專利名稱：具有溫度控制的加熱元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加熱元件，該加熱元件包括加熱單元、熱傳遞單元和第一溫度控 制元件以及第二溫度控制元件。加熱單元已被證明可用于多種應(yīng)用中。本文所公開的加 熱單元可例如用于爐子和其它廚房器具，包括食品加熱器、熱水器、水壺和咖啡壺或烤箱在 內(nèi)。它們也可用于其它家用電器，包括烘干機(jī)、熨斗或電吹風(fēng)、直發(fā)器或卷發(fā)器在內(nèi)。本發(fā) 明的其它應(yīng)用包括汽車應(yīng)用和器具，包括汽車暖風(fēng)裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)加熱器、除霜裝置和座位加 熱器在內(nèi)。另一種應(yīng)用包括反應(yīng)器加熱器和管道加熱器，以及在化學(xué)工程領(lǐng)域中的類似應(yīng) 用。
背景技術(shù)：
WO 2007/131271A1公開了一種用于電加熱容器的改進(jìn)的溫度傳感器。所述溫度傳 感器可為與熱分配板熱絕緣的但與接觸板熱量互通的電子加熱傳感器。EP 1 370 497 Bl公開了一種溶膠-凝膠衍生的熱阻和導(dǎo)電涂層。所公開的內(nèi)容 具體地講是一種用于被施用到基質(zhì)上以在該基質(zhì)上形成涂層的組合物，所述組合物包括溶 膠_凝膠溶液，其中所述溶液的最多約90%是導(dǎo)電粉末。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的在于提供一種優(yōu)化的加熱元件，該加熱元件包括加 熱單元、熱傳遞單元、第一溫度控制元件和第二溫度控制元件。希望所述單元可高效地以低 成本大量生產(chǎn)方法進(jìn)行制造，并且所述溫度控制元件以對(duì)此類方法優(yōu)化和同時(shí)對(duì)于精確和 可靠的溫度測量和控制有效的方式提供。

發(fā)明內(nèi)容
概括地講，本發(fā)明涉及加熱元件，該加熱元件包括加熱單元、熱傳遞單元以及第一 溫度控制元件和第二溫度控制元件，第一溫度控制元件以距加熱單元第一距離提供并且第 二溫度控制元件以距加熱單元第二距離提供，其中第一溫度控制元件具有第一最小激活閾 值并且第二溫度控制元件具有第二最小激活閾值，其中所述第二距離小于所述第一距離并 且所述第二閾值高于所述第一閾值，并且所述第一溫度控制元件和第二溫度控制元件均與 熱傳遞單元直接接觸。在另一方面，本發(fā)明涉及一種通過使用加熱元件來加熱器具的方法 和一種用于提供加熱元件的方法。


下面將參照附圖描述本發(fā)明的各實(shí)施方案，其中圖1是依照本發(fā)明的加熱元件的透視圖。圖2是圖1加熱元件的頂視圖。圖3是過圖1的加熱元件沿著圖1中所示的軸線III-III截取的剖面圖。圖4是沿著圖1中所示的軸線IV-IV截取的圖1的實(shí)施方案的剖面圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的加熱元件包括加熱單元。加熱元件是熱源，并且通常作為電阻加熱器被 提供。加熱元件還包括熱傳遞單元。該熱傳遞單元與加熱單元熱接觸并能夠傳遞和散布熱 量。熱傳遞單元也可賦予整個(gè)加熱元件機(jī)械穩(wěn)定性。加熱元件還包括第一溫度控制元件和 第二溫度控制元件。第一溫度控制元件以距加熱單元第一距離提供。該第一距離按從第一 溫度控制元件的一個(gè)邊緣至加熱單元的下一個(gè)邊緣的最短距離進(jìn)行測量。第二溫度控制元 件以距加熱單元第二距離提供(如第一距離那樣進(jìn)行測量)。第一溫度控制元件和第二溫度控制元件均對(duì)控制元件的環(huán)境區(qū)域中存在的溫度 作出反應(yīng)。這種反應(yīng)可為依賴溫度的電流和/或電壓輸出、開/關(guān)信號(hào)和/或開/關(guān)切換 功能。溫度控制元件可具有多種形式。