NO884469L

NO884469L - HEATABLE PIPE CONTROL OF ELECTRICALLY CONDUCTIVE POLYMER MATERIAL.

Info

Publication number: NO884469L
Application number: NO88884469A
Authority: NO
Inventors: Stephen Michael Baigrie; George Barry Park; Donald George Peacock
Original assignee: Raychem Ltd
Priority date: 1987-10-09
Filing date: 1988-10-07
Publication date: 1989-04-10
Also published as: NO884469D0; DK563988D0; CA1304438C; DK563988A; JPH01132089A; FI884603A; FI884603A0

Description

Denne oppfinnelse angår en rørledning av elektrisk ledende polymermateriale som kan brukes for å oppvarme et fluid som føres gjennom rørledningen. This invention relates to a pipeline of electrically conductive polymer material which can be used to heat a fluid which is carried through the pipeline.

Elektrisk ledende polymermaterialer og innretninger hvor disse er benyttet, er også kjent. Henvisning kan f.eks. gjøres til US patentskrifter nr. 2 952 761, 2 978 665, 3 243 753, 3 351 882, 3 571 777, 3 658 976, 3 757 086, 3 793 716, 3 823 217, 3 858 144, 3 861 029, 3 950 604, 4 017 715, 4 072 848, 4 085 286, 4 117 312, 4 151 126, 4 177 376, 4 177 446, 4 188 276, 4 237 441, 4 242 573, 4 246 468, 4 250 400, 4 252 692, 4 255 698, 4 271 350, 4 272 471, 4 304 987, 4 309 596, 4 309 597, 4 314 230, 4 314 231, 4 315 237, 4 317 027, 4 318 881, 4 327 351, 4 330 704, 4 334 351, 4 352 083, 4 361 799, 4 388 607, 4 398 084, 4 413 301, 4 425 397, 4 426 339, 4 426 633, 4 427 877, 4 435 639, 4 429 216, 4 442 139, 4 459 473, 4 470 898 4 481 498, 4 476 450, 4 502 929, 4 514 620, 4 517 449, 4 534 889 og 4 560 498; J. Applied Polymer Science 19, 813-815 (1975), Klason and Electrically conductive polymer materials and devices where these are used are also known. Referral can e.g. are made US Patent Nos. 2,952,761, 2,978,665, 3,243,753, 3,351,882, 3,571,777, 3,658,976, 3,757,086, 3,793,716, 3,823,217, 3,858,144, 3,861,029 3,950,604, 4,017,715, 4,072,848, 4,085,286, 4,117,312, 4,151,126, 4,177,376, 4,177,446, 4,188,276, 4,237,441, 4,242,573, 426,480,425 400, 4 252 692, 4 255 698, 4 271 350, 4 272 471, 4 304 987, 4 309 596, 4 309 597, 4 314 230, 4 314 231, 4 315 237, 4 317 8318, 81,8318 4 327 351, 4 330 704, 4 334 351, 4 352 083, 4 361 799, 4 388 607, 4 398 084, 4 413 301, 4 425 397, 4 426 339, 4 426 633, 4 837 4, 47 42 639, 4,429,216, 4,442,139, 4,459,473, 4,470,898, 4,481,498, 4,476,450, 4,502,929, 4,514,620, 4,517,449, 4,534,889 and 4,560,498; J. Applied Polymer Science 19, 813-815 (1975), Klason et

Kubat; Polymer Engineering and Science 1 8, 649-653 ( 1 978 ), Narkis m.fl.; europeiske patentsøknader nr. 38 713: nr. 38 714, nr. 38 718, nr. 74 281, nr. 92 406, nr. 119 807, nr. Kubat; Polymer Engineering and Science 1 8, 649-653 ( 1 978 ), Narkis et al.; European Patent Applications No. 38,713: No. 38,714, No. 38,718, No. 74,281, No. 92,406, No. 119,807, No.

133 748, nr. 134 145, nr. 144 187, nr. 157 640, nr. 158 410, nr. 175 550 og nr. 176 284; og japansk patentsøknad nr. 133 748, No. 134 145, No. 144 187, No. 157 640, No. 158 410, No. 175 550 and No. 176 284; and Japanese Patent Application No.

59-122 524. 59-122 524.

Artikler som omfatter elektrisk ledende polymermaterialer som varmeelement er kjent. Én av de mest vanlige varmeelement av elektrisk ledende polymermateriale er et bånd-varmeelement. Dette har typisk form av et langsgående bånd av elektrisk ledende polymermateriale med to langsgående elektroder av motsatt polaritet innbakt i båndet på hver side av dette, langsetter oppvarmingselementet. Når elektroder tilkobles en kraftkilde vil strøm flyte over båndets bredde for å oppvarme dette. Et slikt varmeelement vikles typisk rundt eller blir tapet til substratet som skal beskyttes, f.eks. rundt eller til en rørledning. Det kan f.eks. brukes som en frostbeskyttelseeinnretning eller for å holde et fluid i rørledningen ved en bestemt temperatur. Articles comprising electrically conductive polymer materials as a heating element are known. One of the most common heating elements made of electrically conductive polymer material is a ribbon heating element. This typically takes the form of a longitudinal band of electrically conductive polymer material with two longitudinal electrodes of opposite polarity baked into the band on either side of this, extending the heating element. When electrodes are connected to a power source, current will flow across the width of the tape to heat it up. Such a heating element is typically wrapped around or taped to the substrate to be protected, e.g. around or to a pipeline. It can e.g. used as a frost protection device or to keep a fluid in the pipeline at a certain temperature.

Typisk utviser båndvarrnere en PTC-adferd (positiv temperaturkoe f f isient for r es.i st i vit et) , elvs. en bratt stigning i resistiviteten ved en bestemt temperatur eller over et lite temperaturområde. Denne temperatur eller tempe-ra turområd e er kjent som den anoraale temperatur eller brytningstemperaturen. Materialet, som er tverrbundet, velges typisk for å utvise den bratte stigning i resistiviteten ved eller litt over materialets smeltetemperatur. PTC-adferden er fordelaktig siden det innebærer at hvis ett område av artikkelen trekker mer strøm og følgelig blir varmere enn nærliggende områder, vil resistiviteten i dette område stige betydelig og minske virkningen av strømpre-ferensen til dette område. Følgelig blir oppvarmingen stabilisert og overoppvarming av spesielle områder unngåes. Materialer som utviser en PTC-virkning kalles typisk PTC-materialer. Typically, tape recorders exhibit a PTC behavior (positive temperature coefficient for r es.i st i vit et), elvs. a steep rise in resistivity at a specific temperature or over a small temperature range. This temperature or temperature range is known as the anoral temperature or the breaking temperature. The material, which is cross-linked, is typically chosen to exhibit the steep rise in resistivity at or slightly above the material's melting temperature. The PTC behavior is advantageous since it implies that if one area of the article draws more current and consequently becomes hotter than nearby areas, the resistivity in this area will rise significantly and reduce the effect of the current preference to this area. Consequently, the heating is stabilized and overheating of special areas is avoided. Materials that exhibit a PTC effect are typically called PTC materials.

Uttrykket "materialer som utviser PTC-adferd<i:>og<;:>PTC-materialer" brukes i denne spesifikasjon for å benevne et materiale som har en R-] 4-verdi på minst 2,5 eller en R100~verdi på minst 10 og fortrinnsvis begge deler, og især et materiale som har en R3Q-verdi på minst 6, hvor R-| 4 er resistivitetsforholdet ved enden og begynnelsen av et 14°C område, R-|00er resistivitetsf orholdet ved enden og begynnelsen av et 100°C-område og R30er resistivitetsforholdet ved enden og begynnelsen av et 30"C-område. The term "materials exhibiting PTC behavior<i:>and<;:>PTC materials" is used in this specification to designate a material that has an R-] 4 value of at least 2.5 or an R100~ value of at least 10 and preferably both, and in particular a material that has an R3Q value of at least 6, where R-| 4 is the resistivity ratio at the end and beginning of a 14°C region, R-|00 is the resistivity ratio at the end and beginning of a 100°C region and R30 is the resistivity ratio at the end and beginning of a 30°C region.

Varmeelementer av elektrisk ledende polymermateriale brukes også som oppvarmingselement for elektriske ulltepper. Et slikt varmeelement som faktisk bruker et PTC-materiale er beskrevet i US patentskrift nr. 4271350 (Sun-beam). I én utførelse (fig. 2 i henvisningen) omfatter varmeelementet en elastisk, isolerende midtkjerne laget av glass- eller rayonfiber. På denne kjerne er det spiralviklet ledere som er skilt fra hverandre av isolerende avstands-stykker og som er omgitt av en ekstrudert hylse med ikke-tverrbundet PTC-materiale og en kappe med et termoplastisk belegg. PTC-materialet må varmebehandles for å oppnå den ønskede temperaturmotstandsegenskap. Det termoplastiske belegg har et høyere smeltepunkt enn det ikke-tverrbundne PTC-materiale og er følgelig uavhengig av PTC-materialet under varmebearbeidelsesprosessen. Avstandsstykkene mellom elektrodene hindrer også fysisk berøring av elektrodene under mykningen av PTC-materialet, under varmebehandlings-prosessen. Heating elements made of electrically conductive polymer material are also used as heating elements for electric wool blankets. One such heating element that actually uses a PTC material is described in US Patent No. 4,271,350 (Sun-beam). In one embodiment (fig. 2 in the reference), the heating element comprises an elastic, insulating central core made of glass or rayon fibre. On this core are spirally wound conductors separated from each other by insulating spacers and surrounded by an extruded sleeve of non-crosslinked PTC material and a jacket with a thermoplastic coating. The PTC material must be heat treated to achieve the desired temperature resistance property. The thermoplastic coating has a higher melting point than the non-crosslinked PTC material and is therefore independent of the PTC material during the heat treatment process. The spacers between the electrodes also prevent physical contact of the electrodes during the softening of the PTC material, during the heat treatment process.

