PL187743B1 - Kabel grzejny i sposób wytwarzania kabla grzejnego - Google Patents

Abstract

1. Kabel grzejny, zawierajacy rdzen z dwoma przewodnikami elektrycznymi, umieszczony pomiedzy nimi element PTC oraz zewnetrzna warstwe materialu izola- cyjnego, znamienny tym, ze rdzen zawiera element centralny (1) z wytloczonego poli- meru, w którym znajduja sie dwa przewod- niki (4, 5) rozmieszczone tak, ze czesc po- wierzchni przewodników pokrywa sie z powierzchnia elementu centralnego, wy- tloczona warstwe (2) polimeru PTC roz- mieszczona na elemencie centralnym w stycznosci ze wspomnianymi czesciami powierzchni przewodnika, oraz co najmniej jedna zewnetrzna wytlaczana koszulke izo- lacyjna (3). Fig. 1 PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy kabla grzejnego i sposobu jego wytwarzania, a zwłaszcza kabla grzejnego typu samoregulującego. W skład takiego kabla wchodzą dwa przewodniki elektryczne lub elektrody oraz umieszczony pomiędzy nimi element PTC (o dodatnim współczynniku temperaturowym). Po podłączeniu obu przewodników do źródła prądu, prąd płynie od jednego przewodnika do drugiego przez materiał PTC (materiał o dodatnim współczynniku temperaturowym) wytwarzając określoną ilość ciepła.

Kable tego typu są powszechnie znane z europejskiego zgłoszenia patenowego EP 0 160 100 Al, w którym ujawniono kabel grzejny PTC o strukturze linkowej lub wstęgowej. Element grzej187 743 ny PTC znajduje się pomiędzy parą elektrod a zewnętrzne obrzeże tych elementów jest pokryte koszulką izolacyjną. Określono wzór matematyczny ustalający wartość rezystancji elektrod.

Znane jest również ze szwedzkiego opisu patentowego SE 433 999 samoograniczające się elektryczne urządzenie grzejne z elementem PTC pomiędzy dwoma przewodnikami. Efekt dodatniego współczynnika temperaturowego uzyskuje się dzięki pewnemu składowi materiałów. Określoną szczelinę lub przerwę pomiędzy dwoma przewodnikami utrzymuje się za pomocą specjalnego elementu dystansowego albo dzięki wprowadzeniu do elementu PTC materiału z włókien szklanych.

Celem wynalazku jest opracowanie samoregulującego się, o polepszonej jakości kabla grzejnego i sposobu jego wytwarzania. Osiągnięto to wytwarzając kabel o nowej konstrukcji oraz upraszczając sposób wytwarzania.

Kabel grzejny, zawierający rdzeń z dwoma przewodnikami elektrycznymi, umieszczony pomiędzy nimi element PTC oraz zewnętrzną warstwę materiału izolacyjnego, charakteryzujący się według wynalazku tym, że rdzeń zawiera element centralny z wytłoczonego polimeru, w którym znajdują się dwa przewodniki rozmieszczone tak, że część powierzchni przewodników pokrywa się z powierzchnią elementu centralnego, wytłoczoną warstwę polimeru PTC rozmieszczoną na elemencie centralnym w styczności ze wspomnianymi częściami powierzchni przewodnika, oraz co najmniej jedną zewnętrzną wytłaczaną koszulkę izolacyjną.

Korzystnie przewodniki w elemencie centralnym mają postać spiralną lub zygzakowatą (S-Z)· . ...

Korzystnie co najmniej dwa z wytłoczonych elementów polimerowych rdzenia kabla elementu centralnego i dwóch warstw - są spojone ze sobą.

Korzystnie polimerowe elementy rdzenia kabla są sieciowane techniką silanowania.

Korzystnie w skład elementu centralnego wchodzi polietylen sieciowany techniką silanowania zawierający molekuły trójmetoksysilanu winylu ze związkiem metaloorganicznym metalu ciężkiego w proporcji wagowej od 0,005% do, 1% całkowitej ilości wspomnianego związku jako katalizatorem sieciowania.

