MX2010012895A - Elemento de calentamiento de resistencia electrica de auto-regulacion. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un elemento de calentamiento de resistencia eléctrica de auto-regulación, a un aparato que contiene el mismo, y a los procesos para su manufactura. El elemento de calentamiento de resistencia eléctrica de auto-regulación (10) comprende un substrato no eléctricamente conductivo (12); un primer óxido de metal (14) que tiene un coeficiente positivo o negativo de resistencia de temperatura por debajo de una temperatura predeterminada de operación depositado en el substrato; un segundo óxido de metal (16) que tiene un coeficiente de resistencia de temperatura opuesto al del primer óxido de metal depositado en el substrato adyacente al primer óxido de metal; un primer y segundo contactos eléctricos (18, 20) que son situados, de manera que una corriente puede pasar entre los contactos a través del primer y segundo óxidos de metal. Mediante la colocación del respectivo óxido de metal, por ejemplo, en líneas, guías o áreas discretas, adyacentes entre sí, con un contacto entre los mismos o con una superposición suficiente que garantice un buen contacto eléctrico es posible proporcionar un elemento de calentamiento de resistencia eléctrica de auto-regulación para aplicaciones en donde una gran área (comparada por ejemplo, con un elemento de calentamiento 20) es necesaria, tal como podría ser el caso en una máquina de lavado, lavadora de platos o secadora.

Description

ELEMENTO DE CALENTAMIENTO DE RESISTENCIA ELECTRIC AUTO-REGULACION Campo de la Invención La presente invención se refiere a un elet tamiento de resistencia eléctrica de auto-regul parato que contiene el mismo, y a los procesos factura .

Antecedentes de la Invención Los elementos convencionales de cale trico del tipo de variedad blindada tubular o im alla no tienen propiedades de auto-regulación conectados con una fuente de alimentación e inuarán calentándose hasta que fallen al qu ruirse por sí mismos.

El uso seguro de estos elementos convencio ratura predeterminada que proporcione una ica que "desconecte" los contactos de abaste rico, de esta manera, se interrumpe el abastecim ía eléctrica a los elementos referidos.

Mientras que estos dispositivos de álicos sensibles a la temperatura y otros simil amente utilizados, y son producidos con altos es alidad, estos son generalmente mecánicos y al i los dispositivos mecánicos producidos en idos a la probabilidad de falla, la cual se in l uso.

La falla de operación de los dispositivos de ibles a la temperatura originará el ex tamiento y la auto-destrucción de los e iados, con resultados posiblemente catastróficos io . imitan, en forma severa, su aplicación y usó ext as de estas limitaciones son señaladas más adela • La desventaja principal de los titanatos o es la propiedad inherente que la resistividad íales no es constante con respecto al ínte ratura de la temperatura ambiental a la temper io" o el punto de Curie, aunque más b tividad se reduce en forma progresiva con el in temperatura antes del incremento hasta un valor • Una desventaja adicional es que la vel itud de reducción de la resistencia en estos ma , de manera apreciable, de acuerdo con la compo oncentración del dopante (semiconductor) o la co pantes utilizados.

Como consecuencia de lo anterior, los elem tamiento manufacturados a partir de estas compo elementos, con el objeto de maximizar la s ía .

En explicación de esto, se considera el u nto convencional en un dispositivo domés tamiento de agua que opera con un abastecimien 30 voltios de fase única. La corriente máxima p aparatos de 230 voltios es de 13 amperios y a t ey de Ohm esto define la salida máxima de en aparatos de elemento único hasta 3 kilovati cuencia, la resistencia mínima del elem tamiento empleado en 17.7 ohmios.

En general, la resistencia de estos e ncionales se incrementa, en forma ligera, mento en la temperatura de operación, aunque so . En consecuencia, la generación de calor a tr ento, y la transferencia de esta energía al tencia a través del intervalo adecuado de temp ecir, del 25%, un elemento típico de titanato o necesitaría ser producido con una res ntal de 23.6 Ohmio. Utilizando la Ley de Oh arse que en el inicio del ciclo de calentam , la energía térmica disponible sólo es de ndose hasta 3 k sólo cuando es alcanzado el lición. Este es el efecto opuesto del requerido icantes de aparatos domésticos y se muestra en l ejemplo de la característica de resistencia-te a composición del titanato de bario dopado eratura de "cambio" del punto de Curie en 120 °C.