En annen bruk av et varmeelement av elektrisk ledende polymermateriale er beskrevet i GB patentskrift nr. 2065430A (Junkosha). Dette varmeelement bruker et elektrisk ledende materiale som omfatter sintret carbon-fylt PTFE laget av en blanding av 10 vekt% med ledende carbon og fint PTFE-pulver og et flytende smøremiddel, trykkekstrudering av materialet og etterfølgende fjerning av smøremidlet. Det ledende materiale kan være i form av en tape som vikles rundt et indre rør. Alternativt kan det ledende materiale være i selve røret. Elektroder er anbragt på det ledende materiale og tilført elektrisk strøm som derved oppvarmer materialet. Another use of a heating element of electrically conductive polymer material is described in GB Patent Document No. 2065430A (Junkosha). This heating element uses an electrically conductive material comprising sintered carbon-filled PTFE made from a mixture of 10% by weight of conductive carbon and fine PTFE powder and a liquid lubricant, pressure extrusion of the material and subsequent removal of the lubricant. The conductive material may be in the form of a tape that is wrapped around an inner tube. Alternatively, the conductive material can be in the pipe itself. Electrodes are placed on the conductive material and supplied with electric current, which thereby heats the material.

Det er oppdaget en ny fremgangsmåte og en artikkel som gjør bruk av elektrisk ledende polymermateriale som utviser PTC-adferd til bruk som varmeelement. Artikkelen og fremgangsmåten innebærer bruk av et elektrisk ledende polymermateriale i form av en rørledning som kan brukes direkte for å oppvarme fluid som strømmer derigjennom. A new method and article has been discovered that makes use of electrically conductive polymer material exhibiting PTC behavior for use as a heating element. The article and method involve the use of an electrically conductive polymer material in the form of a pipeline which can be used directly to heat fluid flowing through it.

En første side ved oppfinnelsen tilveiebringer en oppvarmbar rørledning som passer for oppvarming av et fluid som føres gjennom rørledningen og som omfatter: (a) et elektrisk ledende polymermateriale som utviser PTC-adferd og som omfatter en organisk polymer og hvor et partikkelformig elektrisk ledende fyllstoff er dispergert i polymeren, og (b) minst et par elektroder av motsatt polaritet som spiralformes og bringes i berøring med det elektrisk ledende materiale som når de tilkobles en elektrisk kraftkilde vil få en vesentlig del av den elektriske strøm til å flyte mellom elektrodene vesentlig parallelt med rørledningens flater for derved å oppvarme det elektrisk ledende polymermateriale og følgelig fluidet. A first aspect of the invention provides a heatable conduit suitable for heating a fluid conveyed through the conduit and comprising: (a) an electrically conductive polymer material exhibiting PTC behavior comprising an organic polymer and wherein a particulate electrically conductive filler is dispersed in the polymer, and (b) at least one pair of electrodes of opposite polarity which are coiled and brought into contact with the electrically conductive material which when connected to an electrical power source will cause a substantial portion of the electrical current to flow between the electrodes substantially parallel to the surfaces of the pipeline to thereby heat the electrically conductive polymer material and consequently the fluid.

En annen side ved oppfinnelsen tilveiebringer et oppvarmbart ledningsrør som passer for å oppvarme et fluid som føres gjennom ledningsrøret og som omfatter: (a) et elektrisk ledende polymermateriale som utviser PTC-adferd og som omfatter en organisk polymer og hvor et partikkelformig elektrisk ledende fyllstoff er dispergert i polymeren, (b) en elektrisk isolerende, hul, rørformet Another aspect of the invention provides a heatable conduit suitable for heating a fluid passed through the conduit comprising: (a) an electrically conductive polymer material exhibiting PTC behavior comprising an organic polymer and wherein a particulate electrically conductive filler is dispersed in the polymer, (b) an electrically insulating, hollow, tubular

foring, oglining, and

(c) minst et par elektroder av motsatt polaritet som er i elektrisk berøring med det elektrisk ledende polymermateriale og som når de tilkobles en elektrisk kraftkilde vil få en vesentlig del av den elektriske strøm til å flyte mellom elektrodene vesentlig parallelt med rørledningens flater for derved å oppvarme det elektrisk ledende polymermateriale og følgelig fluidet. (c) at least one pair of electrodes of opposite polarity which are in electrical contact with the electrically conductive polymer material and which when connected to an electrical power source will cause a substantial portion of the electrical current to flow between the electrodes substantially parallel to the surfaces of the pipeline thereby heat the electrically conductive polymer material and consequently the fluid.

Et tredje aspekt ved oppfinnelsen tilveiebringer en fremgangsmåte for oppvarming av et fluid og omfatter: (a) tilveiebringelse av et ledningsrør ifølge det første eller andre aspekt ved oppfinnelsen, og (b) kobling av elektrodene til en elektrisk kraftkilde slik at en vesentlig del av den elektriske strøm flyter mellom elektrodene vesentlig parallelt med rørledningens flater for derved å oppvarme ledningsrøret og følgelig fluidet. A third aspect of the invention provides a method for heating a fluid and comprises: (a) providing a conduit according to the first or second aspect of the invention, and (b) connecting the electrodes to an electrical power source so that a substantial part of the electric current flows between the electrodes substantially parallel to the surfaces of the pipeline to thereby heat the pipeline and consequently the fluid.

Fortrinnsvis omfatter artikkelen alle trekkene ved både første og andre aspekter av oppfinnelsen. Derfor blir fortrinnsvis både (i) elektrodene viklet i spiral og (ii) en elektrisk isolerende foring inkludert. Preferably, the article includes all the features of both first and second aspects of the invention. Therefore, preferably both (i) the electrodes are spirally wound and (ii) an electrically insulating liner is included.

Fluidet som føres gjennom røret kan enten være væske eller en gass. The fluid that is carried through the pipe can either be a liquid or a gas.

Det elektrisk ledende polymermateriale utviser PTC-adferd. Dette gir to fordeler. For det første er artikkelen selvregulerende. Dette innebærer at for en konstant spenning vil kraftforbruket justeres automatisk og kompensere automatisk for variasjoner i omgivelsesforholdene slik at en konstant temperatur opprettholdes i det elektrisk ledende polymermateriale. For det andre er artikkelen selvbegrensende. Dette innebærer at det finnes en maksimumstemperatur som artikkelen aldri kan overskride siden det elektrisk ledende polymermateriale blir ikke-ledende og effektivt slår seg selv av ved den anormale temperatur eller temperaturområde, slik at ytterligere oppvarming over den anormale temperatur ikke kan finne sted. The electrically conductive polymer material exhibits PTC behavior. This offers two advantages. First, the article is self-regulating. This means that for a constant voltage, the power consumption will be adjusted automatically and automatically compensate for variations in the ambient conditions so that a constant temperature is maintained in the electrically conductive polymer material. Second, the article is self-limiting. This implies that there is a maximum temperature that the article can never exceed since the electrically conductive polymer material becomes non-conductive and effectively switches itself off at the abnormal temperature or temperature range, so that further heating above the abnormal temperature cannot take place.

Artikkelen ifølge oppfinnelsen kan brukes ved temperaturer hvor den er selvregulerende eller ved temperaturer hvor den er selvbegrensende, eller begge deler. The article according to the invention can be used at temperatures where it is self-regulating or at temperatures where it is self-limiting, or both.

I en foretrukket fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen, blir elektrodene koblet til en elektrisk kraftkilde som drives slik at tilstrekkelig kraft blir tilført slik at artikkelen drives på en selvregulerende måte. I noen anvendelser blir ledningsrøret holdt ved en temperatur som foretrukket overskrider 50°C, mer foretrukket overskrider 80°C og i noen anvendelser overskrider 100°C. I andre anvendelser holdes rørledningen ved en lavere temperatur, f.eks. mindre enn 25°C, f.eks. ved omtrent 10°C for frost-beskyttelse eller ved omtrent^10°C for å hindre voksing i dieselbrennstoff. In a preferred method according to the invention, the electrodes are connected to an electrical power source which is operated so that sufficient power is supplied so that the article is operated in a self-regulating manner. In some applications the conduit is maintained at a temperature that preferably exceeds 50°C, more preferably exceeds 80°C and in some applications exceeds 100°C. In other applications, the pipeline is kept at a lower temperature, e.g. less than 25°C, e.g. at about 10°C for frost protection or at about ^10°C to prevent waxing in diesel fuel.

I foretrukne utførelser av oppfinnelsen er led-ningsrøret både varmeelementet for fluidet og også beholderen for fluidet. I andre utførelser er fluidet inneholdt i et annet rørkar og ledningsrøret ifølge oppfinnelsen plasseres for å omgi dette kar i termisk berøring med dette. In preferred embodiments of the invention, the conduit is both the heating element for the fluid and also the container for the fluid. In other embodiments, the fluid is contained in another pipe vessel and the conduit pipe according to the invention is placed to surround this vessel in thermal contact with it.

