CN101061752B - 模块化的层状加热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加热器系统，包括：多个层状加热器模块，所述多个层状加热器模块彼此相邻放置，每个层状加热器模块包含多个电阻区域，每个电阻区域包括多个电阻迹线，多个电阻区域连接并一起控制，或每个电阻区域单独控制，其中层状加热器模块还包括安装装置，以便将相邻的层状加热器模块邻近加热目标固定。其可以适应许多不同尺寸的加热目标。优选地，电阻区域包括多个布置为并联电路并且方向大致垂直于主要加热方向的电阻迹线，其中电阻迹线包括具有相对较高TCR的正温度系数材料。电阻迹线对应于加热目标功率梯度，从而使得电阻迹线沿着主要加热方向输出接近较高散热的附加功率以及接近较低散热的较少功率。

Description

模块化的层状加热系统
技术领域
本发明总的涉及电加热器，更特别涉及用于处理或者加热各种规格的加热对象(诸如在平板电视显示器中使用的玻璃嵌板以及其它应用)的层状加热器。
背景技术
相关的大玻璃嵌板用于平板电视的制造以及其它应用，此外更多较小嵌板用于诸如移动电话屏幕的设备。在制造期间，玻璃被直接放置在其上或由贴近玻璃表面放置的加热器加热。通常，加热器为特定规格的玻璃嵌板定制设计，从而用于不同规格的玻璃，将加热器重新设计为分隔的、单式加热器嵌板用于每一种不同的玻璃规格。从而各种规格的玻璃嵌板都有其单独的加热器。另外，这些独立的、单式加热器随着变大的玻璃嵌板规格而变得越来越大。
在用于这些相关大玻璃嵌板的某些加热器应用中，单式加热器被分成能够独立控制的许多部分或块状(tiles)以提供越过玻璃嵌板的不同的能量分布。虽然每一部分可独立控制从而有更适合的热量分布，但是所述加热器仍然为单式的并为正在处理的玻璃嵌板的规格定制设计。因此，分隔的加热器用于每一种玻璃规格，从而多种玻璃规格导致多种独立的加热器。
在这些玻璃镶板的工艺中常常使用层状加热器。层状加热器通常包含不同的材料层，即介电和电阻材料，被用作基材。介电材料首先应用在基材上，在基材和带电(electrically-live)电阻材料之间提供电绝缘，并且使得操作过程中漏到地面的电流最小。电阻材料以预定图案应用在介电材料上，并提供电阻加热器电路。层状加热器还包括导线，将电阻加热器电路连接到通常由温度控制器环绕的电源上。另外，层状加热器可以包括二次注塑(over-mold)材料，保护导线至电阻(lead-to-resistive)电路接口。至电阻电路接口的导线通常还由提供通过保护层的应变释放和电绝缘防止附加接触地受机械和电学保护。因此，层状加热器可以根据各种热供应而定制。
层状加热器可以是“厚”膜，“薄”膜，或者“热喷涂”等，其中这些类型的层状加热器之间的主要差别在于其中各层形成的方法。例如，厚膜加热器层通常使用如丝网印刷、贴花印刷、或者薄膜印刷头等工艺形成。薄膜加热器的各侧通常使用如离子电镀、喷射、化学气相沉积(CVD)以及物理汽相沉积(PVD)等淀积工艺而形成。而与薄厚膜技术不同的另一系列工艺被称为热喷涂工艺，例如可以包括火焰喷镀、等离子体喷镀、线电弧喷镀以及HVOF(高速氧气燃料)等。
发明内容
依据本发明，提供一种加热器系统，包括：多个层状加热器模块，所述多个层状加热器模块彼此相邻放置，每个层状加热器模块包含多个电阻区域，每个电阻区域包括多个电阻迹线，多个电阻区域连接并一起控制，或每个电阻区域单独控制，其中层状加热器模块还包括安装装置，以便将相邻的层状加热器模块邻近加热目标固定。
依据本发明，提供一种制造多个玻璃板尺寸的方法，该方法包括以下步骤：将多个层状加热器模块布置为彼此相邻从而与各个玻璃板尺寸基本上相匹配，每个模块包括多个电阻区域，每个电阻区域包括多个电阻迹线，多个电阻区域连接并一起控制，或每个电阻区域单独控制；将相邻的层状加热器模块邻近加热目标固定。
在一种优选的形式中，本发明提供了一种包括多个层状加热器模块的加热器系统，各个模块都包含多个电阻区域，其中层状加热器模块布置为彼此相邻从而形成加热器系统。优选地，电阻区域包括多个为并联电路布置并且取向大致垂直于主要加热方向或多个加热方向的电阻迹线。电阻迹线包括具有相对较高电阻温度系数(TCR)的正温度系数(PTC)材料，其中电阻迹线对应于加热目标功率梯度，从而使得电阻迹线沿着主要加热方向输出接近较高散热的附加功率以及接近较低散热的较小功率。
