路位置而变为两端开放的原来的电阻值的1/4以下，因此实现上述第(1)项所示的短路检测芯线4b的低电阻化，可起到相对温度熔断器一体式电阻器RF1的电阻值4倍以上的较大的缩小效果。 

(3)在温度熔断器一体式电阻器RF1中，通过两个路径流入交流半波电流，因此可减小线路间短路位置、电力控制开关SW的接通及断开状态形成的耗电波动，并且因线状加热线101和线状传感线100在空间上离开，所以可提供一种没有电气相互干扰、安全性极高、稳定的线路间短路功能。 

其次，根据图4对温度熔断器一体式电阻器RF1的耗电的概要计算值如表3所示。其中，发热芯线2b的电阻值为28.6Ω、温度熔断器一体式电阻器RF1的电阻值为180Ω，短路检测芯线4b的电阻值考虑到温度熔断器一体式电阻器RF1的电阻值的1/2左右的目标及成本，是相当于发热芯线2b的电阻值的3倍左右的90Ω。此外，二极管D1、D2的正向电压下降成分很少，因此在计算中省略(下同)。 

(表3) 

温度熔断器一体式电阻器RF1的耗电概要计算值

单位：瓦 

注：在各电路图中，AC电源的H点为正、N点为负时称为正向，反之称为逆向。总计栏的数值是交流1周期的耗电。 

根据表3，在双线式线状加热线101(现有例)中，线路间短路位置、电力控制开关SW的接通及断开状态的各模式下的温度熔断器一体式电阻器RF 1的耗电在实际使用中仅产生13.9W÷9.6W＝1.4倍的不同。 

线路间短路保护功能与电力控制开关SW的接通/断开无关而作用，因此温度熔断器一体式电阻器RF1的耗电取决于各模式下的最大值能有效地作用。其中，假设温度熔断器F1的熔断时间取决于消耗能量时，相对耗电13.9W，推测9.6W时的熔断时间仅增加1.4倍，实测的熔断时间相对上述推测大致可获得适当的值。 

因此，线状传感线和线状加热线构成的现有的双线式线状发热线的方式，是可完全分离温度控制功能和安全保护功能的良好构成，线路间短路位置造成的熔断时间差在可允许的范围内仍有宽裕，是安全性极佳的方式，但因使用两个线，所以成本非常高，不经济，并且因高分子感热层3a的经时变化较大，所以存在无法长时间进行稳定的温度控制的较大问题。 

外观及构造与上述说明类似的发明例如包括专利文献1～6。 

专利文献1：日本特开昭48-55480号公报 

专利文献2：日本特开昭5-3071号公报 

专利文献3：日本特开昭5-306819号公报 

专利文献4：日本特开平6-5175号公报 

专利文献5：日本特开平6-124771号公报 

专利文献6：日本特开平7-216174号公报 

发明内容

近年来，要求电热毛毯、电热地毯变得大面积化的同时，从视觉、触感的角度出发，坯料和外罩变得较厚，另一方面要求单位面积的线状发热线的布线密度变少，存在这种强烈的成本降低的市场需求，同时要求可长期进行经时变化较少的稳定的温度控制，因此称为单线式线状发热线的发热线构造迅速普及，但和上述双线式相比，存在以下较大问题：异常过热时的线路间短路保护功能波动较大，防止火灾发生的最终的保护功能不具有充分的安全性。 

图3所示的单线式线状发热线102由以下构成：聚酯纤维等纤维束的卷芯1c；在卷芯1c的外周螺旋状卷绕铜或铜合金导体的形成发热芯线2c；在发热芯线2c外周使高分子树脂挤压成型而成的高分子层3c；在高分子层3c外周使螺旋状卷绕镍等导体形成的温度检测芯线4c；在最外周使聚氯乙烯树脂等挤压成型的绝缘被覆层5c。 

此外，根据需要有时在温度检测芯线4c和绝缘被覆层5c之间设置螺旋状卷绕聚酯带而形成的针对绝缘被覆层5c的可塑剂转移的阻挡层。并且，也有将发热芯线2c和温度检测芯线4c相反配置的情况。 

在这种构造的线状发热线102中，由加热造成的温度变化使具有正的温度系数的镍所构成的温度检测芯线4c的电阻值变化，该变化变换为电气信号并取出，用于温度控制。此外，镍线形成的温度检测芯线和使用离子性传导的高分子感热层不同，其电阻值、温度系数及精度均高且稳定，可实现长期稳定、精度高的温度控制。 

