JPH04272680A

JPH04272680A - スイッチ制御形ゾーン式加熱ケーブル及びその組み立て方法

Info

Publication number: JPH04272680A
Application number: JP3260421A
Authority: JP
Inventors: Chandrakant M Yagnik; チャンドラカント　エム．ヤグニック; Blake E Heimbecker; ブレイク　イイ．ハインベッカー
Original assignee: Thermon Manufacturing Co
Current assignee: Thermon Manufacturing Co
Priority date: 1990-09-20
Filing date: 1991-09-12
Publication date: 1992-09-29
Also published as: DE69106989T2; CA2051334C; EP0476637B1; AU646498B2; CA2051334A1; DE69106989D1; US5512732A; MX9101178A; EP0476637A1; KR920007492A; AU8461891A; ATE117863T1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ゾーン形加熱素子を調
整するために温度スイッチを用いた電気加熱ケーブルに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】可撓性の細長い電気ケーブルは、パイプ
、タンク、弁、容器の加熱及びその他の様々な用途に長
年に渡って工業用に用いられている。加熱ケーブルは、
パイプまたは他の装置内の流体の温度を維持して凍結を
防止する。

【０００３】現在では２つの主な形式の電気加熱ケーブ
ルが入手可能である。その１つは、図１に示されている
形式の定電力ヒータである。定電力ヒータでは一般的に
２つの導電体が電源に接続しており、多数の抵抗素子が
互いに並列に並び、導電体に接続している。電流が導電
体に供給されて抵抗素子を流れることによって、熱が発
生する。定電力ヒータの温度制御は一般的に、パイプの
温度またはケーブルの温度に基づいてケーブル全体へ電
流を送ったりそれを遮断する外部サーモスタットによっ
て行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ケーブル全体に対して
１つの外部制御装置を設けることには、大きな問題があ
る。多くの用途では、ケーブルの様々な点では、熱の必
要量が大幅に異なっている。しかし、定電力ヒータは、
単一のサーモスタット制御によって長さ方向に沿って比
較的均一に熱を発生する為、ある部分では熱が過剰であ
るが、別の部分では熱が不十分となる可能性がある。サ
ーモスタットが代表位置に設置されていない場合、ケー
ブルが過熱したり、ケーブルが所望温度以下に冷えるこ
とがある。さらに、定電流ヒータと組み合わせて用いら
れる高電流コントローラは、一定の高電力状態で故障す
ることがある。コントローラの故障によって、オン状態
で故障が発生した場合にはケーブルが過熱し、オフ状態
で故障が発生した場合にはケーブル全体の熱の発生が中
断される。

【０００５】第２の主要形式の加熱ケーブルは、自己制
限または自己調整形のものであり、その一例が図２に概
略的に示されている。定電力ケーブルと同様に、典型的
な自己調整形加熱ケーブルでは１対の導電体が電源に接
続しており、図２に示されているように互いに並列に接
続した温度係数が正（ＰＴＣ）の多数の個別の抵抗素子
か、ＰＴＣ導電性ポリマーのストリップまたはウェブが
導電体間を接続している、定電力ヒータのように外部サ
ーモスタットを必要とする代わりに、ＰＴＣ材または素
子が抵抗熱発生素子への電流の流れを制御する。

【０００６】ＰＴＣ材を用いた自己調整形加熱ケーブル
は、ＰＴＣ材の切り換え温度でほぼ表される温度限界に
達するまで、熱を発生する。切り換え温度とは、素材の
抵抗が急激に上昇し、多くの場合には比較的狭い温度範
囲で数倍の大きさにまで上昇する温度のことである。素
材を流れる電流は、抵抗の増加に応じて減少し、電力を
制限して過熱を防止する。

【０００７】ケーブル温度が切り換え温度に達すると、
抵抗素子の出熱が減少し始める。出熱が減少する割合は
、使用するＰＴＣ材の特徴によって決まる。素材によっ
ては出熱が徐々に変化するだけであるが、変化がもっと
も急激である素材もある。温度の上昇に伴って電流は減
少し続けるが、完全には無くならない。完全に遮断され
るのは、電源をオフにした場合だけである。

【０００８】ＰＴＣ材を使用して加熱素子自体を形成で
きる。例えば、加熱素子は導電体間を接続するＰＴＣ導
電性ポリマーストリップにしてもよい。加熱素子はＰＴ
Ｃセラミックチップにすることもできる。あるいは、図
３に示されているように、ＰＴＣ材は抵抗が一定の加熱
素子と直列に接続することもできる。この場合ＰＴＣ材
は主に抵抗に流れる電流を制御し、二次的に発熱素子と
して機能するにすぎない。いずれの場合も、ＰＴＣ材は
それの性能に影響する発熱特性を備えている。電流の流
れはＰＴＣ材の温度によって決まるが、これは周囲の温
度と共に加熱素子の出力の影響を受ける。