Una desventaja todavía adicional con los e itanato de bario dopado se genera a partir de izado para su producción. Los titanatos de bari an sus propiedades particulares rización de la masa prensada en un horn ratura requerida para producir un producto ho ras que este es un proceso adecuado de manufactu a originar productos que no son totalmente r de la etapa de prensado, y por lo tanto, no p terísticas uniformes de operación o tienen e uales que provienen de la etapa de sinterizaci cuencia, tienen la tendencia al agrietamiento y peración durante los subsiguientes ciclos térm cuencia, es necesario probar con anticipa ntos con elementos de falla que sean desechados.

El inventor ha propuesto con anterior ización de dos diferentes óxidos de metal para elemento de calentamiento de auto-regulaci itudes publicadas incluyen GB2344042, GB2 74784. La más pertinente es la solicitud GB23 cas de rociado térmico. El inventor ha encontrad ología empleada y descrita en las solicitudes an riginó elementos que tengan las características o a que el rociado térmico de los titanatos o originó la destrucción de los dopantes.

En la solicitud de patente internació B2007004999, actualmente no publicada, el ibe lra metodología que originó elemen tamiento de auto-regulación, en los cuales das capas sucesivas, teniendo las caracte das .

Ahora, el inventor ha determinado que, ién la colocación de diferentes óxidos de metal arte superior del otro" y el paso de una cor és de las capas, también es posible la colocació ectivos óxidos de metal, por ejemplo, en aso en una máquina de lavado, lavadora de p ora o en aplicaciones domésticas de gran área ta alentamiento de convector, por debajo del calen iso, los calentadores de almacén, etcétera, en za del control es esencial para evitar incendios La conexión, en forma eléctrica, de los ó en un modo lineal supera este problema permiti es áreas sean cubiertas.

Obviamente, los documentos GB2307629 y G iben arreglos en los cuales son utilizada stivas que tienen diferentes coeficientes de temp e ambas dependen del conjunto de circuitos exte ispositivo de conmutación para conseguir el co ación y evitar el exceso de calentamiento entos eléctricos. En consecuencia, no son d lación" . os guías separadas y para desconectar la ene , detener la operación, una vez que sea alcan ión particular de pérdida de tensión en una tem cular de operación. Por lo tanto, la regula nto es dependiente en su totalidad del conj itos de control externo, NO de la propiedad íales que comprenden la guía de resistencia.

En el documento GB2340367, la limitació ratura de operación depende de la activació ruptor convencional bimetálico conectado en seri ecimiento al elemento. Este interruptor bimet manera preferencial" activado al colocarlo por e cerca de, una porción pequeña de la guía de ele tamiento que tiene un coeficiente negat stencia de temperatura y que calienta, de pref que el volumen de la guía de resistencia, la cu nentes que tienen diferentes resistencias de coe emperatura, el control final en ambas es co zando interruptores y/o conjuntos de circuito de nos .

El movimiento a partir de un arreglo api el substrato en realidad forma parte del ctivo, y la longitud de la guía de los e stivos de óxido de metal es del orden de 80-16 en un arreglo de lado a lado, en donde la longit será medida en centímetros (o posiblemente in os) se encuentra lejana de lo obvio. Los glos presentan desafíos de materiales to rentes. Asimismo, en contraste con el arreglo api trato utilizado para el arreglo de lado a lad uctivo y NO forma parte del circuito de res trica. La aplicación de las dos composiciones de a temperatura predeterminada de operación depos bstrato; • un segundo óxido de metal (16) que t ciente de resistencia de temperatura opuesto a r óxido de metal depositado en el substrato adya r óxido de metal; • un primer y segundo contactos eléctricos se sitúan, de manera que una corriente pueda pas contactos a través del primer y segundo óxidos 16) , y en donde, en combinación, el primer y s de metal proporcionan una resistencia c ncialmente constante de la temperatura ambien eratura predeterminada de operación y un increm ancial en la resistencia por encima de la temper ación. nto más seguro y más eficiente.

Además, la metodología para su producción g sea conseguida una consistencia más grande du cción de estos elementos.

De preferencia, el primer y segundo óxidos seleccionados para proporcionar una resistencia c tante a partir de la temperatura ambienta eratura predeterminada de operación y un increm ancial en la resistencia por encima de la temper ación .

En una modalidad favorable, el primer óxido n óxido al menos de níquel y cromo y de la ma erible, al menos de níquel, cromo y hierro y el o de metal es. un material ferro-eléctrico.

