CN109479348A

CN109479348A - 加热装置、其用途和工具

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Publication number: CN109479348A
Application number: CN201780044551.XA
Authority: CN
Inventors: E·科拉多
Original assignee: E-Winker Co Ltd
Current assignee: E-Winker Co Ltd
Priority date: 2016-07-18
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2019-03-15
Anticipated expiration: 2037-07-14
Also published as: EP3485702B1; EP3485702A2; JP2019521492A; PL3485702T3; CN109479348B; US11116048B2; WO2018015856A2; WO2018015856A3; US20190159299A1; ES2832891T3; IT201600074867A1

Abstract

描述了加热装置、它的用途和用于制造加热装置的工具。该装置包含感应元件、受感应的元件、和放置在该感应元件和该受感应的元件之间的第一介电元件。该受感应的元件包含金属合金，该金属合金含有第一金属或第一金属混合物，其百分比占总重量在90重量％和99.99重量％之间，并且含有第二金属或第二金属混合物，其百分比占总重量在0.01重量％和10重量％之间。第一金属是无磁性金属，例如抗磁性或顺磁性或反铁磁性金属，或第一金属混合物是无磁性的和/或可仅包含非磁性金属。第二金属是铁磁性或亚铁磁性金属，或第二金属混合物仅包含铁磁性或亚铁磁性金属。替代金属，可使用具有金属性行为的材料例如导电工程塑料。

Description

加热装置、其用途和工具

描述

发明领域

本发明涉及加热装置，其包含感应元件、具有金属性和/或介电行为的单片或使用地层学的多层的受感应的元件和放置在它们之间的介电元件。这种类型的感应加热装置可用于加热房间和/或物体，在其上放置或整合加热装置或者用于加热和烹饪食物、流体及其他，或者用于在工业过程中加热部件或机器。

背景技术

已知通过使金属性元件经受空间和/或时间上变化的磁场，在该元件自身中感应有电流；这些电流被定义为寄生电流(或Eddy电流)并且本身它们通过焦耳效应加热金属元件，焦耳效应与重新定向磁畴(在文献中已知为磁滞回线，其为铁磁材料的特性和典型)的耗散效应相配合。

许多实际应用利用这种现象。必须在最为人所知中列举，例如感应炉盘(hob)上锅的加热和一些类型的重型车辆中电磁制动器的制备。

不是所有的具有金属性行为的材料都适合于制造实际感兴趣的利用这种现象的物品。

例如，对于制造感应炉盘用的锅而言，必然使用具有足够低电阻的金属用于有效地传导所感应的寄生电流，但是超出电阻的某一下限，则未获得足够的能量耗散来通过焦耳效应加热锅。

还可在其他技术领域中发现相同的缺陷。

因此，随着时间推移，一些金属比其他金属优选，因此在参考市场中产生了实际上的标准。

一旦再次提及感应炉盘用锅的实例，铸铁和一些铁素体钢比铝优选，尽管后者具有更低的比重(会允许制造轻且更便宜的锅的特性)和使其更适合于烹饪食物的高热传导率。

同样在铁路、汽车和工业自动化领域，铁和一些钢材是制造电磁制动器的一些优选的金属。

换句话说，从物理化学性质的观点来看较差性能但是较好响应在上述现象的背景下与民用或工业用途相容的功率下产生的磁场的其他金属优选于一些具有更适合于特定用途的物理化学性质的金属。

大体上，具有高热传导率值的金属还拥有高的电传导率但是有时对于获得由感应引起的有效产热是过多的。例如银、金和铝特性在于优异的热和电传导率，但是对具有民用或工业功率和/或频率的变化的磁场反应差。

众所周知，可取决于在磁场存在下对磁化的态度来将金属分类。在数量上和实际上，取决于相对磁导率的值将金属分类为铁磁性、抗磁性和顺磁性，相对磁导率本身对应于金属的绝对磁导率和真空的磁导率μ₀之间的以下比率：

(1)μ_r＝μ/μ₀

绝对磁导率定义为在磁感应B和磁化场的强度H之间的比率，即：

(2)μ＝B/H。

真空的磁导率μ₀是基础物理常数之一，它的值以国际系统表示为亨利/米：

(3)μ₀＝4π·10^-7H/m。

在抗磁性金属中相对磁导率是恒定的(μ<μ₀)并且稍微小于单位一。在顺磁性金属中相对磁导率稍微高于单位一并且与温度成反比例。在铁磁性金属中相对磁导率比单位一高得多(μ>>μ₀)并且除温度之外还随磁化场的变化而变化。

在室温下存在一些金属呈现出铁磁性或亚铁磁性性质，例如铁、钴和镍。一些稀土元素在甚至远低于室温的温度下是铁磁性的。

以下表1总结了该分类。

表1

金属	相对磁导率
		铁磁性	μ<sub>r</sub>>>1
抗磁性	μ<sub>r</sub><1
		顺磁性	μ<sub>r</sub>>1

顺磁性金属的相对磁导率值相对于抗磁性金属之间的差最小并且通常对于实际目的而言，特别对于所关心的感应加热而言是可忽略不计的。

独立于刚总结的分类，为了简化在以下描述中顺磁性金属和抗磁性金属将被简单地定义为无磁性(amagnetic)或非磁性金属，与金属相同的方式通常不会明显地与磁场相互作用，其中例如可提到铝、铜、钛、钨。

如以上提到的，一些无磁性金属具有优异物理性质并具体地为热传导率，但是没有直接使用在通过eddy电流提供加热的应用中，恰恰因为除了这些金属，优选其他金属例如铁、铸铁或对磁场具有更有效的响应的一些特定钢材。无磁性金属的使用仅可与铁磁性金属组合，例如通过组装由不同金属制成的零件，如以上描述在铝制锅的实例中。

