TW529315B - Heater - Google Patents

Description

529315 五、發明說明（1) [發明所屬的技術領域] 本發明係有關於護套式加熱器、盒式加埶 有關於使護套式加熱器、盒式加熱器等能使用：，且特別 的溫度之技術。 用於比從前高 [習知技術] 傳統上使用護套式加熱器與盒式加埶器。a 具備金屬線狀發熱體、用以密閉該發埶體的=些加熱器 熱體與覆套之間所填充之氧化猛等的氧化物It前述發 緣材料。前述覆套由金屬部分與前述發 j =絕 電絕緣體部分所構成。而且，藉由以該導線對之 通電，使前述發熱體產生焦耳熱。 t則述發熱體 通常，鎳、鉻與鐵使用於;述發熱體以及 分之組成的一部份，因而前述發熱體以及覆套j :乂 在850。〇以上的高溫長時間使用日寺，前述發埶套體以及屬^ 之金屬部分將會氧化。由於這樣的氧化作套 =熱器内殘存空氣中的氧以及前述電絕緣材料之 去，造成密封的前述覆套之内部減壓。由於 使得前述發熱體以及覆套之金屬部 、、路， 加速蒸發、飛散。 珞與鐵的成分 鉻/、鐵系的發熱體以及前述 分，由於高溫使用而在其表面开彡 復奮之金屬部 鉻、鉻、鎳與鐵蒸發而擴散至電絕緣材料中。 述乳化 因而’發生前述電絕緣材料的還原反應，以及 刖述發熱體與前述覆套之金屬部分蒸發游離的具導電J由 的

2042-4269-Pf.ptd $ 4頁 529315 五、發明說明（2) 鉻、氧化鉻、鎳與鐵飛散至前述電絕緣材料中所？丨起的前 述電絕緣材料之所謂黑化現象，加速度地使前述電絕緣材 料的絕緣阻抗劣化。 ^ ° 其結果是’當護套式加熱器與盒式加熱器使用時，前 述發熱體通過前述電絕緣材料而在前述覆套之金屬部分局 部地產生異常大的漏洩電流流動的情形，使得前述發熱體 局部地發生巨大的焦耳熱而局部地產生異常高的溫^ 了不 僅因前述鉻、鎳與鐵的成.分游離而變細的發熱體有斷線之 虞，也使得前述覆套有發生熔斷、破裂之虞的問題存在。 本發明即疋鑒於這樣的問題而產生，其課題是，藉由 減少發$體與覆套之間所填充的電絕緣材料之絕緣阻抗劣 U:?套式加熱器與盒式加熱器等的加熱，能使用 於比從别尚的溫度。 [發明的概述] 兮菸在含有絡以及銘的金屬製發熱體與帛以密閉 、f I # Μ #之間填充虱化物所構成的電絕緣材料，前 貫穿前述覆套之電絕緣體部分的加熱器， 氧化銘二^ Γ ，表面形成有氧化銘所構成的氧化膜，該 緣，且因A 氧化膜，使得前述發熱體的表面與電絕 等蒸氣的發膜：使得前述發熱體在發熱狀態時，鉻 1性的絡：挪私夕。從而，由前述發熱體蒸發游離之具導 材料之所邮 至則述電絕緣材料中而引起的前述電絕緣 述發熱體與覆套之„ 1达兩 甶於鉻4蒸亂所引起之月 間作為電絕緣材料的氧化物的氧被奪去

529315 五、發明說明（3) 的情形減少。其結果是，前述電絕 減少。 豕材枓的絕緣阻抗劣化 又，由於前述覆套之電絕緣體以外 鉻的金屬部分，使得覆套的熱傳導性卜：4 : A -有鎳與 覆套之金屬部分表面形成有氧化㈣二由於前述 刖述覆套之金屬部分溫度上昇而使由 t ”、、今 的蒸氣減少。因此，由前述覆套之金I二^之鎳與鉻 導電性的鉻與錄飛散至前述電絕緣# =:游離之具 絕緣材料之所謂黑化現象減少，： = 起的前述電 ，==别述發熱體與覆套之間作為電絕緣材料的氧二物之 阻抗劣化= 果疋，前述電絕緣材料的絕緣 得前：t ::述發熱體表面形成的電絕緣性氧化膜，使 發熱體在形成捲成旋狀的線狀時，可使前述發熱 妤佶1距（Pitch)能縮小。因此，要使發熱體成既定的阻 :時，可放大發熱體的直徑，順此將發熱體的長度拉 長，藉此可使發熱體的斷線情形減少。 又，由於發熱體的直徑加大，使得發熱體表面的 2積發熱量變小，熱較易由發熱體表面傳至前述覆套的钍 相對於發熱體表面溫度之發熱體中心的溫度上昇 少’而可使發熱體的斷線情形減少。 / 时又，這種情形下，發熱體的電流密度以及發熱體表 的單位面積發熱量（發熱體的表面負荷密度）分別可為 的一半左右。 - ，、來

