KR100245568B1 - 전기장치 - Google Patents

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KR100245568B1
KR100245568B1 KR1019920702769A KR920702769A KR100245568B1 KR 100245568 B1 KR100245568 B1 KR 100245568B1 KR 1019920702769 A KR1019920702769 A KR 1019920702769A KR 920702769 A KR920702769 A KR 920702769A KR 100245568 B1 KR100245568 B1 KR 100245568B1
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네빌에스.배트리월라
제임스씨.톰프슨
Original Assignee
허버트 지. 버카드
레이켐 코포레이션
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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Abstract

길다란 히터(1)에서, 저항성 가열 소자 코어는 제1절연 재킷(9)와 제2절연 재킷(11)에 의해 에워싸여진다. 바람직한 실시예에서, 저항성 가열 소자 코어는 전도성 중합체 조성물(3)을 포함하고, 히터는 VW-1 화염 테스트에 합격한다. 제2절연 재킷(11)은 제1절연 재킷(9)와 동일한 물질로 제조될 수 있다. 소정의 용도에서는 제2절연 재킷이 소정의 박막, 예를 들어, 폴리에스테르 필름인 것이 바람직하다.

Description

[발명의 명칭]
전기 장치
[발명의 분야]
본 발명은 저항성 가열 소자(resistive heating elements)를 포함하는 전기 장치에 관한 것으로서, 특히, PTC 작용을 나타내는 전도성 중합체 조성물로 이루어진 저항성 가열 소자를 포함하는 자기 조절 스트립 히터(self-regulating strip heaters)에 관한 것이다.
[발명의 도입]
많은 응용 분야에 있어서, 저항성 가열 소자를 포함하는 길다란 히터(elongate heater)에 의해 기재(substrate), 가령, 파이프 또는 탱크를 가열하는 것이 바람직한데, 이 경우, 저항성 소자와 전도성 기재가 전기적으로 단락되는 것을 차단하기 위해 저항성 가열 소자를 전기적 절연 재킷(jacket)으로 에워싸야 할 필요가 있다. 이렇게 함으로써, 절연 재킷에 의한 전기적인 절연 및 외부 환경으로부터의 보호 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 절연 재킷의 내마모성이 적절하지 않을 수도 있기 때문에 인성 및 내마 兆봉?위해 절연 재킷 상에 편조선을 제공하기도 한다. 편조선이 금속으로 이루어진 경우, 이 편조선은 접지 편조선으로서의 역활도 한다.
[발명의 개요]
최근 수년 동안, 중합체 절연 재킷을 가진 길다란 히터, 특히, 자기 조절 전도성 중합체 히터의 가연성을 낮추는 것이 바람직하다고 점차 강조되어 오고 있다. 길다란 히터의 가연성을 평가하는 표준법으로서는 ＆quot;Reference Standard for Electrical Wires, Cables, and Flexible Cords, UL 1581, No. 1080, August 15, 1983＆quot;에 공표된 언더라이터스 래보러터리(Underwriter's Laboratory) VW-1 화염 테스트가 있다. 폴리올레핀(polyolefin)을 기초로 한 전도성 중합체를 포함하는 저항성 소자 및/또는 폴리올레핀 재킷을 구비하는 히터는 플루오로중합체(fluoropolymer)를 포함하는 저항성 소자 및/또는 플루오로 중합체 재킷을 구비하는 히터에 비해 VW-1 테스트 합격률이 낮을 수 있다. 금속성 접지 편조선을 구비하는 히터는 편조선을 구비하고 있지 않은 히터에 비해 보통 높은 가연성을 갖는다. 히터의 가연성을 낮추는 것은(전도성 폴리머로 이루어진 저항성 소자 및/또는 절연 재킷에) 가연성이 낮은 폴리머를 사용함으로써, 예를들어, 폴리올레핀 대신에 플루오로화 중합체를 사용함으로써 행할 수 있다. 이같은 가연성은 또한, 화염 난연제(flame retardant), 가령, 안티몬 트리옥사이드 및/또는 할로겐 함유 첨가제를 중합체에 첨가함으로써 낮출 수 있다. 그러나, 이들 방법은 비용 증대, 중량 증가, 난해한 처리 및 가요성과 같은 물리적 특성의 저하 등의 단점을 안고 있다. 또한, 할로겐 함유 물질의 사용이 금지되거나 만류되는 상황도 존재한다.
본 발명자들은 길다란 히터의 가연성을 낮추는 것은 히터가 부가적인 절연 재킷을 제공하거나(두 절연 재킷 중의 하나를 포함하는) 단일 절연 재킷을 둘 이상의 재킷으로 대체함으로써 행할 수 있음을 알게 되었다. 이렇게 하면, VW-1 테스트에 불합격한 히터를 VW-1 테스트에 합격한 히터로 바꿀 수 있다. 부가적인 절연 재킷을 기존 히터의 통상적인 재킷 위에나 밑에 제공한 경우, 가연성의 낮춤은 상기 부가적인 절연 재킷 물질의 가연성에 의해(영향을 받을 수 있을지 몰라도) 결정되지는 않는다. 따라서, 통 瓚岵막灌?가연성으로 간주되는 물질들로 만들어진 재킷까지도 유효한 것으로 간주될 것이다. 예를 들면, 발명자들은 주지된 히터의 통상적인 절연 재킷 둘레에 폴리에틸렌 테레프탈레이트 박막을 감쌈으로써 가연성을 크게 낮추었다. 이와 마찬가지로, 단일 절연 재킷을 두 절연 재킷의 조합체로 대체하는 경우, 그 조합체는 가연성 외의 다른 특성면에서 단일 재킷과 실질적으로 동등한 조합체일 수 있다. 예를 들면, 본 발명자들은, 단일의 폴리올레핀계 절연 재킷을 동일한 물질 및 동일한 전체 두께의 두 절연 재킷으로 교체하면, 가연성이 감소된다는 것을 알게 되었다.
