CN101982009A - 具有温度控制的加热元件 - Google Patents
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Abstract
概括地讲，本发明涉及加热元件，所述加热元件包括加热单元、热传递单元以及第一温度控制元件和第二温度控制元件，第一温度控制元件以距加热单元第一距离提供并且第二温度控制元件以距加热单元第二距离提供，其中第一温度控制元件具有第一最小激活阈值并且第二温度控制元件具有第二最小激活阈值，其中所述第二距离小于第一距离并且所述第二阈值高于所述第一阈值，并且所述第一温度控制元件和第二温度控制元件均与热传递单元直接接触。在另一方面，本发明涉及一种采用加热元件加热器具的方法和一种用于提供加热元件的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种加热元件，该加热元件包括加热单元、热传递单元和第一温度控制元件以及第二温度控制元件。加热单元已被证明可用于多种应用中。本文所公开的加热单元可例如用于炉子和其它厨房器具，包括食品加热器、热水器、水壶和咖啡壶或烤箱在内。它们也可用于其它家用电器，包括烘干机、熨斗或电吹风、直发器或卷发器在内。本发明的其它应用包括汽车应用和器具，包括汽车暖风装置、发动机加热器、除霜装置和座位加热器在内。另一种应用包括反应器加热器和管道加热器，以及在化学工程领域中的类似应用。
背景技术
WO 2007/131271A1公开了一种用于电加热容器的改进的温度传感器。所述温度传感器可为与热分配板热绝缘的但与接触板热量互通的电子加热传感器。
EP 1 370 497 B1公开了一种溶胶-凝胶衍生的热阻和导电涂层。所公开的内容具体地讲是一种用于被施用到基质上以在该基质上形成涂层的组合物，所述组合物包括溶胶-凝胶溶液，其中所述溶液的最多约90％是导电粉末。
根据现有技术，本发明的目的在于提供一种优化的加热元件，该加热元件包括加热单元、热传递单元、第一温度控制元件和第二温度控制元件。希望所述单元可高效地以低成本大量生产方法进行制造，并且所述温度控制元件以对此类方法优化和同时对于精确和可靠的温度测量和控制有效的方式提供。
发明内容
概括地讲，本发明涉及加热元件，该加热元件包括加热单元、热传递单元以及第一温度控制元件和第二温度控制元件，第一温度控制元件以距加热单元第一距离提供并且第二温度控制元件以距加热单元第二距离提供，其中第一温度控制元件具有第一最小激活阈值并且第二温度控制元件具有第二最小激活阈值，其中所述第二距离小于所述第一距离并且所述第二阈值高于所述第一阈值，并且所述第一温度控制元件和第二温度控制元件均与热传递单元直接接触。在另一方面，本发明涉及一种通过使用加热元件来加热器具的方法和一种用于提供加热元件的方法。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的各实施方案，其中：
图1是依照本发明的加热元件的透视图。
图2是图1加热元件的顶视图。
图3是过图1的加热元件沿着图1中所示的轴线III-III截取的剖面图。
图4是沿着图1中所示的轴线IV-IV截取的图1的实施方案的剖面图。
具体实施方式
本发明的加热元件包括加热单元。加热元件是热源，并且通常作为电阻加热器被提供。加热元件还包括热传递单元。该热传递单元与加热单元热接触并能够传递和散布热量。热传递单元也可赋予整个加热元件机械稳定性。加热元件还包括第一温度控制元件和第二温度控制元件。第一温度控制元件以距加热单元第一距离提供。该第一距离按从第一温度控制元件的一个边缘至加热单元的下一个边缘的最短距离进行测量。第二温度控制元件以距加热单元第二距离提供(如第一距离那样进行测量)。
第一温度控制元件和第二温度控制元件均对控制元件的环境区域中存在的温度作出反应。这种反应可为依赖温度的电流和/或电压输出、开/关信号和/或开/关切换功能。
温度控制元件可具有多种形式。例如，它可为提供例如呈依赖温度的电压或电流形式的输出的电气或电子测温计。此类控制元件通常将包括NTC-或PTC-元件。它们也可包括机械元件，例如双金属。作为另外一种选择，它们可包括具有某个熔点的物质，该物质的熔化将触发机械或电气或电子信号。