【０００９】ＰＴＣ材はヒステリシス効果を受ける可能
性がある。一部のＰＴＣ材は、ケーブルが加熱される時
とケーブルが冷える時とでは行動が異なる。従って、ケ
ーブルのオン温度はオフ温度と相当に異なることがある
。この不一致は一般的に望ましくなく、設計及び製造を
さらに難しくしている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の加熱ケーブルは
、ケーブルの各加熱ゾーンにおいて電流を制御するスイ
ッチを有している。好適な実施例では、このスイッチは
温度作動式のフェライトリードスイッチである。このス
イッチは各加熱ゾーンにおいて１つまたは複数の抵抗素
子と直列に接続されているため、スイッチがオンの時に
は加熱ゾーンに全電力が送られる一方、スイッチがオフ
の場合には電力がまったく送られない。スイッチの状態
は、それのキュリー点、すなわちフェライト材の透磁性
が劇的に変化する温度によって決まる。スイッチ温度が
キュリー点以上である時、スイッチはオフである。スイ
ッチがキュリー点以下まで冷えると、スイッチがオンし
て加熱ゾーンへ電力が送られる。切り換え作用では、特
定の加熱ゾーンに対する電力対温度をグラフで示した時
の曲線の形状が方形波になる。

【００１１】フェライトリードスイッチは磁気的に、ま
た電流の流れまたは電力に関係なく温度の関数として作
動する。スイッチ自体は、一般的ではない非常に高電流
環境で使用されなければ、一般的にわずかな熱を発生す
るだけである。その結果、電力に関係ない特定の切り換
え温度を有する加熱ケーブルを設計することが非常に簡
単になる。加熱ケーブルにはさらに、長さ方向に沿って
多数の制御点が設けられている。その結果、ケーブルは
、それぞれの特定ゾーンに対して必要な量に応じて長さ
方向に発熱量を変化させることができる。また、このケ
ーブルは、単一の信頼性が低い高電流コントローラの代
わりに、多数の低電流制御装置を用いている。さらに、
１つの制御装置へ送られる電力を減少させることによっ
て、予想がつかない部材故障による過熱が実質的に防止
される。

【００１２】本発明の加熱ケーブルはさらに、加熱素子
に無関係に機能する内部制御方法を備えている。加熱素
子は、スイッチで制御できるものであればどのような発
熱材でもよい。これによって使用可能な加熱素子の素材
の範囲が大幅に広がる。

【００１３】この加熱ケーブル構造はまた、ヒステリシ
スから生じる不都合の影響が非常に小さい。本発明に従
って構成された加熱ケーブルは、ＰＴＣ材によって制御
されるのではない。本発明の機械式スイッチはヒステリ
シスの影響を受けない。従って、加熱中でも冷却中でも
理想的に動作する加熱ケーブルを容易に設計することが
できる。

【００１４】変更実施例では、加熱素子をスイッチと並
列に設けることによって、電力を温度に従って２つの正
レベル間で、すなわち完全にオンまたはオフでない状態
で切り換えることができるようになっている。これによ
って、ケーブルはあまり急激に冷えないため、切り換え
頻度を低減することができる。

【００１５】

【実施例】次に、添付の図面を参照しながら本発明の好
適な実施例を説明する。

【００１６】図面において、Ｃは本発明の加熱ケーブル
全般を示しており、その後の数字はケーブルＣの特定の
実施例を表している。

【００１７】図４は、本発明に従って構成された加熱ケ
ーブルＣ１の好適な第１実施例を示している。２つの導
電体２０及び２２が互いにほぼ平行に延出している。導
電体は、好ましくは１０ゲージ〜２０ゲージの銅線であ
るが、低い抵抗の導電体でもよい。導電体２０及び２２
は並列に接続されて、ケーブルＣ１の長さ方向にほぼ一
定の電圧を加える。

【００１８】導電体２０及び２２は誘電絶縁材２４内に
はめ込まれている。絶縁材２４は、導電体２０及び２２
に対して電気的絶縁を与えると共に、それらを所定位置
に保持する。絶縁材２４は、加熱ケーブル内に一般的に
使用される可撓性誘電物質で構成できる。絶縁材２４の
長手方向に沿って間隔をおいて切り欠き部２６、２８及
び３０が設けられて、導電体２０及び２２を交互に露出
させている。くぼみ３２が、導電体２０及び２２の間に
おいて絶縁材２４の表面に形成されている。

【００１９】本発明の加熱ケーブルには、ケーブルの各
加熱ゾーンにおける電流を制御するスイッチが設けられ
ている。好適な実施例では、このスイッチは温度作動式
リードスイッチ３４であり、絶縁材２４の表面のくぼみ
３２にはめ込まれている。スイッチの第１リード線３６
は、第１導電体２０を露出させている切り欠き部２８を
介して第１導電体２０に接続している。第１リード線３
６は、当業者には公知の適当な手段、例えばはんだ付け
、重ね継ぎ、バンドまたはステープルによって第１導電
体２０に接続されている。温度スイッチ３４の第２リー
ド線３７は、絶縁材２４の表面上を延出している。導電
体２０の露出部分、スイッチのリード線３６及びスイッ
チリード線３７の大部分を絶縁テープ６５で被覆して、
導電体２０またはスイッチリード線３６または３７が他
の導電部材と接触しないようにしている。第２リード線
３７の一部分は、加熱素子と接触させるために露出した
ままとなっている。