例如，铝(轧制的)具有等于190kcal/m℃的热传导率，即至少七倍高于常见不锈钢，并且铜(电解的)具有等于335kcal/m℃的热传导率，即至少高十二倍高于不锈钢。因此，在通过感应或任何其他系统提供加热的应用中，并且对于具有最大热传导率而言重要的是，铜将优选于铝并且铝优选于钢。

因此，期望能够克服以上描述的限制，还在所有实际应用中利用无磁性金属提供由磁场感应的寄生电流引起的加热。

此外，期望基于使用这样的无磁性金属制造感应加热装置。

最后，期望制造感应加热装置使得其可与不同元件整合或组合，例如在家具中和/或建筑元件或用于烹饪食物的元件，以便提供具有不可见和/或非介入加热的可能性。

发明概述

因此本发明的目的是获得改进的加热装置，或者用于制造加热装置的工具，优选能够解决以上提到问题中的一个或多个。

因此本发明涉及加热装置，其包含：感应元件、受感应的元件和放置在该感应元件和该受感应的元件之间的第一介电元件，在其中该介电元件由真空或气体(特别是空气)构成的情况下，受感应的元件包含金属合金或由金属合金构成，该金属合金含有第一金属或第一金属混合物，其百分比占总重量在90重量％和99.99重量％之间，并且含有第二金属或第二金属混合物，其百分比占总重量在0.01重量％和10重量％之间。第一金属是无磁性金属，例如抗磁性或顺磁性或反铁磁性金属。类似地，第一金属混合物是无磁性的或仅包含非磁性金属。第二金属是铁磁性或亚铁磁性金属。类似地第二金属混合物是磁性的或仅由铁磁性或亚铁磁性金属构成。替代金属，可使用具有金属性行为的材料，例如导电工程塑料。

表述“磁性合金”和“无磁性合金”表示合金整体上分别具有可同化为铁磁性或亚铁磁性金属(即磁性金属)行为的行为和可同化为非磁性金属行为的行为，即使合金可分别含有最小数量的非磁性金属和磁性金属。重点的是合金整体的行为。

加热装置是紧凑的和/或还是柔性的，并且可有益地整合在不同装置或材料中，和/或在具有变化的半径的情况下可有益地施用至弯曲的表面。

在一些实施方案中，受感应的元件具有小于或等于10cm的厚度。

取决于实施方案，受感应的元件的总厚度由紧凑的箔或多个箔的重叠限定，箔可包括至少一个介电元件，例如空气、胶、或其他。

由于这一特性，可保持加热装置的厚度紧凑。

在一些实施方案中，受感应的元件具有在5μm和700μm之间和更优选在5μm和200μm之间的厚度。

相对于不同的受感应的元件的平均电热能量转换效率，根据权利要求1制成的受感应的无磁性元件的平均电热能量转换效率高至少10％-15％。

在一些实施方案中，合金可含有小于1重量％的一种或多种稀土元素或它们的氧化物(其中根据IUPAC定义确定稀土元素)，或混合稀土合金(MishMetal)，其本身包含50％铈、25％镧和小百分比的钕和镨；非金属，例如碳，和/或半金属，例如硅。这允许获得具有优异物理和/或化学特性的受感应的元件。

在一些实施方案中，相对于合金总量，第一金属或第一金属混合物的含量在95重量％和99.99重量％之间，和相对于合金总量，第二金属或第二金属混合物的含量在0.01重量％和5重量％之间，优选在0.01重量％和3重量％之间。这允许获得具有优异物理和/或化学特性和优化的电能至热能转化效率的受感应的元件。

在一些实施方案中，第一金属选自金、银、铜、铝、铂、钛、硼，或者第一混合物是金、银、钛、铜、铝、铂、硼中两种或更多种的混合物，和第二金属是镍、铁、钴中一种，并且第二混合物由镍、铁、钴中两种或更多种构成。这允许获得具有优异物理和/或化学特性的受感应的元件。

在一些实施方案中，如果存在，合金中钛含量小于占总重量的0.5重量％，优选0.1重量％-0.2重量％；如果存在，合金中硼含量小于占总重量的0.5重量％，优选0.1重量％-0.2重量％；如果存在，合金中铁含量小于占总重量的3重量％，优选0.01重量％-3重量％。

由于这一实施方案，可获得具有优异物理和/或化学特性的受感应的元件。

在一些实施方案中，感应元件包含第一传导元件，该第一传导元件至少部分具有螺旋形状。这允许简单且紧凑地制造感应元件。

在一些实施方案中，感应元件包含第二传导元件，该第二传导元件至少部分具有螺旋形状。这允许简单且紧凑地制造感应元件。此外，相对于受感应的元件，两个或更多个感应元件的存在允许感应元件的有益的定位自由。

在一些实施方案中，第一传导元件包含端部，而且第二传导元件也包含端部，并且可将第一和第二端部连接在同一装置侧上。以这种方式可容易地将若干传导元件连接至发电机。

在一些实施方案中，第一介电元件具有在1μm和10cm之间的厚度。

由于这一实施方案，可获得非常紧凑且柔性的加热装置，或者通过将受感应的元件和感应元件整合在较厚的元件或产品(例如建筑材料等)中，或者在工业过程中来以较大距离放置受感应的元件和感应元件。