529315 發明說明（4) 又’則述覆套之前述電氣絕緣體部分以 有錄與鉻的護皮用筒狀金屬部分，在該 + 化膜，可使發熱體與該護皮用筒狀ϋ π ^ 之間電絕緣材料的填充變得容易。 狀金屬部分 與該用、筒狀金屬部分為圓筒⑼，發熱體 體斑該imf分之間填充電絕緣材料，可使發献 蔓皮用玲狀金屬部分之間電絕緣的確保更為容^ 了 [圖式簡單說明] 第1圖為顯示與本發明的實施例丨相 正面部份截斷的正面圖。 °套式加熱器 第2圖為顯示笛 第3圖J第 者之左側面的側面圖。 導線側放大的V?圖本發明的實施例2相關的盒式加熱器之 面圖第4圖為顯示將第3圖之1v-IV剖面構造略為縮小的剖 第5圖為顯示將第4圖之v _ 第6圖為顯示將第4圖 。面構造放大的剖面圖。 圖。 ^〜VI剖面構造放大的剖面 第7圖為顯示將使用4 圖。 皿式加熱器之模具縮小的正面 第8圖為顯示盒式加埶 [符號說明] 、、、°特性之測定方法的說明圖。 1〜護套式加熱器；

529315 五、發明說明（5) 2、 12、12a、12b〜發熱體； 3、 1 4〜管；4、1 5〜電絕緣材料； 5、6、1 6〜鉛玻璃； 7、8、1 9、19x、20、20x〜導線； 11〜盒式加熱器； 1 3〜陶瓷核心； 13a、13b、13c、13d、18a、18b〜貫通口； 1 4 a〜底板； 1 7〜陶甍黏著劑； 1 8〜出入口絕緣子； 19a、19b、20a、20b〜抢線； 2 1〜模具； 2 2、2 3〜貫通孔； 3 1〜相位控制電路； 34〜溫度感應器； 3 5〜溫度調節器； 3 6〜可變阻抗； D、Μ〜直徑； _ Ρ、L、Ν〜長度； Q〜外徑； Τ〜内徑； R—S〜輸入端子； U—V〜輸出端子。

2042-4269-Pf.ptd 第8頁 529315 五、發明說明（6) [發明的最佳實施例]. Ϊ丨據 =面說明本發明的實施例如下。 圖.，'，員不與本發明之實施例 份截斷的正面，第2圖為顯示第！圖！：護套式加熱器部 第1圖中，護套式加熱，且備^者之左側面。 與結的金屬製發熱體2、用以覆蓋f T讀等的線狀含鉻 護皮用金屬製的管3、用 ^ X '、、體2之含鎳與鉻的 用以在發熱體2盥瞢 的電絕緣材料4、連結於發埶 : 3之間作電絕緣 連結於發熱體2之圖示右端的不左用端的第1導線卜 示左端部份的幻錯玻璃5Λ用:二、管 份的第2迤玻璃6。又，管3 e 圖不右端部 套。 ，、第1以及鉛玻璃5、6構成覆 又，第1導線7貫穿第！鉛玻璃5，第2導線8貫穿第2妒 玻璃6」發熱體2表面形成有具電絕緣性之氧化銘的氧化。 膜，官3表面形成有氧化鉻的氧化膜。護套式加熱器丨之直 徑D例如為6.5mm、長度L例如為1 00 0mm。 又’如第2圖所示，管3為圓筒狀。 實施例1相關的護套式加熱器1之製造方法如下。 首先’準備護皮用金屬性的管3。管3的材質例如為 INCOLOY80 0 (商品名）。INCOLOY800為含有鎳與鈷合計 3 0〜3 5 %、鉻1 9〜2 3 %、鐵3 9 · 5 %以上、碳0 · 1 %以下、錳1 · 5 〇/〇 以下、硫0 · 0 1 5 %以下、矽1 · 〇 %以下、銅〇 · 7 5 %以下、鋁 1 5〜0 · 6 %、鈦0 · 1 5〜〇 · 6 %之重量比的合金。 管3的尺寸例如為外徑7. 5mm 0、長度1〇〇〇mm。

