TWM571687U

TWM571687U - 加熱器

Info

Publication number: TWM571687U
Authority: TW
Publication date: 2018-12-21

Abstract

公開了一種加熱器，包括一陶瓷加熱元件以及至少兩個用於從陶瓷加熱元件散熱，其中陶瓷加熱元件在一個尺度沿平面延伸，該至少兩個散熱片遠離該平面延伸，且其中該至少兩個散熱片通過數個離散的連接部分被連接到陶瓷加熱元件。同樣公開了製造比如加熱器的方法，該方法包括步驟：(a)施加一填料到陶瓷加熱元件的一表面；(b)放置一金屬散熱片在填料之上以產生一加熱器模板；(c)在一爐中以750℃以及900℃之間的溫度硬焊加熱器模板以熔化填料且使得填料以及陶瓷加熱元件一起反應。

Description

加熱器

本創作涉及一種加熱器，特別涉及一用於手持式器具的加熱器，例如一頭髮護理器具。

手持式器具(比如頭髮護理器具以及熱空氣吹風機)是已知的。這樣的器具被提供具有加熱器，加熱穿過器具的流體流或器具所指向的表面。大部分設備具有手槍握把的形式，其具有包括開關的手柄以及容納比如風扇單元以及加熱器這樣的部件的體部。另一形式用於管狀外殼，比如出現在熱定型設備的。由此，通常該方案使得流體及/或加熱吹風從管狀殼體的端部吹出，且抓持到那個殼體上或提供有垂直於管狀殼體的手柄。

傳統的加熱器通常由絕緣且耐熱的材料的支架，繞其纏繞電阻線(比如鎳線)而製造。這樣的加熱器可產生高至1200-1500W的功率輸出，其適用於頭髮護理器具，然而這些加熱器是相對沉重的，為了實現這樣的功率輸出需要數米的繞線的複雜封裝。不同類型的加熱器可使用自限功率的正溫度係數材料(PTC)製造，例如摻雜氧化碳酸鋇(doped barium titanate oxide)，其被夾在兩個傳導表面之間。熱量使用散熱片散入空氣流中。單個PTC加熱器可獲得高至約200W及高至260℃的溫度，且可被串聯使用(遭受器具的尺寸及重量的增加)以增加功率且由此增加可產生的熱量。

本創作試圖提供一種高功率密度加熱器，其具有重量輕、簡化封裝的優勢，其中加熱元件可經受至少400℃的操作溫度。由此單個加熱元件被提供。縱觀本說明書，術語「加熱元件」是指電阻跡線(resistive track)，其被嵌入陶瓷材料，且該加熱器包括加熱元件以及散熱元件。

為了這個目的，高溫共燒陶瓷(HTCC)加熱元件被提出。散熱片被附接到加熱元件的每側以增強散熱。該散熱片由熱傳導材料製造，例如銅，鋁或它們的合金，其被附接到加熱元件。加熱元件以及散熱翅片之間的熱傳導係數具有不匹配(mis-match)，這引起數個問題。第一，當散熱片被附接時，該工序在較高溫度下被執行。當部件被冷卻時，可在陶瓷以及金屬之間的介面處造成殘餘應力。當首先在爐中被冷卻時，如果陶瓷中的應力超過臨界限值，陶瓷也可能破裂。這個過程的熱循環對限制這個很重要。第二，在使用期間，加熱器將在室溫以及器具的最大操作溫度之間循環，這個循環可引起殘餘應力的積累，如果它超過臨界限值將導致故障。

熱應力在較低功率加熱器中沒那麼嚴重，因為被提供到加熱元件的能量以及在接合處達到的最大溫度顯著減小。附加地，加熱器的加工可使用室溫連接方法，因為加熱器使用期間達到的溫度被顯著降低。由此，本創作的一個目的是提供一種陶瓷加熱器，其具有能夠承受高至1800W的功率輸入的元件。

除了熱膨脹係數的不匹配之外，存在陶瓷以及散熱片之間的連接部。在連接部存在兩種材料的介面，其允許熱膨脹不匹配的材料相互作用，其升高在介面處的應力，且其可導致一個或兩個材料的故障。該連接部必須足以在加熱元件以及散熱片之間獲得充足的熱交換，且足以承受包含加熱器的器具在它的壽命期間可預期的熱循環。由此，接合點的抗疲勞強度必須足以承受室溫以及峰值操作溫度之間的介面熱循環，且構成部分的熔點需要高於該介面的最大操作溫度。

在第一實施例中，本創作提供了一種加熱器，包括陶瓷加熱元件以及至少兩個用於從陶瓷加熱元件散熱散熱片，其中陶瓷加熱元件在一個尺度上沿平面延伸，該至少兩個散熱片遠離該平面延伸，且其中該至少兩個散熱片通過數個離散的連接部分連接到陶瓷加熱元件。

