CN1823661A - 电热毯/电热垫 - Google Patents
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Abstract
电热毯或电热垫的配置包括其上安装加热元件(12)的柔性垫(10),加热元件(12)通过两芯电缆(16)连接到控制电路(18),加热元件(12)包括双重元件区域(20),该区域具有第一内部导体(26)、第二外部导体(30)、设置于第一和第二导体(26,30)之间的内部绝缘材料层(28),以及封闭第二导体(30)的外部绝缘材料层(32),内部绝缘材料层(28)具有比外部绝缘材料层(30)更低的熔点,且连接元件(22)至少具有第三导体(36),其加热元件(12)的双重元件区域(20)的一端(12a)为第一和第二导体(26,30)之间提供串联的电连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种电热毯或电热垫。特别是,涉及一种具有改进的、简化的过热保护电容的电热毯或电热垫。
背景技术
在EP 0910227中描述了具有过热保护电容的电热毯的一种形式,并包括加热元件位于其上的柔性垫。该加热元件包括用内部电绝缘材料封闭的内部元件,卷绕在内部电绝缘材料周围的外部元件,以及像内部元件和内部电绝缘材料一样的封闭外部元件的第二外部绝缘体。内部电绝缘材料具有明显低于外部绝缘体的熔点。在加热元件的一端,内部和外部元件被短接在一起。如果局部过热状况发生,则内部绝缘材料熔化导致内部和外部元件变得短接在一起,沿着加热元件长度的路径分断。结果,加热元件的电阻减少而电流增加。在一简单实施例中,在这样的电流升高的情况下,则可以将熔丝布置为烧断,切断电热毯电源。可选择地,可提供电子控制电路来监控电流并在电流上升的情况下切断电热毯电源。
虽然这种类型的电热毯的优势在于可以以一种简单可靠的形式提供过热保护电容,但是由于发生在内部和外部元件彼此短接处的加热元件端附近的过热状态和短路引起电流增加的辐度很小,因此很难被检测到。已经试图通过确保对过热状态有相对低的灵敏性的加热元件的部分位于过热状态能被可靠地检测到的元件的部分附近来克服这种缺点。
发明内容
本发明的一个目的在于提供对过热状态具有改进灵敏性的电热毯或电热垫。
根据本发明,提供一种电热毯或电热垫,包括其上安装加热元件的柔性垫,加热元件通过两芯电缆连接到控制电路,加热元件包括双重元件区域,该区域具有第一内部导体、第二外部导体、设置于第一和第二导体之间的内部绝缘材料层以及封闭第二导体的外部绝缘材料层,内部绝缘材料层具有比外部绝缘材料层更低的熔点,且连接元件至少具有第三导体,其在加热元件的双重元件区域的一端为第一和第二导体之间提供串联的电连接。
通过为第三导体选择适当的电阻,由于第三导体的电阻整体将被短路,在例如双重元件区域端或其附近的局部过热情况下产生的短路将仍然导致电流的显著上升。因此,加热元件的双重元件的全长或基本全长能够被用于检测过热状况。
连接元件可以包括具有单个元件或导体的加热元件的区域。加热元件的双重元件区域优选为单个元件区域的长度更长。
在这种设置中,第一、第二和第三导体的电阻可以方便地选择,使得R3=1/2(R1+R2),其中R1、R2和R3分别是第一、第二和第三导体每单位长度的电阻。然而,也可以构想其它的设置,其中单个元件区域的每单位长度的功率/热输出比双重元件区域更低,优选为显著地更低。这些设置具有的优势在于,在过热状态靠近单个和双重元件区域互相连接的点的情况下,尽管单个元件区域可能过热,但是其温度达到双重元件区域过热敏感温度的危险性非常低。
尽管第三导体每单位长度的热输出优选为相当低,加热元件在柔性垫上的布置可以选择为在垫的整个加热面积上每单位面积的热输出接近一致。
