KR20000022269A - Heating cable - Google Patents

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KR20000022269A KR1019980710689A KR19980710689A KR20000022269A KR 20000022269 A KR20000022269 A KR 20000022269A KR 1019980710689 A KR1019980710689 A KR 1019980710689A KR 19980710689 A KR19980710689 A KR 19980710689A KR 20000022269 A KR20000022269 A KR 20000022269A
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글렌 더블유. 오스터호우트
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유안 차오
레이켐 코포레이션
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Abstract

PURPOSE: A heating cable is used as pipe, tank, the freezing protection of substrate and the maintenance of temperature. The choice of wire for use as an electrode products the heat cable. The heat cable has a consistency and a confidence, though being had a physical and heat stress. CONSTITUTION: The heat cable relates to an automatic controlling electronic heat cable. The heatcable includes the braid which functions as electronic grounding and provides mechanical protection, and the metal grounding layer of tape shape. An electrical heating cable in which at least two elongate conductors are separated by an insulating spacer and are contacted by at least one elongate resistive heating strip. The heating strip. which contacts alternately the first conductor and the second conductor at contact points which are longitudinally spaced apart along the length of the strip and along the length of each of the conductors, is made from a conductive polymer composition which exhibits PTC behavior. The conductors are concentric stranded wires having a lay length L of at most 20 mm or a lay angle beta of at least 11 degree or a lay length L of at most 20mm and a lay angle beta of at least 10 degree.

Description

가열 케이블Heating cable

긴 전기 가열 케이블은 파이프, 탱크, 다른 기판의 결빙 보호 및 온도 유지에 사용하기 위한 것으로 주지되어 있다. 특히 유용한 긴 가열 케이블은 (가) 제1 및 제2 긴 전극과 (나) 상기 전극들 사이에 평행하게 연결된 복수개의 저항 가열 요소와 (다) 전극과 가열 요소를 둘러싸는 절연 피복으로 구성된다. 게다가, 가열 케이블은 종종 가열 케이블을 전기 접지하는 역할을 하며 기계적 보호를 제공하는 절연 피복으로 둘러싸인 브레이드(braid) 또는 테이프 형태의 금속 접지층을 또한 포함한다. 가열 요소의 평행 구조 때문에 그러한 가열 케이블은 각각의 적용에 사용하기 위한 적절한 길이로 절단될 수 있다.Long electrical heating cables are well known for use in frost protection and temperature maintenance of pipes, tanks and other substrates. Particularly useful long heating cables consist of (a) a first and a second long electrode and (b) a plurality of resistance heating elements connected in parallel between the electrodes and (c) an insulating sheath surrounding the electrode and the heating element. In addition, the heating cable also often includes a metal ground layer in the form of a braid or tape surrounded by an insulating sheath that serves to electrically ground the heating cable and provides mechanical protection. Because of the parallel structure of the heating elements such heating cables can be cut to a suitable length for use in each application.

많은 적용에 대해, 저항 가열 요소는 전도성 중합체, 즉 미립자 전도성 충전제가 분산된 중합체 모재(matrix)를 포함하는 것이 양호하다. 전도성 중합체는 양호하게는 능동 온도 계수(PTC) 거동을 나타내며, 가열 케이블이 자동 조절하도록 허용한다. 두 종류의 긴 가열 케이블이 통상적이다. 첫 번째 종류에 있어서, 전도성 중합체는 전극이 매설된 연속 스트립의 형태이다. 그러한 가열기는, 예컨대 미국 특허 제3,858,144호[베다드(Bedard) 등], 제3,861,029호[스미스 요한젠(Smith-Johannsen) 등], 제4,017,715호[휘트니(Whitney) 등], 제4,242,573호[바틀리왈라(Batliwalla)], 제4,344,148호[캄페(Kampe)], 제4,334,351호[소포리(Sopory)], 제4,426,339호[카마쓰(Kamath) 등], 제4,574,188호[미즐리(Midgley) 등], 제5,111,032호[바틀리왈라(Batliwalla) 등] 및 국제 특허 공보 제WO91/17642호[레이켐 코포레이션(Raychem Corporation), 1991년 11월 14일자 공개]에 설명되어 있다. 두 번째 종류의 가열 케이블에 있어서, 전도성 중합체는 긴 전극 둘레에 감기는 연속 스트립의 형태이며, 가열 케이블의 길이 하방으로 연장될 때 노출된 전극과 교번적으로 접촉한다. 이러한 구성에서, 전극은 대체로 절연 스페이서에 의해 서로로부터 분리된다. 다르게는, 전극은 전도성 중합체 스트립을 포함하는 코어 둘레에 감길 수 있다. 이러한 종류의 케이블은 미국 특허 제4,459,473호[카마쓰(Kamath)]에 설명되어 있다.For many applications, the resistive heating element preferably comprises a conductive matrix, ie a polymer matrix in which particulate conductive fillers are dispersed. The conductive polymer preferably exhibits active temperature coefficient (PTC) behavior and allows the heating cable to automatically adjust. Two types of long heating cables are common. In the first class, the conductive polymer is in the form of a continuous strip in which the electrode is embedded. Such heaters are described, for example, in U.S. Pat. Batliwalla], 4,344,148 [Kampe], 4,334,351 [Sopory], 4,426,339 [Kamath et al.], 4,574,188 [Midgley et al.], No. 5,111,032 (Batliwalla et al.) And International Patent Publication No. WO91 / 17642 (Raychem Corporation, published November 14, 1991). In the second type of heating cable, the conductive polymer is in the form of a continuous strip wound around the long electrode and alternately contacts the exposed electrode when it extends down the length of the heating cable. In this configuration, the electrodes are separated from each other by a generally insulating spacer. Alternatively, the electrode can be wound around the core comprising the conductive polymer strip. This type of cable is described in US Pat. No. 4,459,473 (Kamath).

정상 작동 상태 하에서, 긴 가열 케이블은 가열되는 기판과 접촉하도록 위치될 때 물리적 응력과 변형을 겪게 되어 있다. 예컨대, 기판이 파이프 또는 도관일 때, 케이블은 종종 파이프 둘레에 나선형 방식으로 감긴다. 더욱이, 케이블은 가열되어야 하는 밸브, 조인트 및 다른 영역 둘레에 감겨야만 한다. 가열 케이블이 가요성을 지니고 있지만, 작은 파이프 또는 밸브 직경과 같은 어떤 상황에서는 케이블이 절곡되거나 비틀리는 것이 요구된다. 게다가, 정상 사용 상태 하에서, 가열 케이블은 비교적 저온으로부터 비교적 고온까지의 열 사이클을 겪는다. 기판 상의 위치 결정으로 인한 물리적인 응력과 열 사이클에 의해 야기된 열 응력 모두가 가열 케이블 내의 변화를 야기할 수 있다. 특히, 전극이 전도성 중합체 스트립 내에 매설되는 것보다 스페이서의 대향 모서리에 위치될 경우에, 전극은 스페이서 내의 위치로부터 멀리 이동할 수 있으며, 그들 둘레에 감긴 전도성 중합체 스트립과의 접촉을 감소시킨다.Under normal operating conditions, long heating cables are subject to physical stress and deformation when placed in contact with the substrate being heated. For example, when the substrate is a pipe or conduit, the cable is often wound in a spiral fashion around the pipe. Moreover, the cable must be wound around valves, joints and other areas to be heated. Although heating cables are flexible, in some situations, such as small pipe or valve diameters, it is necessary to bend or twist the cables. In addition, under normal use conditions, the heating cable undergoes a thermal cycle from relatively low temperature to relatively high temperature. Both physical stresses due to positioning on the substrate and thermal stresses caused by thermal cycles can cause changes in the heating cable. In particular, when the electrodes are located at opposite edges of the spacers rather than embedded in the conductive polymer strips, the electrodes can move away from the position in the spacers, reducing contact with the conductive polymer strips wound around them.

본 발명은 가열 케이블, 특히 자동 조절식 전기 가열 케이블에 관한 것이다.The present invention relates to heating cables, in particular to self-regulating electrical heating cables.

