CN101982010B - 具有温度传感器的加热元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及包括加热单元、热传递单元和温度传感器单元的加热元件，所述加热单元包括第一组合物，所述第一组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有溶胶-凝胶溶液的组合物，其中所述溶液的多至约90％为在均匀稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成员：金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体，并且所述温度传感器包括第二组合物，所述第二组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有包含溶胶-凝胶溶液的组合物的组合物，其中所述溶液的多至约90％为在均匀稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成员：金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体，所述加热单元和所述温度传感器单元作为彼此电绝缘并由所述热传递单元机械支撑的两个单元被提供。本发明也涉及一种加热器具的方法和一种提供加热元件的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种包括加热单元、热传递单元和温度传感器的加热元件。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，包括用于食品加热器、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
DE1515023公开了一种常规的加热系统。将一根合适的金属丝卷起以围绕热稳定芯材形成线圈。所述单元被夹在较远的热阻层之间。
然后将相应的单元正常地放置到传热块例如铝块中。在铁的情况下，所述块可提供铁的底座。正常地施加压力以确信在内部的电阻加热元件和周围的铝块之间产生良好的热接触。通常将呈负温度系数元件形式的常规温度传感器设置成与传热块相邻或设置在其内部并使用热阻金属薄片保持固定。
WO2007/131271A1公开了一种用于电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。
EP1370497B1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，其中所述溶液的多至约90％为导电粉末。
根据现有技术，本发明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、热传递单元和温度传感器。希望所述单元可高效率地以低成本大量生产方法进行制造，并且所述温度传感器以对于此类方法优化的形式提供并且同时有能力精确而可靠地温度测量。
发明内容
加热元件包括加热单元、热传递单元和温度传感器单元，所述加热单元包括第一组合物，所述第一组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有溶胶-凝胶溶液的组合物，其中所述溶液的多至约90％为在均匀稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成员：金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体，并且所述温度传感器包括第二组合物，所述第二组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有包含溶胶-凝胶溶液的组合物的组合物，其中所述溶液的多至约90％为在均匀稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成员：金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体，所述加热单元和所述温度传感器单元被作为彼此电绝缘并由所述热传递单元机械支撑的两个单元提供。本发明也涉及一种加热器具的方法并且涉及一种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是沿着图1中所示的轴线III-III过图1的加热元件截取的剖面图。
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。
图5是本发明的另一个实施方案的顶视图。
图6是沿着图5中所示的轴线VI-VI截取的剖面图。
图7是与图4和6中所示横截面相对应但是是本发明的不同实施方案的剖面图。
图8是与图4和6中所示横截面相对应但是是本发明的不同实施方案的剖面图。
具体实施方式
依照本发明，提供了一种包括加热单元12和热传递单元14以及至少一个温度传感器单元16的加热元件10。
加热元件是热源并且通常作为电阻加热器提供。加热单元12可包括环氧基或玻璃基组合物。所述单元也可由环氧基或玻璃基组合物组成。
作为另外一种选择，加热单元12可包括含有溶胶-凝胶溶液的组合物，其中所述溶液的多至约90％为在均匀稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成员：金属、陶瓷、陶瓷间混合物(interceramics)和半导体，并且所述温度传感器包括环氧基或玻璃基组合物或者含有包含溶胶-凝胶溶液的组合物的组合物，其中所述溶液的多至约90％为在均匀稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成员：金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体。那些组合物的一些适用实例可见于EP1370497B1。
加热元件10还包括温度传感器。温度传感器可包括环氧基或玻璃基组合物。
适于加热单元12和/或至少一个温度传感器单元16的可供选择的组合物为溶胶-凝胶制剂，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℃并且优选小于450℃的温度时，所述浆液或涂覆层转换成厚的无机涂层。