在可选择的配置中,连接元件可以包括其中具有两个导体的加热元件材料的长度。例如,它可以包括具有封闭在内部绝缘材料中的内部导体材料的长度,外部导体卷绕着内部绝缘材料,并且外部绝缘层封闭内部和外部导体。内部和外部导体在连接元件的一端方便地短接在一起,内部和外部导体在连接元件的另一端被连接到第一和第二导体。
连接元件每单位长度的热输出方便地比双重元件区域的热输出更低。在这种配置中,为了达到毯或垫的加热部分每单位面积的热输出基本一致,相邻连接元件“跨越”的间距或节距方便地比相邻双重元件区域“跨越”的间距或节距更小。
连接元件的内部绝缘材料优选具有比双重元件区域更高的熔点,以至于在出现严重的误用的情况下,则短路最可能出现在双重元件区域,导致电流值的增加足以引起控制电路断开电源的数量。例如,双重元件区域可以设计为在温度达到约100-160℃的情况下则由控制电路将电源断开,而连接元件可以设计为在直到180-200℃左右的温度下工作。
柔性垫可以作为例如下或上的毯子的一部分。然而,本发明不限于这些应用。
附图说明
下面参照附图用实施例进一步描述本发明,其中:
图1是示出根据本发明一实施例的电热毯的视图;
图2是示出图1中毯的一个部件的部分透视图;
图3是类似于图2的另一部件的视图;
图4是示出一种简单形式的控制电路的电路图;
图5是示出可选择的更复杂的控制单元的框图;且
图6和7是示出可选择的实施例的视图。
具体实施方式
图1示出根据本发明一实施例的电热毯的某些轮廓。图1中的电热毯包括安装在垫10上的加热元件12,该加热元件12通过通道被缝合或用其它方式螺旋地形成在垫10上。在垫10上没有设置二极管或其它电子元件。加热元件12的一端于连接器14处终止,加热元件12借此连接到依次连接到控制单元18的两芯电缆16。尽管未示出,适当的常规两脚插头和插座连接器可以被提供或者合并成两芯电缆16,以便在控制单元18和加热元件12之间建立可拆除的电连接。可选择地,如果希望,该功能可被并入连接器14。连接器14可以安装在垫10上,或者如果希望,可以与其分离。
加热元件12包括图1中用粗线示出的双重元件区域20,以及在图1中用较细线表示的单个元件区域22形式的连接元件。
加热元件12的双重元件区域20更详细地示于图2中,并包括支柱24,例如涤纶纱。支柱24周围卷绕有第一内部导体26。电绝缘材料的内部层28封闭内部导体26,且第二外部导体30卷绕在电绝缘材料的层28上。电绝缘材料例如PVC的外部层32,将第二导体30与电绝缘材料的层28、第一导体26和支柱24封闭在一起。选择在加热元件12的双重元件区域20中使用的材料使得绝缘材料的层28的熔点低于绝缘材料的外部层32的熔点,以至于在出现局部过热状况的情况下,在绝缘材料的外部层32熔化之前将发生电绝缘材料的内部层28的熔化,导致在第一和第二导体26,30之间形成短路。
加热元件12的单个元件区域22在图3中更详细地示出,并包括支柱34,例如涤纶纱,支柱34周围卷绕有第三元件36。电绝缘材料例如PVC的外部层38封闭第三导体36和支柱34。
如图1所示,加热元件12的单个元件区域22位于加热元件12远离连接器14的一端12a,加热元件12的单个元件区域22设置成使得第三导体36在单个元件区域22的一端连接到双重元件区域20的第一导体26,第三导体36的相反端电连接到第二导体30,在加热元件12的双重元件区域20和单个元件区域22之间的两个连接出现在双重元件区域20的同一端(12a端)。
控制单元18配置为在检测到过热状况的情况下,则断开电源。控制单元18的一种形式包括图4中电路图示出的电路。
如图4所示,控制单元18包括可操作地接通和关断加热元件12上电源的开关40。开关40还可以包括使电热毯的热输出可控的装置。控制单元18还包括熔丝装置42,例如简单保险丝,其配置为,在电流升高超过预定标准的情况下,则终止加热元件12上的供电。