과거에 두개(또는 그 이상)의 절연 재킷을 가진 길다란 히터들이 사용되어 왔거나 사용을 위해 제안되어 왔지만, 본 발명자들이 알고 있는 한 이들 히터가 가연성과 관련하여 사용되거나 제안된 것은 없다. 이러한, 히터들은 물론 본질적으로, 본 발명의 일부를 구성하지는 않는다. 그러나, 본 발명은 이러한 주지된 절연 재킷 조합체를 사용하기는 하지만 주지된 히터와는 다른 히터를 포함한다. 예를 들어, 본 발명의 히터는 상기 주지된 절연 재킷 조합체가 둘레에 사전 배치된 가열코어와는 다른 가열 코어를 玲淪磯? 특히, 본 발명의 신규한 히터는 종래 기술에서 히터 코어(또는 히터의 하나 이상의 다른 구성요소)와 관련된다는 이유로 선택되었던 공지의 절연 재킷 조합체들을, 상기 이유가 본 발명의 신규한 히터에 적용되지 않은 경우에 포함하고 있다.
제1실시예에서, 본 발명에 따른 길다란 히터는 VW-1 테스트에 합격되는 것으로서,
(1) 저항성 가열 소자를 포함하는 코어와, (2) (a) 코어를 에워싸며, (b) 유기 중합체를 포함하는 제1절연 물질로 이루어진 제1절연 재킷과, (3) 제1절연 재킷을 에워싸는 한편 그와 접촉하는 제2절연 재킷을 포함하며, 상기 히터의 구성요소들은 (a) 제2절연 재킷을 포함하지 않는 것을 제외하고는 실질적으로 동일한 히터가 VW-1 화염 테스트에 불합격하고 (b) 제1절연 재킷을 포함하지 않는 것을 제외하고는 실질적으로 동일한 히터가 VW-1 화염 테스트에 불합격하는 것이다.
제2실시예에서, 본 발명에 따른 기재의 가열을 위한 히터 조립체는, (1) (a) 저항성 가열 소자를 포함하는 코어와, (b) 코어를 에워싸며 유기 중합체를 포함하는 제1절연 물질로 이루어진 제1절연 재킷과, (c) 사전성형된 제2절연 물질의 테이프나 금속화된 중합체 테이프로 제1절연 재킷을 감싸되, 테이프의 에지가 중첩되게 감싸는 것에 의해 형성된 제2절연 재킷을 포함하는 히터와, (2) PVC, 바람직하게는 PVC 발포체를 포함하는 절연층을 포함하며, 상기 테이프는 바람직하게는 폴리에스테르를 포함하고 0.005 인치 미만의 두께를 가지며, 상기 히터는 기재와 접촉하게 위치되는 한편 절연층에 의해 에워싸여진다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명의 길다란 히터는 바람직하게는, 언더라이터스 래보러터리 VW-1 수직 와이어 화염 테스트에 합격하며, VW-1 수직 와이어 화염 테스트는 그 내용이 본 명세서에 참고로 인용되는 ＆quot;Reference Standard for Electrical Wires, Cables, and Flexible Cords, UL 1581, No. 1080, August 15, 1983＆quot;에 공개되고, (＆quot;화염 테스트＆quot;로서) 후술된다.
본 발명의 길다란 히터는, 저항성 가열 소자를 포함하는 한편 제1절연 재킷 및 제2절연 재킷으로 에워싸인 코어를 포함하고 있다. 제1절연 재킷은 내부 재킷이고 제2절연 재킷은 외부 재킷이다. 본 발명은, 예를 들어 제1재킷에 대해 주어진 물질, 두께 등을 제2재킷에 사용하고, 또한 제2재킷에 대해 주어진 물질, 두께 등을 제1재킷에 사용하는 히터를 포함하고 있다.
히터 코어는, 바람직하게는 두개의 길다란 전극을 또한 포함하며, 이들 전극간에는 저항성 가열 소자가 병렬로 접속된다. 그러나, 직렬 히터나 직병렬 혼합히터를 사용할 수도 있다. 저항성 가열 소자는 연속 스트립 형태로 해도 좋고, 다수의 상호 이격된 개별 가열 소자의 형태로 해도 좋다. 후자의 구성은 가열 소자를 강성 물질로 제조할 때에 바람직하다. 코어가 두개의 길다란 상호 이격된 전극을 포함하는 경우, 이들 전극은 단일 또는 스트랜스(stranded) 금속 와이어 형태, 예를 들어, 주석 또는 니케로 뎠訃?구리 와이어의 형태를 취하나, 다른 전도성 물질, 예를 들어, 전도성 도료, 금속박 또는 메쉬(mesh)를 사용할 수도 있다. 가열 소자가 다수인 경우에는 이들 각각을 전극에 전기적 및 물리적으로 접속한다. 전극은 저항성 소자의 물질 내에 전체적으로 또는 부분적으로 매립되거나 저항성 소자의 표면에 부착될 수 있다. 가열 소자가 연속 스트립의 형태를 취하는 경우에는, 전극을 스트립 내에 매립하거나, 본 명세서에 참고로 인용되는 미국 특허 제4,459,473호(카마쓰)에 개시된 바와 같이, 예를 들어, 임의의 전기적 절연 이격 부재에 의해 분리된 전극들을 섬유(fiber)로 나선 형태로 감아 싸는 것에 의해 연속 스트립을 각각의 전극과 교번 단속적으로 접촉시킬 수 있다.
