[go: up one dir, main page]

FI63848B - SKIKTAT ELEKTRISKT MOTSTAONDSELEMENT SAMT ANVAENDNING AV DETSAMMA FOER OEVERDRAGNING AV EN UNDERLAGSYTA - Google Patents

SKIKTAT ELEKTRISKT MOTSTAONDSELEMENT SAMT ANVAENDNING AV DETSAMMA FOER OEVERDRAGNING AV EN UNDERLAGSYTA Download PDF

Info

Publication number
FI63848B
FI63848B FI783067A FI783067A FI63848B FI 63848 B FI63848 B FI 63848B FI 783067 A FI783067 A FI 783067A FI 783067 A FI783067 A FI 783067A FI 63848 B FI63848 B FI 63848B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
layer
ptc
temperature
resistance
electrodes
Prior art date
Application number
FI783067A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI63848C (en
FI783067A (en
Inventor
David August Horsma
Bernard John Lyons
Robert Smith-Johannsen
Original Assignee
Raychem Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US05/601,638 external-priority patent/US4177376A/en
Application filed by Raychem Corp filed Critical Raychem Corp
Publication of FI783067A publication Critical patent/FI783067A/en
Publication of FI63848B publication Critical patent/FI63848B/en
Application granted granted Critical
Publication of FI63848C publication Critical patent/FI63848C/en

Links

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)

Description

r -r -

RJBr*! tBl /«^UULUTUSJULKAISU *7QAQRJBr *! tBl / «^ ANNOUNCEMENT * 7QAQ

JSBa lBJ (11) UTLÄGGNINOSSKAIFT OOÖ4Ö 2¾¾ C (45) r'trr!,·· 1) CC 11J3 · * - — - · ij ^ ’ (51) Kv.ik.3/int.ci.3 H 05 B 3/Ί0 SUOMI —FINLAND (21) P»t.nttlh.k«mu· —Ptt«nttn.8kn»n| 783067 (22) Haketnlspitvt — AiwSfcnlnpdaf 09-10.78 * * (23) Alkupttvt—GlMghttadag 23.09.75 (41) Tulhit JulklMktl — BIWH offwitHf 09.10.78 PManttt· I* rekisterihallitus ,... _, . .....JSBa lBJ (11) UTLÄGGININOSSKAIFT OOÖ4Ö 2¾¾ C (45) r'trr!, ·· 1) CC 11J3 · * - - - · ij ^ '(51) Kv.ik.3 / int.ci.3 H 05 B 3 / Ί0 FINLAND —FINLAND (21) P »t.nttlh.k« mu · —Ptt «nttn.8kn» n | 783067 (22) Haketnlspitvt - AiwSfcnlnpdaf 09-10.78 * * (23) Alkupttvt — GlMghttadag 23.09.75 (41) Tulhit JulklMktl - BIWH offwitHf 09.10.78 PManttt · I * Registry Board, ... _,. .....

_ ' (44) Nlhtivlkilptnen |t kiiuL|ulkalwn pvm. —_ '(44) Date of issue of the declaration. -

Patent· och registerstyrelsen An*ek»n utiagd och utUkrifaMt pubiicorad 29.0U. 83 (32)(33)(31) Pyy4««y etuolkeu*—**|*r<l priortut 27.09.7 ΙΟ**. 08.75 USA(US) 510036, 601638 (71) Raychem Corporation, 300 Constitution Drive, Menlo Park, California 91*025, USA(US) (72) David August Horsma, Palo Alto, California, Bernard John Lyons,Patent · och registerstyrelsen An * ek »n utiagd och utUkrifaMt pubiicorad 29.0U. 83 (32) (33) (31) Pyy4 «« y etuolkeu * - ** | * r <l priortut 27.09.7 ΙΟ **. 08.75 USA (US) 510036, 601638 (71) Raychem Corporation, 300 Constitution Drive, Menlo Park, California 91 * 025, USA (US) (72) David August Horsma, Palo Alto, California, Bernard John Lyons,

Atherton, California, Robert Smith-Johannsen, Portola Valley,Atherton, California, Robert Smith-Johannsen, Portola Valley,

California, USA(US) (71*) Berggren Oy Ab (51*) Kerrostettu sähköinen vastuselementti sekä sen käyttö alustapinnan peittämiseksi - Skiktat elektriskt motst&ndselement samt användning av detsamma för överdragning av en underlagsyta (62) Jakamalla erotettu hakemuksesta 752667 - Avdelad frUn ansökan 752667 _California, USA (US) (71 *) Berggren Oy Ab (51 *) Laminated electrical resistor element and its use to cover the substrate surface - Skiktat elektriskt motst & ndselement samt användning av detsamma för överdragning av en underlagsyta (62) Divided by application 752667 - Avdelad frUn ans _

Esillä oleva keksintö kohdistuu erikoisesti sähkölämmitystä varten tarkoitettuun patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaiseen kerrostettuun sähköiseen vastuselementtiin.The present invention relates in particular to a layered electrical resistance element according to the preamble of claim 1 for electric heating.

Parannus sähkölämmityslaitteissa on viime vuosina ollut itsesäätä-vien lämmityssysteemien käyttöönotto, joissa käytetään materiaaleja, joilla on tietyntyyppisiä PTC-ominaisuuksia, nimittäin että kun tietty lämpötila on saavutettu, tapahtuu huomattava vastuksen nousu. Lämmittimissä, joissa käytetään PTC-materiaaleja, ilmoitetaan olevan enemmän tai vähemmän terävät vastuksen nousut kapealla lämpötila-alueella, mutta tämän lämpötila-alueen alapuolella niissä on vain suhteellisen pienet vastuksen muutokset lämpötilan mukana. Lämpötila, jossa vastus alkaa nousta jyrkästi, määritellään usein kytkentä-tai anomalialämpötilaksi (T ), sillä saavuttaessaan tämän lämpötilan lämmittimellä esiintyy epäsäännöllinen vastuksen muutos ja käytännön syistä se kytkeytyy pois. Itse säätävillä lämmittimillä, joissa käytetään PTC-materiaaleja, on tavanomaisiin lämmityslaitteisiin nähden etuna se, että ne yleensä poistavat erillisten termostaattien, sulakkeiden tai linjassa olevien sähkövastusten tarpeen.An improvement in electric heaters in recent years has been the introduction of self-regulating heating systems using materials with certain types of PTC properties, namely that when a certain temperature is reached, a significant increase in resistance occurs. Heaters using PTC materials are reported to have more or less sharp resistance rises in the narrow temperature range, but below this temperature range they have only relatively small changes in resistance with temperature. The temperature at which the resistance begins to rise sharply is often defined as the switching or anomaly temperature (T), because when this temperature is reached, the heater exhibits an irregular change in resistance and, for practical reasons, it switches off. Self-regulating heaters using PTC materials have the advantage over conventional heaters that they generally eliminate the need for separate thermostats, fuses, or in-line electrical resistors.

2 638482 63848

Yleisimmin käytetty PTC-materiaali on ollut lakattu bariumtitanaatti, jota on käytetty sellaisten keraamisten lämmittimien itsesäätöön, joita käytetään sellaisiin sovellutuksiin, kuten ruoanlämmitystarjot-timiin ja muihin pieniin kannettaviin lämmityslaitteisiin. Vaikka tällaiset keraamiset PTC-materiaalit ovat yleisessä käytössä lämmitysso-vellutuksissa, niiden jäykkyys rajoittaa voimakkaasti sitä sovellutus-alaa, johon niitä voidaan käyttää. PTC-materiaaleja, jotka sisältävät sähköä johtavia polymeeriseoksia, tunnetaan myös, joista joillakin väitetään olevan yllä kuvatut erikoisominaisuudet. Kuitenkin tällaisten polymeeristen PTC-materiaalien käyttö on ollut suhteellisen rajoitettua etupäässä johtuen niiden pienestä lämmityskapasiteetista. Tällaiset materiaalit sisältävät yleensä yhtä tai useampaa johtavaa täyteainetta, esim. nokea tai jauhettua metallia dispergoituna kiteiseen kestomuovipolymeeriin. Erittäin kiteisistä polymeereistä valmistetuilla PTC-seoksilla on yleensä jyrkkä vastuksen nousu, joka alkaa joitakin asteita niiden kiteiden sulamispisteen alapuolella samalla tavoin kuin niiden keraamiset vastineet käyttäytyvät Curie-lämpöti-lassa (T keraamisille aineille). PTC-seoksilla, jotka on johdettu pienemmän kiteisyyden, esim. alle n. 50 %:n omaavista homopolymee-reista ja kopolymeereista, on jonkin verran vähemmän jyrkät vastuksen kasvut, jotka alkavat huonommin määritellyssä lämpötilassa alueella, joka usein on huomattavasti polymeerin kiteiden sulamispisteen alapuolella. Ääritapauksessa jotkut alhaisen kiteisyyden omaavat polymeerit antavat vastus-lämpötilakäyrät, jotka ovat enemmän tai vähemmän koverat (ylhäältä). Muut kestomuovipolymeerityypit antavat vastukset, jotka kasvavat melko tasaisesti ja enemmän tai vähemmän jyrkästi, mutta jatkuvasti lämpötilan mukana. Liitteenä olevien piirrosten kuvio 1 esittää luonteenomaisia käyriä yllä mainituille eri PTC-seosten tyypeille. Kuviossa 1 käyrässä I on terävä todella hetkellinen vastuksen kasvu (jäljempänä tunnetaan tyypin I käyttäytymisenä), joka on· yleensä ominainen muun muassa polymeereille, joilla on suuri kiteisyys; käyrä II esittää hitaampaa kasvua alemmissa lämpötiloissa (suhteessa polymeerin sulamispisteeseen), joka jäljempänä tunnetaan tyypin II käyttäytymisenä, joka yleensä on luonteenomainen polymeereille, joilla on alhaisempi kiteisyys. Käyrä III kuvaa koveraa (ylhäältä) käyrää, joka on luonteenomainen (tyypin III käyttäytyminen) monille erittäin alhaisen kiteisyyden omaaville polymeereille kun taas käyrä IV kuvaa vastuksen suurta kasvua, jossa ei ole enemmän tai vähemmän pysyvän vastuksen aluetta (tyypin IV käyttäytyminen) ainakin kaupallisesti mielenkiintoisella lämpötila-alueella joidenkin materiaalien osalta. Käyrä V esittää lievästi nousevaa vastus- 63848 lämpötilaominaiskäyrää (tyypin V käyttäytyminen), jota monet "normaalit" sähkövastukset osoittavat. Vaikka yllä mainittuja käyttäyty-mistyyppejä on kuvattu viitaten etupäässä polymeerimateriaalin eri-koistyyppeihin, alaan perehtyneet ymmärtävät, että aineen osoittama kulloinenkin käyttäytymistyyppi on myös hyvin riippuvainen johtavan täyteaineen tyypistä ja määrästä ja noen kyseessä ollen sen hiukkas-koosta jä muodosta, pintaominaisuuksista, agglomeroitumistaipumuk- sesta, ja hiukkasagglomeraattien muodosta (so. sen struktuurin muo- \ dostamistaipumuksesta).The most commonly used PTC material has been lacquered barium titanate, which has been used to self-adjust ceramic heaters used in applications such as food warmers and other small portable heaters. Although such ceramic PTC materials are commonly used in heating applications, their rigidity severely limits the field of application in which they can be used. PTC materials containing electrically conductive polymer blends are also known, some of which are claimed to have the Special Properties described above. However, the use of such polymeric PTC materials has been relatively limited mainly due to their low heating capacity. Such materials generally contain one or more conductive fillers, e.g., carbon black or powdered metal dispersed in a crystalline thermoplastic polymer. PTC alloys made from highly crystalline polymers generally have a steep rise in resistance that begins some degrees below the melting point of their crystals in the same manner as their ceramic counterparts behave at the Curie temperature (for T ceramics). PTC blends derived from homopolymers and copolymers with lower crystallinity, e.g., less than about 50%, have somewhat less sharp increases in resistance that begin at a less defined temperature in a range that is often well below the melting point of the polymer crystals. In the extreme case, some polymers with low crystallinity give resistance-temperature curves that are more or less concave (from above). Other types of thermoplastic polymers give resistors that grow fairly evenly and more or less sharply, but constantly with temperature. Figure 1 of the accompanying drawings shows characteristic curves for the various types of PTC alloys mentioned above. In Figure 1, curve I shows a sharp really momentary increase in resistance (hereinafter referred to as type I behavior), which is · generally characteristic of, inter alia, polymers with high crystallinity; curve II shows a slower growth at lower temperatures (relative to the melting point of the polymer), hereinafter referred to as the type II behavior, which is generally characteristic of polymers with lower crystallinity. Curve III depicts a concave (top) curve characteristic (type III behavior) of many polymers with very low crystallinity, while curve IV depicts a large increase in resistance with no more or less constant resistance range (type IV behavior) at least at a commercially interesting temperature for some materials. Curve V shows the slightly rising resistance-temperature curve of resistance 63848 (type V behavior) shown by many "normal" electrical resistors. Although the above types of behavior have been described with reference primarily to different types of polymeric material, those skilled in the art will appreciate that the particular type of behavior exhibited by the substance is also highly dependent on the type and amount of conductive filler and its particle size, agglomeration, agglomeration, and the shape of the particle agglomerates (i.e., the tendency to form its structure).

On huomautettava, että alalla aikaisemmin paljastettujen suositeltavien PTC-seosten väitetään kaikkien osoittavan oleellisesti tyypin I käyttäytymistä. Itse asiassa alalla ei aikaisemmin erityisesti tunnettu tyyppien II-IV käyttäytymistä huolimatta siitä, että monilla alalla aikaisemmin paljastetuilla PTC-seoksilla ei itse asiassa ole tyypin I vaan mieluummin tyypin II, III tai IV käyttäytyminen.It should be noted that the preferred PTC blends previously disclosed in the art are all claimed to exhibit substantially type I behavior. In fact, the behavior of types II-IV has not been particularly known in the art in the past, despite the fact that many PTC alloys previously disclosed in the art do not in fact have type I but rather type II, III or IV behavior.

Tyypin I vastus-lämpötilaominaisuuksien kyseessä ollen vastuksen kasvu Ts-pisteen yläpuolella on nopeaa siten, että pistettä Ts voidaan pitää lämpötilana, jossa laite kytkeytyy pois päältä. Kuitenkin tyypin II tai III PTC-materiaaleilla muutos vastuksesta, joka on suhteellisen stabiili lämpötilaa nostettaessa, vastukseen, joka nousee jyrkästi lämpötilan mukana, on paljon huonommin määriteltävissä ja anomalialämpötila tai Tg ei usein ole tarkka lämpötila. Tässä patent-timäärityksessä, vaikka laitetta voidaan kuvata itse katkaisevana tietyllä Ts-arvolla, alaan perehtyneet ymmärtävät, että monissa käytännön tapauksissa on sopivampaa ymmärtää T -arvon olevan alhai- o simman lämpötilan lämpötila-alueella, jolla laite kytkeytyy pois, tai pitää Ts-arvoa suhteellisen kapeana lämpötila-alueena mieluummin kuin tiettynä lämpötilana.In the case of type I resistance-temperature characteristics, the increase in resistance above the Ts point is rapid so that the point Ts can be considered as the temperature at which the device switches off. However, for type II or III PTC materials, the change from resistance that is relatively stable with increasing temperature to resistance that rises sharply with temperature is much less determinable and the anomaly temperature or Tg is often not the exact temperature. In this specification, although the device may be described as self-interrupting with a particular Ts value, those skilled in the art will appreciate that in many practical cases it is more appropriate to understand the T value as the lowest temperature in the temperature range at which the device turns off. as a relatively narrow temperature range rather than a certain temperature.