Korzystnie warstwa PTC jest na osnowie kopolimeru etylenu z etyleno-oktenem szczepionego sadzą i silanem poprzez bezpośrednie doprowadzanie silanu/ nadtlenku lub stosowanie przedmieszkowania za pomocą silanu/ nadtlenku/ katalizatora.

Korzystnie rezystywność skrośna warstwy PCT wynosi 100-100 000 ohmocentymetrów.

Sposób wytwarzania kabla grzejnego zawierającego rdzeń z dwoma przewodnikami, umieszczonym pomiędzy nimi elementem PTC i warstwą zewnętrzną z materiału izolacyjnego, odznacza się według wynalazku tym, że sieciuje się element z PTC i warstwę izolacyjną za pomocą reakcji grup trójmetoksysilanu w polimerze polietylenowym i w polimerze PTC w obecności wody.

Korzystnie stosuje się w nim warstwę PTC ze związkiem metaloorganicznym wybranym z grupy, w której skład wchodzi dwulaurynian dwubutylocyny.

Korzystnie w sposobie według wynalazku, w którym warstwę PTC i warstwę izolacyjną wytłacza się w jednym procesie utrwala się lub sieciuje warstwę izolacyjną poprzez dyfundowanie katalizatora - dwulaurynianu dwubutylocyny z warstwy PTC.

W wynalazku opisano również sposoby i środki do sieciowania materiałów PTC i innych polimerów stosowanych w kablach. Dotychczas stosowano tu techniki radiacyjne, ale trzeba ich unikać. Proces sieciowania silanowego można zrealizować za pomocą wody i pary wodnej o temperaturze 20-100°C.

Zgodnie z wynalazkiem dostarczono sposób wytwarzania, za pomocą którego można wytwarzać kabel w sposób ekonomiczny finansowo - uzyskując kabel grzejny o stabilnych właściwościach PTC.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia kabel w przekroju, schematycznie, fig. 2 do 4 - linie produkcyjne do wytwarzania kabla.

Na fig. 1 pokazano kabel o strukturze laminowanej złożony z elementu centralnego 1, półprzewodzącej warstwy 2 i zewnętrznej izolacji 3. Ten polimerowy laminat sieciuje się techniką silanowania. Zewnętrzne koszulki ochronne (nie pokazane) mogą zawierać war4

187 743 stwę/ koszulkę metalową oraz warstwę ochronną przed korozją wykonaną z materiałów nie zawierających związków halogenowych, z PCW lub Teflonu. Na figurze widać kołowy przekrój poprzeczny, w którym nie zachowano skali. Alternatywnie, przekrój poprzeczny może być owalny lub w inny sposób spłaszczony. Centralny element 1 oraz izolacja 3 mogą być wykonane z polietylenu z silanem/ nadtlenkiem/ przeciwutleniaczem. W skład warstwy półprzewodzącej 2 może wchodzić polietylen/ etylen-okten/ etylen/ sferylen, sadza, silan/ nadtlenek/ przeciwutleniacz.

W elemencie centralnym 1 znajdują się dwa gołe przewody 4 i 5 - z miedzi lub innego, odpowiedniego do tego materiału - biegnące stycznie w taki sposób, że część powierzchni przewodników pokrywa się z powierzchnią elementu centralnego. Korzystnie, przewodniki te powinny znajdować się, jak pokazano, na przeciwległych stronach elementu centralnego. Warstwa 2: z PTC znajduje się na elemencie centralnym w styczności ze wspomnianymi częściami powierzchni przewodnika. Po podłączeniu przewodników 4 i 5 do źródła prądu, prąd płynie przez koncentryczną warstwę PTC od jednego przewodnika do drugiego i wytwarza kontrolowaną ilość ciepła w kablu.

