FI87964C - Uppvaermningselement och uppvaermningsenhet - Google Patents

Description

! 87964 Lämpöe1ementti ia lämpövksikkö Tämä keksintö koskee lämpöelementtiä, johon kuuluu säh-kövastusrata, joka käsittää paksukalvon. Keksintö koskee myös lämpöyksikköä, johon kuuluu sähköä eristävä alusta, 5 lämpöelementti ja lämpötila-anturi, jotka on sovitettu alus talle.

Brittiläisessä patenttihakemuksessa no. 8704468 selitetään tällaisten vastusratojen tukemiseen soveltuvaa alustaa ja tämän keksinnön mukaiset radat ovat erityisesti, vaikkei-10 vät yksinomaan sopivia kerrostettaviksi em. patenttihakemuk sessa selostetuille alustoille.

Nykyisin käytettyihin lämpökojeisiin mukaanlukien sähkö-keittolevyt, kuuluu lämpöelementti, joka annetulla asetusar-volla muuttaa sähköä lämmöksi vakioteholla. Elementin läm-15 pötilan nousunopeus ympäristön lämpötilasta normaaliin käyt tölämpötilaansa on siten maksimiasetusarvon vakiotehon rajoittama.

Keksijä on oivaltanut, että sellaisissa käyttösovellutuksissa on edullista järjestää lämpöelementti, jonka tehon 20 kulutus muuttuu lämpötilan mukaan.

Keksinnön mukaiselle lämpöelementille on tunnusomaista se, että paksukalvolla on lämpötila-alueella 0 °C - 550 °C resistanssin lämpötilakerroin yli 0,006 1/°C, jolloin paksu-kalvoon kuuluu metallia ja lasia sellaisissa suhteissa, että ::.25 aikaansaadaan sopiva resistiivisyys ja lämpölaajenemisker- roin, jotka sopivat yhteen sähköisesti eristävän alustan vastaavien ominaisuuksien kanssa, johon alustaan rata on määrä kiinnittää, ja jotka mahdollistavat radan kiinnittymi-. sen alustaan.

30 Lämmityselementin resistanssin lämpötilakertoimen erit täin korkea arvo sallii sen, että radalla on alhainen resistanssi ympäristön lämpötilassa ja siten, kun rataan tuodaan sähköenergiaa, alkuvirtaa voidaan suurentaa, jolloin aikaansaadaan nopea alkulämpeneminen. Tämä lämpeneminen aiheuttaa 35 radan resistanssin jyrkän kasvamisen ja siten pienentää virtaa, kunnes radan normaali käyttölämpötila saavutetaan. Täten saavutetaan nopea lämpeneminen ja tehokas itsesäätö.

Itsesäätö aikaansaadaan myös silloin, kun lämpöelementti on ennalta asetettu tuottamaan lämpöä annetulla teholla ja 2 87964 esim. kylmää vettä sisältävä keittoastia on asetettu suoraan sen yläpuolelle (luultavasti lasikeramiikkakerroksen pinnalle, jonka alapuolelle lämpöelementti on asennettu). Keittoastia toimii lämpönieluna alentaen elementin lämpöti-5 laa, jolloin se aiheuttaa virran suurenemista ja täten elementin tehon kasvua ja siten pannun sisällön nopeaa kuumenemista.

Keksinnön mukaiselle lämpöyksikölle on tunnusomaista se, että anturi sisältää sähkövastusradan, joka käsittää paksu-10 kalvon, jolla on lämpötila-alueella 0 °C - 500 °C resistans sin lämpötilakerroin yli 0,006 1/°C, jolloin paksukalvoon kuuluu metallia ja lasia sellaisissa suhteissa, että aikaansaadaan sopiva resistiivisyys ja lämpölaajenemiskerroin, jotka sopivat yhteen sähköä eristävän alustan vastaavien 15 ominaisuuksien kanssa ja jotka mahdollistavat radan kiinnit tymisen alustaan.

Anturiradan resistanssin huomattavaa muuttumista lämpötilan mukaan käytetään alustan lämpötilan valvomiseen. Anturiradan painettu muoto sallii alustan pinnan suoran 20 lämpötilavalvonnan ja täten vältetään ennestään tunnettujen anturien hystereesiongelma, anturien kuten bimetalliliuskat, joiden rakenteensa takia täytyy olla riittävän etäällä alustan pinnasta.

