САМОРЕГУЛИРУЕМЫЙ КАБЕЛЬ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЙСЯ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМ ТКС И ГЕНЕРИРУЮЩИЙ РАЗЛИЧНУЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ МОЩНОСТЬ, СОЕДИНИТЕЛЬ ДЛЯ ТАКОГО КАБЕЛЯ, УСТРОЙСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ ТАКИЕ КАБЕЛЬ И СОЕДИНИТЕЛЬ, И ПРИМЕНЕНИЕ УКАЗАННОГО УСТРОЙСТВА
SELF-REGULATING CABLE GENERATING DIFFERENT POWER AND CHARACTERISED BY POSITIVE TEMPERATURE COEFFICIENT OF RESISTANCE, SPECIAL CABLE CONNECTOR, DEVICE CONTAINING ABOVE CABLE AND CONNECTOR AND USE OF ABOVE DEVICE

Настоящее изобретение относится к саморегулируемому кабелю, который может генерировать различную мощность и характеризуется положительным ТКС, специальному соединителю для него, к устройству, включающему в себя указанные кабель и соединитель, и применению указанного устройства для генерации различной электрической мощности с помощью одного кабеля.
Кабели с положительным ТКС (температурным коэффициентом сопротивления) используются для предотвращения замерзания и поддержания определенной температуры систем; при увеличении температуры таких кабелей их электрическое сопротивление возрастает, в то время как ток через них стремится к нулю. Фактически при приложении к этим кабелям электрического напряжения через них протекает ток, который разогреет материал кабеля за счет эффекта Джоуля, при этом выделяемая тепловая энергия способствует увеличению подвижности макромолекулярных цепей, удалению друг от друга проводящих частиц и расширению материала. Таким образом, чем выше температура кабеля, тем больше его сопротивление и меньше генерируемая им электрическая мощность. Электрическая мощность будет уменьшаться до нуля, при этом температура материала достигнет максимума. Таким образом, электрическое сопротивление, а значит и электрическая мощность, и температура кабеля могут регулироваться автоматически.
Одним из частных признаков этих кабелей является то, что они могут быть саморегулируемыми за счет природы составляющих их материалов. Это было также описано компанией, подающей данную заявку, в заявках ЕР 0965138 и FR 0705142. Вообще говоря, саморегуляция кабеля происходит благодаря тому, что при изменении температуры кабеля генерируемая им электрическая мощность также изменяется.
Сегодня на рынке отсутствует такой кабель с положительным ТКС, который может генерировать различную мощность при фиксированной температуре, а также соединитель, специально приспособленный для такого кабеля.
Однако существуют кабели, к примеру, VLBTV от корпорации RAYCHEM, включающие в себя несколько, больше двух, электрических проводников, но функцией этих проводников является увеличение их общего поперечного сечения для нагрева или поддержания температуры на больших расстояниях при напряжениях 480 и 600 В.
Таким образом, необходимо создать кабель с положительным ТКС, способный генерировать различную электрическую мощность при фиксированной температуре.
После широкомасштабных исследований заявителю удалось получить саморегулируемый кабель с положительным ТКС (температурным коэффициентом сопротивления), который может генерировать различную мощность и полностью удовлетворяет этим критериям. Кабель по настоящему изобретению характеризуется тем, что содержит по меньшей мере три электрических проводника, разделенных между собой полимерным сплавом с положительным ТКС, при этом все проводники могут быть соединены между собой попарно. Под «попарным соединением» подразумевается соединение одного проводника с другим или соединение, по меньшей мере, двух короткозамкнутых проводников между собой.