Oppvarming av fluider i rør ved å vikle elektrisk ledende polymerbånd som varmeelementer rundt rørene er kjent. En fordel med ledningsrøret ifølge oppfinnelsen sammenlignet med båndvarmere er imidlertid at ledningsrøret kan være i berøring med hele karets ytterflate som inneholder fluidet, eller når ledningsrøret er i beholderen sammen med varmeelementet for fluidet, kommer det i direkte berøring med fluidet. Båndvarmere på den annen side vikles typisk rundt rørene som skal oppvarmes med mellomrom mellom nærliggende viklinger, dvs. de er ikke i berøring med hele rørenes ytterflate. Heating fluids in pipes by wrapping electrically conductive polymer bands as heating elements around the pipes is known. An advantage of the conduit according to the invention compared to band heaters, however, is that the conduit can be in contact with the entire outer surface of the vessel containing the fluid, or when the conduit is in the container together with the heating element for the fluid, it comes into direct contact with the fluid. Band heaters, on the other hand, are typically wound around the pipes to be heated with spaces between adjacent windings, i.e. they are not in contact with the entire outer surface of the pipes.

En annen fordel med ledningsrøret ifølge oppfinnelsen er at siden det er rørformet kan det brukes rundt eller brukes for å danne ledningsrør med liten diameter for ledning av fluider. Vanligvis er det vanskelig å vikle tradisjonelle båndvarmere rundt rør med liten diameter siden bøyevinkelen blir for liten. Another advantage of the conduit according to the invention is that since it is tubular it can be used around or used to form conduits of small diameter for the conduction of fluids. Usually, it is difficult to wrap traditional band heaters around small diameter pipes since the bending angle is too small.

Når ledningsrøret ikke er i beholderen for fluidet (dvs. når fluidet er i et annet kar i termisk berøring med ledningsrøret) kan ledningsrøret skyves over beholderen eller den kan løst tilpasses over beholderen og et varmeledende medium kan innføres mellom ledningsrøret og beholderen. Det varmeledende medium kan f.eks. omfatte et fettstoff eller et varmeledende limstoff. Fortrinnsvis har det varmeledende medium tilstrekkelig lav viskositet slik at det kan flyte utover og fylle rommet mellom ledningsrøret og beholderen . When the conduit is not in the container for the fluid (i.e. when the fluid is in another vessel in thermal contact with the conduit) the conduit can be pushed over the container or it can be loosely fitted over the container and a heat-conducting medium can be introduced between the conduit and the container. The heat-conducting medium can e.g. include a fat substance or a heat-conducting adhesive substance. Preferably, the heat-conducting medium has a sufficiently low viscosity so that it can flow outwards and fill the space between the conduit pipe and the container.

Det elektrisk ledende polymermateriale er fortrinnsvis i form av et rør. I dette tilfelle danner det elektrisk ledende polymermateriale en kontinuitet mellom elektrodene, dvs. det er ikke noe mellomrom eller elektrisk isolerende åpninger mellom elektrodene. Dette i motsetning til utførelsen i GB nr. 2065430A (Junkosha) hvor en elektrisk ledende tape med elektroder på langsidene blir viklet rundt et kjernerør. I dette tilfelle er det et mellomrom mellom kantene på de nærliggende viklinger av tapen og følgelig mellom nærliggende elektroder på disse viklinger. The electrically conductive polymer material is preferably in the form of a tube. In this case, the electrically conductive polymer material forms a continuity between the electrodes, i.e. there is no gap or electrically insulating openings between the electrodes. This is in contrast to the design in GB No. 2065430A (Junkosha) where an electrically conductive tape with electrodes on the long sides is wrapped around a core tube. In this case, there is a space between the edges of the adjacent windings of the tape and consequently between adjacent electrodes of these windings.

I en annen utførelse er det elektrisk ledende polymermateriale i form at uavhengige elementer som strekker seg mellom elektrodene. For eksempel kan disse elementer være fibere eller tape. Disse er fortrinnsvis spiralviklet og brukes med spiralviklede strømskinner eller elektroder. De spiralviklede strømskinner blir fortrinnsvis spiralviklet i motsatt retning i forhold til spiralen i de elektrisk ledende polymerfibre eller tapene. In another embodiment, the electrically conductive polymer material is in the form of independent elements that extend between the electrodes. For example, these elements can be fibers or tape. These are preferably spiral-wound and are used with spiral-wound busbars or electrodes. The spirally wound busbars are preferably spirally wound in the opposite direction to the spiral in the electrically conductive polymer fibers or tapes.

Rørledningen ifølge oppfinnelsen kan være foret med et lag elektrisk isolerende materiale. Dette er især fordelaktig hvor mediet i berøring med rørledningens innerflate, er elektrisk ledende, siden den elektrisk isolerende foring i dette, tilfelle hindrer kortslutning av den elektrisk strøm gjennom det elektrisk medium i berøring med rør-ledningens innerflate. Hvor f.eks. ledningsrøret også er fluidbeholderen og fluidet er elektrisk ledende, vil det elektrisk ledende lag hindre kortslutning gjennom fluidet. Likeledes når rørledningen omslutter et kar for fluidet og karet er elektrisk ledende, vil det elektrisk isolerende lag hindre kortslutning gjennom karet. Ledningsrøret kan også ha et ytre lag som er elektrisk isolerende. Dette kan være fordelaktig når ledningsrøret befinner seg i omgivelser som kan forårsake kortslutning, f.eks. i damp eller våte omgivelser eller hvor det kan bli utsatt for skvetting fra ledende fluider. The pipeline according to the invention can be lined with a layer of electrically insulating material. This is particularly advantageous where the medium in contact with the inner surface of the pipeline is electrically conductive, since the electrically insulating lining in this case prevents short-circuiting of the electric current through the electrical medium in contact with the inner surface of the pipeline. Where e.g. the conduit pipe is also the fluid container and the fluid is electrically conductive, the electrically conductive layer will prevent a short circuit through the fluid. Likewise, when the pipeline encloses a vessel for the fluid and the vessel is electrically conductive, the electrically insulating layer will prevent a short circuit through the vessel. The conduit can also have an outer layer that is electrically insulating. This can be advantageous when the conduit is in an environment that can cause a short circuit, e.g. in steam or wet environments or where it may be exposed to splashing from conductive fluids.

Når det brukes en elektrisk isolerende foring eller kappe, eller begge deler, kan disse elementer også velges ut fra deres varmeegenskaper. I én utførelse er den elektrisk isolerende foring fortrinnsvis relativt varmeledende. For eksempel kan den inkludere tilsetninger for å øke dens varmeledningsevne sammenlignet med materialet uten tilsetninger. En passende foring er en elektrisk isolerende polymer med partikkelformige fyllstoffer med stor varmeledningsevne som f.eks. zinkoxyd. Foringer uten tilsetninger, dvs. ikke-fylte polymerer kan godtaes i mange anvendelser, især hvis de er tynne og således ikke utgjør en meget stor varmebarriere. Fortrinnsvis har foringen en elektrisk resistivitet på minst 10^ ohm.cm. When an electrically insulating liner or sheath, or both, is used, these elements can also be selected based on their thermal properties. In one embodiment, the electrically insulating lining is preferably relatively heat conductive. For example, it may include additives to increase its thermal conductivity compared to the material without additives. A suitable lining is an electrically insulating polymer with particulate fillers with high thermal conductivity such as e.g. zinc oxide. Liners without additives, i.e. non-filled polymers, can be accepted in many applications, especially if they are thin and thus do not constitute a very large thermal barrier. Preferably, the liner has an electrical resistivity of at least 10^ ohm.cm.

I en annen utførelse er den elektrisk isolerende kappe også varmeisolerende for å minske varmetap ut fra led-ningsrøret. For eksempel kan den omfatte et skum eller annet materiale med meget liten varmeledningsevne. In another embodiment, the electrically insulating sheath is also heat insulating to reduce heat loss from the conduit. For example, it may comprise a foam or other material with very low thermal conductivity.

Når det brukes en foring eller en ytre kappe eller begge deler, kan materialstrukturen gjøres ferdig på fabrikken. Dette har flere fordeler sammenlignet med installasjon av lagene, f.eks. det ytre lag, på stedet. For det første vil det ikke være noen risiko for ai: det kan oppstå noen åpninger mellom ledningsrøret og kappen, noe som kan føre til uensartet eller feilaktig varmeledningsevne. For det annet kan foringens og kappens type og egemskap bestemmes på fabrikken når det gjelder de ønskede elektriske og termiske egenskaper og installasjon. Derved unngåes problemet med at en kappe av feil type eller tykkelse installeres på stedet. For det tredje gir en ferdig installert ytre kappe en mekanisk og kjemisk beskyttelse for ledningsrøret mens dette trans-porteres. Materialet kan med fordel skjæres i passende lengder på stedet. When a liner or an outer jacket or both are used, the material structure can be finished at the factory. This has several advantages compared to installing the layers, e.g. the outer layer, in place. First, there will be no risk of ai: some openings may occur between the conduit tube and the jacket, which may lead to non-uniform or incorrect thermal conductivity. Secondly, the type and properties of the liner and jacket can be determined at the factory in terms of the desired electrical and thermal properties and installation. This avoids the problem of a casing of the wrong type or thickness being installed on site. Thirdly, a fully installed outer jacket provides mechanical and chemical protection for the conduit while it is being transported. The material can be advantageously cut into suitable lengths on site.