在一些实施方案中，第一介电元件被感应元件缠绕。这允许用具有护套的电线等填满(implement)感应元件和介电元件。

在一些实施方案中，装置还包含放置在感应元件上位于第一介电元件相对侧的第二介电元件。以这种方式可进一步将装置与周围环境电绝缘和/或物理隔绝。

在一些实施方案中装置还包含放置在受感应的元件上位于第一介电元件相对侧的第三介电元件。这允许进一步将装置与周围环境电绝缘和/或物理隔绝。

在一些实施方案中，第一介电元件和/或第二介电元件和/或第三介电元件包含一种或多种材料，例如塑料、树脂、玻璃、真空、陶瓷、木材、粉末氧化物的聚集物、石头。这允许将装置整合在元件、工具或个人护理或家庭物品(例如瓷砖)内部，从而获得没有视觉入侵性的房间加热装置。或者可使烹饪工具抗划痕和切割，或更方便的熨烫工具。

在一些实施方案中受感应的元件包含压花。在还通过整合美学元件的情况下，这允许从感应元件至受感应的元件的能量转移提高。

在一些实施方案中，受感应的元件包含多个箔。这允许使装置甚至更柔性，特别是在其中箔彼此是可移动的或甚至彼此未连接的情况下。

在一些实施方案中，箔彼此平行和/或交叉、侧面相接(flanked)和/或重叠。这允许制造具有箔的不同编织，以便更好地适应加热装置的特定使用类型。

此外，可实现适合并对以上描述的加热系统起作用的无磁性混合物的厚度。因此，受感应的元件可显示单个紧凑箔或被介电元件(例如空气或胶合体系、树脂等)插入的重叠箔。

在一些实施方案中箔是手风琴式(concertina)折叠的。这允许较高的每体积单位产热和/或待获得的受感应的元件的较高结构阻力。

在一些实施方案中，至少受感应的元件或受感应的元件、介电元件和感应元件包含凸的或凹的表面。这允许在具有可变和/或柔性半径的情况下使装置适应弯曲或曲线表面，例如管或管部分。

一个实施方案还可涉及根据前述实施方案中任一项的装置用于房间加热、食物加热和烹饪、通过装置或衣物个人加热、在工业过程中加热和烹饪的用途。

由于这一实施方案，可获得房间加热，其具有特别紧凑并易于整合在待加热的装置和物体中的加热装置。

在一些实施方案中，受感应的元件已经经历了阳极化工艺。这允许待制造的受感应的元件具有优异的化学-物理品质，优化的对划痕和不同环境条件的耐性和保护，受感应的元件的表面结构和颜色的变化。

一个实施方案涉及用于制造根据前述实施方案中任一项的装置的工具，其包含：感应元件，和/或受感应的元件，和/或待放置在该感应元件和该受感应的元件之间的第一介电元件，其中该受感应的元件可包含具有金属性行为的材料的合金，该具有金属性行为的材料的合金含有第一金属或第一金属混合物，其百分比占总重量在90重量％和99.99重量％之间，并且含有第二金属或第二金属混合物，其百分比占总重量在0.01重量％和10重量％之间；其中第一金属可为无磁性金属，例如抗磁性或顺磁性或反铁磁性金属，或者其中第一金属混合物是无磁性的和/或可仅包含非磁性金属，和其中第二金属可为铁磁性或亚铁磁性金属，或者其中第二金属混合物可仅包含铁磁性或亚铁磁性金属。替代金属，可使用具有金属性行为的材料例如导电工程塑料。由于这一实施方案，可分别销售受感应的元件、感应元件和介电元件，然后当必须制造装置时将它们结合在一起。

还可通过使用非金属性但显示金属性行为的材料例如导电工程塑料替代金属和金属合金来获得涉及装置、其相对用途和工具的以上描述的益处。

附图简要列表

借助于附图，通过回顾以下优选但非排他的实施方案的说明，本发明的进一步特性和益处将更加明显，仅出于说明的目的而非限制地说明所述实施方案，其中：

-图1示意地显示根据本发明一个实施方案的感应加热装置的截面视图；

-图2A-2G示意地显示根据本发明不同实施方案的不同感应元件的顶视图；

-图3示意地显示根据本发明一个实施方案的感应加热装置的截面视图；

-图4示意地显示根据本发明一个实施方案的感应加热装置的截面视图；

-图5A-5G示意地显示根据本发明不同实施方案的不同受感应的元件的顶视图；

-图6示意地显示根据本发明一个实施方案的受感应的元件的三维视图；

-图7示意地显示根据本发明的一个实施方案具有重叠箔的受感应的元件的三维视图。

发明详细描述

在本发明的一个实施方案中，使用具有非磁性行为的第一金属(即在室温下其与磁场没有明显相互作用)和第二铁磁性金属(即其在室温下与磁场相互作用)来制造具有金属性行为的材料的合金。两种金属的比例是以上描述的和在权利要求书中的那些。

可用不同的技术获得合金，例如熔融、烧结和在液相中分散粉末金属。

为了简化关于熔融，使合金以坯料凝固，然后例如在轧机中使用坯料用于获得具有期望厚度的膜或受感应的元件。

轧制技术是公知的并且不需要对其详细描述。例如在Youtube互联网平台上可获得的以下视频解释了如何在轧机中制备由食品级铝制成的膜：https://www.youtube.com/watch？v＝f4OTj9yNOak。

