CN114009145A - 具有缓冲层的自调节加热器线缆 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供自调节加热器线缆，其利用包围加热元件的基本上实心的聚合物缓冲层，具有改进的传热效率以及改进的可靠性和耐久性。组件包括：被配置为承载电力并被实心间隔件分隔开的第一电源线和第二电源线，与加热元件热接触的基本上实心的电绝缘缓冲层，以及包括聚合物外表面和内部金属套的线缆护套，该内部金属套包围缓冲层并与缓冲层热接触。缓冲层包括在标准温度和压力下具有大于空气的热导率的聚合物材料并且包围加热元件、电源线和间隔件。

Description

具有缓冲层的自调节加热器线缆

相关申请的交叉引用

本申请非临时地要求于2019年6月26日以相同标题提交的美国临时专利申请序列号62/866，973的优先权，其通过引用整体并入本文。

背景技术

诸如加热器带和加热器线缆之类的常规加热装置依赖于诸如电阻线之类的耗散元件的电阻加热。某些常规加热带和线缆是自调节的，即，它们被配置为无论环境条件的变化，都将它们所施加至的表面(例如，管道或步道的表面)保持在大致恒定的温度，同时也防止在由于短路等意外流过过电流的情况下产生过量的热量。这种自调节加热装置经常采用导电聚合物材料，这些材料在加热时会扩展，增加其电阻，并且从而响应于过热而减少它们的热输出。类似地，这些材料在冷却时收缩，从而降低它们的电阻，并且从而响应于加热不足而增加它们的热输出。

常规自调节加热器线缆具有缺点。例如，从图和随附的描述中将清楚的是，自调节加热元件和用于向其供电的金属线之间的电接触可能是脆弱的。随着时间的推移，由于机械应力和其他因素，电接触可能会减弱，从而导致加热器线缆表现不佳或故障。自调节加热元件也可能由于氧化和/或金属线可能被暴露而遭遇劣化。某些常规自调节线缆使用围绕在包括电源线和间隔件的芯上的聚合物材料绞线作为自调节加热元件，与单根线缆相比，以节省重量和制造成本。这种常规自调节线缆可能具有其内的各种间隙，这些间隙是由电源线上的绞线的绕线之间的高度的变化引起的。这些间隙阻碍了从线缆内的加热元件到与要加热的工件接触的线缆外部的最佳热传递。这种次优的热传递降低了效率，并且还引起线缆的部件在升高的温度下操作，这可能缩短这些部件的使用寿命。

发明内容

在一个实施例中，自调节加热器线缆组件包括第一电源线和第二电源线，第一电源线和第二电源线被配置为承载电力并且由实心的间隔件分隔开；与第一电源线和第二电源线电接触的自调节加热元件；与加热元件热接触的基本上实心的电绝缘缓冲层；以及包括聚合物外表面和包围缓冲层并与缓冲层热接触的内部金属套的线缆护套；

电源线和加热元件被布置成使得当在第一电源线和第二电源线之间建立电压差时，电流流动通过加热元件并在第一电源线和第二电源线之间流动；缓冲层包围加热元件、电源线及间隔件；并且缓冲层包括在标准温度和压力下具有大于空气的热导率的聚合物材料。

在一些实施例中，缓冲层可以进一步包括设置在缓冲层内的一种或多种颗粒添加剂，使得缓冲层的热导率不同于聚合物材料的热导率。至少一种颗粒添加剂可以包括下列之一：氧化铝、氮化硼、炭黑、氧化镁、砂、二氧化硅和玻璃。

在一个实施例中，缓冲层可以是多孔材料，该多孔材料包含含有截留气体的气穴或空隙。

在另一个实施例中，一种制造自调节加热器线缆组件的方法包括：提供由实心间隔件分隔开的基本平行长度的第一电源线和第二电源线；通过固定地耦合与第一电源线和第二电源线电接触的自调节加热元件以形成第一子组件；并且用与加热元件热接触的基本上实心的电绝缘聚合物缓冲层包围第一子组件以形成第二子组件；并且用线缆护套包围第二子组件以形成所述加热器线缆组件，该线缆护套包括聚合物外表面和包围缓冲层并与缓冲层热接触的内部金属套。