Aikaisemmin paljastetuilla itsesäätävillä lämpölaitteilla, joissa käytetään PTC-materiaalia, esitetään olevan erittäin jyrkät (tyyppi I) R = f (T)-käyrät siten, että tietyn lämpötilan yläpuolella laite itse asiassa sulkeutuu, kun taas tämän lämpötilan alapuolella saavutetaan suhteellinen pysyvä wattiteho vakiojännitteellä. T -arvon alapuolisilla lämpötiloilla vastus on suhteellisen pieni ja vakio-tasolla ja näin ollen virtavuo on suhteellisen suuri millä tahansa käytetyllä jännitteenä. Tämän virtavuon kehittämä energia häviää lämmöksi, so. sähkäinen vastus kehittää lämpöä ja lämmittää FTC-ma- teriaalin. Lämpötilan noustessa vastus pysyy täi lä suhteellisen * 63848 alhaisella tasolla, suunnilleen T -lämpötilaan saakka, jossa pisteessä tapahtuu nopea vastuksen kasvu. Vastuksen kasvaessa tapahtuu samanaikainen tehon lasku, mikä rajoittaa kehittyneen lämmön määrää siten, että kun Ts saavutetaan, lämmitys oleellisesti lakkaa. Sen jälkeen, kun laitteen lämpötila on laskenut alle Ts~pisteen lämpö-häviönä ympäristöön, vastus laskee nostaen tehon tuotantoa.Previously disclosed self-regulating heating devices using PTC material are shown to have very steep (type I) R = f (T) curves so that above a certain temperature the device actually closes, while below this temperature a relative constant wattage is achieved at constant voltage. At temperatures below the T value, the resistance is relatively small and at a constant level and thus the current flux is relatively high at any voltage used. The energy generated by this current flow is lost to heat, i. an electrical resistor generates heat and heats the FTC material. As the temperature rises, the resistance remains relatively low * 63848, up to approximately the T temperature, at which point a rapid increase in resistance occurs. As the resistance increases, a simultaneous decrease in power occurs, which limits the amount of heat generated so that when Ts is reached, heating essentially ceases. After the device temperature has dropped below the Ts ~ point as a heat loss to the environment, the resistance decreases, increasing the power output.

Pysyvässä olotilassa kehittynyt lämpö on oleellisesti tasapainossa hukkaan menneen lämmön kanssa. Näin ollen kun käytetty jännite suunnataan PTC-lämmityselementin läpi, Joule-lämpö saa aikaan PTC-ele-mentin lämpenemisen aina suunnilleen sen T -pisteeseen saakka, tämänThe heat generated in the steady state is substantially in equilibrium with the heat lost. Thus, when the applied voltage is directed through the PTC heating element, the Joule heat causes the PTC element to heat up to approximately its T point, this

OO

lämpenemisen nopeuden riippuessa käytetystä jännitteestä ja PTC-ele-mentin tyypistä, minkä jälkeen vain pientä lämpötilan nousua tapahtuu johtuen vastuksen kasvusta. Johtuen vastuksen noususta PTC-läm-mityselementti saavuttaa tavallisesti pysyvän olotilan suunnilleen Ts-pisteessä säätäen tällöin itse elementin lämmöntuotannon turvautumatta sulakkeisiin tai termostaatteihin. Tällaisen itseensä sisältyvän lämmönsäätöelementin edut ovat monissa sovellutuksissa ilmeiset.depending on the voltage used and the type of PTC element, after which only a small temperature rise occurs due to the increase in resistance. Due to the increase in resistance, the PTC heating element usually reaches a steady state at approximately the Ts point, thereby controlling the heat production of the element itself without recourse to fuses or thermostats. The advantages of such a self-contained thermal control element are obvious in many applications.

Kohler paljastaa US-patentissa 3 243 753 nokitäytteisen polyeteenin, jossa johtavat nokihiukkaset ovat oleellisessa kosketuksessa toistensa kanssa. Kohler kuvaa tuotetta, joka sisältää 40 % polyeteeniä ja 60 % nokihiukkasia, jolloin vastukseksi saadaan huoneenlämpötilassa n. 0,4 ohm/cm. Kuten on tyypillistä alan aikaisempien materiaalien todistetuille ominaisuuksille, Köhler'in PTC-tuotteella kuvataan olevan suhteellisen matala sähkövastuskäyrä lämpötilan funktiona kytkentälämpötilan alapuolella, jota seuraa terävä resistiivisyyden nousu, joka on vähintään 250 % l4°C:n alueella. Kohler'in ehdottama mekanismi resistiivisyyden terävälle nousulle on se, että tällöin muutos on materiaalien, so. polyeteenin ja hiukkasmaisen noen lämpö-laajeneman eron funktio. Arvellaan, että seoksen suuri johtavan täyteaineen määrä muodostaa johtavan verkoston polyeteenipolymeerimat-riisin läpi antaen näin alussa muuttumattoman resistiivisyyden alemmilla lämpötiloilla. Kuitenkin suunnilleen kiteidensä sulamispisteessä polyeteenimatriisi laajenee nopeasti ja tämä laajeneminen aiheuttaa monien johtavien verkkojen murtumisen, joka puolestaan johtaa seoksen vastuksen nopeaan kasvuun.In U.S. Patent 3,243,753, Kohler discloses a carbon black-filled polyethylene in which the conductive carbon black particles are in substantial contact with each other. Kohler describes a product containing 40% polyethylene and 60% carbon black particles to give a resistance of about 0.4 ohms / cm at room temperature. As is typical of the proven properties of prior art materials, Köhler's PTC product is described as having a relatively low electrical resistance curve as a function of temperature below the switching temperature, followed by a sharp rise in resistivity of at least 250% in the 14 ° C range. The mechanism proposed by Kohler for a sharp rise in resistivity is that then the change is in the materials, i.e. a function of the thermal expansion difference between polyethylene and particulate soot. It is believed that the large amount of conductive filler in the mixture forms a conductive network through the polyethylene polymer matrix, thus initially providing unchanged resistivity at lower temperatures. However, at approximately the melting point of its crystals, the polyethylene matrix expands rapidly and this expansion causes the rupture of many conductive networks, which in turn leads to a rapid increase in the resistance of the mixture.

Muihin teorioihin, joita on ehdotettu PTC-ilmiön selittämiseen johtavilla hiukkasilla täytetyissä polymeeriseoksissa, kuuluvat moni- 63848 mutkaiset mekanismit, jotka perustuvat elektronien tunnelinmuodos-tukseen jyvästen välisten rakojen läpi johtavan täyteaineen hiukkasten välistä tai jotkut mekanismit, jotka perustuvat faasinmuutokseen kiteisistä amorfisiin alueisiin polymeerimatriisissa. Taustakeskuste-lu lukuisille ehdotetuille vaihtoehtoisille PTC-ilmiön mekanismeille löytyy artikkelista "Glass Transition Temperature as a Guide to the Selection of Polymers Suitable for PTC materials", J. Meyer, Polymer Engineering and Science, November, 1973> 1_3, n:o 6. US-patentissa n:o 3 673 121 Meyer ehdottaa, että perustuen faasinmuutosteoriaan, jyrkästi nousevan vastuksen PTC-käyrän saavuttamiseksi, jolla on terävä raja (tyyppi I) polymeerimatriisin tulee sisältää kiteistä polymeeriä, jolla on kapea molekyylipainojakautuma. Kawashima et ai. paljastavat US-patentissa 3 591 526 PTC-valuseoksen, jossa johtavat hiukkaset, kuten noki dispergoidaan ensin kestomuoviseen materiaaliin ja tämän jälkeen tämä dispergoitu seos sekoitetaan valuhartsiin. Kawashima et ai. korostavat samoin erittäin jyrkän lämpötilavastuskäyrän (so. R = f (T))-käyrän toivottavuutta, jossa T -piste on välillä n.Other theories proposed to explain the PTC phenomenon in conductive particle-filled polymer blends include complex mechanisms based on the tunneling of electrons between intergranular interstitial filler particles or some mechanisms based on phase change in amorphous crystalline regions. Background discussion for numerous proposed alternative mechanisms of PTC phenomenon can be found in the article "Glass Transition Temperature as a Guide to the Selection of Polymers Suitable for PTC Materials", J. Meyer, Polymer Engineering and Science, November, 1973> 1_3, No. 6. In U.S. Patent No. 3,673,121, Meyer suggests that, based on phase change theory, to achieve a sharply rising resistance PTC curve with a sharp boundary (type I), the polymer matrix should contain a crystalline polymer with a narrow molecular weight distribution. Kawashima et al. in U.S. Patent 3,591,526 disclose a PTC casting composition in which conductive particles such as carbon black are first dispersed in a thermoplastic material and then this dispersed mixture is mixed with a casting resin. Kawashima et al. also emphasize the desirability of a very steep temperature resistance curve (i.e., R = f (T)) curve with a T point between n.

o 100-130°C.o 100-130 ° C.

Johtuen niiden joustavuudesta, suhteellisen alhaisesta hinnasta ja asennuksen helppoudesta PTC-nauhakuumentimille, jotka sisältävät johtavia hiukkasia dispergoituina kiteiseen polymeeriin, on viime aikoina löytynyt laajaa käyttöä putkien lankakuumentimina teollisuuden putkistoissa ja sentapaisissa sovellutuksissa. Esimerkiksi tällaisia polymeerisiä PTC-kuumentimia on, johtuen niiden itsesäätävistä piirteistä, käytetty putkin peittämiseen kemiallisissa laitoksissa niiden suojaamiseksi jäätymiseltä tai pysyvän lämpötilan ylläpitämiseen, mikä puolestaan tekee mahdolliseksi vesi- tai muiden liuosten virtaamisen putkien läpi ilman "suolan erottumista".Due to their flexibility, relatively low cost, and ease of installation, PTC strip heaters containing conductive particles dispersed in a crystalline polymer have recently found widespread use as pipe wire heaters in industrial piping and similar applications. For example, such polymeric PTC heaters, due to their self-regulating features, have been used to cover pipes in chemical plants to protect them from freezing or to maintain a constant temperature, which in turn allows aqueous or other solutions to flow through the pipes without "salt separation".

Tällaisissa sovellutuksissa lämmittimet ihannetapauksessa saavuttavat ja ylläpitävät lämpötilan, jossa energia, joka menee hukkaan lämmönsiirrosta ympäristöön, vastaa virrasta saatua energiaa. Tällaiset lämmittimet koostuvat tavallisesti suhteellisen kapeasta ja ohuesta nauhasta tai suikaleesta, joka on noella täytettyä polymeerimateriaalia, jossa on elektrodit (kuten upotetut kuparilangat) vastakkaisilla reunoilla pitkin suikaleen pituusakselia. Näin ollen on yleensä ajateltu sähköisen jännitegradientin kulkevan pitkin nauhan pituus-akselia ja sitä vastaan kohtisuorassa olevaa tasoa pitkin, vastakkaisten elektrodien välille asetetun jännitteen saadessa aikaan koko 6 63848 nauhan kuumenemisen, tavallisesti suunnilleen sen T -pisteeseen b saakka.In such applications, the heaters ideally reach and maintain a temperature at which the energy wasted from heat transfer to the environment corresponds to the energy received from the stream. Such heaters usually consist of a relatively narrow and thin strip or strip of carbon-filled polymeric material with electrodes (such as embedded copper wires) at opposite edges along the longitudinal axis of the strip. Thus, it is generally thought that an electrical voltage gradient travels along the longitudinal axis of the strip and a plane perpendicular thereto, with the voltage applied between the opposite electrodes causing the entire strip 6,63848 to heat up, usually to approximately its T point b.

Edellä olevasta selostuksesta selviää, että tyypin I materiaaleilla on merkittäviä etuja edellä lueteltuihin muuntyyppisiin PTC-materiaa-leihin nähden useimmissa sovellutuksissa. Tyypillä II ja III on se haitta, että johtuen paljon vähemmän terävästä muutoksesta lämmitti-men muuttumaton lämpötila on riippuvaisempi siihen kohdistetusta termisestä kuormasta. Tällaiset seokset kärsivät myös virtasysäysongelmas-ta, jota kuvataan yksityiskohtaisemmin jäljempänä. Tyyppien IV ja V materiaaleja johtuen siitä, että niiltä puuttuu hyödyllinen lämpötila-alue, jolla energian tuotanto muuttuu lämpötilariippumattomuudesta lämpötilariippuvuuteen, ei ole pidetty tähän saakka sopivina materiaaleina käytännön lämmittimiin tavallisissa olosuhteissa.It will be apparent from the foregoing description that Type I materials have significant advantages over the other types of PTC materials listed above in most applications. Types II and III have the disadvantage that, due to a much less sharp change, the constant temperature of the heater is more dependent on the thermal load applied to it. Such alloys also suffer from the current impulse problem described in more detail below. Type IV and V materials, due to their lack of a useful temperature range in which energy production changes from temperature-independent to temperature-dependent, have so far not been considered suitable materials for practical heaters under normal conditions.

Niissä käytöissä, joita on kuvattu yllä ja muissakin on olemassa tarvetta joustavista nauhakuumentimista, joilla on paljon suuremmat energian tuotantotiheydet ja/tai korkeammat käyttölämpötilat kuin alalla aikaisemmin ajateltiin. Ei näytä olevan mahdollista käyttää kuumentamia, erityisesti nauhakuumentimia, jotka on valmistettu alan aikaisemmista seoksista ja alan aikaisempien rakenteiden mukaisesti, korkeammilla energian tuotannoilla, so. korkeammilla wattitasoiila n (yli n. 0,23 W/cm ) ja/tai korkeammissa lämpötiloissa (yli n. 100°C). Varsinainen alan aikaisempien kuumentimien tuottama wattimäärä on paljon pienempi kuin mitä odottaisi laskemalla lämmitinpinta-alasta ja lämmönsiirtotarkastelu.ista ilmeisesti johtuen siitä, että lämpöä tuotetaan hyvin ohuessa nauhassa pitkin kahden elektrodin välissä oleva.n nauhan pituusakselia. Tällaista ilmiötä kutsutaan tässä kuuma-viivaksi. Tämä kuumaviiva johtaa riittämättömään ja epäyhtenäiseen lämmitysominaisuuteen ja tekee koko lämmitys laitteen käyttökelvottomaksi suurimmaksi osaksi lämmitysjaksoa sovellutuksissa, joissa suuret wattitehot, erityisesti yli 100°C:n lämpötiloissa ovat toivottavia. Tarkemmin sanoen koska lämmöntuotanto on rajoittunut kapealle nauhalle tai viivalle poikittain virtatietä vastaan, tämän viivan suuri vastus estää virran kulun viivan poikki aiheuttaen itse asiassa koko lämmittimen sulkeutumisen, kunnes kuuman viivan lämpötila putoaa jälleen alle T -arvon.In the applications described above and others, there is a need for flexible strip heaters with much higher energy production densities and / or higher operating temperatures than previously thought in the art. It does not seem possible to use heated heaters, in particular strip heaters made from prior art mixtures and in accordance with prior art structures, with higher energy productions, i.e. at higher wattage levels n (above about 0.23 W / cm) and / or at higher temperatures (above about 100 ° C). The actual amount of watts produced by prior art heaters is much less than would be expected by calculating the heater area and heat transfer analysis, apparently due to the fact that heat is produced in a very thin strip along the longitudinal axis of the strip between the two electrodes. Such a phenomenon is referred to herein as the hotline. This hotline results in insufficient and non-uniform heating properties and renders the entire heating device unusable for most of the heating cycle in applications where high wattages, especially at temperatures above 100 ° C, are desirable. More specifically, since heat production is limited to a narrow strip or line across the flow path, the high resistance of this line prevents current from flowing across the line, effectively causing the entire heater to close until the hot line temperature drops below the T value again.

SS

Nyt on havaittu, että tämän kuuman viivan tila esiintyy useimmissa ellei kaikissa aikaisemman käytännön mukaan suunnitelluissa polymeerisissä PTC-nauhakuument imi s sa, joissa jännite on päällä ja virta 7 63848 kulkee pituussuuntaa vastaan kohtisuoraan nauhan poikki, tällaisen tilan laajuuden riippuessa yleensä käytetyn jännitteen määrästä sekä polymeerin lämmönjohtokyvystä ja epäyhtenäisen lämpöhukan määrästä. Kuuma viiva pitkin nauhan pituusakselia elektrodien välillä sulkee tehokkaasti lämmityslaitteen siitä huolimatta, että vain pieni osa kalvon pinta-alasta, so. kuuma viiva on saavuttanut Ts-arvon. Tämä tuhoaa monessa tapauksessa kuumentimen tai ainakin tekee sen niin tehottomaksi, että sillä osoittautuu olevan hyvin pieni lämmityskyky, jonka on havaittu yleisesti liittyvän aikaisemman käytännön mukaisiin PTC-polymeerinauhakuumentimiin.It has now been found that this hotline state occurs in most if not all prior art polymeric PTC strip heaters where the voltage is on and current 7 63848 flows perpendicular to the longitudinal direction across the strip, the extent of such state generally depending on the amount of voltage used and the polymer thermal conductivity and the amount of non-uniform heat loss. The hot line along the longitudinal axis of the strip between the electrodes effectively closes the heating device despite the fact that only a small part of the surface area of the film, i. the hot line has reached the Ts value. In many cases, this destroys the heater, or at least makes it so inefficient that it turns out to have the very low heating capacity that has been found to be commonly associated with prior art PTC polymer strip heaters.