2042-4269-Pf.ptd 第9頁 529315 五、發明說明（7) --- 管t以電爐在l10(rc加熱1>5小時，使管3表面形成氧 化膜。官3表面所形成的氧化膜含氧化鉻等。 接著，準備線狀的發熱體2。發熱體2，例如為鐵、 鉻、鋁系的合金。具體而發熱體2的材質例如為m FCH-1之NTK No.30 (商品名）cNTK N〇3〇為含有鉻 23〜26%、鋁4〜6%、碳0· 10%以下、矽1. 5%以下、錳i 0%以 下、其餘為鐵之重量比的合金。 發熱體2尺寸例如為外徑〇· 0、長度640 Onm。 口發熱體2以例如1· 2mra 0之捲芯捲起加工為捲狀，洗淨 乾燥後以電爐在11 〇 〇 C加熱3小時，使發熱體2表面形成 氧化膜。由於該氧化膜的材質為氧化鋁，因而該氧化膜為 電f緣體。因此，線狀的發熱體2捲起為捲狀時，發熱體 的節距能縮小，而可捲在一定的範圍内，使發熱體2的長 度拉長’並可放大發熱體2的直徑。又，阻抗值與發熱體2 的長度成正比，與發熱體2的斷面積成反比。因此，可減 少能捲在一定的範圍内、具一定阻抗值之發熱體2的斷線 情形。

接著’將形成有氧化膜的發熱體2置於形成有氧化膜 的f 3内，並在管3與發熱體2之間隙填充作為電絕緣材料4 的氧化鎂粉末。之後，在常溫下以沖壓等方式軋延管3， 進行管3的減徑，使管3的直徑d成為6· 5mm 0以製作護套式 加熱器1的未完成品。藉由前述管3的軋延減徑，可使電絕 緣材料4的密度提高，而提昇電絕緣材料4的熱傳導度。因 而’可防止發熱體2的溫度異常高於管3的溫度，使得因為 529315 五、發明說明（8) 發熱體2的溫度提高而導致發熱體2的斷線情形能減少。 將此護套式加熱器1的未完成品在8 5 0 °C的大氣中加熱 處理4小時使電絕緣材料4的水分減少後，將管3的兩端部、、、 份以第1以及第2鉛玻璃5、6完全封口，並使第1以及第2 線7、8分別貫穿第1鉛玻璃5、第2鉛玻璃6。因而，護套 加熱器1藉由作為覆套的管3以及第1與第2鉛玻璃5、6二 封。如此試作長度L 1〇〇 〇_的護套式加熱器1。 松 在第1導線7與第2導線8之間施加電壓，並對發 通電:使發熱體2發熱，當管3的表面溫度達到95〇。〇、、、，體2 充分穩定後（約1小時德、⑴一 並 管3之間的絕緣阻抗後）測疋第1導線7(或第2導線8)與 接著止對發熱體2通電，等管 ⑼ 〃 與線狀的發熱體試作=J品(以未作氧化膜處理的管 示於表1。又，表丨w β羞套式加熱器）作測定，並對照顯 明之實施品的護套，後述的表2，其「實施品」是指發 更當式加熱器1。

529315 五、發明說明（9) 管3表面溫度950°C時 的絕緣阻抗（MQ) 常溫下的耐電壓（V) 實施品 3.5 3500 傳统品 0.5 2700 [表1】 同樣地’對管3的表面溫度變化時的絕緣阻抗作測 定，其結果如表2。

管3的表面溫度 實施品（ΜΩ) 傳統品(ΜΩ) 950 3.5 0.5 975 2.5 發熱雜的斷線 1000 1.7 1050 0.8 1100 0.6 [表2] 如上所述，由於在管3的表面以及發熱體2的表面預先 在大氣中生成氧化膜，使得電絕緣材料4的絕緣劣化情形 減少’而^護套式加熱器1能在超高溫域（9 〇 〇或丨丨〇 〇) 使用，使得護套式加熱器1的壽命能顯著地延長。又，上 列表1以及表2的效果，對後述的盒式加熱器丨丨也是一樣。