저항성 가열 소자는 적당한 소정의 저항성 물질, 예를 들어 BaTi2O3와 같은 전도성 세라믹, 마그네슘 옥사이드 또는 알루미늄 옥사이드와 같은 금속 옥사이드로 구성되거나 혹은 바람직하게는 전도성 중합체 조성물로 구성될 수도 있다. 전도성 중합체 조성물은 중합체성 성분과 그 속에 분산되거나 혹은 다른 방식으로 분포된 미립의 전도성 충진재를 포함하고 있다. 중합체성 성분은 유기 중합체(이러한 용어는 실록산을 포함한다는 의미로 사용됨), 아몰포스 열가소성 중합체(예를 들어, 폴리카보네이트 또는 폴리스티렌), 탄성 중합체(예를 들어, 폴리부타디엔 또는 에틸렌/프로필렌디엔(EPDM) 중합체), 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 혼합물일 수도 있다. 특히 바람직한 것은 하나 이상의 올리펜으로 된 중합체와 같은 결정성 유기 중합체, 특히, 폴리에틸렌, 적어도 하나의 올레핀 및 이것과 공중합가능한(copolymer) 적어도 하나의 단량체(monomer)로 된 공중합체(예를 들어, 에틸렌/아크릴산, 에틸렌/에틸 아크릴레이트 및 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체)/용융성형 가능한 플루오로 중합체(예를 들어, 폴리비닐리덴 플루오라 絹?및 에틸렌 테트라플루오로에틸렌), 및 둘 이상의 이들 중합체의 혼합물이다. 이러한 결정성 중합체들은 조성물이 PTC(정온계수 저항) 작용을 나타내는 것이 바람직한 경우에 특히 바람직하다. ＆quot;PTC 작용＆quot;이란 용어는 본 명세서에 있어서 적어도 2.5의 R14값 및/또는 적어도 10의 R100값을 가진 조성물 또는 전기 장치, 특히 바람직하게는 적어도 6의 R30값을 가진 조성물 또는 전기 장치를 표시하는데 사용된다. 여기서, R14는 14℃ 온도 범위의 시점과 종점에 있어서의 저항률의 비이고, R100은 10℃ 온도 범위의 시점과 종점에 있어서의 저항률의 비이며, R30은 30℃ 온도 범위의 시점과 종점에 있어서의 저항률의 비이다. 상기한 조성물은, 또한, 미립의 종점에 있어서의 저항률의 비이다. 상기한 조성물은, 또한 미립의 전도성 충진재, 예를 들어 카본 블랙, 그래파이트(graphite), 금속, 금속 옥사이드, 또는 미립의 전도성 중합체나 이들의 조합체를 포함하고 있다. 선택적으로, 이 전도성 중합체 조성물은 불활성 충진재, 산화 방지제, 안정화제, 분산제, 교차 결합제 또는 다른 성분들을 포함하고 있다. 혼합은 용융 낯? 예를 들어, 용융 압출법(melt-extrusion)에 의해 바람직하게 수행된다. 상기한 조성물은 조사(irradiation) 또는 화학적 수단으로 교차 결합시킬 수도 있다. 전극들이 길다란 와이어를 포함하고 저항성 가열 소자들이 전도성 중합체 조성물을 포함하는 자기 조절 스트립 히터가 특히 유용하다. 본 발명에 사용하기에 적합한 전도성 중합체와 본 발명에 따라 변형될 수 있는 절연 재킷을 가진 히터는 미국 특허 제 3,858,144 호(버나드 등), 제 3,861,029 호(스미스-요한센 등), 제 4,017,715호(휘트니 등), 제 4,188,276 호(리욘 등), 제 4,237,441 호(반코니넨버그 등), 제 4,242,573 호(배트리월라), 제 4,246,468 호(호스마), 제 4,334,148 호(캄페), 제 4,334,351 호(소포리), 제 4,388,607 호(토이 등), 제 4,398,084 호(월티), 제 4,400,614 호(소포리), 제 4,425,497 호(리어리), 제 4,426,339 호(카마쓰 등), 제 4,435,639 호(구레비크), 제 4,459,473 호(카마쓰), 제 4,470,898 호(펜네크 등), 제 4,514,620 호(쳉 등), 제 4,534,889 호(반코니넨버그 등), 제 4,547,659 호(리어리), 제 4,560,498 호(호스마 등), 제 4,582,983 호(미드그레이 등), 제 4,574,188 호(미드그레이 등), 제 4,591,700 호(소포리), 제 4,658,121 호(호스마 등), 제 4,659,913 호(미드그레이 등), 제 4,661,687 호(아프캄포 등), 제 4,673,801 호(리어리), 제 4,764,664 호(카마스 등), 제 4,774,024 호(딥 등), 제 4,775,778 호(반 코니넨버그 등) 및 제 4,980,541 호(샤페 등)와, 유럽특허공개 제 38,713 호, 제 38, 718 호, 제 74,281 호, 제 197,759 호 및 제 231,068 호와, 국제 공개 제 WO90/11001 호(배트리월라) 및 제 WO91/03882 호(엠메트)에 개시되어 있다. 이들 특허 및 공개 공보의 개시 내용은 본 명세서에 참고로 인용된다.
