CN1853447A - 自调节加热电缆 - Google Patents

Abstract

一种串联电阻加热电缆，其包括沿电缆纵向延伸的加热元件。该加热元件包含具有正温度系数的材料。

Description

自调节加热电缆

技术领域

本发明涉及一种加热电缆，该电缆由于使用具有正温度系数(PTC)的材料而能够自动调节功率输出，本发明还涉及一种具有该电缆的加热设备。

背景技术

并联电阻半导体自调节加热电缆已是众所周知。这样的电缆通常包括两根沿电缆纵向延伸的导线(通常称作母线(buswire))。典型地，该导线被埋在半导体聚合加热元件内，该元件沿导线全长连续挤压成型。因此，该电缆为并联电阻形式，电力通过两个导线施加到横过两个导线而并联的加热元件上。该加热元件通常具有正温度系数。因此，当加热元件的温度升高时，在导线之间电连接的材料的电阻增加，由此降低功率输出。这种功率输出随温度变化的加热电缆被称为自调节电缆或自限制电缆。

图1表示典型的采用并联电阻的半导体自调节加热电缆2。该电缆包括围绕两条平行导线4、6挤压成型的半导体聚合基体8。该基体被用作加热元件。随后在基体8的外部挤压形成聚合绝缘护套10。典型地，在绝缘护套10之外加置导电的外编织层12(即镀锡的铜编织层)，用于提供附加的机械保护和/或用作地线。典型地，再用热塑护套14覆盖这样的编织层来提供附加的机械保护和防蚀保护。

相比于非自调节加热电缆件而言，这样的并联电阻式自调节加热电缆具有多个优点，并因此被广泛使用。例如，自调节加热电缆由于具有正温度系数特性而通常不会过热或被烧坏。当电缆中任一特定点的温度上升时，该点处的加热元件的电阻增加，从而降低该点处的功率输出，由此有效地关断加热器。

此外，由于加热元件能够自动调节温度，因此通常不需要为此加热器使用“冷线(cold lead)”。因为其加热元件在高温环境中可能会达到相当高的温度，因此在非调节加热器中经常使用冷线。冷线与这种非调节加热器的端部相连，以使得连接到电源上的加热元件不会使其端子或电源过热。冷线的典型形式为低电阻导线，该导线的设置使其不会明显地发热。但是，安装该冷线经常需要大量人工。而且，由于冷线和加热器之间的连接经受温度梯度和热循环，因此该连接的故障率相对较高。

因此，由于自调节加热器通常被设置成在安全温度范围内运行，因此并不需要冷线。

但是，并联电阻半导体自调节加热器还具有多个意想不到的特点。

该平行电阻自调节加热器的最经常的故障形式是失去或减弱供电导线和形成加热元件的挤压半导体基体之间的电接触。比如，各部件之间不同的膨胀以及热循环可能导致电接触的丧失或减弱。电接触的减弱会导致在电缆内产生电弧，并由此损失一部分热量输出。产品的使用寿命因此取决于导线和加热元件之间的连接。

开始通电时，加热电缆通常处于较低温度下(因此电阻较小)。如果从低温开始给电缆供电，那么小电阻就会拉动大的启动电流。结果，需要设置断路器来提供第一级电气安全(过电流保护)，断路器的尺寸应该允许比正常运行或操作电流更高的电流(通常乘以系数6)通过。这导致电路的安全性能降低，并且使开关装置及部件的尺寸过大。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种电加热电缆，能够基本消除或缓解本文或其他文献所述的现有技术中的一个或多个问题。

根据第一方面，本发明提供一种串联电阻加热电缆，该电缆包括沿电缆长度方向延伸的加热元件，该加热元件包含具有正温度系数的材料。

通过提供具有串联结构的自调节加热电缆，可以增加电缆的预期使用寿命。而且，与类似的并联电阻自调节加热电缆相比，启动电流减小。

该电缆可以是自调节电缆。

该材料可以是半导体。

该材料可以包含聚合物。

该材料可以包含高密度的含碳聚乙烯基体。

该加热电缆还可以包括至少一个位于电缆端部的导电端子，并且通过导电膏与加热元件电接触。

该导电膏可以包含银。

根据第二方面，本发明提供一种包括上述加热电缆的加热设备。

该加热设备可以是汽车座位加热器。

根据第三方面，本发明提供一种制造串联电阻加热电缆的方法，该方法包括提供沿电缆纵向延伸的加热元件的步骤，该加热元件包含具有正温度系数的材料。

根据第四方面，本发明提供一种制造加热设备的方法，所述方法包括提供具有加热元件的串联电阻加热电缆，其中所述加热元件沿电缆纵向延伸，所述加热元件包含具有正温度系数的材料。