例如可仅使用为优选技术的轧制完成制造。

因此可使用如此制造的膜作为感应加热装置中的受感应的元件，如将在下文中描述。

如以上描述，还可由若干第一金属和若干第二金属开始来获得合金。

以下实施例描述了该现象。

***

实施例

实施例1

由银、铜、镍和稀土元素采用以下表中所示重量百分比构成合金。

稀土硅化物其本身包含Si＝40％-45％、稀土元素8％-10％并且余量为铁；混合稀土合金通常包含50％铈、25％镧和小百分比的钕和镨。

用在1000W功率下调节并在稍小于10秒后达到约800℃温度(红色)的感应炉盘11加热了膜。

实施例2

由铜、镍和稀土元素采用以下表中所示重量百分比构成合金。

稀土硅化物其本身包含Si＝40％-45％、稀土元素8％-10％并且余量为铁；混合稀土合金通常包含

用在1000W功率下调节并在稍小于10秒内达到约1100℃温度(亮红色)的感应炉盘11加热了膜。

实施例3

由铝和铁采用以下表中所示重量百分比构成合金。

抗磁性金属	铝97.3％
		铁磁性金属	铁2.7％
膜厚度	100μm

用在250W功率下调节并在稍小于10秒内达到约350℃温度的感应炉盘11加热了膜。

***

在本发明的一些实施方案中，将以上描述的膜(对应于受感应的元件)压花以提高与将由本文以下描述的感应元件所产生磁场的相互作用。

在本发明的一个实施方案中，由铝和铁合金制成膜，其中铝的量按重量计在97重量和99.99重量％之间和铁的量在0.01重量％和3重量％之间、有益地在0.01重量％和1.8重量％之间。合金还可包含钛和/或硼，每个的量不高于0.5％、有益地在0.1％和0.2％之间。这些金属的目的是进行令人满意的合金精炼，从而允许较小的和基本上球形形状颗粒的形成并改进其总体机械特性。此外，其他元素(金属性和非金属性)可以痕量存在，通常总量小于0.5％。

膜具有等于或小于10cm的厚度，其中可通过紧凑箔或多个箔的重叠(其可在箔之间包括至少一个介电元件(例如箔1+空气+箔2或箔3+胶+箔4等))表示受感应的元件的总厚度。

图1是根据本发明一个实施方案的加热装置10的示意截面视图。

具体地，加热装置10可为感应类型的并包含感应元件11、受感应的元件13和放置在该感应元件11和该受感应的元件13之间的第一介电元件12。

在一些实施方案中，感应元件11可为能够产生变化的磁场的任何元件，例如线圈或螺旋线或更通常地为传导元件或经构造从而能够产生变化的磁场的任何装置。

在一些实施方案中，第一介电元件12是能够将感应元件11与受感应的元件13电绝缘的任何元件，例如还是真空空间或空气层。

在一些实施方案中，受感应的元件是之前描述的膜中的任一个。更通常地，受感应的元件可为通过电磁场感应方式可产生热的任何材料，例如铁磁性金属。

在一些实施方案中，受感应的元件13包含金属合金，该金属合金含有第一金属或第一金属混合物，其百分比占总重量在90重量％和99.99重量％之间，并且含有第二金属或第二金属混合物，其百分比占总重量在0.01重量％和10重量％之间。如之前所述，第一金属是无磁性金属，例如抗磁性或顺磁性或反铁磁性金属，或者第一金属混合物是(整体上)无磁性的或仅包含非磁性金属。此外，还如之前所述，第二金属是铁磁性或亚铁磁性金属，或者第二金属混合物是整体上磁性的或仅包含铁磁性或亚铁磁性金属。

这一实施方案允许制造具有有益的紧凑形状和优异的工作特性的感应加热装置。

应理解通过词语“金属”还可指具有金属性行为的任何材料，以及例如导电工程塑料。

在一些实施方案中，如之前所述，受感应的元件13具有小于或等于10cm的厚度。供选择地，在其他优选实施方案中，受感应的元件13具有在5μm和700μm之间、和更优选在5μm和200μm之间的厚度。由于这些实施方案，可制造特别紧凑的感应加热装置10。如将在本文以下描述，这允许制造柔性的感应加热装置10，其可被施加至弯曲表面(甚至柔性的或具有变化的曲率)。在其他实施方案中，如将在本文以下描述，在对它们厚度没有负面影响的情况下，受感应的元件13的这样的厚度使与不同建筑或食物或家具材料或用于人的材料整合容易。

图2A示意地描述感应加热装置10A的顶视图。具体地，在图中可见感应元件11的特定实施方案。如可见于附图，所以感应元件11包含第一传导元件14，该第一传导元件14至少部分具有螺旋或等效的形状。传导元件14可为能够导电的任何元件，例如电线(具有实心横截面或空心横截面)，在多线情况下PCB的电沉积轨道、沉积和/或印刷在介电元件12上的金属性线等。另外或替代地，如将在本文以下描述，除介电元件12之外或取代介电元件12，可用树脂、塑料、或任何类型的介电护套覆盖传导元件14。

在一些实施方案中，传导元件14可包含彼此类似或不同的多个传导元件。

在图2A中描述的特定实施方案中，用具有两个端部14A和14B的螺旋形状缠绕传导元件14。螺旋没有特定的几何构型。可应用不同类型的螺旋并且通常地术语螺旋应被理解为围绕在中心确定的点逐渐接近或离开(取决于曲线如何运行)而缠绕的形状。具体地，如将在本文以下描述，也可应用具有三角形、方形展开的螺旋，或者更通常地，至少部分直线且不完全曲线的展开。

在本发明的一些特定实施方案中，螺旋的直径或盘的等效直径为从1mm至1m，更优选地从3cm至30cm。在本发明的一些特定实施方案中，传导元件14包含一种或多种传导材料，其例如选自包含以下的组：铜、钨、黄铜、铝、铁和包含它们的合金。