【００２０】抵抗加熱素子３８が絶縁材２４に密着状に
巻き付けられている。加熱素子３８は、適当な抵抗を有
するさまざまな素材で構成できる。ニクロム線が一般的
に使用される抵抗材である。好適な実施例では、ニクロ
ム線をガラス繊維より線心材に巻き付けて形成された組
み付け体を絶縁材２４に密着状に巻装している。加熱素
子は、銅フォイル等の抵抗フォイルにすることもできる
。抵抗材は、導電性の熱可塑材、例えば炭素増量結晶熱
可塑ポリマーで形成することもできる。一般的に、ポリ
マー及び炭素からなる導電性組成物は、約４〜約３０重
量％の導電性カーボンブラックを含有している。理想的
には、導電性カーボンブラックを母材全体に均一に分散
させる。この素材をより線にしたものを密着状に巻き付
ける。さらに別の変更例として、抵抗材は、導電性炭素
繊維より線にして、これを絶縁材２４に密着状に巻き付
けてもよい。

【００２１】加熱素子３８は、第２導電体２２を露出さ
せている切り欠き部２６及び３０に重なっている部分で
第２導電体２２と接触する。加熱素子３８は、絶縁材２
４の表面上の第２リード線３７に重なっている部分で第
２リード線３７と接触する。加熱素子３８は、当業者に
は公知の適当な手段、例えばはんだ付け、重ね継ぎ、バ
ンド、ステープルまたは機械的圧力接続によって第２リ
ード線３７に接続されている。このようにして、スイッ
チ３４及び加熱素子３８は導電体２０及び２２間に直列
に接続されている。短絡を防止すると共に環境保護のた
め、外装ジャケット４０が組み立て体全体を包囲してい
る。

【００２２】図５は、本発明による加熱ケーブルＣ１の
概略的回路図である。ケーブルＣ１には、導電体２０及
び２２に接続された電圧源４２から電力が供給される。電流は第１導電体２０を通ってスイッチ３４へ流れる。スイッチ３４がオンの場合、電流はスイッチ３４を通っ
て加熱素子３８へ、さらに切り欠き部２６または３０を
介して第２導電体２２へ流れる。このため、切り欠き部
２６及び３０間の加熱素子３８は単一のスイッチ３４で
制御され、従ってケーブルＣ１の最小加熱ユニットであ
るため、切り欠き部２６及び３０間の部分がケーブルＣ
１の１つのゾーンである。熱は加熱素子３８を流れる電
流で発生する。ケーブル温度がキュリー点、すなわちス
イッチ３４の切り換え点に達すると、スイッチ３４がオ
フになって、電流が遮断される。このように、加熱ゾー
ンには、スイッチがオンの時には全電力が送られ、スイ
ッチがオフの時には電力がまったく送られない。

【００２３】好適な実施例では、温度で作動して加熱素
子３８への電流を制御するスイッチが用いられている。キュリー点で切り換えるためにフェライトを用いた温度
作動式リードスイッチは公知であって、例えば米国特許
第４，５０９，０２９号、第４，７０３，２９６号及び
第４，４３４，４１１号に記載されており、これらは引
例として本説明に含まれ、図６〜９に幾つかの例が示さ
れている。一般的に、所定のキュリー点Ｔｃを有するフ
ェライト材４４が１つまたは複数の永久磁石４６に近接
して配置される。磁石４６及びフェライト材４４の配置
によって、Ｔｃ以下の温度でフェライト材４４が強磁性
状態にある時、永久磁石４６の磁界及び磁束線はフェラ
イト材４４を含むまで広がっている。Ｔｃ以上では、フ
ェライトの磁気抵抗が大幅に増加して、フェライト材４
４は磁束を伝導する能力を失うため、常磁性体となる。この時点で、有効磁束は永久磁石だけで発生する大きさ
に収縮する。

【００２４】このため、フェライト４４のキュリー温度
で発生する磁界の大きさの変化を利用して、多くの場合
には磁石４６及びフェライト材４４に近接して配置され
たリードスイッチ４８の接点を開閉することによって、
スイッチ装置を制御することができる。Ｔｃ以下では、
磁路にリードスイッチ４８が含まれるので、スイッチ４
８は閉じて、スイッチ３４を通る電流路が形成される。Ｔｃ以上では、磁路にリードスイッチ４８が含まれない
ので、スイッチ４８が開くため、スイッチ３４を通る電
流路が形成されない。スイッチの開閉温度は、所望キュ
リー温度を備えたフェライト材４４の選択と、磁石４６
やスイッチ導電体４８等の様々な部材の大きさ及び配置
とによって簡単に選択することができる。フェライトリ
ードスイッチは、電力および電流に関係なく温度で作動
し、発生する温度はごくわずかである。フェライトリー
ドスイッチは、約−２０℃以下から１３０℃以上まで、
多くの場合には約５００℃以上までの所望温度で切り換
わるように容易に設計できる。上記スイッチは、スイッ
チ制御に利用できる磁気相変化材及び磁石の多くの組み
合わせの内の１つの実施例にすぎない。