具有數個離散的連接部分意味著散熱片不沿它的整個長度被連接，在連接中存在間隙或中斷。這些間隙使散熱片以及加熱元件之間的應力能夠被釋放。當加熱器在高溫或過渡到環境溫度或自環境溫度上升時，散熱片材料將比加熱元件更多地膨脹或收縮。間隙或中斷使散熱片材料能夠一定程度上膨脹以及變形而不導致過度應力到加熱元件。換句話說，對於給定溫度上升，當這樣的間隙被引進時，加熱元件以及散熱片之間的應力被減小。

優選地，數個離散的連接部分是陶瓷加熱元件以及該至少兩個散熱片之間的多個大體相似的接觸區域。這個一致性是有利的，因為沒有它的話，熱不匹配將在它與加熱元件的‘介面’處沿著散熱片的長度變化，使得某些區域更易於破裂及/或剝離。

在優選實施例中，數個離散的連接部分係每個由相似尺寸間隙以及間隙之間的距離(間隙頻率)間隔開。再次地，這個一致性對於均勻成形的加熱器是有利的，因為沒有它的話，熱不匹配將沿著散熱片的長度變化，使得某些區域更易於破裂及/或剝離。替代地，對於非均勻加熱器例如彎曲的加熱器，不同的間隙尺寸以及間隙頻率可被應用在加熱器的鄰近區域中以根據操作溫度傳遞適當的應力釋放。

散熱片由金屬片形成，其被處理以產生數個離散的連接部分。散熱片優選具有0.2mm-0.5mm的厚度。在一個實施例中，數個離散的連接部分之間的間隙通過放電加工(EDM)形成。這有效地產生了多個平行槽，其從金屬片的一個邊緣處朝向遠側端部延伸。第二階段是為了產生數個離散的連接部分，這通過以90°V形壓下器械彎曲金屬片而實現。這形成多個‘L形’特徵，其具有腿部以及腳部，該腿部適當地形成散熱片的部分，該腳部形成每個腿部的數個離散的連接部分。

優選地，該散熱片具有一厚度，且相鄰的數個離散的連接部分之間的間隙尺寸是在0.8以及1.2倍散熱片厚度之間。

在優選實施例中，陶瓷加熱元件包括電阻跡線，其位於陶瓷材料的數個層之間。優選地，陶瓷加熱元件是高溫共燒陶瓷(HTCC)，這意味著該跡線在陶瓷材料的坯體狀態(green state)下被施加到陶瓷材料，覆蓋有另一層陶瓷材料，且然後加熱元件被燒結為單個單元。

優選地，該至少兩個散熱片被佈置在陶瓷加熱元件的每側上。這也幫助加熱器的熱量管理，因為熱量在加熱器的兩個側部處從居中定位的電阻跡線的中心被汲取以及散發。它還趨於保護加熱元件在熱循環期間不受撓曲負載(flexural load)影響。

優選地，加熱器包括多個散熱片，該多個散熱片從陶瓷加熱元件的兩側延伸。陶瓷加熱元件沿平面從一第一邊緣延伸到一第二邊緣。在一些實施例中，該多個散熱片從第一邊緣到第二邊緣高度(height)變化。由於手持式器具且特別頭髮護理器具通常為管狀形狀，這使得加熱器的傳統形狀能夠被使用。

此外，多個散熱片在第一邊緣以及第二邊緣之間大體相等地間隔開。這再次通過降低跨過陶瓷加熱元件的熱量梯度而幫助管理跨散熱片的熱不匹配。由此，數個離散的部分之間的間隙管理由一個方向中的熱膨脹係數中的差異引起的應力，且散熱片之間的間距管理由第二方向中的熱量梯度中的差異引起的應力。

如上所述，已知生產在頭髮護理器具中的PTC(正溫度係數)加熱器，但是產生低功率加熱器。PTC材料是陶瓷，其被夾在兩個傳導表面之間。這可被形成為蜂巢狀，其中流體流動穿過由蜂巢形成的孔。熱量傳遞速率可通過增加到電極的散熱結構而被改進，這是相對簡單的。因為電極由傳導的常用金屬材料形成，且散熱結構也是熱傳導的因此通常使用金屬，從而附接一個到另一個可容易地做到。兩個部分可被膠合到一起形成優良的結合。存在關於熱膨脹的最小的問題，首先，因為PTC加熱器不達到較高功率加熱器所需的較高溫度，且第二，膠是撓性材料，在介面處的不匹配由該層解決。

本創作的另一方面涉及將金屬散熱翅片附接到陶瓷表面。

本創作提供了一種附接金屬散熱片到陶瓷加熱元件的方法，該方法包括步驟：(a)施加填料材料到陶瓷加熱元件的表面；(b)定位金屬散熱片在填料材料之上以產生加熱器模板；(c)在爐中以750℃以及900℃之間的溫度硬焊加熱器模板，以熔化填料且使得填料以及陶瓷加熱元件一起反應。

優選地，該填料材料是包括銀，銅和鈦的合金。更優選地，該合金由72%的銀和28%的銅的初始成分，然後添加1-5%重量的鈦而形成。鈦增加反應性且與陶瓷加熱元件反應形成複雜的金屬間相(inter-metallic phase)。該溫度必須要高以便熔化填料材料，而且不能太高以致熔化金屬散熱片。該散熱片優選由銅，不銹鋼或科伐合金中的一個製造。