본 발명은 이하의 도면에 의해 도시되어 있다.The invention is illustrated by the following figures.

도1은 본 발명의 가열 케이블의 평면도이다.1 is a plan view of a heating cable of the present invention.

도2는 도1의 선 2-2를 따른 단면도이다.2 is a cross-sectional view taken along the line 2-2 of FIG.

도3은 본 발명의 다른 가열 케이블의 평면도이다.3 is a plan view of another heating cable of the present invention.

도4는 본 발명의 가열 케이블에서 사용되는 전도체의 개략도이다.4 is a schematic diagram of the conductors used in the heating cable of the present invention.

도5는 본 발명의 가열 케이블에서 사용되는 전도체의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of the conductor used in the heating cable of the present invention.

우리는 이제 전극으로서 사용하기 위한 특정한 종류의 와이어의 선택이 더 적은 변형을 겪는 가열 케이블을 생성한다는 것을 알았다. 결과적으로, 본 발명의 가열 케이블은 물리적 응력 및 열 응력을 겪을지라도 일관되며 신뢰성 있는 성능을 갖는다. 제1 태양에서, 본 발명은We now know that the choice of a particular kind of wire for use as an electrode creates a heating cable that suffers less strain. As a result, the heating cable of the present invention has a consistent and reliable performance even under physical and thermal stresses. In a first aspect, the present invention

(1) 전원에 연결될 수 있는 이격된 제1 및 제2 긴 전도체-각각의 상기 제1 및 제2 전도체는 적어도 11。의 꼬임각(lay angle)(β)을 갖는 동심 스트랜드 와이어(concentric stranded wire)를 포함함-와,(1) spaced first and second long conductors, each of which may be connected to a power source, each of the first and second conductors having a concentric stranded wire having a lay angle β of at least 11 °; ),

(2) (가) (ⅰ)가열 스트립의 길이를 따라 연장되며 (ⅱ) PTC 거동을 나타내는 전도성 중합체 합성물로 구성된 긴 PTC 요소를 포함하며, (나) 스트립의 길이를 따라 그리고 각각의 전도체의 길이를 따라 종방향으로 이격된 접촉 지점에서 제1 전도체 및 제2 전도체와 교번적으로 전기 접촉하는, 긴 저항 가열 스트립과,(2) (i) a long PTC element consisting of a conductive polymer composite extending along the length of the heating strip (ii) exhibiting PTC behavior, (b) along the length of the strip and the length of each conductor An elongated resistance heating strip in alternating electrical contact with the first and second conductors at longitudinally spaced contact points along

(3) 전도체가 전원에 연결된 때, 전도체들 사이에 지나는 모든 전류가 가열 스트립을 통과하도록 전도체들 사이에 놓인 절연 재료의 스트립(3) When the conductor is connected to a power source, a strip of insulating material placed between the conductors so that all current passing between the conductors passes through the heating strip

을 포함하는 전기 가열 케이블을 제공한다.It provides an electric heating cable comprising a.

제2 태양에서, 본 발명은In a second aspect, the present invention

(1) 전원에 연결될 수 있는 이격된 제1 및 제2 긴 전도체-각각의 상기 제1 및 제2 전도체는 최대 20 ㎜(0.8 inch)의 꼬임 길이(L)를 갖는 동심 스트랜드 와이어를 포함함-와,(1) spaced first and second long conductors that can be connected to a power source, each of the first and second conductors comprising a concentric strand wire having a twist length L of up to 20 mm (0.8 inch); Wow,

(2) (가) (ⅰ)가열 스트립의 길이를 따라 연장되며 (ⅱ) PTC 거동을 나타내는 전도성 중합체 합성물로 구성된 긴 PTC 요소를 포함하며, (나) 스트립의 길이를 따라 그리고 각각의 전도체의 길이를 따라 종방향으로 이격된 접촉 지점에서 제1 전도체 및 제2 전도체와 교번적으로 전기 접촉하는, 긴 저항 가열 스트립과,(2) (i) a long PTC element consisting of a conductive polymer composite extending along the length of the heating strip (ii) exhibiting PTC behavior, (b) along the length of the strip and the length of each conductor An elongated resistance heating strip in alternating electrical contact with the first and second conductors at longitudinally spaced contact points along

(3) 전도체가 전원에 연결된 때, 전도체들 사이에 지나는 모든 전류가 가열 스트립을 통과하도록 전도체들 사이에 놓인 절연 재료의 스트립(3) When the conductor is connected to a power source, a strip of insulating material placed between the conductors so that all current passing between the conductors passes through the heating strip

을 포함하는 전기 가열 케이블을 제공한다.It provides an electric heating cable comprising a.

제3 태양에서, 본 발명은In a third aspect, the present invention

(1) 전원에 연결될 수 있는 이격된 제1 및 제2 긴 전도체-각각의 상기 제1 및 제2 전도체는 최대 20 ㎜(0.8 inch)의 꼬임 길이(L)와 적어도 10。의 꼬임각(β)을 갖는 동심 스트랜드 와이어를 포함함-와,(1) spaced first and second long conductors, each of which may be connected to a power source, each of the first and second conductors having a twist length L of up to 20 mm (0.8 inch) and a twist angle of at least 10 ° (β); Comprising a concentric stranded wire having

(2) (가) (ⅰ)가열 스트립의 길이를 따라 연장되며 (ⅱ) PTC 거동을 나타내는 전도성 중합체 합성물로 구성된 긴 PTC 요소를 포함하며, (나) 스트립의 길이를 따라 그리고 각각의 전도체의 길이를 따라 종방향으로 이격된 접촉 지점에서 제1 전도체 및 제2 전도체와 교번적으로 전기 접촉하는, 긴 저항 가열 스트립과,(2) (i) a long PTC element consisting of a conductive polymer composite extending along the length of the heating strip (ii) exhibiting PTC behavior, (b) along the length of the strip and the length of each conductor An elongated resistance heating strip in alternating electrical contact with the first and second conductors at longitudinally spaced contact points along

(3) 전도체가 전원에 연결된 때, 전도체들 사이에 지나는 모든 전류가 가열 스트립을 통과하도록 전도체들 사이에 놓인 절연 재료의 스트립(3) When the conductor is connected to a power source, a strip of insulating material placed between the conductors so that all current passing between the conductors passes through the heating strip

을 포함하는 전기 가열 케이블을 제공한다.It provides an electric heating cable comprising a.