例如，它可為提供例如呈依賴溫度的電壓或電流 形式的輸出的電氣或電子測溫計(jì)。此類控制元件通常將包括NTC-或PTC-元件。它們也可 包括機(jī)械元件，例如雙金屬。作為另外一種選擇，它們可包括具有某個(gè)熔點(diǎn)的物質(zhì)，該物質(zhì) 的熔化將觸發(fā)機(jī)械或電氣或電子信號(hào)。某些溫度控制元件將具有最小激活閾值。該最小激活閾值應(yīng)被理解為可獲得有用 信號(hào)的最小溫度值。此類閾值可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于室溫，甚至低至約0°開氏溫標(biāo)，或者也可高于 室溫。例如，依賴于某種物質(zhì)的熔化的溫度控制元件通常將具有高于室溫的激活閾值。本發(fā)明的加熱元件包括具有第一最小激活閾值的第一溫度控制元件和具有第二 最小激活閾值的第二溫度控制元件。第二閾值高于第一閾值。因此，在低于第二激活閾值 的溫度下，只有第一溫度控制元件將提供有用的溫度讀數(shù)。第一溫度控制元件和第二溫度控制元件均與熱傳遞單元直接接觸。因?yàn)閮蓚€(gè)元件均與熱傳遞單元直接接觸，因此保證了溫度讀數(shù)可靠。特別是在期 望避免溫度超過特定的較高溫度的情況下，此類直接接觸提供附加的安全性。如果期望避 免特定的較高溫度，則可選擇第二閾值低于該較高溫度。當(dāng)在熱傳遞單元上所讀出的加熱 元件的溫度接近較高溫度時(shí)，兩個(gè)溫度控制元件均可用以確保不超過較高溫度。假定第二 溫度控制元件最接近加熱單元，則第二控制元件的讀數(shù)特別可靠。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一和第二溫度控制元件均和加熱單元一樣在熱傳遞單元的 同一個(gè)表面上提供。因此，它們可給出加熱單元溫度的可靠讀數(shù)，即使當(dāng)溫度變化是動(dòng)態(tài)的 并且來自也在熱傳遞單元上更遠(yuǎn)位置的讀數(shù)可給出延時(shí)讀數(shù)時(shí)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，第一溫度控制元件和第二溫度控制元件在熱傳遞單元的兩 個(gè)不同的表面上提供。假定第二溫度控制單元距加熱單元的距離小于第一溫度控制單元距加熱單元的 距離，則第二溫度控制元件可仍提供可靠的溫度讀數(shù)，即使當(dāng)在熱傳遞單元的不同的表面 上提供第一溫度控制元件時(shí)。加熱元件可包括在熱傳遞單元上提供的呈涂層形式的加熱單元。熱傳遞單元然后 起到該涂層的載體的作用。多種組合物均可用于涂層。涂層可包括或由環(huán)氧基或玻璃基組合物組成。作為另外一種選擇，涂層可包括具有溶膠_凝膠溶液的組合物，其中所述溶液的 最多90%是均勻穩(wěn)定的分散體中的導(dǎo)電粉末，并且所述溶液導(dǎo)電粉末的成分選自由下列組成的組金屬、陶瓷、陶瓷混合物(interceramics)和半導(dǎo)體。那些組合物的一些適用實(shí)例 可見于 EP 1 370 497 Bi。作為另外一種選擇，適于涂層的組合物為溶膠-凝膠制劑，所述溶膠-凝膠制劑 包括具有分散在由金屬有機(jī)前體制備的膠態(tài)的溶膠-凝膠溶液中的按重量計(jì)最多90%的 無機(jī)粉末的漿液，其中所述溶膠_凝膠溶液具有膨脹的并且優(yōu)選不連續(xù)的凝膠網(wǎng)絡(luò)，并且 在焙燒到至少300°C并且優(yōu)選地小于450°C的溫度時(shí)所述漿液或涂覆層轉(zhuǎn)換成厚的無機(jī)涂層。另一種適用組合物為導(dǎo)電性、電阻性和介電性油墨、金屬陶瓷(用氧化鋁或氧化 鋅與金屬(包括鈮、鉬、鈦和鉻在內(nèi))相組合制備)；銀、鉛、鈀和釕例如Ag Pb Pd Ru02或者 Pb2Ru206或者Ag/Pd 65/35的混合物；氧化鋁或者氮化鋁；或者氧化鋁、氮化鋁、氧化鈹、碳 化硅和鎳鉻合金的混合物。