Yllä olevasta selostuksesta käy ilmi, että kuuman viivan poistaminen on tärkeää PTC-itsesäätävän kuumentimen tehokkaan toiminnan kannalta, erityisesti sellaisen, jolla on suuri energiantuotanto ja/tai korkea käyttölämpötila.From the above description, it is clear that the removal of the hot line is important for the efficient operation of the PTC self-regulating heater, especially one with high energy production and / or high operating temperature.

Olisi myös mitä edullisinta, jos voitaisiin valmistaa PTC-itsesää-tävä kuumennin, jonka lämmityspinnan muoto olisi jokin muu kuin suhteellisen pitkä, kapea nauha, esim. neliömäinen tai pyöreä lämmitys-tyyny. Toivottava olisi myös PTC-itsesäätävä kuumennin, joka voitaisiin valmistaa suhteellisen monimutkaisiin kolmiulotteisiin muotoihin, esim, sellainen, joka kykenisi muodostamaan tehokkaan kosketuksen oleellisesti koko kemiallisen prosessiastian ulkopinnan kanssa. Valitettavasti pyrkimys kuumaan viivaan on erityisen vallitseva, kun virtatien etäisyys, so. etäisyys elektrodien välillä on suuri verrattuna poikkileikkauspinta-alaan PTC-materiaalin pituusyksikköä kohti, jonka läpi virran on kuljettava. Esimerkiksi kun kyse on lämmitysnau-hasta, jossa elektrodit ovat nauhan reunoissa, leveällä lyhyellä nauhalla on suurempi taipumus kuumaan viivaan kuin samanpituisella saman koostumuksen ja paksuuden omaavalla kapealla nauhalla. Samoin pituuden ja leveyden ollessa samat mitä ohuempi nauha, sitä suurempi taipumus kuumaan viivaa. Nauhan pituuden lisäämisellä pidettäessä leveys ja paksuus vakiona ei ole merkittävää vaikutusta kuumaviivan muodosta-mispyrkimykseen. Kuumaviivan muodostumisen ongelmaa ei ilmeisesti ole aikaisemmin riittävästi ymmärretty ja varmuudella mitään koostumus- tai rakenne-ehdotusta sen pienentämiseksi ei ole tehty.It would also be most advantageous if a PTC self-adjusting heater could be made with a heating surface shape other than a relatively long, narrow strip, e.g. a square or circular heating pad. It would also be desirable to have a PTC self-regulating heater that could be made into relatively complex three-dimensional shapes, e.g., one that is capable of making effective contact with substantially the entire outer surface of the chemical process vessel. Unfortunately, the tendency for a hot line is particularly prevalent when the distance of the current path, i. the distance between the electrodes is large compared to the cross-sectional area per unit length of PTC material through which the current must pass. For example, in the case of a heating strip with electrodes at the edges of the strip, a wide short strip has a greater tendency to a hot line than a narrow strip of the same length and thickness. Similarly, when the length and width are the same, the thinner the strip, the greater the tendency for the hot line. Increasing the length of the strip while keeping the width and thickness constant does not have a significant effect on the tendency to form a hotline. The problem of hotline formation has apparently not been sufficiently understood in the past, and with certainty no composition or structural proposal has been made to reduce it.

Polymeerisiä PTC-seoksia on ehdotettu myös lämmössä kutistuviin tuotteisiin. Esimerkiksi Day kuvaa j uLka i sussä II.S. Patent Office Defensive Publication T 905 00] lämmössä kutistuvan FTC-kalvon käyt- 8 63848 töä. Kuitenkin Day'n kut istekalvo kärsii siitä melko vakavasta haitasta, että koska T ei ole korkeampi kuin kalvon kiteiden sulamis- o piste, vain hyvin pieni palautumisvoima voidaan synnyttää. Buiting et ai. ehdottavat US-patentissa 3 ^13 ^2 lämmitinrakenteita, joihin liittyy polymeerikerroksen laminointi hopeaelektrodien väliin. Merkittävä haitta Buiting et ai:in rakenteessa on sen joustamattomuus. Lisäksi enempää Buiting et ai:in kuin mikään muukaan edellä selostettu alan aikaisempi kuvaus ei viittaa ja vielä vähemmän ratkaisee tiettyjä lisäongelmia, jotka ovat luonteenomaisia kaikissa alan aikaisemmissa PTC-lämmittimissä.Polymeric PTC blends have also been proposed for heat shrinkable products. For example, Day describes in Figure II.S. Patent Office Defensive Publication T 905 00] use of a heat-shrinkable FTC film. However, Day's cut film suffers from a rather serious drawback that since T is not higher than the melting point of the crystals in the film, only a very small recovery force can be generated. Buiting et al. propose in U.S. Patent 3 ^ 13 ^ 2 heater structures involving lamination of a polymer layer between silver electrodes. A significant disadvantage of the structure of Buiting et al. Is its inflexibility. Moreover, neither the previous description of the art described by Buiting et al. Nor any other described above suggests, much less solves, certain additional problems that are characteristic of all prior art PTC heaters in the art.

Ensinnäkin on virtasysäyksen ongelma. Tämä. ongelma on erityisen vaikea, kun halutaan saada aikaan lämmitin, jonka T„ on yli n. 100°C.First, there is the problem of current impulse. This. the problem is particularly difficult when it is desired to provide a heater with a T i of more than about 100 ° C.

OO

Monissa sovellutuksissa voitaisiin edullisesti käyttää itsesäätäviä lämmittimiä, joiden Tg on 200°C tai jopa ylikin. Valitettavasti kuten edellä mainittiin aikaisemmin ehdotetut PTC-lämmitinrakenteet ovat oleellisesti soveltumattomia näin korkeisiin T -sovellutuksiin.In many applications, self-regulating heaters with a Tg of 200 ° C or even higher could be advantageously used. Unfortunately, as mentioned above, the previously proposed PTC heater structures are substantially unsuitable for such high T applications.

SS

Materiaaleilla, joiden Ts-arvot ovat huomattavasti yli 100°C, tällaisen materiaalin vastus Ts-lämpötilassa tai juuri sen alapuolella voi olla jopa 10 kertaa sen vastus ympäristön lämpötilassa. Koska PTC-lämmitin tavallisesti toimii Ts-lämpöti.lassa tai hiukan sen alapuolella, sen tehokas lämmöntuotanto määräytyy sen vastuksen mukaan hieman Ts-lämpötilan alapuolella. Tämän vuoksi PTC-lämm.itin, joka kuluttaa esim. 15 amperia 200°C:ssa, voisi helposti kuluttaa 150 amperia ympäristön lämpötilassa. Tällainen lämmitin systeemi vaatisi turhaan ylimääräistä virrankuljetuskapasiteettia siihen nähden, mitä pysyvän tilan toiminnassa vaaditaan tai vaihtoehtoisesti vaatii monimutkaisen ja yleensä helposti särkyvän tai kalliin säätöpiirin asentamista estämään 150 amperin alkuvirtasysäystä polttamasta lämmitintä tai siihen johtavia johtimia, kun lämmitin ensimmäistä kertaa kytketään sähkölähteeseen.For materials with Ts values well above 100 ° C, the resistance of such a material at or just below the Ts temperature can be up to 10 times its resistance at ambient temperature. Since the PTC heater usually operates at or slightly below the Ts temperature, its effective heat production is determined by its resistance slightly below the Ts temperature. Therefore, a PTC heater consuming e.g. 15 amps at 200 ° C could easily consume 150 amps at ambient temperature. Such a heater system would unnecessarily require additional current carrying capacity over what is required for steady state operation or alternatively requires the installation of a complex and usually fragile or expensive control circuit to prevent an initial 150 amp impulse from burning the heater or its conductors when the heater is first connected.

Viitaten liitteenä olevien piirrosten kuvioon 2, joka on vastus-lämpö-tilakäyrä, lämmittimon ominaiskäyrän suositeltavalla tyypillä (käyrä ABC) on ihannemuodossaari vakiovastaus (jota osoittaa suora AB) T,-pisteeseen saakka, ja vastus., joka nousee erittäin nopeasti (jota osoittaa suora BC) Tg-pisteen yläpuolella. Näin ollen käyttöalue sanokaamme sen maksimiarvosta suunnilleen kulutettuun 0-virtaan, on se, jota esittävät katkoviivat, jotka leikkaavat vastus-lämpötilakäyrää kohdissa B ja D. Ihannelämmittimen energiantuotantoon eivät vaikuta 9 63848 lämpötilan muutokset T -pisteen alapuolella, mutta sen sijaan muutok-set sen koko alueella hyvin kapealla lämpötilavälillä T -pisteen o yläpuolella. Valitettavasti kuten edellä on kuvattu hyvin harvoilla jos millään PTC-materiaalilla itse asiassa on tätä ihanneominaisuutta. Lähintä käyrää, joka tavallisesti voidaan saada käytännön lämmitti-millä, esittävät viivat AB'C'. Jos sallittu maksimiteho, joka otetaan ulos sähkövirtapiiristä, saadaan vastuksella kohdassa A, niin käyttöalue itserajoitukselle tai "säädölle'' saadaan viivan B’C' sillä osalla, joka on katkoviivojen välissä. On ilmeistä, että lämmittimen lämpötila toimittaessa "säätävissä" olosuhteissa vaihtelee paljon enemmän tässä viimemainitussa tapauksessa ja käytettävissä oleva te-' hoalue "säädetyllä" alueella on pienempi kuin ihannetapauksessa. Jos halutaan saada tehoalue, joka vastaa ihannetapauksen aluetta, tarvitaan viivan A'B"C" tapainen vastuksen ominaiskäyrä.Referring to Figure 2 of the accompanying drawings, which is a resistance-temperature-curve, the preferred type of heater characteristic curve (curve ABC) has an ideal constant island response (indicated by a straight line AB) up to point T, and a resistance rising very rapidly (indicated by a straight line). BC) above the Tg point. Thus, the operating range, let's say its maximum value for approximately 0 current consumed, is that represented by the dashed lines intersecting the resistance-temperature curve at points B and D. The energy production of an ideal heater is not affected by temperature changes below the 9 63848 temperature, but by changes in its size. in a very narrow temperature range above the T point o. Unfortunately, as described above, very few if any PTC material actually has this ideal property. The nearest curve, which can usually be obtained with a practical heater, is shown by the lines AB'C '. If the maximum allowable power taken out of the electrical circuit is obtained by resisting at point A, then the operating range for self-limiting or "control" is obtained by the part of line B'C "between the dashed lines. It is obvious that the heater temperature varies much more under" controllable "conditions. in the latter case and the available power range in the "regulated" range is smaller than in the ideal case, if a power range corresponding to the ideal range is desired, a resistance characteristic curve such as line A'B "C" is required.

Viitaten jälleen kuvioon 2 käyrä AEF esittää osaa tyypin II PTC-materiaalin vastusominaiskäyrästä. Jos kuten edellisessä tapauksessa käyttötehoalue on määritetty katkovastusviioilla, voidaan helposti arvioida, että lämmittimen lämpötila vaihtelee käytössä melko laajoissa rajoissa riippuen termisestä kuormasta.Referring again to Figure 2, the curve AEF shows part of the resistance characteristic curve of the type II PTC material. If, as in the previous case, the operating power range is determined by intermittent resistance pins, it can be easily estimated that the temperature of the heater varies quite widely in use depending on the thermal load.

Vaikka kuten yllä mainittiin alalla aikaisemmin ymmärrettiin se huomattava etu, joka on lämmitinseoksen käytössä, jolla on tyypin I vas-tus-lämpötilakäyrä, monet seoksista, joihin alalla aikaisemmin on viitattu, osoittavat, käyttäytymistä, joka muistuttaa läheisemmin tyypin II tai jopa tyypin III käyttäytmistä. Optimaalinen (tyyppi I) ominaiskäyrä on vain rajoitetulla seosvalikoimalla ja on ollut olemassa kauan tiedostettu tarve keinolle modifioida seoksia, joilla on tyypin II tai III käyttäytyminen siten, että käyttäytymisestä tulee tyypin I kaltainen tai että se ainakin lähestyy paremmin sitä.Although, as mentioned above, the considerable advantage of using a heater mixture with a type I resistance-temperature curve was previously understood in the art, many of the compositions previously referred to in the art exhibit behavior more closely resembling type II or even type III behavior. The optimal (type I) characteristic is only with a limited range of mixtures and there has long been a recognized need for a means of modifying mixtures with type II or III behavior so that the behavior becomes type I or at least better approaches it.

Alan aikaisemmille PTC-nauhalämmittimille luonteenomainen lisäongelma on se, että kun halutaan lämmittää epäsäännöllisen muotoista alustaa, lämmitin on kiedottava alustan ympärille, mikä johtaa siihen, että tietyt nauhan osat kokonaan tai osittain peittävät toisia osia. Tämä päällekkäisyys saattaa aiheuttaa epäsäännöllisen lämmityksen.An additional problem characteristic of prior art PTC strip heaters is that when it is desired to heat an irregularly shaped substrate, the heater must be wrapped around the substrate, resulting in certain parts of the strip completely or partially covering other parts. This overlap may cause irregular heating.

Näin ollen on ilmeistä, että vaikka suuri joukko PTC-seoksia ja -rakenteita tunnetaan alalla entuudestaan, kaikilla tällaisilla seoksilla ja rakenteilla; ja itse asiassa kaikilla niiden ilmeisillä yhdistelmillä on vakavia puutteita, jotka voimakkaasti rajoittavat 63848 10 itsesäätävien PTC-lämmityselementtien käyttöä.Thus, it is apparent that while a large number of PTC alloys and structures are already known in the art, all such alloys and structures; and, in fact, all of their obvious combinations have serious shortcomings that severely limit the use of 63848 10 self-adjusting PTC heating elements.

Esillä olevan keksinnön mukaan aikaansaadaan edellä mainittua tyyppiä oleva kerrosrakenteinen vastuselementti, jolle on tunnusomaista, että toinen kerros on sähköistä vastusmateriaalia, jolla on pääasiallisesti vakiosuuruinen vastus (CW-kerros), ainakin ensimmäisen kerroksen anomalialämpötilan alapuolella, että ainakin osa ensimmäisen kerroksen pinnasta on kosketuksessa ainakin osaan toisen kerroksen pinnasta rajapintaa myöten, joka aikaansaa suoraan sähköisen ja termisen kosketuksen näiden välille, ja että elementti on lämmössä palautuva.According to the present invention, there is provided a layered resistance element of the above type, characterized in that the second layer is an electrical resistive material having a substantially constant resistance (CW layer) at least below the anomaly temperature of the first layer, that at least a portion of the first layer is in contact with at least a portion. from the surface of the second layer down to the interface which provides direct electrical and thermal contact between them, and that the element is heat recoverable.

Keksinnön eräälle suoritusmuodolle on tunnusomaista, että se on itseohjautuva lämmityselementti, joka käsittää mainitun ensimmäisen ja toisen kerroksen sisältävän laminaatin, ja että ainakin yksi pari elektrodeja on sovitettu niin, että kun elektrodien välillä on potentiaaliero, kulkee normaalilämpötilassa virta elektrodien välillä ainakin ensimmäisen kerroksen ja ainakin toisen kerroksen osan läpi.An embodiment of the invention is characterized in that it is a self-directing heating element comprising a laminate comprising said first and second layers, and that at least one pair of electrodes is arranged so that when there is a potential difference between the electrodes, a current flows between the electrodes and at least the second layer. through part of the floor.

On suositeltavaa, että virtatien pituus PTC-kerroksen läpi ei ylitä sen paksuutta (mitattuna kohtisuoraan elektrodien välistä viivaa vastaan) yli 50 %:lla ja mieluummin ei yli 20 %:lla. Lisäksi on edullista, että PTC-kerroksella on kaksi oleellisesti tasomaista pintaa, jotka voivat olla yhdensuuntaiset ja jotka kummatkin ovat ainakin osittain kosketuksessa CW-kerroksen pinnan kanssa.It is recommended that the length of the current path through the PTC layer does not exceed its thickness (measured perpendicular to the line between the electrodes) by more than 50% and preferably not more than 20%. It is further preferred that the PTC layer has two substantially planar surfaces, which may be parallel and both of which are at least partially in contact with the surface of the CW layer.

Eräässä toteutusmuodossa CW-kerroksen tai -kerrosten johtokyky on valittu siten, että materiaali, samalla kun se on riittävän resis-tiivinen kehittääkseen lämpöä, kun se liitetään sopivaan sähköläh-teeseen, on riittävän johtava toimiakseen myös elektrodimateriaali-na.In one embodiment, the conductivity of the CW layer or layers is selected so that the material, while sufficiently resistive to generate heat when connected to a suitable electrical source, is sufficiently conductive to also function as an electrode material.