在线状发热线102中，高分子层3c具有固定的熔点，变为过热状态时，高分子层3c熔融，发热芯线2c和温度检测芯线4c接触，作为所谓的线路间短路保护功能发挥作用。即，在单线式线状发热线102中，温度检测芯线4c兼用作短路检测芯线。并且，高分子层3c具有阻抗随着温度上升而减少的负温度系数热敏电阻特性。 

单线式线状发热线102的温度控制和线路间短路保护的动作，通过图5所示的电路连接实现。温度控制动作中，温度检测芯线4c的电阻变化通过电阻器R1和R2分压，输入到电压比较器U1的负端子，与相当于预先设定的温度的基准电压Vref1比较，从电压比较器U1输出，驱动电力控制开关SW的开合，控制对发热芯线2c的通电。其中，标记STB是低压化的稳定化电源，提供到温度控制部。 

线路间短路保护动作中，温度检测芯线4c的两端连接二极管D1和D2的正极，二极管D1、D2的负极统一连接到温度熔断器一体式电阻器RF1的一端，温度熔断器一体式电阻器RF1的另一端连接到AC100V的一端而构成。 

其中，当上述温度控制部破损而陷入无法控制的情况时，电力控制开关SW保持接通的状态，到发热芯线2c的通电变得连续，整体变为过热状态，因此高分子层3c以固有的熔点熔融，发热芯线2c和温度检测芯线4c接触，通过“AC电源N点→2c→4c→D1或D2→RF1→F1→AC电源H点”的路径流入电流，温度熔断器一体式电阻器RF 1被加热，在预定时间内温度熔断器熔断，电源断开，构成防止火灾发生的最终的保护电路。 

上述线路间短路功能中尤其重要的一点是，无论在线状发热线102的哪个位置发生线路间短路，必须在波动较少的状态下使保护功能发挥作用。为满足这一要求，在图5所示的电路连接中，以降低温度检测芯线4c和温度熔断器一体式电阻器RF 1的电阻值的方向，来减轻线路间短路位置的影响，努力确保温度熔断器一体式电阻器RF 1的均匀加热形成的温度熔断器F1的均匀的熔断时间，但使兼用作短路检测芯线的温度检测芯线4c的电阻值小于温度熔断器一体式电阻器RF 1的电阻值，从经济角度而言几乎不可能。 

根据图5，将温度熔断器一体式电阻器RF 1的耗电的概要计算值 如表3所示。其中，温度检测芯线4c的电阻值在60℃下为1176Ω，温度熔断器一体式电阻器RF1的电阻值为180Ω，发热电阻丝2c的电阻为28.6Ω。并且，其他条件和双线式时一样。 

根据表3，在单线式的线状发热线102(现有例2)中，线路间短路位置、电力控制开关SW的接通及断开状态的各模式下的温度熔断器一体式电阻器RF 1的耗电，在实际使用上产生13.9W/1.9W＝7.3倍的差异。其中，假设温度熔断器F1的熔断时间取决于消耗能量时，相对于耗电13.9W，推测9.6W时的熔断时间为7.3倍，实测的熔断时间相对推测大致可获得适当的值。 

进一步，假设使温度检测芯线4c的60℃的上述电阻值1176Ω下降到1/2的588Ω这一极端情况，对电力控制开关SW断开期间进行试运算时，温度熔断器一体式电阻器RF1的耗电变为3.9W左右，熔断时间推测缩短到13.9W/3.9W＝3.6倍，接近允许范围。 

但是，如果使温度检测芯线4c的电阻值为1/2，则其温度信号减半，因此必须使流入到温度检测芯线4c的电流是2倍，这会增大低压化的额定功率电源部的发热，提高温度控制器的收容箱的表面温度，产生使用上的不适感及安全上的问题。 

并且，作为单线式线状发热线的其他构造，提出了图6的构造的发热线的方案(专利文献5)。 

在该图中，聚酯纤维等纤维束的卷芯1d、在卷芯1d的外周螺旋状卷绕铜或铜合金导体形成的发热芯线2d、在发热芯线2d外周使高分子感热树脂挤压成型而成的高分子感热层3d、在高分子感热层3d外周绝缘被覆的温度检测芯线4d和裸露的过热检测芯线6d设置相互的间隔，以一定的间距螺旋缠绕，其外周以绝缘被覆层5d绝缘，形成线状发热线103。其中，高分子感热层3d具有随着温度上升阻抗减少的所 谓负温度系数热敏电阻特性。 

