JP2011515804A - 温度センサを備える発熱体 - Google Patents
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Abstract
本発明は：加熱ユニットと、熱伝達ユニットと、温度センサユニットとを備える発熱体に関し、加熱ユニットは第１の組成物を含み、第１の組成物は、エポキシ系若しくはガラス系組成物、又は溶液の最大約９０％が均一で安定した分散液中の導電性粉末であり、この溶液導電性粉末が、金属、セラミックス、インターセラミックス、及び半導体からなる群から選択される１種であるゾル−ゲル溶液を含む組成物を含み、温度センサは第２の組成物を含み、第２の組成物は、エポキシ系若しくはガラス系組成物、又は溶液の最大約９０％が均一で安定した分散液中の導電性粉末であり、この溶液導電性粉末が、金属、セラミックス、インターセラミックス、及び半導体からなる群から選択される１種であるゾル−ゲル溶液を含む組成物を含む組成物を含み、加熱ユニット及び温度センサユニットは互いに電気的に絶縁され、かつ熱伝達ユニットによって機械的に支持される２つのユニットとして提供される。本発明はまた、電気器具を加熱する方法、及び発熱体を提供する方法に関する。
Description
本発明は、加熱ユニットと、熱伝達ユニットと、温度センサとを備える発熱体に関する。加熱ユニットは、幅広い用途において有用であることが分かっている。本明細書で開示される加熱ユニットは、例えば、オーブン、並びに、フードウオーマー、温水器、湯沸かしケトル及びコーヒーメーカー、又はトースターなどのその他の台所用品において有用であり得る。これらは、衣類乾燥機、アイロン、又はヘアドライヤ、ストレートヘアアイロン、若しくはヘアカーラーなどのその他の家庭用器具においても有用である。本発明のその他の用途には、自動車用途、並びに、カーヒーター、エンジンヒーター、霜取り装置、及びシートウォーマーなどの電気器具が挙げられる。更に別の用途には、反応器ヒーター及びパイプヒーター、並びに化学工学分野における同様の用途が挙げられる。
ドイツ特許第１５１５０２３号は従来型加熱装置を開示している。１本の好適なワイヤを巻いて、耐熱性芯材の周りにコイルを形成する。このユニットは更なる耐熱層の間に挟まれる。
次に、個々のユニットを、通常、熱伝導性ブロック、例えばアルミニウムブロックの中に設置する。鉄の場合は、このブロックはアイロンの底部を提供することができる。内部の抵抗発熱体と周囲のアルミニウムブロックとの間に良好な熱的接触が形成されているかを確認するために、通常は圧力が加えられる。ＮＴＣ−ユニットの形態の従来型温度センサは、多くの場合、熱伝導性ブロックに隣接して又は熱伝導性ブロックの内側に配設されて、耐熱箔を使用して適所に保持される。
国際公開特許第２００７／１３１２７１ Ａ１号は、電気加熱容器用の改善された温度センサを開示している。この温度センサは、熱分配板から熱的に絶縁されているが接触板と熱的に連通する、電子熱感知器であることができる。
欧州特許第１ ３７０ ４９７ Ｂ１号は、ゾル−ゲル法による抵抗導電膜を開示している。特に、基板に適用されて基板上に膜を形成する組成物が開示されており、この組成物はゾル−ゲル溶液を含み、この溶液の最大約９０％は導電性粉末である。
従来技術の観点から、本発明は、加熱ユニットと、熱伝達ユニット、温度センサとを備える最適化された発熱体を提供することを目的とする。ユニットは、低コストの大量生産工程で効率的に製造されることができ、温度センサは、かかるプロセスに用に最適化されているのと同時に、正確かつ信頼性のある温度測定に効率的な形態で提供されるのが望ましい。
