CN110324919A - 一种锻造金属多层复合板半导体加热器件及应用该器件的电器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电热器件领域，具体是一种锻造金属多层复合板半导体加热器件及应用该器件的电器，包括锻造金属多层复合板、半导体加热组件和多点温度检测系统；锻造金属多层复合板由两种或两种以上不同热形变率、不同厚度的金属材料，叠加成三层或三层以上的结构，采用高温加热、模内锻造、压力封边或焊接封边的方式制成的一种高度致密的复合材料。本发明采用锻造金属多层复合板，一面作为半导体加热组件的附着载体，另一面作为热量输出传导或辐射面，克服了传统单层金属板半导体加热器在生产和应用过程中受热和冷却交替过程中金属板产生应力翘曲变形、热胀冷缩，避免了半导体加热组件因金属载体形变而局部折断、脱落而导致局部过热损坏。

Description

一种锻造金属多层复合板半导体加热器件及应用该器件的 电器

技术领域

本发明涉及一种基于半导体电阻加热的加热器件及其应用，具体而言是一种锻造金属多层复合板半导体加热器件及应用该器件的电器。

背景技术

在电加热领域，目前主要采用电阻式加热器件和电磁感应加热，包括电阻丝、管状封装电阻丝和新兴起的单层金属板为载体的半导体加热器。其中电阻丝加热器的热效率不高，能量损失大；而半导体加热器具有热效率高和热启动速度快等优势，节能效果显著。

目前半导体电加热器件的制造，由不同成份的电子浆料采用多次印刷的方法在单层金属板上形成绝缘、电阻导体和绝缘层，多次进窑炉高温烧结形成半导体加热组件。窑炉烧结温度在500℃-850℃。由于单层金属板载体在烧结过程中多次冷热交替，金属板会发生局部应力翘曲变形，导致金属板部分区域与半导体加热组件贴合不紧密，或直接因载体变形而断裂，导致成品率低下，这也是目前单层金属半导体加热器件未得到大面积应用的原因。同时，采用单层金属半导体加热器件的设备，因载体钢板冷热交替后翘曲变形，与被加热对象的容器壁局部脱离接触，热阻增大，导致半导体加热器局部热量无法及时传导出，引起电气击穿和烧结层脱落而损坏。

单层金属板因温度冷热交替导致局部翘曲变形并导致半导体加热组件的折断和脱落或传热不均而局部电气击穿问题，已成为制约以单层金属板为载体的半导体加热器件生产和应用的瓶颈，设计一种能在温度频繁变换的过程中金属板载体抗应力和热胀冷缩不变形，保持平整以稳定工作的加热器件，就是成为本发明亟待解决的技术问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种锻造金属多层复合半导体加热器件。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种锻造金属多层复合半导体加热器件，包括锻造金属多层复合板、半导体加热组件和多点温度检测系统，所述复合板是由两种或两种以上不同热形变率的金属材料，叠加成三层或三层以上结构热锻造复合而成，形成一个致密结构，包括第一外层和第二外层，以及夹设在第一外层和第二外层之间的中间层，其中第一外层作为半导体加热组件浆料材料的附着层，第二外层作为传导或热辐射层。锻造金属多层复合板克服了传统单层金属板半导体加热器在加热、冷却交替过程中产生的应力翘曲变形，有效的提高了抗变形能力，避免了半导体加热组件因金属载体变形而局部折断、脱落并导致局部过热损坏。

作为优选，所述锻造金属多层复合板由第一外层、中间层与第二外层依次叠加后采用高温加热、模内锻造的方式制成的一种高度致密的复合材料。

作为优选，所述锻造金属多层是有两种或两种以上不同热形变率的金属材料，叠加成三层或三层以上结构，以抵消单层金属板应力翘曲变形。第一外层和第二外层金属单独或同时具有多个均匀布置的凹槽圈，有效的提高了抗热胀冷缩和变形能力。

作为优选，所述第一外层或第二外层具有冲压成型翻边，第一外层与第二外层的边沿采用高温模压成型搭接封边或焊接封边。

作为优选，所述第一外层表面分多次印刷有不同成份的电子浆料，形成绝缘、电阻导体和绝缘层，并多次进出窑炉高温烧结，形成半导体加热组件。在通电发热工作状态下透过中间层和第二外层辐射热量。

作为优选，所述半导体加热组件表面覆盖有多点温度检测系统，检测盘面各点发热温度，用于监视、控制多层金属复合半导体加热器件的运行温度，使之安全运行，同时提高产品寿命。

本发明同时提供应用锻造金属多层复合板半导体加热器件的加热锅，包括锅底和锅壁，所述锻造金属多层复合板半导体加热器件包括锻造金属多层复合板和烧结在锻造金属多层复合板上的半导体加热组件。所述锻造金属多层复合板包括第一外层和第二外层，以及夹设在第一外层和第二外层之间的金属中间层，其中第一外层作为半导体加热组件的附着载体，第二外层作为被加热介质的传导层。第二外层作为锅底的一部分，第二外层的边沿完全嵌入锅内并与原锅底焊接，并打磨平整，形成视觉一体结构。

