[发明专利]自动控温加热电缆

说明书

本发明是一种自动控温加热电缆，属于欧姆电阻加热的可弯曲的加热电缆，采用无机的BaYiO₃半导体瓷作自动控温加热材料，并根据需要采用线性ZnO作为加热材料。

自动控温加热电缆是一种新型的特种电线，不同于恒定功率加热电缆（US4733059）和集肤电流加热电缆（CN87101301），由两根平行的输电母线供电给置于其间的具有正电阻温度系数（PTC）的半导体发热或加热用材料，由于其电阻值随本身温度的增加而增加，相应地电热功率随着温度升高而下降，所以能自动控制和调节温度。US4200973专利公开一种自动控温加热电缆的制造方法，采用有机材料中添加碳黑使其半导体化，利用其在熔点附近高分子结构变化产生渗流作用，使其电阻对温度呈现正电阻温度系数关系，而起到自动控温和一定的加热作用。其不足之处是：

（1）有机材料不能用于特别寒冷地区，如冬季平均最低温度在零下30℃以下的地区，电缆容易产生开裂，使其使用性能变坏。

（2）有机材料最高使用温度比较低，一般只有200℃左右，遇到瞬间高温热冲击，会使电缆破坏。

（3）有机材料的PTC效应是利用熔点附近渗流作用而产生的，材料长期处于溶点附近其高分子是很不稳定的，使得长期老化性能不好。

（4）有机材料自动控温加热电缆控温不准确，有时会产生几十度的波动，只是广义上控温，并不能真正控温。

（5）有机材料自动控温加热电缆发热功率小，对保温层要求高，难以满足大功率的要求。

（6）有机材料自动控温加热电缆保温控温范围窄，对需要保温在150℃以上时无法满足要求。

（7）为使有机材料的结构稳定性能有所改善，需要进行辐照交联，辐照产生的射线和臭氧会对环境产生污染，危害居民和工人的健康。

（8）生产设备投资大，生产成本高，必须具备辐照电子加速器等专用大型设备，不利于自动控温加热电缆在工业与民用上的普及与推广。

本发明的目的在于克服上述现有技术（US4200973）中的不足之处而提供一种采用无机的BaTiO₃半导体瓷和线性ZnO作加热材料的自动控温加热电缆，要求提高自动控温加热电缆的各方面性能，简化生产设备与工艺，降低生产成本。

本发明的任务是以如下方式完成的：本发明中具有PTC特性的无机的半导体加热材料为采用Sb和Nb进行掺杂的BaTiO₃半导体瓷;作加热用的线性ZnO进行以Mg为主的掺杂，具有负电阻温度系数（NTC）的特性，通过改变掺杂元素（如Pb或Sr）和掺杂剂量来改变BaTiO₃半导体瓷的居里点，以改变这种加热材料的稳定工作点，满足不同温度等级加热的需要;通过改变掺杂元素（Mn）的掺杂剂量来改变BaTiO₃半导体瓷的室温电阻率，以改变发热功率，满足不同的防冻和保温的要求。本发明中采用单独的BaTiO₃半导体瓷或BaTiO₃半导体瓷和线性ZnO配合使用，来调节发热功率。

BaTiO₃半导体瓷和线性ZnO加热材料在本发明的电缆中是以两面具有电极和引线的方形或圆形薄的元件形式使用的。在两根平行输电母线间沿长度方向均匀地以并联方式焊上这种无机加热元件，经玻璃丝带填充平整后，再加绝缘层、铠装和护套，就成为本发明的自动控温加热电缆。

以下结合附图对本发明作进一步的详细描述。

图1是本发明中所用的BaTiO₃半导体瓷的典型的全温谱阻温特性曲线图（居里温度Tc为120℃）。

图2是本发明中所用线性ZnO电阻率与温度的关系曲线图。

图3是本发明的自动控温加热电缆的典型结构图。

图4是本发明的自动控温加热电缆的剖面放大图。

本发明中BaTiO₃半导体瓷是利用BaTiO₃晶体掺杂使之半导体化，将室温电阻率降到10¹至10⁵Ω·cm数量级，且使其电阻率的PTC开关特性跨越5至6个数量级，其典型的阻温特性如图1所示。其基本配方见表（表见文后）

本发明生产的BaTiO₃半导瓷材料是按以下工艺生产的：