CN102076126A - 金属基板玻璃陶瓷电加热器和电加热器具 - Google Patents

金属基板玻璃陶瓷电加热器和电加热器具 Download PDF

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沈稚鸣
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Abstract

本发明提供一种金属基板玻璃陶瓷电加热器。它包括金属基板，金属基板紧密结合有作为绝缘导热材料的玻璃陶瓷，玻璃陶瓷内部埋有作为电热元件的金属电阻箔片或金属电阻丝。本发明底层玻璃陶瓷与金属基板之间、覆盖层玻璃陶瓷与金属电阻箔片或金属电阻丝之间的结合强度高，抗冲击能力强、使用寿命长，并且耐高温、不会熔化，潮湿状态下不漏电，大大提高了安全性，本发明功率密度大(可达60W/cm2)、耐热冲击性能强、加热速度快、热效率高、加热面均匀，体积小，结构形状设计随意性大，不消耗铜等有色金属，环保节能。

Description

金属基板玻璃陶瓷电加热器和电加热器具
技术领域
本发明涉及一种电加热器以及带电加热器的加热器具。
背景技术
现有的食品及液体加热器多为电热管式，即将电热管直接浸入液体中或将不同的电热管焊接在被加热器中或压铸在较低熔点的金属体内及嵌在金属槽内。另外还有的电加热器采用电热膜厚膜式。
现有发热体存在以下缺点，电热管式加热器加热面积较小，面加热不均匀，食品加热局部过热，液体加热极易结水垢，且体积大，热惯性大，效率相对低，而且元件消耗有色金属，由于热量过于集中寿命短。电热膜厚膜式加热器，由于加热元件是厚膜式抗冲击性差，极易在电压波动及加热环境变化而损坏，而且成本高，实际推广意义受到严重影响。其它如搪瓷发热体、碳素纤维发热体、玻璃发热体、镍金发热体、PTC发热体等各有优缺点，适用的场合各有所长。但由于各种发热体的固有特点，导致各自的应用范围受到限制。
发明内容
本发明首先所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种加热快、寿命长、抗冲击能力强、加热面均匀、安全、环保节能、成本低的金属基板玻璃陶瓷电加热器。为此，本发明采用以下技术方案：它包括金属基板，金属基板紧密结合有作为绝缘导热材料的玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷内部埋有作为电热元件的金属电阻箔片或金属电阻丝。
在采用本发明的上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案：
所述紧密结合为玻璃陶瓷和金属基板之间烧结形成有共晶层。
所述紧密结合为玻璃陶瓷片和金属基板之间烧结形成有共晶层。
所述的金属电阻箔片或金属电阻丝为镍铬或铁铬铝合金材料制成。
所述的金属电阻箔片或金属电阻丝为由金属电阻型材加工成形的金属电阻元件。
所述作为绝缘导热材料的玻璃陶瓷为层状复合玻璃陶瓷。
所述层状复合玻璃陶瓷为由底层玻璃陶瓷、过渡层玻璃陶瓷和覆盖层玻璃陶瓷等不同性能的玻璃陶瓷组成。
所述底层玻璃陶瓷为与金属基板形成共晶层并紧密结合、热膨胀系数相匹配、平均体密度每立方厘米大于等于3.2克(≥3.2g/cm3)，每立方厘米小于等于6克(≤6g/cm3)的导热玻璃陶瓷。