电源线和加热元件被布置成使得第一电源线和第二电源线通过加热元件彼此电耦合，并且缓冲层在标准温度和压力下具有大于空气的热导率的热导率。

在一个实施例中，用缓冲层包围第一子组件可以包括在包括正压挤出步骤和真空挤出步骤之一的挤出处理中将缓冲层施加到第一子组件。

在另一个实施例中，用缓冲层包围第一子组件可以包括提供结合了颗粒添加剂的聚合物材料作为缓冲层。颗粒添加剂可以包括下列一种或多种：氧化铝、氮化硼、炭黑、氧化镁、砂、二氧化硅和玻璃。

在另一个实施例中，用缓冲层包围第一子组件可以包括在挤出处理期间将含有截留气体的气穴或空隙引入缓冲层中。

通过以下结合附图进行的详细描述，将更好地理解本发明的上述特征和优点。

附图说明

这里描述的附图构成本说明书的一部分并且包括可以以各种形式实施的本发明的示例性实施例。要理解，在一些情况下，本发明的各种方面可以被夸大或放大显示以促进对本发明的理解。因此，附图可能不是按比例的。

图1A是示例自调节加热器线缆的顶部透视图。

图1B是图1A的加热器线缆的轮廓的前截面视图。

图2是根据本公开的另一个示例自调节加热器线缆的轮廓的前截面视图。

图3是根据本公开的又一示例自调节加热器线缆的轮廓的前截面视图。

图4是描绘根据本文公开的各种实施例的加热器线缆的性能测试的一系列图。

图5是根据本公开的再一示例自调节加热器线缆的轮廓的前截面视图。

图6A是根据本公开的再一示例自调节加热器线缆的顶部透视图。

图6B是图6A的加热器线缆的轮廓的前截面视图。

图7是根据本公开的再一示例自调节加热器线缆的轮廓的前截面视图。

图8A是根据本公开的再一示例自调节加热器线缆的顶部透视图。

图8B是图68的加热器线缆的轮廓的前截面视图。

具体实施方式

可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合所描述的特征、优点和特性。相关领域的技术人员将认识到，可以在没有具体实施例的一个或多个特定特征或优点的情况下实践该电路。在其他情况下，可以认识到在某些实施例中的附加特征和优点可能并非存在于所有实施例中。

在整个说明书中对“一个实施例”、“实施例”或类似语言的引用意味着结合该实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，在整个说明书中出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”和类似的语言可以但不一定都指代相同的实施例。

本文公开的实施例通过添加缓冲层来解决现有技术的自调节加热器线缆的缺点，该缓冲层封装加热元件并且还填充加热器线缆内的气隙，从而提高将热传递到线缆外部的效率。本文公开的缓冲层还为加热器线缆提供了改进的机械坚固性和防止氧化和其他故障模式的保护，如下面将在描述示例常规自调节加热器线缆的元件之后进一步描述的。

图1A显示了示例自调节加热器线缆100，其具有切开的部分以暴露线缆100的各种层内的部件。加热器线缆100包括电源线110，其由实心(solid)的、非导电的间隔件120分隔开。电源线110可以是实心导体或由单独的线编织在一起形成。仅出于说明的目的，电源线110被示为实心线，并且将理解，可以使用适用于电阻加热应用的任何电源线(例如作为非限制性示例的编织线束)。自调节加热元件130被示出为呈螺旋状或螺线状地围绕在电源线110上(并接触电源线110)。加热元件130的绕线间隔开，从而形成在连续的绕线之间的间隙140。在诸如加热器线缆100之类的实施例中，加热元件130可以围绕在电源线110和间隔件120上，如图1A所示，使得间隙140基本上比加热元件130宽。

加热器线缆100的加热元件130是导电的，并且加热器线缆100被组装成使得加热元件130与电源线110既电接触又机械接触。在组装加热器线缆100期间，将导电墨水或类似的导电材料(例如，银漆、导电环氧树脂)施加到电源线110以促进加热元件130与电源线110之间的电接触。应理解，加热元件130可以由已知或后来开发用于自调节电阻加热应用的任何材料或材料的组合构成。例如，加热元件130可以是实芯绞线或捆扎在一起的多根聚合物绞线或纤维。值得注意的是，与本文所示的那些相似的加热元件130的配置可以提供比其他设计(诸如形成为完全封装电源线110的单个加热元件)减小的成本和更大的制造容易度。