529315 五、發明說明（ίο) 第3圖為將與本發明之實 岡兔骆筮4岡夕ντ vi 口】面揭1造放大顯示’第6 圖為將第4圖之V I — v I剖面構造放大顯示。 料ίΠ所示，盒式加熱器11之第1導線19插通出入口 j緣子18的貝通孔18a ’ ”導線2。插通出人口絕緣子⑽ =通孔18b。第1導線19與第2導線2〇均為金屬製棒狀體， 為後述發熱體1 2的導線。. •如第4圖所不，盒式加熱器1 1，為將螺旋狀地捲於陶 瓷核心13的捲狀發熱體1 2與第1以及第2導線19、2〇連結之 物置於濩皮用金屬製的管1 4内的狀態下，將電絕緣材料i 5 填充於管14内，並以鉛玻璃16將管14的導線19、2〇出口部 份封閉的東西。 又’第4圖顯示了第3圖的第1導線19通過的斷面，而 第2導線20通過的斷面之符號顯示於第4圖的括弧内。 如第6圖所示，4個貫通口 13a、13b、13c、13d平行地 形成於陶瓷核心1 3内。捻線1 9a插通貫通口 1 3a，捻線1 9b 插通貫通口 13b。捻線2 0a插通貫通口 13c，捻線20b插通貫 通口 13d。捻線19a、19b、20a、20b為電力連結用的導電 性物體。 如第4圖所示，捻線19a、19b的圖示左端部份焊接於 第1導線19的圖示右端部份19x，检線20a、20b的圖示左端 部份焊接於第2導線20的圖示右端部份2Ox。（參照第5 圖）〇

2042-4269-Pf.ptd 第13頁 529315 五、發明說明（11) '~1 检線19a的圖示右端部份與捻線19b的圖示右端部份在 貫通孔13a、13b的右側連結，再連結於發熱體12的圖 端部份12a。 捨線20a與捻線2〇b在貫通孔13c、13d的右側連結，而 且在貫通孔13c、13d的左側連結於發熱體12的左端部份 1 2b 〇 與管14同材質的底板14a像是覆蓋管的右端部份般 地被焊接。管1 4的左端部份以鉛玻璃1 6封口，出入口絕緣 子1 8藉由陶瓷黏著劑1 7固定於鉛玻璃1 6以及管1 4。

與實施例2相關的盒式加熱器之製造方法如下。 首先’準備管14。管14的材質例如為INCOLOY8 00，外 徑為12 mm 0、長度為120 mm。在管14的第4圖右端部份焊接 與管14同材質的底板14a，以電爐在1100 π加熱丨· 5小時， 使管1 4以及底板1 4 a表面形成氧化膜。 接著，準備發熱體1 2。發熱體1 2的具體材質例如為

Kanthal AF線（商品名）cKanthal AF線為含有鉻22%、銘 5. 3%、其餘為鐵之重量比的合金。

在陶瓷核心（例如5或6mm 0、長度60mm)的外圍將線 狀（例如外徑〇 · 3 mm 0 )的發熱體1 2以例如〇 · 4 mm節距 (pitch)纏繞加工，洗淨乾燥後，以電爐在115〇它加熱3 小時，使發熱體1 2表面形成氧化膜。該氧化膜之材質為氧 化銘’因而為電絕緣體。之後，將第1以及第2導線丨9、2 〇 以上述检線19a、19b、20a、20b連結於發熱體12。 接著，在前述管1 4的中心部插入纏繞了發熱體1 2的陶

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曼才、3並在陶竟核心1 3以及發熱體1 2與管1 4之間隙填 =作為電絕緣材料丨5的氧化鎂之後，以沖壓方式將管丨4減 控至10· 2mm 0 ，再以研磨機將管14研磨至1〇 +〇或1〇 一〇. 5 mm 0 〇 ·

接著，以電爐在8 5 0 °c乾燥4小時，使電絕緣材料丨5中 的水分減少後，將管丨4之第i以及第2導線丨9、2 〇的出口部 份以鉛玻璃16封口。之後，藉由陶瓷黏著劑17將出入口絕 緣子18固定於鉛玻璃16之圖示左側（參照第4圖）。由於出 入口絕緣子18形成有貫通孔18a、18b，第1導線19插通貫 通孔18a ’第2導線20插通貫通孔18b (參照第3圖）。 、如此製作盒式加熱器11 (例如直徑μ為1〇 mm φ，長度 N為120 mm，額定為12〇伏特、4〇〇瓦。）。 、第7圖將使用盒式加熱器之模具縮小顯示，第8圖顯示 盒式加熱器特性之測定方法。 弟7圖以及第8圖中，模具21之尺寸，内徑τ (模具21 中心的貫通孔22 口徑）為50 mm0 ，外徑(3為110 mm0 (參 照第7圖）’長度p為9〇mm (參照第8圖）。如第7圖所示，模 具21中80 mm 0的圓周（與貫通孔22為同心圓的圓周）上 形成有2 0個孔徑1 〇 · 1 mm 0的貫通孔2 3。