【００２５】本発明は、スイッチ３４と導電体２０との
間に単一の加熱素子を設けることに制限されるものでは
ないことも理解されたい。多くの場合には単一の抵抗熱
発生素子が用いられるが、同一構造か異なった構造の２
つ以上の抵抗素子をフェライトスイッチ３４に直列接続
する実施例もある。そのような抵抗は、正の温度係数（
ＰＴＣ）、ゼロ温度係数（ＺＴＣ）または負の温度係数
（ＮＴＣ）を有することができる。例えば、ＰＴＣ抵抗
及びＺＴＣ抵抗を互いに、さらにフェライトスイッチ３
４と直列に並べて１つのゾーンを形成した加熱ケーブル
を設けることが一般的に望ましい。抵抗素子は、ＰＴＣ
セラミックチップでも、あるいは抵抗の温度係数が正、
負またはゼロである導電性ポリマーからなる加熱素子で
もよい。やはり当業者には公知のように、発熱素子の長
さ及び抵抗値は、電源電圧と組み合わせて選択した時に
そのゾーンに望ましい発熱量を得られるように選択する
ことができる。

【００２６】自己調整ケーブルは、所望長さの個々のゾ
ーンを適当数合わせて形成できるが、ゾーンの長さは数
インチ〜数フィートにすることが最も一般的である。ゾ
ーンは、導電体の間にすべて互いに並列に接続されて、
所望長さの細長い加熱ケーブルを形成する。従って、各
ゾーンはその特定ゾーンに必要な熱を発生し、その熱は
単一の低電流コントローラによって制御される。

【００２７】ケーブルのこの第１実施例Ｃ１に従って、
３つのケーブルサンプルが準備された。米国オハイオ州
、マンスフィールドのサーモ・ディスク（Ｔｈｅｒｍｏ
−ｄｉｓｋ）　社製のフェライトリードスイッチのキュ
リー温度がそれぞれ８０℃（１７６°Ｆ）、９０℃（１
９４°Ｆ）及び１２０℃（２４８°Ｆ）である型盤ＭＴ
Ｓ−８０Ｂ、ＭＴＳ−９０Ｂ及びＭＴＳ−１２０Ｂを３
つのサンプルとして用いた。その他のケーブル構造は３
つのサンプルとも同一にした。

【００２８】絶縁材２４は熱可塑性ゴムにした。導電体
２２に接触しているフェライトスイッチリード線３６は
、良好な電気接触が得られるように、はんだ付けで取り
付けた。切り欠き部２６、２８及び３０は中心で１２イ
ンチにした。スイッチリード線３６及び３７及び導電体
２２のための電気絶縁体６５は高温テフロン（ＴＥＦＬ
ＯＮ）テープで形成した。抵抗が約７０オーム／フィー
トの４０ゲージニクロム線をケーブル１フィート当たり
約２０フィートの割合で巻き付けて、１２０ＶＡＣ電源
で使用した時に約５ワットが得られるようにした。次に
、これらのケーブルサンプルを環境室に入れた。ケーブ
ル電力を測定し、室温に対するグラフで表した。その結
果が図１０に示されている。３つのケーブルサンプルは
すべて方形波の電力曲線を示しており、切り換え温度で
電力が急激に降下している。

【００２９】本発明の加熱ケーブルの第２実施例は、１
つまたは複数の加熱素子に並列にフェライトスイッチを
用いている。この並列接続体を次に別の加熱素子に直列
に接続することによって、加熱ゾーンが形成される。

【００３０】フェライトスイッチ３４の繰り返し時間す
なわち切り換え頻度は、図１１に示されているようにＰ
ＴＣ素子５０をフェライトスイッチ３４に並列に接続す
ることによって遅くすることができる。ＰＴＣ素子５０
の切り換え温度がフェライトスイッチ３４のキュリー温
度よりもわずかに低いケーブルＣ２では、フェライトス
イッチ３４の開放温度で電力が大きく降下する。しかし
、この電力はゼロまでは降下しない。この場合、電力は
ＰＴＣ素子５０によって制御される。フェライトスイッ
チ３４が開いた時にＰＴＣ素子５０の抵抗が比較的高く
なるように、ＰＴＣ素子５０の切り換え温度がフェライ
トスイッチ３４の切り換え温度よりも低いことが望まし
い。ＰＴＣ素子５０の抵抗が低すぎる場合、ケーブルＣ
２は加熱され続けて、ケーブルの電力はフェライトスイ
ッチ３４の切り換え温度で制御されなくなる。

【００３１】電力が低いほどケーブルの全体温度が降下
する状況に上記ケーブルを設置した時、すなわち設置ケ
ーブルの通常状態では、このケーブルは既存のケーブル
とは異なった機能をする。これらの状況では、フェライ
トスイッチ３４が開いた時、ケーブルＣ２は、それで加
熱しているものと共に冷え始める。ケーブルＣ２は熱を
発生し続けるが、全体温度が降下する程度の電力による
ものである。しかし、その温度降下は、制御用のフェラ
イトスイッチ３４だけが設けられている場合よりも緩や
かであり、それはＰＴＣ素子５０及び一次加熱素子３８
を電流が流れ続けるからである、ケーブル温度がフェラ
イトスイッチ３４の閉鎖温度まで下がった時、そのゾー
ンは再び全出力を発生する。全設計出力が発生すると、
ケーブル温度は再び上昇して、仕事サイクルが完全に開
始される。ＰＴＣ素子５０をフェライトスイッチ３４と
並行に用いることの最終的効果は、スイッチ３４及びＰ
ＴＣ素子５０を並列に設けなかった場合よりもフェライ
トスイッチ３４を開閉させる頻度が低くなることである
。