在图2A中描述的具体实施方案中，螺旋的两个端部14A和14B止于感应加热元件10A的两个不同侧上。然而，本发明不限于这种情况，并且两个端部14A和14B可彼此独立地止于感应加热元件的任何侧。例如，如图2B中描述，两个端部14A和14B可止于感应加热元件10B的相同侧，使得有益地允许两个端部简单的电连接至发电机或者更通常地电力源。

在图2A和2B中，传导元件14的螺旋形状由传导元件14的单个绕线制成。然而，本发明不限于这种特定实施方案，并且例如在图2C中描述，还可能是传导元件14的双绕线。

图2D和2E示意地描述两个实施方案，其中传导元件14的螺旋具有多边形展开，分别在图2D中为方形和在图2E中为三角形。大体上，螺旋的每个曲线或直线展开在用介电护套覆盖或屏蔽的受感应的元件的相同侧上或两个不同侧上可具有单绕线或双绕线。

在图2F中描述的实施方案中，存在两个传导元件14和15。第一传导元件14包含端部14A、14B，和第二传导元件15包含端部15A、15B。还在具有多于一个传导元件14、15的实施方案中，可自由构造端部的位置。在图中特定情况下，可将端部14A、4B和端部15A、5B连接在同一装置侧，其有益地简化与发电机的连接。虽然将在图2F的两个螺旋中的传导元件14、15描述为在相对的方向上缠绕，特别是对于传导元件14为逆时针并且对于传导元件15为顺时针，但是本发明不限于这种构造并且传导元件14、15可在其他实施方案中具有相同的缠绕方向。

此外，传导元件数目不限于一个或两个而是还可为任何数目。例如，如图2G中描述，感应加热装置10G包含六个传导元件14-19。另外，尽管多个传导元件14-19的螺旋类型是相同的，但是本发明不限于这种实施方案并且还在具有不同尺寸的情况下，可在相同的感应加热装置中应用不同类型的螺旋。

在单侧组件的情况下(即在受感应的元件13中的感应元件11的仅一侧上感应)的一些实施方案中，可在感应元件的表面上(优选在感应元件11不朝向受感应的元件13的一侧上)提供添加由磁铁或磁性涂料产生的磁场。

在本发明的一些实施方案中，介电元件12具有从1μm至10cm的厚度。具体地，在其中介电元件12具有非常薄厚度的情况下，可获得具有有限厚度的感应加热装置从而允许具有柔性的感应加热装置并因此可适用于弯曲表面(还在变化曲率的情况下)。相反，当介电元件12的厚度较高时，可使用一种或多种材料作为介电元件，例如塑料、树脂、玻璃、陶瓷、木材、粉末氧化物的聚集物、石头。因此在这种情况下，可获得与以上提到的材料整合的感应加热装置并因此能够容易整合在不需要另外的加热元件的环境中，例如散热器。此外，可容易将装置整合在物体、工具和装置、家庭和个人护理物品、结构等中。

另外或者替代地，在一些实施方案中第一介电元件12被感应元件11缠绕。这可为例如绝缘护套缠绕导线的情况。

图3示意地描述根据本发明一个实施方案的感应加热装置30的截面视图。具体地，装置30不同于装置10，因为存在放置在感应元件11上位于第一介电元件12的相对侧的第二柔性或刚性的介电元件31。

图4示意地显示根据本发明一个实施方案的感应加热装置40的截面视图。具体地，装置40不同于装置10，因为存在放置在受感应的元件13上位于第一介电元件12的相对侧的第三柔性或刚性的介电元件41。

还可将介电元件12的之前所列出的考虑应用于柔性或刚性的介电元件31和41中的一个或多个。此外，可将图3和图4的实施方案彼此组合以获得包含介电元件31和介电元件41两者的感应加热装置。

***

实施例

实施例4

具有三个层的感应加热元件，包含具有从3μm至2cm厚度的感应元件11、具有从1μm至10cm厚度的介电层、和具有等于或小于10cm、更优选在10和700μm之间厚度的受感应的元件13。

实施例5

具有五个层的感应加热元件，包含具有从5μm至20cm、优选从5μm至1cm厚度的介电元件31、具有从3μm至2cm厚度的感应元件11、具有从1μm至10cm厚度的介电层12、具有等于或小于10cm、更优选在10和700μm之间厚度的受感应的元件13、和具有从1μm至20cm厚度的介电元件41。

