NO325168B1 - Varmekabel - Google Patents

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Oppfinnelsens område

Oppfinnelsen angår varmekabler, og særlig selvregulerende, elektriske varmekabler.

Innføring i oppfinnelsen

Langstrakte, elektriske varmekabler er velkjente for anvendelse ved frostbeskyttelse og temperaturopprettholdelse av rør, tanker og andre substrater. Særlig nyttige, langstrakte varmekabler omfatter (a) første og andre langstrakte elektroder, (b) et antall resistive varmeelementer som er koplet i parallell mellom elektrodene, og (c) en isolerende kappe som omgir elektrodene og varmeelementene. I tillegg omfatter varmekabelen også et metallisk jordingslag, i form av en omfletning eller et bånd, som omgir den isolerende kappe og som tjener til å jorde varmekabelen elektrisk og tilveiebringer mekanisk beskyttelse. På grunn av den parallelle konstruksjon av varmeelementene kan slike varmekabler kuttes til passende lengde for bruk ved hver anvendelse.

For mange anvendelser foretrekkes det at de resistive varmeelementer omfatter en ledende polymer, dvs. en polymergrunnmasse i hvilken det er dispergert et partikkelformet, ledende fyllstoff. Den ledende polymer oppviser fortrinnsvis positiv temperaturkoeffisient- eller PTC-oppførsel, noe som tillater varmekabelen å være selvregulerende. To typer av langstrakte varmekabler er kjente. I den første er den ledende polymer i form av en kontinuerlig strimmel i hvilken elektrodene er innstøpt. Slike varmelegemer er beskrevet for eksempel i US-patentene 3 858 144 (Bedard et al), 3 861 029 (Smith-Johannsen et al), 4 017 715 (Whitney et al), 4 242 573 (Batliwalla), 4 334 148 (Kampe), 4 334 351 (Sopory), 4 426 339 (Kamath et al), 4 574 188 (Midgley et al) og 5 111 032 (Batliwalla et al), og i internasjonal patentpublikasjon nr. WO 91/17642 (Raychem Corporation, publisert 14. november 1991). I den andre type varmekabel er den ledende polymer i form av en kontinuerlig strimmel som er viklet rundt de langstrakte elektroder og som kontakter de avdekkede elektroder vekselvis etter hvert som den går fremover langs varmekabelens lengde. I denne konfigurasjon er elektrodene vanligvis atskilt fra hverandre ved hjelp av et isolerende avstandsstykke. Alternativt kan elektrodene være viklet rundt en kjerne som omfatter en ledende polymerstrimmel. Kabler av denne type er beskrevet i US-patent 4 459 473 (Kamath).

Det skal også vises til NO 154 180 B som omhandler en varmekabel med en første og andre langstrakte, innbyrdes atskilte ledere, samt DE 3 409 871 Al som omhandler en elektrisk kabel.

Under normale driftsforhold utsettes en langstrakt varmekabel for fysisk påkjenning og deformasjon da den er anbrakt i kontakt med det substrat som skal oppvarmes. Når for eksempel substratet er et rør eller en rørledning, vikles kabelen ofte rundt røret på spiralliknende måte. Videre må kabelen vikles rundt ventiler, skjøter og andre områder som må oppvarmes. Selv om varmekabler er fleksible, vil visse forhold, så som små rør- eller ventildiametere, kreve at kabelen bøyes eller tvinnes. Under normale driftsforhold gjennomgår varmekablene dessuten termisk syklusgjennom-løping fra forholdsvis lave temperaturer til høye temperaturer. Både de fysiske påkjenninger på grunn av anbringelse på substratet, og de termiske påkjenninger som forårsakes av den termiske syklusgjennomløping, kan forårsake endringer i varmekablen. Spesielt dersom elektrodene er anbrakt ved motsatte kanter av et avstandsstykke, i stedet for innstøpt i en ledende polymerstrimmel, kan elektrodene bevege seg bort fra sin stilling i avstandsstykket, og/eller kan få redusert kontakt med den ledende polymerstrimmel som er viklet rundt disse.

Sammendrag av oppfinnelsen

I følge oppfinnelsen, løses de overnevnte problemer ved en elektrisk varmekabel angitt i krav 1 og som har de karakteristiske trekk som angitt i den kjennetegnende del av kravet.