Vaihtoehtoisesti elektrodi voi olla metallia, joka voi olla upotettu tai kosketuksessa joko PTC-kerroksen tai CW-kerroksen pinnan kanssa tai kosketuksessa jomman kumman (so. pinnalla, joka on syrjässä rajapinnalta) tai molempien pintojen kanssa niiden välisellä jakopinnalla. Elektrodi voi olla kudosta, punosta, hila (esim. sarja yhdensuuntaisia elektrodeja tai seula tai verkko) ja langan, nauhan tai kalvon muodossa. Se voi olla myös kuitu. Kun elementti on sijoitettava johtavalle alustalle, kuten metalliputkelle, alusta trol -S ♦-*;#» mi'ri<lA6*aa o>-> ^l/f ^ ^ 63848Alternatively, the electrode may be metal, which may be embedded or in contact with either the surface of the PTC layer or the CW layer, or in contact with either (i.e., a surface remote from the interface) or both surfaces at the interface between them. The electrode may be in the form of a fabric, braid, lattice (e.g., a series of parallel electrodes or a screen or mesh) and a wire, tape or film. It can also be fiber. When the element is to be placed on a conductive substrate such as a metal tube, the substrate trol -S ♦ - *; # »mi'ri <lA6 * aa o> -> ^ l / f ^ ^ 63848

Elementti voidaan päällystää yhdeltä tai useammalta tai kaikilta puolilta eristävllä kerroksella. Vaihtoehtoisesti tai lisäksi voi ainakin yhdelle pinnalle olla levitetty mieluummin lämpöaktivoitu liima- tai tiivistekerros. Joissakin toteutusmuodoissa CW-kerros voi palvella tätä tarkoitusta.The element can be coated on one or more or all sides with an insulating layer. Alternatively or in addition, a thermally activated adhesive or sealant layer may be applied to at least one surface. In some embodiments, the CW layer may serve this purpose.

Esineeseen sisältyvien kerrosten samoin kuin elektrodien materiaalia ja rakennetta on selostettu yksityiskohtaisesti kantahakemuksessa 752667, johon tässä yhteydessä viitataan.The material and structure of the layers contained in the article as well as the electrodes are described in detail in basic application 752667, which is incorporated herein by reference.

Esillä oleva keksintö käsittää myös menetelmän kyseessä olevan kerrosrakenteisen esineen valmistamiseksi, ja keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että alustamateriaali päällystetään lämmössä palautuvalla elementillä ,joka sisältää ainakin kaksi sähköisesti resistiivistä kerrosta, joista ensimmäisellä kerroksella on positiivinen vastuksen lämpötilakerroin (PTC) ja anomalia-lämpötila, jonka yläpuolella se on oleellisesti johtamaton, ja toisella kerroksella on oleellisesti muuttumaton vastus CW ainakin ensimmäisen kerroksen anomalialämpötilan alapuolella, ja että elementtiä lämmitetään palautumisen aikaansaamiseksi.The present invention also comprises a method of making the layered article in question, and the method of the invention is characterized in that the substrate material is coated with a thermally recoverable element comprising at least two electrically resistive layers, the first layer having a positive resistance temperature coefficient (PTC) and an anomaly temperature above it is substantially non-conductive, and the second layer has a substantially constant resistance CW at least below the anomaly temperature of the first layer, and that the element is heated to effect recovery.

PTC- ja CW-kerrosten ja elektrodien muoto ja sijaintisuhde ovat tiettyjen rajoitusten alaisia ja seuraavat vaatimukset on täytettävä: 1. Missä tahansa lämpötilassa ainakin osa virtavuosta vastakkai sen napaisuuden omaavien elektrodien välillä kulkee ainakin vähintään yhden PTC-kerroksen osan läpi ja myös ainakin vähintään yhden CW-kerroksen osan läpi. '-·· 2. PTC- ja CW-kerrosten välillä on sekä sähköinen että terminen kosketus (ja näin ollen kytkentä). Sähköiset ja termiset gradien-tit voivat olla yhdensuuntaiset tai ei-yhdensuuntaiset toistensa kanssa.The shape and position ratio of PTC and CW layers and electrodes are subject to certain restrictions and the following requirements must be met: 1. At any temperature, at least a portion of the current flow between electrodes of opposite polarity passes through at least one portion of the PTC layer and also at least one CW through part of the floor. '- ·· 2. There is both electrical and thermal contact (and hence coupling) between the PTC and CW layers. The electrical and thermal gradients may be parallel or non-parallel to each other.

Kuten jäljempänä yksityiskohtaisemmin esitetään, tietyillä elementeillä, jotka on valmistettu tämän keksinnön mukaisesti, on korkeampi anomalialämpötila kuin itse PTC-kerroksen luontainen Tg-piste. Elementin T -pistettä kutsutaan teholliseksi T -pisteeksi.As discussed in more detail below, certain elements made in accordance with this invention have a higher anomaly temperature than the intrinsic Tg point of the PTC layer itself. The T point of an element is called the effective T point.

S 5 12 63848S 5 12 63848

On edullista, että PTC-kerroksessa olevat termiset ja sähköiset gradientit ovat pääasiassa pitkin samaa viivaa tai akselia PTC-kerroksen Ts~pisteessä tai sen tai tehollisen Tg-pisteen yläpuolella, jos viimemainittu on korkeampi.It is preferred that the thermal and electrical gradients in the PTC layer are substantially along the same line or axis at the Ts ~ point of the PTC layer or above it or the effective Tg point, if the latter is higher.

3. Tg-pisteessä tai tehollisessa Ts-pisteessä tai niiden yläpuolella, jos viimemainittu on korkeampi maksimi virtavuon tie on se tie, jolla on minimi virtatien pituus PTC-kerroksen tai -kerrosten läpi, vaikkakin tällöin aikaansaadaan pitempi virta-tien pituus CW-kerroksen tai -kerrosten läpi.3. At or above the Tg point or the effective Ts point, if the latter is the higher maximum current flow path, it is the path with the minimum current path length through the PTC layer or layers, although this results in a longer current path length in the CW layer or layers. through the layers.

Elementin rakenne on tietyissä tapauksissa mieluummin sellainen, että virran suunnassa lyhin virtatie PTC-kerroksen läpi ei mittayksiköltään ylitä PTC-kerroksen maksimipaksuutta tasossa, joka on kohtisuorassa elektrodeja yhdistävää tasoa vastaan ja kohtisuorassa virtavuota vastaan, enempää kuin n. 50 % ja mieluummin enempää kuin n. 20 %.In certain cases, the structure of the element is preferably such that the shortest current path in the current direction through the PTC layer does not exceed the maximum thickness of the PTC layer in a plane perpendicular to the plane connecting the electrodes and perpendicular to the current flow by more than about 50% and preferably more than n. 20%.

Saman paksuus tarkoitetaan tässä käytettynä merkitsevän mittaa minkä tahansa kahden PTC-kerroksen pinnan välillä (sisä- ja ulkopinnan) , joka on pienimmän mitan dimensio. Useimmissa tämän keksinnön mukaisissa lämmitinrakenteissa virtavuo PTC-materiaalin läpi T -pisteessä tai sen yläpuolella on etupäässä kohtisuorassa PTC-The same thickness, as used herein, is intended to mean the dimension between the surface (inner and outer surface) of any two PTC layers, which is the dimension of the smallest dimension. In most heater structures of the present invention, the flow through the PTC material at or above the T point is predominantly perpendicular to the PTC

SS

ja CW-kerroksen välistä rajapintaa vastaan.and against the interface between the CW layer.

Keksintöä kuvataan nyt yksityiskohtaisemmin ainoastaan esimerkin vuoksi viitaten liitteenä oleviin piirroksiin, joissa:The invention will now be described in more detail, by way of example only, with reference to the accompanying drawings, in which:

Kuviot 1 ja 2, joita on jo selostettu, kuvaavat eri PTC-materiaa-lien vastus-lämpötilaominaisuuksia; kuviot 3-5 ovat perspektiivikuvia alan aikaisemmista rakenteista# joissa käytetään PTC-seoksia; kuviot 6-12, 13b ja 15-34 ovat perspektiivikuvia eri elementeistä, jotka on valmistettu keksinnön mukaisesti, tai palvelevat niiden kuvaamista ja selvittämistä; 13 63848 kuvio 13a on poikkileikkaus kuviossa 13b esitetystä toteutusmuodosta, kun taas kuvio 14 on poikkileikkaus kuviossa 15 esitetystä toteutusmuodosta; kuvio 35 esittää toteutusmuotoa, jossa itse asiassa kärki-elektrodeja on sijoitettu tietyin välein pitkin elementin pituutta; kuviot 36 ja 37 esittävät teho-lämpötilariippuvuutta tietyissä esimerkeissä kuvatuille tuotteille.Figures 1 and 2, which have already been described, illustrate the resistance-temperature properties of different PTC materials; Figures 3-5 are perspective views of prior art structures # using PTC alloys; Figures 6-12, 13b and 15-34 are perspective views of various elements made in accordance with the invention or serve to illustrate and explain them; 13 63848 Fig. 13a is a cross-sectional view of the embodiment shown in Fig. 13b, while Fig. 14 is a cross-sectional view of the embodiment shown in Fig. 15; Fig. 35 shows an embodiment in which, in fact, the tip electrodes are arranged at certain intervals along the length of the element; Figures 36 and 37 show the power-temperature dependence for the products described in certain examples.

Viitaten nyt tarkemmin kuvioihin 3-5 niissä esitetään erilaisia alan aikaisempia rakenteita, joissa käytetään PTC-seok-sia. Kuvio 3 esittää nauhalämmitintä, joka on samantapainen kuin se, joka on esitetty US-patentissa n:o 3 413 442, jossa ohuet hopeakalvot 1 ja 3 on sijoitettu PTC-materiaalin 2 molemmille puolille. Tämä ei ole tämän keksinnön mukaista, vaikkakin laminoitu rakenne esitetään, sillä PTC-kerrokseen rajoittuva materiaali on niin johtavaa, ettei se itse toimi lämmittime-nä.Referring now in more detail to Figures 3-5, various prior art structures using PTC alloys are shown. Figure 3 shows a strip heater similar to that disclosed in U.S. Patent No. 3,413,442, in which thin silver films 1 and 3 are placed on either side of the PTC material 2. This is not in accordance with the present invention, although a laminated structure is shown, as the material adjoining the PTC layer is so conductive that it does not itself act as a heater.

Kuvio 4 esittää US-patentin 3 243 753 mukaista nauhalämmitintä, jossa PTC-materiaalin 6 molemmilla reunoilla on johtavat hila-elektrodit 5 ja 7.Figure 4 shows a strip heater according to U.S. Patent 3,243,753, in which both edges of the PTC material 6 have conductive gate electrodes 5 and 7.

111 63848111 63848

Kuvio 5 esittää aikaisemmin ehdotettua nauhalämmitintä, jossa PTC-materiaalissa 10, jonka poikkileikkaus on dumbbell-kappaleen muotoinen, on johtavat lankaelektrodit 8 ja 9 sijoitettuna pitkin sen pituutta.Figure 5 shows a previously proposed strip heater in which a PTC material 10 having a dumbbell-shaped cross-section has conductive wire electrodes 8 and 9 disposed along its length.

Kääntyen nyt tämän keksinnön mukaisesti laadittujen rakenteiden puoleen kuvio 6 esittää PTC-kerrosta 11, johon rajoittuu tai osittain rajoittuu CW-lämmityskerros 12. Wattiluvultaan muuttumattoman kerroksen pinnalla on hilaelektrodi 13, kun taas toinen hilaelektrodi 14 rajoittuu PTC-kerroksen sille pinnalle, joka on kauimpana wattilu-vultaan muuttumattomasta kerroksesta 12.Turning now to the structures constructed in accordance with the present invention, Figure 6 shows a PTC layer 11 bounded or partially bounded by a CW heating layer 12. A wattage electrode 13 has a gate electrode 13 on its unchanged wattage layer, while a second gate electrode 14 abuts the furthest surface of the PTC layer. of the unchanged layer 12.

Kuviossa 7 suuri määrä nauhaelektrodeja 16, jotka on kytketty rinnan, on upotettu CW-kerrokseen 15· Vastaelektrodi 18 on jatkuva kalvo, joka on levitetty PTC-materiaalin 17 ulkopinnalle.In Fig. 7, a large number of strip electrodes 16 connected in parallel are embedded in the CW layer 15. · The counter electrode 18 is a continuous film applied to the outer surface of the PTC material 17.

Kuvio 8 esittää lisämuunnelmaa, jossa elektrodit 20 ja 22 ovat nauha-elektrodeja (elektrodien 20 ollessa rinnan tai sarjaan kytkettyjä ja elektrodien 22 samoin), elektrodien 20 ollessa kerrostettu PTC-kerroksen 21 ja CW-kerroksen 19 väliin. Tässä rakenteessa vastukseltaan alhainen CW-kerros on toivottava, koska gradienttipotentiaali pitkin kerrosten 21 ja 19 välistä jakopintaa pienenee.Figure 8 shows a further variant in which the electrodes 20 and 22 are strip electrodes (with the electrodes 20 connected in parallel or in series and the electrodes 22 as well), the electrodes 20 being sandwiched between the PTC layer 21 and the CW layer 19. In this structure, a low resistance CW layer is desirable because the gradient potential along the interface between the layers 21 and 19 decreases.

Kuvio 9 esittää samantapaista rakennetta kuin kuvio 6 hilaelektro-din 23 ollessa CW-kerroksen 24 päällä, joka puolestaan rajoittuu PTC-kerrokseen 25· Toinen elektrodi on kuitenkin hilaelektrodi, joka on kerrostettu PTC-kerroksen sisään.Fig. 9 shows a structure similar to Fig. 6 with the gate electrode 23 on the CW layer 24, which in turn is bounded by the PTC layer 25. However, the second electrode is a gate electrode deposited inside the PTC layer.

Viitaten kuvioon 10 CW-kerrokseen 27 on upotettu ensimmäinen elektrodien sarja 28, kun taas PTC-kerrokseen 29 on upotettu toinen elektrodien sarja 30.Referring to Fig. 10, a first set of electrodes 28 is embedded in the CW layer 27, while a second set of electrodes 30 is embedded in the PTC layer 29.

On ymmärrettävä, että kuvioissa 6-10 esitettyjä eri toteutusmuotoja voidaan käyttää tämän keksinnön mukaisesti missä tahansa yhdistelmässä. Tarkemmin sanoen kuvioissa 6 ja 9 esitettyjä hilaelektrodeja, kuviossa 7 esitettyjä kalvoelektrodeja tai kuviossa 8 esitettyjä nauhaelektrodeja voidaan käyttää missä tahansa näistä toteutusmuodoista ja kahden tai useamman erityyppisen elektrodin yhdistelmää voidaan käyttää annetussa rakenteessa. Ensimmäinen elektrodi voidaan sijoittaa CW-kerroksen päälle, upottaa CW-kerrokseen tai asettaa i 15 63848 CW-kerroksen ja PTC-kerroksen väliin, Toinen elektrodi voidaan sijoittaa PTC-kerrosten vastakkaiselle puolelle toisen CW-kerroksen päälle, sisään tai väliin tai PTC-kerroksen alle tai sen sisään.It is to be understood that the various embodiments shown in Figures 6-10 may be used in accordance with this invention in any combination. More specifically, the gate electrodes shown in Figures 6 and 9, the film electrodes shown in Figure 7, or the band electrodes shown in Figure 8 may be used in any of these embodiments, and a combination of two or more different types of electrodes may be used in a given structure. The first electrode can be placed on top of the CW layer, embedded in the CW layer or placed between the CW layer and the PTC layer. The second electrode can be placed on the opposite side of the PTC layers on top of, inside or between the second CW layer or under the PTC layer. or inside it.

Kuvio 11 esittää nauhaelektrodeja 32 ja 34, jotka on upotettu kahteen CW-kerrokseen 31 ja 35, PTC-kerroksen 33 ollessa kerrostettu elektro-di-CW-kerrosten väliin. Luonnollisesti kuten edellä esitettiin, elektrodilla voi olla hila-, kalvo- tai muu rakenne.Figure 11 shows strip electrodes 32 and 34 embedded in two CW layers 31 and 35 with the PTC layer 33 sandwiched between the electrode di-CW layers. Of course, as discussed above, the electrode may have a lattice, membrane or other structure.

