CN200990699Y - 用于加热对象的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于加热对象的装置，包括至少部分是金属的对象和连接到该对象的用于该对象的至少一个至少部分是金属的电加热元件，该加热元件包括热产生层、加热体和它们之间的电介质，且其中该至少一个加热元件借助于金属焊接连接而连接到该对象的至少一部分，其中该焊接连接不延伸到该电介质中。

Description

用于加热对象的装置

技术领域

本发明涉及一种用于加热一个对象的装置，包括该对象和连接到该对象用于对其加热的至少一个电加热元件，该加热元件包括热产生层、加热体和它们之间的电介质。

背景技术

用于加热对象的装置，诸如厨房器具、实验室设备、饭煲、水壶和电水壶，通常包括用于加热对象和任选地存在于对象中的液体的加热元件。例如，在荷兰专利申请NL 1014601中描述了这样的加热元件。这里描述了一种加热元件，例如用于加热液体容器中的液体、或用于加热发热板，其中一个电阻通过流过电流来被加热。除了此热产生层以外，该已知的加热元件还被提供有将加热元件的加热体与热产生层分离的电介质，在此案中热产生层是电阻。具有电介质特性的中间层不但提供生成的热到加热体的良好传输，而且还起到保护防止过热的作用。这样的保护可例如包括温度敏感电路，在器具例如被接通而没有加热元件可向其传递热的液体存在的情形中，当加热元件过热时，该温度敏感电路切断此装置。该已知的加热元件通常作为独立的单元应用。这意味着用于加热的对象必须由用户放置在加热元件附近，以便与加热体接触并由此能够吸收来自加热元件的热。这里不可避免的是，热由于加热元件与对象之间的、且更特别地是加热体与对象之间的空气层的存在而损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种装置，相对于现有技术，其能够使对对象的加热更有效。

本发明为此目的提供了在序言中陈述的类型的装置，其中至少一个加热元件借助于焊接连接而连接到对象的至少一部分，其中焊接连接不延伸到电介质中。通过借助于根据本发明设置的使得其不延伸到电介质中的焊接连接而将加热元件与对象连接，不但实现了对对象、且如果期望还有其内容的更有效的加热，而且还实现了在焊接期间具有电介质特性的中间层实际上不受损坏，由此确保了生成的热到加热体的良好传输，且不会对过热的保护产生不利的影响。

根据本发明的上述的装置可通过特定方法制造，该方法用于通过焊接将对象连接到该对象的电加热元件，该加热元件包括热产生层、加热体和它们之间的电介质，其中对象和加热元件被带入焊接位置，且利用激光焊接源局部加热，这使得被加热的部分局部熔化且由此形成焊接连接。已发现在焊接期间通过应用激光源，加热可局部执行，使得尽管产生充足的热以导致用于连接的部分熔化和熔合，但所产生的热的效应不会对电介质和/或对象的其他可能部件和/或加热元件产生不利的影响。这是令人吃惊的，因为由激光源产生的热通常非常大。由此例如在激光束的焦点附近1000-1500℃的温度不是不寻常的。必须如何局部地引导激光源当然依赖于以下条件，例如有待产生的热的量、加热体的尺度等，其中将显而易见的是，技术人员在他/她自己熟知这些条件之后可容易地做出此选择。已发现，当利用传统焊接技术时，诸如TIG焊接、等离子体焊接、使用乙炔焰的焊接、电极焊接等，发生电介质层的降级，使其不再可以或仅在较小程度上执行它的功能。

在根据本发明的方法的一优选实施例中(其中对象和用于对象的电加热元件至少部分地由金属组成)，使对象与加热元件利用所述金属部分接触，由此形成焊接位置，且利用激光焊接源局部加热，这使得金属部分局部熔化且由此形成金属的焊接连接。本方法的优点在于形成坚固且持久的连接，在其形成期间不必供给额外的金属。

根据本发明的方法的另一个优选实施例的特征在于，对象和用于对象的电加热元件至少部分地由塑料组成，其中使对象与加热元件利用所述塑料部分接触，由此形成焊接位置，且由激光焊接源局部加热，这使得塑料部分局部熔化且由此形成塑料焊接连接。这样的方法具有的额外优点在于，它通常可在较低温度执行，由此进一步减小其他部分中的电介质受不利影响的机会。