본 발명의 가열 케이블은, 가열 스트립의 길이 방향으로 연장되는 긴 PTC 요소로 구성된 적어도 하나의 긴 가열 스트립을 포함하며, PTC 거동을 나타내는 전도성 중합체 합성물로 구성된다. 본 명세서에서, "PTC"라는 용어는 비교적 작은 온도 범위에 걸친 온도에 있어서 저항률의 급등을 의미하는 것으로 사용되었는데, 즉, 합성물이 적어도 2.5의 R14값 및/또는 적어도 10의 R100값을 가지며, 합성물이 적어도 6의 R30값을 갖는 것이 양호하며, 여기에서 R14는 14 ℃ 범위의 말기 및 초기에서의 저항률의 비율이고 R100은 100 ℃ 범위의 말기 및 초기에서의 저항률의 비율이다. 합성물은, 양호하게는 결정성 중합체, 즉 적어도 20 %의 조성으로 처리되기 전에 결정성을 갖는 중합체인 중합체 성분을 포함한다. 적절한 결정성 중합체는 폴리올레핀, 예컨대 폴리에틸렌 또는 에틸렌 공중합체와; 플루오로폴리머, 예컨대 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 에틸렌/테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE) 또는 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로알콕시 공중합체(PFA)와; 또는 2개 이상의 그러한 중합체의 혼합물을 포함한다. 다르게는, 중합체 성분은 탄성 중합체(elastomer), 즉 열가소성 탄성 중합체를 포함할 수 있다. 미립자 전도성 충전제, 예컨대 카본 블랙, 흑연, 금속, 금속 산화물, 전도성 피복 글래스 또는 세라믹 비드(bead), 미립자 전도성 중합체 또는 이러한 것들의 복합체가 중합체 성분 내에 분산된다. 산화 방지제, 불활성 충전제, 비전도성 충전제, 복사 교차결합제[종종 프로라드(prorads) 또는 교차결합 강화제라고도 함], 안정제, 분산제, 결합제, 산성 불순물 제거제(예컨대, CaCO3)와 같은 추가 성분 또는 다른 성분들이 제공될 수 있다. 적절한 합성물의 예는 위에서 나열된 문헌에 주어져 있다.The heating cable of the present invention comprises at least one elongated heating strip composed of elongated PTC elements extending in the longitudinal direction of the heating strip and consisting of a conductive polymer composite exhibiting PTC behavior. As used herein, the term "PTC" has been used to mean a spike in resistivity at temperatures over a relatively small temperature range, ie the composite has an R 14 value of at least 2.5 and / or an R 100 value of at least 10. It is preferred that the composite has a R 30 value of at least 6, where R 14 is the ratio of resistivity at the end and the beginning of the 14 ° C. range and R 100 is the ratio of resistivity at the end and the beginning of the 100 ° C. range. The composite preferably comprises a polymer component which is a crystalline polymer, ie a polymer having crystallinity before being treated with a composition of at least 20%. Suitable crystalline polymers include polyolefins such as polyethylene or ethylene copolymers; Fluoropolymers such as polyvinylidene fluoride (PVDF), ethylene / tetrafluoroethylene copolymers (ETFE) or tetrafluoroethylene / perfluoroalkoxy copolymers (PFA); Or mixtures of two or more such polymers. Alternatively, the polymer component may comprise an elastomer, ie a thermoplastic elastomer. Particulate conductive fillers such as carbon black, graphite, metals, metal oxides, conductive coated glass or ceramic beads, particulate conductive polymers or composites thereof are dispersed in the polymer component. Additional or other ingredients such as antioxidants, inert fillers, non-conductive fillers, radiation crosslinkers (sometimes called prorads or crosslinking enhancers), stabilizers, dispersants, binders, acidic impurity removers (eg, CaCO 3 ) Can be provided. Examples of suitable compounds are given in the literature listed above.

23 ℃에서의 전도성 중합체 합성물의 저항률은 대체로 1 Ω·㎝ 내지 100,000 Ω·㎝이며, 양호하게는 100 Ω·㎝ 내지 10,000 Ω·㎝이며, 특히 1,000 Ω·㎝ 내지 10,000 Ω·㎝이며, 특히 1,000 Ω·㎝ 내지 5,000 Ω·㎝이다. 대부분의 적용에 대해, 23 ℃에서의 저항률은 적어도 100 Ω·㎝이다.The resistivity of the conductive polymer composite at 23 ° C. is generally from 1 Ω · cm to 100,000 Ω · cm, preferably from 100 Ω · cm to 10,000 Ω · cm, in particular from 1,000 Ω · cm to 10,000 Ω · cm, in particular 1,000 Ω · cm to 5,000 Ω · cm. For most applications, the resistivity at 23 ° C. is at least 100 Ω · cm.

가열 스트립은 임의의 간편한 기술, 예컨대 대체로 양호한 용융 압출에 의해 또는 기판을 액체, 예컨대 용제계 조성의 액체를 통해 통과시키고 이어서 냉각시키거나 용제 제거 공정을 거침으로써 형성될 수 있다. 스트립을 용융 압출로 제조할 때, 인발비(draw-down ratio)는 가열 케이블의 전기적 성질에 대한 중요한 효과를 갖는다. 예컨대, 높은 인발비의 사용은 스트립의 저항 균일성을 증가시키지만, PTC 효과의 확장을 감소시킨다. 최적 인발비는 특정한 전도성 중합체 합성물에 의존한다.The heating strip may be formed by any convenient technique, such as generally good melt extrusion or by passing the substrate through a liquid, such as a liquid of solvent-based composition, and then cooling or going through a solvent removal process. When the strip is produced by melt extrusion, the draw-down ratio has an important effect on the electrical properties of the heating cable. For example, the use of high draw ratios increases the resistance uniformity of the strip, but reduces the expansion of the PTC effect. The optimal draw ratio depends on the particular conductive polymer composite.

가열 스트립은 임의의 간편한 형상, 즉 원형 또는 타원형 단면을 가질 수 있거나 편평한 테이프의 형태일 수 있다. 가열 스트립의 두께는 대체로 0.25 ㎜ 내지 2.5 ㎜(0.01 inch 내지 0.1 inch)이며, 양호하게는 0.38 ㎜ 내지 2.16 ㎜(0.015 inch 내지 0.085 inch)이며, 특히 0.51 ㎜ 내지 1.91 ㎜(0.02 inch 내지 0.075 inch)이다.The heating strip may have any convenient shape, ie a circular or elliptical cross section or may be in the form of a flat tape. The thickness of the heating strip is generally 0.25 mm to 2.5 mm (0.01 inch to 0.1 inch), preferably 0.38 mm to 2.16 mm (0.015 inch to 0.085 inch), in particular 0.51 mm to 1.91 mm (0.02 inch to 0.075 inch) to be.