優選地，該方法包括另外的步驟：(i)以金屬塗覆漿料塗覆陶瓷加熱元件的表面；(ii)燒結被塗覆的陶瓷加熱元件；(iii)化學鍍鎳層在被燒結的被塗覆的陶瓷加熱元件上以產生主金屬化表面；(iv)施加助熔劑到主金屬化表面；其中步驟(i)-(iv)在步驟(a)之前被執行，且其中步驟(c)附加地融化位於金屬散熱片以及主金屬化表面之間的助熔劑，且以約600℃的溫度被執行。

本創作提供了一種附接金屬散熱片到陶瓷加熱元件的替代方法，該方法包括步驟：(a)以金屬塗覆漿料塗覆陶瓷加熱元件的表面；(b)燒結被塗覆的陶瓷加熱元件以產生主金屬化表面；(c)化學鍍鎳層在被燒結的被塗覆的陶瓷加熱元件上以在主金屬塗覆層上產生次金屬塗覆層；(d)加熱鍍鎳陶瓷加熱元件以擴散鎳層進入主金屬塗覆層中；(e)施加助熔劑到金屬化表面以產生金屬化表面；(f)施加填料材料在助熔劑之上；(g)定位金屬散熱片在填料材料之上以產生加熱器模板；(h)在爐中硬焊加熱器模板以熔化位於金屬散熱片以及金屬化表面之間的填料以及助熔劑。

優選地，該硬焊在約550℃以及650℃之間被執行。更優選地，溫度是610℃。

優選地，陶瓷加熱元件是多層陶瓷基體(substrate)，包括印刷到內部層(當該基體處於其坯體體狀態時)上的電阻跡線。優選地，電阻跡線是鎢。陶瓷材料是氮化鋁、氧化鋁、氮化矽、氧化鈹、氧化鋯以及碳化矽中的一個。優選地，陶瓷加熱元件是氮化鋁。陶瓷加熱元件被燒結的溫度將取決於使用的材料，在氮化鋁的情況下，該溫度優選在1800℃之上。

優選地，該金屬塗覆漿料包括被用於形成陶瓷加熱元件的陶瓷材料，耐火材料(比如鎢)加上結合劑以及填料。在優選實施例中，該耐火材料是鎢、鉑、鉬或它們的合金。優選地，該耐火材料是鎢。優選地，該金屬塗覆漿料以10-12微米的厚度被施加到陶瓷加熱元件。

優選地，被塗覆的陶瓷加熱元件在與陶瓷加熱元件相同條件下被燒結。當相同的陶瓷材料被使用時這是特別有利的，因為塗層的收縮將大體相似於陶瓷加熱元件的收縮因此兩層之間的熱應力將被最小化。

優選地，鎳層通過電刷鍍，浸漬電鍍電鍍或化學鍍。在優選實施例中，3-5微米厚度層鎳被鍍。

優選地，助熔劑作為漿料被施加到金屬化表面。優選地，填料材料由箔製成。

優選地，金屬散熱片由鋁合金形成。儘管其他金屬以及合金是適用的，比如銅，不銹鋼或科伐合金，優選使用具有相對低彈性係數以及較低屈服強度的材料。較低彈性係數降低陶瓷散熱片介面處的由於熱膨脹引發應變導致的應力量。較低屈服強度意味著該金屬更可能在較高溫度處變形，其降低連接處周圍陶瓷上的應力。

在另一實施例中，本創作提供了一種能夠在400℃的溫度操作的陶瓷加熱元件的製造方法，該方法包括步驟：

(a)製造HTCC陶瓷加熱元件；

(b)以金屬塗覆漿料塗覆陶瓷加熱元件的表面；

(c)燒結被塗覆的陶瓷加熱元件以產生主金屬化表面；

(d)化學鍍鎳層在被燒結的被塗覆的陶瓷加熱元件上以在主金屬化層上產生次金屬化層；

(e)加熱鍍鎳陶瓷加熱元件以擴散鎳層進入主金屬化層中以產生金屬化表面；

(f)施加助熔劑到該金屬化表面；

(g)施加填料材料在助熔劑之上；

(h)製造散熱翅片，其具有多個離散的連接部分，其中每個鄰近對的離散的連接部分間隔開一間距。

(i)定位散熱翅片在填料材料之上，由此多個離散的連接部分與填料材料相鄰以產生加熱器模板；

(j)在爐中硬焊加熱器模板以熔化位於金屬散熱片以及金屬化表面之間的填料以及助熔劑。

優選地，數個離散的連接部分是陶瓷加熱元件以及該至少兩個散熱片之間的多個大體相似接觸區域。在優選實施例中，該數個離散的連接部分係每個由相似尺寸間隙或間距間隔開。

優選地，數個離散的連接部分之間的間隙或間距由放電加工(EDM)形成。這有效地產生了多個平行槽，其從金屬片的一個邊緣處朝向遠側端部延伸。第二階段是為了產生數個離散的連接部分，這通過以90°V形壓下器彎曲金屬片而實現。這形成多個‘L形’特徵，其具有腿部以及腳部，該腿部適當地形成散熱片的部分，該腳部形成每個腿部的數個離散的連接部分。