所述过渡层玻璃陶瓷为与相邻层玻璃陶瓷紧密结合、热膨胀系数相匹配、平均体密度每立方厘米大于等于3.2克(≥3.2g/cm3)，每立方厘米小于等于6克(≤6g/cm3)的导热绝缘玻璃陶瓷。对相邻层玻璃陶瓷各种性能起到增强、平缓变化、弥补不足的作用。根据对金属基板玻璃陶瓷电加热器产品使用性能要求的不同由一层或层的玻璃陶瓷组成。
所述覆盖层玻璃陶瓷为覆盖作为电热元件的金属电阻箔片或金属电阻丝、与过渡层玻璃陶瓷紧密结合、热膨胀系数相匹配的绝缘玻璃陶瓷。
作为本发明的金属基板可有一个或一个以上；所述金属基板的表面形状可以是平面、曲面、球面、弧面等等，外形可以是方形、圆形、管状及其它立体形状等。所述金属基板如采用低熔点金属如铝等，亦可以铸造的工艺与玻璃陶瓷片紧密结合在一起，所述玻璃陶瓷片内部埋有作为电热元件的金属电阻箔片或金属电阻丝，制成各种功能的电加热器。
本发明另一个所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种加热快、寿命长、抗冲击能力强、加热面均匀、安全、环保节能、成本低的电加热器具。为此，本发明采用以下技术方案：它包括容器体，容器体设有如上所述的金属基板玻璃陶瓷电加热器。
所述容器体可采用金属容器(如材料为钢材、铸铁、铜材及铜合金和不锈钢等等)或至少带有一面作为加热工作面的金属基板的非金属(如材料为陶瓷、石英玻璃、塑料、玻璃陶瓷即微晶玻璃等等)或复合材料(如搪瓷等)容器等。
在所述容器体作为加热工作面的金属基板表面涂覆所述底层玻璃陶瓷浆料，再在所述底层玻璃陶瓷上涂覆一层或多层所述过渡层玻璃陶瓷浆料，然后将作为电热元件的金属电阻箔片或金属电阻丝放在所述过渡层玻璃陶瓷表面，最后涂覆所述覆盖层玻璃陶瓷浆料，在这过程中，经一次或一次以上烧结，发生物理化学反应而形成层状复合玻璃陶瓷，在烧结过程中，底层玻璃陶瓷被扩散到金属基板表面的毛细孔隙中，其深度可达0.02mm以上，玻璃陶瓷扩散渗入金属基板表面内并形成共晶层，使所述容器体作为加热工作面的金属基板和底层玻璃陶瓷之间、作为电热元件的金属电阻箔片或金属电阻丝和作为绝缘材料的玻璃陶瓷之间牢固结合在一起，制成电加热器具。
作为本发明的容器体，如采用低熔点金属如铝等，亦可以铸造的工艺与金属基板玻璃陶瓷电加热器结合在一起，制成电加热器具。
作为本发明的容器体，也可分别以机械的方法、焊接或粘接的工艺与金属基板玻璃陶瓷电加热器结合在一起，制成电加热器具。
由于采用本发明的技术方案，本发明所述底层玻璃陶瓷与作为加热工作面的金属基板之间、所述覆盖层玻璃陶瓷与作为电热元件的金属电阻箔片或金属电阻丝之间的的结合强度高，抗冲击能力强、使用寿命长，并且耐高温、不会熔化，潮湿状态下不漏电，大大提高了安全性，本发明功率密度大(可达60W/cm2)、耐热冲击性能强、加热速度快、热效率高、加热面均匀，体积小，结构形状设计随意性大，不消耗铜等有色金属，环保节能。
附图说明
图1为本发明所提供的电加热器具实施例的侧视图。
图2为本发明所提供的电加热器具实施例的剖视图。
图3为本发明所提供的电加热器具实施例的仰视图。
图4为本发明中玻璃陶瓷片与导热金属底之间的结合结构剖视图。
图5为本发明所提供的电加热器实施例的侧视图。