発熱体は、加熱ユニットと、熱伝達ユニットと、温度センサユニットとを備え、加熱ユニットは第１の組成物を含み、第１の組成物は、エポキシ系若しくはガラス系組成物、又は溶液の最大約９０％が均一で安定した分散液中の導電性粉末であり、この溶液導電性粉末が、金属、セラミックス、インターセラミックス、及び半導体からなる群から選択される１種であるゾル−ゲル溶液を含む組成物を含み、温度センサは第２の組成物を含み、第２の組成物は、エポキシ系若しくはガラス系組成物、又は溶液の最大約９０％が均一で安定した分散液中の導電性粉末であり、この溶液導電性粉末が、金属、セラミックス、インターセラミックス、及び半導体からなる群から選択される１種であるゾル−ゲル溶液を含む組成物を含む組成物を含み、加熱ユニット及び温度センサユニットは互いに電気的に絶縁され、かつ熱伝達ユニットによって機械的に支持される２つのユニットとして提供される。本発明はまた、電気器具を加熱する方法、及び発熱体を提供する方法に関する。
本発明の実施形態を、以下に更に図面を参照しながら記載する。
本発明による発熱体の斜視図。
図１の発熱体の平面図。
図１に示される軸ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った図１の発熱体の断面図。
図１に示される軸ＩＶ−ＩＶに沿った図１の実施形態の断面図。
本発明の別の実施形態の平面図。
図５に示される軸ＶＩ−ＶＩに沿った断面図。
図４及び図６に示される断面に対応するが、本発明の異なる実施形態の断面図。
図４及び図６に示される断面に対応するが、本発明の異なる実施形態の断面図。
本発明によると、加熱ユニット（１２）と、熱伝達ユニット（１４）と、更には少なくとも１つの温度センサユニット（１６）とを備える発熱体（１０）が提供される。
加熱ユニットは熱源であり、典型的には抵抗加熱器として提供される。加熱ユニット（１２）は、エポキシ系又はガラス系組成物を含むことができる。このユニットはまた、エポキシ系又はガラス系組成物で構成されることができる。
あるいは、加熱ユニット（１２）は、溶液の最大約９０％が均一で安定した分散液中の導電性粉末であり、この溶液導電性粉末が、金属、セラミックス、インターセラミックス、及び半導体からなる群から選択される１種であるゾル−ゲル溶液を含む組成物と、エポキシ系若しくはガラス系組成物、又は溶液の最大約９０％が均一で安定した分散液中の導電性粉末であり、この溶液導電性粉末が、金属、セラミックス、インターセラミックス、及び半導体からなる群から選択される１種であるゾル−ゲル溶液を含む組成物を含む組成物、を含む温度センサと、を含むことができる。これら組成物のいくつかの好適な例は、欧州特許第１ ３７０ ４９７ Ｂ１号に見い出すことができる。
発熱体（１０）は温度センサを更に備える。この温度センサはエポキシ系又はガラス系組成物を含むことができる。
加熱ユニット（１２）及び／又は少なくとも１つの温度センサユニット（１６）に好適な代替組成物は、金属有機前駆体から調製されるコロイド状のゾル−ゲル溶液中に分散される最大９０重量％の無機粉末を有するスラリーを含むゾル−ゲル調製であり、このゾル−ゲル溶液は、拡大した又は好ましくは不連続なゲルネットワークを有し、このスラリー又はコーティング層は、少なくとも３００℃、好ましくは４５０℃未満まで焼成されると厚い無機コーティングに変換する。
加熱ユニット（１２）及び／又は少なくとも１つの温度センサユニット（１６）に好適な更なる代替組成物は：導電性、抵抗性、及び誘電体インク、セメント（酸化アルミニウム又は酸化ジルコニウムを金属（ニオビウム、モリブデン、チタン、及びクロムなど）と組み合わせて調製したもの）；銀、鉛、パラジウム、及び酸化ルテニウムの混合物、例えば、Ａｇ Ｐｂ Ｐｄ ＲｕＯ２、若しくはＰｂ２Ｒｕ２Ｏ６、又はＡｇ／Ｐｄ ６５／３５；アルミナ又は窒化アルミニウム；あるいは酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ベリリウム、炭化ケイ素、及びニクロムの混合物である。