Hvor det brukes en ytre kappe, kan denne påføresWhere an outer sheath is used, this may be applied

på fabrikken samtidig med det elektrisk ledende polymermateriale for ledningsrøret, f.eks. ved ko-ekstrudering eller deretter, f.eks. ved tandemekstrudering. at the factory at the same time as the electrically conductive polymer material for the conduit, e.g. by co-extrusion or subsequently, e.g. by tandem extrusion.

Når ledningsrøret er i direkte berøring med fluidet, kan det indre elektrisk isolerende lag fortrinnsvis velges ut fra sin kjemiske bestandighet mot fluidet. Når fluidet f.eks. er vann, kan det indre elektrisk isolerende lag fortrinnsvis være polyethylen og når fluidet er dieselbrennstoff kan det f.eks. være nylon, polykloropren eller polyvinylidenfluorid. When the conduit is in direct contact with the fluid, the inner electrically insulating layer can preferably be selected on the basis of its chemical resistance to the fluid. When the fluid e.g. is water, the inner electrically insulating layer can preferably be polyethylene and when the fluid is diesel fuel it can e.g. be nylon, polychloroprene or polyvinylidene fluoride.

Når fluidet båret av ledningsrøret er elektrisk isolerende vil det ikke være behov for et elektrisk isolerende lag. I dette tilfelle kan foringen utelates, men det ledende polymermateriale i selve ledningsrøret er fortrinnsvis kjemisk bestandig mot fluidet. When the fluid carried by the conduit pipe is electrically insulating, there will be no need for an electrically insulating layer. In this case, the liner can be omitted, but the conductive polymer material in the conduit itself is preferably chemically resistant to the fluid.

Et eventuelt ytre elektrisk isolerende, lag kanAn optional outer electrically insulating layer can

være av et hvilket som helst passende materiale avhengig av omgivelsen som varmeelementet utsettes for. Hvis det f.eks. skal brukes nær damp hvor det er sannsynlig at vann vil kortslutte elektrodene, vil et foretrukket ytre elektrisk isolerende lag være av polyethylen. Hvis varmeelementet utsettes for skvetting f.eks. fra dieselbrennstoff, kan det be of any suitable material depending on the environment to which the heating element is exposed. If it e.g. is to be used near steam where water is likely to short-circuit the electrodes, a preferred outer electrically insulating layer will be polyethylene. If the heating element is exposed to splashing, e.g. from diesel fuel, it can

foretrukne ytre elektrisk isolerende lag være nylon, polykloropren eller polyvinylidenfluorid. preferred outer electrically insulating layers are nylon, polychloroprene or polyvinylidene fluoride.

Når enten det indre eller ytre elektrisk isolerende lag, eller begge deler, brukes, kan elektrodene anbringes mellom det indre lag og det elektrisk ledende polymermateriale, eller mellom det ytre lag og det elektrisk ledende polymermateriale. Alternativt kan elektrodene innesluttes i det elektrisk ledende polymermateriale. When either the inner or outer electrically insulating layer, or both, are used, the electrodes can be placed between the inner layer and the electrically conductive polymer material, or between the outer layer and the electrically conductive polymer material. Alternatively, the electrodes can be enclosed in the electrically conductive polymer material.

Når det brukes en overflate med flere lag, kan hvert lag legges på etter hverandre, f.eks. ved sekventiell ekstrudering, eller lagene kan formes integrert, f.eks. ved ko-ekstrudering. When using a surface with several layers, each layer can be applied one after the other, e.g. by sequential extrusion, or the layers can be formed integrally, e.g. by co-extrusion.

Elektrodene kan ha en hvilken som helst passende form. Eksempler kan være wire, foliebånd, metallfletninger, ledende netting, korrugerte metallbånd, sølvmaling eller spraybelagt metall. Elektrodene kan sveises ved hjelp av ultralyd til varmeberøring med det elektrisk ledende polymermateriale . The electrodes may have any suitable shape. Examples can be wire, foil bands, metal braids, conductive netting, corrugated metal bands, silver paint or spray-coated metal. The electrodes can be welded using ultrasound to thermal contact with the electrically conductive polymer material.

Elektrodene strekker seg vanligvis i lengderetningen. De kan strekke seg vesentlig parallelt med led-ningsrørets hovedakse eller de kan spiralvikles. The electrodes usually extend in the longitudinal direction. They can extend essentially parallel to the main axis of the conduit or they can be spirally wound.

Spiralviklede elektroder har flere fordeler. En viktig fordel er forbedret elastisitet, f.eks. sammenlignet med rette elektroder som strekker seg parallelt med led-ningsrørets akse. En annen fordel med spiralviklede elektroder, er at det er mulig å bruke to (eller et lite antall) elektroder rundt rør som har stor diameter samtidig som mellomrommet mellom elektrodene holdes lite. Dette er viktig for å unngå "hot-lining" eller varmgang som er et kjent problem ved bruk av elektrisk ledende polymermaterialer som utviser PTC-adferd. Når den elektriske strøm flyter parallelt med overflaten i disse materialer, er det en tendens til at en sone med stor motstand og følgelig høy spenning bygger seg opp mellom og generelt parallelt med elektrodene når spenning tilføres. Dette fenomen er kjent som l!hot-lining" og kan eventuelt føre til at varmeelementet ødelegges. Hot-lining eller varmgang minimeres ved å minimere avstanden mellom elektrodene. Spiralformen gjør det mulig å elekt- rodere substrater med ikke bare små, men også store diametere ved å bruke to elektroder og samtidig opprettholde liten avstand mellom elektrodene. Andre trekk som påvirker "hot-lining" er den tilførte spenning og materialets egenskaper. Ved å ta hensyn til dette, kan spiralviklingens stigning for elektrodene (som bestemmer elektrodemellomrommet) velges for å unngå "hot-lining" samtidig som den ønskede varme oppnåes. Den enkle fremgangsmåte med å variere viklehøyden for elektrodene gjør det lettere å velge forskjellige materialer og diametere for ledningsrøret. Viklingens høyde kan brukes for å endre spenningsområdet pr. lengdeenhet for et ledningsrør av gitt størrelse og også å variere utgangsspenningen i lengderetningen. Andre faktorer som også kan påvirke utgangsspenningen som kan forandres, inkluderer tykkelsen av det elektrisk ledende polymerlag og resistiviteten i det elektrisk ledende materiale. Spiral wound electrodes have several advantages. An important advantage is improved elasticity, e.g. compared to straight electrodes that extend parallel to the axis of the conduit. Another advantage of spirally wound electrodes is that it is possible to use two (or a small number) of electrodes around pipes that have a large diameter while keeping the space between the electrodes small. This is important to avoid "hot-lining" which is a known problem when using electrically conductive polymer materials that exhibit PTC behavior. When the electric current flows parallel to the surface in these materials, there is a tendency for a zone of high resistance and consequently high voltage to build up between and generally parallel to the electrodes when voltage is applied. This phenomenon is known as "hot-lining" and can possibly lead to the heating element being destroyed. Hot-lining or hot running is minimized by minimizing the distance between the electrodes. The spiral shape makes it possible to electroder substrates with not only small but also large diameters by using two electrodes while maintaining a small distance between the electrodes. Other features that affect "hot-lining" are the applied voltage and the properties of the material. By taking this into account, the pitch of the spiral winding for the electrodes (which determines the electrode gap) can be chosen for to avoid "hot-lining" while still achieving the desired heat. The simple procedure of varying the winding height of the electrodes makes it easier to choose different materials and diameters for the conduit. The height of the winding can be used to change the voltage range per unit length of a conduit of given size and also to vary the output voltage in the longitudinal direction Other factors that can also affect the output voltage which can be changed include the thickness of the electrically conductive polymer layer and the resistivity of the electrically conductive material.

Både vekselspenning og likespenning kan brukes som spenningstilførsel til artiklene. Both alternating voltage and direct voltage can be used as voltage supply to the articles.

Ett eller flere par elektroder av motsatt polaritet kan brukes. For eksempel kan flere par spiralviklede elektroder brukes. One or more pairs of electrodes of opposite polarity may be used. For example, several pairs of spirally wound electrodes can be used.

Tre elektroder (eller grupper med tre) kan brukesThree electrodes (or groups of three) can be used

i et trefaset spenningssystem. For eksempel kan tre elektroder spiralomvikles. in a three-phase voltage system. For example, three electrodes can be spirally wrapped.

Det kan være nyttig å innføre et lag med materiale nærliggende elektrodene som har en resistivitet som er mindre enn materialets hovedmasse, f.eks. for å minimere oppvarmingen rundt elektrodene. Dette ekstra lag kan utvise ZTC (null temperaturkoeffisient), NTC (negativ temperaturkoeffisient) eller PTC-adferd. Laget kan f.eks. være et elektrisk ledende limstoff. It can be useful to introduce a layer of material near the electrodes that has a resistivity that is smaller than the bulk of the material, e.g. to minimize heating around the electrodes. This additional layer can exhibit ZTC (zero temperature coefficient), NTC (negative temperature coefficient) or PTC behavior. The team can e.g. be an electrically conductive adhesive.