下面将通过具体实例并参照附图的方式介绍本发明的实施例。

附图说明

图1是现有的串联电阻自调节加热电缆被部分切除后的透视图；

图2是根据本发明一实施例的电缆被部分切除后的透视图；

图3是用于连接图2所示电缆的端子的端面视图；

图4A和4B示出图3所示端子与图2所示电缆相连接；以及

图5是根据本发明一实施例的加热设备的示意图。

具体实施方式

本发明的发明人认识到，串联电阻自调节加热电缆具有并联电阻自调节加热电缆的优点，但具有较少的缺点。

图2表示根据本发明一实施例的串联电阻自调节加热电缆。该加热电缆20包括沿电缆长度方向延伸的加热元件22。该加热元件22具有正温度系数，这样使得加热元件的电阻随着温度升高而增大。优选地，该加热元件包含制成线状或绳状的半导体材料。合适材料的实例之一是半导体高密度聚乙烯(HDPE)，比如含碳聚乙烯。典型地，该加热元件具有直径为2mm的大致呈圆形的截面。

围绕该加热元件22设有初级绝缘护套或涂层24，用于将加热元件22与外部环境电绝缘。典型地，该初级绝缘护套24由聚合物，比如聚烯烃制成，厚度大约为0.8mm。

可以任选地添加导电的外编织层26(例如，典型地为厚约0.5mm的铜编织层)，用以提供附加的机械保护和/或用作地线。该编织层还可以被热塑外层护套覆盖，用于提供附加的机械保护，其典型厚度大约为0.6mm。

尽管串联电阻加热电缆已经为大家所知，但是该电缆包括电阻值基本不变的金属加热电阻线。因此，这样的电缆具有与加热器温度无关的基本恒定的功率输出。在高温环境中，这样的串联加热器继续产生设定的加热负载；除非施加外部控制，否则这样会导致加热器过热或烧毁。这是现有的串联电阻加热器的最大缺点。

但是，通过提供具有正温度系数的加热元件，会使加热器任何一部分经受高温时，加热器的功率输出减少，从而防止过热或烧毁。而且，由于上述实施例的加热电缆为自调节式的，因此不需要安装单独的冷线就可以直接连接到电源端子。这避免了使用附加材料和人工，并且消除了冷/热接头处产生故障的可能性。优选地，该加热元件由聚合材料和/或半导体材料制成。由于具有相当大的正温度系数，因此这些材料特别适于制造自调节加热电缆。也就是说，对于预定的温度范围，这些材料的电阻变化相当大。比如，其电阻可以在跨越100℃的温度范围时变化50％。在聚合材料中，电阻的变化主要是由于聚合物膨胀且至少部分地切断两个导电体之间的导电通道而引起的。

本实施例的上述优点是与并联电阻自调节加热电缆共有的优点，除此之外，所述串联电阻自调节加热电缆由于串联结构还具备其他的优点。

与类似的并联电阻自调节加热电缆相比，串联电阻自调节加热电缆在冷启动时承受较低的浪涌电流。这是由于浪涌电流与供电线端和中性线端之间的距离成反比。在并联电缆中，两条导线之间相离很近，典型地是间隔8mm。所施加的主电压容易经过含碳半导体“跳过”两条母线。与此相反，在串联结构中，两个线端被分隔开一定距离，典型地是几米长，而不是几毫米长，由此抑制了浪涌。例如，典型的额定功率为30W/m的并联电阻自调节加热电缆的冷启动电阻大约为300Ω，运行一段预定时间后的稳定电阻大约为2KΩ。也就是说，电缆的电阻变化了至少一个数量级。与此相反，相同额定功率的串联电阻电缆的冷启动电阻为1-1.5KΩ，上升到稳定电阻为2KΩ。可以看出，串联电缆的电阻变化小于类似的并联电缆的电阻变化，因此串联电缆在冷启动时具有更低的浪涌电流。由此，过电流保护装置的尺寸可以更接近与操作电流匹配的尺寸，由此增加了电路安全性，并减少了开关装置及部件的在以往必须过大的尺寸。此外，串联电阻自调节加热电缆与并联电阻自调节加热电缆相比不容发生故障。这是因为与并联电缆沿其整个长度都需要良好的连续电接触不同，在串联电阻自调节加热电缆中，仅在串联电缆的两端需要供电导线和加热元件之间的良好电接触。而且，由于在电缆的端部与导线接触，因此容易完成对电接触件的必要的维修或更换。