Kuvio 12 esittää tämän keksinnön erikoistoteutusmuotoa, joka on havaittu hyödylliseksi T -arvon nostamiseen. Kuten edellä esitettiin,Figure 12 shows a special embodiment of the present invention which has been found to be useful for increasing the T value. As stated above,

SS

porrastamalla elektrodit siten, että virtatiellä on komponentti kerrosten poikki sen sijaan, että se olisi kohtisuoraan läpi, tehollista Ts-arvoa voidaan nostaa. Niinpä kuviossa 12 nauhaelektrodit 37 on porrastettu nauhaelektrodien 39 geometristen kohtisuorien projektioiden väliin, elektrodisarjojen 37 ja 39 ollessa upotettu CW-kerroksiin 36 ja 40 ja PTC-kerroksen 38 ollessa kerrostettu niiden väliin.by staggering the electrodes so that the current path has a component across the layers instead of being perpendicular through, the effective Ts value can be increased. Thus, in Figure 12, the strip electrodes 37 are staggered between geometric perpendicular projections of the strip electrodes 39, with the electrode arrays 37 and 39 embedded in the CW layers 36 and 40 and the PTC layer 38 interposed therebetween.

Kuviot 13a ja 13b ovat poikkileikkaus ja perspektiivikuvanto suositeltavasta toteutusmuodosta. Suuri määrä lankaelektrodeja 42 sarjaan kytkettyinä on upotettu CW-kerrokseen 41 ja samalla tavoin suuri määrä 45 kerrokseen 44, PTC-kerroksen 43 ollessa kerrostettu kerrosten 41 ja 44 väliin. Langat 42 ovat mieluummin kaikki oleellisesti yhteen suuntaan lankojen 45 ollessa toiseen suuntaan, joka on oleellisesti kohtisuorassa ensimmäistä vastaan. Edelleen koko kerrosrakenteella voi olla kiekon muoto, joka on erityisen hyvin sopiva lukuisiin lämmi-tyssovellutuksiin.Figures 13a and 13b are a cross-sectional and perspective view of a preferred embodiment. A large number of wire electrodes 42 connected in series are embedded in the CW layer 41 and similarly a large number 45 in the layer 44, the PTC layer 43 being sandwiched between the layers 41 and 44. Preferably, the wires 42 are all substantially in one direction with the wires 45 in a second direction substantially perpendicular to the first. Furthermore, the entire layer structure may have a disc shape, which is particularly well suited for a variety of heating applications.

Viitaten kuvioihin 14 ja 15 niissä esitetään kerrostettu rakenne, joka sopii erityisesti lämmön suhteen palautuvien kapselointituottei-den valmistukseen, kuten esitetään täydellisesti suomalaisessa patenttihakemuksessa nro 752666. Tätä tarkoitusta varten kerrokset ovat yleensä taipuisaa polymeerimateriaalia minkä tahansa tai kaikkien kerrosten ollessa tehty lämmössä palautuviksi. Lämmössä palautuvien elementtien ja niiden sovellutusten yksityiskohtasemman kuvauksen suhteen katso yllä mainittua hakemusta. Jos elementtiä on määrä käyttää sähköliitoksen tiivistämiseen käyttäen tämän keksinnön kerrosyhdistelmää, aikaansaadaan ulkokerros 46, joka voi olla eristysmateriaalia, joka voi olla lämmössä palautuvaa, mutta ei välttämättä tarvitse olla sitä. Seuraavana laminaatissa on CW-materiaali, 16 63848 johon on upotettu elektrodit 48, jotka voivat olla punottua, saha-maista tai kierteistä muotoa ja jotka on kytketty sarjaan teholähteeseen. Seuraavana on PTC-materiaalikerros 49, toisen elektrodien sarjan 51 ollessa upotettu toiseen CW-kerrokseen 50. Toinen eristävän materiaalin kerros 53, joka voi olla lämmössä palautuva, on sijoitettu lämmityskerrosten viereen ja tämän kerroksen 53 ulkopinnalla on liimakerros 54, joka on lämpöaktivoitu tämän keksinnön lämmitysele-mentillä.Referring to Figures 14 and 15, they show a layered structure which is particularly suitable for the production of heat-recoverable encapsulation products, as fully disclosed in Finnish Patent Application No. 752666. For this purpose, the layers are generally a flexible polymeric material with any or all layers made heat-recoverable. For a more detailed description of the heat recovery elements and their applications, see the above-mentioned application. If the element is to be used to seal an electrical connection using the layer combination of the present invention, an outer layer 46 is provided, which may be an insulating material, which may or may not be heat recoverable. Next, the laminate has a CW material 16 63848 embedded with electrodes 48, which may be braided, sawn or helical in shape, and connected in series with a power supply. Next, a PTC material layer 49, with a second set of electrodes 51 embedded in the second CW layer 50. A second layer 53 of insulating material, which may be thermally recoverable, is disposed adjacent to the heating layers and the outer surface of this layer 53 has an adhesive layer 54 thermally activated. -mentillä.

Viitaten nyt kuvioihin 16-34 mitä tahnasa muotoa olevia elektrodeja on merkitty viitenumeroilla 55 ja 56, CW-kerroksia on merkitty numeroilla 57 ja 58, PTC-kerroksia numeroilla 59 ja 60 ja johtavaa alustaa, esim. putkea numerolla 61.Referring now to Figures 16-34, the paste-shaped electrodes are denoted by reference numerals 55 and 56, the CW layers are denoted by 57 and 58, the PTC layers by 59 and 60, and the conductive substrate, e.g., a tube by 61.

Kuvio 16 edustaa toteutusmuotoa, jossa tietyn kerroksen dimensioita (esimerkiksi paksuutta) ja sen seurauksena CW- ja PTOkerrosten suhteellisia paksuuksia vaihdellaan paikallisesti tehontuotantotiheyden ja/tai tehollisen Tg-arvon muuttamiseksi. Kuvio 17 edustaa toteutus-muotoa, jossa PTC- ja/tai CW-kerros sisältää eri seoksia eri paikoissa wattitiheyden ja/tai tehollisen Tg-arvon muuttamiseksi.Figure 16 represents an embodiment in which the dimensions (e.g., thickness) of a particular layer and, consequently, the relative thicknesses of the CW and PTO layers are varied locally to change the power generation density and / or the effective Tg value. Figure 17 represents an embodiment in which the PTC and / or CW layer contains different mixtures at different locations to change the wattage and / or the effective Tg.

Kuvio 18 on poikkileikkaus toteutusmuodosta, jossa alusta, esimerkiksi metalliputki on osa sähköistä virtapiiriä, ts. se muodostaa yhden elektrodeista. Kuvio 19 edustaa toteutusmuotoa, jossa yksityiset kerrokset on kiedottu peräkkäin esineen ympärille, joka on tarpeen lämmittää kerrostetun lämmittimen muodostamiseksi itse paikalla. Kerrokset voidaan saattaa tarttumaan yhteen lämmittämällä joko ulkoisesti tai johtamalla niihin sähkövirtaa tai kerrokset voidaan muodostaa materiaaleista, jotka tarttuvat yhteen lämpötilassa, jossa esinettä käytetään. Tämä on esimerkki toteutusmuodosta, jossa saattaa olla erityisen hyödyllistä, että alusta muodostaa osan sähköisestä virtapiiristä. Kuviot 20-26 esittävät toista toteutusmuotojen ryhmää. Kuviossa 20 esitetyssä rakennemuunnoksessa elektrodilla 56 voi myös olla samankeskeinen kerros 60 PTC-materiaalia kuten elektrodille 55 on esitetty. Kuvioissa 23~25 esitetyt rakenteet ovat esimerkkejä läm-mittimistä, joissa johtuminen tehollisen Ts-pisteen alapuolella (riippuen PTC- ja CW-kerrosten suhteellisista resistiivisyyksistä) voi tapahtua pääasiassa PTC-kerroksen poikki elektrodien välillä. Kuitenkin kun PTC-kerros lämpenee sen T3-lämpötilan yläpuolelle, johtuminen tapahtuu pääasiassa tai lähes kokonaan toiselta elektrodil- π 6384 8 ta PTC-kerroksen paksuuden läpi lyhimmän mahdollisen tien kautta tältä elektrodilta wattiluvultaan muuttumattomaan kerrokseen ja sitten wattiluvultaan muuttumattoman kerroksen läpi toiselle elektrodille (jälleen mahdollisesti väliin tulevan PTC-kerroksen minimipak-suuden läpi).Fig. 18 is a cross-sectional view of an embodiment in which a substrate, for example a metal tube, is part of an electrical circuit, i.e. it forms one of the electrodes. Fig. 19 represents an embodiment in which the private layers are successively wrapped around an object that needs to be heated to form a layered heater in situ. The layers may be adhered together by either external heating or electrical conduction, or the layers may be formed of materials that adhere together at the temperature at which the article is used. This is an example of an embodiment in which it may be particularly useful for the substrate to form part of an electrical circuit. Figures 20-26 show another group of embodiments. In the construction shown in Fig. 20, the electrode 56 may also have a concentric layer 60 of PTC material as shown for the electrode 55. The structures shown in Figures 23-25 are examples of heaters where conduction below the effective Ts point (depending on the relative resistivities of the PTC and CW layers) can occur primarily across the PTC layer between the electrodes. However, when the PTC layer heats above its T3 temperature, conduction occurs mainly or almost entirely from the second electrode π 6384 8 ta through the thickness of the PTC layer through the shortest possible path from this electrode to the wattage unchanged layer and then through the wattage unchanged layer to the second electrode (again possibly through the minimum thickness of the intervening PTC layer).

Todetaan, että ’'pääasiallinen” virran kulku, johon tässä on viitattu, on yhteydessä tiehen, jota pitkin suurin virran "vuo” kulkee. Vaikka teoreettisesti tämä tie ei aina ole tarkalleen lyhin tie PTC-kerrok-sessa, koska jopa T -pisteessä tai sen yläpuolellakin loppuosa PTC-materiaalista kuljettaa jonkin osan virrasta, tämä osa voidaan jättää huomioonottamatta käytännön tarkoituksissa, esim. kuvion 2b tapaisessa rakenteessa, kuten piirroksessa esitetään virta kulkee käytännön syistä pääasiassa kohtisuoraan ylöspäin ja alaspäin PTC-kerroksen 59 läpi ja pitkin kerroksia 57 ja 58, vaikka on oltava olemassa hyvin pieni komponentti toista elektrodia kohti PTC-kerroksessa olevan pääasiallisen virran kulkutiellä. Tämä on riittävän pieni jätettäväksi huomioonottamatta käytännön tarkoituksiin.It is noted that the “main” current flow referred to here is related to the path along which the largest current “flux” flows, although in theory this path is not always exactly the shortest path in the PTC layer, because even at the T point or even above it, the remainder of the PTC material carries some part of the current, this part can be disregarded for practical purposes, e.g. in a structure such as Figure 2b, as shown in the drawing the current flows for practical reasons mainly perpendicularly up and down through the PTC layer 59 and along layers 57 and 58, although there must be a very small component per second electrode in the path of the main current in the PTC layer, this is small enough to be disregarded for practical purposes.

Kuviossa 25 esitetyssä rakennevaihtoehdossa kerros 59 voidaan jättää pois ja elektrodi 56 sijoittaa kosketukseen kerrosten 57 ja 58 kanssa erotettuna kauaksi elektrodista 55·In the construction alternative shown in Fig. 25, the layer 59 may be omitted and the electrode 56 placed in contact with the layers 57 and 58 separated from the electrode 55.

Kuviot 26 ja 27 kuvaavat toteutusmuotoja, joissa PTC-kerros rajoittuu vain osittain CW-kerrokseen. Olemme havainneet, että kun koko CW-pinta-alan sitä osaa, joka on kosketuksessa PTC-pinta-alan kanssa, pienennetään, ympäristön lämpötila, jossa tietyllä käyttöjännitteellä lämmitin rajoittaa tehontuotantoaah, laskee myös.Figures 26 and 27 illustrate embodiments in which the PTC layer is only partially limited to the CW layer. We have found that when the portion of the total CW surface area that is in contact with the PTC surface area is reduced, the ambient temperature at which the heater limits power output at a given operating voltage also decreases.

Kuvio 28 esittää toista kuviossa 21 esitetyn toteutusmodon muunnosta ja tässä kuvion 28 muunnoksessa voi olla yksi CW-kerros 57, joka on sijoitettu siihen missä kerros 59 on kuvattu, ja pari PTC-kerroksia 59 ja 60, jotka korvaavat esitetyt CW-kerrokset 57 ja 58.Fig. 28 shows another modification of the embodiment shown in Fig. 21, and this modification of Fig. 28 may have one CW layer 57 located where layer 59 is depicted and a pair of PTC layers 59 and 60 replacing the CW layers 57 and 58 shown. .

Kuviot 29 ja 30 esittävät lisämuunnoksia kerrostetusta peruslämmitti-mestä, jolla on sama yleinen muoto ja toimintatapa kuin kuvioissa 23-25-Figures 29 and 30 show further modifications of a layered basic heater having the same general shape and mode of operation as in Figures 23-25.

Kuviot 31 ja 32 esittävät muita kuviossa 12 esitetyn toteutusmuodon muotoja, joissa lämmittimen tehollinen Tg voi edullisesti olla eri kuin pelkän PTC-materiaälin T,;-arvo edellä kuvatulla tavalla.Figures 31 and 32 show other embodiments of the embodiment shown in Figure 12, in which the effective Tg of the heater may advantageously be different from the value T1 of the PTC material alone, as described above.

ia 63848and 63848

Kuviot 33 ja 31* osoittavat, kuinka hyödyllisiä kerrostettuja lämmittimiä voidaan muodostaa yhdistämällä suulakepuristuksella päällystettyjä lankoja, joiden päällysteillä on PTC- tai CW-ominaisuuksia.Figures 33 and 31 * show how useful layered heaters can be formed by combining extruded coated yarns with coatings having PTC or CW properties.

Viitaten nyt kuvioon 35, siinä esitetään vielä eräs elementti, joka on laadittu tämän keksinnön mukaisesti ja jossa johtimilla 55 ja 56, jotka käytössä ovat erinapaisia, on ympärillään samankeskinen eristys-kerros 62. Viitenumero 59 edustaa PTC-materiaalia ja 57 CVJ-materiaa-lia. Kerros 62 on epäjatkuva johtimen pinnalla siten, että kuten muodoltaan oleellisesti lineaarisessa pitkänomaisessa elementissä esitetään, eristesegmenttejä on poistettu jaksottain pitkin johtimen pituutta. Kuten voidaan nähdä, siellä missä eristys on poistettu, johdin on suoraan johtavassa kosketuksessa CW-materiaalin kanssa. Tällaiset kosketusalueet eivät kummallakaan elektrodilla ole vastapäätä toisiaan vaan itse asiassa vinottain vastapäätä pitkin elementin pituusakselia. Tämän toteutusmuodon etuna on, että välttämättä virran kulku napaisuudeltaan vastakkaisten elektrodien välillä ei tapahdu pelkästään elementin leveyden poikki, so. välimatkaa X, vaan itse asiassa virran on kuljettava välimatka Y niin että virtatie kulkee alaspäin osan elementin pituudesta. Pitkä virtatie on toivottava siinä mielessä, että se tekee mahdolliseksi käyttää vastukseltaan pientä CW-materiaalia (mikä tekee mahdolliseksi suurempien jännitteiden käytön) ilman, että se osoittaa pyrkimystä palaa. On luonnollista, että vaihtoehtoisia rakenteita, jotka varmistavat, että virta kulkee ainakin osittain alaspäin elementin pituutta pitkin, on helppo valmistaa. Esimerkiksi rakenteessa, jossa PTC-kerros on kerrostettu kahden CW-kerroksen väliin nauhaelektrodien ollessa sijoitettu CW-kerrosten ulkopinnalle; katkonainen eristyskerros voi olla sijoitettu kummankin wattiluvultaan muuttumattoman kerroksen ja sen pinnalle sijoitetun elektrodin väliin. Tai kun jatkuva eristyskerros on sijoitettu ulkopinnalle, elektrodit voivat vaihtoehtoisesti kulkea eristyskerroksen läpi ja koskettaa CW-kerrosta.Referring now to Figure 35, there is shown another element made in accordance with the present invention in which conductors 55 and 56, which are of different poles in use, have a concentric insulating layer 62 around them. Reference numeral 59 represents PTC material and 57 CVJ material. . The layer 62 is discontinuous on the surface of the conductor such that, as shown in a substantially linear elongate element, the insulating segments are periodically removed along the length of the conductor. As can be seen, where the insulation is removed, the conductor is in direct conductive contact with the CW material. Such contact areas are not opposite each other at the electrode but are in fact obliquely opposite along the longitudinal axis of the element. The advantage of this embodiment is that the current flow between electrodes of opposite polarity does not necessarily take place only across the width of the element, i. distance X, but in fact the current must travel a distance Y so that the current path runs down part of the length of the element. A long current path is desirable in the sense that it allows the use of low resistance CW material (which allows the use of higher voltages) without showing an tendency to burn. It is natural that alternative structures that ensure that the current flows at least partially downwards along the length of the element are easy to fabricate. For example, in a structure in which a PTC layer is sandwiched between two CW layers with strip electrodes disposed on the outer surface of the CW layers; the discontinuous insulating layer may be interposed between each of the wattage-constant layers and the electrode placed thereon. Or, when the continuous insulating layer is placed on the outer surface, the electrodes may alternatively pass through the insulating layer and contact the CW layer.