Et ekstra elektrisk ledende polymerlag (som erAn additional electrically conductive polymer layer (which is

mer, mindre eller like ledende som selve materialet nærliggende elektrodene) kan også brukes for å minimere berørings-motstanden mellom elektrodene og det elektrisk ledende polymermateriale i artikkelens masse. more, less or as conductive as the material itself near the electrodes) can also be used to minimize the contact resistance between the electrodes and the electrically conductive polymer material in the mass of the article.

Det er kjent fra GB patentskrift 1600256 og GB patentskrift 1600257, for båndvarmere som omfatter et elekt risk ledende polymermateriale i berøring med elektroder, at jo lenger de brukes, jo mer vil motstanden øke og jo mer vil utgangseffekten minske i varmeelementene. Det er også kjent i disse patentskrifter at jo lavere den innledende berørings-motstand er mellom elektrodene og det elektrisk ledende polymermateriale jo mindre vil økningen i den totale motstand bli med tiden. Ifølge henvisningene kan berøringsmotstanden minskes ved en fremgangsmåte som omfatter: (1) oppvarming av et elektrisk ledende polymermateriale til en temperatur (Tp) over dets smeltepunkt (Tm>; (2) oppvarming av en elektrode som ikke berører det elektrisk ledende polymermateriale, til en temperatur (Te) over smeltepunktet for det ledende polymermateriale; (3) kontakte elektroden og det ledende polymermateriale som er i berøring med denne. It is known from GB patent specification 1600256 and GB patent specification 1600257, for band heaters comprising an electrically conductive polymer material in contact with electrodes, that the longer they are used, the more the resistance will increase and the more the output power will decrease in the heating elements. It is also known in these patent documents that the lower the initial contact resistance between the electrodes and the electrically conductive polymer material, the smaller the increase in total resistance will be over time. According to the references, the contact resistance can be reduced by a method comprising: (1) heating an electrically conductive polymer material to a temperature (Tp) above its melting point (Tm>; (2) heating an electrode which does not touch the electrically conductive polymer material, to a temperature (Te) above the melting point of the conductive polymer material; (3) contacting the electrode and the conductive polymer material in contact therewith.

I ett tilfelle ifølge denne oppfinnelse, er elektrodene anbragt i spiralform. I et annet tilfelle ifølge oppfinnelsen, brukes et indre foringslag og dette kan ha et smeltepunkt som er lavere enn fremstillingstemperaturen for det ledende polymermateriale og/eller lavere enn den foretrukne forvarmingstemperatur (Te) for elektrodene. Således er det ikke mulig i disse tilfeller, eller det er i det minste meget vanskelig å tilveiebringe et hult ledningsrør som bruker oppvarmingsprosessen i GB patentskrift nr. 1600256 for å minimere berøringsmotstanden mellom elektrodene og det ledende polymermateriale. Ifølge denne oppfinnelse er således et ekstra ledende polymerlag fortrinnsvis tilveiebragt rundt elektrodene før disse anbringes i berøring med det indre foringslag (hvor dette er tilstede) og hovedmassen av det ledende polymermateriale. Det ekstra ledende polymerlag påføres elektrodene ved å bruke ledningsoppvarming ifølge GB patentskrift nr. 1600256 for å minimere berøringsmotstanden derimellom. Det ekstra, ledende polymerlag og hovedmassen av det ledende polymermateriale kan tilpasses hverandre. Således minimeres berøringsmotstanden mellom elektrodene og hovedmassen av det ledende polymermateriale. In one case according to this invention, the electrodes are arranged in spiral form. In another case according to the invention, an inner lining layer is used and this may have a melting point that is lower than the manufacturing temperature of the conductive polymer material and/or lower than the preferred preheating temperature (Te) for the electrodes. Thus, it is not possible in these cases, or at least it is very difficult to provide a hollow conduit using the heating process of GB Patent No. 1600256 to minimize the contact resistance between the electrodes and the conductive polymer material. According to this invention, an extra conductive polymer layer is thus preferably provided around the electrodes before these are placed in contact with the inner lining layer (where this is present) and the main mass of the conductive polymer material. The extra conductive polymer layer is applied to the electrodes using wire heating according to GB Patent No. 1600256 to minimize the contact resistance between them. The additional conductive polymer layer and the main mass of the conductive polymer material can be adapted to each other. Thus, the contact resistance between the electrodes and the main mass of the conductive polymer material is minimized.

En foretrukket fremgangsmåte for å minimere berøringsmotstanden ifølge oppfinnelsen, omfatter følgende trinn. Elektroden og det ekstra, ledende polymerlag blir oppvarmet til en temperatur over smeltepunktet for materialet i det ekstra, ledende polymerlag og bringes deretter i berøring med hverandre. Dette frembringer en lav berørings-motstand mellom elektroden og det ekstra, ledende polymerlag (som beskrevet i GB patentskrift nr. 1600256). I et etter-følgende trinn (som kan være umiddelbart etter eller noe senere) blir elektrodene viklet rundt en indre elektrisk isolerende foring eller kjerne (f.eks. nylon). Dette viklede kjernerør blir så matet inn i en krysshodeekstruderingsform. En foroppvarmet ovn kan brukes like før krysshodet for å varme de belagte ledninger på kjernerøret til en temperatur som er høy nok til å mykne ledningsbelegget men ikke høy nok til å smelte kjernerøret. Hovedmassen av det ledende polymermateriale blir ekstrudert over foringen ved en temperatur under smeltetemperaturen for den indre elektrisk isolerende foring. Denne temperatur er tilstrekkelig til å binde polymermaterialet for det ledende lag rundt elektrodene til resten av det ledende polymermateriale, men er ikke tilstrekkelig til å smelte den indre elektrisk isolerende foring. A preferred method for minimizing the contact resistance according to the invention comprises the following steps. The electrode and the additional conductive polymer layer are heated to a temperature above the melting point of the material in the additional conductive polymer layer and are then brought into contact with each other. This produces a low contact resistance between the electrode and the additional conductive polymer layer (as described in GB patent document no. 1600256). In a subsequent step (which may be immediately after or somewhat later) the electrodes are wrapped around an inner electrically insulating liner or core (eg nylon). This coiled core tube is then fed into a crosshead extrusion die. A preheated oven can be used just before the crosshead to heat the coated wires on the core tube to a temperature high enough to soften the wire coating but not high enough to melt the core tube. The bulk of the conductive polymer material is extruded over the liner at a temperature below the melting temperature of the inner electrically insulating liner. This temperature is sufficient to bond the polymer material for the conductive layer around the electrodes to the rest of the conductive polymer material, but is not sufficient to melt the inner electrically insulating lining.

Når det er viktig med mekanisk elastisitet, blir rørledningens materiale og tykkelse, dvs. det eller de elektrisk ledende, polymere og elektrisk isolerende lag, fortrinnsvis valgt ut fra sin elastisitet. I noen anvendelser blir rørledningen så bøyelig at den kan bøyes rundt en spindel med diameter på 10 cm for hånd eller fortrinnsvis rundt en spindel med diameter på 2,5 cm, for hånd. I andre anvendelser kreves det mindre elastisitet. Den eventuelle foretrukne spiralform for elektrodene vil også øke elasti-siteten . When mechanical elasticity is important, the pipeline's material and thickness, i.e. the electrically conductive, polymeric and electrically insulating layer(s), is preferably selected on the basis of its elasticity. In some applications the conduit becomes so flexible that it can be bent around a 10 cm diameter mandrel by hand or preferably around a 2.5 cm diameter mandrel by hand. In other applications, less elasticity is required. The possibly preferred spiral shape for the electrodes will also increase elasticity.

Rørledningen ifølge oppfinnelsen kan f.eks. brukes til å varme vann som strømmer gjennom et rør. Rørledningen The pipeline according to the invention can e.g. used to heat water flowing through a pipe. The pipeline

kan være beholderen for vannet eller varme et rør som allerede inneholder vannet. Anvendelsesområder kan f.eks. være hindring av at vannet fryser i rørledninger som fører til vindusviskere i biler og oppvarming av vann i husholdningen. Lignende can be the container for the water or heat a pipe that already contains the water. Areas of application can e.g. be an obstacle to the water freezing in pipelines leading to windscreen wipers in cars and heating water in the household. Similar

eksempler kan være oppvarming av dieselbrennstoff. I disse anvendelser kan det brukes lange (f.eks. på flere meter) oppvarmede rørledninger. Alternativt kan en kort oppvarmet rørledning brukes i den ene ende av en rørledning som inneholder et fluid for å utføre oppvarmingen, f.eks. i enden av en dusj slange. Rørledningen er især fordelaktig for å. oppvarme fluider i forbindelse med små hull,, spesielt hull som har en diameter på mindre enn 25 mm, mer foretrukket mindre enn 10 min og spesielt foretrukket mindre enn 5 mm. Slike gjenstander er vanskelig å oppvarme eller de blir oppvarmet på en ineffektiv måte ved hjelp av båndvarmere, siden slike varmeelementer enten må vikles rundt den mindre diameter, eller påføres langs den ene side, hvilket kan føre til ujevn oppvarming. examples could be heating diesel fuel. In these applications, long (e.g. several meters) heated pipelines can be used. Alternatively, a short heated conduit can be used at one end of a conduit containing a fluid to perform the heating, e.g. at the end of a shower hose. The pipeline is particularly advantageous for heating fluids in connection with small holes, especially holes which have a diameter of less than 25 mm, more preferably less than 10 min and especially preferably less than 5 mm. Such objects are difficult to heat or are heated inefficiently using band heaters, since such heating elements must either be wrapped around the smaller diameter, or applied along one side, which can lead to uneven heating.

