國外電熱毯專利文獻(xiàn)介紹

1、。a brief introduction of foreign patents about electric blanket羅星生 xing-sheng luo本文介紹了一些外國公司申請的電熱毯的專利文獻(xiàn)，內(nèi)電熱毯 專利過熱保護(hù)some electric blanket patents applied by some1 引言2004 年我國電熱毯行業(yè)開始執(zhí)行新的國家標(biāo)準(zhǔn) gb4706.82003/iec60335-2-17:1998 家用和類似用途電器 的安全 電熱毯、電熱墊及類似柔性發(fā)熱器具的特殊要求，這 必將推動電熱毯類產(chǎn)品升級換代。由發(fā)熱線固定在毯料內(nèi)部構(gòu)成的。由圖 1 所示，一般雙層

2、發(fā)熱線的結(jié)構(gòu)（從里向外）是：1 內(nèi) 芯線、2 發(fā)熱絲（內(nèi)卷電極） 、3 高分子材料的感熱層 、4 感溫 絲（外卷電極）和 5 外包覆層。meps1999限值= k + (k v) + a+ a (kwh/y)a=允許因數(shù)器具具有與常規(guī)器具不同的外部門，此f v adjtot atot wid totk (fixed allowance factor)=按器具分類的固定因數(shù) (kwh/因數(shù)可正可負(fù)fy) （參看表7,表8）a =120kwh/year允許因數(shù)是指通過外部門的制冰機(jī)和冷wi水機(jī)，例如冰箱中有不需開門即可從外部門得到冰或水的自動制冰機(jī)或冷水機(jī)。舉例：1 臺單開門的冷藏箱且調(diào)整容積為

3、100l 分別按1999 年的限值和2005 年的限值計算最小能耗限值。器具類型為2 類。meps1999=300+0.728 100=372.8kwh/y meps2005=（289+0.290 100）1.00=318kwh/y 同樣的一臺冰箱最小的能耗限值 meps 相差 54.8kwh/y，所以新的要求對冰箱的能耗提出了更高的要求。k (variable allowance factor)=可變因數(shù)（kwh/y/l）vk (adaptive defrost adjustment factor)=調(diào)整因數(shù)ak =1.05 時帶有化霜系統(tǒng)（器具類型為1,5t,5s和7），k =1.00a時

4、不帶有化霜系統(tǒng)。av(total adjusted volume) =總的調(diào)整容積adj tot表 71999 年 10 月的 meps 限值因數(shù) 4 結(jié)束語本文就完成澳洲性能和能耗測試的主要試驗和要求作了簡 單的描述和歸納，并就一些與國際標(biāo)準(zhǔn)（iso）的關(guān)鍵不同作了 對比。希望讀者通過閱讀會對澳洲性能和能測試能有一個總體 的了解和把握，對認(rèn)證中的問題有一定的幫助。關(guān)于更詳細(xì)的 信息可參看標(biāo)準(zhǔn) as/nzs 4474.1 和 as/nzs 4474.2 的要求， 同時也可到澳洲的能耗網(wǎng)站.au/ 獲取相關(guān)的信息表 8新 2005 年 1 月的

5、 meps 限值因數(shù) 參考文獻(xiàn)1 as/nzs 4474.1:1997 performance of household electrical appliances refrigerating appliances part 1:energy consumption and performance2 as/nzs 4474.2:2001 performance of household electrical appliances refrigerating appliances part 2:energy labeling and技術(shù)研究research & development器具類型固定

6、因數(shù)kf(kwh/y)可變因數(shù) kv（kwh/y/l）12780.33522890.29032830.34442770.3305t3110.3575b4110.3575s5690.1696c1900.4836u2810.298器具類型固定因數(shù)kf(kwh/y)可變因數(shù) kv（kwh/y/l）13680.89223000.72833300.80044241.0205t&5b4241.2565s4651.3786c2480.6706u4390.64174391.020摘要 ： 容側(cè)重在電 關(guān)鍵詞 ：a bs tra c t: foreign com are mainlykey word s:ele