本发明同时提供应用锻造金属多层复合板半导体加热器件的即热式热水器，所述锻造金属多层复合板半导体加热器件的第二外层上焊接、工艺成型的方式布置毛细热管，第一外层上的半导体加热组件产生的热量透过第二外层，通过毛细热管传导到水中将水加热。

本发明同时提供应用锻造金属多层复合板半导体加热器件的电烤盘，所述锻造金属多层复合板半导体加热器件的第二外层作为烤盘底部的一部分，第二外层的边沿完全嵌入烤盘内并与原盘底焊接，并打磨平整，形成视觉一体结构。

本发明同时提供应用锻造金属多层复合板半导体加热器件的散热器，所述锻造金属多层复合板半导体加热器件的第二外层焊接或工艺成型散热鳍片，第一外层上的半导体加热组件产生的热量透过第二外层，通过散热鳍片辐射到空气中。

制造时，首先将两种或两种以上不同热形变率、不同厚度的金属材料，叠加成三层或三层以上的结构，采用高温加热、模内锻造、压力封边或焊接封边的方式制成的一种高度致密的复合材料。将第一外层和第二外层的金属板，用数控机床铣刻出多个抗热胀冷缩和变形的凹槽圈，用于金属自身内应力的释放。锻造金属多层复合板第一外层用于印刷涂覆电子浆料制成半导体加热组件，第二外层传导或辐射热量。中间层采用不同于第一外层和第二外层的金属材料，用于承载第一和第二外层的应力并传导热量，中间夹层的厚度显著大于外层的厚度。

随后将第一外层或第二外层冲压成型翻边，第一外层与第二外层的边沿采用高温模压成型搭接封边或焊接封边。

然后在第一外层上印刷不同成份的电子浆料，多次通过窑炉的高温烧结成型，制成半导体加热组件，烧结温度达500-850℃。前工序对复合板全封闭的处理确保了锻造金属多层复合板多次进炉烧结制程中不翘曲变形及热胀冷缩。

最后将锻造金属多层复合板半导体加热器件嵌入电器内的工作面，如作为锅具，烤盘、热水器或散热器的一部分，第二外层作为直接接触或辐射热量的的工作面。作为锅底时，是将多层金属复合板的边沿铣去第一外层和中间夹层，露出第二外层，在锅底冲出或切割与第二外层水平边沿轮廓相同的通孔，第二外层的边沿完全嵌入锅底并与锅底焊接，焊缝打磨平整。

有益效果：本发明采用锻造金属多层复合板的一侧作为制备半导体发热组件的载体，另一侧作为烹饪电器工作部。采用锻造工艺制成的锻造金属多层复合板，致密性高，克服了高温窑炉内单层金属板应力翘曲变形及热胀冷缩造成半导体浆料的断裂和脱落，提高了产品合格率。直接制作在锻造金属多层复合板上半导体加热器件，具有热启动速度快、热效率高等特点。同时，锻造金属多层复合板具备一定的热容，可以对介质均匀加热。

除以上所述本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外。为使本发明目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点做更为清楚、完整的描述。

附图说明

图1是根据本发明实施例1的锻造金属多层复合板半导体加热器件的截面视图；

图2是根据本发明实施例2的锻造金属多层复合板半导体加热器件的结构图视图；

图3是根据本发明实施例3的锅的示意图；

图4是图3的局部放大图；

图中：锻造金属多层复合板半导体加热器件10，多点温度检测系统1，半导体加热组件2， 410钢板3，铝板4，304不锈钢钢板5，锅20，锅体21。

具体实施方式

实施例1：

本实施例的锻造金属多层复合板如图1所示，包括第一外层金属板，中间层金属板和第二外层金属板，在第一外层表面分多次印刷有不同成份的电子浆料，形成绝缘、电阻导体和绝缘层，并多次进出窑炉高温烧结，形成半导体加热组件，具有热效率高和热启动速度快等优势，节能效果显著。

锻造金属多层复合板包括410钢板3，铝板4和304不锈钢钢板5，是在加热状态下用锻压机将铝板4压制在410钢板3和304不锈钢5中间形成三层致密的金属结构， 410钢板3作为半导体加热组件2的载体层， 304不锈钢板5作为被加热介质的接触层或辐射层。