1
6
1
4
Кабель по настоящему изобретению содержит по меньшей мере три электрических проводника, окруженных полупроводниковым сплавом на полимерной основе, который наполнен электропроводящими частицами. Полимерный сплав характеризуется положительным ТКС, то есть чем больше температура сплава, тем больше его электрическое сопротивление, в то время как ток через сплав стремится к нулю. Этот полимерный сплав описан, к примеру, в патенте ЕР 0965138 или в заявке FR 0705142. Более конкретно, сплав содержит полярный полиолефин, проводящий наполнитель и матричный полимер. Полярный полиолефин, который может быть полностью или частично наполнен углеродной сажей, выбран из группы материалов, включающих в себя винилэтиленовые/винилацетатные полимеры, C-C алкил этиленовые/акрилатные сополимеры или их смеси. Матричный полимер может быть выбран из поли(C-C алкилен)терефталатов, полиамидов, полипропиленов, поликарбонатов, сополимеров сложных и простых полиэфиров, поли(метилметакрилатов) или их смесей. Тип полимера определяется условиями использования сплава, его способностью проявлять положительный ТКС в заданном диапазоне температур, а также с учетом механических свойств полимера, от которых зависят определенные геометрические параметры сплава и его удельные упругие деформации.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения саморегулируемый кабель, который может генерировать различную мощность, характеризуется тем, что сопротивление кабеля зависит от количества полимерного сплава, разделяющего два соединенных между собой проводника.
Таким образом, (омическое) электрическое сопротивление, а значит и электрическую мощность, генерируемую кабелем, можно изменять путем соединения попарно соответствующих проводников кабеля. Собственно говоря, поскольку сопротивление кабеля зависит от количества полимерного материала, разделяющего два соединенных между собой проводника, для изменения этого сопротивления достаточно соединить проводники, которые достаточно отдалены друг от друга. При подключении кабеля его электрическое сопротивление можно выбирать в зависимости от конкретной задачи путем соединения между собой соответствующих проводников: таким образом, один и тот же кабель может характеризоваться набором электрических сопротивлений, а значит генерировать различную мощность при одной и той же температуре, при этом каждый уровень мощности будет зависеть от температуры определенным образом.
Кабель по настоящему изобретению может быть изготовлен по технологии, описанной в патенте ЕР 0965138 или патентной заявке FR 0705142. Эта технология характеризуется, в частности, тем, что включает этапы, на которых:
- смешивают различные совместимые между собой компоненты полимерного сплава, включая полярный олефин, матричный полимер, проводящий наполнитель, такой как углеродистая сажа, и - при необходимости - непроводящие наполнители,
- экструдируют полученную смесь для получения гранулята,
- экструдируют гранулят вокруг электропроводных жил (то есть проводников),
- покрывают полученную таким образом полосу диэлектрическим материалом,
- вставляют полученный узел в защитный металлический кожух, и в заключение
- вставляют кожух в изоляционную оболочку.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения саморегулируемый кабель, который может генерировать различную мощность, характеризуется тем, что все указанные электрические проводники идентичны друг другу.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения саморегулируемый кабель, который может генерировать различную мощность, характеризуется тем, что площадь поперечного сечения по меньшей мере одного из упомянутых проводников отличается от площади поперечного сечения остальных проводников. В этом случае мощность кабеля может быть также изменена путем использования проводника с отличной площадью поперечного сечения.
Электрические проводники могут быть выполнены, в частности, из одного из следующих материалов - меди, никелированной меди, луженой меди, алюминия, или их смесей. Вообще говоря, все проводники выполняются из одинаковых материалов. Однако в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, для расширения возможной сферы применения саморегулируемого кабеля, способного генерировать различную мощность, он характеризуется тем, что по меньшей мере один из указанных проводников изготовлен из других материалов.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения саморегулируемый кабель, который может генерировать различную мощность, характеризуется тем, что расстояние между двумя соседними проводниками одинаковое.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения саморегулируемый кабель, который может генерировать различную мощность, характеризуется тем, что расстояние между двумя соседними проводниками неодинаковое.
Кабель по настоящему изобретению имеет следующие преимущества:
- один и тот же кабель может генерировать несколько уровней мощности, что позволяет значительно уменьшить количество эталонных кабелей,
- он может быть использован в качестве универсального кабеля, питаемого от различного напряжения,
- производственное оборудование может быть легко приспособлено для получения четырех, шести или восьми проводников в одном и том же кабеле, и
- можно обойтись без такого компонента как термостат.