優選地，加熱器包括多個散熱翅片，該多個散熱翅片從陶瓷加熱元件的兩側延伸。

在優選實施例中，陶瓷加熱器由矩形陶瓷加熱元件形成，導致大體管狀或方形加熱器。替代地，陶瓷加熱元件是弧形的。優選地，弧形陶瓷加熱元件具有恒定曲率。在優選實施例中，弧形陶瓷加熱元件被形成具有內部半徑以及外部半徑，其兩者從共同原點延伸。

對於弧形加熱器，散熱片優選被彎曲。更優選地，散熱片匹配陶瓷加熱元件的曲率。為了形成彎曲的散熱片，在第二階段生產之後，其中數個離散的連接部分被形成，存在用彎曲器械衝壓散熱片的第三階段。

對於這個實施例，變化陶瓷加熱元件的內部半徑以及外部半徑之間的散熱片的間距是有利的。鄰近散熱片之間的間距從內部半徑到外部半徑增加。這個的原因是雙重的，首先由於加熱器內的路徑長度在內部半徑處更短，它較少限制流動穿過加熱器的流體，由此為了跨過加熱器的出口獲得更均勻流動，它需要製成更具限制性。第二，當路徑長度在外部半徑處更長時，停留時間是較長的由此流動穿過這個部分的流體可比在內部半徑處流動的流體相對更熱。由此，通過使得在外部半徑處間距較大，存在更多流體流動穿過那個區域，其使得在加熱器出口處的熱量變化較少。跨過退出平面的空氣出口溫度的變化是較低的，且跨過陶瓷加熱元件的溫度的變化是較低的。