锻造金属多层复合板采用封边结构，在热压模具的边沿设置将一面外层翻边的台阶，令两个外层在边沿形成热压搭接封边，也可以焊接封边，从而形成稳定封闭的金属多层复合板。

实施例2

本实施例的锻造金属多层复合板半导体加热器件如图2所示，包括多点温度检测系统1，半导体加热组件2，410钢板3，铝板4和304不锈钢钢板5。

半导体加热组件2发热速度快，热效率高，产生的热量通过410钢板3、铝板4和304不锈钢板5迅速传导或辐射至被加热物体。由于采用锻造工艺，形成的金属复合板致密性高，克服了传统单层金属板半导体加热器在加热、冷却交替过程中产生的应力翘曲变形。410钢板3和304不锈钢板5单独或同时具有多个均匀布置的凹槽圈，有效地提高了抗热胀冷缩能力，避免了半导体加热组件2因金属载体形变而局部折断、脱落并导致局部过热而损坏。

多点温度检测系统1检测各盘面各点发热温度，用与监控、限制半导体加热组件2的运行温度，使之安全运行，同时提高产品的寿命。

实施例3

如图3所示，本发明的锻造金属多层复合板半导体加热器件应用到锅20，包括锅体21和锻造金属多层复合板半导体加热器件10。其中，锅体21底部按锻造金属多层复合板半导体加热器件10的大小切割一个同等的通孔，锻造金属多层复合板半导体加热器件10的周边也切割一部分的410不锈钢3和铝板4。

如图4所示，多出的不锈钢304钢板5通过激光焊的方法焊接在锅体21上，锻造金属多层复合板半导体加热器件10的304不锈钢板5为食品级不锈钢，304不锈钢钢板5设置于锅体内表面，食物可以直接和锻造金属多层复合板半导体加热器件10接触。这样可以有效的提高温度的响应速度和传递效率，也能更精准的控制烹调食物的温度。

本发明的锻造金属多层复合板半导体加热器件为加热电器的应用供了一种全新的思路与方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，对附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种锻造金属多层复合板半导体加热器，包括锻造金属多层复合板、半导体加热组件和多点温度检测系统，其特征在于，所述锻造金属多层复合板是由至少三层金属板经热锻造复合而成的致密结构，其中包含至少两种具备不同热形变率的金属板；所述锻造金属多层复合板包括第一外层和第二外层，以及夹设在第一外层和第二外层之间的中间层，其中第一外层作为半导体加热组件浆体材料的附着层，第二外层作为传导或热辐射层。

2.根据权利要求1所述的锻造金属多层复合板半导体加热器件，其特征在于：所述锻造金属多层复合板是由第一外层、中间层与第二外层依次叠加后，采用高温加热和模内锻造的方式制成的一种高度致密的复合材料。

3.根据权利要求2所述的锻造金属多层复合板半导体加热器件，其特征在于：所述锻造金属多层复合板用以抵消单层金属板应力翘曲变形，第一外层和第二外层金属单独或同时具有多个均匀布置的凹槽圈。

4.根据权利要求2所述的锻造金属多层复合板半导体加热器件，其特征在于：所述第一外层或第二外层具有冲压成型翻边，第一外层与第二外层的边沿采用高温模压成型搭接封边或焊接封边。

5.根据权利要求1所述的锻造金属多层复合板半导体加热器件，其特征在于：在第一外层表面分多次印刷有不同成份的电子浆料，形成绝缘、电阻导体和绝缘层，并多次进出窑炉高温烧结，形成半导体加热组件，在通电发热工作状态下透过中间层和第二外层传导或辐射热量。

6.根据权利要求5所述的锻造金属多层复合板半导体加热器件，其特征在于：所述多点温度检测系统覆盖在半导体加热组件表面，用于检测盘面各点发热温度，以监视、控制锻造金属多层复合半导体加热器件的运行温度。

7.一种锻造金属多层复合板半导体加热器件的加热锅，包括锅体和锻造金属多层复合板半导体加热器件，其特征在于：

所述锻造金属多层复合板半导体加热器件包括锻造金属多层复合板和烧结在锻造金属多层复合板上的半导体加热组件，所述锻造金属多层复合板包括第一外层和第二外层，以及夹设在第一外层和第二外层之间的金属中间层，其中第一外层作为半导体加热组件的附着载体，第二外层作为被加热介质的传导层；第二外层作为锅底的一部分，第二外层的边沿完全嵌入锅内并与原锅底焊接，并打磨平整，形成视觉一体结构。

8.一种锻造金属多层复合板半导体加热器件的即热式热水器，其特征在于：

所述锻造金属多层复合板半导体加热器件的第二外层上焊接、工艺成型的方式布置毛细热管，第一外层上的半导体加热组件产生的热量透过第二外层，通过毛细热管传导到水中将水加热。

9.一种锻造金属多层复合板半导体加热器件的电烤盘，其特征在于：

所述锻造金属多层复合板半导体加热器件的第二外层作为烤盘底部的一部分，第二外层的边沿完全嵌入烤盘内并与原盘底焊接，并打磨平整，形成视觉一体结构。

10.一种锻造金属多层复合板半导体加热器件的散热器，其特征在于：

所述锻造金属多层复合板半导体加热器件的第二外层焊接或工艺成型散热鳍片，第一外层上的半导体加热组件产生的热量透过第二外层，通过散热鳍片辐射到空气中。