Настоящее изобретение относится также к соединителю для саморегулируемого кабеля, соответствующего настоящему изобретению, который может генерировать различную мощность и характеризуется положительным ТКС; данный соединитель характеризуется тем, что включает в себя средства для соединения с источником электропитания и средства для попарного соединения электрических проводников.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения указанный соединитель характеризуется тем, что средства для соединения представляют собой поворотную ручку, путем поворота которой можно предварительно выбрать проводники кабеля, которые должны контактировать с источником электропитания.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения соединитель характеризуется тем, что средства для соединения могут перемещаться поступательно, при этом путем поступательного перемещения их электрических контактов можно предварительно выбрать проводники кабеля, которые должны контактировать с источником электропитания.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения соединитель характеризуется тем, что средства для соединения выполнены в виде штепсельного соединения, при этом путем вставки вилки в соответствующие разъемы можно предварительно выбрать проводники кабеля, расположенные в оболочке, которые должны контактировать с источником электропитания. Могут быть предусмотрены и другие средства для соединения, к примеру, нажимные кнопки, электронные коммутаторы и реле.
Настоящее изобретение относится также к устройству, которое может генерировать различную электрическую мощность и характеризуется тем, что включает в себя по меньшей мере один кабель по настоящему изобретению и по меньшей мере один соединитель по настоящему изобретению.
Кроме того, настоящее изобретение относится к применению устройства, соответствующего настоящему изобретению, для генерации различной электрической мощности с помощью одного кабеля, который включает в себя по меньшей мере три проводника, окруженных сплавом с положительным ТКС, причем данный сплав состоит из полимеров, наполненных электропроводящими частицами.
Таким образом, используя один и тот же кабель, можно задать желаемый уровень мощности. Для этого необходимо соединить между собой два соответствующих вывода. Для получения другой мощности необходимо соединить между собой другие выводы. Таким образом, больше не нужно менять кабели.
Другие аспекты, задачи, преимущества и свойства настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего описания некоторых предпочтительных вариантов выполнения изобретения; в данном описании делаются ссылки на фигуры, на которых:
фиг.1 - обычный кабель с положительным ТКС;
фиг.2 - кабель с положительным ТКС, соответствующий настоящему изобретению;
фиг.3 - различные альтернативы кабеля по настоящему изобретению,
фиг.4 - схематичный вид средств для соединения в виде поворотной ручки;
фиг.5 - схематичный вид средств для соединения поступательного перемещения;
фиг.6 - схематичный вид штепсельных средств для соединения;
фиг.7 - график зависимости электрического сопротивления четырехжильного кабеля от способа соединения его проводников;
фиг.8 - график зависимости мощности, генерируемой кабелем, которая может быть увеличена в зависимости от выбора соединяемых проводников.
На фиг.1 изображен обычный саморегулируемый кабель с положительным ТКС, состоящий из электрических проводников (1), которые окружены полимерным сплавом (2) с положительным ТКС. Сопротивление R1 между двумя проводниками зависит от количества полимерного сплава между данными проводниками.
На фиг.2 изображен кабель по настоящему изобретению, который состоит из электрических проводников (3), (4) и (5), помещенных в полимерный сплав (2) с положительным ТКС. Сопротивление между соответствующими проводниками зависит от количества полимерного сплава между ними: сопротивление между проводниками (3), (4) обозначено как R1, сопротивление между проводниками (4) и (5) - как R2; сопротивление между проводниками (3) и (5) - как R3, а сопротивление между короткозамкнутыми проводниками (3) и (4) с одной стороны, и проводником (5) - с другой - как R4. Таким образом, сопротивление кабеля зависит от выбора соединяемых между собой проводников.
На фиг.3А, 3В, 3С и 3D изображены различные варианты кабеля по настоящему изобретению. Кабель, изображенный на фиг.3А, содержит четыре проводника (6-9), которые расположены на разном расстоянии друг от друга и отличаются площадью поперечного сечения, что позволяет обеспечивать различные сопротивления. Кабели, изображенные на фиг.3В и 3С, содержат по четыре проводника (10-17), которые расположены на разном расстоянии друг от друга и отличаются друг от друга площадью поперечного сечения, причем форма кабелей различна, что позволяет обеспечивать различные сопротивления. Кабель, изображенный на фиг.3D, содержит четыре проводника (18-21) с одинаковой площадью поперечного сечения, которые расположены на равном расстоянии друг от друга, что позволяет обеспечивать различные сопротивления. Таким образом, можно получить различные зависимости сопротивления, а значит и мощности, генерируемой кабелем, от температуры за счет изменения площади поперечного сечения проводников и их расположения в кабеле, а также за счет выбора соединяемых между собой разъемов, при этом можно создавать кабели различной формы и размеров.