Rdzeniowe elementy 1-5 kabla można złożyć w zespół na linii produkcyjnej, jak pokazano na fig. 2, uzyskując rdzeń kabla widoczny na fig. 1. W skład linii produkcyjnej może wchodzić wiele wytłaczarek polimerów rozmieszczonych w układzie tandem do wytwarzania rdzenia, któremu w następnych procesach nadaje się postać spirali, a następnie sieciuje w celu utrwalenia spiralnej struktury i spojenia warstw ze sobą.

Na fig. 2 widać, że element centralny 1 doprowadza się z wytłaczarki 10. Przewodniki 4 i 5 doprowadza się z rolek 11 i 12 do matrycy 13, gdzie wprowadza się je w odpowiednie szczeliny elementu centralnego 1. Powstały element rdzeniowy 14 przepuszcza się przez wytłaczarkę 15, w której nanosi się warstwę 2 z materiału PTC, a następnie przez wytłaczarkę 16, w której nanosi się koszulkę izolacyjną 3, w wyniku czego powstaje rdzeń 17. Wytłaczarki 15 i 16 mogą być wytłaczarkami dwuwarstwowymi. Rdzeń 17 nawija się na szpulę 18, która obraca się również w płaszczyźnie prostopadłej do osi linii, nadając rdzeniowi odpowiednią spiralną strukturę na szpuli. Na końcu - ale przed nałożeniem zewnętrznych warstw ochronnych (nie pokazanych) - materiały polimerowe rdzenia sieciuje się w procesie sieciowania silanowego (nie pokazano), w wyniku czego utrwala się spiralną strukturę wyrobu.

Zamiast pierwszej części procesu z fig. 2, przewodniki 4 i 5 można doprowadzać z ich szpuli bezpośrednio do wytłaczarki 20 elementu centralnego, fig. 3, uzyskując element rdzeniowy 14, który przepuszcza się przez wytłaczarki 15/16 i poddaje dalszej obróbce.

Alternatywnie, zamiast procesu pokazanego na fig. 2 i 3, rdzeń kabla można składać w wielu kolejnych etapach, jak widać na fig. 4. Elementy 1+4+5 można składać w pierwszym procesie wytłaczania, jak omówiono wcześniej, a element rdzeniowy 14 można nawijać na szpulę 30. W dalszych etapach obróbki szpulę 30 z elementem centralnym można obracać w płaszczyźnie prostopadłej do osi linii, nadając elementowi 14 pożądaną strukturę spiralną przed jego przepuszczeniem przez wytłaczarki 15 i 16, w wyniku czego uzyskuje się rdzeń 31, który jest podobny do rdzenia 17, ale który ma spiralny element centralny.

Rdzeń ten nawija się na szpulę 32 z przeznaczeniem do sieciowania silanowego i dalszej obróbki.

Nadal alternatywnie, element centralny 1, można wykonać wstępnie ze szczelinami i w postaci spiralnej, a następnie sieciować przed wprowadzeniem przewodników 4 i 5 w szczeliny i przepuszczeniem rdzenia kabla złożonego z elementów 1+4+5 przez wytłaczarki 15-16, a następnie przez zespoły do sieciowania silanowego.

Nadawanie struktury spiralnej jest konieczne w celu uzyskania giętkiego kabla, który łatwo dostosowuje się do instalacji w podłogach do ogrzewania pomieszczeń. Szczeliny w elemencie centralnym oraz przewodniki mogą mieć zamiast układu spiralnego postać zygzakowatą (S-Z).

W wynalazku stosuje się polimery oparte na technologii metaloorganicznej i trzeba je szczepić i sieciować w procesie silanowania.

Element centralny 1 zawiera polietylen sieciowany techniką silanowania. W skład polietylenu wchodzą molekuły trójmetoksysilanu winylu zawierające jako katalizator sieciowania

187 743 związek metaloorganiczny ciężkiego metalu w ilości wagowej od 0,005 do 1% w stosunku do całkowitej ilości wspomnianego związku.

Polimerowa warstwa 2 PTC jest na osnowie kopolimeru etylenu z etylenooktenem szczepionego sadzą i silanem poprzez bezpośrednie doprowadzanie silanu/ nadtlenku albo stosowanie składników zawierających przedmieszkę (MB), potrzebnych do sieciowania i stabilizacji termicznej materiałów polimerowych stosowanych w procesie silan/ nadtlenek/ katalizator.