在另一种形式中，提供了加热器系统中使用的层状加热器模块，其中该模块包含多个象限(quadrants)以及布置在各个象限中的多个电阻迹线。在一种形式中，电阻迹线在各个象限中形成并联电路，而在其它形式中，形成串联电路以及形成串-并联组合电路。另外，各个象限中的电阻迹线布置为线形构造，或者可替换地，至少一个象限中的电阻迹线布置为线形构造并且至少一个其它象限中的电阻迹线布置为拱形构造。
根据本发明的方法，多个层状加热器模块布置为彼此相邻，从而基本上与加热目标，例如玻璃板的尺寸相匹配。因此，各种尺寸的加热目标都可以通过布置多个层状加热器模块而被加热。
由下文中提供的详细说明，本发明可适用的其它范围将变得清楚。应当理解本发明的详细说明和特定示例以及优选实施例的指示，只是为了说明的目的而不是要限制本发明的范围。
附图说明
由详细说明和附图将更加充分地理解本发明，其中：
图1a是根据本发明原理构造的层状加热器的侧视图；
图1b是沿着图1a中A-A线的根据本发明原理构造的层状加热器的放大部分截面侧视图；
图2是根据本发明原理构造的层状加热器模块的顶视图；
图3是根据本发明原理的层状加热器模块的沿着图2的A-A线旋转90度的剖视图；
图4是根据本发明原理构造的层状加热器模块的另一个实施例的顶视图；
图5是包括多个根据本发明教导的所述构造的层状加热器模块的层状加热器系统的顶视图；
图6是根据本发明原理的各种加热目标尺寸而布置和确定尺寸的多个层状加热器模块的顶视图。
在附图的几幅视图中用相同的附图标记表示相对应的部分。
具体实施方式
下面对优选实施例的叙述事实上只是示例，而并不是要限制本发明的应用或者使用。
参考图1a和1b，提供了用附图标记10表示的层状加热器的总体示意和说明。通常，层状加热器10包含布置在基材12上的多层，其中基材12可以是靠近要加热部分或装置(未示出)布置的独立元件，或者基材12可以是该部分或装置本身。该部分或装置以下简称为“加热目标”，其含义表示任何要加热的装置、主体或介质，例如物理对象或者靠近加热器的环境，例如空气、流体。因此，术语部分、装置或目标装置等，不应该被认为是对本发明范围的限制。本发明的教导可以应用到任何加热目标，而不考虑加热目标的形式和/或成分。
如图1b最佳所示，这些层通常包括介电层14、电阻层16以及保护层18。介电层14在基材12和电阻层16之间提供电绝缘，并且在基材12上形成的厚度与层状加热器10的功率输出、作用电压、预定使用温度或其组合等量。在介电层14上以预定的图案形成电阻层16，提供用于层状加热器10的加热器电路，从而为基材12提供热量。在电阻层16上形成保护层18，并且优选为绝缘体，然而也可以根据特殊加热应用的要求采用其它材料，如导电或者导热材料。
如进一步所示，端垫20通常布置在介电层14上并且与电阻层16接触。因此，电导线22与端垫20相接触并且将电阻层16连接到电源(未示出)上。(为了清楚只示出了一个端垫20以及一个电导线22，并且应该理解通常在层状加热器中具有两个端垫20，每个端垫20上有一个电导线22)。端垫20不需要与介电层14接触，只要端垫20以某种形式与电阻层16电连接。如进一步所示，在电阻层16上形成保护层18，并且通常为电绝缘的绝缘材料，保护电阻层16不受工作环境的影响。另外，如图所示，保护层18可以覆盖一部分端垫20，只要还有足够的区域促成与电源电连接。
如本文中使用的术语“层状加热器”应该理解为包括至少一个功能层的加热器(例如介电层14、电阻层16和保护层18等)，其中该层是通过使用厚膜、薄膜、热喷涂或者溶胶-凝胶等工艺在基材或另一个层上应用或累积材料而形成。这些工艺还称为“层状工艺”，“分层工艺”或者“层状加热器工艺”。在2004年1月6日提交的名称为“Combined Layering Technologies for Electric Heaters”的序列号为U.S.10/752,359的未审美国专利申请中更详细地叙述了这些工艺和功能层，其通常用于本申请中，并且其内容整体结合在本文中作为参考。
现在参考图2和3，示出了用于加热器系统的层状加热器模块的一个实施例，表示为附图标记30。层状加热器模块30包含多个电阻区域，在本发明的一个形式中，其优选排列在四个象限32、34、36和38中，如图所示。层状加热器模块30还限定出所示形式的矩形构造，其包括边缘40、42、44和46。如下面更详细叙述的，可以沿着它们的边缘40、42、44和46彼此相邻地放置多个层状加热器模块30，从而形成尺寸可用于加热目标，例如玻璃板(未示出)特定尺寸的加热器系统。因此，彼此相邻放置的层状加热器模块30的数量可以变为适合任何数量的加热目标尺寸，这将会在下面更详细地说明和叙述。