电源线110、间隔件120和加热元件130被内护套150环绕。内护套150进而被接地层160环绕。接地层160可以包括单独的线的编织体，或具有足够电导率和热导率的任何其他合适的材料或材料的组合，诸如箔和适合于传导热和保护加热线缆免受刺穿和其他损坏的其他结构。最后，整个组件被外护套170环绕。

在加热线缆100的操作期间，在两条电源线110之间施加电压(即，建立电源线110之间的电压差)，从而使电流经由加热元件130在两条电源线110之间流动，从而通过电阻耗散产生热。热通过辐射和传导从加热元件130通过加热线缆100的中间层传递到外套170。接地层160可以连接到接地故障保护装置以防止接地故障，并且还可以帮助加热线缆100将热均匀地递送到外护套170并最终到达要加热的表面。内护套150可以是电绝缘层，其防止接地层160实质上绕过加热元件130而创建在两条电源线110之间的短路路径。

参考图1B，用普通熔体挤出技术形成的内护套150具有大致椭圆形的截面，其封在图1A的间隙140中，以产生由内护套150和加热元件130的绕线形成的一个或多个空隙180。空隙180可以填充有空气，其可能影响加热器线缆100的操作。例如，相对于线缆100的其他部分空气可能降低空隙180内的热导率；此外，空气受到介电击穿，并且可能需要降低线缆100的功率以避免这种情况。

图2示出了加热器线缆200的另一个实施例的截面，除了加热器线缆200以根据本公开的实施例的缓冲层240为特征之外，其具有与所描述的图1A-图1B的加热器线缆100相同的部件。缓冲层240经由真空挤出或类似处理施加在电源线210、间隔件220和加热元件230(如上所述)上。由于所使用的制造处理，缓冲层240被拉入加热元件230的绕线之间的间隙中，在一些实施例中接触间隔件220和加热元件230的表面。通常，在一些实施例中，缓冲层240可以包括在标准温度和压力下具有大于空气的热导率的聚合物材料，如下面进一步讨论的。

在这个实施例中，缓冲层240可以被认为替代了加热器线缆的内护套(例如，图1A-图1B的椭圆形内护套150)。缓冲层240可以包括与通常用于绝缘或半导体内护套中的材料相同或相似的材料，和/或适用于如本文所述的缓冲层的其他材料。因此，在一个实施例中，图2的缓冲层240包括线缆100的内护套150，其经由真空挤出而不是熔体挤出施加。一旦将接地层260和外护套270(如上所述)施加到缓冲层240上，就可以形成在缓冲层240和外护套270之间的空隙280；这些空隙280可以比线缆100的空隙180小，并且其可以由不同的材料界定，但尽管如此，其仍可能对加热器线缆200的性能产生类似的影响。

图3显示了加热器线缆300的另一个实施例的截面，其在与前面的图相同的跨加热器线缆300的切片处截取。类似于示例常规加热器线缆100，加热器线缆300具有由间隔件320保持分隔开的电源线310，并由加热元件330环绕(在图3中可见为截面绕线段)。加热器线缆300具有内护套350，并且还包括包围并封装加热元件330、间隔件320和电源线310的缓冲层340。在诸如加热器线缆300之类的实施例中，可以使用压力驱动挤出处理将缓冲层340施加于预制组件(由电源线310、间隔件320和加热元件330形成)。该处理压缩所挤出的材料以填充加热元件330的绕线之间的间隙，从而留下缓冲层340的基本上光滑且均匀的外表面。然后可以将内护套350、接地层360和外护套370施加在如上所述的其他部件上。但是，在一些实施例中(例如，取决于缓冲层340的组成)，加热器线缆300可以不包括内护套350。

与常规自调节加热器线缆相比，使用诸如缓冲层340之类的缓冲层来封装加热元件330可以提供具有小的几何形状、升高的热输出、防止湿气进入以及电源线之间更大的介电强度的增强的功率输出性能，同时保留关键的产品特征，诸如柔性、易于剥离和易于安装。缓冲层340可以是凝胶状物质、柔性聚合物、弹性体、热塑性塑料、易处理聚合物或在低于加热元件的操作温度下软化或熔化的油脂。具体材料包括交联和非交联聚烯烃树脂，作为非限制性示例，诸如填充聚乙烯树脂，或高流动性热塑性塑料，诸如MFA 1041。缓冲层340充当介电屏障以涂覆或密封在电源线310周围并减少或消除加热器线缆300中的在加热元件330、电源线310和间隔件320之间的间隙(诸如图1A-图1B中示出的间隙140)。