为了确保激光源的激光束只加热用于局部加热的部分，换句话说只加热它们使得至少电介质不受影响，激光束的焦点被优选地调整使得它不延伸到电介质中。技术人员容易实现这种调整。如果激光束的焦点被调整使得它只是延伸到加热体中，可获得甚至更好的方法。如果激光束的焦点保持自电介质的确定距离，这里有另外的优点。除了其他因素，此距离依赖于以下条件，例如有待产生的热的量、加热体的尺度等，其中将显而易见的是，技术人员在他/她自己熟知这些条件后，可容易地做出此选择。

根据本发明可在本方法中应用的激光源必须优选地具有大的局部能量密度。尽管在某种程度上依赖于局部条件，特定的适合的能量密度通常在约0.1×10¹⁰至10×10¹⁰W/cm的范围中，更优选地是在0.5×10¹⁰至5×10¹⁰W/cm的范围中，且最优选地是在1×10¹⁰至3×10¹⁰W/cm的范围中。

根据本发明的装置原则上可包括用于加热的对象和至少一个加热元件的任何组合。然而当对象包括用于加热液体或其他介质的容器时，本发明的优点变得最清晰地显现。在加热液体期间，存在沿容器壁形成凝结的危险，由此凝结可相对容易地渗漏到加热元件的电部件，导致短路的危险。这当然是不期望的。在根据本发明的装置中发生这种情况的风险较小，因为加热元件与液体容器通过焊接连接互相连接。针对短路的危险开发了该装置的优选实施例，否则短路的危险仍存在。这在下文阐明。

表征根据本发明的装置的特征的另外的优点在于，对象的至少一个壁部分由加热元件形成。由于它用加热元件替换了例如液体容器的对象的壁的一部分，实现了从加热元件到容器及其内容的极好的热传递。在又一优选实施例中，对象的所述壁部分是容器的底。

容器与加热元件之间的焊接连接原则上可以不同方式实现。然而一种特别优选的装置特征在于，在所述壁部分的位置处，容器在其壁中具有开口，该开口被加热元件覆盖，其中加热元件与开口的外围边缘至少部分地重叠，且其中焊接连接位于重叠部分中。已发现，通过将容器与加热元件以所阐述的方式连接，短路的风险显著地减小，因为凝结湿气渗漏到加热元件的导电部分的发生显著变少或甚至根本不发生。

尽管可将序言中所述的任何类型的加热元件与根据本发明的装置一起应用，但如果该装置的特征在于加热元件包括电介质，其包括至少第一和第二电介质层，导电层位于它们之间，则将存在优点。尽管公知的加热元件提供了温度变化的简单检测和防止过热的保护，但通常必须制造独立的设备以使得能够对泄漏电流进行适当检测。因此偶尔有必要对泄漏电流的电流强度进行例如放大或相反地衰减。还发现，如果加热元件被提供有接地，则通常泄漏电流难以检测。在此情形中，电分离的变换器系统将必须被合并到地线中，这是消耗时间的。本优选实施例具有的额外优点在于，着眼于保护防止过热和/或调整温度，加热元件中温度变化的改进检测成为可能。由于电介质的特定组装，第二电介质层的泄漏电流将优选地被转向到导电层，由于在此情形中，第一电介质层起导电层的作用大于绝缘层的作用(相对于第二电介质层)。由电耦合到导电层或以其他方式连接到导电层的安培计和伏特计进行的对此泄漏电流的可能检测由此现在也可以测量非常低的电流强度或电压，而不必为此目的制造独立设备。这使得能够进行响应时间比迄今为止公知的更快的更为灵敏的温度测量。此外，调整变得更便宜，因为不再需要将电分离的电流变换器合并到地线中。这里，泄漏电流优选地在嵌入到两个电介质层之间的导电层与设置在第二层上的电加热电阻之间被测量。根据本发明的多层电介质的应用进一步提供了额外的优点，这将在下文进一步描述。