图3表示适于与加热电缆的端部电连接的端子30的端面视图。优选地，在电缆的每一端都设置类似的连接。图4A表示应用于位于电缆20一端处的加热元件22上的端子的剖视图，图4B表示安装到位的端子。该端子与导线(未示出)相连，而导线连接到适于供电以操作加热器的电源上。

该端子30包括主体32，该主体限定了一个开口。腿部34从主体32上分开延伸。卡爪36位于每条腿部34的远离主体32的端部处。使用时，卡爪36刺入并抓持表面，即卡爪36嵌入加热元件22的表面。

由图4A和4B可见，端子30的主体32接近纵向延伸的加热元件22的末端。腿部34沿着加热元件22的侧面延伸。通过开口向主体32内注入导电膏(例如，银膏)，以便填满电缆末端和相邻的端子主体32表面之间的空隙。随后，导电膏硬化，确保端子和加热元件之间的良好电接触。万一失去电接触，还可以容易地施加新的导电膏涂层

此外，对远离主体32的腿部34的端部施加压力，以使得卡爪36嵌入加热元件22。

这样的串联电阻自调节加热电缆适用于各种加热设备或装置。其特别适合用于已知的、具有预定长度的设备中。这样容易改变加热设备的尺寸。

本发明的发明人认识到，使用具有正温度系数材料的串联电阻自调节加热电缆特别适合用于这样的设备或装置：即希望有选择地加热该设备与外部物体相接触的那部分，比如汽车座位加热器或者摩托车手柄把手加热器。这种材料的一个实例是含碳聚乙烯。

图5是汽车座位加热器配置的平面视图，示出了串联电阻自调节加热电缆20在汽车座位加热器40内的布局。

该加热器40的全宽A大约为600mm，全长B大约为900mm。在与设置有用来连接电源的端子30的电缆末端相分开的位置处，该电缆20被布置成与加热器的周边保持至少一距离C。典型地，该距离C为100mm。该电缆设置在汽车座位加热器的内部，因而大致平均地分布在汽车座位的内部。电缆之间的典型间距D大约为100mm。

这样的布置将提供总长大约为3000mm的电缆。对于额定功率为3W/m的电缆，这通常会产生大约16欧姆的电路电阻；而对于7W/m的电缆，将会产生大约6.9欧姆的电路电阻。

在正常运行时，该电缆会发热，从而温暖汽车座位。如果使用者接触覆盖一部分电缆的座位表面，则因为使用者身体较暖而降低了电缆的散热速度，所以这部分电缆的温度上升。结果可以认识到，由于加热元件包含具有正温度系数的材料，因此导致被使用者接触的座位区域的电阻率会增加。该电阻率的增加会降低电缆总体的热量输出，这是由于电缆的总电阻有所增加。但是对于那些电阻增加的区域而言，由于电缆的串联特性，从这些区域散发出来的热量将不会高于其他的、未被使用者身体接触的较小电阻区域所散发出的热量。因此，使用具有正温度系数的串联电阻电缆能够使得加热器的大部分热量从被使用者接触的区域散发出，同时该正温度系数确保这一区域保持合理的温度，不会烧伤使用者。

Claims (15)

1.一种串联电阻加热电缆，其包括沿电缆纵向延伸的加热元件，该元件包含具有正温度系数的材料。

2.如权利要求1所述的加热电缆，其中所述电缆是自调节电缆。

3.如权利要求1或2所述的加热电缆，其中所述材料是半导体。

4.如上述任一项权利要求所述的加热电缆，其中所述材料包含聚合物。

5.如上述任一项权利要求所述的加热电缆，其中所述材料包括含碳的高密度聚乙烯基体。

6.如上述任一项权利要求所述的加热电缆，该电缆还包括至少一个位于电缆端部的导电端子，所述端子通过导电膏与加热元件电接触。

7.如权利要求6所述的加热电缆，其中所述导电膏包含银。

8.一种包括如上述权利要求中任一项所述的加热电缆的加热设备。

9.如权利要求8所述的加热设备，其中所述设备是汽车座椅加热器。

10.一种制造串联电阻加热电缆的方法，该方法包括提供沿电缆纵向延伸的加热元件的步骤，所述加热元件包含具有正温度系数的材料。

11.一种制造加热设备的方法，该方法包括提供串联电阻加热电缆的步骤，该电缆具有沿电缆纵向延伸的加热元件，该加热元件包含具有正温度系数的材料。

12.一种加热电缆，大致如参照附图2至5所述的加热电缆。

13.一种加热设备，大致如参照附图2至5所述的加热设备。

14.一种制造加热电缆的方法，大致如参照附图2至5所述的制造加热电缆的方法。

15.一种制造加热设备的方法，大致如参照图2至5所述的制造加热设备的方法。

Images