7、ctric熱毯的過熱保護(hù)。panies are introduced in this paper. these patents focused on the problems of overheat protection.blanket, patents, overheat protection新標(biāo)準(zhǔn)等同采用的iec標(biāo)準(zhǔn)，無疑吸收了不少先進(jìn)國家的實 踐經(jīng)驗，而這些經(jīng)驗都可見諸于國外電熱毯的專利文獻(xiàn)。認(rèn)真學(xué) 習(xí)研究國外電熱毯的專利文獻(xiàn)，有利于把握技術(shù)進(jìn)步的方向，解 決一些技術(shù)關(guān)鍵問題，從而有利于理解和實施新標(biāo)準(zhǔn)。本文將介紹一些有代表性的國外電熱毯專利，側(cè)重于電熱毯 的“過熱保護(hù)”。在“討論”和第

8、 5 部分提出幾點意見，與讀者 交流，目的還是為了加深理解和順利實施新的國家標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)熱線 電熱毯由控制器和軟部件（毯體）兩部分組成，而軟部件是廉；若還需以 ntc 特性來檢測控制電熱毯溫度，原有技術(shù)方案是分別設(shè)置兩層即聚乙烯熔斷層和添加改性的聚氯乙烯的ntc塑料層，再加上外包覆層成為三層發(fā)熱線，其線徑較粗。減小 線徑的方法是只設(shè)置一層即使用上述的改性尼龍11/12作ntc 熔斷層，加上外包覆層成為雙層發(fā)熱線；或可按專利 2 介紹 的思路來制作 ntc 熔斷層。2.3降低電磁輻射的發(fā)熱線專利5介紹了一種發(fā)熱線，如圖 2 所示：無電阻（電阻 近似為零）的導(dǎo)電內(nèi)芯線（如退了火的銅絲）；高溫絕緣體；熱

9、絕緣體；發(fā)熱線；絕緣外層。使用時將 1 和 4 串聯(lián)起 來接入電路中，同一電流以相反的方向分別流過 1 和 4，如圖3 所示，產(chǎn)生的電磁場相互抵消，降低了電磁輻射，而一般認(rèn)為 電磁輻射有害于人。由于導(dǎo)電內(nèi)芯線1無電阻不產(chǎn)生熱發(fā)射，故 可提高發(fā)熱線的線功率。2.1 熱熔斷型發(fā)熱線熱熔斷型發(fā)熱線的感熱層在發(fā)熱線過熱時會熔化，使內(nèi)、外 卷電極短路，通過控制器作用，斷開電熱毯的電源。這是一種過 熱保護(hù)的方式，即過熱熔斷保護(hù)。這類發(fā)熱線的感熱層又稱為熔 斷層。標(biāo)準(zhǔn)新規(guī)定，電熱毯在進(jìn)行“非正常工作”的折疊發(fā)熱試 驗時，折疊處覆蓋的隔熱材料上面要放上“均勻分布的質(zhì)量為5kg 的物質(zhì)”（沙袋）。使用熱熔斷型發(fā)

10、熱線的電熱毯依靠內(nèi)、外 卷電極短路產(chǎn)生過流，直接熔斷保險絲，實現(xiàn)過熱保護(hù)。按照 新標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗時，由于電熱毯折疊處的發(fā)熱線處在覆蓋物的 重壓之下，線內(nèi)外的溫度梯度減?。话l(fā)熱線外包覆層因此高度 軟化并在重壓下變得更薄，即使隨后能夠發(fā)生熱熔斷保護(hù)，但 由于表層絕緣損傷較大，電熱毯有可能通不過后面的電氣強(qiáng)度 試驗，從而使得合格率降低。專利1（可按附后的相同參考文獻(xiàn)號的內(nèi)容檢索該專利） 認(rèn)為熱熔斷型發(fā)熱線的熔斷層材料,其熔點應(yīng)比外包覆層的低4060為好，如外包覆層材料用 pvc（軟化溫度在 200左 右），則內(nèi)絕緣層（熔斷層）材料用熔點在 135145的聚乙 烯。這種按熔點差別的材料安排與發(fā)熱線各層材

