CN1757265A - 具有一个接触加热板的电加热器 - Google Patents
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Abstract
在本发明的一个实施例中可以实现一个具有一个接触加热板(12)的电加热器(11)，在其上设置线状加热体(14)。至少一个加热体(14b)由一种具有PTC效应的材料制成，例如一种铁基合金。这种合金在加热体的所有运行状态期间含有立方内部中心晶体结构并同时具有PTC效应。这种加热体(14)还附加地对于其加热功能具有一个自身的温度调节，用于避免过热，由此可以节省具有开关触点的单独的限温器。
Description
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分特征的具有一个加热板的电加热器。
已知例如铸件加热板在其底面上配有加热体，在其中被绝缘材料包围的加热线圈作为加热器工作。为了防止过热这个铸件加热板具有一个内置的限温器。这个限温器通常嵌入到底面的中心并且在超过一个确定的给定温度时中断到铸件加热板的能量输送，其中该限温器为此具有一个隔离的电触点。总是由一个限温器作为单独的结构部件安装在加热板上是不利的。
本发明的目的是，提供一个上述的加热器，通过它可以避免现有技术的缺陷并且尤其可以放弃一个附加的具有打开的电触点的限温器。
这个目的通过一个具有权利要求1特征的加热器得以实现。本发明的有利的以及优选的方案在其它权利要求中给出并且在下面详细描述。所述权利要求的文字描述请详细参阅描述内容。
按照本发明的具有加热板的加热器具有至少一个线状或线形的加热体用于加热接触加热板。在此该加热体由一种具有PTC特性的金属材料制成。
一个由PTC材料制成的用于一个接触加热板的加热体的优点是，在一个基本对应于在符合规定的运行中本来不应该超过的极限温度的确定温度以上时所述加热体的电阻明显增加。由此相应明显地减小电流并使加热功率下降。加热功率的下降又导致在运行温度范围中的逆转。使用一个由一种PTC材料制成的加热体具有优点，即无需存在一个单纯的保险部件。所述加热体在其作为加热部件的特性外还自动限定，它使两种特性本身一体化。
因此通过存在一个PTC加热体可以放弃传统的限温器，它主要具有机械操纵的和电断开的触点。这种限温器是昂贵的、在装配中是费事的并难以安置在某些接触加热板上，尤其是当其用于安置的外表面不是平面的时候。
在此所述加热体或者由一种所谓的铁基合金制成，它在加热体的所有运行状态期间保持一个立方内部中心(innenzentriert)晶体结构。在此加热体的所有运行状态可以理解为不同的温度，所述加热体以这些温度符合规定地运行。在接触加热板中一般这个温度为直到几百度，例如直到300℃或400℃。保持特有的晶体结构具有优点，即避免在符合规定的运行中从α铁(α-Eisen)到γ铁(γ-Eisen)的金相过渡。通过这种方式和方法使加热体具有一个更好的耐用性。但是首先是，除了提高材料的摄氏温度以外也能够获得PTC特性，它们可以相对精确地在一个所期望的范围中调节。例如在EP 1213540 A2中描述了一种这样的材料，请详细地参阅该文献。
此外所述加热体可以由一个钴-铁合金制成作为具有PTC特性的金属材料，它例如含有约70％的钴-铁。这种材料例如由Vacuumschmelze公司的标识CF25中获得。
所述加热体也可以由钨合金或者钼合金制成。这些合金通过在卤素灯白炽灯中的应用所公知。
优选温度电阻率大于6，由此使温度从所期望的温度边界范围相对剧烈地提高。也可以选择更大的8以上的电阻率，例如10。
此外也可以选择含有钒的铁基合金。钒含量可以在1至3或4重量百分比，例如约1.5％的重量百分比(Gew.％)。其它的添加合金可以包括微量的钼，例如直到4％重量百分比。同样可以含有1至4％重量百分比的钛。
所述加热体可以布置在接触加热板上，使在加热板底面上用于加热。接触应该尽可能是平面的或者具有尽可能良好的热传导。
例如可以使按照本发明的加热体设置在一个管里面，例如以绕圈的形式。在此加热体应该由一个绝缘体包围，例如石英砂、陶瓷或类似绝缘体。这个管又可以敷设在接触加热板的底面上，为此将管削平用于增加接触面积。
也可以选择以气密的方式由绝缘体包围加热体。这种绝缘体可以是玻璃基或陶瓷基并且应该具有相应地具有温度稳定性。也可以使用聚合物陶瓷。在这里所述绝缘体与加热体设置在接触加热板的底面上。同样可以设想，一个抽真空的绝缘体，在其内部延伸有加热体。