如进一步所示，各个象限包含连接着电源总线52和54的多个电阻迹线50，从而使得各个象限或者区域包含可单独控制的电阻电路。优选地，接线柱56连接着电源总线52和54，用于连接到导线(未示出)。尽管各个象限或区域可以单独控制，各区域也可以连接并且一起控制而不是单独控制，而这也在本发明的范围之内。
在一种形式中，电阻迹线50排列为如图所示的并联电路构造，并且取向大致垂直于箭头X表示的主要加热方向。另外，用于电阻迹线的材料是正温度系数(PTC)材料，优选具有相对较高的电阻温度系数(TCR)。
在并联电路中，跨过各个电阻迹线50的电压保持恒定，因此，如果特定的电阻迹线的电阻增大或者减小，电流必须与恒定作用电压相一致地相应减小或者增大。因此，有了具有相对较高TCR的PTC材料，电阻迹线的电阻将随着与散热器相关的温度降低而减小。并且有了恒压电源，通过电阻迹线50的电流将随着电阻的减小而增加，从而产生更高的功率输出以补偿散热。因此，在散热更高的区域中，将增加层状加热器模块30的电量以补偿散热，在2004年9月15日提交的名称为“Adaptable Layered Heater System”的未审美国申请中更详细地示出和叙述了其概念和辅助实施例，其通常用于本申请中，其内容整体结合在本文中作为参考。因此，电阻迹线也可以成串联电路排列，并且如该未审申请中所述的，为带有相对较高BETA系数的负温度系数材料。另外，应当理解，各种电路排布都可以采用而仍在本发明的范围之内，为了清楚，辅助的电路排布在本文中不再说明。
此外，象限32、34、36和38的存在提供了控制层状加热器模块30精确度的另一水平，因为各个电阻迹线电路都可以单独控制。因此，各个电阻迹线电路可以根据加热目标的电力需求而变化和控制。
应当理解，可以采用许多电阻区域和电路排布用于这些区域内的电阻迹线，这也在本发明的范围之内。将四个象限32、34、36和38表示为电阻区域以及电阻迹线形成并联电路不应当被认为是对本发明范围的限制。电阻迹线的材料和构造也可以采用在2004年9月15日提交的名称为“Adaptable Layered Heater System”的未审美国专利申请的教导中所讲述的，其通常可用于本申请中，其内容可整体结合在本文中作为参考，并且保持在本发明的范围之内。
如进一步所示，层状加热器模块30包括布置在基材60上的多层。这些层优选包括介电层62、电阻层的64和保护层66，它们的构造和通常的作用如前面图1a和1b所述。另外，在四个象限32、34、36和38之间布置多个沟槽61，从而在四个象限32、34、36和38之间提供辅助的热绝缘。优选地，沟槽61被机械加工进入到基材60之内，对应的深度可提供如图所示的绝缘。
层状加热器模块30还包含多个孔68，优选形成为通过基材60，从而将层状加热器模块30安装到安装装置(未示出)上，用于将层状加热器模块30悬挂到加热目标附近。在一种形式中，可以在加热目标上布置螺栓(未示出)，从而使得层状加热器模块30可以通过孔68放在螺栓上并且用螺母紧固。应当理解孔68是可选择的，其位置和排布可以根据用于加热目标工艺的各种安装装置，例如相对较大的玻璃板而改变。
另外，层状加热器模块30包括多个用于安装多个传感装置，例如热电偶(未示出)的结构，其在图中示为开口70。可选地，该结构可以是沟槽或者其它特征，用于安装这种装置。因此，热电偶布置在开口70之内并且提供温度信息，用于控制四个象限的各个象限32、34、36和38。
而如图2所示电阻迹线50表示为线形构造，该电阻迹线可以根据层状加热器模块30相对于加热目标的位置而交替配置，从而提供更有效率的功率分配。如图4所示，层状加热器模块80包含以拱形构造布置的象限84和86中的电阻迹线82，而象限90和92中的电阻迹线88保持线形构造。因此，层状加热器模块80可以设计为定位在正方形加热目标94(虚线所示)的拐角中，从而使得拱形电阻迹线82和线形电阻迹线88的方向大致垂直于加热目标的主要加热方向，如箭头X、Y和Z所示。应当理解，可以根据加热目标的主要加热方向采用其它的电阻迹线构造，而这也在本发明的范围之内。因此，线形和拱形电阻迹线的叙述和说明不应该被认为是对本发明范围的限制。