De preferencia, el material ferro-eléctric uctura cristalina del tipo perovskita y es de la De preferencia, el material ferro-e ende partículas granulares y las partículas gr de la manera más preferible, depositadas en un 1 una suspensión, dispersión o pasta. Es important ial ferro-eléctrico sea depositado en el modo ine sus propiedades resistivas, las cual Cterizadas entre otras cosas, por los izados, que son alterados. A este respecto, los icos que pueden vaporizar el dopante o destruir el material no son utilizados debido a que el itante no tendrá las características deseadas.

De preferencia, las partículas son partícul tienen un intervalo de tamaño de 20-100 micra sitadas en una capa que tiene un espesor típica 500 mieras.

Estos óxidos de metal ferroeléctricos ratura) con el incremento de la temperatura de Curie o temperatura de "cambio" y esto es co os elementos de la invención mediante la coloc o más diferentes óxidos de metal (con un coe ivo de resistencia de temperatura) en serie, d la resistividad sea "equilibrada" . Esto es ilust ñera 'más clara, en la Figura 2.

El proceso para la derivación de esta comp ibrada en la reducción de la resistencia n s so directo, que involucra la combinación del c comportamientos observados, de manera empíri res involucrados en la consideración incluyen: • el valor final del punto de Curie requerid • la naturaleza del óxido de metal de drico- ferro-eléctrico que será utilizado, • la naturaleza y concentración del do cuente) de las dos capas, así como tam encial resultante de temperatura que opera e nación .

En esencia, la selección de combinaciones a un propósito dado involucra un grado de mé o, tomando en cuenta lo anterior.

La consecución del nivel inicial reque stencia para el óxido de metal o combinaciones metal recesivo rociado en forma el/hierro/cromo) podrían incluir, de manera opci te utilizando una corriente eléctrica de alta rmitentemente pulsada, ya sea AC o DC, y la tida en la solicitud de patente UK G GB2005/003949) .

De esta manera, el incremento en la resiste temperatura de la capa de óxido de metal anera efectiva la resistencia combinada to nto hasta un alto nivel, de esta manera, se r a de energía térmica hasta un nivel muy bajo un mecanismo de auto- regulación que evita el e tamiento del elemento a temperaturas por en predeterminado de operación.

Dado lo anterior, es esencial que en el dep respectivos óxidos de metal, que su resi Cterística no sea alterada, de manera que no fun se pretende de manera original .

Las propiedades resistivas de los titanatos do derivan principalmente de los efectos lím 0 en las uniones entre las partículas sucesivas rvalo de tamaño más pequeño de la partícula, de el número en cualquier volumen dado de la ato de bario, y es más grande la resistivida el límite y proporcionar un mejor contacto.

La unión o puente eléctricamente conductiv cualquier metal o aleación de metal eléctr ctiva que incluye, por ejemplo, aluminio, cobr e o acero inoxidable .

De acuerdo con un segundo aspecto de la ción, se proporciona un aparato eléctrico que C emento de calentamiento de la invención.

De acuerdo con un tercer aspecto de la ción, se proporciona un proceso para la manufac ento de calentamiento de resistencia de auto-re comprende : • Aplicar un primer óxido de metal (14) , q coeficiente positivo o negativo de resiste eratura por debajo de una temperatura predeterm ación en un substrato no eléctricamente conductiv ncialmente constante de una temperatura ambien ratura predeterminada de operación y un increm ncial en la resistencia por encima de la temper ción .

Breve Descripción de las Figuras Los distintos aspectos de la invenció itos, por medio de ejemplo, con referencia Íentes figuras, en las cuales: La Figura 1 es una gráfica que mues terísticas de la temperatura de resistencia sición de titanato de bario con una temper io" de punto de Curie a 120 °C; La Figura 2 es una gráfica similar con los xido de metal de Ni/Cr/Fe superpuesto contra l un titanato de bario dopado a fin de ilu izamiento" de las resistencias; y ntre 100 y 140 °C la resistencia se incrementa d ignificante .

En la Figura 2, los datos de resistencia/tem un óxido de metal del tipo de níquel, cromo y hi un coeficiente positivo de resistencia se muest el de un titanato de bario dopado con un punto 160°. Antes de alcanzar el punto de Cur stencias negativa y positiva se anulan, de iva, entre sí (la línea intermedia) a rcionar una resistencia sustancialmente const eriormente, se incrementa, de manera significant o de Curie. Este incremento en la resistencia ecuencia de la forma cristalina tetragonal que forma cúbica, bloqueando los electrones y elimi ucción .