본 발명의 가열 케이블은 필요한 경우에 적절한 플러그 또는 전기 소자를 사용하여 전원, 예컨대 전력 공급기 또는 벽의 코드 구멍에 연결된 제1 및 제2 긴 전도체를 포함한다. 전도체(본 명세서에서 전극 또는 와이어라고도 함)는 양호하게는 금속, 예컨대 니켈, 구리, 주석, 알루미늄, 니켈 피복 구리, 주석 피복 구리, 금속 합금 또는 다른 적절한 재료로 구성된다. 전도체는 동심 꼬임 구조를 갖는데, 즉 중심(코어) 와이어가 역방향으로 꼬인 나선형 꼬임 와이어(스트랜드)의 하나 이상의 층에 의해 둘러싸여 연속층이 대향 꼬임 방향을 가지고 배치되게 한다. 동심 구조에서의 와이어 스트랜드의 각각의 연속층은 아래층보다 더 큰 꼬임 길이를 갖는다. 꼬임 길이(L)는 개별 와이어 스트랜드가 중심(코어) 와이어 둘레에서 360。로 감기는 데 요구되는 축방향 거리이다. 이러한 적용에서, 특정 꼬임 길이는 나선형 꼬임 와이어 중 최외곽 층의 길이이다. 이러한 구조는 (1) 중심 와이어가 하나 이상의 나선형 꼬임 와이어에 의해 둘러싸이며 나선형 꼬임 와이어의 각각의 층이 동일한 꼬임 방향 및 동일한 꼬임 길이를 갖는 단일 꼬임 구조 및 (2) 동일한 꼬임 방향을 갖지만 각각의 층의 증가하는 꼬임 길이를 갖는 나선형 꼬임 와이어의 하나 이상의 층에 의해 중심 와이어가 둘러싸이는 단일 방향 구조와는 상이하다. 본 발명의 가열 케이블 내에 사용된 전도체의 크기는 인가된 전압, 요구되는 전류 전송 능력, 요구되는 케이블 길이에 의존하지만, 본 발명의 대부분의 케이블은 최대 14 AWG, 즉 1.93 ㎜(0.076 inch)의 직경을 가지며, 반면에, 작은 직경 와이어, 예컨대 16 AWG[1.52 ㎜(0.06 inch)], 18 AWG[1.27 ㎜(0.05 inch)] 또는 20 AWG[1.02 ㎜(0.04 inch)]의 직경을 갖는 와이어 또는 큰 직경 와이어, 예컨대 12 AWG[2.16 ㎜(0.085 inch)] 또는 10 AWG[3.05 ㎜(0.12 inch)]의 직경을 갖는 와이어가 몇몇 적용에 적절할 수도 있다. 본 발명의 가열 케이블에 사용되는 전도체는 최대 20 ㎜(0.8 inch), 양호하게는 최대 18 ㎜(0.7 inch), 특히 최대 15 ㎜(0.6 inch)의 꼬임 길이(L)를 갖는다. 대체로 꼬임 길이(L)는 적어도 14 ㎜(0.55 inch)이다. 본 발명의 가열 케이블에 사용되는 전도체는 적어도 10。, 양호하게는 적어도 11。, 특히 적어도 12。, 특히 적어도 13。의 꼬임각(β)을 갖는다. 꼬임각(β)은 이하의 도4에 도시된 바와 같이 나선각(α)의 함수이다(즉, 중심 와이어 둘레의 와이어 스트랜드의 감김 각도). β는 [(π/2)-α], 즉 [(3.14/2)-α]이며, β는 중심 와이어의 직경과 중심 와이어 둘레에 싸인 스트랜드의 직경에 의해 영향을 받는다. β는 대체로 최대 16。이다. 양호한 실시예에서, 본 발명의 가열 케이블에 사용되는 전도체는 최대 20 ㎜(0.8 inch), 양호하게는 최대 18 ㎜(0.7 inch)의 꼬임 길이(L)와, 적어도 10。, 양호하게는 적어도 11。의 꼬임각(β)을 갖는다. 본 발명의 가열 케이블에서 전도체로서 사용하기에 양호한 와이어는 코어 와이어의 직경(dc)에 의해 정의될 수 있는 꼬임 길이(L)를 갖는다. 따라서, 7개의 스트랜드를 갖는 전도체에 대해, L은 양호하게는 36dc보다 작고, 특히 31dc보다 작고, 특히 28dc보다 작으며; 19개의 스트랜드를 갖는 전도체에 대해, L은 양호하게는 72dc보다 작고, 특히 65dc보다 작고, 특히 55dc보다 작으며; 37개의 스트랜드를 갖는 전도체에 대해, L은 110dc보다 작고, 특히 97dc보다 작고, 특히 80dc보다 작다.The heating cable of the present invention comprises first and second elongated conductors connected to a power source, such as a power supply or a cord hole in a wall, using a suitable plug or electrical element as necessary. Conductors (also referred to herein as electrodes or wires) are preferably composed of metals such as nickel, copper, tin, aluminum, nickel clad copper, tin clad copper, metal alloys or other suitable materials. The conductor has a concentric twisted structure, ie the central (core) wire is surrounded by one or more layers of helical twisted wire (strand) twisted in the reverse direction so that the continuous layer is arranged with opposite twisting directions. Each continuous layer of wire strand in the concentric structure has a greater twist length than the bottom layer. The twist length L is the axial distance required for the individual wire strand to be wound 360 ° around the center (core) wire. In this application, the specific twist length is the length of the outermost layer of the spiral twisted wire. This structure comprises (1) a single twisted structure in which the center wire is surrounded by one or more spiral twisted wires and each layer of the spiral twisted wire has the same twisting direction and the same twisting length and (2) the same twisting direction but each layer It is different from a unidirectional structure in which the central wire is surrounded by one or more layers of helical twisted wire with increasing twist length of. Although the size of the conductor used in the heating cable of the present invention depends on the applied voltage, the required current carrying capability and the required cable length, most cables of the present invention have a diameter of up to 14 AWG, or 1.93 mm (0.076 inch). On the other hand, small diameter wires such as 16 AWG (0.06 inch), 18 AWG [1.27 mm (0.05 inch)] or 20 AWG [1.02 mm (0.04 inch)] or larger Diameter wires, such as wires having a diameter of 12 AWG (2.16 mm (0.085 inch)) or 10 AWG (3.05 mm (0.12 inch)), may be suitable for some applications. The conductors used in the heating cable of the invention have a twist length L of at most 20 mm (0.8 inch), preferably at most 18 mm (0.7 inch), in particular at most 15 mm (0.6 inch). Generally the twist length L is at least 14 mm (0.55 inch). The conductors used in the heating cables of the invention have a twist angle β of at least 10 °, preferably at least 11 °, in particular at least 12 °, in particular at least 13 °. The twist angle β is a function of the helix angle α as shown in Figure 4 below (ie the winding angle of the wire strand around the center wire). β is [(π / 2) -α], ie [(3.14 / 2) -α], and β is affected by the diameter of the center wire and the diameter of the strand wrapped around the center wire. β is usually up to 16 °. In a preferred embodiment, the conductors used in the heating cable of the present invention have a twist length L of up to 20 mm (0.8 inch), preferably up to 18 mm (0.7 inch), and at least 10 °, preferably at least 11 It has a twist angle β of. Preferred wires for use as conductors in the heating cable of the present invention have a twist length L which can be defined by the diameter d c of the core wire. Thus, for conductors with seven strands, L is preferably less than 36d c , in particular less than 31d c , in particular less than 28d c ; For conductors with 19 strands, L is preferably less than 72d c , especially less than 65d c , especially less than 55d c ; For conductors with 37 strands, L is less than 110d c , in particular less than 97d c , in particular less than 80d c .

본 발명의 가열 케이블은 대체로 2개의 긴 전도체를 포함하지만, 몇몇 적용에 있어서, 전도체들이 하나 이상의 적절한 전원에 적절하게 연결되도록 제공된 가열 스트립에 의해 연속하여 접촉되는 3개 이상의 전도체가 있을 수 있다. 3개 이상의 전도체가 제공될 때, 전도체는 전도체의 상이한 쌍들을 단상 또는 2상 전원에 연결함으로써 상이한 전력 출력이 얻어질 수 있도록 배열될 수 있다. 3개의 전도체가 제공될 때, 전도체는 가열 케이블이 3상 전원에 연결하기에 적절하도록 배열될 수 있다.The heating cable of the present invention generally includes two long conductors, but in some applications there may be three or more conductors in continuous contact by a heating strip provided such that the conductors are properly connected to one or more suitable power sources. When three or more conductors are provided, the conductors can be arranged such that different power outputs can be obtained by connecting different pairs of conductors to a single phase or two phase power source. When three conductors are provided, the conductors can be arranged such that the heating cable is suitable for connecting to a three phase power source.

몇몇 적용에서, 전도체는 전도성 재료, 예컨대 저저항률 ZTC(저항률의 영점 온도 계수) 전도성 중합체 합성물, 흑연 충전 에멀션, 은 충전 에멀션 또는 카본 블랙 충전 에멀션 또는 카본 블랙 분말의 층으로 피복될 수 있다. 전도체가 가열 스트립과 접촉되기 전후에 피복될 수 있다.In some applications, the conductor may be coated with a layer of conductive material such as low resistivity ZTC (zero temperature coefficient of resistivity) conductive polymer composite, graphite filled emulsion, silver filled emulsion or carbon black filled emulsion or carbon black powder. The conductor may be coated before and after contact with the heating strip.

가열 케이블이 형상을 유지하는 것을 보장하기 위해, 제1 및 제2 전도체는, 전도체가 전원에 연결될 때 전도체들 사이에서 지나는 모든 전류가 가열 스트립을 통과하도록 전도체들 사이에 놓인 절연 재료의 스트립에 의해 서로로부터 분리된다. 절연 스트립(또는 스페이서)은 대체로 전기 절연 재료, 예컨대 정상 사용 동안의 열팽창 및 열수축에도 불구하고 가열 코일의 준비 및 사용 동안에 실질적으로 형상을 유지하는 중합체, 세라믹 또는 유리로 구성된다. 몇몇 적용에서, 절연 스트립은 스페이서의 열전도율을 향상시키는 요소, 예컨대 절연 스트립으로 둘러싸인 금속 스트립 또는 열전도성 미립자 충전제를 포함할 수 있다. 절연 스트립은 대체로 전도체와 동일한 일반 구조를 갖는데, 즉 예컨대 전도체가 직선일 경우 절연 스트립은 직선이며, 전도체가 감겨있을 경우 절연 스트립도 함께 감겨있다. 가열 케이블의 물리적 안정성을 향상시키기 위해, 절연 스트립이 예컨대 전도체를 수용하기 위한 크기로 된 오목한 또는 홈이 형성된 면 또는 모서리에 의해 전도체가 스페이서에 아주 근접하게 유지될 수 있도록 구성되는 것이 양호하다.To ensure that the heating cable maintains its shape, the first and second conductors are formed by a strip of insulating material placed between the conductors so that all current passing between the conductors passes through the heating strip when the conductors are connected to a power source. Separated from each other. Insulating strips (or spacers) are generally composed of electrically insulating materials, such as polymers, ceramics or glass that remain substantially shaped during the preparation and use of heating coils despite thermal expansion and heat shrinkage during normal use. In some applications, the insulating strip may comprise elements that enhance the thermal conductivity of the spacer, such as a metal strip or thermally conductive particulate filler surrounded by the insulating strip. The insulating strip generally has the same general structure as the conductor, i.e. if the conductor is straight, the insulation strip is straight, and if the conductor is wound the insulation strip is also wound together. In order to improve the physical stability of the heating cable, it is preferred that the insulation strip is configured such that the conductor can be kept in close proximity to the spacer, for example by a concave or grooved face or edge sized to receive the conductor.