Warstwa 2 PTC i warstwa stanowiąca koszulkę izolacyjną 3 są sieciowane w reakcji sieciowania grup trójmetoksysilanu we wspomnianym polietylenie i polimerze PTC w obecności wody.

Warstwa 2 PTC oraz warstwa izolacyjna mogą, jak wspomniano powyżej, być wytłaczane w jednym procesie, i warstwa PTC zawiera związek metaloorganiczny wybrany z grupy, w której skład wchodzi dwulaurynian dwubutylocyny. Warstwę izolacyjną można utrwalać lub sieciować, poprzez dyfundowanie katalizatora - dwulaurynianu dwubutylocyny - z warstwy PTC.

Powyższy szczegółowy opis przykładów wykonania wynalazku należy potraktować tylko jako przykładowy, a niejako ograniczający zakres ochrony wynalazku.

Claims (10)

1. Kabel grzejny, zawierający rdzeń z dwoma przewodnikami elektrycznymi, umieszczony pomiędzy nimi element PTC oraz zewnętrzną warstwę materiału izolacyjnego, znamienny tym, że rdzeń zawiera element centralny (1) z wytłoczonego polimeru, w którym znajdują się dwa przewodniki (4, 5) rozmieszczone tak, że część powierzchni przewodników pokrywa się z powierzchnią elementu centralnego, wytłoczoną warstwę (2) polimeru PTC rozmieszczoną na elemencie centralnym w styczności ze wspomnianymi częściami powierzchni przewodnika, oraz co najmniej jedną zewnętrzną wytłaczaną koszulkę izolacyjną (3).

2. Kabel według zastrz. 1, znamienny tym, że przewodniki (4, 5) w elemencie centralnym mają postać spiralną lub zygzakowatą (S-Z).

3. Kabel według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej dwa z wytłoczonych elementów polimerowych rdzenia kabla - elementu centralnego (1) i dwóch warstw (2, 3) - są spojone ze sobą.

4. Kabel według zastrz. 1, znamienny tym, że polimerowe elementy (1, 2, 3) rdzenia kabla są sieciowane techniką silanowania.

5. Kabel według zastrz. 1, znamienny tym, że w skład elementu centralnego (1) wchodzi polietylen sieciowany techniką silanowania zawierający molekuły trójmetoksysilanu winylu ze związkiem metaloorganicznym metalu ciężkiego w proporcji wagowej od 0,005% do 1% całkowitej ilości wspomnianego związku jako katalizatorem sieciowania.

6. Kabel według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwa (2) PTC jest na osnowie kopolimeru etylenu z etyleno-oktenem szczepionego sadzą i silanem poprzez bezpośrednie doprowadzanie silanu/ nadtlenku lub stosowanie przedmieszkowania za pomocą silanu/ nadtlenku/ katalizatora.

7. Kabel według zastrz. 1, znamienny tym, że rezystywność skrośna warstwy (3) PCT wynosi 100-100 000 ohmocentymetrów.

8. Sposób wytwarzania kabla grzejnego zawierającego rdzeń z dwoma przewodnikami, umieszczonym pomiędzy nimi elementem PTC i warstwą zewnętrzną z materiału izolacyjnego, znamienny tym, że sieciuje się element (2) z PTC i warstwę izolacyjną (3) za pomocą reakcji grup trójmetoksysilanu w polimerze polietylenowym i w polimerze PTC w obecności wody.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się w nim warstwę (2) PTC ze związkiem metaloorganicznym wybranym z grupy, w której skład wchodzi dwulaurynian dwubutylocyny.

10. Sposób według zastrz. 9, w którym warstwę PTC i warstwę izolacyjną wytłacza się w jednym procesie, znamienny tym, że utrwala się lub sieciuje warstwę izolacyjną (3) poprzez dyfundowanie katalizatora dwulaurynianu dwubutylocyny z warstwy PTC.