根据本发明的进一步改进的装置特征在于，第一电介质层的电阻高于第二电介质层的电阻，且特征在于第一电介质层位置比第二电介质层更靠近加热体。已发现，由于第一电介质层相对于第二电介质层的进一步提高的电绝缘作用，对泄漏电流的甚至更灵敏的测量是有可能的。这里，当第一电介质层位置比第二电介质层更靠近加热体时，存在优点。在过热的情形中，泄漏电流将从第二电介质层中的热产生层生成，第二电介质层相对于第一电介质层，位置离加热体更远。然后此泄漏电流将通过中间导电层转向，且将根本不流过或仅部分地流过第一电介质层。通过测量泄漏电流、如果需要则与已如上所述的加热元件的驱动相组合地测量泄漏电流，在此优选实施例中获得防止过热的非常灵敏且迅速的响应保护。此实施例具有额外的优点在于，防止过热的保护的可靠性增大，并例如对不适当使用具有抵抗力。因此，保护的操作对于加热元件、且特别是加热体是否接地都是高度不敏感的。

由于电介质的特定组装，第二电介质层中的泄漏电流将优选地被转向到导电层，因为在此情形中第一电介质层起导电层的作用大于绝缘层的作用(相对于第二电介质层)。由电耦合到导电层或以其他方式连接到该导电层的安培计和伏特计进行的对此泄漏电流的可能检测由此现在也可以检测非常低的电流强度或电压，而不必为此目的制造独立设备。这使得能够进行响应时间比迄今为止公知的更快的更为灵敏的温度测量。此外，调整变得更便宜，因为不再需要将电分离的电流变换器合并到地线中。这里，泄漏电流优选地在嵌入到两个电介质层之间的导电层与设置在第二层上的电加热电阻之间被测量。

导电层可由技术人员公知的任何导电材料制造。因此，有可能为此目的而例如应用金属箔。然而有利的是，在两个电介质层之间以导电网络或栅格的形式设置导电层。这样的实施例节省了重量，限制了加热元件的总厚度，且还确保了这两个电介质层之间良好的粘附。这加强了加热元件的、还特别是在高温下的机械完整性。从有效导电的金属氧化物的组中选择用于导电层的特别适合的材料。例如添加了RuO₂的厚膜材料是非常适合的，尽管银、钯、镍和其他金属也适于用作用于传感器层的厚膜材料中的添加剂。

根据本发明的加热元件的第一和第二电介质层被优选地设置为与下面的层充分连接的层，在此例中，加热体与第一层充分连接，而第二电介质层(被提供有导电层)又与第一层充分连接。这些层充分良好地连接对于在针对此目的的相关温度处的层的电绝缘作用是重要的。如果这些层包括多孔性和/或如果它们具有其他性质的中断，将很可能在那里发生当然不期望的泄漏电流或电击穿。

电介质层可由技术人员可获得的任何材料制造。因此有可能由聚合物制造一个或两个电介质层，尽管这些对于其中必须发生加热到高的温度的应用不太适合。更适合的材料是金属氧化物和其他无机氧化物的混合物。本发明的又一优选实施例包括一种装置，其中第一和/或第二电介质层由搪瓷组合物制造。特别适合的是通过将金属氧化物和其他无机氧化物的混合物熔合而获得的电介质搪瓷层。

如果需要，电介质可由聚合物的电介质层和搪瓷的电介质层组装。然而最优选的是，两个电介质层都由搪瓷制造。特别适合于此应用的搪瓷组合物以名称Kerdi销售。在其他产品中的电加热元件的制造中，将搪瓷层用作电介质本身是公知的，例如NL 1014601。这里电介质提供电阻的电绝缘，其通常由金属轨迹(metallic track)组成。在这里，由搪瓷制造电介质导致相对良好地传导热的机械强度相对高的电介质。

可在宽的界限内选择用于两个电介质层的搪瓷组合物，这依赖于特别是使用期间发生的温度处所需的电特性。普通搪瓷组合物的特定的电阻在室温通常是高的，通常高于1.5*10¹¹Ω·cm，但可随温度升高而剧烈地降低到例如在180-400摄氏度为1.5.10⁷Ω·cm的典型值。在这样的电阻值，有可能发生通过电介质的(相对小的)泄漏电流。搪瓷组合物的导电性可通过例如改变碱性金属含量和/或通过添加导电的添加剂或相反的电绝缘添加剂而容易地调整。