根据图6的构造图，绝缘被覆的温度检测芯线4d电气独立于其他部分，可仅检测出单纯的温度检测信号，并且高分子感热层3d的过热信号可从发热芯线2d和过热检测芯线6d之间不混入温度检测信号地检测出纯粹的过热信号，因此和发生过热使得高分子感热层3d熔融从而发热芯线2d和过热检测芯线6d接触的所谓线路间短路相比，可在足够低的温度下通过上述过热信号断开对发热芯线2d的通电，可防止线路间短路。 

图3、图6的标记和说明书中的称呼的关系 

通过图7的电路图进一步对其形态详细具体地进行说明。在该图中，来自绝缘被覆的温度检测芯线4d的信号通过电阻器R1及R2分压，输入到电压比较器U1-A的负端子，与相当于预先设定的温度的基准电压Vref1比较，从电压比较器U1-A输出，驱动电力控制开关SW的开合，控制对发热芯线2d的通电。 

接着，来自过热检测芯线6d的信号通过电阻器R2及R3分压，输入到比较器U1-B的负端子，和相当于比线路间短路发生足够低的预先设定的温度的基准电压Vref2比较，从电压比较器U1-B输出，驱动电子控制开关SW的开合，控制对发热芯线2d的通电。因此，在高分子感热层3d熔融从而发热芯线2d和过热检测芯线6d之间的线路间短路发生之前，可对此进行预防，这是专利文献5的主要目的。 

但是，即使采用上述预防措施，也会存在温度控制部发生故障的情况，在高分子感热层3d熔融从而发热芯线2d和过热检测芯线6d之间发生线路间短路时，可设置线路间短路保护电路，但在可坚持“信号分离”的上述主要目的的用于线路间短路保护的电路连接如图7所示，只可与在图3及图5中说明的使用普及形的单线式线状发热线102的情况一样构成，无法获得波动少的线路间短路保护动作。 

当然，对于过热检测芯线6d，象双线式一样，可作为在两个路径中流入交流半波电流的灵敏度高的线路间短路保护专用设备使用，但无法构成作为主要目的的过热信号造成的线路间跃的预防电路。因此，作为专利文献5的目的的温度检测芯线4d的绝缘被覆处理无需发挥其功能，所以在专利文献5的构造中将过热检测芯线作为短路检测芯线专用设备使用，是极不经济的。 

本发明的目的是，提供一种线状发热线装置，是单线式线状发热线，并且使各部分由良好材质构成的温度检测芯线及短路检测芯线在高分子层的外周交互地保持一定的间距且以咬入到高分子层的方式螺旋状缠绕，使温度控制电路和线路间短路保护电路坚决分离，从而可获得高精度且稳定的温度控制功能及波动少并安全性高的线路间短路保护功能，且经济性良好。 

为实现上述目的，本发明的技术方案1所述的线状发热线装置具有：发热芯线，以预定的间距螺旋缠绕到卷芯上，两端施加交流电；高分子层，密着配置在上述发热芯线上，以预定的温度熔融；由温度检测芯线和短路检测芯线构成的两条导体，在上述高分子层的外周设置相互的间隔并保持一定的间距，且以咬入上述高分子层的方式螺旋缠绕；和被覆层，绝缘上述两条导体，上述线状发热线装置的特征在于，上述短路检测芯线的两端连接到温度熔断器一体式电阻器的一端，上述电阻器的另一端通过两个二极管分别连接到AC电源的两极，当上述发热芯线和上述短路检测芯线在任意位置短路时，形成以下路径：施加到上述发热芯线一侧的交流电通过短路的部分，经过与上述短路检测芯线连接的电线，流入到上述温度熔断器一体式电阻器，在该路径中流过达到熔断的大小的电流并加热，短时间内切断温度熔断器，确保安全性。 

本发明的技术方案2所述的线状发热线装置具有：由温度检测芯线和短路检测芯线构成的两条导体，在卷芯的外周设置相互的间隔并 保持一定的间距且螺旋缠绕；高分子层，使上述两条导体咬入而被挤压成型；发热芯线，在以预定的温度熔融的上述高分子层的外周，以预定的间距螺旋缠绕，两端施加交流电；和被覆层，绝缘上述发热芯线，上述线状发热线装置的特征在于，上述短路检测芯线的两端连接到温度熔断器一体式电阻器的一端，上述电阻器的另一端通过两个二极管分别连接到AC电源的两极，当上述发热芯线和上述短路检测芯线在任意位置短路时，形成以下路径：施加到上述发热芯线一侧的交流电通过短路的部分，经过与上述短路检测芯线连接的电线，流入到上述温度熔断器一体式电阻器，在该路径中流过达到熔断的大小的电流并加热，短时间内切断温度熔断器，确保安全性。 