例如，缓冲层340可以由具有用于密封的高凝聚强度的橡胶状弹性体或低模量凝胶制成。缓冲层340也可以由诸如聚烯烃衍生物之类的热塑性塑料制成，其在升高的温度下可软化或流动以保持密封。缓冲层340也可以由不会显著软化或流动但是当形成在诸如加热器线缆300之类的线缆中时有效地密封或涂覆加热元件330的聚合物制成，以用作电介质并消除或减少间隙(诸如间隙140)。这种密封可以帮助防止电源线310变得暴露于周围环境或在线310附近的其他导电装置。缓冲层340还通过减少或消除间隙来防止进水，并且因此防止了水在加热器线缆300的接合点、拼接处或端部密封处从外护套370中的缺口进入的潜在途径。

与常规加热器线缆相比时，用诸如由具有比空气更高的热导率(该热导率可以在标准温度和压力下测量，或在其他条件下测量)的材料制成的缓冲层340之类的缓冲层替换或减少间隙导致从加热元件330到外护套370的外表面的更好的热传递，从而允许更高的温度和功率输出，并由于增强的热传导而降低了加热元件330的温度。例如，由于加热元件330可以比加热元件130传导更多的热，其可以在更低的温度下操作，这转而导致更长的预期产品寿命(实验验证结果将在下面结合图4讨论)。为此，甚至可以选择具有特别高的热导率的缓冲层材料。此外，缓冲层340还可以作为氧气屏障，从而减少加热元件330和其中使用的添加剂(诸如炭黑)的热氧化老化。

如上面所指出的，可以选择缓冲层材料以实现各种期望的效果，包括特定级别的热导率。可以通过结合包括各种颗粒填料或添加剂的其他材料来进一步调整缓冲层材料的特性。例如，在一些实施例中，通过包括某些添加剂，缓冲层的热导率可以不同于(例如，大于)单独的基础聚合物材料的热导率。这种填料的非限制性示例是炭黑、氧化铝、氮化硼、氧化镁、砂、二氧化硅、实心或空心玻璃球等。另外，在处理期间可以将气体引入缓冲层，以形成缓冲层内的小孔、空隙或截留气体的气穴。通过改变填料的体积和/或缓冲层材料的孔隙率，可以调整缓冲层材料的各种特性，包括(作为非限制性示例)热导率、电导率和介电强度。值得注意的是，精确控制缓冲层材料的热导率使得能够改变具有其他固定设计的加热器线缆的热输出。因此，制造商可以通过简单地改变(一种或多种)缓冲层材料的成分来提供用于具有不同热输出要求的多种应用的加热器线缆，而无需改变加热器线缆的尺寸或加热器线缆的其他组成部件(例如，诸如加热元件330的加热元件的尺寸、成分和布置，或与电源线相关的参数，等等)。

如上面所提到的，在一些实施例中，加热器线缆300可以具有设置在缓冲层340和接地层360之间的内护套350。在这样的实施例中，当内护套材料是高温氟聚合物时，可以考虑内护套350的存在而选择缓冲层340的成分，并且这些选择可以与用于没有内护套的加热器线缆300的实施例的缓冲层340材料的选择相同或不同。缓冲层340可以接触内护套350，并且因此其组合可以被选择为使得缓冲层340不加速内护套350的劣化；此外，缓冲层340可以由给出高热导率的材料构成，以免不利地影响线缆的发热。在一些实施例中，内护套350在挤出处理期间形成；相应地，用于缓冲层340的材料和材料的组成可以具有足够高的粘度以确保在挤出期间在工艺温度下易于处理。在这样的情况下，缓冲层340可以由具有高热导率的合适的填充聚乙烯基树脂组成，诸如T733或其他合适的材料(例如，具有高达约0.8瓦/米开尔文(W/mK)各向同性的热导率，或2.0W/mK各向异性的热导率)。同样优选地，形成缓冲层340的(一种或多种)材料可以是无卤素的，因此其在燃烧时不释放危险的卤素气体。由于它们的相对高水平的填充材料，诸如普利万(PolyOne)的ECCOH材料之类的材料在共挤出或施加内护套350期间在相对短时间暴露于这种高温期间将不在挤出温度下快速流动。可以在内护套挤出之前，或在内护套挤出的同时(例如，在共挤出处理中)应用在加热元件(诸如加热元件330)和内护套350之间结合密封层或诸如缓冲层340之类的缓冲层的制造处理。