本発明によると、発熱体（１０）は、共に同一組成物を含む加熱ユニット（１２）と温度センサユニット（１６）とを有することができる。
発熱体（１０）は、本質的に同一組成物からなる加熱ユニットと温度センサユニット（１６）とを更に備えることができる。
発熱体（１０）は、共に熱伝達ユニット（１４）上のコーティングとして提供される加熱ユニット（１２）と温度センサユニット（１６）とを有することができる。
加熱ユニット（１２）及び温度センサユニット（１６）が、共に熱伝達ユニット（１４）の１つの表面上に設けられる、発熱体（１０）が提供される。例えば、図１〜図４に示されるように、この２つのユニットを熱伝達ユニット（１４）の上面に設けることができる。熱伝達ユニット（１４）の任意のその他の表面は、同様に適している。
あるいは、加熱ユニット（１２）及び温度センサユニット（１６）は、熱伝達ユニット（１４）の別の表面上に設けられる。これらの表面は、例えば２つの隣接する表面であることができる。
発熱体（１０）は、第２の温度センサユニット（１８）を更に備えることができる。
第２の温度センサが設けられる場合、２つの温度センサユニット（１６、１８）を、加熱ユニット（１２）の対向する側部に設けることができる。
発熱体（１０）は低電圧用途に使用されることができ、例えば、加熱ユニット（１２）を動作させる電圧は、１〜２５０Ｖ、若しくは２００〜２５０Ｖ、又は９０〜１２０Ｖ、あるいは３０〜５０Ｖ、又は１０〜１４Ｖの範囲内で選択することができる。発熱体（１０）は、０〜５０Ｖ、若しくは３０〜５０Ｖ、又は３５〜４５Ｖの範囲内の電圧で動作すると非常に満足に動作することが分かった。理論に束縛されるものではないが、このような圧力範囲は、温度読み取りが低い信頼性になるような発熱電力になることなく、十分迅速に加熱できるようにすることが可能であると考慮される。
したがって、一態様において、本発明は、加熱ユニット（１２）と、熱伝達ユニット（１４）と、温度センサユニット（１６）とを備える発熱体（１０）を使用して電気器具を加熱する方法を含み、加熱ユニット（１２）は第１の組成物を含み、第１の組成物は、エポキシ系若しくはガラス系組成物、又は溶液の最大約９０％が均一で安定した分散液中の導電性粉末であり、この溶液導電性粉末が、金属、セラミックス、インターセラミックス、及び半導体からなる群から選択される１種であるゾル−ゲル溶液を含む組成物を含み、温度センサは第２の組成物を含み、第２の組成物は、エポキシ系若しくはガラス系組成物、又は溶液の最大約９０％が均一で安定した分散液中の導電性粉末であり、この溶液導電性粉末が、金属、セラミックス、インターセラミックス、及び半導体からなる群から選択される１種であるゾル−ゲル溶液を含む組成物を含む組成物含み、加熱ユニット及び温度センサユニットは、互いに電気的に絶縁され、かつ熱伝達ユニットによって機械的に支持される２つのユニットとして提供され、加熱ユニット（１２）は３０Ｖ〜５０Ｖの範囲内の電圧で動作される。
熱伝達ユニット（１４）は加熱ユニットと熱的に接触し、熱を伝達する及び行き渡らせることが可能である。熱伝達ユニットはまた、発熱体全体に機械的安定性を提供することができる。熱伝達ユニット（１４）は数多くの形状を有することができ、数多くの材料から製造されることができる。例えば、立方形又は菱形形状は熱伝達ユニットに好適である。熱伝達ユニットはまた、円筒形状又は半円筒形状を有することができる。良好な熱伝達を有する様々な材料が熱伝達ユニット（１４）に好適である。熱伝達ユニット（１４）は、多くの場合、アルミニウムなどの金属、又は雲母系材料で作製される。熱伝達ユニット（１４）の少なくとも１つの表面は、コーティング、例えば、セラミックスコーティング又は酸化アルミニウムコーティング、を有することができる。