一个加热器或一个加接触热板可以具有多个线状加热体，例如两个或三个。至少一个加热体、尤其是正好一个加热体由一种上述铁基合金制成是有利的。由此自动调节一部分供使用的热功率，这或者可以直接作用到其它加热体或者通过整个热量耦合作用到加热板上。
在本发明的一个示例性的实施例中可以使一个由上述铁基合金制成的加热体与至少一个可由传统的电阻材料制成的传统加热体串联。具有PTC效应的加热体的过热起到扼流或断开整个支路并因此也扼流或断开传统加热体的作用。一个传统加热体可以是例如一个FeCrAl合金或类似物。在EP 542128 A1中描述了这种加热导体，请详细参阅该文献。
在本发明的另一实施例中一个由上述铁基合金制成的加热体与一个传统加热体并联。在这种情况下所述加热体只调节本身或者其自身的支路。此外当然也可以存在并联和串联电路的混合。
所述加热体、尤其是在上述可能的配线中可以存在多个分开的支路。在至少一个支路中应该存在一个由上述铁基合金制成的加热体。在此可以使整个支路共同以电能加载。单个支路可以在上述定义的平面部位中延伸，它们可以包围或相互毗邻，但是基本上不重叠或贯穿。所述平面部位以有利的方式适配于接触加热板的形状，例如圆形并相互间同心。
为了配线具有多个加热体的支路可以使用一个原理上任意的开关器，它可以实现不同的配线。这些配线可以是串联和/或并联的，其中多个支路以完全自由的配线连接在一起并且可以供电。在此不同的支路可以以不同的方式和方法连接在一起。根据配线的形式它们可以以不同大小的能量加载。当一个按照本发明的接触板与一个传统的具有多个加热回路的加热位置类似连接到一个电源上时或者节拍式接通或者通过配线形式调节功率。
一方面，一个加热板可以是一个所谓的铸件接触加热板，如同广泛使用的那样。在此所述加热体可以在成形在铸件加热板底面上的筋肋之间延伸。同时如上所述，所述加热体可以在一个绝缘体中并可能以一个加热管体的形式延伸。
作为对于铸件加热板的另一种选择也可以使一个上述的加热体有利地与另一传统的加热体一起使用并安置在一个由陶瓷材料制成的加热板上。在这里有利的是，所述加热体具有扁平线的形状并且以良好的导热优选扁平地固定在陶瓷的底面上。在这里一个扁平线形状可以一直扩展到一个宽的薄膜形状，用于在加热面、加热体横截面与加热体功率之间实现一个平衡的特性。
本发明的优选改进方案的这些特征和其它特征除了由权利要求给出以外也由说明书和附图给出，其中各个特征分别单独或者多个以组合的形式在本发明的实施例中和其它的领域上实现并且可以描述有利的以及受其保护的实施例，这些实施例受到权利要求的保护。
在附图中简示出本发明的实施例并在下面详细描述。在附图中示出：
图1为一个具有扁平加热体的陶瓷板的侧视图，
图2为图1中的陶瓷板底面的俯视图，
图3为一个具有嵌入到底面中的加热体的铸件加热板的截面图，
图4为具有加热体的另一加热板的另一截面图，加热体在一个管中延伸，管压在加热板的底面上，
图5和6为多个加热导体的配线示例。
在图1中从侧面示出一个加热器11。这个加热器具有一个接触加热板12，它例如可以由一个陶瓷材料制成。例如由EP 069 298 A1已知一个这样的陶瓷加热板。
在加热板12的底面上设置加热导体14。所述加热导体14的走向主要由图2表示。在这里可以看出，如何从接头15开始一个加热导体14作为连续的带以双螺旋施加到加热板12的底面上。
所述加热导体14分布在多个不同的部位里面，它们基本可以分成两种形式。所述加热导体部位14a由所谓的一般的或传统的加热导体材料构成、例如一种FeCrAl合金。所述加热导体部位14b作为短的部分与加热导体部位14a一起构成整个连续的加热导体14，它们由按照本发明的具有PTC特性的金属材料构成，例如一种如上所述的铁基合金。所述加热导体部位14a与14b相互间的连接这样实现，使得不出现干扰的过渡电阻并且也不出现其它的边界层问题。
为了安置加热导体14存在许多方法。一方面可以由加热导体部位14a和14b通过拼接产生一个连续的带，例如以扁平线的形状。它们可以通过几乎任意的方式和方法固定在加热板2的底面上，例如通过通过陶瓷粘接剂粘接或嵌入。也可以设想，由那些材料制成所谓的厚层糊并熔融在加热板12上。
在图3中以截面图示出一个具有一个铸件加热板112的加热器111，在其上竖立一个加热容器。该铸件加热板112在底面上具有相应已知的同心突出的筋肋118结构。在由这些筋肋118构成的中间空间里面分别通过绝缘衬层117嵌入的螺旋形状的加热导体114。
在图4中示出另一加热器211。在那里也具有一个螺旋形状的加热导体214。但是在这里该加热导体214与一个绝缘衬层217一起嵌入一个管216里面。管216与加热导体214构成一个所谓的管加热物并在这里横截面基本上是三角形的。这能够保证一个更大的用于将热传到在位于其上的加热板212上的直接接触面。专业人员公知将一个管26变形成一个这样的三角形的方法。