Man har nå funnet at utvelgelsen av en spesiell type ledningstråd for anvendelse som elektrode vil frembringe en varmekabel som er mindre utsatt for deformasjon. Som et resultat har varmekablene ifølge oppfinnelsen gjennomført og pålitelig ytelse, selv om de utsettes for fysiske og termiske påkjenninger. Ifølge en første side tilveiebringer oppfinnelsen en elektrisk varmekabel som omfatter (1) første og andre langstrakte, innbyrdes atskilte ledere som kan koples til en kilde for elektrisk effekt, idet hver av de første og andre ledere omfatter en konsentrisk, tvinnet tråd med en slagningsvinkel j3 på minst 11°,

(2) en langstrakt, resistiv varmestrimmel som

(a) omfatter en langstrakt PTC-komponent som strekker seg langs lengden av varmestrimmelen og består av en ledende polymersammensetning som oppviser PTC-oppførsel, og (b) er vekselvis i kontakt med den første leder og den andre leder i kontaktpunkter som er innbyrdes atskilt langs strimmelens lengde og langs lengden av hver av lederne, og (3) en strimmel av isolasjonsmateriale som ligger mellom lederne, slik at når lederne er koplet til en kraftkilde, passerer all strøm som passerer mellom lederne, gjennom varmestrimmelen.

Ifølge en annen side tilveiebringer oppfinnelsen en elektrisk varmekabel som omfatter (1) første og andre langstrakte, innbyrdes atskilte ledere som kan koples til en kilde for elektrisk effekt, idet hver av de første og andre ledere omfatter en konsentrisk, tvinnet tråd med en slagningslengde L på høyst 20 mm,

(2) en langstrakt, resistiv varmestrimmel som

(a) omfatter en langstrakt PTC-komponent som strekker seg langs lengden av varmestrimmelen og består av en ledende polymersammensetning som oppviser PTC-oppførsel, og (b) er vekselvis i kontakt med den første leder og den andre leder i kontaktpunkter som er innbyrdes atskilt langs strimmelens lengde og langs lengden av lederne, og (3) en strimmel av isolasjonsmateriale som ligger mellom lederne, slik at når lederne er koplet til en kraftkilde, passerer all strøm som passerer mellom lederne, gjennom varmestrimmelen. Ifølge en tredje side tilveiebringer oppfinnelsen en varmekabel som omfatter (1) første og andre langstrakte, innbyrdes atskilte ledere som kan koples til en kilde for elektrisk effekt, idet hver av de første og andre ledere omfatter en konsentrisk, tvinnet tråd med en slagningslengde L på høyst 20 mm og en slagningsvinkel på minst 10°,

(2) en langstrakt, resistiv varmestrimmel som

(a) omfatter en langstrakt PTC-komponent som strekker seg langs lengden av varmestrimmelen og består av en ledende polymersammensetning som oppviser PTC-oppførsel, og (b) er vekselvis i kontakt med den første leder og den andre leder i kontaktpunkter som er innbyrdes atskilt langs strimmelens lengde og langs lengden av hver av lederne, og (3) en strimmel av isolasjonsmateriale som ligger mellom lederne, slik at når lederne er koplet til en kraftkilde, passerer all strøm som passerer mellom lederne, gjennom varmestrimmelen.

Kort beskrivelse av tegningen

Oppfinnelsen er vist på tegningen der

fig. 1 viser et grunnriss av en varmekabel ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser et tverrsnitt etter linjen 2-2 på fig. 1,

fig. 3 viser et grunnriss av en annen varmekabel ifølge oppfinnelsen,

fig. 4 viser et skjematisk diagram av en leder som skal benyttes i en varmekabel ifølge oppfinnelsen, og

fig. 5 viser et tverrsnitt av en leder som skal benyttes i en varmekabel ifølge oppfinnelsen.