가열 소자가 전극이 매립된 전도성 중합체의 연속 스트립 형태로 되어 있는 경우, 스트립의 단면은 소정의 적당한 형상, 예를 들어, 장방 형상, 둥근 형상, 아령 형상일 수도 있다. 유용한 다수의 길다란 히터는, PTC 작용을 나타내는 전도성 중합체 조성물로 이루어지는 한편 히터의 길이 방향을 따라 실질적으로 일정한 단면을 갖는 코어를 포함한다. 본 발명자들은, 단면의 종횡비가 작을 수록 VW-1 화염 테스트에 있어서의 히터의 성능이 보다 우수해짐을 알게 되었다. 가열소자의 단면에 있어서의 최대 지수( 英?전극들의 중심을 가로지르는 직선의 길이 치수라고 함)와 최소 치수(흔히 히터의 두께 치수라고 함) 간의 비는 흔히 최대 7:1, 바람직하게는 최대 3:1, 보다 바람직하게 최대 2:1, 일예로서, 약 1:1로 한다. 단면의 최대 치수는 대개 1인치(2.54cm) 미만, 일예로서, 0.6인치(1.5cm) 미만으로 하고/하거나 단면의 최대 면적은 1.25인치2(8.0cm2) 미만, 일예로서, 0.5인치2(3.2cm2) 미만으로 한다.
제1절연 재킷은 코어를 에워싸며(바람직하게는 코어와 접촉하며) 유기 중합체를 포함한다. 적합한 중합체로서는 전도성 중합체 조성물에 사용하기 적합한 것들 및 폴리우레탄과 같은 다른 중합체들을 들 수 있다. 특히, 제1절연 재킷에 사용되는 중합체 조성물은 대개 난연제, 예를 들어, Al2O3·3H2O 혹은 Sb2O3와 브롬화된 난연제의 혼합물, 또는 다른 충진재의 존재에 의해 변형되기 때문에, 비교적 가요성의 중합체가 바람직하다. 만일 코어와 제1절연 재킷을 양호하게 물리적으로 접합시키는 것이 바람직하다면, 코어 및 제1절연 재킷용으로 사용되는 조성물은 동일한 중합체를 포함할 수도 있다. 제1절연 재킷은 소정의 편리한 방법, 예를 들어, 용융 형성법, 용매 주조법, 또는 코어상에 사전성형된 시트(sheet)재를 성형하는 법에 의해 코어에 도포될 수도 있다. 보통은, 재킷을 튜브-다운(tube-down) 또는 압출 프로세스에 의해 코어상에 용융 압 蒐쳔객?것이 바람직하다. 만일 히터를 어닐링하려면, 즉 코어 내의 중합체 성분의 결정성 용융점 이상에서 가열 처리하려면, 제1절연 재킷의 용융점이 코어의 용융점보다 높아야만 한다. 일반적으로, 제1절연 재킷은 0.075인치(0.19cm) 미만, 바람직하게는 0.050인치(0.125cm) 미만, 특히, 0.040인치(0.1cm) 미만, 일예로서, 0.015 내지 0.030인치(0.04 내지 0.075cm)의 두께를 갖는다.
제2절연 재킷은 제1절연 재킷을 에워싸며, 대개는, 제1절연 재킷과 접촉하며 이것에 접합될 수도 있다. 제2절연 재킷은 제1절연 재킷의 유기 중합체와 같거나 다를 수도 있는 유기 중합체를 포함할 수도 있거나 혹은 다른 물질, 예를 들어, 유리, 가령, 파이버 글라스, 세라믹, 직조되거나 비직조된 직물, 금속, 가령, 알루미늄박, 또는 절연된 금속, 가령, 금속화된 폴리에스테르를 포함할 수도 있다. 가요성 및 저중량을 위해, 제2절연 재킷은 유기 중합체를 포함하는 절연물질로 하는 것이 바람직하다. 소정의 逾동?있어서는, 제2절연 재킷 내의 적어도 75중량%의 유기 중합체가 제1절연 재킷 내의 적어도 75중량%의 유기 중합체와 동일한 것이 바람직하다.