本发明的技术方案3所述的线状发热线装置的特征在于，在技术方案1或2所述的线状发热线装置中，上述温度检测芯线和上述短路检测芯线分别以厚度或直径的10％以上50％以下咬入到高分子层的方式螺旋缠绕。 

本发明的技术方案4所述的线状发热线装置的特征在于，在技术方案1-3中任一项所述的线状发热线装置中，上述高分子层由聚酰胺树脂和聚酰胺弹性体的混合物构成，熔融温度为130℃以上、190℃以下。 

本发明的技术方案5所述的线状发热线装置的特征在于，在技术方案1-4中任一项所述的线状发热线装置中，上述温度检测芯线是具有正的温度系数的金属线。 

本发明的技术方案6所述的线状发热线装置的特征在于，在技术方案1至5中任一项所述的线状发热线装置中，上述两个二极管的同极侧连接到温度熔断器一体式电阻器的一端，上述二极管的各自的另一极侧连接到AC电源的各极，上述温度熔断器一体式电阻器的另一端连接到短路检测芯线的两端。 

本发明的技术方案7所述的线状发热线装置的特征在于，在技术方案1至6中任一项所述的线状发热线装置中，上述短路检测芯线的电阻值是温度熔断器一体式电阻器的电阻值以下。 

以下详细说明本发明的构成。 

本发明的线状发热线装置中使用的芯线是聚酯纤维束、聚酯胺纤维束、玻璃纤维束等，从耐热性、柔软性及成本方面考虑优选聚酯纤维束，根据用途是耐热性及柔软性优良的纤维束即可，没有特别的限定，也可以是多种纤维的混合束。 

本发明的线状发热线装置中使用的以预定间距螺旋缠绕的发热芯线，作为材质包括纯铜线、铜和锡的合金线、或铜和银的合金线等，形状可以是圆线状、薄板状，它们保持单线状态、或以绞合线、或多条对齐地缠绕，但只要以预定尺寸可获得预定的电阻值，则材质、形状的选择没有任何限定。 

其中，发热芯线是为了发热而流过电流的导体，在线路间短路时也作为与短路检测芯线接触的一个电极作用。 

本发明的线状发热线装置中使用的温度检测芯线和短路检测芯线在表面不绝缘的裸线的状态下在高分子层的外周上设置相互的间隔并以一定间距螺旋缠绕，但以各个芯线的厚度或直径的10％以上50％以下咬入到高分子层的方式螺旋缠绕，通过上部的绝缘被覆层牢固地固定，因此线状发热线即使受到弯曲应力，也可使未绝缘被覆的温度检测芯线和过热检测芯线之间不接触。 

本发明的线状发热线装置中使用的高分子层优选聚酰胺树脂和聚酰胺弹性体的混合物，其和电热毛毯、电热地毯等产品的表面温度及线状发热线的耐热温度相比，高分子层的熔融温度在130℃以上、190℃ 以下，优选150℃～170℃具有较剧烈的熔融特性。 

其中，高分子层的熔融温度为130℃以下时，在通常的温度控制中，存在发热芯线的峰值温度瞬间上升到120℃附近的情况，当这种情况反复发生时，短时间内发热芯线和短路检测芯线短路的可能性变大，当是190℃以上时，发热芯线变得过热，发生冒烟、变焦的可能增加，因此不适当。 

并且，根据温度检测芯线和短路检测芯线对高分子层的咬入量及覆盖上述两个芯线的绝缘被覆层的形成温度和压力的关系，高分子层的熔融温度和上述一样是130℃以上、190℃以下，优选150℃～170℃的范围。 

进一步，在上述绝缘被覆层的成型温度较低时也使对上述高分子层的咬入足够深，因此本发明的线状发热线装置中使用的聚酰胺树脂和聚酰胺弹性体的混合物中，也可加入聚亚烷基氧化物，也可在上述高分子层中配合导电剂，使之具有随着温度上升电阻抗减少的所谓负温度系数热敏电阻特性。 

此外，万一温度检测芯线和短路检测芯线接触的情况下，短路检测芯线也借助二极管和温度熔断器一体式电阻器连接到AC电源，因此控制电路可容易地检测出温度检测芯线的接触状态，切断电源，确保安全。因此，本发明的温度检测芯线如图6所示，完全无需绝缘被覆的细密的步骤。 