某些温度控制元件将具有最小激活阈值。该最小激活阈值应被理解为可获得有用信号的最小温度值。此类阈值可能远远低于室温，甚至低至约0°开氏温标，或者也可高于室温。例如，依赖于某种物质的熔化的温度控制元件通常将具有高于室温的激活阈值。
本发明的加热元件包括具有第一最小激活阈值的第一温度控制元件和具有第二最小激活阈值的第二温度控制元件。第二阈值高于第一阈值。因此，在低于第二激活阈值的温度下，只有第一温度控制元件将提供有用的温度读数。
第一温度控制元件和第二温度控制元件均与热传递单元直接接触。
因为两个元件均与热传递单元直接接触，因此保证了温度读数可靠。特别是在期望避免温度超过特定的较高温度的情况下，此类直接接触提供附加的安全性。如果期望避免特定的较高温度，则可选择第二阈值低于该较高温度。当在热传递单元上所读出的加热元件的温度接近较高温度时，两个温度控制元件均可用以确保不超过较高温度。假定第二温度控制元件最接近加热单元，则第二控制元件的读数特别可靠。
在一个实施方案中，第一和第二温度控制元件均和加热单元一样在热传递单元的同一个表面上提供。因此，它们可给出加热单元温度的可靠读数，即使当温度变化是动态的并且来自也在热传递单元上更远位置的读数可给出延时读数时。
在另一个实施方案中，第一温度控制元件和第二温度控制元件在热传递单元的两个不同的表面上提供。
假定第二温度控制单元距加热单元的距离小于第一温度控制单元距加热单元的距离，则第二温度控制元件可仍提供可靠的温度读数，即使当在热传递单元的不同的表面上提供第一温度控制元件时。
加热元件可包括在热传递单元上提供的呈涂层形式的加热单元。热传递单元然后起到该涂层的载体的作用。
多种组合物均可用于涂层。涂层可包括或由环氧基或玻璃基组合物组成。
作为另外一种选择，涂层可包括具有溶胶-凝胶溶液的组合物，其中所述溶液的最多90％是均匀稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末的成分选自由下列组成的组：金属、陶瓷、陶瓷混合物(interceramics)和半导体。那些组合物的一些适用实例可见于EP 1 370 497 B1。
作为另外一种选择，适于涂层的组合物为溶胶-凝胶制剂，所述溶胶-凝胶制剂包括具有分散在由金属有机前体制备的胶态的溶胶-凝胶溶液中的按重量计最多90％的无机粉末的浆液，其中所述溶胶-凝胶溶液具有膨胀的并且优选不连续的凝胶网络，并且在焙烧到至少300℃并且优选地小于450℃的温度时所述浆液或涂覆层转换成厚的无机涂层。
另一种适用组合物为：导电性、电阻性和介电性油墨、金属陶瓷(用氧化铝或氧化锌与金属(包括铌、钼、钛和铬在内)相组合制备)；银、铅、钯和钌例如Ag Pb Pd RuO2或者Pb2Ru2O6或者Ag/Pd 65/35的混合物；氧化铝或者氮化铝；或者氧化铝、氮化铝、氧化铍、碳化硅和镍铬合金的混合物。
类似地，在热传递单元上提供呈涂层形式的温度控制元件。也可用适于以上所列涂层的材料提供该涂层。
至少一个或两个温度控制元件包括甚至由与加热单元一样的组合物组成也是可能的。
加热元件也可包括第三温度控制元件。该第三温度控制元件可包括或甚至由与加热单元和/或第一温度控制元件一样的组合物组成。
可将加热元件设计成使得第一温度控制单元的距离明显大于第二温度控制单元的距离，两个距离均相对于加热单元测量。例如，第一距离可大于第二距离50％、100％、150％、200％。在有些情况下，也可选择第二距离很小，例如小于3mm、2mm或1mm或约0mm。
可提供其中第二激活阈值高于第一阈值至少100℃、150℃、200℃或250℃的加热元件。在这样一种元件中提供了大的温度范围，其中借助一个温度控制元件的控制是足够的，并且第二温度控制元件可起到防止过热情形的作用。
热传递单元可具有众多形状并可由众多材料提供。例如，立方体或菱形形状适于热传递单元。热传递单元也可具有圆柱形或半圆柱形形状。具有良好热传递性的多种材料适于热传递单元。热传递单元通常将用金属例如铝或者用云母基材料提供。热传递单元的至少一个表面可具有涂层，例如陶瓷涂层或者氧化铝涂层。