Nærmere beskrivelse av oppfinnelsen

Varmekabelen ifølge oppfinnelsen omfatter minst én langstrakt varmestrimmel som består av en langstrakt PTC-komponent som strekker seg langs lengden av varmestrimmelen og er dannet av en ledende polymersammensetning som oppviser PTC-oppførsel. I denne beskrivelse benyttes uttrykket "PTC" for å bety en skarp økning i resistivitet med temperaturen over et forholdsvis lite temperaturområde, dvs. sammensetningen har en R]4-verdi på minst 2,5 og/eller Rioo-verdi på minst 10, og det foretrekkes at sammensetningen skal ha en R30-verdi på minst 6, hvor R14 er forholdet mellom resistivitetene ved slutten og begynnelsen av et område på 14 °C, Rioo er forholdet mellom resistivitetene ved slutten og begynnelsen av et område på 100 °C og R3o er forholdet mellom resistivitetene ved slutten og begynnelsen av et område på 30 °C. Sammensetningen omfatter en polymerkomponent som fortrinnsvis er en krystallinsk polymer, dvs. en polymer som har en krystallinitet på minst 20% før den bearbeides inn i sammensetningen.

Passende krystallinske polymerer omfatter polyolefiner, f.eks. polyetylen eller etylenkopolymerer, fluorpolymerer, f.eks. polyvinylidenfluorid (PVDF), etylen/tetra-fluoretylen-kopolymer (ETFE), eller tetrafluoretylen/perfluoralkoksy-kopolymer (PFA), eller blandinger av to eller flere slike polymerer. Alternativt kan polymer-komponenten omfatte en elastomer, f.eks. en termoplastisk elastomer. I polymerkom-ponenten er det dispergert et partikkelformet, ledende fyllstoff, f.eks. sot, grafitt, metall, metalloksid, ledende, belagt glass eller keramiske perler, partikkelformet, ledende polymer, eller en kombinasjon av disse. Ytterligere komponenter, så som antioksidanter, inerte fyllstoffer, ikke-ledende fyllstoffer, strålings-tverrbindingsmidler (ofte omtalt som "prorads" eller tverrbindingsforsterkere), stabilisatorer, dispergerings-midler, koplingsmidler, syrespylere (f.eks. CaC03), eller andre komponenter kan også være til stede. Eksempler på passende sammensetninger er gitt i de ovenfor anførte dokumenter.

Resistiviteten av den ledende polymersammensetning ved 23 °C er vanligvis 1 til 100 000 ohm-cm, fortrinnsvis 100 til 10 000 ohm-cm, særlig 1 000 til 10 000 ohm-cm, og spesielt 1 000 til 5 000 ohm-cm. For de fleste anvendelser er resistiviteten ved 23 °C minst 100 ohm-cm.

Varmestrimmelen kan fremstilles ved hjelp av hvilken som helst passende teknikk, f.eks. ved smelteekstrusjon som vanligvis foretrekkes, eller ved å føre et substrat gjennom en flytende, f.eks. løsningsmiddelbasert, sammensetning, etterfulgt av avkjøling og/eller løsningsmiddelt]erning. Ved produksjon av strimmelen ved hjelp av smelteekstrusjon har nedtrekkingsforholdet en vesentlig innvirkning på varmekabelens elektriske egenskaper. For eksempel kan anvendelse av et høyere nedtrekkingsforhold øke ensartetheten av strimmelens motstand, men redusere graden av PTC-effekten. Det optimale nedtrekkingsforhold avhenger av den spesielle ledende polymersammensetning.

Varmestrimmelen kan ha hvilken som helst passende form, f.eks. rundt eller elliptisk tverrsnitt, eller være i form av et flatt bånd. Varmestrimmelens tykkelse er vanligvis 0,25 til 2,5 mm, fortrinnsvis 0,38 til 2,16 mm, og særlig 0,51 til 1,91 mm.