Ejemplo 1- Construcción primer y segundo óxidos de metal , al segundo rico. El primer y segundo óxidos de metal pod itados en un modo, de manera que exi posición (22) entre los mismos o (como se ilust a 3b) un contacto eléctrico adicional (24) po rcionado para garantizar una buena conexión eléc En donde el primer óxido de metal (14) ciente positivo de resistencia de temperat da capa de óxido de metal (16) tiene un coe ivo de resistencia de temperatura y viceversa.

Una corriente puede ser pasada entre el do contactos eléctricos, a lo largo de las res S de óxido de metal que podrían tomar la fo lo, de líneas, guías o áreas discretas.

En la modalidad ilustrada, el substrato de podría ser una baldosa de cerámica sobre la cual depositados, de manera que una corriente que pa rimer y el segundo contacto es forzada a lo larg resistivas adyacentes, las cuales toman en form rma de guías discretas.

El substrato de soporte podría tener un dad de formas y configuraciones que fluctúan de (como se ilustra) a formas que incluyen ferios y tubos huecos o una sección transversal adrada, que es ya sea continuamente recta o do s helicoidales o toroidales.

La forma del substrato de soporte será det el requerimiento para optimizar la transferenc ía térmica desarrollada por el elemento de calen trico en los medios requeridos para que sean ca el aparato particular de referencia.

Los contactos 18, 20, 24 podrían estar comp Es preferible, aunque no necesario, real a esta área del contacto en la cual el punto ex ecimiento de energía será fijado que las áreas r ayudar en la distribución regular de la corrient El substrato de soporte podría estar compre uier material aislado en forma eléctrica y tiene n espesor suficiente que proporciona una est sional para el elemento durante la producci iguiente uso operativo.

En la Figura 3c se ilustra una modalidad en xido de metal con un coeficiente negativo sitado entre dos óxidos de metal con un co tivo (14a; 14b) .

En la Figura 3d se ilustra una modalidad de pluralidad de elementos de calentamiento de re trica de auto-regulación es colocada en series, está siendo transferido al medio que está tado, proporcionando una seguridad agregada al como también ahorros de eficiencia de energía c ran con tiras convencionales bimetálicas que ti situadas relativamente distantes de esta zona.

Ejemplo 2- Metodología Los elementos de calentamiento podrí facturados como por ejemplo, mediante el rociado ica de un óxido de metal recesivo (14) con un coe tivo de resistencia de temperatura sobre un s En su lugar, podrían aplicarse capas suces o de metal realizando una pluralidad de pas quier lugar de 1 a 10, de manera más preferible función del espesor deseado, típicamente hasta izando un equipo de rociado térmico. Debido a stencia eléctrica del depósito de óxido de metal B96/01351. Estas aleaciones de metal de tipo de podrían ser oxidadas hasta el grado requerido, ción del precursor, antes de ser rociadas e ca como una o más capas del depósito recesivo etal, como se describe en el documento GB23 an ser oxidadas hasta el grado requerido du ción de rociado térmico. En su lugar, los nivele idades de incremento, en la resistividad tencia de esta capa de aleación de óxido de meta to en la temperatura, son factores significan nsar las disminuciones asimétricas en resist tencia de la capa de óxido resistiva AB03.

De preferencia, la otra capa de óxido ada es una capa de titanato de bario dopado. que ser depositada a altas temperatura stividad es comprometida. En una modalidad p rida con las características adecuadas de punto incorporación, por ejemplo, en un adhesivo ado .

La pasta, dispersión o suspensión (16) po ces aplicada adyacente a la primera capa de resistiva (14) a través de cualquier interval dios adecuados, que incluyen aunque no se limit sión de serigrafía, pintura, revestimiento de do o la aplicación una cantidad con un suavi guiente.

El adhesivo líquido podría ser de c sición adecuada, de manera que tenga las caracte ión de las partículas finas de titanato de bari onadas con anterioridad en proximidad cercana e de conseguir el contacto requerido de límite de ntimidad en el límite con el otro óxido de me valo de tamaño de partícula y el espesor de l rsion o suspensión aplicada.