在本发明的图2中，温度检测芯线和短路检测芯线的有无短路所形成的R2的端子电压，在通过适当的平滑电路无短路时约为0.9V，有短路时为0.4～0.5V，可确保明确的识别比。 

本发明的线状发热线装置中使用的温度检测芯线只要是具有正的 温度系数的金属线则无特别限定，在金属中使用温度系数较高、受到拉丝加工或缠丝加工等的机械性应力时电阻值及温度系数也稳定的镍，是具有正的温度系数且相对于温度的电阻特性为直线性并且再现性良好、经时变化少的温度检测芯线。 

本发明的线状发热线装置中使用的两个二极管的相同极性侧连接到温度熔断器一体式电阻器的一端，上述二极管的另一极性侧分别连接到AC电源的各极，并且上述温度熔断器一体式电阻器的另一端连接到短路检测芯线的两端，在线路间短路时，来自两个路径的交流半波电流流入到上述温度熔断器一体式电阻器，构成施加较大电力时可迅速熔断的线路间短路保护电路。其中，如保持上述极性连接基准，则上述两个二极管的正反方向没有特别限定。 

本发明的线状发热线装置中使用的短路检测芯线的电阻值为温度熔断器一体式电阻器的电阻值以下，优选为温度熔断器一体式电阻器的电阻值的1/2以下。本发明中，短路检测芯线的电阻值可比温度熔断器一体式电阻器RF1的电阻值足够小，工业上可小到发热芯线的电阻值以下，但小到什么程度要兼顾成本。 

密着于温度检测芯线和短路检测芯线的外周，电绝缘性强、柔软且低价的氯乙烯树脂等绝缘被覆层通过挤压成型等形成，成为线状发热线装置。 

根据本发明的线状发热线装置，温度检测芯线和短路检测芯线在高分子层的外周设置相互的间隔保持一定的间距，且以咬入到上述高分子层的方式螺旋缠绕，因此发热芯线和短路检测芯线之间的线路间短路检测可与温度检测芯线无关，单独由短路检测芯线检测，可迅速地发挥波动少的线路间短路保护功能，防止局部的冒烟或变焦。 

根据本发明的线状发热线装置，温度检测芯线和短路检测芯线中， 高分子层的厚度或直径的10％以上50％以下、优选20％以上40％以下咬入到高分子层并螺旋缠绕，通过上部的绝缘被覆层牢固地固定，因此线状发热线即使受到弯曲应力，也可使未绝缘被覆的温度检测芯线和短路检测芯线之间不接触。 

根据本发明的线状发热线装置，由高分子层的熔融温度在130℃以上、190℃以下，优选150℃以上170℃以下具有较剧烈的熔融特性的聚酰胺树脂和聚酰胺弹性体的混合物构成，因此对于咬入量、熔融温度、熔融时间，通过选择适当的品种和配比，可灵活地确保最终的线路间短路保护功能。 

根据本发明的线状发热线装置，温度检测芯线是具有正的温度系数的金属线，因此温度系数较小，但温度相对电阻特性是直线的，和高分子感热层相比，经时变化非常小，因此较精密，稳定性强，可进行再现性良好的温度控制。 

根据本发明的线状发热线装置，两个二极管的相同极性侧连接到温度熔断器一体式电阻器的一端，上述二极管的另一极性侧分别连接到AC电源的各极，上述温度熔断器一体式电阻器的另一端连接到短路检测芯线的两端，在线路间短路时，来自两个路径的交流半波电流流入到温度熔断器一体式电阻器，构成施加较大电力下的线路间短路保护电路，因此温度熔断器的熔断时间缩短，可确保安全性的大幅提高。 

根据本发明的线状发热线装置，短路检测芯线的电阻值为温度熔断器一体式电阻器的电阻值以下，优选为1/2以下，因此降低了不必要的电阻损失，难以受到线路间短路位置或电力控制开关的接通/断开状态的影响，实现波动少的熔断时间，大幅提高稳定性。 

附图说明

图1是表示本发明的线状发热线装置的实施方式的图，是省略了 发热线的一部分的构造图。 

图2是表示本发明的线状发热线装置的电路部分的实施方式的电路图。 

图3是表示双线式的现有例1和单线式的现有例2的线状发热线的一例的图，是省略了发热线的一部分的构造图。 

图4是表示双线式的现有例1的线状发热线的电路部分的一例的电路图。 

图5是表示单线式的现有例2的线状发热线的电路部分的一例的电路图。 

图6是表示单线式的现有例3的线状发热线的一例的图，是省略了发热线的一部分的构造图。 

图7是表示单线式的现有例3的线状发热线的电路部分的一例的电路图。 

具体实施方式

以下参照附图等进一步详细说明本发明的线状发热线的实施方式。此外，本发明只要不脱离其主旨，不限于以下内容。图1表示本发明的实施方式涉及的线状发热线1H的一端，是部分省略了绝缘被膜层及高分子层等的图。 