Varmekabelen ifølge oppfinnelsen omfatter første og andre langstrakte ledere som kan tilkoples til en kilde for elektrisk effekt, f.eks. en kraftforsyning eller et vegguttak, idet det om nødvendig benyttes en passende plugg eller elektrisk komponent. Lederne (i denne beskrivelse også omtalt som elektroder eller tråder) er fortrinnsvis av metall, f.eks. nikkel, kobber, tinn, aluminium, nikkelbelagt kobber, tinnbelagt kobber, metall-legeringer eller et annet passende materiale. Lederne har en konsentrisk, tvinnet konfigurasjon, dvs. en sentral (kjerne-) tråd er omgitt av ett eller flere lag av skrulinjeslåtte tråder (parter) som er slått i en reversretning, slik at suksessive lag er slått med motsatt slagningsretning. Hvert suksessivt lag av trådparter i en konsentrisk konfigurasjon har en større slagningslengde enn det underliggende lag. Slagningslengden L er den aksiale avstand som kreves for at en individuell trådpart skal vikles 360° rundt den sentrale (kjerne-)tråd. I denne beskrivelse er den spesifikke slagningslengde slagningslengden til det ytterste lag av skruelinjeslåtte tråder. Denne konfigurasjon står i motsetning til (1) en énslagningskonfigurasjon i hvilken en sentral tråd er omgitt av mer enn ett lag av skruelinjeslåtte tråder av hvilke hvert lag har samme slagningsretning og samme slagningslengde, og (2) en ensrettet konsentrisk konfigurasjon i hvilken en sentral tråd er omgitt av ett eller flere lag av skrue-linjeviklede tråder som har samme slagningsretning, men en økende slagningslengde i hvert lag. Selv om størrelsen av de ledere som benyttes i varmekabler ifølge oppfinnelsen, er avhengig av den påtrykte spenning, den ønskede strømførende evne og nødvendig kabellengde, har de fleste kabler ifølge oppfinnelsen en størrelse på høyst 14 AWG, dvs. en diameter på 1,93 mm, selv om tråder med mindre diameter, f.eks. 16 AWG (1,52 mm), 18 AWG (1,27 mm) eller 20 AWG (1,02 mm), eller tråder med større diameter, f.eks. 12 AWG (2,16 mm) eller 10 AWG (3,05 mm), kan være egnet for noen anvendelser. (AWG er American Wire Gauge (amerikansk trådmål) som er det samme som Brown & Sharpe-trådmål.) De ledere som benyttes i varmekabler ifølge oppfinnelsen, har en slagningslengde L på høyst 20 mm, fortrinnsvis høyst 18 mm, spesielt minst 15 mm. Slagningslengden L er vanligvis minst 14 mm. De ledere som benyttes i varmekabler ifølge oppfinnelsen, har en slagningsvinkel j3 på minst 10 °C, fortrinnsvis minst 11°C, særlig minst 12 °C, spesielt minst 13 °C. Slagningsvinkelen j3, som er vist på fig. 4, er en funksjon av skruelinjevinkelen a (dvs. omviklingsvinkelen for trådparten rundt den sentrale tråd). Vinkelen /3 = [(tt/2) - a], dvs. [(3,14/2) - a], og påvirkes således av diameteren av den sentrale tråd og diameteren av parter som er viklet rundt den sentrale tråd. Vanligvis er /3 høyst 16 °C. I en foretrukket utførelse har de ledere som benyttes i varmekabler ifølge oppfinnelsen, en slagningslengde L på høyst 20 mm og en slagningsvinkel |3 på minst 10 °C, fortrinnsvis en lengde L på høyst 18 mm og en vinkel j3 på minst 11 °C. Tråder som foretrekkes for bruk som ledere i varmekabler ifølge oppfinnelsen, har en slagningslengde L som kan defineres ved diameteren av kjernetråden, dc. For en leder med sju parter er således L fortrinnsvis mindre enn 36dc, særlig mindre enn 31de, og spesielt mindre enn 28dc. For en leder med nitten parter er L fortrinnsvis mindre enn 72dc, særlig mindre enn 65dc, spesielt mindre enn 55dc, og for en leder med 37 parter er L fortrinnsvis mindre enn 110dc, særlig mindre enn 97dc, og spesielt mindre enn 80de.

Selv om varmekablene ifølge oppfinnelsen vanligvis inneholder to langstrakte ledere, kan det for noen anvendelser være tre eller flere ledere som kontaktes fortløpende av varmestrimmelen, forutsatt at lederne er passende tilkoplet til en eller flere passende kraftkilder. Når tre eller flere ledere er til stede, kan de være anordnet slik at forskjellige utgangs-effekter oppnås ved å tilkople forskjellige paT av ledere til en enfase- eller tofase-kraftkilde. Når tre ledere er til stede, kan de være anordnet slik at varmekabelen er egnet for tilkopling til en trefase-kraftkilde.