Noen utførelser ifølge oppfinnelsen innebærer levering av oppvarmet fluid fra rørledningen. Eksempler på dette kan være oppvarmede rørledninger for vindusspylere i biler og varmdusjer. I disse tilfeller brukes en dyse for å rette vannet. Dysen kan innpasses i ledningsrøret ifølge oppfinnelsen. Dysen kan også oppvarmes enten for seg selv eller i forbindelse med rørledningen. Dysen kan være integrert i rørledningen. Some embodiments according to the invention involve the delivery of heated fluid from the pipeline. Examples of this could be heated pipelines for window washers in cars and hot showers. In these cases, a nozzle is used to direct the water. The nozzle can be fitted into the conduit according to the invention. The nozzle can also be heated either by itself or in connection with the pipeline. The nozzle can be integrated into the pipeline.

Den oppvarmede rørledning ifølge oppfinnelsen kan være elektrisk og/eller mekanisk koblet til andre elementer enn en dyse. For eksempel kan den kobles til rørlengder som strekker seg fra eller gjennom rørledningen (inkludert forbindelser, koblinger, T-ledd og Y-ledd) eller kraner eller ventiler. Således inkluderer oppfinnelsen også en oppvarmbar rørledning i kombinasjon med elektriske og/eller mekaniske tilkoblingsanordninger som kobler rørledningen til andre gjenstander, f.eks. til kraftforsyningen, eller til deler som strekker seg gjennom eller fra den oppvarmbare rørledning. The heated pipeline according to the invention can be electrically and/or mechanically connected to elements other than a nozzle. For example, it can be connected to lengths of pipe extending from or through the pipeline (including connections, couplings, T-joints and Y-joints) or taps or valves. Thus, the invention also includes a heatable pipeline in combination with electrical and/or mechanical connection devices that connect the pipeline to other objects, e.g. to the power supply, or to parts extending through or from the heatable pipeline.

Ethvert passende materiale kan brukes for det elektrisk ledende polymermateriale i artikkelen, inkludert materialene som er vist i henvisningene til elektrisk ledende polymermaterialer og innretninger som nevnt ovenfor. Polymeren omfatter fortrinnsvis minst én termoplastisk, krystallinsk polymer. Særskilt nyttige polymerer er olefinpolymerer, inkludert homopolymerer, især polyethylen og polyalkenamerene fremstilt ved polymerisering av cycloolefiner; kopolymerer av to eller flere olefiner; og kopolymerer av ett eller flere olefiner, f.eks. ethylen eller propylen, med én eller flere olefinisk umettede komonomerer, fortrinnsvis polare komonomerer, f.eks. vinylacetat, acrylsyre, methylacrylat og ethylacrylat. Særlig anvendelige er også fluorpolymerer (som kan være olefinpolymerer), især polyvinylidenfluorid og kopolymerer av ethylen med tetrafluorethylen og/eller en perfluorkomonomer. Blandinger av polymerer kan benyttes, innbefattende krystallinske og amorfe blandinger, f.eks. elastomere, polymere blandinger. Ett eksempel som kan brukes er et halvledende kopolymermateriale "DHDM 7704" levert av BP Chemicals Ltd (som omfatter en dispersjon av sot i en ethylenethylacrylatkopolymer). Any suitable material may be used for the electrically conductive polymer material of the article, including the materials shown in the references to electrically conductive polymer materials and devices as mentioned above. The polymer preferably comprises at least one thermoplastic, crystalline polymer. Particularly useful polymers are olefin polymers, including homopolymers, especially polyethylene and the polyalkenamers prepared by polymerization of cycloolefins; copolymers of two or more olefins; and copolymers of one or more olefins, e.g. ethylene or propylene, with one or more olefinically unsaturated comonomers, preferably polar comonomers, e.g. vinyl acetate, acrylic acid, methyl acrylate and ethyl acrylate. Also particularly useful are fluoropolymers (which can be olefin polymers), especially polyvinylidene fluoride and copolymers of ethylene with tetrafluoroethylene and/or a perfluorocomonomer. Mixtures of polymers can be used, including crystalline and amorphous mixtures, e.g. elastomeric polymeric compounds. One example that can be used is a semiconducting copolymer material "DHDM 7704" supplied by BP Chemicals Ltd (comprising a dispersion of carbon black in an ethylene ethyl acrylate copolymer).

Innenfor det ledende polymermateriale er de ledende partikler fortrinnsvis jevnt fordelt i polymeren. Fortrinnsvis er det ledende PTC-polymermateriale laget ved smeltefremstil-ling. Denne fremgangsmåte gir en fordelaktig jevn dispersjon. Within the conductive polymer material, the conductive particles are preferably evenly distributed in the polymer. Preferably, the conductive PTC polymer material is made by melt manufacturing. This method provides an advantageous uniform dispersion.

Det ledende materiale kan formes til en rørledning på passende måte, spesielt ved en smeltebearbeidelsesmetode, som f.eks. smelteekstrudering. The conductive material can be formed into a pipeline in a suitable manner, in particular by a melt processing method, such as e.g. melt extrusion.

Mengden av elektrisk ledende fyllstoff bør være minst 10 vekt%. Fortrinnsvis er det ledende fyllstoff sot. The amount of electrically conductive filler should be at least 10% by weight. Preferably, the conductive filler is carbon black.

Det elektrisk ledende polymermateriale som brukesThe electrically conductive polymer material used

i rørledningen er fortrinnsvis tverrbundet. Det kan være tverrbundet ved bestråling av høy-energielektroner til en strålingsdose i området 2-35 MRad, spesielt 2-25 MRad, f.eks. 10 eller 15 MRad. Tverrbindingen kan også utføres kjemisk. in the pipeline is preferably cross-linked. It can be cross-linked by irradiation with high-energy electrons to a radiation dose in the range 2-35 MRad, especially 2-25 MRad, e.g. 10 or 15 MRad. The cross-linking can also be carried out chemically.

Tverrbindingsgraden i den ledende polymer kan også uttrykkes som gelinnhold (ANS1 ASTM D2765-68) i den polymere matriks for den ledende polymer (dvs. utenom det ledende fyllstoff eller eventuelt annet ikke-polymert tilsetningsstoff som måtte være tilstede). Fortrinnsvis er gelinnholdet i den polymere matriks minst 10%, mer foretrukket minst 20%, The degree of cross-linking in the conducting polymer can also be expressed as gel content (ANS1 ASTM D2765-68) in the polymeric matrix for the conducting polymer (ie excluding the conducting filler or any other non-polymeric additive that may be present). Preferably, the gel content in the polymeric matrix is at least 10%, more preferably at least 20%,

f.eks. minst 30%, mer foretrukket minst 40%.e.g. at least 30%, more preferably at least 40%.

Det tverrbundne ledende materiale som brukes i oppfinnelsen, vil ha et smeltepunkt som er minst så høy som eller høyere enn det som er typisk for dets nærmeste omsluttende deksellag eller et hvilket som helst omsluttende lag. The cross-linked conductive material used in the invention will have a melting point at least as high as or higher than that typical of its nearest enclosing cover layer or any enclosing layer.

Utførelser av oppfinnelsen vil nå bli beskrevetEmbodiments of the invention will now be described

ved hjelp av eksempel og med henvisning til de medfølgende tegninger, hvor fig. 1 er en første utførelse av en rørled-ning ifølge oppfinnelsen, figurene 2, 3 og 4 viser alternative utførelser av ledningsrør ifølge oppfinnelsen som oppvarmer et fluid ført derigjennom, fig. 5 viser rørledningen på fig. by way of example and with reference to the accompanying drawings, where fig. 1 is a first embodiment of a pipeline according to the invention, Figures 2, 3 and 4 show alternative embodiments of a pipeline according to the invention which heats a fluid passed through it, fig. 5 shows the pipeline in fig.