在使用中,在过热状况发生的情况下,例如由于电热毯变皱,在局部过热状况区域加热元件12的双重元件区域20部分的内部绝缘材料层28会熔化,导致在过热区域第一和第二导体26,30之间形成短路。在第一和第二导体26,30之间形成的短路将导致加热元件12的整体电阻的显著减小,因此,流过加热元件12的电流将增大。在电流上升超过熔丝42允许的最大值的情况下,熔丝42将烧断由此终止加热元件12的供电并致使电热毯安全。
第三导体36与第一和第二导体26、30在双重元件区域22远离连接器14的一端12a互相连接地配置,确保了即使在双重元件区域20的该端或附近发生过热状况也会导致流过加热元件12的电流显著增加,由此允许双重元件区域20的全长或基本全长被用于检测过热状况。
为了确保双重元件区域20的基本全长可以被用于检测过热状况,希望单个元件区域22具有相对高的电阻。可以构想,第三导体36每单位长度的电阻应该约等于第一和第二导体26,30每单位长度电阻总和的一半。然而,本发明不限于这种特定配置,可以理解的是,其它配置中,单个元件区域单位长度的功率输出的功率比同时可能的双重元件区域的功率输出的功率更低,优选为显著地更低。在这种配置中,在过热状况出现在靠近双重元件区域与单个元件区域连接的点,则尽管元件12的单个元件区域22可能仍然过热,但是其温度达到双重元件区域20的过热保护温度的危险性非常低。
正如所示,加热元件的双重元件区域20的长度优选为显著大于单个元件区域22的长度。由双重元件区域20形成的加热元件12的总长度的比例可以取决于用于检测流过加热元件12的电流升高量的技术的性质。例如,使用电子技术监测电流,则双重元件区域20可以形成为达到加热元件12的总长度的95%左右。然而,使用熔丝42时,可以构想,双重元件区域20形成为达到加热元件的总长度的75%左右。
尽管加热元件12的单个元件区域22的热输出与双重元件区域20相比要低,但是通过对柔性垫10上加热元件12的布置适当选择,可以使电热毯每单位面积或者至少毯用于加热的部分的全部热输出基本一致。因此,清楚的是,改进的过热保护配置不会导致电热毯遭受冷点。
图1所示的配置用于使用在电下毯中。然而,可以理解的是,如果希望的话,相同的技术可以应用于电加热上毯或其他装置。
尽管示出熔丝装置42位于控制单元18中,可以理解的是,如果希望的话,它可以替换为位于其他地方,例如在连接器14中或者在完全分离的外壳中。
在出现过热状况而产生过电流的情况下,以非常简单的形式概略地示于图4中的控制单元18依靠熔丝装置烧断。如果希望,可以提供其它更复杂的控制配置。例如,图5示出了使用电子微处理器44来控制电热毯操作的控制单元18。控制单元18包括可操作的部件以允许监测流过电热毯的加热元件12的电流,并且微处理器44设置为,在出现检测到的电流超过预定阈值的情况下,则切断加热元件12的供电。正如上文中提到的,如果希望的话,使用这种电路可以允许双重元件区域20形成的加热元件12的比例上升到大约95%。
图6和7概略地示出本发明的可替换的实施例。图6和7的配置与图1的配置的区别在于,连接元件采取双重导体加热元件50长度的形式,而不是采取单个元件区域的形式。
双重导体加热元件50具有类似于图2中所示的双重元件区域20的结构。特别是,它包括在电绝缘材料54中封闭的内部导体52,绕着电绝缘材料54卷绕的外部导体56,以及外部电绝缘外壳58。内部和/或外部导体52,56可被视作形成上文提到的第三导体。
在一端,即元件50的60端,内部和外部导体52,56电连接到双重元件区域20的第一和第二导体26,30的各端。在另一端,即62端,内部和外部导体52,56被短接或者直接相互连接。