For noen anvendelser kan lederne være belagt med et lag av ledende materiale, f.eks. en lavresistivitets, ledende polymersammensetning av ZTC-type (ZTC = zero temperature coefficient of resistivity), en grafitt-, sølv- eller sotfylt emulsjon, eller sotpulver. Belegget kan påføres enten før eller etter at lederne kontaktes av varmestrimmelen eller varmestrimlene.

For å sikre at varmekabelen opprettholder sin form, er de første og andre ledere atskilt fra hverandre ved hjelp av en strimmel av isolasjonsmateriale som ligger mellom lederne, slik at når lederne tilkoples til en kraftkilde, passerer all strøm som passerer mellom lederne, gjennom varmestrimmelen. Isolasjonsstrimmelen (eller avstandsstykket) er vanligvis dannet av et elektrisk isolerende materiale, f.eks. en polymer, keramikk eller glass, hvilket i det vesentlige vil opprettholde sin form under fremstilling og bruk av varmekabelen, på tross av termisk utvidelse og sammentrekning under normal bruk. For noen anvendelser kan isolasjonsstrimmelen omfatte et element for å forbedre avstandsstykkets varmeledningsevne, f.eks. en metallstrimmel som er omgitt av den isolerende strimmel eller et varmeledende, partikkelformet fyllstoff. Den isolerende strimmel vil vanligvis ha samme generelle form som lederne, f.eks. dersom de er rette, er den isolerende strimmel rett, og dersom de er omviklet, er den isolerende strimmel viklet sammen med disse. For å forbedre varmekabelens fysiske stabilitet, foretrekkes det at den isolerende strimmel er utformet slik at lederne kan holdes i umiddelbar nærhet av avstandsstykket, f.eks. ved å ha konkave eller sporforsynte sider eller kanter som er dimensjonert for å ta imot lederne.

Selv om minst én varmestrimmel er til stede i varmekabler ifølge oppfinnelsen og kontakter lederne, kan to eller flere varmestrimler være til stede. Dersom flere varmestrimler er til stede, er de vanligvis, men ikke nødvendigvis, parallelle med hverandre langs varmekabelens lengde. De er fortrinnsvis av det samme materiale, men kan være forskjellige i materiale og/eller dimensjoner. For en spesiell varmestrimmel kan varmekabler med samme utgangseffekt oppnås ved hjelp av en eneste strimmel som er viklet med forholdsvis lav stigning (et høyt antall vindinger pr. lengdeenhet), eller ved hjelp av et antall parallelle varmestrimler som er viklet med forholdsvis høy stigning. Benyttelse av flere strimler resulterer i lavere spenningsbelastning på varmestrimmelen.

Lederne og varmestrimmelen eller varmestrimlene kan være anbrakt i mange forskjellige konfigurasjoner for å frembringe den ønskede elektriske kontakt i innbyrdes atskilte punkter. Vanligvis foretrekkes det at lederne er rette og at varmestrimmelen eller varmestrimlene følger en regelmessig, slynget eller snodd bane, eller omvendt. Banen kan for eksempel være stort sett skruelinjeformet (innbefattet stort sett sirkulær og utflatet sirkulær skruelinje), sinusformet, eller Z-formet. Det er imidlertid også mulig for både lederne og varmestrimmelen eller varmestrimlene å følge regelmessige, snodde baner som er forskjellige i form eller stigning eller har motsatt retning, eller for den ene eller begge å følge en uregelmessig, snodd bane. I én foretrukket utførelse er varmestrimmelen viklet rundt to rette, parallelle ledere som kan opprettholdes på den ønskede innbyrdes avstand ved hjelp av en skillestrimmel. I en annen konfigurasjon er varmestrimmelen viklet rundt en skillestrimmel, og den omviklede strimmel er deretter kontaktet av rette ledere. I en annen foretrukket konfigurasjon er lederne viklet rundt en eller flere rette varmestrimler og en eller flere rette, isolerende kjerner. I en annen konfigurasjon er lederne viklet rundt en isolerende kjerne og er deretter kontaktet av rette varmestrimler. Det er vanligvis hensiktsmessig at det omviklede element har en stort sett skruelinjeformet konfigurasjon, slik det kan oppnås ved benyttelse av en konvensjonell trådviklings-innretning. For best mulig varmeoverføring til et substrat foretrekkes det ofte at varmelegemet har en form som er stort sett rektangulær med avrundede hjørner.