【００３２】同原理は、フェライトスイッチ３４に並列
接続された抵抗素子の温度係数がゼロの場合、例えば抵
抗線の場合にも当てはまり、この例は図１１に変更例と
して示されており、さらにスイッチ３４が開いた時に設
置ケーブルの温度が低くなる抵抗であれば、負の温度係
数の場合にも当てはまる。

【００３３】ケーブルＣ２の１つの好適な実施例が図１
２にケーブルＣ２Ａとして示されており、ここではセラ
ミックチップがＰＴＣ素子５０である。この実施例は、
フェライトリードスイッチ３４に並列に接続されたＰＴ
Ｃセラミックチップ５４を用いている。ケーブルＣ１の
実施例で説明したように、ストリップ状の絶縁材２４が
２つの導電体２０及び２２上に押し出し成形されている
。この実施例では絶縁材２４に適当な間隔で切り欠き部
２６、２８、３０及び５６が設けられている。好ましく
は、切り欠き部２８及び５６は切り欠き部２６及び３０
間に、それらとは別の導電体側に設ける。この場合、Ｐ
ＴＣセラミックチップ５４及びフェライトスイッチ３４
は、絶縁材のくぼみ５８及び６０にはめ込まれている。フェライトスイッチ３４の１つのリード線３６は、第１
導電体２０に接続している一方、第２スイッチリード線
３７は、セラミックチップ５４の一方の表面に接続して
いる。第３リード線６６がセラミックチップ５４の第２
側部から第１導電体２０に接続している。セラミックチ
ップ５４の両側を含む露出線のすべては、スイッチ３４
とチップ５４とを接続しているリード線３７の小部分と
導電体２２側の切り欠き部２６及び３０とを除いて、電
気的に絶縁されている。

【００３４】次に、ケーブルＣ２Ａには、例えばここで
は２つの切り欠き部２６及び３０間の長さ部分である１
フィートのゾーン当たり２０．５フィートの割合で７０
オーム／フィートの抵抗になるように抵抗ニクロム線が
らせん状に巻き付けられる。この場合も、ケーブル組み
付け体全体が一次絶縁体４０で被覆される。前述の実施
例と同様に、部材の値を所望値にしたケーブルを設計で
きることは理解されるであろう。この例は、本実施例の
一般的なケーブル構造の部材に対して特定の１組の値を
用いている。

【００３５】抵抗ニクロム線の一例では、抵抗が１４４
０オーム／ゾーンである。１２０ＶＡＣの電源の場合、
フェライトスイッチ３４が閉鎖位置にある時、これによ
って１０ワット／ゾーンの電力が発生する。特定の実施
例として、ケーブルＣ２Ａのフェライトスイッチ３４の
キュリー温度は１６５°Ｆであり、ＰＴＣセラミックチ
ップ５４のキュリー温度は１５５°Ｆで、１６５°Ｆで
の抵抗は５００オームであるとする。ケーブルの温度が
１６５°Ｆに達すると、フェライトスイッチ３４が開き
、そのゾーンの回路を完成するため、電流がチップ５４
を流れて、回路全体の抵抗は１９４０オームになる。これによって、７．４ワット／ゾーンの全電力が得られ
る。適正に設計された設置が行われたとすると、電力の
低下に伴ってケーブル温度がゆっくり低下するため、フ
ェライトスイッチ３４が閉じて、電力が１０ワット／ゾ
ーンまで増加する。ＰＴＣ素子５０を回路に含めること
によって、理想的設計以下の設置でも電力を徐々に降下
させ始めることができる。何かの理由でフェライトスイ
ッチ３４が故障した場合、そのゾーンはＰＴＣセラミッ
クチップ５４のキュリー温度に調整される。このため、
スイッチ３４が故障しても、わずかに低めの温度になる
と共にあまり厳密ではないが、ある程度の温度制御が維
持される。

【００３６】並列抵抗線を用いたケーブルＣ２Ｂの本発
明の実施例が、図１３に示されている。ケーブルＣ１の
上記実施例で説明したように、２つの導電体２０および
２２が、切り欠き部２６、２８及び３０を設けた絶縁材
２４内に保持されており、絶縁材２４の中央に設けられ
たくぼみ３２にフェライトスイッチ３４がはめ込まれて
いる。フェライトスイッチ３４の第２リード線３７はす
べてケーブルＣ２Ｂに沿って同一方向を向いており、均
一の適当な長さだけ、例えばそのゾーンの全長の半分だ
け延出している。この場合のゾーンは、ケーブルＣ２Ｂ
の１つ置きの切り欠き部の間の長さ部分である。第１リ
ード線３６は導電体２０及び２２に接続している。次に
、切り欠き部２６、２８及び３０を除いて第１リード線
３６と第２リード線３７の適当部分とが高温テフロンテ
ープ等によって絶縁されて、導電体２０または２２と第
２リード線３７の一部分は露出したままとなる。次に、
部分的に組み付けられたケーブルＣ２Ｂに抵抗線、例え
ば１０５オーム／フィートニクロム線がらせん状に巻き
付けられて、露出導電体２０及び２２及び第２リード線
３７を備えた電気接点が形成される。次に、当業者には
公知のように、ケーブルＣ２Ｂ全体が一次絶縁層４０で
、例えば押し出し成形ポリエチレンで被覆される。この構造では、フェライトスイッチ３４は１つ置きの切
り欠き部２６及び２８間または２８及び３０間で抵抗線
の半分を効果的に短絡またはバイパスさせる。フェライ
トスイッチ３４の温度がそれのキュリー温度以上の時、
電流は抵抗線の全長を流れなければならないため、抵抗
が増加して電力が減少する。温度がキュリー温度以下の
時、フェライトスイッチ３４が閉じて、抵抗線の一部が
バイパスされるので、そのゾーンに対する導電体２０及
び２２間の抵抗が減少し、供給電力が増加する。このよ
うに、最小量の電力が常に供給されており、ゾーンがス
イッチ３４のキュリー温度以下になった時には増加電力
が供給される。