類似地，在熱傳遞單元上提供呈涂層形式的溫度控制元件。也可用適于以上所列 涂層的材料提供該涂層。至少一個(gè)或兩個(gè)溫度控制元件包括甚至由與加熱單元一樣的組合物組成也是可 能的。加熱元件也可包括第三溫度控制元件。該第三溫度控制元件可包括或甚至由與加 熱單元和/或第一溫度控制元件一樣的組合物組成。可將加熱元件設(shè)計(jì)成使得第一溫度控制單元的距離明顯大于第二溫度控制單元 的距離，兩個(gè)距離均相對(duì)于加熱單元測量。例如，第一距離可大于第二距離50%、100%、 150%、200%。在有些情況下，也可選擇第二距離很小，例如小于3mm、2mm或Imm或約0mm。可提供其中第二激活閾值高于第一閾值至少100°C、15(TC、20(rC或250°C的加熱 元件。在這樣一種元件中提供了大的溫度范圍，其中借助一個(gè)溫度控制元件的控制是足夠 的，并且第二溫度控制元件可起到防止過熱情形的作用。熱傳遞單元可具有眾多形狀并可由眾多材料提供。例如，立方體或菱形形狀適于 熱傳遞單元。熱傳遞單元也可具有圓柱形或半圓柱形形狀。具有良好熱傳遞性的多種材料 適于熱傳遞單元。熱傳遞單元通常將用金屬例如鋁或者用云母基材料提供。熱傳遞單元的 至少一個(gè)表面可具有涂層，例如陶瓷涂層或者氧化鋁涂層。在熱傳遞單元用導(dǎo)電材料提供的場合，可在熱傳遞單元和加熱單元以及至少一個(gè) 溫度控制元件之間分別設(shè)置電絕緣體。這樣一個(gè)電絕緣體可以涂層的形式在熱傳遞單元的 至少一個(gè)表面上提供。提供多片熱傳遞單元也處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，可提供三片式單元，其中一 片承載加熱單元，并且另兩片各承載溫度控制元件?？蓪⑦@些單元以粘附方式或者夾緊方 式安裝到一起以獲得良好的物理連接而沒有強(qiáng)的熱量互通。加熱單元和至少一個(gè)溫度控制元件之間的熱量互通較弱將產(chǎn)生比加熱單元本身 的溫度更能代表熱傳遞單元和/或加熱單元的總體平均溫度的溫度讀數(shù)。加熱元件可用于低電壓場合，例如可選擇運(yùn)行加熱單元的電源處在1至250V，或 者200至250V，或者90至120V，或者30至50V，或者10至14V的范圍內(nèi)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以 0至50V或者30至50V或者35至45V范圍內(nèi)的電壓運(yùn)行時(shí)，加熱元件的運(yùn)行令人滿意。不 受理論的束縛，據(jù)信這樣的電壓范圍可能允許足夠快地加熱而不會(huì)出現(xiàn)該加熱功率使得溫度讀數(shù)變得不可靠。因此，在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種采用隨其申請(qǐng)的權(quán)利要求1或者其從屬權(quán)利 要求中的任何一項(xiàng)的加熱元件在選自以上范圍的電壓下加熱器具的方法。適用的器具包括 廚房器具，包括食品加熱器、熱水器、水壺、咖啡壺和烤箱在內(nèi)。也包括所有家用電器，包括 烘衣機(jī)或者衣物處理器具、熨斗和電吹風(fēng)、直發(fā)器和卷發(fā)器。在另一方面，本發(fā)明包括一種用于提供加熱元件的方法。該方法包括提供熱傳遞 單元的步驟和提供加熱單元的步驟。所述方法包括提供第一溫度控制單元的其它步驟，第 一溫度控制單元具有第一最小激活閾值和距加熱單元的第一距離并以與熱傳遞單元直接 接觸的方式提供。所述方法包括提供第二溫度控制元件的另外步驟，第二溫度控制元件具 有高于第一最小激活閾值的第二最小激活閾值并以距加熱單元第二距離提供，使得第二距 離小于第一距離并使得第二溫度控制元件與熱傳遞單元直接接觸。加熱單元和第一溫度控制元件均這兩者可在一個(gè)工序中提供。作為另外一種選 擇，這兩個(gè)單元可在單獨(dú)的工序中按任一順序提供。用于提供加熱元件的方法也可包括提 供每個(gè)均呈涂層形式的加熱單元和第一溫度控制元件的步驟。