바람직한 일실시예에 있어서, 제2절연 재킷의 두께는 0.020인치(0.04cm)미만, 바람직하게는 0.010인치(0.025cm) 미만, 보다 바람직하게는 0.006인치(0.15cm) 미만, 가장 바람직하게는 0.005인치(0.13cm) 미만, 일예로서, 0.001 내지 0.005인치(0.002 내지 0.013cm)이다. 제2절연 재킷으로서, 폴리에스테르(가령, 듀폰사가 시판하고 있는 상표명 MylarTM의 폴리에틸렌 테레프탈레이트), 폴리아미드(가열, 듀폰사가 시판하고 있는 상표명 KaptonTM의 필름), 폴리비닐리덴 플루오라이드(가령, 펜활 ?怜?KynarTM이란 상표명으로 판매하고 있는 필름), 폴리테트라 플루오로에틸렌(가령, 듀폰사가 상표명 TelfonTM으로 판매하고 있는 필름) 또는 폴리에틸렌과 같은 중합체가 특히 바람직하다. 또한, 알루미늄으로 피복된 폴리에스테르는 절연층로부터의 습기 또는 가소제(plasticizer)가 제1절연 재킷 또는 코어 내로 침투하여 이들에 손상을 입히지 못하도록 하는 것이 중요한 용도에 특히 유용하다. 시트 형태의 이러한 필름, 즉, 사전성형된 필름 또는 테이프는 제1절연 재킷을 감되, 예를 들어, 히터에까지 나선형으로 형성 풔?중첩 이음매가 생기게 감거나, 히터에까지 직선으로 형성되는 중첩 이음매가 생기도록 소위 ＆quot;시가렛트 랩(cigarette wrap)＆quot; 형태로 감을 수 있다. 정상적인 상태하에서는, 접착제 없이도 나선 랩핑(spiral wrapping) 또는 시가렛트 랩핑(cigarette wrapping)이 행해지기 때문에 절연층이 습기 침투에 대한 장벽을 제공하지 못하게 된다. 따라서, 이들 히터는 예로서, 물침대 히터에서와 같이 감겨진 절연물의 이음매를 통해 유체가 들어갈 수도 있는 장시간 동안 히터를 침수시킬 필요가 있는 경우에 사용하기에는 적절하지 못할 것이 ? 대안으로, 필름을 포함하는 물질은 임의의 다른 적절한 공정, 예를 들어, 용매 주조 또는 튜브-다운 공정에 의한 용융 압출법을 사용하여 제1절연 재킷상에 형성될 수 있다. 일부의 경우, 제2절연재킷을 포함하는 물질은 VW-1 테스트의 조건하에서 제2재킷의 연소 전에 제2재킷이 수축되도록 적응된 것이다.
일실시예에서, 제2절연 재킷의 물질은 제1절연 재킷의 물질과 동일하다.
일실시예에서, 제1 및 제2재킷의 총 두께는 0.025인치(0.06cm) 미만이다.
금속 편조선(metallic braid)은 다른 실시예에서 제2절연 재킷상에 제공될 수도 있다.
제2절연층이 폴리에스테르 필름 또는 금속화된(예를 들어, 적층된 알루미늄) 폴리에스테르 필름과 같은 필름을 포함하는 경우, 이 층은 외부 절연층, 특히 폴리비닐 클로라이드(PVC) 발포체로부터의 가소제 침투로 인한 저항 증가로부터 히터를 보호하는데 매우 유용하다. 이러한 발포체는 파이프 또는 다른 기재 상에 감겨지는 경우 히터의 절연에 흔히 사용된다.
본 발명을 도면을 참조하여 설명한다. 제1도는 본 발명에 따른 길다란 히터(1)의 단면도이다. 전도성 중합체 조성물(3)을 포함하는 저항성 가열 소자는 두개의 전극(5, 7) 주위에 형성되는 한편 제1절연 재킷(9)에 의해 둘러 싸여있다. 제2절연 재킷(11), 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리에스테르 또는 폴리이미드와 같은 절연 중합체의 박막, 알루미늄과 같은 금속박막, 또는 금속화된 중합체 필름은 중첩부(13)가 생기도록 제1절연 재킷 상에 감겨진다. 임의의 금속성 접지 편조선(15)는 제2절연 재킷 상에 덮여진다.
제2도는 본 발명에 따른 따른 제2의 길다란 히터의 단면도이다. 이 실시예에서는, 전도성 중합체 조성물(3) 및 두개의 길다란 전극(5, 7)을 포함하는 저항성 가열 소자는 제1의 얇은 절연 재킷(9)과 제2의 얇은 절연 재킷(11)에 의해 둘러 싸여있다.
본 발명을 다음의 실시예에 따라 설명한다.
[실시예 1 내지 23]
각각의 실시예에 있어서, 히터 스트립(heater strip)은 다음의 히터 1에서 설명하는 과정에 따라 제조한다. 일부의 실시예에 있어서는, 히터 스트립을 특정의 제2절연 재킷으로 감싼다. 편조선을 갖는 히터에 있어서는 다섯 가닥의 28AWG 주석 피복 구리 와이어를 포함하는 금속 편조선을 제2절연 재킷 또는 단독의 절연 재킷 상에 형성하여 표면의 89% 내지 92%를 덮도록 하였다. 편조선의 두께는 약 0.030인치(0.076cm)로서 18AWG 와이어와 동일하게 하였다. 그 다음, 각 히터를 후술하는 화염 테스트를 사용하여 테스트하였다.