现在参考图5，多个层状加热器模块30和80布置为彼此相邻从而形成层状加热器系统100，尺寸对应于特定尺寸的加热目标102(虚线所示)。因此，层状加热器系统100包括4×3的层状加热器模块30和80的网格或阵列。如图所示，层状加热器模块30和80的定位优选为使得电阻迹线50、82和88的方向大致垂直于加热目标102的主要加热方向。因此，布置许多层状加热器模块30和/或80并且定位得彼此相邻，从而可以接受加热目标的各种尺寸和加热方向，因此提供模块化的层状加热器系统，不再需要尺寸只对应于一个尺寸加热目标的独立的、单式加热器。
如图6所示，各个层状加热器模块的尺寸可以改变，例如110，并且层状加热器模块的数量布置为彼此相邻，从而与加热目标，例如玻璃板112至124的尺寸大致匹配。例如，2×2的阵列用于加热目标112、114和116，3×2用于加热目标118，6×5用于加热目标120，5×4用于加热目标122，以及4×3用于加热目标124。因此，可以根据特定的加热目标的尺寸而采用层状加热器模块的多种组合。
另外，模块化的层状加热器系统还对应于如本文所示和叙述的加热目标功率梯度。此外，通过采用根据本发明教导所述的层状加热器模块，制造较小模块的每平方英寸的制造成本相比各个尺寸加热目标的单独加热器，基本上被降低了。结果，相对较大的加热目标，例如玻璃板，可以成本较低地进行处理，同时提供单独控制功率的较小区域。
本发明的说明在本质上仅仅是示例，因此，不背离本发明主旨的变化都应当在本发明的范围之内。例如，本文中所述的层状加热器系统100和层状加热器模块30和80可以采用如2003年11月21日提交的名称为“Two-Wire Layered Heater System”的未审申请所示及所述的双线控制器，其通常可用于本申请中并且其内容整体结合在本文中作为参考。另外，本发明的教导可以用于包含除本文平面几何形状之外的层状加热器系统，例如圆柱形或者曲面形。这种变化不应当认为是偏离本发明的精髓和范围。

Claims (12)

1.一种加热器系统，包括：
多个层状加热器模块，所述多个层状加热器模块彼此相邻放置，每个层状加热器模块包含多个电阻区域，每个电阻区域包括多个电阻迹线，多个电阻区域连接并一起控制，或每个电阻区域单独控制，
其中层状加热器模块还包括安装装置，以便将相邻的层状加热器模块邻近加热目标固定。
2.根据权利要求1的加热器系统，其特征在于还包括在电阻区域之间布置的多个沟槽，用于在电阻区域之间形成电绝缘和热绝缘。
3.根据权利要求1的加热器系统，其特征在于所述电阻区域包括以并联电路布置并且方向大致垂直于主要加热方向的多个电阻迹线，该电阻迹线包括正温度系数材料。
4.根据权利要求3的加热器系统，其特征在于至少一个电阻区域中的电阻迹线为线形构造布置，并且至少另一个电阻区域中的电阻迹线为拱式构造布置。
5.根据权利要求1的加热器系统，其特征在于电阻区域包括多个相对于加热目标定向并且包括具有温度系数材料的电阻迹线，使得电阻迹线提供与加热目标要求相应的功率。
6.根据权利要求1的加热器系统，其特征在于该电阻区域包括布置为串联电路并且方向大致平行于主要加热方向的多个电阻迹线。
7.根据权利要求1的加热器系统，其特征在于安装装置包括在各个层状加热器模块中形成的至少一个孔，用于将层状加热器模块安装到所述加热目标。
8.根据权利要求1的加热器系统，其特征在于还包括至少一个结构，用于安装传感装置。
9.一种用于加热器系统的层状加热器模块，该模块包含：
多个象限；以及
布置在各个象限中的多个电阻迹线，该电阻迹线在各个象限中形成并联电路。
10.根据权利要求9的层状加热器模块，其特征在于各个象限中的电阻迹线布置为线形构造。
11.根据权利要求9的层状加热器模块，其特征在于至少一个象限中的电阻迹线为线形构造布置，并且至少一个其它象限中的电阻迹线为拱式构造布置。
12.一种制造多个玻璃板尺寸的方法，该方法包括以下步骤：
将多个层状加热器模块布置为彼此相邻从而与各个玻璃板尺寸基本上相匹配，每个模块包括多个电阻区域，每个电阻区域包括多个电阻迹线，多个电阻区域连接并一起控制，或每个电阻区域单独控制；
将相邻的层状加热器模块邻近加热目标固定。
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