10‧‧‧陶瓷加熱元件

12‧‧‧第一邊緣

14‧‧‧第二邊緣

20‧‧‧硬焊填料

30‧‧‧金屬

40‧‧‧片

42‧‧‧基板部分

44‧‧‧散熱片

50‧‧‧多段式片

52‧‧‧釋放切口

54‧‧‧散熱片

56‧‧‧基板部分

58‧‧‧離散的連接部分

60‧‧‧散熱片

60a‧‧‧散熱片

60b‧‧‧散熱片

60c‧‧‧散熱片

62‧‧‧離散的連接部分

64‧‧‧腿部

66‧‧‧槽

80‧‧‧加熱器

82‧‧‧外殼

84‧‧‧末端

90‧‧‧間隙

100‧‧‧陶瓷加熱元件

110‧‧‧陶瓷加熱元件

120‧‧‧硬焊填料材料

150‧‧‧陶瓷加熱元件

160‧‧‧散熱片裝元件

160a‧‧‧側

200‧‧‧外殼

210‧‧‧外殼

260‧‧‧散熱片

260a‧‧‧散熱片

260b‧‧‧散熱片

262‧‧‧基底部分

264‧‧‧連接區域

300‧‧‧跡線

302‧‧‧跡線

310‧‧‧跡線

312‧‧‧跡線

320‧‧‧第一端部/第一跡線

322‧‧‧第一端部/第二端部

324‧‧‧連接器/第二端部

326‧‧‧連接器

330‧‧‧連接處

332‧‧‧第二連接器

334‧‧‧二連接器

340‧‧‧連接器

342‧‧‧連接器

344‧‧‧連接器

350‧‧‧入口側部

600‧‧‧散熱片

602‧‧‧散熱片

604‧‧‧散熱片

700‧‧‧乾髮器

702‧‧‧流體入口

704‧‧‧流體流動路徑

706‧‧‧流體出口

710‧‧‧馬達

720‧‧‧手柄

800‧‧‧熱定型設備

802‧‧‧流體入口

804‧‧‧流體出口

現在將以舉例的方式參照附圖描述本創作，其中：圖1示出了硬焊(brazed)樣品的側視圖；圖2示出了硬焊前的多段式片以及標準片的表面輪廓；圖3a示出了矩形加熱元件上的跡線佈置的實例；圖3b示出了弧形加熱元件上的跡線佈置的實例；圖4a示出了矩形陶瓷加熱元件式的基板以及散熱片幾何；圖4b示出了弧形陶瓷加熱元件上的基板以及散熱片幾何；圖5a示出了多段式基板；圖5b是圖5a中的一部分的放大圖；圖6示出了具有數個離散的連接部分的散熱翅片；圖7a示出了被硬焊到矩形陶瓷加熱元件的一組散熱片的立體視圖；圖7b示出了被硬焊到弧形陶瓷加熱元件的兩組散熱片的不同立體視圖；圖8a示出了被硬焊到矩形陶瓷加熱元件的一組散熱片的立體視圖；圖8b示出了被硬焊到陶瓷加熱元件的一組具有變化高度的散熱片的側視圖；圖9a示出了被硬焊到陶瓷加熱元件的一組折疊散熱片的立體視圖；圖9b示出了被硬焊到陶瓷加熱元件的一組折疊散熱片的側視圖；圖10a示出了穿過被硬焊的散熱片的橫剖面視圖；圖10b示出了穿過被硬焊的散熱片的側視圖；圖11a顯示了弧形硬焊加熱器的立體視圖；圖11b是圖11a的視圖中的一部分的放大圖；圖12a示出了用於加熱器原型的保持結構的第一側部；圖12b示出了用於加熱器模板的已裝配的保持結構；圖13a示出了變化間距的散熱片的側視圖；圖13b示出了具有交錯的數個離散的連接部分的散熱片的側視圖；圖14a顯示了在外殼中的加熱器的端視圖；圖14b顯示了在外殼中的加熱器的立體視圖；圖15a示出了穿過器具的橫剖面，該器具適用於容納依照本創作的加熱器；圖15b示出了器具的局部立體視圖，該器具適用於容納依照本創作的加熱器；以及圖16示出了替代器具的側視圖，該器具適用於容納依照本創作的加熱器。

第一步驟是製造HTCC加熱元件。三種材料被製造-氧化鋁，氮化鋁以及氮化矽。使用自精密制陶商業(Precision Ceramics)獲得的材料，其中氧化鋁等級為99.6%氧化鋁，產品描述為AT79，氮化鋁的等級僅在2015可獲得，且氮化矽產品描述為SL 200 BG。陶瓷加熱元件最初由矩形基板形成，其在燒結時形成70mmx 30mm x 0.5mm的樣片。第一層坯體狀態陶瓷具有印刷到表面上的鎢跡線絲網。鎢與被用於形成加熱元件的陶瓷具有相同組分的材料一起形成為漿料，該與，然後坯體狀態陶瓷的第二層被施加。這是在1000℃之上燒結的，在本實施例中使用約1800℃。得到的嵌入地鎢跡線具有18-20微米厚度。圖3a示出了跡線的實例，在這個實例中為兩個跡線300、310。本技術領域中具有通常知識者應理解樣片的不同的陶瓷成分以及尺寸將需要不同的燒結條件且這樣的資訊可在多種教科書中廣泛地獲得。

表1示出了被評估的陶瓷以及金屬的不同組合。

硬焊過程使用硬焊填料20在真空爐中在850℃處在陶瓷加熱元件10的70mm x 30mm x 0.5mm的樣片上(矩形部分)執行。硬焊填料是AgCuTi，主動硬焊的0.05mm厚度的薄片，金屬30僅僅被應用到陶瓷的一側，其導致硬焊後彎曲且能夠導致一些失敗，表2描述了不同組合的硬焊後通過率。圖1示出了構造的側視圖，圖2描述了金屬的單個片40以及多段式片50之間的差異。多段式片50是對緩解由在陶瓷以及金屬材料之間的不連續的連接部引起的應力的首次嘗試。釋放切口52在側面上沿兩個方向形成到金屬中，以被連接到陶瓷加熱元件10。

不銹鋼樣品失敗被認為是因為硬焊過程在該合金的塑性變形溫度之下，由此該連接點的金屬側可僅僅彈性變形，其引入應力進入連接點。相反地，銅可屈服以減少應力的累積。

進一步地研究使用散熱翅片。散熱片44、54是平面片，其遠離相應的基板部分42、56垂直地延伸。在圖4a中，基板部分42是具有一體成型的散熱片44的單個矩形片。散熱片44以及基板部分42由銅塊製造，其被機械加工以移除散熱片60之間的材料。在圖4b中，散熱片54以及基板部分56也一體形成，且由弧形銅塊形成，其被機械加工以產生一體形成到弧形基板部分56的弧形散熱片54。圖5a以及5b示出了多段式片50，具一體形成的散熱片54。這些樣品由科伐合金塊形成，其被機械加工以從散熱片54之間移除材料且在基座中提供釋放切口52以提供數個離散的連接部分58。相同的散熱片幾何被使用在筆直或矩形樣品上以及相同硬焊條件上。硬焊通過率被示出在表3中。

通過的樣品被通過對它們熱循環而進行測試，但全都由於壓力累積在金屬陶瓷連接點處裂開而失敗。對於銅樣品，認為是通過冷加工，其隨著時間增加銅的強度，連同熱膨脹係數的不匹配。

第三次試驗使用鋁散熱片60(圖6)被執行。具體被選擇的合金是(Al 1050-O)，因為該合金的材料性能更有利於製造成功的加熱器，因為它具有較低抗屈強度以及較少的加工硬化。

參考圖6-11b，散熱片60在這個試驗中在陶瓷加熱元件上具有小得多的占地。各散熱片，由鋁1050-O片製造，其具有0.3mm以及0.5mm的厚度t，包括在基部處的數個離散的接觸部分(如數個離散的連接部分62)，建立與陶瓷的多段式介面。散熱片裝元件160在陶瓷加熱元件的每個側部上是一樣的以平衡陶瓷上的動量。散熱片的接觸點l和d是2mm x 2mm，但針對1.5mm x 1.4mm的另一測試也被執行(如圖10a以及10b中所示)。每個散熱片60由壓印金屬片形成，其減少原材料損耗且減少加工複雜性(相比於需要研磨或金屬射出成型的先前複雜的三維形狀)。