Så snart varmestrimlene og lederne er omviklet, kan en ledende ZTC-polymersammensetning anbringes over forbindelses-punktene mellom lederne og varmestrimmelen eller varmestrimlene, for å danne et bånd (engelsk: fillet) og forbedre den elektriske kontakt mellom lederne og strimmelen eller strimlene.

Varmestrimmelen eller varmestrimlene kan tverrbindes, f.eks. ved bestråling, enten før eller etter at de er montert i varmekabelen.

Ytterligere varmekabelkonfigurasjoner og fremstillingsteknikker er beskrevet i US-patent 4 459 473 (Kamath).

Oppfinnelsen er vist på tegningen der fig. 1 viser et grunnriss av en varmekabel 1 ifølge oppfinnelsen, og fig. 2 viser et tverrsnitt av kabelen 1 langs linjen 2-2 på fig. 1. En eneste varmestrimmel 2 er viklet i skruelinjeform rundt en første leder 3 og en andre leder 4 som er atskilt ved hjelp av en isolerende strimmel (avstandsstykke) 5. Elektrisk kontakt mellom varmestrimmelen 2 og lederne 3, 4 forbedres ved hjelp av et materiale 8 med lav resistivitet som danner et bånd mellom strimmelen og lederen i kontakt- eller forbindelsespunktene. En isolerende polymerkappe 7 omgir varmestrimmelen 2, lederne 3, 4 og den isolerende strimmel 5. Fig. 3 viser et grunnriss av en annen varmekabel ifølge oppfinnelsen hvor to varmestrimler 2, 9 er viklet rundt lederne 3, 4 og den isolerende strimmel 5. Fig. 4 viser på skjematisk måte en leder 10 som er en konsentrisk slått tråd. Skruelinjevinkelen a og slagningsvinkelen /3 er vist. Fig. 5 viser i tverrsnitt en sju-trådet leder 10, med en kjernetråd 11 og skruelinjetråder 12. Også kjernediameteren dc er vist.

Oppfinnelsen skal illustreres ved hjelp av de etterfølgende eksempler hvor Eksempel 2 er et eksempel på oppfinnelsen og Eksempler 1 og 3 til 6 er sammen-liknende eksempler. Hver av varmekablene ifølge eksemplene ble fremstilt i overensstemmelse med en tretrinnsprosess som stort sett fulgte den prosedyre som er beskrevet i Eksempel 2 i US patent 4 459 473 hvis lære innlemmes i den foreliggende beskrivelse ved henvisning.

Fremstilling av varmestrimmelen

En tørr-blandet blanding av tetrafluoretylen/perfluoralkoksy-kopolymer (PFA) og sot ble blandet i en dobbeltskrue-ekstruder. Blandingen ble pelletisert, tørket og ekstrudert gjennom en 1,52 mm rund pressform som var montert til en ekstruder. Ekstrudatet ble trukket for å gi en varmestrimmel med en diameter på 0,94 mm.

Fremstilling av avstandsstvkket

Glassfiberfylt PF A ble tørket og ekstrudert gjennom en pressform med konkave sider og flat topp, for å frembringe et isolerende avstandsstykke med konkave sider og dimensjoner på 1,9 x 3,0 mm.

Sammenstilling av varmekabel

To tråder ble anbrakt inne i de konkave sider av avstandsstykket, og fire individuelle varmestrimler ble viklet rundt lederne og avstandsstrimmelen på spiralliknende måte ved benyttelse av en viklemaskin. Avstanden mellom hver tilstøtende varmestrimmel var 4,3 mm. Både lederne og varmestrimmelen i de områder i hvilke lederne var i kontakt med varmestrimmelen, ble belagt med en grafittemulsjon. Den resulterende varmekabel ble først forsynt med en kappe av et lag av PF A, og deretter med en tinnbelagt kobberomfletning, og til slutt med et andre lag av PFA. Den kappeforsynte varmekabel ble varmebehandlet og tillatt å avkjøles.

Eksempler 1 til 7

De 14 AWG-tråder som er vist i Tabell I, ble benyttet som ledere i varmelegemer som ble fremstilt i overensstemmelse med ovennevnte prosedyre. Hver av trådene var nikkelbelagt kobber (dvs. 2% nikkel-plettert, elektroplettert (NPETP)) som er tilgjengelig fra Hudson International Conductors.