其各貫通孔23各插入1支盒式加熱器n。將額定12〇伏 特、40 0瓦的盒式加熱器丨丨兩支直列地連結作為1組，以1〇 組的盒式加熱器11並列連結於相位控制電路3丨的輸出端子 (U—V間）。又，第8圖中，基於方便考量，只顯組的 盒式加熱器11。

529315 五、發明說明（13) 相位控制電路31，施加於其輪入 入交流電壓（實效值200伏特）_位控制後將二的入輸 交流電壓的輸出電壓（實效值）輪出至其輪出端低子於(幹二 間）。可變阻抗36用以調節該輸出電壓的大 二輸。出電壓（實效值）為輸入交流電壓（實效值)在；^ 偶J = f =用以測定模具21的溫度’例如為熱電 3:尊：之設定溫度例如為1 0 00 °C。溫度調節器 溫度與溫度感應器34所測定之模具21的溫度 '^ /胤度差趨於零而對相位控制電路31施以PID控 ，。又，此時，Ρ丨D控制將比例控制、 以及微分控制箄二彻狄以文 U ； 度差趨於零。 4 一 制予以組合以控制使前述溫 1 ηηη ^ ί ί加熱器11通電開始約45分鐘模具21的溫度即在 二=下來。在此狀態下進行連續720小時的耐久試 驗，也未見到發熱體12的斷線等的異常。 ^丄此時假設1支盒式加熱器11的傳導電壓為70伏 貝母1支是式加熱器11，電流1·94安培、耗電136 瓦1而，2〇支盒式加熱器11的消耗電力約為2 · 7千瓦。 η #又# ΐ述實施例中，覆套的護皮用金屬部份的剖面為 ♦ I非限定，覆套的護皮用金屬部份的剖面可為例 了 上、二乂角形等的多角形、橢圓形。又，上述實施例 並非把定的I蔓皮用金屬部份的内部設置了一個加熱器，但 、’义疋’遵皮用金屬部份的内部可以並列地設置複數個

529315 五、發明說明（14) 發熱體。 [利用於產業上的可能性] 如以上所述，太 高溫的11 oot使用 明相關的加熱器，由於π / 0 W > 用，因而可祐4批 由於可在比從前 加熱的用it，對於 U用於比從前高 因此，本發明相關的：：：延；也有幫助。 具、半導體晶圓製造工程、17 可使用於塑性成型的模 程、塑膠的成型工程、 沾=的成型等的熱填料成型工 液晶面板的玻璃板實施熱處理的i: d力電f敎用以對 波爐、影印機等。 爐 /、加加熱器的微

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Claims (1)

1. 529315 六、申請專利範圍 12) i用以種ϋΐ’/含有絡以及紹的金屬製發熱體（2、 ηΙ 16)^ 勹辻#埶真充乳化物所構成的電絕緣材料（4、15)， 二發：體、:)的導線(7、8、19、2〇)貫穿前述覆套 (其；4於Μ6)之電絕緣體部分Η，， 氧化ί :j ^發熱體(2、12)的表面形成有氧化鋁所構成的 2如申請專利範圍第i項所述的加熱器，*中前述覆 ^ 、6、14、14a、丨6)之前述電絕緣體部分（5、6、 以夕的部分（3、η、i4a)為含有鎳以及鉻的金屬 分，該金屬部分的表面形成有氧化膜。 屬# 如：請專利範圍第1項所述的加熱器1中前述發 μ體^、12)形成為捲成螺旋狀的線狀。 4·如申請專利範圍第2項所述的加熱器，其中前述覆 套（3、5、6、14、14a、16)之前述電絕緣體部分（5、6、 1 6 )以外的部分（3、丨4、丨4a)為筒狀，該筒狀 形成有氧化膜。 丨刀的表面 5·如申請專利範圍第4項所述的加熱器，其中前述覆 套（3、5、6、14、14a、16)之前述電絕緣體部分（5、6 16)以外的部分（3、14、丨“）為筒狀，該筒 刀、、 ，形成有氧化膜。 錚刀的表面

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