该线状发热线1H由以下构成：玻璃纤维或聚酯纤维等纤维束的卷芯1；在卷芯1的外周使铜或铜合金的平角导体卷绕成螺旋状而形成的发热芯线2；在发热芯线2的外周将高分子感热树脂挤压成型而成的高分子层3；在高分子层3的外周设置相互的间隔而以一定间距螺旋缠绕的温度检测芯线4的短路检测芯线6；以及最外周将聚氯乙烯等挤压成型而成的绝缘被覆层5。 

其中，高分子层3在聚酰胺树脂中优选吸水率小的尼龙12和聚酰胺弹性体的混合物，当绝缘被覆层5的成型温度较低时，在上述混合物中也可添加聚乙烯醇、聚乙烯氧化物等聚亚烷基氧化物，降低高分 子层3的软化点。将这些材料在捏和机、双轴挤压机中混炼，获得作为混合物的高分子层3。此外，存在将这些材料一次投入并混炼的情况，也存在依次投入多次混炼的情况。 

并且，在高分子层3的外周，温度检测芯线4和短路检测芯线6构成的两条导体，以各自的厚度或直径的10％以上50％以下的部分咬入到高分子层3的状态、设置相互的间隔并以一定的间距螺旋缠绕。该咬入的深度通过普通的卷线机的拉伸管理来实现，不限于该方法，也可通过调整绝缘被覆层5的挤压力而定量获得稳定的咬入量，这是将本发明导入到批量生产的重要方法，是其核心之一。此外，确定咬入量也包括绝缘被覆层的挤压温度调整这一方法，但挤压温度根据绝缘被覆层的材质，是确保最佳的流动性的重要手段，任意变更它是不当的。 

并且，为了防止绝缘被覆层5的聚氯乙烯树脂混合物中含有的可塑剂转移到高分子层3中，可在温度检测芯线4及短路检测芯线6和绝缘被覆层5之间设置纵向添加聚酯带而形成的阻挡层。 

对于图1所示的实施方式，其各数据如下。 

卷芯1的材质：聚酯纤维束 

发热芯线2的材质：0.7％锡铜合金 

发热芯线2的尺寸：截面0.060×0.420mm(平角导体)、间距0.86mm 

高分子层3的材质：表1 

高分子层3的尺寸：厚0.33mm 

温度检测芯线4的材质：镍 

温度检测芯线4的尺寸：截面直径φ0.080mm(圆线状导体)、间距0.86mm 

短路检测芯线6的材料：0.7％锡铜合金 

短路检测芯线6的尺寸：截面直径φ0.083mm(圆线状导体)、间距0.86mm 

绝缘被覆层5的材质：聚氯乙烯树脂混合物 

绝缘被覆层5的尺寸：厚0.4mm 

此外，聚氯乙烯树脂混合物是使用了耐热等级的聚氯乙烯树脂的电源电线用的市售混合物(VM-163，APCO Ltd.制造)，聚酰胺树脂使用市售的尼龙12(3020X15，UBE制造)及聚酰胺12弹性体(9048X1，UBE制造)。 

将表1所示的三种实施例和两种现有例的各材料用捏和机或双轴挤压机混炼，形成图1所示的构造的线状发热线1H，将其切断为36m的长度，形成测定用试料。 

(表1) 

各部件的材质和制造条件 

注1：现有例1(双线式)的对象是加热线侧。 

注2：下降率是(线的加工外径)÷(挤压机的模具径)的比率。 

图2表示本发明的实施例相关的电路构成，简单说明各部件的电气值及其动作。在该图中，作为全长36m的线状发热线1H的构成要素的发热芯线2的电阻值是28.6Ω，温度检测芯线4的电阻值在60℃下是1176Ω(温度系数为0.44％/℃)，短路检测芯线6的电阻值是90Ω，温度熔断器一体式电阻器RF1的电阻值是180Ω。3是高分子层，R1、R2、R3是固定电阻，R1＝1.5KΩF，R2＝470ΩF，R3＝10KΩ。C1是电解电容，C1＝10μF，耐压16V，D1、D2是整流二极管IN4004，U1是电压比较器，SW是根据电压比较器U1的结果控制对发热芯线2的通电的电力控制开关，STB是从AC100V向温度控制部提供直流Vcc＝5V的稳定电路部。 