加熱單元和第一溫度控制元件可通過噴射、刷涂、浸漬或絲網(wǎng)印刷來實(shí)施。當(dāng)所述 元件以涂層的形式提供時(shí)，這是尤其有益的。同樣，第二溫度控制元件可通過噴射、刷涂、浸 漬或絲網(wǎng)印刷來提供。第二溫度控制元件可例如通過絲網(wǎng)印刷低熔點(diǎn)金屬例如錫來提供。這種低熔點(diǎn)金 屬可起到觸發(fā)溫度控制效果的作用。圖1顯示其中以立方體形式提供熱傳遞單元(14)的加熱元件(10)。立方體的一 個(gè)大的表面用于加熱單元(12)并用于提供第一溫度控制元件(16)。兩個(gè)單元均以由熱傳 遞單元(14)承載的涂層的形式提供。兩個(gè)單元自身也具有(至少基本上)立方體形式。在 同一表面上提供第二溫度控制元件(24)。在圖2的相應(yīng)頂視圖中，加熱單元顯示為具有長軸和短軸的矩形。將第一溫度控 制元件(16)設(shè)置成與加熱單元(12)相鄰并也顯示為矩形。矩形的長軸與加熱單元的那些 對(duì)應(yīng)軸線一樣長。矩形的短軸比加熱單元的短軸短。對(duì)應(yīng)的短軸可為加熱單元(12)的相 應(yīng)軸線的50%，或25%或10%或更小。可選擇第一溫度控制元件(16)距加熱單元的距離為加熱單元(12)短軸長度的約 50%，或25%，或10%，或更小。從圖1和2中明顯可見，第一溫度控制元件(16)距加熱單元(12)的距離大于第 二溫度控制元件(24)的距離，因?yàn)榈诙囟瓤刂圃?24)與加熱單元(12)相鄰。加熱電極(20)以電接觸加熱單元(12)的形式提供?？墒沟眠@些電極與加熱單元 (12)的短軸或長軸(如圖所示)的每一個(gè)相鄰。它們可例如在加熱單元(12)和熱傳遞單 元(14)之間以導(dǎo)電材料層的形式提供。提供其它電極(22)以與第一溫度控制元件(16)電接觸。圖3提供加熱元件(10)的剖面圖。從圖3明顯可見，熱傳遞單元的表面積僅被加 熱單元(12)部分地覆蓋。圖4給出了另一個(gè)剖面圖，從該圖中明顯可見，可將第一溫度控制元件(16)設(shè)置 成在熱傳遞單元的一個(gè)表面上與加熱單元(12)相鄰。
本文所公開的量綱和值不旨在被理解為嚴(yán)格地限于所述的精確值。相反，除非另 外指明，每個(gè)這樣的量綱均是指所引用數(shù)值和圍繞那個(gè)數(shù)值的功能上等同的范圍。例如，公 開為“40mm”的量綱旨在表示“約40mm”。
權(quán)利要求
一種加熱元件(10)，所述加熱元件包括加熱單元(12)、熱傳遞單元(14)以及第一溫度控制元件(16)和第二溫度控制元件(24)，所述第一溫度控制元件(16)以距所述加熱單元第一距離提供并且所述第二溫度控制元件(24)以距所述加熱單元第二距離提供，其中所述第一溫度控制元件(16)具有第一最小激活閾值并且所述第二溫度控制元件具有第二最小激活閾值，其中所述第二距離小于所述第一距離并且所述第二閾值高于所述第一閾值，并且所述第一溫度控制元件(16)和第二溫度控制元件(24)均與熱傳遞單元(14)直接接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的加熱元件(10)，其中所述第一溫度控制元件(16)和所述第二 溫度控制元件(24)均在與所述熱傳遞單元(14)相同的表面上提供。
3.如權(quán)利要求1所述的加熱元件(10)，其中所述第一溫度控制元件(16)和所述第二 溫度控制元件(24)在所述熱傳遞單元(14)的兩個(gè)不同表面上提供。
4.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的加熱元件(10)，其中所述加熱單元(12)在所述熱傳 遞單元(14)上以涂層的形式提供。
5.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的加熱元件(10)，其中加熱單元(12)以溶膠-凝膠組 合物的形式提供。