적어도 하나의 가열 스트립이 본 발명의 가열 케이블에 제공되고 전도체와 접촉하지만, 2개 이상의 가열 스트립이 제공될 수 있다. 다중 가열 스트립이 제공될 경우에, 다중 가열 스트립은 대체로 가열 케이블의 길이를 따라 서로에게 항상 평행할 필요는 없다. 다중 가열 스트립은 양호하게는 동일 재료로 되어 있지만, 재료 및/또는 치수가 상이할 수 있다. 특정 가열 스트립에 대해, 동일한 전력 출력의 가열 케이블은 비교적 낮은 피치(단위 길이 당 높은 회선수)로 싸여진 단일 스트립에 의해 또는 비교적 높은 피치로 싸여진 복수개의 평행 가열 스트립에 의해 얻어질 수 있다. 복수개의 스트립의 사용은 가열 스트립 상의 전압 응력을 낮춘다.At least one heating strip is provided in the heating cable of the present invention and in contact with the conductor, but two or more heating strips may be provided. If multiple heating strips are provided, the multiple heating strips do not necessarily have to be always parallel to each other along the length of the heating cable. The multiple heating strips are preferably of the same material, but may differ in material and / or dimensions. For a particular heating strip, heating cables of the same power output can be obtained by a single strip wrapped at a relatively low pitch (high circuit count per unit length) or by a plurality of parallel heating strips wrapped at a relatively high pitch. The use of a plurality of strips lowers the voltage stress on the heating strips.

전도체와 가열 스트립은 이격된 분리 지점에서 요구되는 전기 접촉을 생성하기 위해 다양한 구성으로 위치될 수 있다. 대체로 전도체가 직선이고 가열 스트립이 규칙적인 사인파 경로를 따르거나, 이의 반대 경우도 양호하다. 경로는, 예컨대 대체로 (대체로 원형 및 편평한 원형 나선형을 포함하는) 나선형, 사인파형 또는 Z형일 수 있다. 그러나, 전도체와 가열 스트립 모두가 형상 또는 피치가 상이하거나 반대 방향인 규칙적인 사인파형 경로를 따르는 것, 또는 전도체와 가열 스트립 중 하나만 또는 모두가 불규칙한 사인파형 경로를 따르는 것이 또한 가능하다. 하나의 양호한 실시예에서, 가열 스트립은 한 쌍의 직선 평행 전도체 둘레에 감겨있으며, 전도체는 분리기 스트립에 의해 요구되는 거리만큼 이격되어 유지될 수 있다. 다른 구성에서, 가열 스트립은 분리기 스트립 둘레에 감기며, 감긴 스트립은 후에 직선 전도체와 접촉된다. 양호한 다른 실시예에서, 전도체는 하나 이상의 직선 가열 스트립 및 하나 이상의 직선 절연 코어 둘레에 감긴다. 양호한 다른 실시예에서, 전도체는 절연 코어 둘레에 감기며, 절연 코어는 후에 직선 가열 스트립과 접촉된다. 감긴 요소가 통상의 와이어 권취 장치를 사용하여 얻어질 수 있는 것과 같은 대체로 나선형 구조를 갖는 것이 편리하다. 기판으로의 가장 양호한 열전달을 위해, 가열기가 둥근 모퉁이를 갖는 대체로 직사각형인 형상을 갖는 것이 종종 양호하다.The conductor and the heating strip can be positioned in various configurations to create the electrical contact required at spaced separation points. In general, the conductors are straight and the heating strips follow a regular sinusoidal path or vice versa. The path may, for example, be generally spiral, sinusoidal or Z-shaped (including generally circular and flat circular spirals). However, it is also possible for both the conductor and the heating strip to follow a regular sinusoidal path with different or opposite shapes or pitches, or only one or both of the conductor and the heating strip follow an irregular sinusoidal path. In one preferred embodiment, the heating strip is wound around a pair of straight parallel conductors and the conductors can be kept spaced apart by the distance required by the separator strip. In another configuration, the heating strip is wound around the separator strip and the wound strip is later contacted with a straight conductor. In another preferred embodiment, the conductor is wound around at least one straight heating strip and at least one straight insulating core. In another preferred embodiment, the conductor is wound around the insulating core, which is later in contact with the straight heating strip. It is convenient to have a generally helical structure such that the wound element can be obtained using a conventional wire winding device. For the best heat transfer to the substrate, it is often good for the heater to have a generally rectangular shape with rounded corners.

일단 가열 스트립과 전도체가 감기면, ZTC 전도성 중합체 합성물은 전도체와 스트립 사이의 전기 접촉을 향상시키고 필릿(fillet)을 형성하기 위해 전도체와 가열 스트립 사이의 접합부 상에 위치될 수 있다.Once the heating strips and conductors are wound, the ZTC conductive polymer composite can be placed on the junction between the conductors and the heating strips to enhance electrical contact between the conductors and the strips and form fillets.

가열 스트립은, 가열 스트립이 가열 케이블 내로 조립되기 전후에 예컨대 조사(irradiation)에 의해 교차 결합될 수 있다.The heating strip can be crosslinked, for example by irradiation, before and after the heating strip is assembled into the heating cable.

추가 가열 케이블 구성과 제작 기술은 미국 특허 제4,459,473호[카마쓰(Kamath)]에서 설명되어 있다.Additional heating cable construction and fabrication techniques are described in US Pat. No. 4,459,473 (Kamath).

본 발명은 도면에 의해 도시되어 있으며, 도1은 본 발명의 가열 케이블의 평면도이며, 도2는 도1의 선 2-2를 따른 단면도이다. 단일 가열 스트립(2)은 절연 스트립(스페이서, 5)에 의해 분리된 제1 전도체(3)와 제2 전도체(4) 둘레에 나선형으로 감긴다. 가열 스트립(2)과 전도체(3, 4) 사이의 전기 접촉은 접촉(접합) 지점에서 스트립과 전도체 사이의 필릿을 형성하는 저저항률 재료(8)에 의해 강화된다. 중합체 절연 피복(7)은 가열 스트립(2), 전도체(3, 4) 및 절연 스트립(5) 둘레에 감긴다.The invention is illustrated by the figures, in which FIG. 1 is a plan view of the heating cable of the invention, and FIG. 2 is a sectional view along line 2-2 of FIG. The single heating strip 2 is wound spirally around the first conductor 3 and the second conductor 4 separated by an insulating strip (spacer 5). Electrical contact between the heating strip 2 and the conductors 3, 4 is strengthened by a low resistivity material 8 which forms a fillet between the strip and the conductor at the point of contact (joining). The polymer insulation sheath 7 is wound around the heating strip 2, the conductors 3, 4 and the insulation strip 5.

도3은 2개의 가열 스트립(2, 9)이 전도체(3, 4)와 절연 스트립(5) 둘레에 감기는 본 발명의 다른 가열 케이블의 평면도이다.3 is a plan view of another heating cable of the present invention, in which two heating strips 2, 9 are wound around the conductors 3, 4 and the insulating strip 5;

도4는 동심 스트랜드 와이어인 전도체(10)의 개략도이다. 나선각(α)과 꼬임각(β)이 도시되어 있다.4 is a schematic diagram of a conductor 10 that is a concentric strand wire. The helix angle α and the twist angle β are shown.