對於筆直散熱片，金屬片輪廓利用EDM線進行切割(圖6)；且腳部被以90°V形壓下工具彎曲。對於彎曲輪廓，具有最後彎曲衝壓過程。

具有單獨的散熱片60需要固定裝置以在硬焊期間保持所有散熱片在位；材料選擇是石墨(Graphite)，因為硬焊過程的溫度以及因為它不會反應。固定裝置被設計且被示出在圖12a以及12b中。第一部分(如外殼200)保持散熱片的第一側，陶瓷加熱元件10被對齊，然後包含散熱片60的另一側160a的固定裝置的第二部分(如外殼210)被附接。

當散熱片是鋁時，主動硬焊不被使用(溫度太高)。

過程如下被執行，首先陶瓷加熱元件10的表面首先被徹底地清潔然後以主金屬化層100塗覆。這是10-12微米的鎢層，其被網版印刷到陶瓷加熱元件的每個側面上。鎢被作為金屬塗覆漿中的元件被施加，且然後塗覆部分被燒結。相同的陶瓷材料被使用為鎢漿中的成分，因此相同的燒結條件被使用。

鎢的頂部上的第二層(如一陶瓷加熱元件110)是3-5微米化學鍍的鎳塗層。對於這個試驗，被使用的鎳合金是Ni-11P塗層(接近共熔合金)。該過程也被已知為‘電解(electrolytic)’或‘自動催化(autocatalytic)’過程。鎳層阻止空氣中的鎢層的表面氧化且改進硬焊填充物的濕潤性(wetting)。還原性大氣中的約800℃處的熱處理被用於擴散這個層進入鎢原生層(tungsten primary layer)。

作為使用化學鍍層的替代，其他形式的電鍍可被使用，例如電刷鍍或浸漬電鍍。

助熔劑被施加到每個被電鍍的表面。助熔劑的一個實例是Harris Al braze-1070助熔劑，其使用刷塗膠機(brush applicator)施加。在金屬化陶瓷加熱元件100、110的每側上初始0.082 +/- 0.003g被使用。在另一測試中，0.0808 +/- 0.002g被加在每側。助熔劑包含鋁以及矽兩者，且在硬焊過程中熔化，移除氧化物且提高表面的濕潤性。矽作為合金元素添加在填料中，降低熔點以及熔融金屬的粘性，其改進合金的間隙填充能力。共熔成分允許二元合金的最低熔點，以及最低的粘度(從單個固相到單個液相過渡)。

最後，硬焊填料材料120被施加到助熔劑之上。填料材料的實例是Prince and Izant Al-718。這被提供為箔，其具有590微米的厚度。在第一實例中，箔的單個片被使用，在每側提供0.271 +/- 0.004g的填料材料。第二實例被使用為每側0.527 +/- 0.006g填料材料(每側兩個50微米箔層)。

適當材料的另一實例是自Solvay的NOCOLOK® Sil Flux”。這結合填料以及助熔劑在一個焊膏中所以消除了兩個步驟施加的需要。

散熱器材料選擇是Al1050-O等級，其是已經歷退火熱處理過程的商業純度等級。該散熱器是非傳統的‘帶翅片散熱器’因為‘散熱器基底’已被移除且僅僅散熱片被使用。這些散熱片使用‘帶凸緣的T形部’直接地被結合到熱量產生表面。

散熱片60從軋製板通過EDM線切割以及彎曲過程產生。作為切割過程的一部分，小的切口產生在散熱片的底部。這有效地產生了多個腿部64且在每個鄰近對腿部之間，平行槽66從金屬片的一個邊緣朝向遠側端部延伸。第二階段是產生數個離散的連接部分，這個通過以90°V形壓下器彎曲金屬片而實現。這個形成多個‘L形’特徵，其具有腿部64以及腳部部分，該腿部適當地形成散熱片的部分，而腳部形成用於每個腿部的數個離散的連接部分62。

硬焊過程在爐中執行。一些樣品在真空爐中被硬焊，但這個被發現為不是必須的且增加了所需的停留時間(dwell time)，因為僅輻射被用於加熱樣品。進一步地過程在大約一個大氣壓的還原性大氣中執行。加熱器模板被裝配在外殼200、210內，且在室溫下放置在爐中，然後在95%氮以及5%氫的大氣中被加熱到約610℃。加熱過程花費約一個小時，在這種情況下，這對於使用的熔爐是最高的，且可能更高速率可被使用，其將減少硬焊時間。該溫度將保持持續預定時間，然後被冷卻到室溫。該預定時間是約2分鐘，但這是取決於外殼200，210以及加熱器的熱品質，因此會隨著這些因素而變化。