11、料的實際工作 溫度分布正相反（預(yù)置薄弱件方式），一旦“過熱”情況發(fā)生， 熔斷層能較快熔化而實現(xiàn)安全保護(hù)，并使外包覆層的絕緣保持 完好。專利1、2、3均涉及用聚乙烯作熔斷層材料。 討論:低密度聚乙烯（ldpe）的熔點為 110左右，而高密度聚乙烯（hdpe）的熔點為 134左右；顯然，專利1提 及的熔點在135145的聚乙烯應(yīng)為其改性材料。2.2具有溫度傳感功能的熱熔斷型發(fā)熱線 感熱層材料在溫度場中會產(chǎn)生阻抗變化，比如：選用具有負(fù)溫度系數(shù)（ntc）特性的材料，則當(dāng)環(huán)境溫度升高時，感熱 層材料的阻抗就減小，發(fā)熱絲和感溫絲之間的漏電流增大，由漏電流檢測出電熱毯溫度升高；對于相反的過程，則能夠檢測 出

12、電熱毯溫度降低?？梢岳眠@種溫度傳感功能，實現(xiàn)溫度控 制，這也是一種過熱保護(hù)的方式，即過熱控制保護(hù)。一般情況 下，熔點不高、適合作熔斷層的材料，其負(fù)溫度系數(shù)（ntc） 特性往往較差。專利4介紹了聚酰胺（一般使用的是尼龍 11 或 12）添加 了其它材料，增強(qiáng)了感熱層的 ntc 特性，使其既可檢測溫度又 可用作過熱保護(hù)。這種感熱層又稱為 ntc 熔斷層，而這種發(fā)熱線可組成具有雙重過熱保護(hù)的電熱毯；如果該發(fā)熱線的感溫絲 具有正溫度系數(shù)（ptc）特性并以此進(jìn)行控溫的話，則組成的 電熱毯具有三重過熱保護(hù)。僅 80 年代中前期，日本公司申請的專利有：55 145756、56 021207、56 0628

13、51、56 100881、56 135548、58 002330、59 001513、60 036562、61 066749，這 些專利均在聚酰胺改性上下功夫，增強(qiáng)感熱層的 ntc 特性。 專利2介紹了以添加其它材料的聚乙烯作為ntc 熔斷層2.4 耐干洗的發(fā)熱線該發(fā)熱線增加干洗溶劑的隔離層和分離層，并對各層材料 的優(yōu)化作了說明。以這種發(fā)熱線組成相應(yīng)的電熱毯，解決了自 身清潔問題。專利 4 對干洗發(fā)熱線作了較為系統(tǒng)的介紹,其結(jié) 構(gòu)如下表：（見圖 4）表耐干洗發(fā)熱線結(jié)構(gòu)組成 技術(shù)研究research & development序號名稱材料/作用由內(nèi)向外1芯線2第一導(dǎo)體（內(nèi)卷電極）3高分子感熱層（

14、ntc熔斷層）聚酰胺組合酰胺基氫鍵感熱特性-含苯酚類材料的尼龍12/ ntc熔斷層4第二導(dǎo)體（外卷電極）5分離層聚氯乙烯組合（聚酯、聚烯烴）薄膜卷成 / 如果ntc 熔斷層和隔離層接觸，由于是同體系的材 料，會逐漸發(fā)生遷移現(xiàn)象，引起高分子感熱層的 感溫特性變化，因此加上分離層，避免前述現(xiàn) 象。有此層易取下包覆層，便于接線端處理。6溶劑隔離層含親水基團(tuán)的高分子材料，是具有羥基或酰胺基或羧基的高分子材料本專利采用尼龍11 或尼龍12/ 有很強(qiáng)的透濕性且對干洗劑有良好 的隔離作用7透濕性外包覆層聚氯乙烯組合/ 6、7同等透濕性，但7軟且耐干洗劑；電氣絕緣外包覆層為了提高聚氯乙烯組合物的機(jī)械強(qiáng)度和耐熱