【００３７】当業者には理解されるであろうが、このケ
ーブル構造の利点の１つとして、様々な部材に対して特
定の用途に望ましいが適当であるいずれの値でも選択す
ることができる。しかし、説明上、部材に対して１組の
仮定の値を用いてケーブル性能を以下に説明する。１２
０ＶＡＣが導電体２０及び２２に接続される。切り欠き
部２６、２８及び３０間の長さ部分である個々のゾーン
は１フィート長さであり、フェライトスイッチ３４から
出た露出第２リード線３７は、６インチだけゾーン内へ
延出している。４２ゲージ、１０５オーム／フィートの
ニクロム線がケーブル６インチ直線長さ当たり１３．７
フィートの割合で巻き付けられて、全抵抗が６インチ当
たり約１４４０オームになっている。閉鎖位置にある時
にフェライトスイッチ３４の抵抗がほぼゼロであると仮
定すると、フェライトスイッチ３４が閉じた状態では線
の抵抗が切り欠き部２６から他方の導電体２２に接続し
たスイッチ３４の第２リード線３７までであり、１つの
ゾーンの全抵抗は、１４４０オームになる、これによっ
て、約１０ワット／ゾーンの電流が得られる。ケーブル
Ｃ２Ｂがフェライトスイッチ３４のキュリー温度に達す
ると、スイッチ３４が開き、電流はニクロム線巻装ケー
ブルＣ２Ｂの第２の６インチ部分を流れて第２導電体２
２に達する。第２の６インチ部分はフェライトスイッチ
３４に並列であり、その抵抗も約１４４０オームである
から、そのゾーンの全抵抗は約２８８０オームになるの
で、１２０ボルトの電力はゾーン当たり約５ワットまで
降下する。

【００３８】ケーブルが適当に設計及び絶縁されたパイ
プに設置されると仮定すると、ケーブル温度は、フェラ
イトスイッチ３４がオンする温度、すなわちそれのキュ
リー温度、この場合には１６２°Ｆに達するまで、ゆっ
くり降下する。それに達した時点で、フェライトスイッ
チ３４が閉じて、ケーブル電力は再び１０ワット／ゾー
ンに戻る。ケーブルＣ２Ｂは、スイッチ３４の温度が１
６２°Ｆを超えるまでパイプを加熱する。超えた時点で
、スイッチ３４が開き、抵抗が２８８０オームに増加し
て、電力は５ワット／ゾーンに降下する。パイプは冷却
し始め、このサイクルが繰り返される。この実施例では
、全電力時のケーブルＣ２Ｂは１フィート長さに対して
わずかに６インチ間隔で出力を効率的に発生する。被加
熱体及びケーブルＣ２Ｂ自体の両方に沿った熱の軸方向
伝導によってケーブルの長さ全体に渡って比較的均等に
加熱されるため、これは容認可能である。もちろん、こ
の実施例はＺＴＣ抵抗をフェライトスイッチに並列に用
いる唯一の可能な方法というわけではなく、当業者には
様々な変更例を考えることができるであろう。

【００３９】以上の本発明の記載は説明のためのもので
あって、本発明の範囲内において構造の大きさ、形状、
素材及び詳細に様々な変更を加えることができることは
理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来形加熱ケーブルの例である。