도5는 코어 와이어(11)와 나선형 와이어(12)를 갖는 7개의 스트랜드 전도체(10)의 단면도이다. 코어 직경(dc)도 도시되어 있다.5 is a cross-sectional view of seven strand conductors 10 having a core wire 11 and a spiral wire 12. The core diameter d c is also shown.

본 발명은 이하의 예에 의해 설명되는데, 예2는 본 발명의 예이며 예1 및 예3 내지 예6은 비교예이다. 각각의 가열 케이블의 예들은 기재 내용이 본 명세서에 참조되어 합체된 미국 특허 제4,459,473의 예2에 설명된 공정을 대체로 따르는 3단계 공정에 따라 준비된다.The present invention is illustrated by the following examples, Example 2 is an example of the present invention and Examples 1 and 3 to 6 are comparative examples. Examples of each heating cable are prepared according to a three step process which generally follows the process described in example 2 of US Pat. No. 4,459,473, the disclosure of which is incorporated herein by reference.

가열 스트립의 준비Preparation of the heating strip

테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로알콕시 공중합체(PFA)와 카본 블랙의 건식 혼합물은 쌍스크루 압출기에서 혼합된다. 혼합물은 작은 구형으로 만들어져, 압출기에 끼워진 1.52 ㎜(0.060 inch) 둥근 다이를 통해 압출되어 건조되었다. 압출은 0.94 ㎜(0.037 inch)의 직경을 갖는 가열 스트립을 제공하기 위해 수행된다.The dry mixture of tetrafluoroethylene / perfluoroalkoxy copolymer (PFA) and carbon black is mixed in a twin screw extruder. The mixture was made into small spheres, extruded through a 1.52 mm (0.060 inch) round die fitted in an extruder and dried. Extrusion is performed to provide a heating strip having a diameter of 0.94 mm (0.037 inch).

스페이서의 준비Preparation of spacer

유리 섬유 충전 PFA는 1.9×3.0 ㎜(0.075×0.120 inch)의 치수와 오목한 측면을 갖는 절연 스페이서를 제공하기 위해 오목한 측면과 편평한 상부를 갖는 다이를 통해 압출되어 건조되었다.The glass fiber filled PFA was extruded through a die having a concave side and a flat top and dried to provide an insulating spacer having a concave side with dimensions of 1.9 × 3.0 mm (0.075 × 0.120 inch).

가열 케이블의 조립Assembly of the heating cable

2개의 와이어가 스페이서의 오목한 측면 내에 위치되며, 4개의 개별 가열 스트립이 권취 장치를 사용하여 나선형 방식으로 전도체와 스페이서 스트립 둘레에 감긴다. 각각의 인접한 가열 스트립 사이의 간격은 4.3 ㎜(0.170 inch)이다. 전도체가 가열 스트립과 접촉 상태에 있는 영역에서의 가열 스트립뿐만 아니라 전도체는 흑연 에멀션으로 피복된다. 결과적으로 가열 케이블은 먼저 PFA 층으로, 다음에 주석 피복된 구리 브레이드(braid)로, 최종적으로 제2 PFA 층으로 재킷이 형성된다. 재킷이 형성된 가열 케이블은 열처리되어 냉각된다.Two wires are located within the concave side of the spacer, and four separate heating strips are wound around the conductor and the spacer strip in a spiral fashion using a winding device. The spacing between each adjacent heating strip is 4.3 mm (0.170 inch). The conductors as well as the heating strips in the areas where the conductors are in contact with the heating strips are covered with graphite emulsion. As a result, the heating cable is first jacketed with a PFA layer, followed by a tinned copper braid and finally with a second PFA layer. The jacketed heating cable is heat treated and cooled.

예1 내지 예7Examples 1-7

표 1에 도시된 14 AWG 와이어는 상기 공정에 따라 제조된 가열기 내의 전도체로서 사용된다. 각각의 와이어는 허드슨 인터내셔널 컨덕터즈(Hudson International Conductors)로부터 입수 가능한 [즉, 2 % 니켈 도금으로 전기 도금(NPETP)된] 니켈 피복된 구리이다.The 14 AWG wire shown in Table 1 is used as a conductor in a heater manufactured according to the above process. Each wire is nickel coated copper (ie electroplated (NPETP) with 2% nickel plating) available from Hudson International Conductors.

Yes 와이어 종류Wire type 스트랜드 수Strand number 스트랜드 게이지(AWG)Strand Gauge (AWG) 와이어 직경(㎜/inch)Wire diameter (mm / inch) 스트랜드 직경(㎜/inch)Strand Diameter (mm / inch) 꼬임 길이L(㎜/inch)Twist Length L (mm / inch) 꼬임각β(。)Twist angle β (。) 1One 동심Concentric 77 2222 1.93/0.0761.93 / 0.076 0.64/0.0250.64 / 0.025 22.2/0.87522.2 / 0.875 10.310.3 *2*2 동심Concentric 77 2222 1.93/0.0761.93 / 0.076 0.64/0.0250.64 / 0.025 14.5/0.57114.5 / 0.571 15.515.5 33 동심Concentric 1919 2727 1.80/0.0711.80 / 0.071 0.36/0.0140.36 / 0.014 25.4/1.00025.4 / 1.000 10.110.1 44 단일 꼬임Single kink 1919 2727 1.80/0.0711.80 / 0.071 0.36/0.0140.36 / 0.014 20.3/0.80020.3 / 0.800 12.612.6 55 단일 꼬임Single kink 1919 2727 1.80/0.0711.80 / 0.071 0.36/0.0140.36 / 0.014 15.2/0.60015.2 / 0.600 16.616.6 66 단일 꼬임Single kink 3737 3030 1.78/0.0701.78 / 0.070 0.25/0.0100.25 / 0.010 19.1/0.75019.1 / 0.750 14.114.1

*본 발명의 예* Example of the present invention

예1 내지 예6의 가열 케이블은 이하의 시험 A 내지 시험 E에 따라 시험되었다. 각각의 시험에 대해, 각각의 가열 케이블에 대한 결과는 최고 성능에서 최저 성능까지 등급화되어 있다. 이러한 결과는 표 2에 도시된다. 예4의 가열 케이블은 각각의 시험에 대해 예5의 가열 케이블보다 불량한 성능을 갖고 있다. 본 발명의 예인 예2의 가열 케이블은 최고의 전체 성능을 갖고 있다.The heating cables of Examples 1 to 6 were tested according to the following Tests A to E. For each test, the results for each heating cable were graded from highest performance to lowest performance. These results are shown in Table 2. The heating cable of Example 4 had poorer performance than the heating cable of Example 5 for each test. The heating cable of Example 2, which is an example of the present invention, has the best overall performance.

성능Performance 시험 AExam A 시험 BExam B 시험 CExam C 시험 DTest D 시험 ETest E 최고Best 22 22 2,1(동점)2,1 (tie) 22 66 66 66 1One 22 33 33 55 66 33 55 55 33 33 55 최저lowest 1One 1One 66 55 1One

시험 A: 굽힘Test A: Bend

본 실험은 하나의 와이어가 인장 상태에 위치되고 다른 와이어는 압축 상태에 위치되는 굽힘 상태를 견디는 가열 케이블의 능력을 측정했다. 이러한 종류의 변형은, 가열 케이블이 기판에 대해 편평하게 위치되지만 물체, 예컨대 플랜지 또는 볼트 주위에서 가압되는 설치 동안에 발생할 수 있다.This experiment measured the ability of a heating cable to withstand bending conditions where one wire was placed in tension and the other wire was in compression. This kind of deformation can occur during installation where the heating cable is positioned flat relative to the substrate but is pressed around an object such as a flange or bolt.