15、性，最好采用 平均聚合度為 1800 以上的聚氯乙烯 ；另一方面，聚氯乙烯顆 粒，其分子集合體粒子群往往結(jié)殼（結(jié)皮），即使用增塑劑配合 混煉也難以使其解開，容易成為縮孔的原因，這要在聚合工藝 上解決。包覆層的透濕性 即使采用了低吸濕性高分子材料作熱敏層，也會有濕氣產(chǎn)生；濕氣能傳遞熱，如果熱敏層外面的各層包覆沒有透濕性的 話，就會大大減慢感熱特性的恢復(fù)即溫度控制作用滯后，如在 實際用時，要持續(xù)很長時間電熱毯的溫度才會發(fā)生改變。溶劑隔離層 隔離層材料應(yīng)是干洗溶劑透過性小，并具有透濕性的高分子材料 。若選聚酰胺，則尼龍均聚物如尼龍 6 等，因其酰胺基 濃增高而使發(fā)熱線的柔軟性降低，所以最好采用尼龍1

16、1或尼龍12。專利4前言部分也對耐水洗的發(fā)熱線給了一定說明。毯料及軟部件加工毯料的改進(jìn)及軟部件加工的機(jī)械化和自動化也是值得一提： 專利8主要涉及毯料的輕薄化且具耐久性（便于水洗），主要方法為面料與襯料的冷粘合。專利9 主要介紹了電熱毯（軟部件）的制造方法：復(fù)合棉麻織物 / 泡沫外罩電熱毯的加工方法導(dǎo)電纖維織物電熱毯的加工方法在毯料預(yù)留的穿線行道中用機(jī)器穿線的方法3 簡易過熱保護(hù)電熱毯專利 6 介紹的電熱毯的控制器主要結(jié)構(gòu)見圖5，使用了 熱熔斷型發(fā)熱線，控制器設(shè)計有限流電阻的過熱保護(hù)。國內(nèi)市 場上2000年推出的一種“特別安全”電熱毯的控制器與其類似。5 探討以上就電熱毯的幾個方面來介紹了一些有

17、代表性的國外專利， 希望對理解和實施新標(biāo)準(zhǔn)有所幫助。認(rèn)真總結(jié)這些專利的內(nèi)容， 對我們的產(chǎn)品開發(fā)工作也有一些啟發(fā)，以下幾點意見供探討。5.1 控制方式與發(fā)熱線的配合“內(nèi)包層”(熔斷層/ntc熔斷 層) 的熔點設(shè)置由標(biāo)準(zhǔn) 11 章發(fā)熱規(guī)定（正常情況），其它器具（無控溫作用 的電熱毯）的發(fā)熱元件的表面溫升為 80k，即加上最高環(huán)溫條件25，也就是 105（今年夏天作發(fā)熱試驗，發(fā)熱線表面溫度近100），而此時線內(nèi)的熔斷層不能熔化，這是保證電熱毯正常工 作的必要條件；另一方面，在五層折疊發(fā)熱試驗時（異常情況）， 要保證外包覆層 pvc 有相對完整性，線內(nèi)的熔斷層熔化保護(hù)后， 發(fā)熱線表面溫度要在170以下

18、，才能可靠保證隨后的電氣強(qiáng)度試 驗合格。在滿足前述的兩個條件下，再考慮到發(fā)熱線表層內(nèi)外的 溫度梯度（平鋪發(fā)熱時梯度略大約為30 度，折疊發(fā)熱時梯度略小 約為 10 度），內(nèi)包層絕緣材料的熔點范圍應(yīng)是135180。盡管都是利用內(nèi)外卷電極短路的作用，但控制器的過熱保護(hù) 方式是不同的，產(chǎn)生的短路（漏）電流的大小也不同；異常溫升 會隨短路（漏）電流增大而增高。因此為了保證外包覆層 pvc 有 相對的完整性，還要根據(jù)控制方式的不同來選擇“內(nèi)包層”絕緣 材料的熔點：直接產(chǎn)生過流而保護(hù)的“內(nèi)包層”的熔點應(yīng)在熔點范 圍的低溫區(qū)間內(nèi)有電阻限流而保護(hù)的應(yīng)在熔點范圍的中低區(qū)間內(nèi)有控溫作用的、有電阻限流而保護(hù)的熔點范