Radan erityisen käyttökelpoisia materiaaleja ovat nikke-:.25 li, rauta ja koboltti. On myös havaittu, että näiden metal lien seoksia voidaan käyttää, edellyttäen, että seoksen toinen faasi on riittämätön oleellisesti alentamaan seoksen resistanssin lämpötilakerrointa siitä, mikä arvo vastaavalla metallilla on.

30 Jotta keksintö ymmärrettäisiin täysin ja jotta siitä helposti saataisiin hyötyä, seuraavassa selostetaan joitakin sen suoritusmuotoja, tosin vain esimerkinomaisesti ja oheisiin piirustuksiin viitaten, joissa:

Kuvio 1 on graafinen kaavio, joka esittää resistanssin 35 likimääräistä vaihtelua lämpötilan funktiona keksinnön mu kaisen lämpöelementin paksukalvoradalle tai lämpöyksikön lämpötila-anturille;

Kuvio 2 esittää päältä nähtynä keksinnön mukaista läm-pöelementtiä alustalla; 3 87964

Kuvio 3 esittää päältä nähtynä lämpöyksikköä, johon kuuluu lämpöelementti anturiradan kanssa sovitettuna alustalle;

Kuvio 4 esittää sähköistä piiriä, joka sopii käytettä-5 väksi kuvion 3 anturiradan kanssa.

Keksinnön ensimmäisen näkökohdan edullisessa suoritusmuodossa lämpöelementin paksukalvolla on koostumus 80 pai-no-% metalli- ja 20 paino-% lasijauhetta. Paksukalvoja, joiden koostumus on painoprosentteina alueella 50 % metal-10 lia / 50 % lasia ... 95 % metallia / 5 % lasia, voidaan myös käyttää lämpöelementteihin. Keksinnön toisen näkökohdan eräässä edullisessa suoritusmuodossa on lämpöyksiköllä olevan lämpötila-anturin paksukalvolla koostumus 80 paino-% metalli- ja 20 paino-% lasijauhetta, kun taas toisessa 15 suoritusmuodossa paksukalvon koostumus painoprosentteina 50 % metalli- ja 50 % lasijauhetta. Anturirata voidaan myös tehdä koostumuksella painoprosentteina alueella 50 % metallia / 50 % lasia ... 95 % metallia / 5 % lasia.

Tyypillisellä vaan ei-rajoittavalla käytetyllä lasi-20 jauheella on painoprosentteina alla oleva koostumus:

Si02 73.39

Al2 6.43

CaO 1.29 K20 0.32 25 Na20 6.29

BaO 2.71 B2°3 9.57

Kuvio 1 esittää resistanssin likimääräistä vaihtelua lämpötilan funktiona nikkelipaksukalvoradalle, jonka koostu-30 mus on 80 paino-% nikkeliä ja 20 paino-% lasia. Käytetty lasi oli koostumukseltaan edellä esitetyn kaltaista. Kuten voidaan havaita, resistanssin lämpötilariippuvuus on huomattavan suuri.

Yleensä paksukalvoradan lasilla on noin 800°C sulamis-35 lämpötila. Tämä mahdollistaa musteen, josta rata on määrä valmistaa kuumentamisen korkeassa lämpötilassa metallin tehokkaan sintraamisen varmistamiseksi ilman, että lasi sulaa. Lasin korkea sulamispiste tarjoaa myös korkean lämpö-tilastabiilisuuden. Lasin koostumus valitaan siten, että 4 37964 paksukalvon lämpölaajenemiskerroin on yhteensopiva sen alustan lämpölaajenemiskertoimen kanssa, johon rata sovitetaan.

Metallin suhde lasiin käytetyssä paksukalvossa vaikuttaa 5 mm. seuraaviin ominaisuuksiin: a) Paksukalvon resistiivisyys/konduktiivisuus. Tämä vaikuttaa paksukalvosta tehtyjen lämpöratojen tehonkulutukseen ja lämpötila-anturia varten tarvittuihin sähköisiin piireihin.