应当理解，针对包括热性能、耐用性、制造成本、重量等的各种原因，可以优选不同的实施例。例如，加热器线缆可以根据图3的加热器线缆300的描述使用取决于生产率具有约8-25W/ft.的加热功率输出的正压挤出处理来制造。在另一个示例中，加热器线缆可以根据图2的加热器线缆200的描述使用取决于生产率具有约5-20W/ft的加热功率输出的真空挤出处理来制造。

图4是一系列曲线图，显示了将常规加热器线缆与设置有本文公开的缓冲层的加热器线缆进行比较的功率循环测试的结果。每幅曲线图都显示了在加热器线缆通电和断电时在特定位置测量的温度与时间的关系。尤其是，加热器线缆放置为与测试对象接触，并测量线缆的不同位置处的温度。外护套(诸如外护套170、270、370)的底部是与测试对象直接接触的表面。加热元件(诸如加热元件130、230、330)的底部是加热元件最靠近对象的部分。加热元件的顶部是加热元件离对象最远的部分，并且外护套的顶部是外护套离测试对象最远的部分，暴露在环境大气中。曲线图400A、400B、400C和400D分别代表在加热元件的顶部和底部以及外护套的顶部和底部进行的测量。每幅曲线图都显示了常规线缆(曲线410)，类似于具有正压挤出缓冲层的加热器线缆300的加热器线缆(“PE缓冲层”，曲线420)，以及类似于具有真空挤出缓冲层的加热器线缆200的加热器线缆(“VE缓冲层”，曲线430)的结果。

将理解，在外护套(诸如外护套170、270、370)的底部处测量的温度几乎无法区分(参见曲线图400D)，该底部是与测试对象接触的区域。然而，缓冲层240和340的改进的热传递特性允许改进的加热器线缆的其他区域在较低温度下操作，同时实现相同的加热性能。例如，在曲线图400A中，与常规线缆的加热元件(诸如加热元件130)顶部处的温度相比，加热元件(诸如加热元件230、330)的顶部处的温度低了大约20℃。同样，加热元件的底部(参见曲线图400B)和改进的加热器线缆(诸如加热器线缆200、300)的外护套的顶部(参见曲线图400C)保持比常规线缆(诸如加热器线缆100)的那些区域更冷，同时提供相同的加热性能。

如图4的测试结果所证明的，本文公开的改进的加热器线缆的性能可以取决于缓冲层(诸如缓冲层240、340)相对于加热器线缆的其他部件如何配置。可以采用具有各种缓冲层配置的替代实施例来获得期望的机械特性、热特性或相关的可制造性和制造成本，并且现在将参考图5-图8A进行描述。

例如，加热器线缆可以包括多个缓冲层，如图5中所示的改进的加热器线缆500所示。作为示例，改进的加热器线缆500包括：与上述加热器线缆200的缓冲层240相同或相似的真空挤出的第一缓冲层540A，该第一缓冲层540A被施加在电源线510、间隔件520和加热元件530上并与电源线510、间隔件520和加热元件530接触；以及与加热器线缆300的缓冲层340类似的正压挤出的第二缓冲层540B，该第二缓冲层540B被施加在第一缓冲层540A上并被压缩为与第一缓冲层540A接触，以便收缩或消除所有的间隙和潜在的空隙。缓冲层540A可以是电绝缘的，以免使加热元件530短路。由于缓冲层540A是绝缘的，因此如果需要，缓冲层540B可以是导电的。然后如上所述来施加接地层560和外护套570。