适于加热单元12和/或至少一个温度传感器单元16的另一种可供选择的组合物为：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/Pd65/35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。
依照本发明，加热元件10可具有包含相同的组合物的加热单元12和温度传感器单元16。
加热元件10也可包括基本上由同一种组合物组成的加热单元和温度传感器单元16。
加热元件10可具有加热单元12和温度传感器单元16，所述加热单元和温度传感器单元均作为在热传递单元14上的涂层提供。
可提供加热元件10，其中加热单元12和温度传感器单元16均在热传递单元14的一个表面上提供。例如，如图1至4所示，可将两个单元均在热传递单元14的顶部表面上提供。热传递单元14的任何其它表面同样适合。
作为另外一种选择，在热传递单元14的不同表面上提供加热单元12和温度传感器单元16。这些表面可为例如两个相邻的表面。
加热元件10也可包括第二温度传感器单元18。
当提供第二温度传感器时，可在热传递单元12的两个相对侧上提供两个温度传感器单元16，18。
加热元件10可用于低电压场合，例如可选择运行加热单元12的电压处在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10运行非常令人满意。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，本发明包括一种通过使用包括加热单元12、热传递单元14和温度传感器单元16的加热元件10来加热器具的方法，所述加热单元12包括第一组合物，所述第一组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有溶胶-凝胶溶液的组合物，其中所述溶液的多至约90％为在均匀稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成员：金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体，并且所述温度传感器包括第二组合物，所述第二组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有包含溶胶-凝胶溶液的组合物的组合物，其中所述溶液的多至约90％为在均匀稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成员：金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体，所述加热单元和所述温度传感器单元作为彼此电绝缘并由所述热传递单元机械支撑的两个单元被提供，其中所述加热单元12在30V至50V范围内的电压下运行。
热传递单元14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。热传递单元14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。具有良好传热性的多种材料适于热传递单元14。热传递单元14通常将由金属例如铝或者由云母基材料提供。热传递单元14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14用导电材料提供的场合，可在热传递单元14和加热单元12以及至少一个温度传感器单元16之间分别放置电绝缘体。这样一个电绝缘体可以涂层的形式在热传递单元14的至少一个表面上提供。
在另一方面，本发明包括一种用于提供加热元件10的方法，所述方法包括提供热传递单元14的步骤。适用的热传递单元如上所述。作为另一步骤，施用包括环氧基或玻璃基的组合物或者包括如上所述的溶胶-凝胶溶液的组合物的第一组合物以形成加热单元。在另一步骤中，施用第二组合物来形成温度单元。第二组合物可包括环氧基或玻璃基组合物或者包括如上所述的溶胶-凝胶的组合物。
可在施用第一组合物的同时来施用第二组合物。这可获得非常快速和有效的提供加热元件10的方法。
作为另外一种选择，可在第一组合物之后并因而在单独的步骤中施用第二组合物。
用于施用第一组合物和/或第二组合物的适用方法为适于所选择的这种具体组合物的任何已知方法。这些方法包括喷射、刷涂、浸渍或丝网印刷。
此类方法允许以有效的方法提供加热元件10和温度传感器单元16。在使用用于提供两个单元的相同或类似组合物过程中具有重要的工艺优点。
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并用于提供温度传感器16。两个单元均作为由热传递单元14承载的涂层来提供。两个单元自身也具有(至少基本上)立方体形式。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。将温度传感器单元16设置成与加热单元12相邻并也呈矩形形式。矩形的长轴与加热单元的对应轴线一样长。温度传感器单元16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。
提供加热电极20与加热单元12电接触。如图1和2所示，可使这些电极与加热单元12的短轴的每一个相邻。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。
使其它电极22与温度传感器单元16电接触。
图3提供加热元件10的剖面图。从图2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给出另一个剖面图，从该图中明显可见，可将温度传感器设置成在热传递单元的一个表面上与加热单元12相邻。可选择温度传感器单元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。
图5显示加热元件10的一个可供选择的实施方案。在该实施方案中，第一温度传感器单元16和第二温度传感器单元18在加热单元12的任一侧上提供。
图6显示横截图5的可供选择的实施方案与图3的横截面相对应的剖面。
图7显示加热元件10的可供选择的实施方案。在该实施方案中，热传递单元具有立方体形状。将加热单元设置在热传递单元的顶部表面上，并且将两个温度传感器单元16，18布置在均与顶部表面相邻的两个相对侧上。