Varmekablene ifølge Eksempler 1 til 6 ble testet i overensstemmelse med nedenstående Tester A til E. For hver test ble resultatene for hver av varmekablene rangert fra best ytelse til dårligst ytelse. Disse resultater er vist i Tabell II. Varmekabler ifølge Eksempel 4 hadde dårligere ytelse enn varmekabler ifølge Eksempel 5 for hver test. Varmekabler ifølge Eksempel 2, som var et eksempel på oppfinnelsen, hadde den beste totale ytelse.

Tabell II

Test A: Bøyning

Denne test målte en varmekabels evne til å motstå en bøyning ved hvilken den ene tråd plasseres i strekk og den andre tråd plasseres i kompresjon. En slik bøyning kan tvinge den sammentrykte tråd til å knekke. Denne type deformasjon kan opptre under installasjon når varmekabelen plasseres flatt mot et substrat, men tvinnes rundt en gjenstand, f.eks. en flens eller bolt.

En varmekabel med en lengde på 0,91 m ble anbrakt flatt på et substrat (bunnplaten i en presse), og to dorer, hver med en diameter på 6,4 mm, ble plassert halvveis nede på kabelen, den ene på hver side av kabelen ved kabelkanten. Avstanden mellom de to ledere ble målt. Pressens topplate ble deretter plassert på toppen av kabelen og dorene for på sikker måte å holde dorene, men med kabelen fri til å gli frem og tilbake, men ikke kantre. Begge ender av kabelen ble bøyd rundt den ene dor (dvs. hver endebøyning 90 ° fra startstillingen) til en første stilling, og deretter rundt den andre dor (dvs. hver endebøyning 180 <0> fra startstillingen), og deretter tilbake til startstillingen. I den første stilling var den ene av lederne i strekk og den ene i kompresjon, mens den leder som opprinnelig var i strekk, i den andre stilling var i kompresjon, og den leder som opprinnelig var i kompresjon, var i strekk. En eventuell deformasjon av lederen ble notert, og avstanden mellom lederne, målt i det nærmeste punkt, ble registrert. Tetsten ble gjentatt ved benyttelse av dorer med diametere på 25 mm og 51 mm. Den beste ytelse var for kabler med en avstand mellom lederne som lå nærmest startavstanden.

Test B: Kompresjon

Denne test målte evnen til en varmekabel til å motstå aksial kompresjon. Slik kompresjon kan opptre når varmekabelen festes til et stivt substrat, f.eks. en rørbunt, som deretter bøyes slik at varmekabelen befinner seg på den indre radius.

Den ene ende av et prøvestykke av en varmekabel med en lengde på 133 mm ble anbrakt i et første (øvre) stykke av en prøveholder, og den andre ende ble anbrakt i et andre (nedre) stykke av holderen, idet det sentrale område av kabelen (5,8 mm) ble etterlatt klar av holderen. Holderen ble innsatt i et Instron®-apparat, og trykk ble anvendt på prøveholderen for å sammentrykke kabelen 4,6 mm med en hastighet på 2,5 mm/min. Trykket ble utløst, kabelen ble fjernet fra prøveholderen, og den korteste avstand mellom lederne ble målt. Den beste ytelse var for kabler med en avstand mellom lederne som var nærmest startavstanden.

Test C: Temperatursvkling

Denne test målte evnen til en varmekabel til å motstå gjentatt oppvarming og avkjøling, hvilket kan frembringe termiske relaksasjonsspenninger i kabelen. Sådan termisk syklusgjennomløping opptrer under normal anvendelse av varmekabelen, selv om denne test utsatte kabelen for strengere temperaturer enn de som vanligvis påtreffes.

Lederne i en varmekabel med en lengde på 0,76 m ble med overlegg forvrengt ved å bøye kabelen 90 <0> i hver retning slik som i Test A. Tilstrekkelig bøyning ble påført inntil avstanden mellom lederne var 0,51 til 1,0 mm. Etter registrering av denne innledende avstand ble kabelen plassert i et varmekammer og kjørt gjennom en syklus mellom -71 °C og 204 °C ti ganger, med en oppholdstid på 30 minutter ved -71 °C og 204 °C i hver syklus. Avstanden mellom lederne ble deretter målt. Den beste ytelse var for kabler hvor forskjellen mellom start- og sluttavstandene var minst.