参考图6A和图6B，在一些实施例中，自调节加热器线缆600可以包括与上述加热器线缆200的缓冲层240相同或相似的真空挤出的缓冲层640，其施加在电源线610、间隔件620和加热元件630上并与电源线610、间隔件620和加热元件630接触；可以在缓冲层640上施加诸如导电编织体之类的接地层660，并且然后可以在接地层660上施加压力挤出的外护套670。在压力挤出期间，外护套670的材料将接地层660压紧到与下面的真空挤出的缓冲层640的形貌一致(即，与外表面接触)，尤其是压紧到加热元件630的绕线之间的间隙内。缓冲层640可以是电绝缘的，从而包括如上文关于图2所述的材料，以免使加热元件630短路。外护套670可以包括上述示例外护套中的材料，或上述示例压力挤出的缓冲层340、540B中的材料，或这些材料的组合。

在另一个实施例中，图7示出了示例自调节加热器线缆700，其包括施加在电源线710、间隔件720和加热元件730上的真空挤出的第一缓冲层740A，以及施加在第一缓冲层740A的至少一部分上的第二缓冲层740B。第一缓冲层740A可以被配置为与真空挤出的缓冲层340、540A和640类似。第一缓冲层740A可以包括具有合适的热导率和合适的低电导率的材料，使得电源线710和加热元件730不会被第一缓冲层740A短路。第二缓冲层740B可以仅施加在第一缓冲层740A的外表面的选定区域上。例如，如图7所示，第二缓冲层740B可以仅施加在加热元件730的绕线之间的较大的顶部和底部间隙内；尤其是，图7示出了完全或基本上填充间隙的第二缓冲层740B，从而与施加在缓冲层740A、740B上的接地层760接触。

因为第一缓冲层740A是电绝缘的，所以第二缓冲层740B可以具有增强的热导率并且也可以是导电的。在一些实施例中，第二缓冲层740B可以由可流入或散布到第一缓冲层740A的外表面的期望部分上的材料形成；附加地或替代地，第二缓冲层740B可以包括导电和/或非导电材料绞线，从而覆盖期望区域和/或嵌入在可流动/可散布材料中。用于第二缓冲层740B的合适材料的非限制性示例可以包括金属线、含氟聚合物纤维、玻璃纤维、碳纤维、硅酮化合物、具有包括的附加材料(例如，砂、二氧化硅、氧化铝、氮化硼等)的硅酮化合物、导热膏或油脂、气凝胶、薄凝结层(Thinset)、其他含有或不含添加剂(例如，碳和玻璃纤维、砂、二氧化硅、氧化铝、氮化硼、氧化镁)的聚合物、具有空隙的聚合物、泡沫等，以及其组合。

在图8A和图8B所示的另一个实施例中，改进的加热器线缆800包括由与加热元件830一起绕在电源线810和间隔件820上的多根纤维840A形成的缓冲层。例如，缓冲层可以包括选定数量的纤维840A，其设置在加热元件830的绕线之间的间隙中，所选数量足以基本上消除间隙。换句话说，纤维840A基本上填充了否则将存在于间隔件820、加热元件830的绕线和如上所述的内护套(例如，图1A-图1B的内护套150)之间的空隙。纤维840A可以包括具有合适的热导率和合适的低电导率的材料，使得电源线810和加热元件830不会被缓冲层840A短路。用于缓冲层840A的合适材料的非限制性示例包括含氟聚合物纤维、含氟聚合物/碳纤维、玻璃纤维等。选择配置为类似于缓冲层840A的缠绕纤维的缓冲层可以有利于降低制造成本和/或增加制造改进的加热器线缆的容易度，这得益于添加了如本文所公开的一个或多个缓冲层。在一些实施例中，加热器线缆800还可以包括施加在电源线810、间隔件820、加热元件830和第一缓冲层(即，纤维840A)上的真空挤出的第二缓冲层840B，并用作如上所述的内护套或缓冲层。加热器线缆800还可以包括接地层860和外护套870。

通常，除非另有说明，否则各种通用类型的材料适用于与加热元件接触的缓冲层以及本文公开的实施例中的外护套材料。可以使用任何合适的材料来实现所需的性能特性。在这种情况下，任意数量的外护套层和(一个或多个)缓冲层可以由相同材料或相似材料制成，或者任意数量的层可以由不同材料制成。合适材料的非限制性示例可以包括含氟聚合物、具有一种或多种添加剂(例如碳、玻璃纤维、二氧化硅、氧化铝、氮化硼、氧化镁等)的含氟聚合物、具有空隙的聚合物、泡沫等。外护套层材料还可以包括(带有或不带有各种添加剂的硅酮，包括之前公开的那些)。