19、圍內(nèi)均可選5.2 發(fā)熱線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要“外簡內(nèi)繁” 隨著整體水平不斷提高，發(fā)熱線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)趨于“外簡內(nèi)繁” “內(nèi)繁”是指電熱毯的部件優(yōu)先選用新型的（下轉(zhuǎn)第 71 頁）專利7介紹的電熱毯特點是輔助線（傳感線）3中間斷開為 3和3”。與上圖相比，省了兩只二極管和一只保護(hù)電容，見 圖 6 所示。專利1介紹的電熱毯具有以下特點：12、13是兩根發(fā)熱線或者一根發(fā)熱線和一根低電阻絲在 同側(cè)相連（低電磁輻射）。雙線平行布線?？販鼗蚝唵喂β士刂?。 內(nèi)外卷電極短路產(chǎn)生過流，直接使保險絲熔斷而實現(xiàn)過熱保護(hù)。技術(shù)研究research & development。重因數(shù)資源損耗被調(diào)整 5% 的礦物等被用作默認(rèn)的

20、環(huán)境評估模型。菲利浦最佳評估指使電子產(chǎn)品中的一些金屬相關(guān)的(焊接 材料)特征因素的更新。對與環(huán)境有關(guān)的金屬處置和最新的研究 更新了這些數(shù)據(jù)“。等級觀察平均權(quán)重裝置”指通常用來衡量 不同環(huán)境主題的設(shè)備。對環(huán)境主題“資源消耗礦物”的詳細(xì) 而精確的特征因素調(diào)整是由于在生態(tài)指標(biāo)99方法中使用了所 謂“過剩能量”的方法來估計與減少礦石平均濃度相關(guān)的新物 質(zhì)提取所需要的能量。這種生態(tài)指標(biāo)99方法不同于許多傳統(tǒng) 的基于全球金屬消費量占儲備基數(shù)份額的方法。礦物質(zhì)儲備基 數(shù)的確定有很多不同的解釋。從方法論的觀點出發(fā)，剩余能量 法可避免對金屬剩余儲備量進(jìn)行討論。提取和為了得到相同量 的金屬所需的能源不斷激增被認(rèn)為

21、是對環(huán)境損害的較好注解。 然而實際上對于一些金屬來說，平均礦石濃度與提取時間數(shù) 量的對比有很大的不確定性。這已導(dǎo)致對礦物損耗量的過高估 計，尤其是對金和鎳，這對電子設(shè)備是適用的。上面的因素是 把礦物的資源損耗權(quán)重因數(shù)降低到 5% 的原因之一?！吧鷳B(tài)指標(biāo)99”中資源損耗因素存在不確定性這一事實已被證實。權(quán)重因 數(shù)的降低可以用來維持資源損耗的解釋，另一方面也可以避免 進(jìn)行過高的估計。此外，調(diào)整后的方法與傳統(tǒng)的消耗 / 儲備方 法相比可以產(chǎn)生一個相似的排列。3.4 經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)tu delft/philips 產(chǎn)品物料再循環(huán)成本模型（pmrcm）。而更多的數(shù)據(jù)可以通過荷蘭和德國的再循環(huán)器和廢物加工裝置得