在热传递单元用导电材料提供的场合，可在热传递单元和加热单元以及至少一个温度控制元件之间分别设置电绝缘体。这样一个电绝缘体可以涂层的形式在热传递单元的至少一个表面上提供。
提供多片热传递单元也处于本发明的范围之内。例如，可提供三片式单元，其中一片承载加热单元，并且另两片各承载温度控制元件。可将这些单元以粘附方式或者夹紧方式安装到一起以获得良好的物理连接而没有强的热量互通。
加热单元和至少一个温度控制元件之间的热量互通较弱将产生比加热单元本身的温度更能代表热传递单元和/或加热单元的总体平均温度的温度读数。
加热元件可用于低电压场合，例如可选择运行加热单元的电源处在1至250V，或者200至250V，或者90至120V，或者30至50V，或者10至14V的范围内。已经发现，当以0至50V或者30至50V或者35至45V范围内的电压运行时，加热元件的运行令人满意。不受理论的束缚，据信这样的电压范围可能允许足够快地加热而不会出现该加热功率使得温度读数变得不可靠。
因此，在一个方面，本发明涉及一种采用随其申请的权利要求1或者其从属权利要求中的任何一项的加热元件在选自以上范围的电压下加热器具的方法。适用的器具包括厨房器具，包括食品加热器、热水器、水壶、咖啡壶和烤箱在内。也包括所有家用电器，包括烘衣机或者衣物处理器具、熨斗和电吹风、直发器和卷发器。
在另一方面，本发明包括一种用于提供加热元件的方法。该方法包括提供热传递单元的步骤和提供加热单元的步骤。所述方法包括提供第一温度控制单元的其它步骤，第一温度控制单元具有第一最小激活阈值和距加热单元的第一距离并以与热传递单元直接接触的方式提供。所述方法包括提供第二温度控制元件的另外步骤，第二温度控制元件具有高于第一最小激活阈值的第二最小激活阈值并以距加热单元第二距离提供，使得第二距离小于第一距离并使得第二温度控制元件与热传递单元直接接触。
加热单元和第一温度控制元件均这两者可在一个工序中提供。作为另外一种选择，这两个单元可在单独的工序中按任一顺序提供。用于提供加热元件的方法也可包括提供每个均呈涂层形式的加热单元和第一温度控制元件的步骤。
加热单元和第一温度控制元件可通过喷射、刷涂、浸渍或丝网印刷来实施。当所述元件以涂层的形式提供时，这是尤其有益的。同样，第二温度控制元件可通过喷射、刷涂、浸渍或丝网印刷来提供。
第二温度控制元件可例如通过丝网印刷低熔点金属例如锡来提供。这种低熔点金属可起到触发温度控制效果的作用。
图1显示其中以立方体形式提供热传递单元(14)的加热元件(10)。立方体的一个大的表面用于加热单元(12)并用于提供第一温度控制元件(16)。两个单元均以由热传递单元(14)承载的涂层的形式提供。两个单元自身也具有(至少基本上)立方体形式。在同一表面上提供第二温度控制元件(24)。
在图2的相应顶视图中，加热单元显示为具有长轴和短轴的矩形。将第一温度控制元件(16)设置成与加热单元(12)相邻并也显示为矩形。矩形的长轴与加热单元的那些对应轴线一样长。矩形的短轴比加热单元的短轴短。对应的短轴可为加热单元(12)的相应轴线的50％，或25％或10％或更小。
可选择第一温度控制元件(16)距加热单元的距离为加热单元(12)短轴长度的约50％，或25％，或10％，或更小。
从图1和2中明显可见，第一温度控制元件(16)距加热单元(12)的距离大于第二温度控制元件(24)的距离，因为第二温度控制元件元件(24)与加热单元(12)相邻。
加热电极(20)以电接触加热单元(12)的形式提供。可使得这些电极与加热单元(12)的短轴或长轴(如图所示)的每一个相邻。它们可例如在加热单元(12)和热传递单元(14)之间以导电材料层的形式提供。
提供其它电极(22)以与第一温度控制元件(16)电接触。
图3提供加热元件(10)的剖面图。从图3明显可见，热传递单元的表面积仅被加热单元(12)部分地覆盖。
图4给出了另一个剖面图，从该图中明显可见，可将第一温度控制元件(16)设置成在热传递单元的一个表面上与加热单元(12)相邻。