有利地是，使所述管216在加热板212底面上由一个隔热层或类似物体包围，它特别优选地具有某种向上反射的功能。由此可以使大部分由管216活加热导体214产生的热量向上流向加热板212。
所述管216或者可以通过粘接剂或类似物如上所述固定在加热板212的底面上，其中在这里有利地附加实现一个良好的热传导。或者也可以使管216与加热板212平面地相互顶压。此外存在其他方法，例如将管216钎焊或结合(anzubonden)到加热板212的底面上，因为所述加热导体214相对于加热板是电绝缘的。这种金属的传导对于加热板212的一个金属的结构将附加地改善热传导。
在图5和6中示出由传统的加热导体材料制成的加热导体314a和414a和由一个按照本发明的铁基合金制成的加热导体314b和414b的配线方式。如同看到的那样，它们以不同的方式和方法并联地、串联地或混联地配线。
借助于图5和6描述主要功能。为此由按照本发明的铁基合金制成的加热导体具有一个PTC特性是有意义的。这意味着，其特有的电阻从约300℃开始剧烈地增加，并且例如直到600℃可以达到两倍以上。如上所述，由于加热导体的电阻增加使通过它的电流减小。因此产生热功率下降，热功率又由于温度降低导致电阻的下降。
这种称为温度自动调节的加热导体可以以不同的方式和方法使用。与其它的PTC探测器或PTC元件不同在这里所述的加热导体主要用作加热导体并不只是作为过热保险。
在图5中示出两个传统的加热导体314a的并联。它们串连地置于一个由铁基合金制成的加热导体314b之后。所述加热导体314a和314b例如以不同的方式安置在一个用于加热的加热板上。
附加地对于所示的共同施加电压的加热导体，还可以将其它加热导体固定在同一加热板上。因此可以例如实现一个可独立连接的双回路加热导物。
可以看出，在达到一个加热板临界温度时由于在加热板中相对均匀的温度分布使加热导体314b升温。由此由于所使用的铁基合金的特性使其电阻增加，这又起到使流过它的电流减小。因此也使流过传统的加热导体314a的电流减小。由此降低其热功率并整体上降低加热板的加热。温度下降，直到通过加热导体314b的电流又增加并因此也增加热功率。因此所述加热导体314b不仅调节其自身，而且也调节传统的加热导体314a。此外它本身用于加热加热板。
在相应地设计加热导体、尤其是加热导体314b时能够实现一个实现一个所谓的振荡状态。在此温度和电阻和与此相关的热功率基本保持不变。
图6示出一个传统的加热导体414a与一个按照本发明的具有铁基合金的加热导体414b的并联电路。两个加热导体414位于电源电压下。在过热情况下在这里显然仅加热导体414b降低其功率。而加热导体414a不与其相关并继续正常加热。
在加热导体414的这种配线中按照本发明的具有铁基合金的加热导体414b仅调节其自身。因此在一个在其上设置两个加热导体414a和414b的加热板中尽管整个热生成降低，但是仅仅通过按照本发明的铁基合金加热导体414b降低热生成。
如果在一个加热板上设置多个按照本发明的由铁基合金制成的加热导体，它们尤其共同地以一个电压加载功率，则有利地使加热体平面地分布在一个加热板上。因此能够更好地去掉局部过热并不需考虑这个过热。此外在一个确定加热板结构形式中在通常特别热的部位中通过这种按照本发明的由铁基合金制成的加热导体替换传统的加热导体。
不同的加热体或加热导体可以具有基本相同的功率。
下面借助于一个数字示例描述上述加热板的工作原理，它具有一个一般的加热导体线与一个PTC电阻的串联电路。
所述加热板具有一个一般的加热导体，其电阻从在室温下的约150hm升高到800℃时的约200hm。该加热板还具有一个PTC加热导体，其电阻从室温下的50hm升高到800℃时的约320hm。两个加热导体应当串联并工作在230V电压下。
借助于下表表示温度过程：
| 温度[℃] | Rnorm[Ohm] | RPTC[Ohm] | Rsum[Ohm] | 功率[kW] |
| 20 | 15 | 5 | 20 | 2.6 |
| 200 | 16 | 7 | 23 | 2.3 |
| 300 | 17 | 10 | 27 | 2.0 |
| 400 | 18 | 14 | 32 | 1.7 |
| 600 | 19 | 22 | 41 | 1.3 |
| 800 | 20 | 32 | 52 | 1.0 |