图8显示加热元件10的一个可供选择的实施方案。在该实施方案中，如图5所示布置加热单元和两个温度传感器单元16，18。所述热传递单元14通过在加热单元12和温度传感器单元16，18之间具有凹槽24区别于所示的其它热传递单元。这些凹槽24减少加热单元12和温度传感器单元之间的传热。这种效果也可通过在至少一个温度传感器单元和加热单元12之间提供较少量的热传递单元材料例如减薄、桥接等等其它物理构型来获得。任何此类构型均在本发明的范围之内。
提供多片热传递单元14也在本发明的范围之内。例如，可提供三片式单元，其中一片承载加热单元12以及另两片均承载温度传感器单元。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传感器单元之间的热量互通较弱将产生比加热单元12本身的温度更能代表热传递单元14和/或加热元件10的总体平均温度的温度读数。
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)和温度传感器单元(16)，所述加热单元(12)包括第一组合物，所述第一组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有溶胶-凝胶溶液的组合物，其中所述溶液的多至90％为在均匀稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成员：金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体，并且所述温度传感器包括第二组合物，所述第二组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有包含溶胶-凝胶溶液的组合物的组合物，其中所述溶液的多至90％为在均匀稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成员：金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体，所述加热单元和所述温度传感器单元作为彼此电绝缘并由所述热传递单元机械支撑的两个单元提供。
2.如权利要求1所述的加热元件(10)，其中所述第一组合物和所述第二组合物包含相同的组合物。
3.如权利要求1或2所述的加热元件(10)，其中所述加热单元(12)和所述温度传感器单元(16)基本上由相同的组合物组成。
4.如权利要求1所述的加热元件(10)，其中所述加热单元(12)和所述温度传感器单元(16)均作为在所述热传递单元(14)上的涂层提供。
5.如权利要求4所述的加热元件(10)，其中所述加热单元(12)和所述温度传感器单元(16)均在所述热传递单元(14)的一个表面上提供。
6.如权利要求4所述的加热元件(10)，其中所述加热单元(12)和所述温度传感器单元(16)在所述热传递单元(14)的两个不同表面上提供。
7.如权利要求1所述的加热元件(10)，所述加热元件还包括第二温度传感器单元(18)。
8.如权利要求7所述的加热元件(10)，其中温度传感器在加热单元(12)的两个相对侧上提供。
9.如权利要求7所述的加热元件(10)，其中两个温度传感器单元(16，18)在两个相对的表面上提供或者其中四个温度传感器单元在两对相对的表面上提供。
10.一种通过使用包括加热单元(12)、热传递单元(14)和温度传感器单元(16)的加热元件(10)来加热器具的方法，所述加热单元(12)包括第一组合物，所述第一组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有溶胶-凝胶溶液的组合物，其中所述溶液的多至90％为在均匀稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成员：金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体，并且所述温度传感器包括第二组合物，所述第二组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有包含溶胶-凝胶溶液的组合物的组合物，其中所述溶液的多至90％为在均匀稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成员：金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体，所述加热单元和所述温度传感器单元作为彼此电绝缘并由所述热传递单元机械支撑的两个单元提供，其中所述加热单元(12)在30V至50V范围内的电压下运行。
11.一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)；
-施用第一组合物以形成加热单元(12)，所述第一组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有溶胶-凝胶溶液的组合物，其中所述溶液的多至90％为在均匀稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成员：金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体；
-施用第二组合物以形成温度传感器单元(16)，所述第二组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有溶胶-凝胶溶液的组合物，其中所述溶液的多至90％为在均匀稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成员：金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体。
12.如权利要求11所述的用于提供加热元件(10)的方法，其中在施用所述第一组合物的同时，施用所述第二组合物。
13.如权利要求11所述的用于提供加热元件(10)的方法，其中在施用第一组合物之后施用所述第二组合物。
14.如权利要求11-13任一项所述的用于提供加热元件(10)的方法，其中所述第一组合物和/或第二组合物通过喷射、刷涂、浸渍或丝网印刷来施用。
15.如权利要求11-13任一项所述的用于提供加热元件(10)的方法，其中所述热传递单元(14)由铝提供。
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