熱伝達ユニット（１４）が導電性材料で作製される場合、熱伝達ユニット（１４）と、加熱ユニット（１２）と、少なくとも１つの温度センサユニット（１６）との間には、それぞれ、電気絶縁体を設置することができる。このような電気絶縁体は、熱伝達ユニット（１４）の少なくとも１つの表面上のコーティングの形態で提供されることができる。
別の態様において、本発明は、発熱体（１０）を提供する方法を含む。この方法は、熱伝達ユニット（１４）を提供する工程を含む。好適な熱伝達ユニットは上述されている。更なる工程として、エポキシ系若しくはガラス系組成物、又は上で特定されるようなゾル−ゲル溶液を含む組成物、を含む第１の組成物を適用して加熱ユニットを形成する。更なる工程では、第２の組成物を提供して温度ユニットを形成する。第２の組成物は、エポキシ系若しくはガラス系組成物、又は上で特定されるようなゾル−ゲルを含む組成物、を含むことができる。
第２の組成物は、第１の組成物を適用するのと同時に適用することができる。これは、発熱体（１０）を非常に迅速かつ効率的に提供するプロセスとなる。
別の方法としては、第２の組成物を、第１の組成物の後、したがって別個の工程において適用することができる。
第１及び／又は第２の組成物を適用するための好適な方法は、選択されたこの特定の組成物に好適なあらゆる既知の方法である。これらの方法には、噴霧、はけ塗り、浸漬、又はスクリーン印刷が挙げられる。
このような方法は、発熱体（１０）及び温度センサユニット（１６）を効率的に提供することができる。両方のユニットを提供するのに同一又は類似組成物を使用することには、重要なプロセスの利点が存在する。
図１は、熱伝達ユニット（１４）が６面体の形状で提供される発熱体（１０）を示す。６面体の１つの大きな表面は加熱ユニット（１２）用に使用され、温度センサ（１６）を設けるために使用される。この両方のユニットは、熱伝達ユニット（１４）の上に搭載されたコーティングとして提供される。この両方のユニットそれ自体もまた、（少なくとも本質的に）６面体の形状を有する。図２の平面図に対応させると、加熱ユニットは、長軸と短軸とを有する矩形として示されている。温度センサユニット（１６）は加熱ユニット（１２）に隣接して配置され、同様に矩形形状である。矩形は、長さが加熱ユニットの対応する軸と同じである長軸を有する。温度センサユニット（１６）は、加熱ユニットの短軸よりも短い短軸を有する。それぞれの短軸は、加熱ユニット（１２）の対応する軸よりも、５０％、若しくは２５％、又は１０％短くあることが可能である。
加熱電極（２０）が、加熱ユニット（１２）と電気的に接触するように提供される。図１及び図２に示されるように、これら電極は、加熱ユニット（１２）の短軸のそれぞれに隣接して提供され得る。これら電極は、例えば、加熱ユニット（１２）と熱伝達ユニット（１４）との間に導体材料の層の形態で提供されることができる。
更なる電極（２２）が、温度センサユニット（１６）と電気的に接触するように提供される。
図３は、発熱体（１０）の断面図を提供する。熱伝達ユニットの表面積は、加熱ユニット（１２）によって部分的にのみ覆われていることが、図２から明らかである。
図４は別の断面図であり、温度センサは、熱伝達ユニットの１つの表面上で加熱ユニット（１２）に隣接して配置され得ることが、この図から明らかである。温度センサユニット（１６）と加熱ユニットの距離は、加熱ユニット（１２）の短軸の長さの約５０％、若しくは２５％、又は１０％未満となるように選択することができる。
図５は、発熱体（１０）の代替実施形態を示す。この実施形態では、第１の温度センサユニット（１６）及び第２の温度センサユニット（１８）が加熱ユニット（１２）の両側に設けられている。
図６は、図３の断面に対応する図５の代替実施形態の断面図である。
図７は、発熱体（１０）の代替実施形態を示す。この実施形態では、熱伝達ユニットは６面体の形状を有する。加熱ユニットは発熱体（１０）の上面に設置され、２つの温度センサユニット（１６、１８）が、この上面に隣接した２つの対向する側面に配設される。