实施例6

感应加热元件，包含：

-作为介电元件41的玻璃片，优选具有4mm的厚度与从32×36cm的尺寸；

-胶层，具有10μm的厚度；

-作为受感应的元件13的由97％铝和2.66％铁并且余量为0.34％的痕量无磁性金属制成的箔，优选具有10μm的厚度；

-胶层，具有10μm的厚度；

-作为介电元件12的玻璃片，优选具有4mm的厚度与从32×36cm的尺寸；

-树脂层，具有20μm的厚度；

-作为感应元件11的金属性螺旋，具有25cm的直径，由具有1.5mm直径的铜线制成，其覆盖有具有200μm厚度的介电护套；

-树脂层，具有20μm的厚度；

-胶层，具有10μm的厚度；

-作为受感应的元件13的由97％铝和3％铁制成的箔，优选具有10μm的厚度；

-胶层，具有10μm的厚度；

-作为介电元件31的玻璃片，优选具有4mm的厚度与从32×36cm的尺寸。

因此，加热元件的总厚度为约25mm。热敏成像检测到约25分钟内在最外表面上被加热直至126℃的区域，伴随着电能至热能的转化效率高于92％。

实施例7

感应加热元件，包含：

-作为介电元件41的玻璃片，优选具有4mm的厚度与从45×27cm的尺寸；

-胶层，具有10μm的厚度；

-作为受感应的元件13的由约98.0％铝和约1.54％铁并且余量为0.56％的痕量无磁性金属制成的箔，优选具有10μm的厚度；

-胶层，具有10μm的厚度；

-作为感应元件11的矩形金属性螺旋，具有40×20cm的尺寸，由具有1.8mm直径的多个铝线制成，每个线覆盖有具有小于1μm厚度的介电护套；

因此，加热元件的总厚度为约6mm。热敏成像检测到在最外表面上被加热直至250℃的区域

用600瓦特功率烹饪了3个具有2cm厚度和50cm²表面的牛排10分钟(总消耗为100瓦时，其使用0.20欧/kWh的平均意大利全国成本对应于2欧分)(已将时间和消耗与相同尺寸的系统进行了比较，该系统具有烤架和耐热性，功率等于800瓦特，10分钟消耗高30％，并且烹饪更少的肉)。

实施例8

具有195mm乘105mm尺寸的矩形盘，包含以下平面：

-具有0.2mm厚度的非感应磁屏蔽的隔绝元件；

-由扁平线圈组成的感应元件，该扁平线圈包含12个通过使用由铜制成的传导截面为1mm的上釉的单丝传导元件从外周开始的绕线；

-具有4mm厚度的由Vetronite制成的介电隔绝元件；

-包含两个约6μm的箔的无磁性感应箔，其由如此组成的合金制成：

抗磁性金属	铝98％
		铁磁性金属	铁1.2％
痕量其他无磁性金属	0.8％

由0.5mm的碳层将箔隔开。采用1000瓦特的功率，在小于12秒内它们达到了150℃的温度。

实施例9

装置，包含：

-具有0.2mm厚度的非感应磁屏蔽的隔绝元件；

-由扁平线圈组成的感应元件，该扁平线圈直径为10cm包含10个通过使用由铜制成的传导截面为1毫米的上釉的单丝传导元件从外周开始的绕线；

-具有4mm厚度的介电隔绝元件；

-具有方形形状和50mm乘50mm尺寸、100μm厚度的无磁性感应箔，包含：

主要的抗磁性金属	铜64％锌35.25％
		铁磁性金属	铁0.1％镍0.3％
痕量其他无磁性金属	0.35％

采用65瓦特的功率，在约65秒内装置达到约102℃的温度。

进一步实验测试

A)使用简单的受感应的元件的测试

分析了按照以下报道的表组成的另外50个样品(标记：MF＝铁磁性混合物，MA＝主要的无磁性混合物，AA＝其他无磁性金属，SP＝厚度，rem.＝组成的余量)。

每个样品具有5cm侧边尺寸(表面为25cm²)的方形形状。

每个样品已经经历由扁平环形螺旋产生的电磁场的作用，该扁平环形螺旋具有73mm的外直径和6mm的内直径，使用1.5mm的多个传导铜线而没有外护套。

将每个样品与平面平行放置，平面中通过对准各自的中心平放感应螺旋，用具有100×100×2.5mm尺寸的玻璃纤维板将螺旋与样品分隔开。

通过用Royer型ZVS振荡器产生的正弦波为螺旋供电从而获得电磁场，该振荡器具有在24V和20％占空比下以PWM调制的功率。

测试持续时间：每个样品30秒。

实验测试的结果

A)使用简单的受感应的元件的测试

B)使用组合的受感应的元件的测试

维持了使用简单的受感应的元件的测试的实验设置并且按照下表组合了更多的受感应的元件：

样品	所组合的元件的描述
		样品209	样品149+1-2μm空气+样品123组合的元件
样品207	样品149+1-2μm空气+样品119组合的元件
		样品203	样品149+1-2μm空气+样品116组合的元件
样品210	样品127+1-2μm空气+样品119组合的元件
		样品206	样品127+1-2μm空气+样品116组合的元件
样品211	样品123+1-2μm空气+样品149组合的元件
		样品204	样品123+1-2μm空气+样品103组合的元件
样品212	样品119+1-2μm空气+样品127组合的元件
		样品205	样品119+1-2μm空气+样品149组合的元件
样品201	样品116+1-2μm空气+样品149组合的元件
		样品208	样品103+1-2μm空气+样品127组合的元件
样品202	样品103+1-2μm空气+样品123组合的元件

本文以下为采用组合的受感应的元件的实验测试结果：

C)使用压花的受感应的元件的测试

维持了使用简单的受感应的元件的测试的实验设置并且按照下表制造了更多的压花的受感应的元件：

结果

样品	平均功率(瓦特)	初始T(℃)	最终T(℃)	瓦时
					样品401	24.3	35.1	55.5	0.20
样品402	39.8	44.3	177.3	0.33
					样品403	36.4	42.5	170.4	0.30
样品301	23.0	35.0	38.0	0.19
					样品302	20.0	31.7	36.1	0.17

此外，在一些实施方案中，可将受感应的元件13放置在感应元件11的两侧上。在这种情况下，第二介电元件12将放置在感应元件11和第二受感应的元件13之间。

此外，在一些实施方案中，将可在受感应的元件13上提供一层胶黏剂材料以方便它的粘合。胶黏剂材料可具有从3至100μm的厚度。

图5A-5G示意地描述不同实施方案的受感应的元件13-13G。

具体地，在图5A中，受感应的元件13具有扁平的膜或箔的形状，如之前描述的。

在图5B中，受感应的元件13B显示出压花53B，从而增加与由感应元件11产生的磁场的交换表面。

在图5C-5E中，受感应的元件13C-13E可由受感应的元件的侧边接合或重叠或交叉的条带53C-53E构成，它们具有相同或不同的尺寸、相同或不同的相对间隔、在单层或多层中，并且取向分别是竖直的、水平的和倾斜的。可按照之前对单个箔或膜描述的制造每个箔53C-53E并随后彼此连接。在一些特定实施方案中，每个箔可具有通常在4μm和3cm之间的最小尺寸。