图2的电路的动作如下。温度控制动作是，温度检测芯线4的电阻变化被电阻器R1和R2分压，输入到电压比较器U1的负端子，与相当于预先设定的温度的基准电压Vref1比较，从电压比较器U1输出，驱动电力控制开关SW的开合，控制对发热芯线2的通电。 

线路间短路保护动作是，短路检测芯线6的两端连接到温度熔断器一体式电阻器RF1的一端，温度熔断器一体式电阻器RF1的另一端连接二极管D1和D2各自的正极，二极管D1、D2的负极分别连接到AC电源的各极，当发生线路间短路时，通过两个路径向温度熔断器一体式电阻器RF1流入交流半波电流。 

根据图2，温度熔断器一体式电阻器RF 1的耗电的概要计算值如表3所示。根据表3，在本发明的实施例1、2及3的线状发热线1H中，线路间短路位置及电力控制开关SW的接通/断开状态下的温度熔断器一体式电阻器RF1的耗电和双线式一样，在实际使用中估计仅产生13.9W÷9.6W＝1.4倍的差异。 

(温度控制试验) 

36m的线状发热线1H不交叉地展开，上下用毛毡等隔热材料覆 盖，用于测试。为使温度检测芯线4的平均温度控制为65℃，预先设定电压比较器U1的正输入电压Vref1，进行通电，使温度传感器直接接触温度控制的线状发热芯线1H的中央位置的表面，测定温度。其结果如表2所示。 

(表2) 

测定结果

(线路间短路保护试验) 

线状发热线1H的过热所造成的伴随高分子层3的熔融的发热芯线2和短路检测芯线6之间的线路间短路试验，如下模拟实施。在图2的电路图中，使电力控制开关SW为表2的状态，对使发热芯线2和短路检测芯线6的一端A2和H2之间强制短路时、及使发热芯线2和短路检测芯线6各自的中央部强制短路时，测定温度熔断器F1的熔断时间。 

对实施例1、2、3和现有例1(发热芯线2b和短路检测芯线4b的短路)、2(发热芯线2c和温度检测芯线4c)，它们的熔断时间如表2所示。 

(芯线的咬入量的测定) 

在实施例1、2、3及现有例1、2中，对于对高分子层3(现有例1、2中分别是3b、3c)的温度检测芯线4(现有例2中是4c)和短路检测芯线6(现有例1中是4b)的咬入量，用投影仪测定其截面，相对芯线线径的平均咬入量的百分率如表2所示。并且，表2同时示出180度弯曲试验1万次时的上述两个芯线有无接触。 

(熔融温度试验) 

线状发热线1H的过热所造成的高分子层3的熔融/短路试验如下实施。在使切断为长0.5m的线状发热线1H的中央部松弛的状态下固定两端，放入到恒温槽中，以1℃/1分的速率升温。并且，发热芯线2和短路检测芯线6上连接延长线，在恒温槽外连接到电阻计。在升温过程中，上述电阻计变为0欧姆，读取检测到短路时的恒温槽温度，作为熔融温度。实施例1、2、3和现有例1(高分子层3b)、2(高分子层3c)的熔融温度如表2所示。 

各测定值的评价如下。 

(温度控制试验的评价) 

观察表2的表面温度的波动，未发现实施例和现有例之间有较大的差异，通过本发明证明了，即使线状发热线的构造改变，温度控制性能也不逊色于以前。 

(线路间短路保护试验的评价) 

双线式的现有例1的温度熔断器熔断时间的值是继承了传统的良好的值，单线式的现有例2在线状发热线的中央部的线路间短路中，出现了问题值、熔断时间为慢的189秒。与之相对，本发明的实施例1、2、3均和双线式的现有例一样，在线状发热线的端部的线路间短路和中央部的线路间短路之间没有波动较大的值，证明其可确保较高的安全性。 

(熔融温度试验的评价) 

观察表2的高分子层3(现有例1、2中为3b、3c)的熔融温度，实施例1、2、3和现有例1、2相比在低温下熔融。这是聚酰胺弹性体的配比造成的，较快的熔融导致较快的线路间短路，和现有技术相比，证明了可确保提高安全性。 

(芯线的咬入量的评价) 

对比表1及表2，咬入量和芯线的螺旋缠绕拉伸相比，通过绝缘被覆层的挤压力、即挤压模具直径及挤压速度的调整可获得切实的值，其切实性和可靠性通过弯曲试验的结果可获得充分验证。 