10 b) Paksukalvon lämpölaajeneraiskerroin. Tämän tulisi olla yhteensopiva sen alustan lämpölaajenemiskertoimen kanssa, johon paksukalvo sovitetaan.

c) Paksukalvon kiinnittyminen alustaan, johon paksukalvo sovitetaan - jos metallin osuus on liian suuri, paksukal-15 vo ei kiinnity alustaan.

Seuraavaksi kuvataan erästä menetelmää paksukalvosähkö-vastusradan valmistamiseksi, joka rata on sopiva lämpöele-mentille tai alustalla olevalle lämpötila-anturille.

Nikkeli- ja lasijauhoja, keskimääräinen partikkelikoko 20 5 μιη, sekoitetaan vaaditussa suhteessa viirapainoväliaineen kuten ESL400 kanssa, riittävässä määrin paksun nestesuspen-sion muodostamiseksi, jonka viskositeetti sallii suspension helpon viirapainannan. Seos viedään sitten kolmirullamyllyn läpi, jotta varmistetaan, että viirapainoväliaine kostuttaa 25 riittävästi nikkeli- ja lasijauheita muodostaen musteen.

Tuloksena saatu muste viirapainetaan halutussa muodossa alustalle, kuivataan 150°C:ssa ja kuumennetaan lämpötila-alueella 750°C - 1100°C. Kuumennusprosessi toteutetaan edullisesti typpiympäristössä metallin hapettumisen estämiseksi. 30 Sopiva radan malli on esitetty kuviossa 2, jossa keitto levy-yksikkönä käytettäväksi sopiva on lämpöelementti 2 alustalla 4. Lämpöelementti 2 kytketään virransyöttöön säh-köliittimillä (joita ei näy kuviossa).

Erityisesti nikkelin kohdalla on huomattu, että kun se .35 kiinnitetään alustaan, johon kuuluu metallinen tukilevy, joka on päällystetty keramiikkalasia olevalla materiaalilla, tämän keksinnön mukaisella paksukalvoradalla on kyky vastustaa läpisyöpymistä, vaikka alustan keramiikkalasipäällys-teessä oleva huokonen radan välittömässä läheisyydessä 5 37964 repeäisi esim. radan, johon on yleensä kytketty verkkojänni-te, ja tavallisesti maadoitetun metallisen tukilevyn välisen sähkökentän seurauksena tai syntyneen lämmön takia, kun rataa käytetään raskaan käytön lämpöelementtinä esim. keit-5 tolevynä.

Kuten aiemmin on todettu, tämän keksinnön mukaisia pak-sukalvoratoja voidaan edullisesti kerrostaa sellaisille alustoille, joita on selostettu EP-hakemuksessamme, jossa etuoikeus on GB 8704468:stä. Tämä patenttihakemus kuvaa ja 10 suojaa alustan, joka kannattaa sähköisiä komponentteja.

Alustaan kuuluu levymäinen elin, jonka ainakin yhdellä pinnalla on keramiikkalasikerros, jonka prosentuaalinen huokoisuus, kuten seuraavaksi määritellään, on yhtä suuri tai pienempi kuin 2,5.

15 Prosentuaalisella huokoisuudella tarkoitetaan huokoisuutta alustan satunnaisessa, levyelimeen nähden koh tisuorassa poikkileikkaustasossa ilmaistuna tasossa olevien huokosten poikkileikkauspinta-alojen prosentuaalisena suhteena saman tason keramiikkalasikerroksen muun osan poikki-20 leikkauspinta-alaan.

Lämpöelementin käyttö keksinnön mukaisesti soveltuu sinänsä energian ohjausjärjestelmän kanssa käytettäväksi, erityisesti kun yksi tai useampi yksikkö on sisällytetty keittolevyyn tai lieteen. Täten voidaan välttää se mahdollisuus, : :25 että kaksi tai useampi elementti ottaisi syöksyvirtaa saman aikaisesti. Energian ohjausjärjestelmän yhteydessä tai ilman sitä radan resistanssin huomattava vaihtelu lämpötilan mukaan mahdollistaa tietyssä järjestelmässä siltapiirin osana olevien radan tai ratojen käyttämisen esimerkiksi kunkin 30 radan hetkittäisen lämpötilan valvontaan.