附图说明

在下文将在几个非限定性的示范性实施例的基础上进一步阐明本发明。在这里：

图1示出了穿过根据本发明的装置的横截面，

图2示出了穿过根据本发明的装置的一可替选实施例的横截面的细节，

图3示出了一可替选焊接连接的细节，以及

图4示出了穿过根据本发明的另一个可替选实施例的横截面。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的用于加热位于容器2中的液体3的装置1的一优选实施例。装置1被提供有连接到对象容器2的一个电加热元件10，该加热元件10包括热产生层11、加热体12和它们之间的电介质13，其中加热元件10借助于焊接连接20连接到容器2的至少一部分。加热元件10又连接到电路30，其只在图1中示意性地示出，且其特别为热产生层11供给电流。热产生层11包括多个导电电阻元件14，用于加热液体3。例如热传导板形式的加热体12防止电阻元件14与有待加热的液体3和容器2之间的直接接触。传导板12还提供从电阻元件14到液体3的有效的热传递和热分布。根据本发明，通过将容器2和加热元件10放置到焊接位置，并使用激光焊接源(未示出)对它们局部加热，而将容器2焊接到加热元件10，这使得被加热部分局部熔化且由此形成焊接连接20。使用激光焊接源可防止电介质13被激光束加热而使得电介质13被不利地影响。根据本发明，焊接连接20因而不延伸到电介质13中，如图1中所示。为了进一步改进从加热元件10到容器2和液体3的热传递，容器2的一个壁部分21——在所示出的优选变体中是底——通过加热元件10形成。这提供传导板12与液体3之间的直接接触。如图中所示，容器2在它的底部壁中具有开口21，其被加热元件10所覆盖，其中加热元件10与开口21的外围边缘的一部分22重叠。焊接连接20位于重叠部分22中。在这里有利地是，焊接连接20以开口21的外围方向基本上连续地延伸。然而还有可能焊接连接20不连续地延伸，其中必须确保容器2在加热元件10上与外围边缘22适当连接。