图6为本发明所提供的电加热器实施例的仰视图。
图7为本发明中玻璃陶瓷片与金属基板之间的结合结构的剖视图。
图8为本发明中层状复合玻璃陶瓷的结构的剖视图。
具体实施方式
实施例1，参照附图1、2、3、4、8。
本发明所提供的电加热器具包括容器体1，容器体1具有导热金属底2，它即所述的作为加热工作面的金属基板，所述导热金属底上烧结作为绝缘导热材料的玻璃陶瓷片3，所述玻璃陶瓷片中间埋有作为电热元件的金属电阻箔片4或金属电阻丝。加热器的加热面积从4cm2---2000cm2，功率密度60W/cm2以内均可实现。
玻璃陶瓷3和作为加热工作面的金属基板及作为电热元件的金属电阻箔片或金属电阻丝的结合方式为：在作为加热工作面的金属基板表面涂覆所述底层玻璃陶瓷22-1浆料，再在所述底层玻璃陶瓷上涂覆一层或多层所述过渡层玻璃陶瓷22-2或22-2、22-3浆料，然后将作为电热元件的金属电阻箔片或金属电阻丝放在所述过渡层玻璃陶瓷表面，最后涂覆所述覆盖层玻璃陶瓷22-4浆料，在这过程中，经一次或一次以上烧结，发生物理化学反应而形成层状复合玻璃陶瓷，在烧结过程中，底层玻璃陶瓷被扩散到金属基板表面的毛细孔隙中，其深度可达0.02mm以上，玻璃陶瓷扩散渗入金属基板表面内并形成共晶层6，使作为加热工作面的金属基板和底层玻璃陶瓷之间、作为电热元件的金属电阻箔片或金属电阻丝和作为导热绝缘材料的玻璃陶瓷之间牢固结合在一起，而过渡层玻璃陶瓷又将底层玻璃陶瓷和覆盖层玻璃陶瓷牢固结合在一起，制成一种新型的电加热器具。
通过以上方式实现了玻璃陶瓷与金属之间的无间隙、无粘接材料的紧密结合，具有连接强度高、抗热冲击能力强、导热性好、电气绝缘强度高、具有良好的安全性能。
玻璃陶瓷(Glass-ceramic)、又称微晶陶瓷、微晶玻璃、微晶玉石或陶瓷玻璃。玻璃陶瓷3能耐温达800℃，而且不会燃烧及熔化，安全性好。所述底层玻璃陶瓷为平均体密度每立方厘米大于等于3.2克，每立方厘米小于等于6克的导热玻璃陶瓷。所述过渡层玻璃陶瓷为平均体密度每立方厘米大于等于3.2克，每立方厘米小于等于6克的导热绝缘玻璃陶瓷。过渡层玻璃陶瓷的层数一般控制在一层至六层。
作为本发明的电热元件采用传统的金属电阻箔片或金属电阻丝，具有可靠性高的特点，材料主要包括镍铬或铁铬铝合金等；作为电热元件的金属电阻箔片或金属电阻丝有一组或一组以上，每组有两根或两根以上电极穿出玻璃陶瓷绝缘层。金属电阻箔片或金属电阻丝可以设计成各种形状，从而可以方便设计出不同的局部加热温度及加热功率，应用于不同类型的产品，从民用到工业用产品。金属电阻箔片的各种形状可通过冲裁成型。金属电阻箔片能在电压波动大，负荷变化大的场所能经得起各种冲击，金属电阻箔片的二端有电极引出片5，电极引出片穿出玻璃陶瓷片与电源连接，电极引出片可连接各种电源接头，非常方便。金属电阻箔片的厚度小于等于0.05mm，散热极好，配合玻璃陶瓷绝缘导热材料后可制造功率密度大，体积小，寿命特别长的加热器。作为本发明的加热工作面的金属基板可采用如钢材、铸铁、铜材及铜合金和不锈钢等各种黑色或有色金属材料。