以上实施例1、2、3说明了以下构造的线状发热线：在卷芯上螺旋缠绕发热芯线，在其周围密着配置的高分子层的外周上设置相互的间隔并保持一定的间距，且以咬入到高分子层的方式螺旋缠绕温度检测芯线和短路检测芯线，在其周围形成绝缘被膜层，但作为其他实施例也可适用具有以下结构的线状发热线：在卷芯外周设置相互的间隔并保持一定的间距地螺旋状缠绕的温度检测芯线和短路检测芯线构成的两条导体；由上述两条导体咬入的挤压成型的高分子层；以预定温度熔融的上述高分子层的外周上以预定间距螺旋缠绕的发热芯线；及绝缘上述发热芯线的被覆层。 

其他实施例中，实施例1、2、3的发热芯线、温度检测芯线及短路检测芯线的配置位置内外相反，电路采用图2所示的构成。 

根据以上说明的本发明，可提供一种线状发热线装置，其为单线式线状发热线的同时，使分别以良好材质构成的温度检测芯线及短路检测芯线在高分子层的外周交互保持一定间距、且以咬入到高分子层的方式螺旋状缠绕，通过上部的绝缘被覆层牢固地分离固定，因此在温度控制电路中可获得高精度并稳定的温度控制功能，并且在线路间短路保护电路中完全不借助电阻高的温度检测芯线，通过短路检测芯 线的低电阻值化可获得波动少且安全性高的线路间短路保护功能，且经济性良好。 

本发明是用于电热毛毯、电热地毯等面状采暖用具的线状发热线装置。 

Claims (7)

1.一种线状发热线装置，具有：发热芯线，以预定的间距螺旋缠绕到卷芯上，两端施加交流电；高分子层，密着配置在上述发热芯线上，以预定的温度熔融；由温度检测芯线和短路检测芯线构成的两条导体，在上述高分子层的外周设置相互的间隔并保持一定的间距，且以咬入上述高分子层的方式螺旋缠绕；和被覆层，绝缘上述两条导体，上述线状发热线装置的特征在于，

上述短路检测芯线的两端连接到温度熔断器一体式电阻器的一端，上述电阻器的另一端通过两个二极管分别连接到AC电源的两极，

当上述发热芯线和上述短路检测芯线在任意位置短路时，形成以下路径：施加到上述发热芯线一侧的交流电通过短路的部分，经过与上述短路检测芯线连接的电线，流入到上述温度熔断器一体式电阻器，在该路径中流过达到熔断的大小的电流并加热，短时间内切断温度熔断器，确保安全性。

2.一种线状发热线装置，具有：由温度检测芯线和短路检测芯线构成的两条导体，在卷芯的外周设置相互的间隔并保持一定的间距且螺旋缠绕；高分子层，使上述两条导体咬入而被挤压成型；发热芯线，在以预定的温度熔融的上述高分子层的外周，以预定的间距螺旋缠绕，两端施加交流电；和被覆层，绝缘上述发热芯线，上述线状发热线装置的特征在于，

上述短路检测芯线的两端连接到温度熔断器一体式电阻器的一端，上述电阻器的另一端通过两个二极管分别连接到AC电源的两极，

当上述发热芯线和上述短路检测芯线在任意位置短路时，形成以下路径：施加到上述发热芯线一侧的交流电通过短路的部分，经过与上述短路检测芯线连接的电线，流入到上述温度熔断器一体式电阻器，在该路径中流过达到熔断的大小的电流并加热，短时间内切断温度熔断器，确保安全性。

3.根据权利要求1或2所述的线状发热线装置，其特征在于，

上述温度检测芯线和上述短路检测芯线分别以厚度或直径的10％以上50％以下咬入到高分子层的方式螺旋缠绕。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的线状发热线装置，其特征在于，

上述高分子层由聚酰胺树脂和聚酰胺弹性体的混合物构成，熔融温度为130℃以上、190℃以下。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的线状发热线装置，其特征在于，

上述温度检测芯线是具有正的温度系数的金属线。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的线状发热线装置，其特征在于，

上述两个二极管的同极侧连接到温度熔断器一体式电阻器的一端，上述二极管的各自的另一极侧连接到AC电源的各极，上述温度熔断器一体式电阻器的另一端连接到短路检测芯线的两端。

7.根据权利要求1-6中的任一项所述的线状发热线装置，其特征在于，

上述短路检测芯线的电阻值是温度熔断器一体式电阻器的电阻值以下。

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