히터 1
표 Ⅰ에서 조성물 1란에 수록한 성분들을 먼저 섞은 다음에 동시 회전식 이중 스크류 압축기(co-rotating twin-screw extruder)에서 혼합하여 펠릿(pellet)을 형성했다. 다음, 펠릿화된 조성물을 1.5인치(3.8cm) 압출기를 통해 제각기 0.031인치(0.079cm)의 직경을 가진 두 개의 22AWG 7/30 가닥 니켈/구리 와이어 둘레에 압출시켜, 와이어 중심간의 전극 간격이 0.106인치(0.269cm)이고 와이어 간의 중간점에서의 두께가 0.083인치(0.211cm)인 코어를 만들었다. 그 다음, 0.30인치(0.076cm)의 두께를 가지며 10중 ?의 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체(EVA), 36.8%의 중밀도 폴리에틸렌, 10.3%의 에틸렌/프로필렌 고무, 23.4%의 데카브로모디페닐옥사이드(DBDPO), 8.5%의 안티모니 옥사이드(Sb2O3), 9.4%의 활석, 1.0%의 마그네슘 옥사이드 및 0.7%의 산화 방지제를 함유하는 조성물을 포함하는 제1절연 재킷을 코어상에 압출시켰다. 다음, 재킷을 갖춘 히터를 15Mrad의 분량(dose)으로 조사했다.
히터 2
표 Ⅰ 내의 조성물 2란에 수록한 성분드을 사용하여, 히터 1의 과정에 따라 히터를 제조하고, 압출하고, 재킷을 입혀조사했다.
히터 3
표 Ⅰ의 조성물 3란에 수록한 성분들을 사용하여, 히터 1의 과정에 따라 히터를 제조하고, 압출하고, 재킷을 입혀 조사했다.
화염 테스트
본 명세서에서 참조로 인용하는 ＆quot;Reference Standard for Electrical Wires, Cables, and Flexible Cords, UL 1581, No. 1080, August 15, 1983＆quot;에서 설명하는 언더라이터스 래보러터리(UL) VW-1 수직-와이어 화염 테스트의 과정에 따라 히터들을 테스트했다. 이 테스트에서는, 19.68인치(0.5cm)의 길이를 가진 히터 샘플을 12인치(30.5cm)의 폭, 14인치(35.5cm)의 깊이 및 24인치(61.0cm)의 높이를 가지며 전면 및 상면이 개방된 금속 용기(metal enclosure) 내의 수직 위치에 보유 지시시켰다. 용기는 통풍공이 없는 배기 후드(hood) 내에 위치시켰다. 0.25 내지 1.0인치(0.6 내지 2.5cm) 두께이 미처리 외과용 솜으로된 수평층을 히터 바로 밑에 있는 후드의 바닥에 놓았다. 0.5인치(1.3cm)의 폭을 가진 비보강된(unreinforced) 60파운드 크라프트지(Kraft paper)(94g/m2)의 스트립으로 만든 지시 플래그(flag)를 히터의 상부 근처에 위치시키고 용기의 후면쪽으로 0.75인치(1.9cm) 돌출시켰다. 1.5인치(3.8cm)의 파란 원주형 화염을 나타내고 화염 끝의 온도가 816℃를 나타내는 티릴(tirrill) 가스 버너를 상기한 크라프트지 플래그의 하 Ю막觀壙?10인치(25.4cm) 아래의 거리에서 히터의 전방 소정점에 순차적으로 다섯 번 적용햇다. 테스트 화염의 순차적 적용 기간은 (1) 샘플의 화염이 15초 내에 중지되는 경우 15초로 되거나 (2) 화염이 15초 내지 60초 동안 지속되는 경우 샘플 화염 지속 기간으로 된다.
테스트에 합격하려면, 샘플은 5회에 걸친 소정의 15초-테스트 화염의 적용에 후속하여 60초 이상 화염을 발생해서는 않된다. 또한, 용기의 저면에서 샘플 바로 밑에 있는 솜은 테스트 동안 점화되어서는 않되고 샘플의 상부에 있는 크라프트지 플래그는 그의 면적의 25% 이상의 손상을 입거나 연소되지 않아야 한다.
각각의 히터에 대해, 적어도 5개의 샘플을 화염 테스트 조건하에서 테스트했다. 하나 이상의 샘플이 5회의 화염 적용에 견뎌내고 테스트에 합격한 히터에 대해, 모든 샘플이 불합격될 때까지 테스트를 계속했다. 테스트에 불합격될 때까지의 샘플의 테스트 합격률 및 화염 적용 횟수를 표 Ⅱ에 기록했다.
[표 1]
전도성 중합체조성물
(중량% 성분)
조성
표 Ⅰ의 주석 :
EEA는 에틸렌/에틸 아크릴레이트 공중합체이다.
MDPE는 중밀도 폴리에틸렌이다.
CB는 입자 크기 28nm인 카본 블랙이다.
산화 방지제는 미국특허 제 3,986,981 호에서 설명하는 3 내지 4의 평균 중합도를 가진 4,4-티오 비스(3-메틸 1-6-6 부틸 페놀)의 올리고머이다.
DBDPO는 (데카브로모디페닐에테르로서도 알려진) 데카브로모디페닐 옥사이드이다.
[표 Ⅱ]
화염 테스트 개요
표 Ⅱ의 주석 :
PEs 1은 펠처-해밀톤사(Pelcher-Hamilton Coporation)로부터 구입가능한 phanesIHC란 상표명의 투명한 0.001인치(0.0025cm) 두께의 폴리에스테르 필름이다.
PEs 2튼 펠처-해밀톤사로부터 구입가능한 phanesYVC란 상표명의 백색 0.001인치(0.0025cm) 두께의 폴리에스테르 필름이다.
PEs 3은 네프코사(Nepco coporation)로부터 제품 번호 1232로서 구입가능한 0.001인치 두께의 폴리에스테르 및 0.001인치(0.0025cm) 두께의 청색 폴리에틸렌의 필름 적층물이다.