. . Kuvio 3 esittää (ulkoisia liityntöjä ei ole esitetty) lämpöyksikköä 10, johon kuuluu alusta 11, joka kannattaa lämpöelementtiä 12 ja lämpötila-anturia 14. Lämpötila-anturi on paksukalvorata, jolla on suuri resistanssin lämpötila-"35 kerroin, kuten aiemmin jo mainittiin. Kun lämpöelementti käsittää paksukalvoradan (esim. keksinnön ensimmäisen näkökohdan mukainen lämpöelementti), lämpörata ja anturirata voidaan valmistaa samassa prosessissa.

6 «7964

Paikallisten kuumien pisteiden havaitsemiseksi anturira-ta voitaisiin järjestää kyseisen lämpöradan kulkureittiä läheisesti seuraavaksi niin, että se kattaisi suuren alueen alustasta. Lämmitettävää aluetta voitaisiin valvoa useilla 5 alueen antureilla, jotka toimisivat ikään kuin yhtenä keit toastian kokoisena anturina.

Erityisen tärkeätä on järjestää lämpötila-anturi kera-miikkalasia oleville alustoille, joilla on metallinen tuki-levy, koska sähköinen läpilyönti voi tapahtua keramiikka-10 lasikerroksessa, kun lämpötila ylittää 550°C. Anturirataa voidaan käyttää myös alustan ja lämpöradan lämpötilan säätämiseen käyttämällä sopivaa sähköistä piiriä anturiradan resistanssin vertailemiseksi säädettävän resistorin kanssa, jonka resistanssi on asetettu vastaamaan vaadittavan lämpö-15 tilan arvon resistanssia.

Kuviossa 4 on esitetty esimerkki sähköisestä piiristä, joka soveltuu käytettäväksi anturiradan kanssa. Resistanssi 20 on anturiradan 14 resistanssi ja säädettävä resistori 22 on etukäteen asetettu vaadittavaa lämpötilaa vastaavaan re-20 sistanssiarvoon. Operaatiovahvistimet 24, 26, joiden inver toiviin sisääntuloihin syötetään vakiojännite vastusten 28, 30 kautta, joilla on sama resistanssi, muuttavat anturiradan ja säädettävän resistorin resistanssit jännitteiksi, joita verrataan sitten komparaattorina toimivana kolmannella ope-25 raatiovahvistimella 32. Komparaattorin 32 ulostulo vaihtaa napaisuuttaan, kun anturiradan ja säädettävän resistorin resistanssit ovat yhtä suuria, ja siten, kun anturirata ja alusta ovat vaaditussa lämpötilassa ja niin voidaan käyttää kytkemään tehonsyöttö lämpöelementtiin alustalla, kun vaa- 30 dittu lämpötila on saavutettu.

Sen jälkeen, kun sähkövastusradat on kiinnitetty alustaan, lisätään ulkoiset liitynnät. Sopivalla sähköliitti-mellä liitynnän tekemiseksi paksukalvorataan on poikkipinta-ala, joka sopii vaaditulle virtakestoisuudelle ja joka 35 käsittää joukon yhteenpunottuja johdekuituja, joista kulla kin kuidulla on halkaisija, edullisesti alueella 30 Mm -300 Mm, niin että aikaansaadaan riittävä jäykkyys liittimel-le ja mahdollistetaan liittimen kiinnittyminen paksukalvorataan. Liitin voidaan tehdä erilaisista metalleista. Tiet- 7 87964 tyyn sovellutukseen sopivin metalli riippuu osittain paksu-kalvoradan materiaalista, johon liitin on määrä liittää. Sopiviin metalleihin kuuluvat ruostumaton teräs, nikkeli ja kupari. Liitin kiinnitetään rataan käyttämällä lasi/metal-5 li-sideainetta, joka on edullisesti samaa johtavaa mustetta kuin mitä käytetään paksukalvoradan muodostamiseksi.

Kokonaisuus lasitetaan sitten käyttämällä suojaavaa lasia tai keramiikkalasitetta paksukalvoratojen suojaamiseksi ja suuressa lämpötilassa tapahtuvan stabiilin toiminnan mah-10 dollistamiseksi.