一个具有良好散热的锅在300℃时以接近2kW的功率加热。当锅空了并且加热板的温度剧烈升高时，则功率明显降低并且在最高接近800℃时只还获得约一半、即略大于1kW的功率。由此又能够实现一个冷却或不剧烈地加热。
Claims (17)
1.一种电加热器(11，111，211)具有一个接触加热板(12，112，212)并且在接触加热板上具有至少一个线状的加热体(14，114，214，314，414)，其特征在于，所述加热体(14，114，214，314，414)由一种具有PTC特性的金属材料制成。
2.如权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述加热体(14，114，214，314，414)由一种铁基合金作为有PTC特性的金属材料制成，铁基合金在加热体的所有运行状态期间含有一个立方内部中心晶体结构。
3.如权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述加热体(14，114，214，314，414)由一种钴铁合金作为具有PTC特性的金属材料制成。
4.如权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述加热体(14，114，214，314，414)由一种钨合金或钼合金作为具有PTC特性的金属材料制成。
5.如权利要求1或2所述的加热器，其特征在于，所述金属材料、尤其是铁基合金具有一个大于6的电阻率，最好大于8至10，其中PTC效应从约300℃开始明显增强。
6.如权利要求2所述的加热器，其特征在于，所述铁基合金含有钒、钼或钛，其中含量最好在1％至4％之间。
7.如上述权利要求中任一项所述的加热器，其特征在于，所述加热体(14，114，214，314，414)设置并敷设在接触加热板(12，112，212)的底面上，最好通过平面接触，其中所述加热体尤其被一个绝缘体(117，217)包裹地设置在一个管(216)里面并且将该管敷设在底面上。
8.如上述权利要求中任一项所述的加热器，其特征在于，所述加热体(14，114，214，314，414)由一个绝缘体气密地包围，尤其是一个玻璃基或陶瓷基的绝缘体，最好是聚合物陶瓷，其中尤其是绝缘体与加热体设置在接触加热板(12，112，212)的底面上。
9.如上述权利要求中任一项所述的加热器，其特征在于，所述加热器具有多个、最好2或3个线状加热体(14，114，214，314，414)用于一个唯一的接触加热板(12，112，212)，其中尤其正好一个加热体由一种上述铁基合金制成。
10.如权利要求9所述的加热器，其特征在于，所述加热体(14b，314b，414b)由具有PTC特性的上述金属材料与至少一个由传统电阻材料制成的加热体(14a，314a，414a)串联。
11.如权利要求9或10所述的加热器，其特征在于，所述加热体(14b，314b，414b)由具有PTC特性的上述金属材料与至少一个由传统电阻材料制成的加热体(14a，314a，414a)并联。
12.如上述权利要求中任一项所述的加热器，其特征在于，所述接触加热板(12，112，212)在多个分开的支路中具有加热体(14，114，214，314，414)，其中在至少一个支路中连接至少一个由具有PTC特性的一种上述金属材料制成的加热体(14a，314a，414a)并且其中所述支路可以共同地以电能加载。
13.如权利要求12所述的加热器，其特征在于，所述单个支路的加热体(14，114，214，314，414)在确定的表面部位上延伸，最好以圆形或倒圆的形状且尤其是相互间同心。
14.如权利要求12或13所述的加热器，其特征在于，具有加热体(14，114，214，314，414)的支路通过一个开关器以不同的配线串联和/或并联地连接在一起，并且可以通过电能加载，最好根据配线以不同量的能量加载。
15.如上述权利要求中任一项所述的加热器，其特征在于，所述接触加热板(12，112，212)没有具有分开的电触点的过热保险机构。
16.如上述权利要求中任一项所述的加热器，其特征在于，所述接触加热板是一个铸件加热板(112，212)，其中加热体(114，214，314，414)最好在铸件加热板的底面上成形的筋肋之间延伸。
17.如权利要求1至15中任一项所述的加热器，其特征在于，所述接触加热板(12)由陶瓷制成，其中所述加热体(14，314，414)最好以扁平丝形状、尤其是平面地直接固定在陶瓷的底面上。
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