金属底可以本身即为容器体底或者是通过钎焊等手段连接到容器体底上的金属薄板，如果金属底采用通过钎焊等手段连接到容器体底上的金属薄板时，可以先将金属薄板与所述玻璃陶瓷片烧结连接后，再连接到容器体底上。金属底的表面形状可以是平面、曲面、球面、弧面等根据需要而设计的形状，金属底的材料可以是铁、不锈钢等导热金属材料。通过烧结，金属底与玻璃陶瓷片3连接，玻璃陶瓷被扩散到金属底表面的毛细间隙中，其深度达0.02mm以上，附图标号6为玻璃陶瓷扩散入金属底表面内的部分，在烧结过程中金属底表面与玻璃陶瓷扩散入金属底表面内的部分一起形成共晶层，通过以上方式实现了玻璃陶瓷片与金属底之间的无间隙，无粘接材料的紧密性连接，强度高，导热性好，而且高绝缘性，电气强度高，安全。
所述容器体可以是锅、壶、杯、盘等器具，比如加热食品、液体的锅、壶、杯，烧、煎、烤、炸食品的盘、锅等。
实施例2，参照附图5、6、7、8。
本发明所提供的金属基板玻璃陶瓷电加热器包括导热金属基板21，所述导热金属基板21上烧结由玻璃陶瓷22为绝缘导热材料的加热器，在烧结过程中，使玻璃陶瓷的分子扩散至导热金属基板21的表面内达0.02mm以上，在金属基板和玻璃陶瓷之间形成共晶层25，所述玻璃陶瓷中间埋有作为电热元件的金属电阻箔片23。加热器的加热面积从4cm2---2000cm2，功率密度60W/cm2以内均可实现。
简单的制作过程为：在作为加热工作面的金属基板表面涂覆所述底层玻璃陶瓷22-1浆料，再在所述底层玻璃陶瓷上涂覆一层或多层所述过渡层玻璃陶瓷22-2或22-2、22-3浆料，然后将作为电热元件的金属电阻箔片或金属电阻丝放在所述过渡层玻璃陶瓷表面，最后涂覆所述覆盖层玻璃陶瓷22-4浆料，在这过程中，经一次或一次以上烧结，发生物理化学反应而形成层状复合玻璃陶瓷，在烧结过程中，底层玻璃陶瓷被扩散到金属基板表面的毛细孔隙中，其深度可达0.02mm以上，玻璃陶瓷扩散渗入金属表面内并形成共晶层。过渡层A玻璃陶瓷22-2和过渡层B玻璃陶瓷22-3处于底层玻璃陶瓷22-1与覆盖层玻璃陶瓷22-4之间，过渡了相邻各层的性能，在烧结过程中，各层玻璃陶瓷之间相互渗透，紧密结合在一起。作为加热工作面的金属基板和底层玻璃陶瓷之间，作为电热元件的金属电阻箔片与过渡层B玻璃陶瓷22-3和覆盖层玻璃陶瓷22-4之间牢固结合在一起，制成一种新型的电加热器，称作金属基板玻璃陶瓷电加热器(Metal Placode Glass-ceramic Heater)，简称金属板发热体(MPH)。
通过以上方式实现了玻璃陶瓷与金属之间的无间隙、无粘接材料的紧密结合，具有连接强度高、抗热冲击能力强、导热性好、电气绝缘强度高、具有良好的安全性能。
本发明所提供的电加热器即金属基板玻璃陶瓷电加热器(Metal Placode Glass-ceramic Heater)是一种以金属作为基板、以金属电阻箔片或金属电阻丝作为电热元件、以玻璃陶瓷作为绝缘导热材料，通过烧结而成，具有通电发热功能的复合材料。
玻璃陶瓷片22耐温能达800℃，而且不会燃烧及熔化，安全性好。所述底层玻璃陶瓷为平均体密度每立方厘米大于等于3.2克，每立方厘米小于等于6克的导热玻璃陶瓷。所述过渡层玻璃陶瓷为平均体密度每立方厘米大于等于3.2克，每立方厘米小于等于6克的导热绝缘玻璃陶瓷。过渡层玻璃陶瓷的层数一般控制在一层至六层。金属电阻箔片能在电压波动大，负荷变化大的场所能经得起各种冲击，金属电阻箔片的二端有电极引出片24，电极引出片穿出玻璃陶瓷片与电源连接。电极引出片可连接各种电源接头，非常方便。