本文所公开的量纲和值不旨在被理解为严格地限于所述的精确值。相反，除非另外指明，每个这样的量纲均是指所引用数值和围绕那个数值的功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。
Claims (15)
1.一种加热元件(10)，所述加热元件包括加热单元(12)、热传递单元(14)以及第一温度控制元件(16)和第二温度控制元件(24)，所述第一温度控制元件(16)以距所述加热单元第一距离提供并且所述第二温度控制元件(24)以距所述加热单元第二距离提供，其中所述第一温度控制元件(16)具有第一最小激活阈值并且所述第二温度控制元件具有第二最小激活阈值，其中所述第二距离小于所述第一距离并且所述第二阈值高于所述第一阈值，并且所述第一温度控制元件(16)和第二温度控制元件(24)均与热传递单元(14)直接接触。
2.如权利要求1所述的加热元件(10)，其中所述第一温度控制元件(16)和所述第二温度控制元件(24)均在与所述热传递单元(14)相同的表面上提供。
3.如权利要求1所述的加热元件(10)，其中所述第一温度控制元件(16)和所述第二温度控制元件(24)在所述热传递单元(14)的两个不同表面上提供。
4.如前述任一项权利要求所述的加热元件(10)，其中所述加热单元(12)在所述热传递单元(14)上以涂层的形式提供。
5.如前述任一项权利要求所述的加热元件(10)，其中加热单元(12)以溶胶-凝胶组合物的形式提供。
6.如前述任一项权利要求所述的加热元件(10)，其中所述温度控制元件(16)在所述热传递单元(14)上以涂层的形式提供。
7.如前述任一项权利要求所述的加热元件(10)，其中所述温度控制元件(16)以溶胶-凝胶组合物的形式提供。
8.如前述任一项权利要求所述的加热元件(10)，其中所述温度控制元件(16)包括与所述加热单元(12)相同的组合物或由与所述加热单元(12)相同的组合物组成。
9.如前述任一项权利要求所述的加热元件(10)，其中所述第一距离大于所述第二距离至少100％。
10.如前述任一项权利要求所述的加热元件(10)，其中所述第二阈值高于第一阈值至少200℃。
11.一种通过使用包括加热单元(12)、热传递单元(14)以及第一温度控制元件(16)和第二温度控制元件(24)的加热元件(10)来加热器具的方法，第一温度控制单元(16)以距所述加热单元第一距离提供并且第二温度控制元件(24)以距所述加热单元第二距离提供，其中所述第一温度控制元件(16)具有第一最小激活阈值并且所述第二温度控制元件具有第二最小激活阈值，其中所述第二距离小于所述第一距离并且所述第二阈值高于所述第一阈值，并且所述第一温度控制元件(16)和第二温度控制元件(24)二者均与热传递单元(14)直接接触，其中所述加热单元(12)在30V至50V范围内的电压下运行。
12.一种用于提供加热元件(10)的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供热传递单元(14)
-提供加热单元(12)
-提供与所述热传递单元(14)直接接触的第一温度控制元件(16)，所述第一温度控制元件(16)具有第一最小激活阈值和距所述加热单元(12)的第一距离
-提供与所述热传递单元(14)直接接触的第二温度控制元件(24)，所述第二温度控制元件(24)具有高于第一最小激活阈值的第二最小激活阈值并具有距所述加热单元(12)的第二距离，提供所述第二温度控制元件(24)以使得所述第二距离小于所述第一距离。
13.如权利要求12所述的用于提供加热元件(10)的方法，其中所述加热单元(12)和所述第一温度控制元件(16)均在一个工序中提供。
14.如前述任一项权利要求所述的用于提供加热元件(10)的方法，其中所述加热单元(12)和所述第一温度控制元件(16)均以涂层的形式提供。
15.如前述任一项权利要求所述的用于提供加热元件(10)的方法，其中所述加热单元(12)和/或所述第一温度控制元件(16)通过喷射、刷涂、浸渍或丝网印刷来实施。
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