【図２】従来形加熱ケーブルの他の例である。

【図３】従来形加熱ケーブルの更に他の例である。

【図４】本発明の第１実施例によるフェライトスイッチ
を含む加熱ケーブルの、一部断面図で示した斜視図であ
る。

【図５】図４の加熱ケーブルの概略的電気回路図である
。

【図６】従来技術のフェライトスイッチの説明図である
。

【図７】従来技術のフェライトスイッチの説明図である
。

【図８】従来技術のフェライトスイッチの説明図である
。

【図９】従来技術のフェライトスイッチの説明図である
。

【図１０】図４の加熱ケーブルの温度対電力のグラフで
ある。

【図１１】本発明の第２実施例による、加熱材をフェラ
イトスイッチに並列に設けた加熱ケーブルの概略的電気
回路図である。

【図１２】図１１の加熱ケーブルの第１変更構造体の一
部断面図で示した斜視図である。

【図１３】図１１の加熱ケーブルの第２変更構造体の一
部断面図で示した斜視図である。

【符号の説明】

２０、２２　　導電体２４　　絶縁材３４　　温度作動式スイッチ３８　　加熱素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　複数の加熱ゾーンを設けた電気加熱ケ
ーブルであって、互いにほぼ平行かつ間隔をおいてケー
ブルの長手方向に延在して電流を流す第１及び第２導電
体手段と、前記導電体を包囲して、前記導電体を互いに
電気的に絶縁する絶縁手段と、各ゾーンにおいて前記第
１導電体に接続されて、電流が流れる時に熱を発生する
加熱手段と、各ゾーンにおいて前記第２導電体及び前記
加熱手段に接続された温度作動式スイッチとを有してお
り、前記スイッチは、前記スイッチの温度が所定温度以
下の時に電流が前記第１導電体から前記加熱手段を通り
、前記第２導電体へ流れることができるようにする一方
、前記スイッチの温度が前記所定温度以上の時に電流が
前記加熱手段を流れることができないようにし、前記ス
イッチは、スイッチ温度が前記所定温度以上の時に確実
に開き、スイッチ温度が前記所定温度以下の時に確実に
閉じることを特徴とする加熱ケーブル。
【請求項２】　　前記加熱手段の電気抵抗は、温度全般
に渡ってほぼ一定であることを特徴とする請求項１の加
熱ケーブル。
【請求項３】　　前記絶縁手段は前記第１導電体を露出
させる１つの切り欠き部を各ゾーンに設けており、前記
加熱手段は前記切り欠き部で前記第１導電体に接続して
いることを特徴とする請求項１の加熱ケーブル。
【請求項４】　　前記絶縁手段は前記第２導電体を露出
させる１つの切り欠き部を各ゾーンに設けており、前記
スイッチは前記切り欠き部で前記第２導電体に接続して
いることを特徴とする請求項１の加熱ケーブル。
【請求項５】　　前記絶縁手段は前記第１導電体を露出
させる１つの切り欠き部を各ゾーンに設けており、前記
加熱手段は前記切り欠き部で前記第１導電体に接続して
いることを特徴とする請求項４の加熱ケーブル。
【請求項６】　　前記絶縁手段は前記第１及び第２導電
体間の部分において１つのくぼみを各ゾーンに設けてお
り、前記スイッチは前記くぼみに部分的にはめ込まれて
いることを特徴とする請求項５の加熱ケーブル。
【請求項７】　　前記スイッチには本体部と第１及び第
２リード線とが設けられており、前記第１リード線は前
記第２導電体に接続し、前記第２リード線は前記加熱手
段に接続しており、さらに前記第２導電体切り欠き部、
前記スイッチ本体部、前記第１スイッチリード線及び前
記第２スイッチリード線の一部を被覆するスイッチ絶縁
手段を有していることを特徴とする請求項６の加熱ケー
ブル。
【請求項８】　　前記加熱手段は、前記絶縁手段及び前
記スイッチ絶縁手段の周囲にらせん状に巻き付けられた
抵抗材を含み、前記抵抗材は前記第１導電体切り欠き部
で前記第１導電体に接触しており、さらに前記第２スイ
ッチリード線に接触していることを特徴とする請求項７
の加熱ケーブル。
【請求項９】　　前記抵抗材は抵抗フォイルからなるこ
とを特徴とする請求項８の加熱ケーブル。
【請求項１０】　　前記抵抗材は抵抗加熱線を有してい
ることを特徴とする請求項８の加熱ケーブル。
【請求項１１】　　前記加熱線はほぼニクロムからなる
ことを特徴とする請求項１０の加熱ケーブル。
【請求項１２】　　前記加熱手段は非金属導電材を有し
ていることを特徴とする請求項１の加熱ケーブル。
【請求項１３】　　前記スイッチは磁気的に制御される
ことを特徴とする請求項１の加熱ケーブル。
【請求項１４】　　前記スイッチはリードスイッチを含
むことを特徴とする請求項１３の加熱ケーブル。
【請求項１５】　　前記スイッチは、前記所定温度で強
磁性相から常磁性相に変化する部分を有していることを
特徴とする請求項１の加熱ケーブル。
【請求項１６】　　前記スイッチの前記磁気的変化部分
はほぼフェライトからなることを特徴とする請求項１５
の加熱ケーブル。
【請求項１７】　　前記スイッチはさらにリードスイッ
チを有していることを特徴とする請求項１６の加熱ケー
ブル。
【請求項１８】　　複数の加熱ゾーンを設けた電気加熱
ケーブルであって、互いにほぼ平行かつ間隔をおいてケ
ーブルの長手方向に延在して電流を流す第１及び第２導
電体手段と、前記導電体を包囲して、前記導電体を互い
に電気的に絶縁する絶縁手段と、各ゾーンにおいて前記
第１導電体に接続されて、電流が流れる時に熱を発生す
る第１加熱手段と、各ゾーンにおいて前記第２導電体に