4 som oppvarmer et kar som inneholder fluid, fig. 6 viser rørledningen på fig. 1 i forbindelse med en stråle for levering av fluid gjennom rørledningen. Med henvisning nå til tegningene, viser fig. 1 en oppvarmbar rørledning 2. To ledningselektroder 4 av motsatt polaritet er spiralviklet rundt en elektrisk isolerende foringskjerne 5 av nylon. Et ledende polymerrør 3 omslutter de omviklede elektroder 4 og kan ekstruderes over den elekt-rodebelagte nylonkjerne 5. Endelig omslutter en elektrisk isolerende polyethylenkappe 7 det ledende polymerrør 3. Omviklingen gjør det mulig å oppnå nær avstand mellom elektrodene. Den underletter også rørledningens fleksibilitet. Elektrodene kan kobles til en spenningskilde. Elektrisk strøm kan brukes for å varme det ledende polymerlag 3, nylonkjernen 5 og følgelig oppvarme et fluid (ikke vist) som strømmer gjennom kjernen 5 eller et hvilket som helst substrat anbragt i varmeberøring med kjernen 5. Fig. 2 viser en lignende utførelse hvor elektrodene 4 er innesluttet direkte i det ledende polymerlags 3 vegger, snarere enn mellom det ledende polymerlag 3 og kjernen 5. Vann 14 er vist strømmende gjennom kjernen 5. Fig. 3 viser en annen rørledning 2 som er lik den på fig. 1 og som oppvarmer vannet 14 som strømmer derigjennom. I dette tilfelle er elektrodene i form av flate metallfletninger 4. Fletningene 4, lik som ledningene på fig. 1, er klemt mellom det ledende polymerlag 3 og det indre elektrisk isolerende lag 5. Fig. 4 er identisk med fig. 3 med unntagelse av at elektrodene 4 er klemt mellom det. ledende polymerlag 3 og det ytre elektrisk isolerende lag 7. Fig. 5 viser rørledningen på fig. 4 anbragt rundt et kar 12 som inneholder vann 14. I dette tilfelle blir vannet 14 oppvarmet i karet. 12 snarere enn at det er i direkte berøring med rørledningen 2. Rørledningen 2 kan være skjøvet over karet 12. Fig. 6 viser ledningen på fig. 1 i forbindelse med en dyse for avlevering av vann. En metalldyse 22 montert i et plasthus 24 anbragt ved enden av kjernen 5 for rørled-ningen 2 slik at vannet som føres igjennom kjernen 5 blir avlevert til dysen 22. Plasthuset 24 omslutter en ende av rørledningen 2 for å holde dysen og rørledningen sammen. Selve dysen 22 kan også omfatte et varmeelement. 4 which heats a vessel containing fluid, fig. 6 shows the pipeline in fig. 1 in connection with a jet for the delivery of fluid through the pipeline. Referring now to the drawings, Figs. 1 a heatable pipeline 2. Two lead electrodes 4 of opposite polarity are spirally wound around an electrically insulating sheath core 5 of nylon. A conductive polymer tube 3 surrounds the wrapped electrodes 4 and can be extruded over the electrode-coated nylon core 5. Finally, an electrically insulating polyethylene sheath 7 surrounds the conductive polymer tube 3. The wrapping makes it possible to achieve a close distance between the electrodes. It also facilitates the flexibility of the pipeline. The electrodes can be connected to a voltage source. Electric current can be used to heat the conductive polymer layer 3, the nylon core 5 and consequently heat a fluid (not shown) flowing through the core 5 or any substrate placed in thermal contact with the core 5. Fig. 2 shows a similar embodiment where the electrodes 4 is enclosed directly in the walls of the conductive polymer layer 3, rather than between the conductive polymer layer 3 and the core 5. Water 14 is shown flowing through the core 5. Fig. 3 shows another pipeline 2 similar to that of fig. 1 and which heats the water 14 which flows through it. In this case, the electrodes are in the form of flat metal braids 4. The braids 4, like the wires in fig. 1, is sandwiched between the conductive polymer layer 3 and the inner electrically insulating layer 5. Fig. 4 is identical to fig. 3 with the exception that the electrodes 4 are clamped between it. conductive polymer layer 3 and the outer electrically insulating layer 7. Fig. 5 shows the pipeline in fig. 4 arranged around a vessel 12 containing water 14. In this case, the water 14 is heated in the vessel. 12 rather than it being in direct contact with the pipeline 2. The pipeline 2 can be pushed over the vessel 12. Fig. 6 shows the pipeline in fig. 1 in connection with a nozzle for dispensing water. A metal nozzle 22 mounted in a plastic housing 24 placed at the end of the core 5 for the pipeline 2 so that the water that is passed through the core 5 is delivered to the nozzle 22. The plastic housing 24 encloses one end of the pipeline 2 to keep the nozzle and the pipeline together. The nozzle 22 itself can also comprise a heating element.

Elektrisk forbindelse til rørledningene på fig. 2-5 kan være ved enden av rørledningen hvor elektrodene stikker frem. Alternativt kan tilkoblingen gjøres ved hjelp av en klemme som gjennomtrenger de ytre lag og berører elektrodene 4 . Electrical connection to the pipelines in fig. 2-5 may be at the end of the pipeline where the electrodes protrude. Alternatively, the connection can be made using a clamp that penetrates the outer layers and touches the electrodes 4.

Rørledninger ifølge oppfinnelsen kan være laget som beskrevet i de følgende eksempler. Pipelines according to the invention can be made as described in the following examples.

Eksempel 1Example 1

En elektrisk drevet rørledning med overflate som på fig. 4 ble laget ved hjelp av den følgende fremgangsmåte. An electrically driven pipeline with a surface as in fig. 4 was made using the following procedure.

Et elektrisk ledende polymermateriale som inneholdt sot og polyethylen og som utviste en PTC-adferd, ble ekstrudert på et nylonrør. An electrically conductive polymer material containing carbon black and polyethylene and exhibiting PTC behavior was extruded onto a nylon tube.

Bånd av fortinnet kobber med en tykkelse på 0,1 mm og en bredde på 3 mm ble festet til motstående sider av et rør som var 17,8 cm langt, ved hjelp av et elektrisk ledende epoxylimstoff som inneholdt sølv. En isolerende ytterkappe av varmkrympbart polyethylenbasert rør ble så gjenvunnet på utsiden av sammenstillingen for å feste de to ledere mens epoxyen herdet og for å gi en utvendig isolasjon. (I denne konstruksjon var hensikten med epoxylimet å minske berørings-motstanden mellom elektrodene og det ledende materiale.) Strips of tinned copper 0.1 mm thick and 3 mm wide were attached to opposite sides of a tube 17.8 cm long using an electrically conductive epoxy adhesive containing silver. An insulating outer sheath of heat-shrinkable polyethylene-based tubing was then recovered on the outside of the assembly to secure the two conductors while the epoxy cured and to provide external insulation. (In this construction, the purpose of the epoxy glue was to reduce the contact resistance between the electrodes and the conductive material.)

Volumresistiviteten for materialet ved 25°C ble så funnet å være omtrent 5 ohm.cm. The volume resistivity of the material at 25°C was then found to be approximately 5 ohm.cm.

Artikkelen hadde følgende dimensjoner.The article had the following dimensions.

Innerrør av nylon innv.diam. 0,3 cm utv.diam. 0,47 cm Elektrisk ledende rør innv.diam. 0,47 cm utv.diam. 0,67 cm Utvendig kappe innv.diam. 0,67 cm utv.diam. 0,75 cm Inner tube of nylon inner diam. 0.3 cm ext.diam. 0.47 cm Electrically conductive tube inner diam. 0.47 cm ext.diam. 0.67 cm Outer sheath inner diam. 0.67 cm ext.diam. 0.75 cm

Et potensiale på 12 V ble lagt over lederne og strømmen ble målt i intervaller på 10 sek. mens temperaturen i røret øket. Etter flere minutter var temperaturen omtrent 23°C over omgivelsestemperaturen og strømmen hadde falt til omtrent halvparten av begynnelsesnivået. A potential of 12 V was applied across the conductors and the current was measured at 10 sec intervals. while the temperature in the tube increased. After several minutes the temperature was about 23°C above ambient and the current had dropped to about half of the initial level.

Det ble klart at økningen i temperaturen i røret førte til en økning av volumresistiviteten for rørmaterialet og følgelig en minskning av strømmen. It became clear that the increase in the temperature in the pipe led to an increase in the volume resistivity of the pipe material and consequently a decrease in the current.

Eksempel 2Example 2

Elektrisk drevne rørvarmere med overflaten somElectrically powered pipe heaters with the surface as

vist på fig. 1 og som kunne drives ved en spenning på 12 V ble laget ved hjelp av den følgende fremgangsmåte. 28 AWG-ledning av forsølvet kobber som bestod av syv tråder med 36 AWG, ble belagt ved hjelp av smelteekstrudering, med et tynt lag elektrisk ledende polymermateriale ved å bruke en ledningsforoppvarmer som tidligere beskrevet, for å danne elektrodene 4. Formålet med dette belegg var å oppnå god binding og elektrisk kontakt mellom ledningselekt-rodene 4 og hovedkappen for det ledende polymermateriale 3 for varmeelementet over hele elektrodenes 4 lengde. shown in fig. 1 and which could be operated at a voltage of 12 V was made using the following procedure. 28 AWG silver plated copper wire consisting of seven strands of 36 AWG was coated by melt extrusion with a thin layer of electrically conductive polymer material using a wire preheater as previously described to form the electrodes 4. The purpose of this coating was to achieve good bonding and electrical contact between the lead electrodes 4 and the main sheath for the conductive polymer material 3 for the heating element over the entire length of the electrodes 4.

Et kjernerør av nylon 5 med en utvendig diameterA nylon 5 core tube with an outside diameter

på 0,5 cm ble brukt for å bære fluidet og rundt dette ble det spiralviklet to av de belagte ledninger 4 med et mellomrom på 0,9 cm og med en spiralstigning på 1,9 cm. of 0.5 cm was used to carry the fluid and around this two of the coated wires 4 were spirally wound with an interval of 0.9 cm and with a spiral pitch of 1.9 cm.

Dette rør ble så foroppvarmet ved hjelp av en ovn til en temperatur akkurat like under smeltetemperaturen for kjernerøret 5, for å mykne det ledende polymermateriale på ledningene 4 og deretter umiddelbart ført gjennom en kryss-varmet ekstruderingsform. Denne la flere lag på røret med ledende polymermateriale 3 som utviste PTC-adferd og som hadde en volumresistivitet ved romtemperatur i området 9-13 ohm.cm. Tykkelsen i disse ledende lag varierte mellom 0,1 mm og 0,7 mm. This tube was then preheated by means of an oven to a temperature just below the melting temperature of the core tube 5, to soften the conductive polymer material on the leads 4 and then immediately passed through a cross-heated extrusion die. This placed several layers on the tube with conductive polymer material 3 which exhibited PTC behavior and which had a volume resistivity at room temperature in the range 9-13 ohm.cm. The thickness of these conductive layers varied between 0.1 mm and 0.7 mm.