图2示出了根据本发明的第二优选实施例的细节的示意性视图，其中加热元件10包括电介质13，其包括至少第一电介质层130和第二电介质层131，导电层132位于它们之间。第一电介质层130的电阻高于第二电介质层131的电阻。此外，第一电介质层130位置比第二电介质层131更靠近加热体12。两个层(130、131)都由搪瓷组合物制造。根据此优选的变体，加热元件10包括用于加热的加热板12，其由按铬的重量计算含量为18％的铁素体铬钢制造。还有可能应用另一种适合的金属或陶瓷载体，诸如脱碳钢、铜、钛、SiN、Al₂O₃等。第一电介质搪瓷层130设置在加热板12上。第一搪瓷层130基本上具有搪瓷组合物，其碱性金属含量与第二电介质搪瓷层131的碱性金属含量不同。例如栅格形式的导电层132设置在第一相对电绝缘搪瓷层130上。栅格132由例如基于氧化钌(RuO₂)的薄膜层、或具有适合的导电材料的其他适合的导电(厚膜)层所制造，该适合的导电材料诸如银、钯、镍等和/或其组合。然后第二搪瓷层131设置在相对导电层132上。第二搪瓷层131的搪瓷组合物优选地含碱性金属，且特别是锂和/或钠和/或钾含量，不同于第一电介质搪瓷层的搪瓷组合物。由此选择第一和第二电介质层的搪瓷组合物，使得第二搪瓷层131的特定电阻比第一相对绝缘层130的特定电阻在较低的温度减小。在与第一层130相比具有较好的导电性的第二层131上，电加热层11基本上以电阻元件或轨迹14的形式设置，轨迹14可用于产生热。在使用期间为了监视加热元件10的温度，与第一层130和第二层131二者相比具有较好导电性的传感器层132提供确定通过第二相对导电层132的泄漏电流的选择。例如泄漏电流可如图3的实施例中所示出地测量。为了将加热板12接地，如果需要，地线可被固定到耦合到地的元件板12。为了直接测量通过第一层130的泄漏电流，可在电阻层11与导电层132之间连接安培计(未示出)。测得的泄漏电流的量值指示元件10上的一位置的最高温度的量值。当超过确定的温度，由于第二电介质层131的电阻减小，泄漏电流将急剧增大，使得这可容易地由安培计检测。因为实际上没有泄漏电流流过第一电介质层130，由安培计对泄漏电流的测量变得精确得多。安培计可任选地耦合到加热电阻元件14的电源的一控制装置。可用于测量泄漏电流和调整电源的电路本身是公知的，且例如在WO 0 167 818中描述。根据本优选实施例的加热元件10基于电介质13的组分和操作提供了操作上的极大可靠性，电介质13包括两个电介质层(130、131)和热传导层132。对这些层中的一个的损坏将失去此优点。根据本发明的装置1和用于其制造的对应方法具有的额外优点在于，防止对电介质13的损坏，或在各方面损坏的可能较小。特别是在本优选实施例中，这是一个极大的优点。在图2中示出的根据本发明的装置的优选实施例还包括悬挂体31，其可例如固定到壁且电路30可合并到其中。悬挂体31被提供有凹陷32，其中可容纳例如装置1的加热元件10的一部分。图2还示出了形成在容器壁2上的凝结泡40。在加热液体3期间容易形成这样的泡，且如果它们与例如热产生层11的电阻元件14达到接触则形成短路的危险。这是极大的危险，因为在装置1中加热元件10连接到容器2。在图2中示出的连接方法防止泡40运动超出加热元件，因为它们将在加热元件10与容器2之间的间隙中被捕获，并在那里蒸发。图2示意性地示出了此位置的凝结泡40a。在图3中示出了焊接连接的另一个变体。这里，凝结泡40也将不能与加热元件10达到接触。

最后，图4示出了根据本发明的装置的另一个优选实施例。此装置1包括例如用于牛奶的容器2，且进一步被提供有铃形的底部分23。此部分23不但可形成容器壁2的完整部分，而且还可形成通过焊接连接20以根据本发明的方式连接到加热元件10的独立部件。装置1进一步包括搅动装置50，其包括通过驱动棒51可旋转地连接到加热元件10的搅动磁体52。驱动棒51可通过马达(未示出)来驱动。搅动磁体52与位于牛奶3中的搅动体53磁性地联合作用。如果需要，搅动体53可被提供有搅动翼54。为了进一步改进加热元件10与液体3之间的热传递，如果需要，容器2的底壁的部分可被去除(如图1中所示)，使得在液体3与加热元件10之间发生直接接触。

Claims (8)

1.用于加热对象的装置，包括所述对象和连接到所述对象的用于对该对象加热的至少一个电加热元件，该电加热元件包括热产生层、加热体和它们之间的电介质，其中所述至少一个电加热元件借助于焊接连接而连接到所述对象的至少一个部分，其中所述焊接连接不延伸到所述电介质中。

2.如权利要求1中所述的装置，特征在于所述对象包括用于加热液体或其他介质的容器。

3.如权利要求1或2中所述的装置，特征在于所述对象的至少一个壁部分由所述加热元件形成。

4.如权利要求3中所述的装置，特征在于所述对象的所述壁部分是所述容器的底。

5.如权利要求3中所述的装置，特征在于所述容器的壁在所述壁部分的位置具有开口，该开口被所述加热元件覆盖，其中所述加热元件至少部分地与所述开口的外围边缘重叠，且其中所述焊接连接位于所述重叠部分中。

6.如权利要求1中所述的装置，特征在于所述加热元件包括电介质，该电介质包括至少第一和第二电介质层，一个导电层位于该第一与第二电介质层之间。

7.如权利要求6中所述的装置，特征在于所述第一电介质层的电阻高于所述第二电介质层的电阻，且所述第一电介质层位置比所述第二电介质层更靠近所述加热体。

8.如权利要求6中所述的装置，特征在于所述第一和/或所述第二电介质层由搪瓷组合物制造。

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