Seuraavat esimerkit kuvaavat keksintöä: tämän keksinnön mukaisesti laaditut elementit voidaan valmistaa monilla eri vanhastaan tunnetuilla tavoilla. Polymeerilämmittimiä varten yksityiset kerrokset voidaan suulakepuristaa erikseen ja sen jälkeen laminoida, sitoa tai muulla tavoin kiinnittää yhteen ja elektrodit upotetaan niihin suula-kepuristuksen tai laminoinnin aikana halutulla tavalla. Kerrokset voidaan muutoin tehdä kalanteroimalla tai koekstruusiolla ja elektrodit upotetaan niihin edellä mainitulla tavalla missä tahansa sopivass; 19 63848 operaation vaiheessa. Suositeltavaa menetelmää valmistaa tiettyä tämän keksinnön mukaista'lämmittimen toteutusmuotoa kuvataan yllä mainitussa suomalaisessa patenttihakemuksessa nro 752666.The following examples illustrate the invention: the elements made according to the present invention can be manufactured in many different ways known in the art. For polymer heaters, the private layers can be extruded separately and then laminated, bonded, or otherwise bonded together, and the electrodes embedded therein during extrusion or lamination as desired. The layers may otherwise be made by calendering or coextrusion and the electrodes embedded in them as above in any suitable manner; 19 63848 at the stage of the operation. A preferred method of making a particular embodiment of a heater according to the present invention is described in the above-mentioned Finnish Patent Application No. 752666.

Menetelmät ei-polymeeristen johtavien seosten laatimiseksi, jotka sopivat käytettäväksi tässä keksinnössä, esim. keraamiset seokset tai noella täytetty asbestipaperi, ovat alalla hyvin tunnettuja. Kerrokset voidaan kiinnittää toisiin kerroksiin sitomalla, hitsaamalla, liimaamalla tai muilla hyvin tunnetuilla menetelmillä, joilla säilytetään tai ylläpidetään johtava kosketus kerrosten välillä.Methods for preparing non-polymeric conductive compositions suitable for use in this invention, e.g., ceramic compositions or soot-filled asbestos paper, are well known in the art. The layers can be attached to the other layers by bonding, welding, gluing, or other well-known methods for maintaining or maintaining conductive contact between the layers.

Esimerkki 1Example 1

Valmistettiin kuviossa lk yleisesti esitetyn kaltainen laminaatti, jonka PTC-kerros oli esimerkissä 5 esitetyn seoksen 2 kaltainen ja wattiluvultaan muuttumaton kerros oli esimerkissä 3 esitetyn kaltainen, eristyskerroksen koostuessa polyeteenin ja alhaisstrUktuurisen, huonosti johtavan noen seoksesta. Liimakerros oli sulateliimaa, jonka rengas ja pallo-pehmenemislämpötila oli.H0°C. Laminaattia säteily-tettiin silloittumisen aikaansaamiseksi ennen päällystystä liimalla, kuumavenytettiin kohtisuoraan kierteisiä lankaelektrodeja vastaan ja jäähdytettiin. Venytetty kalvo käärittiin polyeteenivaippaisen puhelinkaapelin ympärille ja vastakkaiset päät sidottiin yhteen. Kun elektro-dilangat yhdistettiin 12 voltin lyijy-happoakkUun, laminaatti kutistui tasaisesti ja yhtenäisesti puhelinkaapelin päälle.A laminate as generally shown in Fig. 1k was prepared, with a PTC layer similar to that of the mixture 2 shown in Example 5 and a wattage-like layer similar to that shown in Example 3, the insulating layer consisting of a mixture of polyethylene and low-structure, poorly conductive carbon black. The adhesive layer was a hot melt adhesive having a ring and ball softening temperature of .0 ° C. The laminate was irradiated to effect crosslinking prior to coating with adhesive, hot stretched perpendicular to the helical wire electrodes, and cooled. The stretched film was wrapped around a polyethylene sheathed telephone cable and the opposite ends were tied together. When the electro-wires were connected to a 12-volt lead-acid battery, the laminate shrank evenly and uniformly over the telephone cable.

Esimerkki 2Example 2

Mitoiltaan 2,5 x 15,2 x 0,05 cm olevaa nauhaa, jonka vastakkaisille reunoille pitkin sen pituutta oli kiinnitetty kuparielektrodit ja joka koostui 70 5?:sta keskitiheyksistä polyeteeniä, 18 5?:sta eteeni/-etyyliakrylaattikopolymeeria ja 12 %:sta Cabot Corp.-yhtiön XC72 nokea, lämpökäsiteltiin 150°C:ssa tyhjössä 16 tuntia ja säteilytet-tiin sitten 20 Mrad:in annokseen saakka ja päällystettiin lämpötilaa ilmaisevalla maalilla (Templace 76°C:a osoittavalla maalilla). Elektrodit yhdistettiin 110 voltin vaihtovirtalähteeseen. Alle minuutissa valkoinen maali oli sulanut kapealle alueelle, jonka leveys oli suunnilleen 2,5^/25^ cm ja joka oli karkeasti yhtä kaukana elektrodien välillä, ns. ''kuurnana viivana". Iintalämpötilan kuuman viivan keskellä arvioitiin olevan lähellä 85°C, joka on juuri tämän erikoisseoksen T -pisteen yläpuolella. Alueet, jotka olivat vain 0,5A 2.5 x 15.2 x 0.05 cm strip with copper electrodes attached to opposite edges along its length and consisting of 70 5? Medium density polyethylene, 18 5? Ethylene / ethyl acrylate copolymer and 12% Cabot Corp.'s XC72 carbon black was heat treated at 150 ° C under vacuum for 16 hours and then irradiated to a dose of 20 Mrad and coated with a temperature indicating paint (Templace 76 ° C paint). The electrodes were connected to a 110 volt AC power source. In less than a minute, the white paint had melted into a narrow area about 2.5 ^ / 25 ^ cm wide and roughly equidistant between the electrodes, the so-called The mating temperature in the middle of the hot line was estimated to be close to 85 ° C, which is just above the T point of this special mixture. Areas that were only 0.5

OO

cm kuumasta viivasta, olivat alle 50°C. Tässä tilassa elementti syn- 20 63848 nytti oleellisesti kaiken tehonsa kuuman viivan alueelta. Samantapaisessa kokeessa, jossa elementti eristettiin, asetettiin veteen ja liitettiin teholähteeseen, havaittiin samanlainen "kuuma viiva".cm from the hot line, were below 50 ° C. In this state, the element synthesized substantially all of its power from the hotline region. In a similar experiment where an element was isolated, placed in water, and connected to a power supply, a similar "hot line" was observed.

Tämän jälkeen tämän esimerkin seoksesta valmistettiin laminoitu ydin, joka kerrostettiin CW-kerrösten väliin, jotka olivat nokitäytteistä silikonikumia, kummankin CW-kerroksen viedessä 20 AWG:n (halkaisijaltaan n. 0,081 cm) monisäikeisen kuparilangan keskikohtaansa. Elementti lämpeni tasaisesti n. 65°C:n yhtenäiseen pintalämpötilaan ilmassa ydinlämpötilan ollessa n. 80°C. Näin ollen PTC-kerroksen kerrostaminen wattiluvultaan muuttumattomien kerrosten väliin poisti kuuman viivan tästä PTC-seoksesta.The mixture of this example was then made into a laminated core sandwiched between CW layers of carbon black-filled silicone rubber, with each CW layer introducing 20 AWG (ca. 0.081 cm in diameter) of multi-stranded copper wire into its center. The element was uniformly heated to a uniform surface temperature of about 65 ° C in air with a core temperature of about 80 ° C. Thus, deposition of the PTC layer between the unchanged wattage layers removed the hot line from this PTC alloy.

Esimerkki 3Example 3

Valmistettiin sarja laminoituja lämmittimiä käyttäen wattiluvultaan muuttomatonta kerrosta, joka koostui 35 osasta etyleeni-propyleeni-kumia, 30 osasta etyleeni-vinyyliasetaatti-kopolymeeria ja 35 osasta nokea, ja PTC-ydinseosta, jota kuvataan alla olevassa taulukossa I, ja jossa noki dispergoitiin polypropeeniin ennen kuin TPR 1900-kumi sekoitettiin mukaan.A series of laminated heaters were prepared using a wattage-free layer consisting of 35 parts of ethylene-propylene rubber, 30 parts of ethylene-vinyl acetate copolymer and 35 parts of carbon black, and a PTC core mixture described in Table I below, in which the carbon black was dispersed in polypropylene before TPR 1900 rubber was mixed in.

TAULUKKO ITABLE I

Näyte n:o 1 2 3 4 5 6 TPR 1900 (termoplastinen 72,5 70,0 68,75 67,5 66,25 65,0 etyleeni-propyleenikumi, valm. Uniroyal Corporation)Sample No. 1 2 3 4 5 6 TPR 1900 (thermoplastic 72.5 70.0 68.75 67.5 66.25 65.0 ethylene-propylene rubber, manufactured by Uniroyal Corporation)

Profax 6524 (polypropee- 16,5 18,0 18,75 19,5 20,25 21,0- ni, valm. HerculesProfax 6524 (polypropylene- 16.5 18.0 18.75 19.5 20.25 to 21.0, manufactured by Hercules

Corporation) XC72 (Cabot Corp,- 11,0 12,0 ' 12,5 13,0 13,5 1*1,0 yhtiön noki) CW- ja PTC-materiaalit puristettiin hydraulisesti 200°C:ssa mitoiltaan 15,2 x 15,2 x 0,05 cm oleviksi laatoiksi yhden minuutin ajan ja lämmitinrakenteita, jotka sisälsivät PTC-kerroksen kerrostettuna kahden CW-kerroksen väliin, laminoitiin 200°C:ssa kaksi minuuttia ja lämpökäsiteltiin sitten 200°C:ssa 10 minuuttia ja säteilytettiin. Mitoiltaan 2,5 x 3,75 cm olevia lämmitinsegmenttejä leikattiin jokaisesta näytteestä ja mitoiltaan 2,5 x 0,635 cm olevat johtavathopeamaali-elektrodit maalattiin CW-kerrosten diagonaalisesti vastakkaiseen 2,5:en reunaan rajautuen, mikä johti samantapaiseen lämmitinrakentee-seen kuin kuviossa 12. Seoksen muutoksen vaikutus käynnistyssysäys-ja käyttövirran väliseen suhteeseen ja itsesäätävään lämpötilaan voi- 21 63848 daan nähdä käynnistyssysäyssuhteesta ja Tg-lämpötilasta taulukossa II alla:Corporation) XC72 (Cabot Corp, - 11.0 12.0 '12.5 13.0 13.5 1 * 1.0 company carbon black) CW and PTC materials were hydraulically pressed at 200 ° C with dimensions of 15.2 x 15.2 x 0.05 cm tiles for one minute and heater structures containing a PTC layer sandwiched between two CW layers were laminated at 200 ° C for two minutes and then heat treated at 200 ° C for 10 minutes and irradiated. 2.5 x 3.75 cm heater segments were cut from each sample and 2.5 x 0.635 cm conductive silver paint electrodes were painted bounded diagonally on the opposite 2.5 edge of the CW layers, resulting in a similar heater structure as in Figure 12. The effect of the change in the mixture on the ratio between the starting impulse and the operating current and on the self-regulating temperature can be seen from the starting impulse ratio and the Tg temperature in Table II below:

TAULUKKO IITABLE II

Laminaatin vas- φLaminate-

Nokimäärä tus huoneenläm- Käynnistyssysäys- isSoot control room temperature

Seos ytimessä, % pötilassa (ohm) suhde* (C>c)xxMixture in the core,% at temperature (ohm) ratio * (C> c) xx

Pelkkä ,„ c e oc PTC-ydin 12·5 ' 8 85 1 11 21 000 8 90 2 12 260 5 105 5 12,5 245 4,4 125 4 13 230 3,9 165 5 13,5 220 3,7 185 6 14 ’ 205 v } ' Määritelty Ts-lämpötilan vastuksen ja huoneenlämpötilan vastuksen suhteena.Plain, “ce oc PTC core 12 · 5 '8 85 1 11 21 000 8 90 2 12 260 5 105 5 12.5 245 4.4 125 4 13 230 3.9 165 5 13.5 220 3.7 185 6 14 '205 v}' Defined as the ratio of Ts-temperature resistance to room temperature resistance.

xx)pTC-materiaalin sulamispiste n. 165°C.xx) melting point of pTC material about 165 ° C.

Kuten käy ilmi pienehkö muutos PTC-materiaalin koostumuksessa pidettäessä CW-materiaali muuttumattomana voi merkittävästi muuttaa Ts~ pistettä ja käynnistyssysäyssuhdetta, kun niitä käytetään keksinnön mukaisesti kootussa lämmittimessä. Erityisesti Ts-pistettä voidaan muuttaa PTC-materiaalin sulamispisteen yläpuollelle. Sitäpaitsi kun PTC-materiaali, jonka Ts oli 85°C ja joka sisälsi 12,5 % nokea, kerrostettiin CW-kerrosten väliin, tehollinen Tg nousi 125°0:een, käyn-nistyssysäyssuhteen esittämän viimemainitun vastuslämpötilakäyrän ollessa paljon lähempänä tyypin I käyttäytymistä (jolla määritelmän mukaan on käynnistyssysäyssuhde 1).As can be seen, a slight change in the composition of the PTC material when the CW material is kept unchanged can significantly change the Ts ~ point and the starting impulse ratio when used in a heater assembled according to the invention. In particular, the Ts point can be changed above the melting point of the PTC material. In addition, when a PTC material with a Ts of 85 ° C and containing 12.5% carbon black was deposited between the CW layers, the effective Tg rose to 125 ° 0, with the latter resistance temperature curve represented by the starting impulse ratio being much closer to the type I behavior (with by definition there is a starting impulse ratio of 1).

Esimerkki 4Example 4

Esimerkissä 2 kuvatun koostumuksen omaava 0,063 cm paksu PTC-mate-riaalilaatta laminoitiin kahden 0,063 cm paksun CW-kerroksen väliin, joiden koostumus oli sama kuin esimerkin 3 CW-kerroksilla. Laminaat-tia lämpökäsiteltiin 150°C:ssa 16 tuntia ja säteilytettiin sitten n. 10 megaradin annokseen. Laminaatista leikatulla 2,5 cm:n neliömäisellä palalla, joka oli maalattu johtavalla hopeamaalilla CW-kerrosten koko ulkopinnoilta, so. samanlaisella perusrakenteella kuin kuviossa 11, havaittiin olevan Ts-arvo 70°C. Samanlaisella näytteellä, johon oli kiinnitetty kaksi 2,5 x 0,63 emin nauhaelektrodia wattilu-vultaan muuttumattoman kerroksen diagonaalisesti vastakkaisille taso- 22 6 3 8 4 8 pinnoille (yksi kummallekin kerrokselle) (so. samalla tavoin kuin kuviossa 12), havaittiin olevan T -arvo yli 90°C. Näin ollen on il-A 0.063 cm thick plate of PTC material having the composition described in Example 2 was laminated between two 0.063 cm thick CW layers having the same composition as the CW layers of Example 3. The laminate was heat treated at 150 ° C for 16 hours and then irradiated to a dose of about 10 megarads. A 2.5 cm square piece of laminate cut with conductive silver paint over the entire outer surfaces of the CW layers, i. a similar basic structure to that in Fig. 11 was found to have a Ts value of 70 ° C. A similar sample to which two 2.5 x 0.63 emi strip electrodes were attached to the diagonally opposite planar surfaces of the unattended layer (one for each layer) (i.e., similar to Figure 12) was found to have T value above 90 ° C. It is therefore

OO

meistä, että elektrodien sijoitus voi merkittävästi muuttaa tämän keksinnön mukaisten rakenteiden Tg-arvoja.that the placement of the electrodes can significantly alter the Tg values of the structures of this invention.