金属底(基板)的材料可以是铁、不锈钢等导热金属材料。金属底(基板)21的表面形状可以是平面、曲面、球面、弧面等根据需要而设计的形状，通过烧结，金属底(基板)21与玻璃陶瓷片22连接，底层玻璃陶瓷22-1被扩散到金属底(基板)表面的毛细间隙中，其深度达0.02mm以上，附图标号25为玻璃陶瓷扩散入金属底(基板)表面内的部分，在烧结过程中金属底(基板)表面与底层玻璃陶瓷22-1扩散入金属底(基板)表面内的部分一起形成共晶层25，通过以上方式实现了玻璃陶瓷片与金属底(基板)之间的无间隙，无粘接材料的紧密性连接，强度高，导热性好，而且高绝缘性，电气强度高，安全。
所述金属基板和所述玻璃陶瓷片烧结结合后形成了发热盘、发热板或发热片，它可设置在托盘26等支撑、安装机构上，构成加热装置，可以用来加热诸如锅、壶、杯、盘等器具。
电阻金属箔片的厚度小于等于0.05mm，散热极好，配合玻璃陶瓷绝缘导热材料后可制造功率密度大，体积小，寿命特别长的加热器。电阻金属箔片的材料可采用镍铬或铁铬铝合金，电阻金属箔片或金属丝可以设计成各种形状，从而可以方便设计不同的局部加热温度及加热功率，应用于不同类型的产品，从民用到工业用产品。电阻金属箔片的各种形状可通过冲裁成型。

Claims (10)

1.金属基板玻璃陶瓷电加热器，它包括金属基板，其特征在于金属基板紧密结合有作为绝缘导热材料的玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷内部埋有作为电热元件的金属电阻箔片或金属电阻丝。
2.如权利要求1所述的金属基板玻璃陶瓷电加热器，其特征在于所述紧密结合为玻璃陶瓷和金属基板之间烧结形成有共晶层。
3.如权利要求1所述的金属基板玻璃陶瓷电加热器，其特征在于所述玻璃陶瓷为玻璃陶瓷片，所述紧密结合为玻璃陶瓷片和金属基板之间烧结形成有共晶层。
4.如权利要求1所述的金属基板玻璃陶瓷电加热器，其特征在于作为绝缘导热材料的玻璃陶瓷为层状复合玻璃陶瓷。
5.如权利要求4所述的金属基板玻璃陶瓷电加热器，其特征在于所述层状复合玻璃陶瓷由底层玻璃陶瓷、过渡层玻璃陶瓷、覆盖层玻璃陶瓷组成，过渡层玻璃陶瓷有一层或多层；所述底层玻璃陶瓷为与金属基板进行所述紧密结合的导热玻璃陶瓷。
6.如权利要求5所述的金属基板玻璃陶瓷电加热器，其特征在于所述底层玻璃陶瓷为平均体密度每立方厘米大于等于3.2克，每立方厘米小于等于6克的导热玻璃陶瓷。
7.如权利要求5所述的金属基板玻璃陶瓷电加热器，其特征在于所述过渡层玻璃陶瓷为与相邻层玻璃陶瓷紧密结合的导热绝缘玻璃陶瓷。
8.如权利要求7所述的金属基板玻璃陶瓷电加热器，其特征在于所述过渡层玻璃陶瓷为平均体密度每立方厘米大于等于3.2克，每立方厘米小于等于6克的导热绝缘玻璃陶瓷。
9.权利要求5所述的金属基板玻璃陶瓷电加热器，其特征在于所述覆盖层玻璃陶瓷为覆盖作为电热元件的金属电阻箔片或金属电阻丝的绝缘玻璃陶瓷。
10.一种电加热器具，它包括容器体，其特征在于容器体设有权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的金属基板玻璃陶瓷电加热器。
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