如上所述，大体上，本公开的实施例提供了改进的自调节加热器线缆，其包括由实心间隔件分隔开的基本平行长度的第一电源线和第二电源线，与第一电源线和第二电源线电接触的自调节加热元件，在第一电源线和第二电源线、实心间隔件和加热元件上的一个或多个缓冲层，(可选的)内护套和外护套。(一个或多个)缓冲层可以基本上是实心的、使加热材料电绝缘、且在标准温度和压力下具有比空气大的热导率，和/或由具有或不具有一种或多种添加剂和/或气态空隙的聚合物形成(根据上面列出的任何示例)。

因此，在一些实施例中，提供了一种制造自调节加热器线缆组件的方法。根据该方法，提供由实心间隔件分隔开的基本上平行长度的第一电源线和第二电源线。通过将与第一电源线和第二电源线电接触的自调节加热元件固定耦合而形成第一子组件。这样，电源线和加热元件被布置成使得第一电源线和第二电源线通过加热元件而彼此电耦合。此外，用与加热元件热接触的基本上实心的电绝缘聚合物缓冲层包围第一子组件以形成第二子组件。在标准温度和压力下，缓冲层具有大于空气的热导率的热导率。此外，第二子组件被线缆护套包围以形成加热器线缆组件，该线缆护套包括聚合物外表面(外护套)和包围缓冲层并与缓冲层热接触的内金属套(内护套)。

根据上面的制造方法，缓冲层可以在诸如正压挤出步骤或真空挤出步骤之类的挤出处理期间被施加到第一子组件。此外，如上所述，缓冲层可以包括包含颗粒添加剂的聚合物材料，该颗粒添加剂诸如但不限于氧化铝、氮化硼、炭黑、氧化镁、砂、二氧化硅和/或玻璃中的一种或多种。在挤出处理期间，也可以将空隙或包含截留气体的气穴引入缓冲层。

此外，根据上面的制造方法，将缓冲层施加到第一子组件包括施加多于一个的缓冲层，诸如真空挤出的第一缓冲层和正压挤出的第二缓冲层。替代地，在一些实施例中，缓冲层(或多个缓冲层中的一个)可以包括绕在第一电源线和第二电源线周围的多根纤维，从而填充加热元件的绕线之间的间隙。

虽然已经说明和描述了目前被认为是本发明的合适的示例实施例，但是本领域技术人员将理解，可以进行各种改变和修改并且可以用等效物代替其元件而不脱离本发明的真实范围。本文描述的本发明的实施例并非旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式。而是，选择用于描述的实施例是为了使本领域技术人员能够实践本发明。因此，旨在本发明不限于所公开的具体实施例，而是本发明包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (19)

1.一种自调节加热器线缆组件，所述组件包括：

第一电源线和第二电源线，所述第一电源线和所述第二电源线被配置为承载电力并且被实心电绝缘间隔件分隔开；

自调节加热元件，所述自调节加热元件与所述第一电源线和所述第二电源线电接触并在所述第一电源线和所述第二电源线通电时将电流转换为热能，所述加热元件螺旋地围绕在所述第一电源线和所述第二电源线以及所述间隔件上，并且具有产生在所述加热元件的连续绕线之间的间隙的空间；

导电接地层，所述导电接地层将加热器线缆耦合到电接地，所述接地层包围并物理分离于所述加热元件及所述第一电源线和所述第二电源线；

外护套，所述外护套包围所述接地层；和

电绝缘缓冲层，所述电绝缘缓冲层设置在所述接地层和所述加热元件之间并与所述加热元件热接触，所述缓冲层填充所述加热元件的绕线之间的间隙，且所述缓冲层包括聚合物材料并具有在标准温度和压力下大于空气的热导率。