Test D: Installasjon

Denne test målte evnen til en varmekabel til å motstå eksternt påførte belastninger og krefter som forårsaker deforma-sjon under installasjon.

En lengde på 3 m av en varmekabel ble installert på en 76 mm ventil ved å vikle den rundt ventilen. Kabelen ble deretter fjernet og installert på nytt på ventilen, idet bøyninger denne gang ble tvunget til å opptre i kabelen i motsatt retning i forhold til de som ble dannet under den første installasjon. Kabelen ble fjernet fra ventilen og undersøkt for å bestemme det totale antall deformerte tråder og den minste avstand mellom lederne. Den beste ytelse var for kabler hvor det var fa deformerte tråder og den største avstand mellom lederne.

Test E: Syklisk bøyning

Denne test målte evnen til en varmekabel til å motstå en gjentatt bøyning med liten amplitude ved hvilken én tråd er i strekk mens den andre tråd er i kompresjon. En slik bøyning kan opptre på grunn av gjentatt bøyning under vedlikehold av kabelen og substratet, f.eks. et rør.

En varmekabel med en lengde på 0,3 m ble anbrakt mellom to dorer, idet hver dor hadde en diameter på 12,7 mm og ble plassert halvveis nede på kabelen på hver side av denne (i en liknende posisjon som den som ble beskrevet for Test A). Endene av kabelen ble fastspent i en prøveholder, og et ohmmeter ble festet til lederne for å måle kabelens motstand. Prøvestykket ble tvunget rundt den første dor (forover-bøyning) for å sette den ene tråd under strekk og den andre tråd under kompresjon, og deretter rundt den andre dor (reversbøyning) for å sette den første tråd under kompresjon og den andre tråd under strekk over en total vinkel på 120 □ ved en hastighet på én fullstendig syklus for hver 11 sekunder. Testen ble fortsatt inntil den tidligste av 40 sykluser eller en indikasjon (basert på motstanden) på at lederne var blitt tvunget til kontakt med hverandre. Den beste ytelse var for kabler som motsto de fleste sykluser.

Claims (10)

1. Elektrisk varmekabel, omfattende

(1) første og andre langstrakte, innbyrdes atskilte ledere (3, 4) som kan koples til en kilde for elektrisk effekt, idet,

(2) en langstrakt, resistiv varmestrimmel (2) som (a) omfatter en langstrakt PTC-komponent som strekker seg langs lengden av varmestrimmelen og består av en ledende polymersammensetning som oppviser PTC-oppførsel, og (b) er vekselvis i kontakt med den første leder (3) og den andre leder (4) i kontaktpunkter som er innbyrdes atskilt langs strimmelens lengde og langs lengden av hver av lederne, og

(3) en strimmel (5) av isolasjonsmateriale som ligger mellom lederne, slik at når lederne er koplet til en kraftkilde, passerer all strøm som passerer mellom lederne, gjennom varmestrimmelen, karakterisert ved at hver av de første og andre ledere omfatter en konsentrisk, tvinnet tråd med en slagningslengde L på høyst 20 mm, fortrinnsvis høyst 18 mm, og hver av de første og andre ledere omfatter en konsentrisk, tvinnet tråd med en slagningsvinkel j3 på minst 10 °.

2. Kabel ifølge krav 1, karakterisert ved at slagnings-lengden L er minst 14 mm.

3. Kabel ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at tråden har en slagningsvinkel /3 på minst 11°.

4. Kabel ifølge krav 3, karakterisert ved at slagnings-vinkelen 0 er minst 12°.

5. Kabel ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at slagnings-vinkelen j8 er høyst 16 °.

6. Kabel ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at varmestrimmelen omfatter en smelteekstrudert, ledende polymersammensetning.

7. Kabel ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at den ledende polymersammensetning har en resistivitet ved 23 °C på minst 100 ohm-cm.

8. Kabel ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at den omfatter et antall varmestrimler som er viklet rundt lederne.

9. Kabel ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at den omfatter et belegg av en ledende ZTC-polymersammensetning over forbindelsespunkter mellom lederne og varmestrimmelen.

10. Kabel ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at de første og andre ledere omfatter 14 AWG-tråder med en diameter på 1,93 mm.