Prøver av varmeelementet ble bearbeidet ved å skjære prøvelengder av dette rør, skjære litt av det ledende materiale for å avdekke endene av • kjernerøret og avdekke strømledningene for elektrisk tilkobling. Elektrisk isolasjon ble foretatt ved hjelp av et varmekrympingsrør som ble gjenvunnet over lengden av det ledende polymermateriale. Alternativt kunne isolasjonen utføres ved hjelp av smelte-bearbeiding under den tidligere ekstruderingsprosess. Samples of the heating element were processed by cutting sample lengths of this tube, cutting some of the conductive material to expose the ends of • the core tube and exposing the power leads for electrical connection. Electrical insulation was provided by means of a heat shrink tube which was recycled over the length of the conductive polymer material. Alternatively, the insulation could be performed by means of melt processing during the previous extrusion process.

Et varmeelement med en lengde på 30 cm ble tilført en spenning på 12 V ved romtemperatur uten fluid og ble funnet å ha en stabil overflatetemperatur på omtrent 45°C, dvs. en delta T på 25°C ved en stabil effekt på omtrent 12 W. Når omgivelsestemperaturen ble minsket til^30°C, steg den avleverte effekt til 24 W med en delta T på 50°C. Ved en omgivelsestemperatur på 40°C, ble den maksimalt oppnådde temperatur 55°C, dvs. en delta T på bare 15°C med en stabil effekt på bare 8 W. Dette viser varmeelementets selvregulerende egenskap idet utgangseffekten forandret seg med omgivelsestemperaturen. A heating element with a length of 30 cm was supplied with a voltage of 12 V at room temperature without fluid and was found to have a stable surface temperature of about 45°C, i.e. a delta T of 25°C at a stable power of about 12 W When the ambient temperature was reduced to ^30°C, the delivered power rose to 24 W with a delta T of 50°C. At an ambient temperature of 40°C, the maximum temperature achieved was 55°C, i.e. a delta T of only 15°C with a stable power of only 8 W. This shows the heating element's self-regulating property as the output power changed with the ambient temperature.

Eksempel 3Example 3

Et elektrisk drevet rørvarmeelement, i forbindelse med en strålesammenstilling (som vist på fig. 6) ble laget ved hjelp av den følgende fremgangsmåte. An electrically driven tube heating element, in connection with a beam assembly (as shown in Fig. 6) was made using the following method.

Når rørvarmeelementet eller slangen skulle brukes for oppvarming av en vindusspyler, ble en rørlengde fremstilt som vist i Eksempel 4 og koblet til en dysesammenstilling. Nylonkjernerøret 5 ble skjøvet over en indre diameter av dysesammenstillingen 24 og rørledningen og eventuelle avdekkede strømledninger ble bakt inn i sammenstillingen med herdende harpiks eller limstoff for å feste slangen inn i sammenstillingen og for å isolere ledningsendene mot vann. When the pipe heating element or hose was to be used for heating a windshield washer, a length of pipe was fabricated as shown in Example 4 and connected to a nozzle assembly. The nylon core tube 5 was pushed over an inner diameter of the nozzle assembly 24 and the conduit and any exposed power lines were baked into the assembly with curing resin or adhesive to secure the tubing into the assembly and to insulate the conduit ends from water.

Eksempel 4Example 4

Et elektrisk drevet rørvarmeelement med overflaten som vist på fig. 1 og som kunne drives ved nettspenning ble laget ved en lignende fremgangsmåte som beskrevet i det ovennevnte Eksempel 2. Det var imidlertid noen små forskjel-ler : Ledningen som ble brukt for elektrodene var 22 AWG forsølvet kobber som bestod av 19 tråder med 34 AWG. Dette ble belagt med ledende polymermateriale som beskrevet i Eksempel 2. An electrically driven tubular heating element with the surface as shown in fig. 1 and which could be operated at mains voltage was made by a similar method as described in the above-mentioned Example 2. However, there were some small differences: The wire used for the electrodes was 22 AWG silver-plated copper consisting of 19 strands of 34 AWG. This was coated with conductive polymer material as described in Example 2.

Det brukte nylonkjernerør hadde en ytre - diameter på 0,9 cm og ledningene ble viklet med et mellomrom på 0,9 cm på en spiralstigning på 1,9 cm. The nylon core tube used had an outer diameter of 0.9 cm and the wires were wound with 0.9 cm spacing on a 1.9 cm spiral pitch.

Dette omviklede kjernerør ble matet gjennom en foroppvarmet ovn og inn i en ekstruderingskrysshodeform som tidligere, hvor det ble belagt med ca. 1 mm med ledende polymermateriale av den type som normalt brukes for å lage PTC-båndvarmere med PTC-adferd og som hadde en volumresistivitet ved romtemperatur på rundt 2000 ohm.cm. This wrapped core tube was fed through a preheated oven and into an extrusion crosshead die as before, where it was coated with approx. 1 mm of conductive polymer material of the type normally used to make PTC band heaters with PTC behavior and which had a volume resistivity at room temperature of around 2000 ohm.cm.

En prøve på 30 cm av dette rør ble bearbeidet og testet på samme måte som beskrevet i Eksempel 2 men tilført en vekselspenning på 110 V, med følgende resultater: A sample of 30 cm of this pipe was processed and tested in the same way as described in Example 2 but supplied with an alternating voltage of 110 V, with the following results:

Disse verdier viser igjen varmeelementets selvregulerende egenskap. Lignende adferd ble oppnådd under prøving ved en vekselspenning på 240 V. These values again show the heating element's self-regulating property. Similar behavior was obtained during testing at an alternating voltage of 240 V.

Claims

1. Heatable pipeline suitable for heating a fluid that is carried through the pipeline, characterized by . that it includes: (a) an electrically conductive polymer material exhibiting PTC behavior and comprising an organic polymer and, dispersed within the polymer, a particulate conductive filler, and (b) at least one pair of electrodes of opposite polarity, which are wound in a spiral and are in contact with the conductive material, and which when connected to a source of electrical power will cause a substantial part of the electric current to flow between the electrodes, in substantially parallel to the surfaces of the pipeline, thereby heating the electrically conductive polymer material and consequently the fluid.

2. Pipe line according to claim 1, characterized in that an electrically insulating, hollow pipe lining is placed inside the conductive polymer material.

3. Heatable pipeline suitable for heating a fluid that is carried through the pipeline, characterized by: (a) an electrically conductive polymer material exhibiting PTC behavior and comprising an organic polymer and, dispersed in the polymer, a particulate electrically conductive filler, (b) an electrically insulating hollow tubular liner, and (c) at least one pair of electrodes of opposite polarity, which are in electrical contact with the conductive polymer material, and which, when connected to an electrical power source, will cause a substantial portion of the electrical current to flow between the electrodes, substantially in parallel with the surfaces of the pipeline, thereby heating the electrically conductive polymer material and consequently the fluid.

4. Pipeline according to claims 1-3, characterized in that the electrically conductive polymer material is in the form of a pipe or in the form of fibers or tape.

5. Pipe line according to claims 1-4, characterized in that it comprises an electrically insulating jacket on the outside of the pipe made of conductive polymer material.

6. Pipeline according to claims 1-5, characterized in that it comprises a pre-installed, electrically insulating, hollow, tubular lining and an electrically insulating outer jacket.

7. Pipeline according to claims 1-6, characterized in that when an electrically insulating lining or sheath is used, the electrodes are arranged between the electrically conductive polymer layer and either the electrically insulating lining or the electrically insulating sheath, or the electrodes are baked into the conductive polymer material.

8. Pipeline according to claims 1-7, characterized in that the conductive polymer material is cross-linked.

9. Procedure for heating a fluid, characterized by: (a) providing a pipeline according to any of the preceding claims, and (b) connecting the electrodes to an electrical power source to cause a substantial portion of the electrical current to flow between the electrodes substantially parallel to the surfaces of the pipeline to thereby heat the pipeline and consequently the fluid.

10. Method for producing a pipeline according to any of the preceding claims 1-8, characterized by: (a) providing an electrically insulating hollow tubular liner; (b) placement of at least two electrodes along the hollow, tubular liner, in contact therewith, preferably by winding in a spiral, (c) placing, preferably extruding, an electrically conductive polymeric material around the electrodes and liner and, simultaneously or subsequently, (d) optional placement, preferably extrusion, of an outer sheath, which is preferably electrically insulating and thermally insulating, around the conductive polymer material.

11. Method for minimizing the contact resistance between an electrode and a mass of conductive polymer material to be placed around the electrode, characterized by: (i) placing, preferably by extrusion, a further conductive polymer material around the electrodes and preheating the electrodes and the further polymer layer to a temperature above the melting temperature of the further polymer layer, (ii) placing, preferably by extrusion, the mass of conductive polymer material around the further layer.

12. Method according to claim 10, characterized in that, before step (b), additional conductive polymer layers are placed, preferably by extrusion, around the electrodes, using a method according to claim 11.