22、 到。這些數(shù)據(jù)包括：分類，注冊，運輸和緩沖倉儲成本 切碎和分離的全部費用 原銅冶煉的成本包括處理費用、分析和管理費，以及回收金屬的調(diào)價百分比。同樣包括精煉費用，以及銅、銀、黃金和 鈀的單位損耗額和有毒元素諸如砷、氯、汞、鉛、銻和鉍等的 處理費用。鐵和鋁冶煉過程中的成本 焚燒場所的費用，包括城市固體廢棄物的焚燒和特殊廢棄物的焚燒，也包括所有與環(huán)境相關(guān)的材料處理費用。垃圾填埋場的費用，也包括電子廢棄物處置階段出現(xiàn)的所 有與環(huán)境相關(guān)要素的處理費用。塑料的回收費用，包括清潔、改良、顏色分類 基于標(biāo)準(zhǔn)操作所需拆解時間的費用 為回收的所有材料所償付的稅收費用根據(jù)圖 1 所提出的壽命終期鏈的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)模型，

23、圖 3 中 兩個軸的數(shù)值都能被計算出來。下一節(jié)將給出一個關(guān)于如何實 際執(zhí)行此計算的例子(未完待續(xù))（上接第 67 頁）功能材料和設(shè)計的結(jié)構(gòu)更合理、功能更完善，從而提高部件的 性能；“外簡”即依賴于“內(nèi)繁”優(yōu)化的部件的性能，使產(chǎn)品 的組成更加簡潔，便于加工和使用。簡易過熱保護(hù)電熱毯幾個例子，均為發(fā)熱線的內(nèi)層改變?yōu)?低溫熔化材料，使電熱毯控制系統(tǒng)簡單而可靠地守住了過熱保 護(hù)的底線。又如專利 3 通過對內(nèi)包層材料的改進(jìn)，將三層發(fā)熱線簡 化為雙層線，在性能保證不變的情況下，使發(fā)熱線柔軟而毯面 舒適。5.3 堅定技術(shù)進(jìn)步的信心 各國電熱毯產(chǎn)品類型和產(chǎn)品技術(shù)水平受該國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、消費行為和市場法規(guī)等條

24、件影響，因而各具特色、各有所 長，但電熱毯類產(chǎn)品都具有過熱保護(hù)功能。日本均為有控制作用的、技術(shù)水平起點較高的電熱毯。 英國、新西蘭等英聯(lián)邦國家的產(chǎn)品有不帶控制作用的簡易過熱保護(hù)的電熱毯。 我國的電熱毯類產(chǎn)品與英國、新西蘭等國家的情況接近，產(chǎn)品水平的提高，顯現(xiàn)出一個漸進(jìn)過程。目前國內(nèi)電熱毯的情 況，正處于向雙層發(fā)熱線及其相應(yīng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變過程之中， 本文因此以較多篇幅討論使用雙層發(fā)熱線的簡易過熱保護(hù)電熱 毯。國內(nèi)電熱毯的水平相當(dāng)于國外八十年代水平：從發(fā)熱線理解和制造水平而言，我們接近國外 1985 年 申請專利4所代表的技術(shù)水平。我國2000年以來的的主流電熱毯的技術(shù)水平相當(dāng)于國 外1980年申

25、請的專利 6 所代表的水平。5.4 產(chǎn)品開發(fā)工作中要研究相關(guān)的專利文獻(xiàn)據(jù)統(tǒng)計，90% 的專業(yè)技術(shù)知識來自專利文獻(xiàn)，相關(guān)專利文 獻(xiàn)的學(xué)習(xí)和研究，使我們站在巨人的肩頭，以高起點來觀察問 題。只有通過對專利文獻(xiàn)深入研究和分析歸納，避免產(chǎn)品開發(fā) 過程中的重復(fù)勞動，繼而追蹤到行業(yè)技術(shù)的前沿，才能為產(chǎn)品 創(chuàng)新提供熱點，為企業(yè)的經(jīng)營決策提供科學(xué)依據(jù)。參考文獻(xiàn)1 cole graham malcom imetec spa nz332263electric blanket or pad with co-axial heating coils separated by insulation that melts if blanket overheats2 gerrard grahame winterwarm l