在從爐移除之後，加熱器在40℃超聲波熱水浴缸中洗滌以從數個離散的連接部分之間移除助熔劑殘渣。

理論地，由於熱膨脹係數(CTE)在陶瓷以及金屬之間不匹配，接頭將不能作用。同樣地，如果兩個材料被連接而沒有陶瓷破裂，接頭將不能經受很多熱循環。

通過使用獨立的散熱片60，在散熱器以及陶瓷加熱元件10之間的接觸區域存在減小，這限制了由熱膨脹係數不匹配引起的沿一個取向(跨過陶瓷加熱元件的寬度)的問題。此外，通過沿每個獨立的散熱片設置離散的接觸點(如離散的連接部分62)，由不匹配引起的問題是另一方向的熱膨脹係數(沿陶瓷加熱元件10的長度)。數個離散的連接部分做為應力釋放切口。

陶瓷加熱器的形式中的一些變化現在將被描述。散熱片60可為如圖7a以及7b中所示的全部相同高度。這是硬焊加熱器的最簡單實施例。由於大部分頭髮護理器具具有管狀外殼，散熱片可以製造為具有變化高度。圖8a以及8b示出了這個。至少一個散熱片60是在最大高度處。在此實例中，兩個散熱片60是在最大高度，且為了使得加熱器成管狀，它們位於陶瓷加熱元件的中間。陶瓷加熱元件10由第一邊緣12以及第二邊緣14限定，所以陶瓷加熱元件10的中間是在這些邊緣之間。當我們接近第一邊緣12以及第二邊緣14的任一者時，散熱片60a，60b，60c高度逐漸變短以形成管狀形狀。

如上所述，圖3a示出了矩形陶瓷加熱元件中的加熱器跡線300、310的實例。在此實例中，到跡線300，310兩者的電力在陶瓷加熱元件的第一端部320處通過第一對連接器324提供，第二對連接器326被設置在陶瓷加熱元件10的第二端部322處。如本技術領域中具有通常知識者知曉的，連接器可被定位在沿陶瓷加熱元件的不同位置處。

圖3b示出了一弧形(arcuate)陶瓷加熱元件150。在此實施例中，兩個加熱器跡線302、312沒有如先前一樣相鄰，相反它們是並排的且共用共同的連接處330，該連接處330被定位為沿第一端部320以及第二端部322之間的陶瓷加熱元件150的長度居中。這個共同的連接器可為火線或零線連接器(live or neutral connector)。對於第一跡線302，一第二連接器332被設置為鄰近陶瓷加熱元件150的第一端部320，且對於第二跡線312，一第二連接器334被設置為鄰近陶瓷加熱元件150的第二端部322。這兩個第二連接器332、334是火線以及零線連接器的另一個。

作為沿陶瓷加熱元件150的邊緣提供的連接器的替代，圖13a以及13b示出了不同的佈置。在這些實施例中，加熱器跡線被交錯，如圖3a中所示的，但所有連接器340、342、344被提供在陶瓷加熱元件150的第一端部322。再次地，連接器344中的一個是共用連接器，且提供到陶瓷加熱元件150的火線或零線連接器，且其他兩個連接器340、344是火線以及零線連接器的另一個。

圖11a，11b示出了一硬焊加熱器，其中具有變化高度(height)的散熱片60、60a、60b、60c(如關於圖8a以及8b中所描述的)也被硬焊到弧形陶瓷加熱元件150。

圖13a示出了一硬焊加熱器，其中散熱片60具有變化間距。弧形陶瓷加熱元件150具有內部半徑r_i以及外部半徑r_o，每個具有公共的中心c。在內部半徑r_i處，存在散熱片間距x_i，且在外部半徑r_o處，存在散熱片間距x_o，其中x_o大於x_i，由此散熱片之間的間距從內部半徑r_i朝向外部半徑r_o逐步地增加。當加熱器中的流體從第一端部322流動到第二端部324時(亦參照圖3a及圖3b)，該變化間距幫助熱量管理以及流動管理。每個通道中的流動限制(散熱片之間的間隔)被改變。這是設計變數，其允許流體被重新分配。加熱器的外部半徑具有較長的通道長度(較長的散熱片)。給定體積的空氣將耗費更多時間穿過這些通道，當它穿過該通道時加熱到更高。如果散熱片之間的間距在這個區域中被增加，這些通道中的流動速率將增加。這降低停留時間，所以那裡存在較少空氣加熱。在此實施例中，內部半徑是約29mm，外部半徑是約59mm。中心路徑長度(這是在內部半徑以及外部半徑之間的中間線)是69mm。散熱片60的高度是約13mm。

圖13b示出了散熱片60不是必需要在第一端部322處對齊(亦參照圖3a及圖3b)。根據加熱器的入口側部350的配置，可能不能具有離散的連接部分62在從這個入口側部350的公共距離處起始，由此第一散熱片600可相對於鄰近散熱片602、604交錯。