図８は、発熱体（１０）の代替実施形態を示す。この実施形態では、加熱ユニット及び２つの温度センサユニット（１６、１８）は図５に示されるように配設されている。熱伝達ユニット（１４）は他の熱伝達ユニットと異なり、加熱ユニット（１２）と温度センサユニット（１６、１８）との間に切り欠き部（２４）を有して示されている。これら切り欠き部（２４）は、加熱ユニット（１２）と温度センサユニットとの間の熱伝達を低減する。この効果は、少なくとも１つの温度センサユニットと加熱ユニット（１２）との間の熱伝達ユニット材の量を少なくするその他の物理的構造、例えば、薄層化、ブリッジ等によって達成することが可能である。あらゆるこのような構造は本発明の範囲内である。
多部品からなる熱伝達ユニット（１４）を提供することもまた、本発明の範囲内である。例えば、１つの部品が加熱ユニット（１２）を搭載し、２つのその他の部品がそれぞれ温度センサユニットを搭載する、３つの部品からなるユニットを提供することができる。これらユニットは、強い熱的連通を有さない良好な物理的結合を達成するために共に取り付けられる、例えば、接着又は締着されることができる。
加熱ユニットと少なくとも１つの温度センサユニットとの間の弱い熱的連通は、加熱ユニット（１２）そのものの温度を示すのではなく、熱伝達ユニット（１４）及び／又は発熱体（１０）の平均温度を概して示す温度読み取りをもたらす。
本明細書に開示されている寸法及び値は、列挙した正確な数値に厳しく制限されるものとして理解すべきではない。それよりむしろ、特に指定されない限り、各こうした寸法は、列挙された値とその値周辺の機能的に同等の範囲の両方を意味することを意図する。例えば、「４０ｍｍ」として開示される寸法は、「約４０ｍｍ」を意味するものとする。
Claims (15)
- 加熱ユニット（１２）と、熱伝達ユニット（１４）と、温度センサユニット（１６）とを備える発熱体（１０）であって、
前記加熱ユニット（１２）は第１の組成物を含み、
前記第１の組成物は、エポキシ系若しくはガラス系組成物、又は溶液の最大約９０％が均一で安定した分散液中の導電性粉末であり、前記溶液導電性粉末が、金属、セラミックス、インターセラミックス、及び半導体からなる群から選択される１種であるゾル−ゲル溶液を含む組成物を含み、
前記温度センサは第２の組成物を含み、
前記第２の組成物は、エポキシ系若しくはガラス系組成物、又は溶液の最大約９０％が均一で安定した分散液中の導電性粉末であり、前記溶液導電性粉末が、金属、セラミックス、インターセラミックス、及び半導体からなる群から選択される１種であるゾル−ゲル溶液を含む組成物を含み、
前記加熱ユニット及び前記温度センサユニットは互いに電気的に絶縁され、かつ前記熱伝達ユニットによって機械的に支持される２つのユニットとして提供される、発熱体（１０）。 - 前記第１の組成物及び前記第２の組成物が、同一組成物を含む、請求項１に記載の発熱体（１０）。
- 前記加熱ユニット（１２）及び前記温度センサユニット（１６）が、同一組成物から本質的になる、請求項１又は２に記載の発熱体（１０）。
- 前記加熱ユニット（１２）及び前記温度センサユニット（１６）が、共に前記熱伝達ユニット（１４）の上のコーティングとして提供される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発熱体（１０）。
- 前記加熱ユニット（１２）及び前記温度センサユニット（１６）が、共に前記熱伝達ユニット（１４）の１つの表面上に設けられる、請求項４に記載の発熱体（１０）。
- 前記加熱ユニット（１２）及び前記温度センサユニット（１６）が、前記熱伝達ユニット（１４）の２つの別個の表面上に設けられる、請求項４に記載の発熱体（１０）。
- 第２の温度センサユニット（１８）を更に備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発熱体（１０）。