在图5F中，通过交叉和重叠水平的箔53D和竖直的箔53C从而制造受感应的元件13F。

在图5G中，通过压缩手风琴式折叠的箔制造受感应的元件13G。

因此，由于所述实施方案，可制造特别有益于房间加热并且可易于整合在建筑元件中，或有益于制造具有高效率的加热或食物烹饪装置的加热装置。

此外，在一个实施方案中，感应加热装置可显示凸的形状。具体地，至少该受感应的元件可显示凸的表面，优选基本上自身封闭的，或者无论如何具有至少180°的角度。换句话说，感应加热装置不是扁平的但显示至少部分自身封闭的形状。

在一些实施方案中，感应元件11或由感应元件11限定的表面还可具有凸的表面，考虑了类似于用于受感应的元件制造的那些表面。对于介电元件12、31和41中的任一个也是如此。

更特别地，如图6中描述，感应加热装置60可具有通过缠绕之前描述的加热装置中的任一个所获得的基本上管状的形状，在支撑管61上方的情况下。半径的尺寸可通常为从5mm至1m。支撑管61的截面可为环形、椭圆形或多边形，或更通常地显示至少一个凸的表面的任何截面。

在一些实施方案中，如描述的一个，支撑管61可在XY平面内为360度完全封闭的，然而放置在支撑管61上的感应加热装置10可在XY平面内仅为部分自身封闭的，即可显示限定角度小于360度但优选大于180度的凸的表面。

在其他实施方案中，可不存在支撑管并且可通过封闭感应加热装置10自身，或者所述感应加热装置中的任一个以便形成管，从而获得感应加热装置60。

由于感应加热装置60，例如可通过加热流体或固体使它们流入装置60内，流体例如空气、更通常地为气体、水或油，固体例如颗粒或粉末。

在其中没有支撑管61而获得装置60的情况下，流体或固体流动直接与装置的最内层接触，例如受感应的元件13或介电元件41。

相反，在其中存在支撑管61的情况下，流体或固体可仅与支撑管61接触，在其中加热装置10放置在支撑管61外部从而如图6中描述的整体或部分覆盖支撑管61的情况下，或它们将整体或部分与加热装置10接触，在其中加热装置10放置在支撑管61内部的情况下，从而将其整体或部分覆盖。在其中加热装置10放置在支撑管61外部的情况下，可有益地在支撑管61内部循环可腐蚀或损害装置60工作的流体或固体。

在一些实施方案中，支撑管61可为例如塑料管、由PVC制成的用于管路的管、饮用水管或玻璃管(例如用于应用在实验室玻璃器皿中)。

图7中以三维形式描述包含重叠的箔53R的受感应的元件。在一个箔和另一个箔之间可存在介电元件，优选为空气。

***

实施例

实施例10

受感应的元件13是之前描述的受感应的元件中的任一个。

受感应的元件13显示具有80mm直径和60cm长度的环形截面。构成管的箔是手风琴式折叠的以易于包含由具有1.2mm直径的上釉的铜线构成的感应元件11。

施用了60W的功率、30V的电压和2安培的电流。热敏成像检测到管内部在小于10分钟达到50℃的温度。

***

本发明的实施方案还涉及用于制造根据前述实施方案中任一项的装置的工具，并且包含感应元件11、和/或受感应的元件13、和/或待放置在感应元件11和受感应的元件13之间的第一介电元件12。具体地，可单独提供并且仅在装置的安装和/或使用过程中组装这三个元件中的一个或多个。

在所述实施方案中，感应加热装置包含至少一个感应元件11和一个受感应的元件13。然而，特别考虑了可使用之前所述材料获得的厚度，将清楚的是可制造其中具有多层感应元件11和/或受感应的元件13的感应加热装置。例如，单个受感应的元件13可与两个感应元件11(受感应的元件13每侧一个)组合以使可得到的功率翻倍。供选择地，例如单个感应元件11可与两个受感应的元件13(在感应元件11的同一侧上或每侧一个)组合以加热装置的两侧。

尽管分别描述了不同的实施方案，但是对本领域技术人员将显而易见的是不同的实施方案可彼此组合，而不必要组合它们的所有特性而仅组合获得期望的效果所需的那些。

标记列表

10：感应加热装置

11：感应元件

12：介电元件

13：受感应的元件

13B：受感应的元件

13C：受感应的元件

13D：受感应的元件

13E：受感应的元件

13F：受感应的元件

13G：受感应的元件

14：传导元件

14A：端部

14B：端部

15：传导元件

15A：端部

15B：端部

16：传导元件

17：传导元件

18：传导元件

19：传导元件

30：感应加热装置

31：介电元件

40：感应加热装置

41：介电元件

53B：压花

53C：箔

53D：箔

53E：箔

53G：箔

53R：重叠的箔

60：感应加热装置

61：支撑管

Claims

1.加热装置，包含：

-感应元件(11)，

-受感应的元件(13)，和

-放置在该感应元件(11)和该受感应的元件(13)之间的第一介电元件(12)，

在其中该介电元件(12)是真空或气体、特别是空气的情况下，

该受感应的元件(13)包含金属合金，该金属合金含有第一金属或第一金属混合物，其百分比占总重量的90重量％-99.99重量％范围，并且含有第二金属或第二金属混合物，其百分比占总重量的0.01重量％-10重量％范围；