現在參考圖14a以及14b，一加熱器80被示出在一外殼82中。傳統地，這樣的外殼將由絕緣材料製造，比如雲母。對於筆直的加熱器實例，本文描述的雲母將可接受。然而，對於弧形加熱器，它難以包繞雲母片，特別是在中心處的內部半徑上，因為需要的雲母的長度小於外部半徑上的。由於此，且實際上散熱翅片是不帶電，金屬外殼可被使用。在更傳統的有線加熱器中，這是不可能的，因為存在帶電加熱器元件接觸外殼的風險，也許在一些損壞被持續之後。理論上，外殼82可被設計為接觸加熱器80，然而，發現使得散熱片末端84以及陶瓷加熱元件150的第一邊緣86以及第二邊緣86兩者之間存在一小的間隙90是有益的。0.5mm-2mm的間隙90被使用，因為這個給出足夠的空氣間隙以允許流體繞彎曲部的控制以及外殼的溫度的熱量管理。由此，外殼82的外表面在25℃的環境溫度中是75℃。

圖15a以及15b示出了乾髮器的實例，其中所描述的加熱器可被使用在其中。乾髮器700具有在一手柄720的一個端部處的流體入口702，一從流體入口702通過手柄720延伸到流體出口706的流體流動路徑704。流體通過位於手柄720內的馬達710被吸入流體入口702。在此實例中，加熱器80被彎曲或成弧形且位於從手柄720的第一方向到流體出口706的第二方向的一過渡區域中。在此實施例中，第二方向垂直於第一方向，但是這是個優選特徵，因為當使用者握住手柄時，流體出口可容易地相對於使用者的頭髮轉動。

本文中描述的陶瓷加熱元件被設計為承受400℃，在1500W的功率輸入下在出口有最大流體溫度125℃。表4顯示了實現的參數範圍。

在圖15a以及15b中所示的乾髮器內，用於加熱器80以及外殼82的包封-加熱器組件-具有35mm的最大外部直徑。這個加熱器80被證明為提供1500W的加熱元件功率，在穿過乾髮器13.5l/s空氣流量下，其中在13.5l/s空氣以及1500W輸入功率下具有1000Pa的最大加熱器組件壓力下降。此外隨著圖13a中示出的散熱片間距變化，跨排出空氣流橫剖面具有±5degC的最大溫度差。

圖9a以及9b示出了替代實施例，其中散熱片260不被形成為單獨的衝壓片，反而單片金屬片被折疊為與基部部分262成波浪狀或城堡形，其中基底部分262適於被硬焊到陶瓷加熱元件。形成離散的連接區域264的過程在衝壓過程之後而且以先前相同的方式被執行。然而，每個散熱片260共用離散的連接區域264而不是具有單獨一個。這進一步地最小化接觸區域且由此最小化金屬散熱片以及陶瓷加熱元件之間的熱不匹配的區域。此外，存在頂部區段，其經由兩個鄰近散熱片260a、260b供給熱量，由此朝向散熱片末端傳輸的熱量被增加。

圖16示出了熱定型設備800的另一實例，其適於與圖7b中所示的筆直加熱器一起使用。該設備是管狀形狀，具有在一個端部處的流體入口802以及在遠側端部處的流體出口804，其中流體流動路徑在它們之間。在使用中，風扇單元吸取流體進入流體入口，且加熱器在流體出口處退出設備之前可選擇地加熱流體。

已詳細描述了本創作的乾髮器以及熱定型設備，然而，其可適用於吸入流體並且引導該流體從器具流出的任何器具。

該器具可與加熱器一起使用或可不與加熱器一起使用；流體在高速下流出的作用具有烘乾效應。

流動通過器具的流體通常為空氣，但是可以是一種或多種氣體的不同組合，並且可包括添加劑，用於提高器具性能或器具對輸出所對準的物體的影響，該物體例如為頭髮以及頭髮的髮型。

本創作不限於上面給出的詳細描述。多種變形形式對於本技術領域中具有通常知識者將是顯而易見的。

Claims

一種加熱器，包括一陶瓷加熱元件以及至少兩個用於從陶瓷加熱元件散熱的散熱片，其中該陶瓷加熱元件在一個尺度(dimension)上沿一平面延伸，且該至少兩個散熱片遠離該平面延伸，且其中該至少兩個散熱片係通過數個離散的(discrete)連接部分連接到該陶瓷加熱元件。
如請求項1所述的加熱器，其中該數個離散的連接部分是陶瓷加熱元件以及該至少兩個散熱片之間的多個大體相似的接觸區域。
如請求項1或2所述的加熱器，其中該數個離散的連接部分係每一者通過相似尺寸的間隙而間隔開。
如請求項3所述的加熱器，其中該散熱片具有一厚度，且該間隙在該散熱片厚度的0.8以及1.2倍之間。
如請求項1所述的加熱器，其中該至少兩個散熱片被佈置在陶瓷加熱元件的每一側上。
如請求項1所述的加熱器，其中該加熱器包括多個散熱片，該多個散熱片從該陶瓷加熱元件的兩側延伸。
如請求項6所述的加熱器，其中該多個散熱片從一第一邊緣到一第二邊緣高度(height)變化。