- 温度センサが、前記加熱ユニット（１２）の２つの対向する側部に設けられる、請求項７に記載の発熱体（１０）。
- ２つの温度センサユニット（１６、１８）が２つの対向する表面上に設けられるか、又は４つの温度センサユニットが２対の対向する表面上に設けられる、請求項７に記載の発熱体（１０）。
- 加熱ユニット（１２）と、熱伝達ユニット（１４）と、温度センサユニット（１６）とを備える発熱体（１０）を使用して電気器具を加熱する方法であって、
前記加熱ユニット（１２）は第１の組成物を含み、
前記第１の組成物は、エポキシ系若しくはガラス系組成物、又は溶液の最大約９０％が均一で安定した分散液中の導電性粉末であり、前記溶液導電性粉末が、金属、セラミックス、インターセラミックス、及び半導体からなる群から選択される１種であるゾル−ゲル溶液を含む組成物を含み、
前記温度センサは第２の組成物を含み、
前記第２の組成物は、エポキシ系若しくはガラス系組成物、又は溶液の最大約９０％が均一で安定した分散液中の導電性粉末であり、前記溶液導電性粉末が、金属、セラミックス、インターセラミックス、及び半導体からなる群から選択される１種であるゾル−ゲル溶液を含む組成物を含む組成物含み、
前記加熱ユニット及び前記温度センサユニットは、互いに電気的に絶縁され、かつ前記熱伝達ユニットによって機械的に支持される２つのユニットとして提供され、
前記加熱ユニット（１２）が３０Ｖ〜５０Ｖの範囲内の電圧で動作される、方法。 - 発熱体（１０）を提供する方法であって、
−熱伝達ユニット（１４）を提供する工程と、
−エポキシ系若しくはガラス系組成物、又は溶液の最大約９０％が均一で安定した分散液中の導電性粉末であり、前記溶液導電性粉末が、金属、セラミックス、インターセラミックス、及び半導体からなる群から選択される１種であるゾル−ゲル溶液を含む組成物、を含む第１の組成物、及び、エポキシ系若しくはガラス系組成物、又は溶液の最大約９０％が均一で安定した分散液中の導電性粉末であり、前記溶液導電性粉末が、金属、セラミックス、インターセラミックス、及び半導体からなる群から選択される１種であるゾル−ゲル溶液を含む組成物を含む組成物、を含む第２の組成物を含む温度センサ、を適用して、加熱ユニット（１２）を形成する工程と、
−エポキシ系若しくはガラス系組成物、又は溶液の最大約９０％が均一で安定した分散液中の導電性粉末であり、前記溶液導電性粉末が、金属、セラミックス、インターセラミックス、及び半導体からなる群から選択される１種であるゾル−ゲル溶液を含む組成物、を含む第２の組成物、及びエポキシ系若しくはガラス系組成物、又は溶液の最大約９０％が均一で安定した分散液中の導電性粉末であり、前記溶液導電性粉末が、金属、セラミックス、インターセラミックス、及び半導体からなる群から選択される１種であるゾル−ゲル溶液を含む組成物を含む組成物、を含む第２の組成物を含む前記温度センサ、を適用して、温度センサユニット（１６）を形成する工程と、を含む、方法。 - 前記第２の組成物が、前記第１の組成物が適用されるのと同時に適用される、請求項１１に記載の発熱体（１０）を提供する方法。
- 前記第２の組成物が、前記第１の組成物の適用後に適用される、請求項１１に記載の発熱体（１０）を提供する方法。
- 前記第１及び／又は第２の組成物が、噴霧、はけ塗り、浸漬、又はスクリーン印刷によって適用される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の発熱体（１０）を提供する方法。
- 前記熱伝達ユニット（１４）が、アルミニウムで作製される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の発熱体（１０）を提供する方法。
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