0.91 m(3 ft)의 길이를 갖는 가열 케이블은 기판(프레스의 바닥 테이블) 상에 편평하게 위치되며, 각각 6.4 ㎜(0.25 inch)의 직경을 갖는 2개의 맨드릴(mandrel)은 케이블 모서리에서의 케이블의 양측 상의 한쪽 측면에서 케이블 하방으로 중간에 위치된다. 2개의 전도체 사이의 거리가 측정되었다. 프레스의 상부 테이블은 후에 맨드릴을 단단히 유지하기 위해 케이블과 맨드릴의 상부 상에 위치되지만, 전방 및 후방으로 활주는 하되 회전하지는 않도록 케이블을 자유롭게 하였다. 케이블의 양단부가 하나의 맨드릴(즉, 개시 위치로부터 90。로 굽어진 양단부) 주위에서 제1 위치로 굽어지며, 제2 맨드릴(즉, 제1 위치로부터 180。로 굽어진 양단부) 주위에서 다시 개시 위치로 굽어졌다. 제1 위치에서, 전도체들 중 하나는 인장 상태에 있고 하나는 압축 상태에 있게 되며, 제2 위치에서 원래 인장 상태에 있던 전도체는 압축 상태가 되고 원래 압축 상태에 있던 전도체는 인장 상태가 되었다. 전도체의 임의의 변형도 기록되며, 가장 가까운 지점에서 측정된 전도체들 사이의 거리가 기록되었다. 시험은 25 ㎜(1 inch)와 51 ㎜(2 inch)의 직경을 갖는 맨드릴을 사용하여 반복되었다. 최고 성능은 개시 지점에 가장 가까운 전도체들 사이의 거리를 갖는 케이블에 대한 것이었다.The heating cable with a length of 0.91 m (3 ft) is placed flat on the substrate (bottom table of the press), and two mandrels with a diameter of 6.4 mm (0.25 inch) each have a cable at the cable edge. It is located halfway down the cable from one side on both sides of the side. The distance between the two conductors was measured. The top table of the press is later positioned on the top of the cable and mandrel to hold the mandrel tight, but frees the cable so that it slides forward and backward but does not rotate. Both ends of the cable bend to a first position around one mandrel (ie, both ends bent at 90 ° from the starting position) and start again around a second mandrel (ie, both ends bent at 180 ° from the first position). Bent into position. In the first position, one of the conductors is in the tensioned state and one is in the compressed state, and in the second position, the conductor that was originally in the tensioned state is compressed and the conductor that was originally in the compressed state is tensioned. Any deformation of the conductor was also recorded and the distance between the conductors measured at the nearest point was recorded. The test was repeated using a mandrel having a diameter of 25 mm (1 inch) and 51 mm (2 inch). The best performance was for the cable with the distance between the conductors closest to the starting point.

시험 B: 압축Test B: Compression

본 시험은 축방향 압축을 견디는 가열 케이블의 능력을 측정했다. 그러한 압축은 가열 케이블이 딱딱한 기판, 예컨대 가열 케이블이 내경 상에 있도록 굽어진 튜브 묶음에 부착된 때 발생할 수 있다.This test measured the ability of a heating cable to withstand axial compression. Such compression may occur when the heating cable is attached to a rigid substrate, such as a bundle of tubes that is bent such that the heating cable is on its inner diameter.

133 ㎜(5.25 inch)의 길이를 갖는 가열 케이블의 샘플의 일단부는 시험 고정구의 제1 (상부)편에 위치되며, 타단부는 고정구의 제2 (하부)편에 위치되며, 케이블[5.8 ㎜(0.23 inch)]의 중심 영역은 고정구가 없는 상태가 되었다. 전도체들 사이의 거리가 측정됐다. 고정물은 인스트론(Instron, 등록상표) 장치 내로 삽입되며, 가압력이 4.6 ㎜(0.18 inch) 케이블을 2.5 ㎜/min(0.1 inch/min)의 속도로 압축하기 위해 시험 고정구에 인가되었다. 가압력이 해제되며, 케이블은 시험 고정구로부터 제거되며, 전도체들 사이의 최단 거리가 측정됐다. 최고 성능은 개시 거리에 가장 가까운 전도체들 사이의 거리를 갖는 케이블에 대한 것이었다.One end of the sample of a heating cable having a length of 133 mm (5.25 inch) is located on the first (top) side of the test fixture, the other end is located on the second (bottom) side of the fixture, and the cable [5.8 mm ( 0.23 inch)] center area is without a fixture. The distance between the conductors was measured. The fixture was inserted into an Instron® apparatus and a pressing force was applied to the test fixture to compress the 4.6 mm (0.18 inch) cable at a speed of 2.5 mm / min (0.1 inch / min). The pressing force was released, the cable was removed from the test fixture, and the shortest distance between the conductors was measured. The best performance was for the cable with the distance between the conductors closest to the starting distance.

시험 C: 온도 사이클Test C: Temperature Cycle

본 시험은 케이블 내에 열완화 응력을 생성할 수 있는 반복된 가열과 냉각을 견디는 케이블의 능력을 측정했다. 그러한 열 사이클은 가열 케이블의 정상 사용 동안에 발생할 수 있으며, 본 시험에서는 일반적으로 접할 수 있는 온도보다 더 엄격한 온도에 케이블을 노출시켰다.This test measured the cable's ability to withstand repeated heating and cooling to create thermal relaxation stresses in the cable. Such thermal cycles can occur during normal use of the heating cable, and in this test the cables were exposed to more stringent temperatures than would normally be encountered.

0.76 m(2.5 ft)의 길이를 갖는 가열 케이블 내의 전도체는 시험 A에서와 같이 각각의 방향으로 90。로 케이블을 굽힘으로써 의도적으로 왜곡된다. 전도체들 사이의 거리가 0.51 ㎜(0.02 inch) 내지 1.0 ㎜(0.04 inch)일 때까지 충분히 굽혀졌다. 이러한 초기 거리를 기록한 후에, 케이블은 열 챔버 내에 위치되어 -71 ℃(-95 ℉)와 204 ℃(400 ℉) 사이에서 10회 사이클을 받았다. 그리고나서, 전도체들 사이의 거리가 측정되었다. 최고 성능은 초기 및 최종 거리 사이의 차이가 가장 작은 케이블에 대한 것이었다.Conductors in a heating cable with a length of 0.76 m (2.5 ft) are intentionally distorted by bending the cable 90 ° in each direction as in test A. It was sufficiently bent until the distance between the conductors was between 0.51 mm (0.02 inch) and 1.0 mm (0.04 inch). After recording this initial distance, the cable was placed in a heat chamber and received 10 cycles between -71 ° C (-95 ° F) and 204 ° C (400 ° F). Then, the distance between the conductors was measured. The best performance was for the cable with the smallest difference between the initial and final distances.

시험 D: 설치Test D: Install

본 시험은 설치 동안에 변형을 야기하는 외부로 인가된 응력과 힘을 견디는 가열 케이블의 능력을 측정했다.This test measured the ability of a heating cable to withstand externally applied stresses and forces causing deformation during installation.

3 m(10 ft) 길이의 가열 케이블은 밸브 둘레에 가열 케이블을 감음으로써 76 ㎜(3 inch) 밸브 상에 설치되었다. 케이블은 후에 제거되어 밸브 상에 다시 설치되며, 이 때에 처음 설치시 형성된 굽힘과는 대향 방향으로 굽힘이 발생하도록 한다. 케이블은 밸브로부터 제거되며, 변형된 와이어의 전체 개수와 전도체들 사이의 최단 거리를 결정하기 위해 검사되었다. 최고 성능은 변형된 와이어가 거의 없고 전도체들 사이가 최장 거리인 케이블에 대한 것이었다.A 10 m long heating cable was installed on the 76 mm (3 inch) valve by winding the heating cable around the valve. The cable is later removed and re-installed on the valve so that bending occurs in a direction opposite to the bending formed during the initial installation. The cable was removed from the valve and inspected to determine the total number of modified wires and the shortest distance between the conductors. The best performance was for cables with few strained wires and the longest distance between conductors.