Al/PEs는 0.001인치(0.0025cm) 두께의 알루미늄화된 폴리에스테르 필름이다.
Al은 0.001인치(0.0025cm) 두께의 알루미늄박(aluminum foil)이다.
TFE는 캠파브사(Kemfab coporation)로부터 DF100으로서 구입가능한 0.002인치 두께의 다층 알룸니늄 주조 폴리테트라플루오로에틸렌 필름이다.
PI는 듀폰사로부터 KaptonTMHN200으로서 구입가능한 0.002인치(0.005cm) 두께의 폴리이미드 필름이다.
Glass는 크래인사로부터 Craneglas230으로서 구입가능한 0.005인치 두께의 파이버글라스 직조 테이프이다.
PE1은 질리스 앤드 레인사(Gillis and Lane coporation)로부터 구입가능한 1.25인치(0.003cm)의 두께를 가진 저밀도 폴리에틸렌 필름이다.
PE2는 질리스 앤드 레인사로부터 구입가능한 0.003인치(0.008cm)의 두께를 가진 저밀도 폴리에틸렌 필름이다.
PVF2는 펜왈트사로부터 구입가능한 0.002인치(0.005cm)의 두께를 가진 KynarTM폴리비닐리덴 플루오라이드 필름이다.
[실시예 24(비교예)]
39중량%의 에틸렌/에틸 아크릴레이트, 39%의 중밀도 폴리에틸렌, 22%의 카본 블랙 및 1.0%의 산화 방지제를 포함하는 전도성 조성물을 제조하고, 그 다음에 0.031인치(0.079cm)의 직경을 제각기 가진 두개의 22AWG 7/30가닥 니켈/구리 와이어 위에 압출시켜 대략 둥근 형상의 코어를 만들었다. 코어의 직경은 대략 0.145인치(0.368cm)이고 전극 간격은 와이어 중심으로부터 와이어 중심까지 대략 0.075인치(0.191cm)였다. 그 다음, 30중량%의 화염 난연제(B중량%의 Sb2O3및 22중량%의 DBDPO)를 함유한 열가소성 고무(thermoplastic rubber)(레이치홀드 케미칼사로부터 구입가능한 TPRTM8222B)를 포함하는 0.035인치(0.089cm)의 두께를 가진 제1절연 재킷을 코어상에 압출시켰다. 재킷이 입혀진 히터를 약 10Mrad의 분량으로 조사했다. VW-1 조건하에서 테스트했을 때 히터는 불합격되었다.
[실시예 25]
히터 코어를 실시예 24의 과정에 따라 제조했다. 열가소성 고무(레이치홀드 케미칼사로 부터 구입가능한 TPRTM8222B)를 포함하는 0.020인치(0.051cm) 두께의 제1절연 재킷을 코어상에 압출시켰다. 그 다음, 동일 물질을 포함하는 0.018 내지 0.020인치(0.046 내지 0.051cm)의 두께를 가진 제2절연 재킷을 제1절연 재킷상에 압출시켰다. 재킷을 입힌 히터를 약 10Mard의 분량으로 조사했다. 이 히터는 VW-1 테스트에 합격했다.
[실시예 26(비교예)]
29.3중량%의 에틸렌/에틸 아크릴레이트, 32.4%의 고밀도 폴리에틸렌, 17.2%의 카본 블랙, 20%의 아연 옥사이드, 0.6%의 가공 보조제 및 0.5%의 산화 방지제를 포함하는 전도성 조성물을 제조하고, 그 다음에, ｛0.057인치(0.145cm)의 직경을 제각기 가진｝ 두개의 16AWG 19가닥 니켈/구리 와이어 위에 압출시켜 코어를 만들었다. 와이어 간격은 와이어 중심으로부터 와이어 중심까지 대략 0.260인치(0.660cm)였다. 와이어들 간의 히터 코어의 단면 형상은 대략 정방형이었다. 그 다음 실시예 1에서 설명한 재킷용 떼복걋?포함하는 0.030인치(0.076cm) 두께의 제1절연 재킷을 코어 상에 압출시켰다. 그 다음, 주석 피복 구리 접지 편조선을 제1절연 재킷 둘레에 위치시켰다. 이 히터는 VW-1 테스트를 통과했다.
여러 다른 절연층과의 접촉시에 88℃(190℉)에서 열숙성(thermal aging)에 대한 히터의 응답은 히터를 절단함으로써 결정되어 일단이 노출된 전극들을 가진 12인치(30.5cm) 길이의 샘플이 제공되었다. 상기 일단과 반대 쪽의 타단은 열수축가능한 단부캡(cheat-shrinkable end cap)으로 덮어, 습기 또는 다른 유체들의 진입이 방지되도록 했다. 각 샘플은 0.375인치(0.95cm)의 두께를 가진 알루미늄판 상에 위치시키고 0.38 내지 0.75인치(0.97 내지 1.90cm)의 두께를 가진 절연시트로 덮었다. 절연층 위에는 0.125인치(0.32cm)의 두께를 가진 상부 알루미늄판을 위치시켰다. 21℃(70℉)에서의 저항치를 측정하여 초기 저항치를 제공하고, 그 다음에 샘플들을 88℃로 가열된 공기 순환 오븐 내에 위치시켰다. 주기적으로, 샘플을 오븐으로부터 제거하여 21℃까지 냉각시켜 저항치를 측정했다. 그 다음, 숙성 후의 저항치를 초기치로 나누어 ＆quot;표준화된 저항치＆quot; RN을 계산했다. 테스트 결과를 표 Ⅲ에 수록했다.