На фиг.4 изображено средство соединения в виде поворотной ручки, которое позволяет выбирать сопротивления R5 или R6 кабеля с положительным ТКС, соответствующего настоящему изобретению. Для выбора сопротивления R5 достаточно повернуть ручку так, чтобы электрические контакты (22) ручки пришли в соприкосновение с проводниками (23) и (25). Точно так же для выбора сопротивления R6 достаточно повернуть ручку так, чтобы электрические контакты (22) ручки пришли в соприкосновение с проводниками (24) и (25).
На фиг.5 изображено средство для соединения с поступательным перемещением, позволяющее выбирать сопротивления R7 или R8 кабеля с положительным ТКС, соответствующего настоящему изобретению. Для выбора сопротивления R7 достаточно переместить электрические контакты (27) так, чтобы они пришли в соприкосновение с проводниками (28) и (30). Точно так же для выбора сопротивления R8 достаточно переместить электрические контакты (27) так, чтобы они пришли в соприкосновение с проводниками (29) и (31).
На фиг.6 изображено штепсельное средство соединения, которое позволяет выбирать сопротивления R9 или R10 кабеля с положительным ТКС, соответствующего настоящему изобретению. Для выбора сопротивления R9 достаточно вставить электрические контакты (32) и (33) кабеля в соответствующие штепсельные гнезда (35) и (36) корпуса (38) соединителя. Точно так же для выбора сопротивления R10 достаточно вставить электрические контакты (32) и (34) кабеля в соответствующие штепсельные гнезда (35) и (37) корпуса (38) соединителя.
ПРИМЕРЫ
Пример 1. Зависимость сопротивления от способа соединения проводников
В соответствии с примером 1, приведенным в патентной заявке FR 0705142, изготовлен четырехжильный саморегулируемый кабель, который изображен на фиг.3D настоящей заявки.
Выполнены следующие соединения проводников: А: 20 и 21, В: 18 и 20, С: 18 и 21, D: 18 и 19, Е: 19 и 21. Названия кривых соответствуют номерам указанных соединений.
Для каждого соединения измерено сопротивление кабеля через каждый метр на общей длине 30 метров. Результаты представлены на фиг.7 в виде кривых. Последние показывают зависимость сопротивления четырехжильного кабеля от способа соединения его проводников.
Фиг.7 свидетельствует о полной симметричности зависимостей сопротивления нагревательного элемента с положительным ТКС, при этом электрические свойства кабеля изотропны, а проводящие наполнители сплава с положительным ТКС распределены равномерно. Это позволяет получить несколько как одинаковых, так и различных сопротивлений в одном кабеле.
Комбинация соединений проводников позволяет получить несколько уровней мощности, генерируемой кабелем, и увеличить сопротивление кабеля.
Увеличение сопротивления позволяет увеличить производительность кабеля с помощью одного сопротивления: фактически четырехжильный кабель можно разрезать пополам и получить два кабеля с одинаковыми сопротивлениями.
Путем выбора соответствующих проводников можно получить одинаковые или различные сопротивления (симметрия свойств кабеля, несколько комбинаций).
Пример 2. Кривая мощности
Использовался кабель, идентичный использованному в примере 1. Последовательно выполнялись следующие соединения: F: 18 и 21, G: 18 и 19 и Н: 18 и 20. Для каждого соединения измерялась зависимость электрической мощности, генерируемой кабелем, от его температуры, и результаты представлены на фиг.8. Названия кривых соответствуют номерам указанных соединений.
Из фиг.8 видно, что путем выбора соответствующих разъемов можно получить несколько уровней мощности. Таким образом, мощность можно регулировать путем выбора соединяемых проводников.
Хотя настоящее изобретение описано выше в отношении некоторых предпочтительных вариантов его выполнения, подразумевается, что изобретение может быть изменено без отступления от его сущности и объема, определенных в прилагаемой формуле изобретения.