接続されていると共に前記第１加熱手段に接続された温
度作動式スイッチとを有しており、前記スイッチは、前
記スイッチの温度が所定温度以上の時に確実に開き、前
記スイッチの温度が所定温度以下の時に確実に閉じるよ
うになっており、さらに、各ゾーンにおいて前記スイッ
チに並列に接続された抵抗加熱素子を有しており、前記
スイッチが開いている時、電流が前記抵抗素子を流れ、
前記スイッチが閉じている時、電流が前記スイッチを通
ってほぼ前記抵抗加熱素子の周囲で分岐されることを特
徴とする加熱ケーブル。
【請求項１９】　　前記絶縁手段は前記第２導電体を露
出させる少なくとも１つの切り欠き部を各ゾーンに設け
ており、前記スイッチは前記切り欠き部で前記第２導電
体に接続していることを特徴とする請求項１８の加熱ケ
ーブル。
【請求項２０】　　前記絶縁手段は前記第１導電体を露
出させる１つの切り欠き部を各ゾーンに設けており、前
記加熱手段は前記切り欠き部で前記第１導電体に接続し
ていることを特徴とする請求項１９の加熱ケーブル。
【請求項２１】　　前記絶縁手段は前記第１及び第２導
電体間の部分において１つのくぼみを各ゾーンに設けて
おり、前記スイッチは前記くぼみに部分的にはめ込まれ
ていることを特徴とする請求項２０の加熱ケーブル。
【請求項２２】　　前記スイッチには本体部と第１及び
第２リード線とが設けられており、前記第１リード線は
前記第２導電体に接続し、前記第２リード線は前記加熱
手段に接続しており、更に前記第２導電体切り欠き部、
前記スイッチ本体部、前記第１スイッチリード線及び前
記第２スイッチリード線の一部を被覆するスイッチ絶縁
手段を有していることを特徴とする請求項２１の加熱ケ
ーブル。
【請求項２３】　　前記絶縁手段は、前記抵抗加熱素子
に対応して前記第２導電体を露出させる１つの切り欠き
部を各ゾーンに設けており、前記抵抗加熱素子は本体部
と第１リード線とを備えて、前記第１リード線は前記対
応の切り欠き部で前記第２導電体に接続しており、前記
スイッチの前記第２リード線は前記抵抗加熱素子本体部
に接続しており、さらに前記第２導電体側の前記抵抗加
熱素子に対応の切り欠き部、前記抵抗加熱素子本体部及
び前記抵抗加熱素子第１リード線を被覆する抵抗加熱素
子絶縁手段を有していることを特徴とする請求項２２の
加熱ケーブル。
【請求項２４】　　前記加熱手段は、前記絶縁手段の周
囲にらせん状に巻き付けられた抵抗材を含み、前記抵抗
材は前記第１導電体切り欠き部で前記第１導電体に接触
しており、さらに前記第２スイッチリード線に接触して
いることを特徴とする請求項２２の加熱ケーブル。
【請求項２５】　　前記加熱手段の抵抗材は抵抗加熱線
を有していることを特徴とする請求項２４の加熱ケーブ
ル。
【請求項２６】　　前記加熱線はほぼニクロムからなる
ことを特徴とする請求項２５の加熱ケーブル。
【請求項２７】　　前記スイッチは、前記所定温度で強
磁性相から常磁性相に変化する部分を有していることを
特徴とする請求項２５の加熱ケーブル。
【請求項２８】　　前記スイッチの前記磁気的変化部分
はほぼフェライトからなることを特徴とする請求項２７
の加熱ケーブル。
【請求項２９】　　前記スイッチはさらにリードスイッ
チを有していることを特徴とする請求項２８の加熱ケー
ブル。
【請求項３０】　　前記抵抗加熱素子は電気抵抗線から
なることを特徴とする請求項２９の加熱ケーブル。
【請求項３１】　　前記抵抗加熱素子は抵抗の温度係数
が正であることを特徴とする請求項２９の加熱ケーブル
。
【請求項３２】　　前記抵抗加熱素子のキュリー点は、
前記スイッチのキュリー点よりも低いことを特徴とする
請求項３１の加熱ケーブル。
【請求項３３】　　前記抵抗加熱素子はセラミックチッ
プを有していることを特徴とする請求項３２の加熱ケー
ブル。
【請求項３４】　　ゾーン形電気加熱ケーブルを組み付
ける方法であって、互いに離して設けられた第１及び第
２導電体の上に絶縁材を押し出し成形する段階と、前記
絶縁材に切り欠き部を設けて、前記第１及び第２導電体
を所定間隔で露出させる段階と、前記導電体間において
前記絶縁材にくぼみを形成する段階と、第１リード線及
び第２リード線を備えた感温確動スイッチを前記絶縁材
の前記くぼみの各々にはめ込む段階と、前記スイッチの
前記第１リード線を前記切り欠き部の１つで前記第１導
電体に接続する段階と、前記導電体の周囲に抵抗材をら
せん状に巻き付ける段階と、前記スイッチの前記第２リ
ード線を前記加熱線に接続する段階と、前記スイッチの
各々が前記第１及び第２導電体間において前記加熱線の
一部と直列に電気接続するように、前記加熱線を前記第
２導電体に接続する段階と、前記加熱線、前記導電体、
前記スイッチ及び前記絶縁材を保護カバーで包囲する段
階とを有していることを特徴とする方法。
【請求項３５】　　さらに、抵抗素子を設ける段階と、
前記抵抗加熱素子及び前記スイッチが前記第１導電体及
び前記加熱線間に並列に電気接続するように、前記抵抗
素子を前記スイッチの前記第２リード線及び前記加熱線
の接合部と前記第１導電体とに接続する段階とを有して
いることを特徴とする請求項３４の方法。
【請求項３６】　　前記抵抗加熱素子は、抵抗の温度係
数が正のセラミックチップであることを特徴とする請求
項３５の方法。
【請求項３７】　　前記抵抗加熱素子は加熱線であるこ
とを特徴とする請求項３５の方法。