[실시예 27]
제1절연층을 접지 편조선으로 나선형으로 감싸는 것에 의해 (펠처-해밀톤사로부터 PhanexIHC로서 구입가능한) 0.001인치(0.0025cm) 두께의 폴리에스테르 필름으로 된 제2절연층을 제1절연층과 접지 편조선 간에 삽입하는 것을 제외하고는 실시예 26에 따라 히터를 제조했다. 테스트 결과를 표 Ⅲ에 수록했다.
[실시예 28]
0.001인치(0.0025cm)의 두께를 가진 알루미늄화된 폴리에스테르 필름으로 제2절연층을 구성하는 것을 제외하고는 실시예 27에 따라 히터를 제조했다. 테스트 결과를 표 Ⅲ에 수록했다.
분명, 폴리에스테르 또는 금속화된 폴리에스테르로 감은 히터들은 가소제를 함유한 PVC 발포체에 노출되었을 때 성능이 더 뛰어났다.
[표 Ⅲ]
88℃에서 100 또는 1000시간 후의 RN
표 Ⅲ의 주석 :
실리콘은 인수렉트사로부터 Cohrlastic foam, softgrade로서 구입가능한 실시콘 발포체의 0.38인치(0.097cm) 두께를 가진 시트이다.
RubatexTM는 루바텍스사로부터 구입가능한 0.75인치(1.91cm) 두께의 폴리비닐 클로라이드 발포체 절연물이다. 이것은 가소제를 함유한다.
ArmatexTM는 암스트롱사로부터 구입가능한 0.75인치(1.91cm) 두께의 폴리비닐 클로라이드 절연물이다. 이것은 가소제를 포함한다.
[도면의 간단한 설명]
본 발명은 도면에 도시되는데, 제1도 및 제2도는 본 발명에 따른 길다란 히터의 단면도이다.

Claims (10)

  1. 길다란 히터(an elongate heater)에 있어서, (1) 저항성 가열 소자를 포함하는 코어와, (2)(a) 상기 코어를 에워싸며, (b) 유기 중합체를 포함하는 제1절연 물질로 이루어진 제1절연 재킷(a first insulating jacket)과, (3)(a) 상기 제1절연 재킷을 에워싸는 한편 그와 접촉하며, (b) 사전성형된 테이프를 포함하는 제2절연 재킷(a second insulating jacket)을 포함하며, 언더라이터스 래보러터리 VW-1 화염 테스트에 통과하는 히터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저항성 가열 소자는 (a) 전도성 중합체의 연속 스트립 형태를 취하고, (b) PTC 작용을 나타내며, (c) 상기 연속 스트립이 상기 전극들의 각각과 교번적으로 간헐적인 접촉을 이루도록 위치되는 두 개의 길다란 상호 이격된 전극을 포함하는 전도성 중합체를 포함하는 히터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 저항성 가열 소자는 (a) 전도성 중합체의 연속 스트립 형태를 취하고, (b) PTC 작용을 나타내고, (c) 상기 전도성 중합체 내에 매립된 두개의 길다란 전극을 포함하는 전도성 중합체를 포함하는 히터.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제2재킷은 VW-1 테스트의 조건하에서 상기 제2재킷의 연소 전에 상기 제2재킷이 수축되도록 적응된 유기 중합체를 포함하는 제2절연 물질로 이루어지는 히터.
  5. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제2절연 재킷은 상기 제1절연 재킷 둘레에 사전성형된 테이프를 감싸므로써 상기 테이프의 에지(edges)가 중첩되도록 형성되는 히터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 테이프는 0.005인치(0.013cm) 미만의 두께, 바람직하게는 0.002인치(0.005cm) 미만의 두께를 갖는 히터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 테이프는 폴리에스테르를 포함하며, 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 주성분으로하여 이루어진 히터.
  8. 제7항에 있어서, 상기 히터는 상기 제2절연 재킷을 에워싸며 상기 제2절연 재킷과 접촉하는 금속 편조선을 더 포함하는 히터.
  9. 제5항에 있어서, 상기 히터는 상기 테이프의 에지가 밀폐되지 않고도 중첩되기 때문에 물침대 히터(a water bed heater)로서 사용하는데 적합하지 않은 히터.
  10. 기재를 가열하기 위한 히터 조립체(a heater assembly)에 있어서, (1)(a) 저항성 가열 소자를 포함하는 코어와, (b) 상기 코어를 에워싸는 한편 유기 중합체를 포함하는 제1절연 물질로 이루어진 제1절연 재킷과, (c) 상기 제1절연 재킷 둘레에 제2절연 물질의 사전성형된 테이프 또는 금속화된 중합체 테이프를 감싸므로써 상기 테이프의 에지가 중첩되도록 형성되는 제2절연 재킷을 포함하는 히터와, (2) PVC, 바람직하게는 PVC 발포체(foam)를 포함하는 절연층을 포함하고, 상기 히터는 상기 기재와 접촉하여 위치되는 한편 상기 절연층으로 에워싸여 있는 히터.
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