Claims (10)

1. Lämpöelementti (2), johon kuuluu sähkövastusrata, joka käsittää paksukalvon, tunnettu siitä, että paksukalvol-la on lämpötila-alueella 0 °C - 550 eC resistanssin lämpöti- 5 lakerroin yli 0,006 1/°C, jolloin paksukalvoon kuuluu metal lia ja lasia sellaisissa suhteissa, että aikaansaadaan sopiva resistiivisyys ja lämpölaajenemiskerroin, jotka sopivat yhteen sähköisesti eristävän alustan (4) vastaavien ominaisuuksien kanssa, johon alustaan rata on määrä kiinnittää, ja 10 jotka mahdollistavat radan kiinnittymisen alustaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpöelementti, tunnettu siitä, että rata on kiinnitetty sähköisesti eristävälle alustalle (4), joka käsittää levyelimen, jolla on ainakin yhdellä pinnalla keramiikkalasikerros, jonka prosentuaalinen 15 huokoisuus on korkeintaan 2,5, jolloin prosentuaalisella huokoisuudella tarkoitetaan huokoisuutta alustan satunnaisessa, levyelimeen nähden kohtisuorassa poikkileikkaustasos-sa ilmaistuna tasossa olevien huokosten poikkileikkauspinta-alojen prosentuaalisena suhteena saman tason keramiikka-20 lasikerroksen muun osan poikkileikkauspinta-alaan.

3. Lämpöyksikkö (10), johon kuuluu sähköä eristävä alusta (11), lämpöelementti (12) ja lämpötila-anturi (14), jotka on sovitettu alustalle, tunnettu siitä, että anturi sisältää sähkövastusradan, joka käsittää paksukalvon, jolla on lämpö- '25 tila-alueella 0 °C - 500 °C resistanssin lämpötilakerroin yli 0,006 1/°C, jolloin paksukalvoon kuuluu metallia ja lasia sellaisissa suhteissa, että aikaansaadaan sopiva resistiivisyys ja lämpölaajenemiskerroin, jotka sopivat yhteen sähköä eristävän alustan vastaavien ominaisuuksien kanssa ja 30 jotka mahdollistavat radan kiinnittymisen alustaan.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen lämpöyksikkö (10), tunnettu siitä, että siihen kuuluu patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen lämpöelementti (12).

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen lämpöyksikkö, 35 tunnettu siitä, että siinä olevaan alustaan (4) kuuluu le- vyelin, jolla on ainakin yhdellä pinnalla keramiikkalasikerros, jonka prosentuaalinen huokoisuus, on korkeintaan 2,5, jolloin prosentuaalisella huokoisuudella tarkoitetaan huokoisuutta alustan satunnaisessa, levyelimeen nähden koh- 9 87964 tisuorassa poikkileikkaustasossa ilmaistuna tasossa olevien huokosten poikkileikkauspinta-alojen prosentuaalisena suhteena saman tason keramiikkalasikerroksen muun osan poikkileikkauspinta-alaan.

6. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen lämpöelementti tai jonkin patenttivaatimuksen 3-5 mukainen lämpöyksikkö, tunnettu siitä, että siinä metallin ja lasin paino-osuudet paksukalvossa ovat alueella 50 paino-% metallia/50 paino-% lasia - 95 paino-% metallia/5 paino-% lasia.

7. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 6 mukainen lämpöele mentti tai jonkin patenttivaatimuksen 3-6 mukainen lämpöyksikkö, tunnettu siitä, että siinä oleva metalli käsittää siirtymämetallin tai metalliseoksen, joka perustuu sellaiseen siirtymämetalliin.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen lämpöelementti tai lämpöyksikkö, tunnettu siitä, että siinä oleva metalli on nikkeliä.

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen lämpöelementti tai lämpöyksikkö, tunnettu siitä, että siinä oleva metalli on 20 kobolttia tai rautaa.

10. Lämpöyksikkö, johon kuuluu patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpöelementti, tunnettu siitä, että lämpöelementin rata on kiinnitetty sähköisesti eristävälle alustalle. 10 87964