Esimerkki 5 PTC-seokset, joilla oli taulukossa III esitetty koostumus ja ominaisuudet, valmistettiin valssisekoituksella, puristettiin sitten hydraulisesti 0,025 cm paksuiksi laatoiksi ja säteilytettiin silloittumisen aikaansaamiseksi. Kerrostetut lämmittimet valmistettiin kerrostamalla PTC-kerros kahden CW-kerroksen väliin, joiden vastus oli 7 ohm-cm ja jotka oli valmistettu johtavasta silikonikumista (R 1515)» joka oli joko 0,025 tai 0,10 cm paksua.Example 5 PTC blends having the composition and properties shown in Table III were prepared by roller mixing, then hydraulically pressed into 0.025 cm thick slabs and irradiated to effect crosslinking. Layered heaters were prepared by depositing a PTC layer between two CW layers with a resistance of 7 ohm-cm and made of conductive silicone rubber (R 1515) »which was either 0.025 or 0.10 cm thick.

TAULUKKO IIITABLE III

Näyte Marlex 6003 Sterling SRPNS Annos 0,025 cm:n kalvon n:ot % % Mrad vastus ohm-cm 5-1 58 42 12 1,5 5-2 61 39 12 20 5-3 65 35 12 200Sample Marlex 6003 Sterling SRPNS Dose 0.025 cm membrane%% Mrad response ohm-cm 5-1 58 42 12 1.5 5-2 61 39 12 20 5-3 65 35 12 200

Kooltaan 2,5 x 0,63 cm:n elektrodit levitettiin, lämmitinsegmenttien ulkopinnoille kuten esimerkissä 4. Lämmitin asetettiin sitten päälle ja hyvään termiseen kosketukseen ruostumattoman teräslohkon kanssa, joka oli varustettu lämpömittarilla, ja asennettu lämpö säädetylle kuumalevylie, jolla lohkon lämpötilaa voitiin vaihdella. Lämmitin liitettiin jännitelähteeseen, jonka suuruus oli sellainen, että se O , synnytti n. 0,31 W/cm^ suunnilleen huoneenlämpötilassa. Lämmittimen tehontuotantoa ohjattiin, kun metalliloLkon lämpötila nousi. Tulosten suhteen kts. kuviota 36.Electrodes of 2.5 x 0.63 cm were applied to the outer surfaces of the heater segments as in Example 4. The heater was then placed on and in good thermal contact with a stainless steel block equipped with a thermometer and mounted on a heat controlled hot plate to vary the temperature of the block. The heater was connected to a voltage source of such a magnitude that it generated about 0.31 W / cm 2 at approximately room temperature. The power production of the heater was controlled when the temperature of the metal trap rose. See Figure 36 for results.

Kuvio 37 esittää kuinka teho/lämpötilakäyrä lämmittimellä, joka oli koottu 0,25 cm:n kerroksesta 5-2-seosta ja säteilyttämättömästä 0,025 cm:n kerroksesta wattiluvultaan muuttumatonta silikonia, vaihtelee elektrodirakenteen mukana. Säteilyttämättömät silikoniset vrattilu-vultaan muuttumattomat kerrokset valittiin, koska niiden vastus muuttuu hyvin vähän lämpötilan mukana ja näin ollen havaitut muutokset voidaan lukea geometristen vaikutusten ja PTC-kerroksen vastuksen muutosten ansioksi. Vertailtiin kolmea muotoa: A) jossa elektrodit peittivät koekappaleen koko ylä- ja alapinnan (so. samantapainen 23 63848 kuin kuvio 6 paitsi, että käytettiin kahta CW-kerrosta ja elektrodit olivat hopeamaalia, eivät verkkoa), B) jossa vastakkaiset hopeamaali-elektrodit mitoiltaan 0,63 cm x 2,5 cm asetettiin ylä- ja alapintojen poikki (kaksi molemmille puolille, elektrodien ollessa kummallakin puolilla 2,5 cm:n päässä toisistaan) ja C) jossa yhtä ylempää ja yhtä alempaa elektrodia 0,63 x 2,5 cm vaihdeltiin 2,5 cm:n välein porrastetussa rakenteessa. Kuviossa 37 esitetyt tehontiheys/lämpöti-lariippuvuudet näille kolmelle rakenteelle osoittavat, että teho/läm-pötilakäyrää voidaan muuttaa ratkaisevasti ja odottamattomalla tavalla elektrodirakenteen muutoksilla. Moniin tarkoituksiin kohdan C osoittama tehokäyrä on suositeltava ja kuvio 37 osoittaa, että valituilla seoksilla ja vastuksilla tämä voidaan saavuttaa vuorottelevalla tai sivusuunnassa harvennetulla elektrodirakenteella. Kuitenkin myös silloin kun elektrodit peittävät CW-kerroksen koko ylä- ja alapinnat, tyypin C käyrä voidaan saada sopivalla PTC- ja CW-kerroksen resistii-visyyden valinnalla, kuten kuviossa 36 esitetään, mikä osoittaa, että tyypin C käyrän saamiseksi PTC-kerroksen vastuksen huoneenlämpötilassa on oltava pienempi kuin CW-kerroksen vastuksen. Kuitenkin vuorottele-vasti, sivusuunnassa harvennetuilla elektrodeilla tyypin C tehokäy-rät saadaan valitsemalla PTC-kerros, jonka resistiivisyys on suurempi kuin CW-kerroksilla.Figure 37 shows how the power / temperature curve for a heater assembled from a 0.25 cm layer of 5-2 alloy and an unirradiated 0.025 cm layer of unchanged watt silicone varies with the electrode structure. Non-irradiated silicone inverted layers were chosen because their resistance changes very little with temperature and thus the observed changes can be attributed to geometric effects and changes in the resistance of the PTC layer. Three shapes were compared: A) where the electrodes covered the entire top and bottom surface of the specimen (i.e. similar to 23 63848 as in Figure 6 except that two layers of CW were used and the electrodes were silver paint, not mesh), B) where the opposite silver paint electrodes were 0 , 63 cm x 2.5 cm were placed across the top and bottom surfaces (two on each side, with the electrodes 2.5 cm apart on each side) and C) with one upper and one lower electrode 0.63 x 2.5 cm varied at 2.5 cm intervals in a staggered structure. The power density / temperature dependences shown in Fig. 37 for these three structures indicate that the power / temperature curve can be changed decisively and unexpectedly by changes in the electrode structure. For many purposes, the power curve shown in section C is recommended, and Figure 37 shows that with selected alloys and resistors, this can be achieved with an alternating or laterally thinned electrode structure. However, even when the electrodes cover the entire upper and lower surfaces of the CW layer, a type C curve can be obtained by appropriate selection of PTC and CW layer resistivity, as shown in Fig. 36, showing that to obtain a type C curve at room temperature. must be less than the resistance of the CW layer. However, alternately, with laterally thinned electrodes, type C power curves are obtained by selecting a PTC layer with a higher resistivity than the CW layers.

Esimerkki 6Example 6

Koottiin lämmittimet esimerkin 5 rakenteen A mukaisesti ja samoista seoksista kuin esimerkissä 5· Kuitenkin tietyissä koekappaleissa, kuten alla esitetään, CW-kerros oli 0,10 cm paksu. Lämmittimet testattiin asennettuna ruostumattomalle teräslohkolle esimerkissä 5 kuvatulla tavalla. Lohkon lämpötila, jossa lämmittimen kehittämä teho alkoi pudota, esitetään taulukossa IV. Tulokset osoittavat, että vaihtelemalla PTC- ja CW-kerrosten suhteellisia vastuksia, putoamis-lämpötilaa ja näin ollen T -pistettä voidaan vaihdella melko merkittä-Heaters were assembled according to the structure A of Example 5 and from the same mixtures as in Example 5. However, in certain test pieces, as shown below, the CW layer was 0.10 cm thick. The heaters were tested mounted on a stainless steel block as described in Example 5. The temperature of the block at which the power generated by the heater began to drop is shown in Table IV. The results show that by varying the relative resistances of the PTC and CW layers, the drop temperature and thus the T point can be varied quite significantly.

SS

västi.extent.

24 6384824 63848

TAULUKKO IVTABLE IV

Lämmittimen CVJ-kerroksen Tehon putoamis- Teho 23,9°C:ssa PTC-ydin paksuus, cm lämpötila, °C Teho 85°C:ssa 5-1 0,025 124 1,31 0,1 127 1,15 5-2 0,025 HO 1,06 0,1 113 1,06 5-3 0,025 77 1,27 0,1 80 1,30 5-2* 0,025 93 ** 0,1 80 PTC-kerros peittää 1/3 CW-kerroksesta ** PTC-kerros peittää 1/6 CW-kerroksestaHeater CVJ layer Power drop Power at 23.9 ° C PTC core thickness, cm temperature, ° C Power at 85 ° C 5-1 0.025 124 1.31 0.1 127 1.15 5-2 0.025 HO 1.06 0.1 113 1.06 5-3 0.025 77 1.27 0.1 80 1.30 5-2 * 0.025 93 ** 0.1 80 The PTC layer covers 1/3 of the CW layer ** The PTC layer covers 1/6 of the CW layer

Erityinen etu paksummista, so. vastukseltaan suuremmista CW-kerrok-sista on se, että vastuksen vaihtelut PTC-kerroksessa eivät niin suuresti vaikuta tehontuotantoon, so. tehontuotannossa on vähemmän lämpö-tilavaihtelua. Tällä tavoin voidaan käyttää PTC-kerrokseen erittäin kiteistä, molekyylipainoltaan korkeaa polymeeriä, jossa on erittäin strukturoitua nokea, (tällaiset yhdistelmät antavat toivottavan käyttäytymisen, likimäärin tyypin I, mutta osoittavat saadun vastuksen äärimmäistä herkkyyttä käsittelylle ja termiselle historialle). Yhdistämällä tällaiset seokset CW-kerroksiin, joilla on paljon korkeampi resistiivisyys ja jotka voidaan valmistaa kiteisyydeltään alhaisten tai amorfisten polymeerien ja keski- tai suurstruktuurinokien seoksista (joilla saadaan resistiivisyydet, jotka ovat vähemmän herkkiä käsittelylle tai termiselle historialle), voidaan saada aikaan lämmitin, jolla on paljon suurempi yhtenäisyys, toistettavuus ja toiminnallinen käyttökelpoisuus kuin tähän saakka on ollut käytettävissä.A special advantage of thicker, i.e. one of the higher resistance CW layers is that the variations of the resistance in the PTC layer do not affect the power production so much, i. there is less heat-space variation in power generation. In this way, a highly crystalline, high molecular weight polymer with highly structured carbon black can be used for the PTC layer (such combinations give the desired behavior, approximately type I, but show the extreme sensitivity of the resulting resistance to treatment and thermal history). By combining such blends with CW layers with much higher resistivity, which can be made from blends of low or amorphous polymers and medium or high structure nipples (giving resistances that are less sensitive to treatment or thermal history), a heater with a high greater coherence, repeatability, and functional usability than has hitherto been available.

Kuten yllä mainittiin toimivan lämmittimen tärkeä piirre on huoneenlämpötilan vastuksen ja halutun käyttölämpötilan vastuksen välinen suhde. Tämä suhde on verrannollinen käynnistyssysäyssuhteeseen, mutta ei ole identtinen sen kanssa. Sitäpaitsi tämän vastussuhteen alemmat arvot osoittavat myös parempaa lähestymistä tyypin I vastusominais-käyrään. Tässä esimerkissä kuvatuille lämmittimille pidetään käyttöaluetta 85°C:n läheisyydessä optimina. Alhaisten suhteiden saamiseksi suositellaan PTC- ja CW-kerrosten välisiä ominaisvastussuhteita (24°C:ssa) välillä n. 0,1:1 - 20:1 (tarkan suhteen riippuessa kerrosten suhteellisesta paksuudesta), suhteiden välillä 1 ja 10 ollessa erityisen suositeltavia.As mentioned above, an important feature of a functioning heater is the relationship between the room temperature resistance and the desired operating temperature resistance. This ratio is proportional to, but not identical to, the start-to-impulse ratio. In addition, lower values of this resistance ratio also indicate a better approach to the type I resistance characteristic curve. For the heaters described in this example, the operating range near 85 ° C is considered optimal. To obtain low ratios, specific resistivity ratios (at 24 ° C) between the PTC and CW layers between about 0.1: 1 and 20: 1 (with the exact ratio depending on the relative thickness of the layers) are recommended, with ratios between 1 and 10 being particularly preferred.

25 6384825 63848

Esimerkki 7Example 7

Valmistettiin edellisessä esimerkissä esitetyllä tavalla PTC-mate-riaaleja, joilla oli taulukossa V annetut koostumukset. Niiden seosten 0,05 cm paksut laatat laminoitiin kahden 0,05 cm:n laatan väliin, jotka olivat seosta, jossa oli 20 % Black Pearls-nokea Silastic 437“ massassa (resistiivisyys 400 ohm-cm), ja laminaatteja säteilytettiin sitten 12 Mrad:illa ionisoivaa säteilyä silloittumisen aikaansaamiseksi niiden läpi.PTC materials having the compositions given in Table V were prepared as described in the previous example. 0.05 cm thick tiles of the blends were laminated between two 0.05 cm tiles of a blend of 20% Black Pearls Soot in a Silastic 437 ′ ′ pulp (resistivity 400 ohm-cm) and the laminates were then irradiated with 12 Mrad: ionizing radiation to cause crosslinking through them.

TAULUKKO VTABLE V

Näyte Marlex 6003 SRF-NS PTC-kerroksen resis- Tehokäyrän tyyppi n:ot (%) (%) tiivisyys, ohm-cm (kuvio 35)Sample Marlex 6003 SRF-NS PTC Layer Resis- Power Curve Type No. (%) (%) Density, ohm-cm (Figure 35)

7-1 58 42 100 B7-1 58 42 100 B

7-2 60 40 240 C, mutta jonkin ver ran poikkeamista lähellä huoneenlämpötilaa 7-3 62 38 400 Erittäin hyvä C-tyyppi Tämä esimerkki osoittaa, kuinka tehokäyrän muotoa voidaan muutella valitsemalla PTC- ja CW-kerroksille sopivat resistiivisyyssuhteet.7-2 60 40 240 C, but some deviation near room temperature 7-3 62 38 400 Very good type C This example shows how the shape of the power curve can be changed by selecting the appropriate resistivity ratios for the PTC and CW layers.

Teho-lämpötilariippuvuus on luonnollisesti sopusoinnussa lämpötila- vastusriippuvuussuhteen kanssa kaavan P = I R tai P = kanssa.The power-temperature dependence is, of course, consistent with the temperature-resistance relationship with the formula P = I R or P =.

T? C-niminen käyrä on lähellä odotettua ihannetapausta lämmittimellä, jonka vastuslämpötilakäyrä on tyyppiä I.T? The curve called C is close to the expected ideal with a heater with a type I resistance temperature curve.