En forma alterna, podría ser posible depos utilizando el bombardeo iónico de magnetron raturas y vacío controlado.

Un segundo contacto eléctrico (20) pod ado en el extremo de la capa de titanato o, de manera que un abastecimiento de tensión ( aplicado a partir del primer contacto eléctric s de las capas de óxido de metal .

Este segundo contacto eléctrico podrí endido de cualquier material eléctricamente co como cobre, níquel, aluminio, oro, plata, e eros conductivos, y podría ser aplicado a t uier medio adecuado, ejemplificado aunque no res s técnicas de deposición de vapor químico, de b ía calorífica generada dentro del volumen del nado sea uniformemente distribuida, producie ratura uniforme a través del área adecuada del s porte sin ningún tipo de sitios calientes locali Será aparente para aquellas personas expe diferentes óxidos de metal pueden ser deposi uier orden en función de la metodología utilizad Ejemplo 3- Metodología Alternativa Los óxidos de metal que comprenden las di S del elemento de calentamiento de auto-re ían ser aplicados en el substrato de soporte rsidad de modos utilizando diferentes técnicas.

Una primera metodología es la deposició er óxido de metal producido por ejemplo, a parti e, o alegaciones similares en una parte del s podría ser depositado mediante el rociado En forma alterna, podría utilizarse el in primera metodología, por medio de lo cual, el CO óxido1 de metal de oxígeno-octaédrico-ferro-e ro es aplicado en el substrato de soporte des do óxido de metal de componente .

En otras palabras, mediante la selec entes óxidos de metal es posible determinar, med del cálculo y los comportamientos observados d ica, las dimensiones y relaciones entre los d nentes que comprenden el tipo de elem tamiento de resistencia eléctrica que es la ma esente invención.

Se hace constar que con relación a esta r método conocido por la solicitante para lle tica la citada invención, es el que resulta cia ente descripción de la invención.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como ante ma como propiedad lo contenido en las si ndicaciones : 1. Un elemento de calentamiento de resistencia to-regulación, caracterizado porque comprende: • un substrato no eléctricamente conductivo; • un primer óxido de metal que tiene un co ivo o negativo de resistencia de temperatura por temperatura predeterminada de operación deposita rato; • un segundo óxido de metal que tiene un coefi tencia de temperatura opuesto al del primer óxido itado en el substrato adyacente al primer óxido de m • un primer y segundo contactos eléctricos 2. El elemento de calentamiento de resistencia uto-regulación de conformidad con la reivindic terizado porque el primer óxido de metal es un de un níquel, hierro y cromo . 3. El elemento de calentamiento de resistencia auto-regulación de conformidad con cualquiera ndicaciones anteriores, caracterizado porque el de metal es un material ferro-eléctrico. 4. El elemento de calentamiento de resistencia uto-regulación de conformidad con la reivindic terizado porque el material ferro-eléctrico ICtura cristalina del tipo perovskita y es de la al AB03, en donde A es un catión mono, di o trivale tión penta, tetra o trivalente, y 03 es un anión de 5. El elemento de calentamiento de resistencia auto-regulación de conformidad con la reivindic 8. El elemento de calentamiento de resistencia to-regulación de conformidad con la reivindicació terizado porque tiene un tamaño de partícula d s . 9. El elemento de calentamiento de resistencia auto-regulación de conformidad con cualquiera ndicaciones 3-8, caracterizado porque el materia rico está presente en una capa que tiene un espesor p?. 10. El elemento de calentamiento de re rica de auto-regulación de conformidad con cualquie ndicaciones anteriores, caracterizado porque el do óxidos de metal se superponen en su límite . 11. El elemento de calentamiento de re rica de auto-regulación de conformidad con cualquie ndicaciones 1-9, caracterizado porque el primer terizado porque comprende: • aplicar un primer óxido de metal, que ciente positivo o negativo de resistencia de temper o de una temperatura predeterminada de operació rato no eléctricamente conductivo; • aplicar un segundo óxido de metal que ciente de resistencia de temperatura opuesto al d de metal, al substrato adyacente al primer óxido de • aplicar un primer y segundo contactos eléct a que una corriente pueda pasar entre los contactos rimer y segundo óxidos de metal, y en donde en combinación, el primer y segundo proporcionan una resistencia combinada sustan ante de una temperatura ambiental a la tet terminada de operación y un incremento muy sustanc tencia por encima de la temperatura de operación,