2.如权利要求1所述的组件，其中，所述缓冲层还包括设置在所述缓冲层内的一种或多种颗粒添加剂以使得所述缓冲层的热导率大于所述聚合物材料的热导率；和

其中至少一种颗粒添加剂包括氧化铝、氮化硼、炭黑、氧化镁、砂、二氧化硅和玻璃中的一种。

3.如权利要求1所述的组件，其中，所述缓冲层是多孔的并且结合下列至少一种：含有截留气体的气穴和空隙。

4.如权利要求1所述的组件，其中所述缓冲层通过压力挤出被施加到所述组件。

5.如权利要求4所述的组件，其中所述聚合物材料的熔点低于所述加热元件的最大操作温度，所述组件还包括：电绝缘、导热的内护套，所述内护套包围所述加热元件、所述第一电源线和所述第二电源线以及所述间隔件，并将所述接地层物理分离于所述加热元件。

6.如权利要求5所述的组件，其中所述内护套通过真空挤出被施加到所述组件上，所述内护套部分地填充间隙并接触所述加热元件，并且其中所述缓冲层被施加在间隙内以完全地填充间隙。

7.如权利要求6所述的组件，其中所述缓冲层包围所述内护套。

8.如权利要求5所述的组件，其中所述缓冲层被施加在间隙中并填充间隙，并且其中所述内护套通过真空挤出被施加在所述缓冲层上。

9.如权利要求1所述的组件，其中，所述缓冲层的至少一部分通过真空挤出被施加到所述组件。

10.如权利要求9所述的组件，其中所述缓冲层包括：

第一缓冲层，所述第一缓冲层包括多根纤维，所述多根纤维设置在间隙中并填充间隙且靠近所述加热元件螺旋地围绕在所述间隔件、所述第一电源线和所述第二电源线上；和

第二缓冲层，所述第二缓冲层通过真空挤出被施加在所述间隔件、所述第一电源线和所述第二电源线、所述加热元件以及所述第一缓冲层上。

11.如权利要求1所述的组件，其中所述缓冲层包括多根纤维，所述多根纤维设置在间隙中并填充间隙且靠近所述加热元件螺旋地围绕在所述间隔件、所述第一电源线和所述第二电源线上。

12.如权利要求11所述的组件，还包括电绝缘、导热的内护套，所述内护套包围所述加热元件、所述第一电源线和所述第二电源线以及所述间隔件并且将所述接地层物理分离于所述加热元件。

13.如权利要求12所述的组件，其中所述内护套通过真空挤出被施加到所述组件。

14.一种制造自调节加热器线缆组件的方法，所述方法包括：

提供由实心间隔件分隔开的基本上平行长度的第一电源线和第二电源线；

通过固定地耦合自调节加热元件来形成第一子组件，所述加热元件与所述第一电源线和所述第二电源线电接触并被布置成使得所述第一电源线和所述第二电源线通过所述加热元件彼此电耦合；

用与所述加热元件热接触的基本上实心的电绝缘聚合物缓冲层包围所述第一子组件以形成第二子组件，所述缓冲层在标准温度和压力下具有大于空气的热导率的热导率；

用线缆护套包围所述第二子组件以形成所述加热器线缆组件，所述线缆护套包括聚合物外表面和内部金属套，所述内部金属套包围所述缓冲层并与所述缓冲层热接触。

15.如权利要求14所述的方法，其中用所述缓冲层包围所述第一子组件包括在包括正压挤出步骤和真空挤出步骤中的一个的挤出处理中将所述缓冲层施加到所述第一子组件。

16.如权利要求14所述的方法，其中用所述缓冲层包围所述第一子组件包括供应作为所述缓冲层的聚合物材料，所述聚合物材料结合颗粒添加剂，所述颗粒添加剂包括氧化铝、氮化硼、炭黑、氧化镁、砂、二氧化硅和玻璃中的一种或多种。

17.如权利要求14所述的方法，其中，用所述缓冲层包围所述第一子组件包括在挤出处理期间将含有截留气体的气穴或空隙引入到所述缓冲层中。

18.如权利要求14所述的方法，其中用所述缓冲层包围所述第一子组件包括在由所述加热元件的连续绕线形成的间隙内将多根电绝缘纤维螺旋地围绕在所述间隔件以及所述第一电源线和所述第二电源线上。

19.如权利要求18所述的方法，其中，所述多根纤维限定所述缓冲层的第一层，并且用所述缓冲层包围所述第一子组件还包括通过真空挤出将所述缓冲层的第二层施加在所述第一子组件和所述第一层上。

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