Esimerkki 8Example 8

Kaksi 30 cm pitkää ohuen nauhalämmittimen osaa, jotka oli valmistettu US-patentin n:o 3 861 029 mukaisesti ja joiden PTC-ytimen koostumus oli samanlainen kuin esimerkissä 1 käytetty, ja jotka oli muotoiltu kuten kuviossa 5 (0,8 cm leveät), kiinnitettiin alumiinilohkoon, jota pidettiin l8°C:ssa kiertovedellä. Kummankin lämmitinkappaleen toinen puoli maalattiin lämpötilaa ilmaisevalla maalilla. Kappaleisiin syötettyä jännitettä vaihdeltiin niiden tehontuotannon nostamiseksi hitaasti. Toisen kappaleen vastus oli 488 ohm/m, Tätä kappaletta voitiin käyttää jopa n. 5*48 W/m:n teholla ilman kuumaviivan muodostumista, mutta ytimen toimiessa sen T3-lämpötilan alapuolella. Noin 6,1 W/m:n tehontuotannolla, jolla tehotasolla ydin lämpeni Tg-pisteeseensä, muodostui kuumaviiva. Toista lämmitinkappaletta, jonka vastus oli n. 8080 ohm/m, voitiin samalla tavoin käyttää n. 4,88 W/m:n teholla ilman kuumaviivan muodostumista, mutta kuumaviiva muodostui, kun toimittiin yli n. 6,1 W/m:n teholla. Yritykset käyttää 26 6 3 8 4 8 näitä molempia lämmittimiä suuremmilla jännitetasoilla johtivat samanaikaisiin virran laskuihin niin, että koeolosuhteissa nämä lämmittimet eivät kuluttaneet enempää kuin n. 9,3 W/m ja niiden maksimiteho näissä olosuhteissa oli n. 0,15 W/cm2. Näin ollen yritykset käyttää nauhalämmitintä suuremmilla tehotasoilla kuin n. 0,08 W/cm2 johtivat kuumaviivan muodostumiseen.Two 30 cm long thin strip heater parts made in accordance with U.S. Patent No. 3,861,029 and having a PTC core composition similar to that used in Example 1 and shaped as shown in Figure 5 (0.8 cm wide) were attached. to an aluminum block maintained at 18 ° C with circulating water. The other side of each heater body was painted with a temperature indicating paint. The voltage applied to the pieces was varied to slowly increase their power output. The resistance of the second body was 488 ohm / m. This body could be operated with a power of up to about 5 * 48 W / m without the formation of a hotline, but with the core operating below its T3 temperature. At a power output of about 6.1 W / m, at which power level the core warmed to its Tg point, a hotline formed. The second heater body, with a resistance of about 8080 ohms / m, could similarly be operated at a power of about 4.88 W / m without the formation of a hotline, but the hotline was formed when operating at a power of more than about 6.1 W / m . Attempts to use 26 6 3 8 4 8 both heaters at higher voltage levels resulted in simultaneous current drops so that under the experimental conditions these heaters did not consume more than about 9.3 W / m and their maximum power under these conditions was about 0.15 W / cm2. Thus, attempts to use a strip heater at power levels higher than about 0.08 W / cm2 resulted in the formation of a hotline.

Esimerkki 9Example 9

Valmistettiin kerrostettu lämmitin, jossa PTC-kerroksen (0,075 cm paksu) koostumus oli 47 %Marlex 6003-polyeteeniä, 5 % Epsyn 5508:a (modifioitu etyleeni-propyleenidieenikumi) ja 48 % Sterling SRF-NS:ä (noki). Kaksi 0,15 cm paksua CW-kerrosta, joiden koostumus oli 6OJK Elvaz 250:a (etyleeni-vinyyliasetaattikopolymeeri) ja 40 % Cabot XC 72:a (noki) ja joihin oli upotettu 0,95 cm leveät ja 0,95 cm:n päässä toisistaan olevat litistetyt punoslankaelektrodit (kaikkiaan kolme molempiin CW-kerroksiin), levitettiin PTC-kerroksen molemmille puolille niin, että elektrodit olivat vastapäätä toisiaan, so. samalla tavoin kuin kuviossa 11 paitsi, että elektrodit olivat punottuja nauhojen sijasta. Lämmittimen mitat olivat 7,5 x 15 cm elektrodien kulkiessa pitkin pitkää sivua ja napaisuudeltaan vastakkaisten elektrodien ulottuessa polymeerikerrosten yli lämmittimen vastakkaisissa päissä. Kerrokset laminoitiin varovasti yhteen ja elementtiä pidettiin sitten 200°C:ssa 10 minuuttia mahdollisen jännityksen poistamiseksi, jäähdytettiin sitten ja säteilytettiin 12 Mradin annokseen käyttäen ko-boltti^°-gammasäteitä elementin ollessa suljettu typpeä sisältävään säiliöön. Lämmitin kerrostettiin 0,025 cm paksujen eristyskerrosten väliin, jotka koostuivat matalatiheyksisestä polyeteenistä ja puristettiin lujasti jäähdytettyyn alumiinilohkoon kuten dellisessä esimerkissä ja lämpötilaa ilmaisevaa maalia levitettiin lämmittimen yläpinnalle. Napaisuudeltaan vastakkaiset elektrodit yhdistettiin 12 V:n akkuun. Lämmitin kulutti yli 70 A lämmetessään, so. yli 5,4 W/cm . Muutaman minuutin aikana lämmitin stabiloitiin yli 20 A:n virralle, so. yli 15,5 W/cm2:in. Lopulta alumiinilohko alkoi lämmetä huolimatta käytetystä jäähdytyksestä ja lämmittimen PTC-kerros lämpeni Tg-pis-teeseensä (n. 120°C). Lämpötilaa ilmaiseva maali suli tämän viimeisen vaiheen aikana alkaen keskeltä ja edeten nopeasti ja tasaisesti reunoille. Tässä lopputilassa lämmitin piti itsensä lämpötilassa, joka oli hyvin lähellä sen Ts-pistettä ja kulutti n. 10 amperia, so. sen lämmöntuotanto oli n. 7,1 W/cm2, kun alumiinilohko korvattiin termisesti eristävän materiaalin laatalla. Virta laski paljon alle yhden amperin, so. alle 0,67 W/cm2:in lämmit- 27 63848 timen lämpötilan ollessa yhä hyvin lähellä T -pistettä ja lämmitti-men koko pinnan ollessa suunnilleen tässä lämpötilassa. Näin ollen on ilmeistä, että tämän keksinnön mukainen lämmitin voi toimia suurilla tehontuotannoilla ^-lämpötiloissa, jotka ovat selvästi yli 100°C, ilman kuumaviivan muodostumista.A layered heater was prepared in which the composition of the PTC layer (0.075 cm thick) was 47% Marlex 6003 polyethylene, 5% Epsyn 5508 (modified ethylene-propylene diene rubber) and 48% Sterling SRF-NS (carbon black). Two 0.15 cm thick CW layers of 6OJK Elvaz 250 (ethylene-vinyl acetate copolymer) and 40% Cabot XC 72 (carbon black) embedded 0.95 cm wide and 0.95 cm thick. spaced apart flattened braided wire electrodes (three in total on both CW layers) were applied to both sides of the PTC layer so that the electrodes were opposite each other, i. in the same manner as in Fig. 11 except that the electrodes were braided instead of strips. The dimensions of the heater were 7.5 x 15 cm with the electrodes running along the long side and the electrodes of opposite polarity extending over the polymer layers at opposite ends of the heater. The layers were gently laminated together and the element was then held at 200 ° C for 10 minutes to remove any tension, then cooled and irradiated to a 12 Mrad dose using cobalt ^ ° gamma rays with the element sealed in a nitrogen containing container. The heater was sandwiched between 0.025 cm thick insulating layers of low density polyethylene and pressed firmly into a cooled aluminum block as in the previous example and a temperature indicating paint was applied to the top surface of the heater. Electrodes of opposite polarity were connected to a 12 V battery. The heater consumed more than 70 A when heating, i.e. more than 5.4 W / cm. Within a few minutes, the heater was stabilized to a current of more than 20 A, i.e. more than 15.5 W / cm2. Eventually, the aluminum block began to heat despite the cooling used and the PTC layer of the heater warmed to its Tg point (ca. 120 ° C). During this last stage, the temperature-indicating paint melted, starting in the middle and proceeding rapidly and evenly to the edges. In this final state, the heater kept itself at a temperature very close to its Ts point and consumed about 10 amps, i.e. its heat output was about 7.1 W / cm2 when the aluminum block was replaced with a plate of thermally insulating material. The current dropped much below one ampere, i.e. with a heater temperature below 0.67 W / cm2, the temperature of the heater still being very close to the T point and the entire surface of the heater being approximately at this temperature. Thus, it is apparent that the heater of this invention can operate at high power outputs at temperatures well above 100 ° C without the formation of a hotline.

Todetaan, että viittaus tässä yhteydessä PTC-kerrokseen, joka ön tai tulee oleellisesti johtamattomaksi, on suhteessa CW-kerroksen sähköisiin ominaisuuksiin. Ei ole asiallista antaa tällaisille ominaisuuksille absoluuttiarvoja, sillä ne riippuvat muiden tekijöiden ohella eri kerrosten suhteellisista rakenteista, mutta esimerkiksi kuviossa 23 esitetyssä yksinkertaisessa laminaatissa niin pian kuin PTC-kerros ylittää anomalialämpötilansa sähkövuon tiheys CW-kerroksen läpi on moninkertaisesti vuon tiheys PTC-kerroksen läpi missä tahansa laminaatin osassa, jossa nämä kaksi kerrosta ovat sähköisesti yhdensuuntaiset. On edullista, että kun nämä kaksi kerrostyyppiä ovat sähköisesti yhdensuuntaiset, virran määrä, joka kulkee CW-kerroksen läpi, on vähintään 10 ja mieluummin 25 kertaa PTC-kerroksen läpi kulkeva virta sen anomalialämpötilan yläpuolella, vaikka tietyissä tapauksissa, esimerkiksi jos elementti on suhteellisen suuren lämpövajoaman läheisyydessä, alemmat suhteet kuten 5 tai sen alle voivat olla riittävät .It is noted that the reference in this context to a PTC layer that becomes or becomes substantially non-conductive is proportional to the electrical properties of the CW layer. It is not appropriate to give absolute values to such properties, as they depend, among other factors, on the relative structures of the different layers, but in the simple laminate shown in Figure 23, for example, as soon as the PTC layer exceeds its anomaly temperature in the part of the laminate where the two layers are electrically parallel. It is preferred that when the two layer types are electrically parallel, the amount of current flowing through the CW layer is at least 10 and preferably 25 times the current flowing through the PTC layer above its anomaly temperature, although in certain cases, e.g. in the vicinity, lower ratios such as 5 or less may be sufficient.

Claims (9)

1. Skiktat elektriskt motständselement, vilket dä det uppnär en förhöjd temperatur väsentligen avbryter strömmen genom elemen-tet, särskilt ett självreglerande uppvärmningselement, vilket om-fattar ett första, elektriskt motständ uppvisande skikt (11, 21, 25, 33, 38, 43, 45, 49, 60) med positiv temperaturkoefficient för motständet (PTC-skikt) samt med en anomalitemperatur (Tg) ovanför vilken det är väsentligen ickeledande, samt ätminstone ett andra skikt (12, 15, 19, 24, 31, 35, 36, 40, 41, 44, 47, 50, 57, 58), kännetecknat av att det andra skiktet utgörs av elektriskt motständsmaterial som har huvudsakligen konstant motständ (CW-skikt), ätminstone under det första skiktets anomalitemperatur (T ), att ätminstone en del av det första skiktets yta stär 5 i beröring med ätminstone en del av det andra skiktets yta utmed en gränsyta som ästadkommer en direkt elektrisk och termisk för-bindelse mellan dessa, och att elementet är värmerestituerbart.A layered electrical resistance element which, when it reaches an elevated temperature, substantially interrupts the current through the element, in particular a self-regulating heating element, which comprises a first, electrically resistant layer (11, 21, 25, 33, 38, 43). 45, 49, 60) with a positive temperature coefficient of resistance (PTC layer) and with an anomaly temperature (Tg) above which it is substantially nonconductive, and at least a second layer (12, 15, 19, 24, 31, 35, 36, 40, 41, 44, 47, 50, 57, 58), characterized in that the second layer consists of electrical resistance material having substantially constant resistance (CW layer), at least below the anomaly temperature (T) of the first layer, that at least some of the of the first layer surface 5 in contact with at least a portion of the second layer surface along an interface providing a direct electrical and thermal connection therebetween, and the element being heat-returnable. 2. Element enligt patentkravet 1, kännetecknat av att det utgörs av ett självreglerande uppvärmningselement som om- fattar ett laminat innehällande ätminstone det första och det andra skiktet, och att ätminstone ett par elektroder (13, 14, 16, 18, 20, 22, 23, 26, 29, 30, 32, 34, 37, 39, 42, 45, 48, 51, 55, 56) anpassats sä, att dä en potentialskillnad föreligger mellan elektro-derna vid normaltemperatur en Ström gär mellan elektroderna genom ätminstone en del av det första skiktet och ätminstone en del av det andra skiktet.Element according to claim 1, characterized in that it consists of a self-regulating heating element comprising a laminate containing at least the first and second layers, and at least a pair of electrodes (13, 14, 16, 18, 20, 22). 23, 26, 29, 30, 32, 34, 37, 39, 42, 45, 48, 51, 55, 56) are adjusted so that when there is a potential difference between the electrodes at normal temperature a current is preferred between the electrodes by part of the first layer and at least part of the second layer. 3. Element enligt patentkravet 1, kännetecknat av att det första skiktet är anslutningsbart tili en elektrisk kraft-källa sä att elektrisk Ström gär genom ätminstone en del av det första skiktet och det andra skiktet, varvid skikten anordnats sä, att vid högre temperaturer där (A) motständet hos det första skiktet överstiger motständet hos det andra skiktet eller (B) det första skiktets anomalitemperatur, strömmen huvudsakligen följer en väg vars längd genom det första skiktet i ingen händelse överstiger tjockleken av det andra skiktet med mera än 50 %.Element according to claim 1, characterized in that the first layer is connectable to an electric power source such that electric current passes through at least part of the first layer and the second layer, the layers being arranged so that at higher temperatures there ( A) the resistance of the first layer exceeds the resistance of the second layer or (B) the anomaly temperature of the first layer, the current mainly follows a path whose length through the first layer does not in any case exceed the thickness of the second layer by more than 50%. 4. Element enligt patentkraven 1-3, kännetecknat av att det omfattar ett skikt (33, 43, 49) av PTC-material inpas-sat mellan tvenne skikt (31, 35, 36, 40, 41, 44) av CW-material.Element according to claims 1-3, characterized in that it comprises a layer (33, 43, 49) of PTC material interposed between two layers (31, 35, 36, 40, 41, 44) of CW material .
FI783067A 1974-09-27 1978-10-09 SKIKTAT ELEKTRISKT MOTSTAONDSELEMENT SAMT ANVAENDNING AV DETSAMMA FOER OEVERDRAGNING AV EN UNDERLAGSYTA FI63848C (en)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US51003674A 1974-09-27 1974-09-27
US51003674 1974-09-27
US05/601,638 US4177376A (en) 1974-09-27 1975-08-04 Layered self-regulating heating article
US60163875 1975-08-04
FI752667A FI65522C (en) 1974-09-27 1975-09-23 SKIKTAT SJAELVREGLERANDE UPPVAERMNINGSFOEREMAOL
FI752667 1975-09-23

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI783067A FI783067A (en) 1978-10-09
FI63848B true FI63848B (en) 1983-04-29
FI63848C FI63848C (en) 1983-08-10

Family

ID=27240957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI783067A FI63848C (en) 1974-09-27 1978-10-09 SKIKTAT ELEKTRISKT MOTSTAONDSELEMENT SAMT ANVAENDNING AV DETSAMMA FOER OEVERDRAGNING AV EN UNDERLAGSYTA

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI63848C (en)

Also Published As

Publication number Publication date
FI63848C (en) 1983-08-10
FI783067A (en) 1978-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI65522B (en) SKIKTAT SJAELVREGLERANDE UPPVAERMNINGSFOEREMAOL
US4543474A (en) Layered self-regulating heating article
US4330703A (en) Layered self-regulating heating article
US4654511A (en) Layered self-regulating heating article
EP0202896B1 (en) Electrical sheet heaters
EP0417097B1 (en) Heating element and method for making such a heating element
US4845343A (en) Electrical devices comprising fabrics
US4017715A (en) Temperature overshoot heater
CA2051334C (en) Switch controlled, zone-type heating cable and method
JP2704430B2 (en) Electric heating cable and method of assembling the same
CN1148996C (en) Electrical heating device and resettable fuses
KR100337609B1 (en) Sheet heater of carbon-fiber paper containing ceramic materials
US4246468A (en) Electrical devices containing PTC elements
US4314145A (en) Electrical devices containing PTC elements
EP0312204A2 (en) Conductive polymeric conduit heater
CA1233911A (en) Laminar conductive polymer devices
FI63848B (en) SKIKTAT ELEKTRISKT MOTSTAONDSELEMENT SAMT ANVAENDNING AV DETSAMMA FOER OEVERDRAGNING AV EN UNDERLAGSYTA
KR102742832B1 (en) PPTC heaters and materials with stable power and self-limiting behavior
KR101940396B1 (en) A film heater and manufactu ring method thereof for preventing winter damage of water pipe
US5432323A (en) Regulated electric strip heater
KR790001972B1 (en) Articles having a positive temperature coefficient of resistance
JPS60130085A (en) Electric device containing ptc element
CA1187309A (en) Electrical device containing ptc element
CA2224022A1 (en) Self-limiting heaters
JPS63146378A (en) Positive resistane-temperature coefficient heater

Legal Events

Date Code Title Description
MM Patent lapsed

Owner name: RAYCHEM CORP.