特征在于该第一金属是无磁性金属，例如抗磁性或顺磁性或反铁磁性金属，或者在于该第一金属混合物是无磁性的或仅包含非磁性金属，和

在于该第二金属是铁磁性或亚铁磁性金属，或者在于该第二金属混合物是磁性的或仅包含铁磁性或亚铁磁性金属。

2.根据权利要求1的装置，其中该受感应的元件(13)具有小于或等于10cm的厚度并且其中该受感应的元件的总厚度任选地包含单个紧凑的箔，或多个重叠的箔，在重叠的箔中可插入至少一个介电元件。

3.根据权利要求1和2中一项的装置，其中该受感应的元件(13)具有在5μm和700μm之间和更优选在5μm和200μm之间的厚度。

4.根据前述权利要求中任一项的装置，其中该合金含有小于1重量％的：

-一种或多种稀土元素或它们的氧化物，其中根据IUPAC定义确定稀土元素，或

-混合稀土合金，其中包含50％铈、25％镧和小百分比的钕和镨；

-非金属例如碳和/或半金属例如硅。

5.根据前述权利要求中任一项的装置，其中：

-相对于合金总量，该第一金属或第一金属混合物的含量在95重量％和99.99重量％之间，和

-相对于合金总量，该第二金属或第二金属混合物的含量在0.01重量％和5重量％之间，优选在0.01重量％和2重量％之间。

6.根据前述权利要求中任一项的装置，其中：

-该第一金属是金、银、铜、铝、铂、硼中一种，或者其中该第一混合物是金、银、铜、铝、铂、硼中两种或更多种的混合物，和

-该第二金属是镍、铁、钴中一种，并且该第二混合物是镍、铁、钴中两种或更多种。

7.根据前述权利要求中任一项的装置，其中：

-如果存在，合金中钛含量小于占总重量的0.5重量％，并且优选在0.1重量％-0.2重量％范围内；

-如果存在，合金中硼含量小于占总重量的0.5重量％，并且优选在0.1重量％-0.2重量％范围内；

-如果存在，合金中铁含量小于占总重量的3重量％，并且优选在0.01重量％-3重量％范围内。

8.根据前述权利要求中任一项的装置，其中该感应元件(11)包含第一传导元件(14)，该第一传导元件(14)至少部分具有螺旋形状。

9.根据权利要求8的装置，其中该感应元件(11)包含第二传导元件(15)，该第二传导元件(15)至少部分具有螺旋形状。

10.根据权利要求9的装置，其中该第一传导元件(14)包含端部(14A、14B)，和

其中该第二传导元件(15)包含端部(15A、15B)，和

其中可将第一端部(14A、14B)和第二端部(15A、15B)连接在同一装置侧上。

11.根据前述权利要求中任一项的装置，其中该第一介电元件(12)具有从1μm至10cm的厚度。

12.根据前述权利要求中任一项的装置，其中该第一介电元件(12)被该感应元件(11)缠绕或者缠绕该感应元件(11)。

13.根据前述权利要求中任一项的装置，还包含：

-放置在该感应元件(11)上位于该第一介电元件(12)相对侧的第二介电元件(31)。

14.根据前述权利要求中任一项的装置，还包含：

-放置在该受感应的元件(13)上位于该第一介电元件(12)相对侧的第三介电元件(41)。

15.根据前述权利要求中任一项的装置，其中该第一介电元件(12)和/或该第二介电元件(31)和/或该第三介电元件(41)包含一种或多种建筑材料或适合于食物或服装或工业工艺的材料，例如塑料材料、聚合物、树脂、玻璃、陶瓷、木材、粉末氧化物的聚集物、石头。

16.根据前述权利要求中任一项的装置，其中该受感应的元件(13B)包含压花。

17.根据前述权利要求中任一项的装置，其中该受感应的元件(13B)之前已经经历阳极化工艺。

18.根据前述权利要求中任一项的装置，其中该受感应的元件(13C、13D、13E、13F、13G)包含多个箔(53C、53D、53E、53G、53R)。

19.根据权利要求18的装置，其中该箔(53C、53D、53E、53G、53R)彼此平行和/或交叉。

20.根据权利要求18的装置，其中该箔(53G)是手风琴式折叠的。

21.根据前述权利要求中任一项的装置，其中至少该受感应的元件或该受感应的元件、介电元件和感应元件包含凸的或凹的表面。

22.根据前述权利要求中任一项的装置，其中替代金属合金，该受感应的元件(13)包含具有金属性行为的材料的合金，该具有金属性行为的材料例如导电工程塑料。

23.根据前述权利要求中任一项的装置，其中该感应元件(11)至少部分是螺旋形状，覆盖有介电护套或者用介电材料屏蔽，并且其中这样的螺旋穿过该受感应的元件(13)使得螺旋的两部分处于该受感应的元件(13)的相对侧。

24.根据前述权利要求中任一项的装置用于房间加热的用途。

25.用于制造根据前述权利要求中任一项的装置的工具，包含：

-感应元件(11)，和/或

-受感应的元件(13)，和/或

-待放置在该感应元件(11)和该受感应的元件(13)之间的第一介电元件(12)，

其中该受感应的元件(13)包含金属合金，该金属合金含有第一金属或第一金属混合物，其百分比占总重量的90重量％-99重量％范围，并且含有第二金属或第二金属混合物，其百分比占总重量的1重量％-10重量％范围；

26.根据权利要求24的工具，其中替代该金属合金，该受感应的元件(13)包含具有金属性行为的材料的合金，该具有金属性行为的材料例如导电工程塑料。