内部和外部导体52,56的电阻优选选择为,相对于第一和第二导体26,30的电阻,使得双重导体加热元件50每单位长度的功率或热输出比双重元件区域20的低。为了维持毯的加热部分每单位面积的热输出基本均匀,相邻双重导体加热元件50跨过或经过的节距或间距优选为小于双重元件区域20。
尽管其它配置是可行的,但在一种配置中,可以构想的是,内部和外部导体52,56的总电阻大约等于第一和第二导体26,30的电阻总和的一半。
内部绝缘材料54可以具有高于双重元件区域20的层28的熔点。因此,如果出现严重的误用,则元件12出现过热而达到足以引起短路的温度的部分是双重元件区域20,并且控制电路设计为对双重元件区域20出现短路的敏感。作为例子,双重元件区域20的层28可以设置为在大约100-160℃的温度熔化并允许形成短路,而双重导体加热元件50的材料54可以选择为允许直到大约180-200℃的温度下仍正常工作。为了达到这一目的,构想的是,对于材料54使用合适的橡胶或PVC材料。
如果希望,连接元件可以构造为物理上比双重元件区域20更坚固,使毯的压、伸或其他物理违规操作比连接元件更可能导致双重元件区域20的损坏,这些出现损坏而导致的短路可以被检测到。
将双重导体加热元件用作连接元件可以使毯的制造,尤其是自动化制造被简化。还可以实现将电流在相反方向流过而产生的场抵消效果使用在减少发出电磁辐射中。
在图6和7中示出的配置可以使用上文描述的控制电路的任一形式,并且毯的操作与上文参照图1到4描述的基本相同。
尽管说明书和附图示出本发明的特定实施例,可以理解的是,对其作出修改或变形的范围在本发明的范围之内,该实施不应该限制于示出或描述过的特定配置。例如,如果希望连接器14可被省略,则可以在加热元件和控制单元之间做成固定的连接。
Claims (12)
1、一种电热毯或电热垫的配置,包括其上安装加热元件的柔性垫,加热元件通过两芯电缆连接到控制电路,加热元件包括双重元件区域,该区域具有第一内部导体、第二外部导体、设置于第一和第二导体之间的内部绝缘材料层以及封闭第二导体的外部绝缘材料层,内部绝缘材料层具有比外部绝缘材料层更低的熔点,且连接元件至少具有第三导体,其在加热元件的双重元件区域的一端为第一和第二导体之间提供串联的电连接。
2、根据权利要求1的配置,其中连接元件包括具有单个元件或导体的加热元件的区域。
3、根据权利要求1或权利要求2的配置,其中加热元件的双重元件区域长度比连接元件更长。
4、根据权利要求1到3任一项的配置,其中第一、第二和第三导体的电阻选择使得R3=1/2(R1+R2),其中R1、R2和R3分别是第一、第二和第三导体每单位长度的电阻。
5、根据前述权利要求任一项的配置,其中柔性垫上加热元件的布置选择为在柔性垫的整个加热面积上每单位面积的热输出接近均匀。
6、根据权利要求1的配置,其中连接元件包括其中具有两个导体的加热元件材料的长度。
7、根据权利要求6的配置,其中连接元件包括具有内部导体封闭在内部绝缘材料中的材料长度,外部导体卷绕着内部绝缘材料,并且外部绝缘层封闭内部和外部导体。
8、根据权利要求7的配置,其中在连接元件的一端内部和外部导体短接在一起,在连接元件的另一端内部和外部导体被连接到第一和第二导体。
9、根据权利要求6到8中任一项的配置,其中连接元件每单位长度的热输出比双重元件区域的热输出更低。
10、根据权利要求9的配置,其中相邻连接元件“跨越”的间距或节距比双重元件区域相邻“跨越”的间距或节距更小。
11、根据权利要求6到10中任一项的配置,其中连接元件的内部绝缘材料具有比双重元件区域更高的熔点
12、根据权利要求11的配置,其中双重元件区域设计为如果温度达到约100-160℃则控制电路中断电源,而连接元件设计为在直到180-200℃左右的温度下仍工作。
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