시험 E: 주기적 굽힘Test E: Cyclic Bending

본 시험은 하나의 와이어가 인장 상태에 있고 다른 와이어가 압축 상태에 있는 반복되는 소폭의 굽힘을 견디는 가열 케이블의 능력을 측정했다. 그러한 굽힘은 케이블과 기판, 예컨대 파이프의 보수유지 동안에 반복되는 굽음으로 인해 발생할 수 있다.This test measured the ability of a heating cable to withstand repeated small bendings where one wire is in tension and the other wire is in compression. Such bending can occur due to repeated bending during maintenance of cables and substrates, such as pipes.

0.3 m(1 ft) 가열 케이블은 2개의 맨드릴들 사이에 위치되며, 각각의 맨드릴은 12.7 ㎜(0.50 inch)의 직경을 가지며 케이블의 양측에서 케이블 하방으로 중간에(시험 A에서 설명된 것과 유사한 위치에) 위치되었다. 케이블의 단부는 시험 고정구 내로 체결되며, 저항계가 케이블의 저항을 측정하기 위해 전도체에 부착되었다. 샘플은 하나의 와이어를 인장 상태로 놓고 제2 와이어를 압축 상태로 놓기 위해 제1 맨드릴(전방 굽힘) 둘레에서 가압되며, 하나의 완성 사이클 당 각각 11초의 속도로 120。의 전체 각을 통해 제1 와이어를 압축 상태로 그리고 제2 와이어를 인장 상태로 놓기 위해 제2 맨드릴(역 굽힘) 둘레에서 가압되었다. 시험은, 전도체가 서로 접촉 상태가 되도록 가압되었다는 (저항에 기초한) 표시가 나타날 때까지 또는 초기의 40회의 사이클까지 계속되었다. 최고 성능은 가장 많은 사이클을 견딘 케이블에 대한 것이었다.A 0.3 m (1 ft) heating cable is located between two mandrels, each mandrel having a diameter of 12.7 mm (0.50 inch) and halfway down the cable on both sides of the cable (positions similar to those described in Test A) Was located). The end of the cable is fastened into the test fixture, and an ohmmeter is attached to the conductor to measure the resistance of the cable. The sample is pressed around the first mandrel (front bend) to put one wire in tension and the second wire in compression, and the first through a full angle of 120 ° at a rate of 11 seconds each per complete cycle. The wire was pressed around the second mandrel (reverse bending) to put the wire in compression and the second wire in tension. The test was continued until the indication (based on resistance) that the conductors were pressed to come into contact with each other or until the initial 40 cycles. The best performance was for the cable with the most cycles.

Claims (10)

전기 가열 케이블(1)에 있어서,In the electric heating cable (1), (1) 전원에 연결될 수 있는 이격된 제1 및 제2 긴 전도체(3, 4)-각각의 상기 제1 및 제2 전도체는 최대 20 ㎜(0.8 inch), 양호하게는 최대 18 ㎜(0.7 inch)의 꼬임 길이(L)를 갖는 동심 스트랜드 와이어를 포함함-와,(1) spaced first and second long conductors 3, 4, which may be connected to a power source, each of the first and second conductors having a maximum of 20 mm (0.8 inch), preferably a maximum of 18 mm (0.7 inch) Comprising a concentric strand wire having a twist length L of (2) (가) (ⅰ)가열 스트립의 길이를 따라 연장되며 (ⅱ) PTC 거동을 나타내는 전도성 중합체 합성물로 구성된 긴 PTC 요소를 포함하며, (나) 스트립의 길이를 따라 그리고 각각의 전도체의 길이를 따라 종방향으로 이격된 접촉 지점에서 제1 전도체(3) 및 제2 전도체(4)와 교번적으로 전기 접촉하는, 긴 저항 가열 스트립(2)과,(2) (i) a long PTC element consisting of a conductive polymer composite extending along the length of the heating strip (ii) exhibiting PTC behavior, (b) along the length of the strip and the length of each conductor An elongated resistive heating strip 2 in alternating electrical contact with the first conductor 3 and the second conductor 4 at longitudinally spaced contact points along (3) 전도체가 전원에 연결된 때, 전도체들 사이에 지나는 모든 전류가 가열 스트립을 통과하도록 전도체들 사이에 놓인 절연 재료의 스트립(5)(3) When the conductor is connected to a power source, a strip of insulating material placed between the conductors so that all current passing between them passes through the heating strip (5). 을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 가열 케이블.Electrical heating cable comprising a. 제1항에 있어서, L은 적어도 14 ㎜(0.55 inch)인 것을 특징으로 하는 전기 가열 케이블.The electrical heating cable of claim 1 wherein L is at least 14 mm (0.55 inch). 제1항에 있어서, 와이어는 적어도 10。, 양호하게는 적어도 11。의 꼬임각(β)을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 가열 케이블.The electric heating cable according to claim 1, wherein the wire has a twist angle β of at least 10 degrees, preferably at least 11 degrees. 전기 가열 케이블(1)에 있어서,In the electric heating cable (1), (1) 전원에 연결될 수 있는 이격된 제1 및 제2 긴 전도체(3, 4)-각각의 상기 제1 및 제2 전도체는 적어도 11。, 양호하게는 적어도 12。의 꼬임각(β)을 갖는 동심 스트랜드 와이어를 포함함-와,(1) spaced first and second long conductors 3, 4, which may be connected to a power source, each of which first and second conductors have a twist angle β of at least 11 °, preferably at least 12 °. Including concentric strand wires having, (2) (가) (ⅰ)가열 스트립의 길이를 따라 연장되며 (ⅱ) PTC 거동을 나타내는 전도성 중합체 합성물로 구성된 긴 PTC 요소를 포함하며, (나) 스트립의 길이를 따라 그리고 각각의 전도체의 길이를 따라 종방향으로 이격된 접촉 지점에서 제1 전도체(3) 및 제2 전도체(4)와 교번적으로 전기 접촉하는, 긴 저항 가열 스트립(2)과,(2) (i) a long PTC element consisting of a conductive polymer composite extending along the length of the heating strip (ii) exhibiting PTC behavior, (b) along the length of the strip and the length of each conductor An elongated resistive heating strip 2 in alternating electrical contact with the first conductor 3 and the second conductor 4 at longitudinally spaced contact points along (3) 전도체가 전원에 연결된 때, 전도체들 사이에 지나는 모든 전류가 가열 스트립을 통과하도록 전도체들 사이에 놓인 절연 재료의 스트립(5)(3) When the conductor is connected to a power source, a strip of insulating material placed between the conductors so that all current passing between them passes through the heating strip (5). 을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 가열 케이블.Electrical heating cable comprising a. 제4항에 있어서, β는 최대 16。인 것을 특징으로 하는 전기 가열 케이블.5. The electrical heating cable of claim 4 wherein β is at most 16 °. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 가열 스트립은 용융 압출된 전도성 중합체 합성물로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 가열 케이블.The electric heating cable of claim 1, wherein the heating strip is comprised of a melt-extruded conductive polymer composite. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 전도성 중합체 합성물은 적어도 100 Ω·㎝의 23 ℃에서의 저항률을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 가열 케이블.The electrical heating cable according to claim 1, wherein the conductive polymer composite has a resistivity at 23 ° C. of at least 100 Ω · cm. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 전도체 둘레에 감기는 복수개의 가열 스트립을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 가열 케이블.The electrical heating cable of claim 1, comprising a plurality of heating strips wound around the conductor. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 전도체와 가열 스트립 사이의 접합부 상에서 ZTC 전도성 중합체 합성물의 피복을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 가열 케이블.The electrical heating cable of claim 1 comprising a sheath of the ZTC conductive polymer composite on the junction between the conductor and the heating strip. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2 전도체는 1.93 ㎜(0.076 inch)의 직경을 갖는 14 AWG 와이어로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 가열 케이블.The electrical heating cable of claim 1, wherein the first and second conductors are comprised of 14 AWG wire having a diameter of 1.93 mm (0.076 inch).
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