6.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的加熱元件(10)，其中所述溫度控制元件(16)在所述 熱傳遞單元(14)上以涂層的形式提供。
7.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的加熱元件(10)，其中所述溫度控制元件(16)以溶 膠-凝膠組合物的形式提供。
8.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的加熱元件(10)，其中所述溫度控制元件(16)包括與 所述加熱單元(12)相同的組合物或由與所述加熱單元(12)相同的組合物組成。
9.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的加熱元件(10)，其中所述第一距離大于所述第二距 離至少100%。
10.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的加熱元件(10)，其中所述第二閾值高于第一閾值至 少 200"C。
11.一種通過使用包括加熱單元(12)、熱傳遞單元(14)以及第一溫度控制元件(16) 和第二溫度控制元件(24)的加熱元件(10)來加熱器具的方法，第一溫度控制單元(16)以 距所述加熱單元第一距離提供并且第二溫度控制元件(24)以距所述加熱單元第二距離提 供，其中所述第一溫度控制元件(16)具有第一最小激活閾值并且所述第二溫度控制元件 具有第二最小激活閾值，其中所述第二距離小于所述第一距離并且所述第二閾值高于所述 第一閾值，并且所述第一溫度控制元件(16)和第二溫度控制元件(24) 二者均與熱傳遞單 元(14)直接接觸，其中所述加熱單元(12)在30V至50V范圍內(nèi)的電壓下運(yùn)行。
12.一種用于提供加熱元件(10)的方法，所述方法包括以下步驟-提供熱傳遞單元(14)_提供加熱單元(12)-提供與所述熱傳遞單元(14)直接接觸的第一溫度控制元件(16)，所述第一溫度控制 元件(16)具有第一最小激活閾值和距所述加熱單元(12)的第一距離-提供與所述熱傳遞單元(14)直接接觸的第二溫度控制元件(24)，所述第二溫度控制 元件(24)具有高于第一最小激活閾值的第二最小激活閾值并具有距所述加熱單元(12)的第二距離，提供所述第二溫度控制元件(24)以使得所述第二距離小于所述第一距離。
13.如權(quán)利要求12所述的用于提供加熱元件(10)的方法，其中所述加熱單元(12)和 所述第一溫度控制元件(16)均在一個(gè)工序中提供。
14.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于提供加熱元件(10)的方法，其中所述加熱單元 (12)和所述第一溫度控制元件(16)均以涂層的形式提供。
15.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于提供加熱元件(10)的方法，其中所述加熱單元 (12)和/或所述第一溫度控制元件(16)通過噴射、刷涂、浸漬或絲網(wǎng)印刷來實(shí)施。
全文摘要
概括地講，本發(fā)明涉及加熱元件，所述加熱元件包括加熱單元、熱傳遞單元以及第一溫度控制元件和第二溫度控制元件，第一溫度控制元件以距加熱單元第一距離提供并且第二溫度控制元件以距加熱單元第二距離提供，其中第一溫度控制元件具有第一最小激活閾值并且第二溫度控制元件具有第二最小激活閾值，其中所述第二距離小于第一距離并且所述第二閾值高于所述第一閾值，并且所述第一溫度控制元件和第二溫度控制元件均與熱傳遞單元直接接觸。在另一方面，本發(fā)明涉及一種采用加熱元件加熱器具的方法和一種用于提供加熱元件的方法。
文檔編號(hào)H05B3/22GK101982009SQ200980111240
公開日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者于爾根·森, 奧拉夫·索倫森 申請(qǐng)人:博朗公司