专利名称：具有温度传感器的加热元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括加热单元、热传递单元和温度传感器的加热元件。加热单元 已被证明可用于多种应用中。本文所公开的加热单元可例如用于炉子和其它厨房器具，包 括用于食品加热器、热水器、水壶和咖啡壶或烤箱在内。它们也可用于其它家用电器，包括 烘干机、熨斗或电吹风、直发器或卷发器在内。本发明的其它应用包括汽车应用和器具，包 括汽车暖风装置、发动机加热器、除霜装置和座位加热器在内。另一种应用包括反应器加热 器和管道加热器，以及在化学工程领域中的类似应用。
背景技术：
DE 1515023公开了一种常规的加热系统。将一根合适的金属丝卷起以围绕热稳定 芯材形成线圈。所述单元被夹在较远的热阻层之间。然后将相应的单元正常地放置到传热块例如铝块中。在铁的情况下，所述块可提 供铁的底座。正常地施加压力以确信在内部的电阻加热元件和周围的铝块之间产生良好的 热接触。通常将呈负温度系数元件形式的常规温度传感器设置成与传热块相邻或设置在其 内部并使用热阻金属薄片保持固定。WO 2007/131271 Al公开了一种用于电热容器的改进的温度传感器，所述温度传 感器可为与热分配板热绝缘的但与接触板热量互通的电子加热传感器。EP 1 370 497 Bl公开了一种溶胶-凝胶衍生的热阻和导电涂层。所公开的内 容具体地讲是一种用于施用到基质上以在该基质上形成涂层的组合物，所述组合物包括溶 胶_凝胶溶液，其中所述溶液的多至约90 %为导电粉末。根据现有技术，本发明目的在于提供一种优化的加热元件，该加热元件包括加热 单元、热传递单元和温度传感器。希望所述单元可高效率地以低成本大量生产方法进行制 造，并且所述温度传感器以对于此类方法优化的形式提供并且同时有能力精确而可靠地温
度测量。
发明内容
加热元件包括加热单元、热传递单元和温度传感器单元，所述加热单元包括第一 组合物，所述第一组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有溶胶_凝胶溶液的组合物， 其中所述溶液的多至约90%为在均勻稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末 是选自由下列组成的组的成员金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体，并且所述温度传感器 包括第二组合物，所述第二组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有包含溶胶_凝胶溶 液的组合物的组合物，其中所述溶液的多至约90%为在均勻稳定的分散体中的导电粉末， 并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成员金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导 体，所述加热单元和所述温度传感器单元被作为彼此电绝缘并由所述热传递单元机械支撑 的两个单元提供。本发明也涉及一种加热器具的方法并且涉及一种提供加热元件的方法。
下面将参照附图描述本发明的各实施方案，其中图1是依照本发明的加热元件的透视图。图2是图1加热元件的顶视图。图3是沿着图1中所示的轴线III-III过图1的加热元件截取的剖面图。图4是沿着图1中所示的轴线IV-IV截取的图1的实施方案的剖面图。图5是本发明的另一个实施方案的顶视图。图6是沿着图5中所示的轴线VI-VI截取的剖面图。图7是与图4和6中所示横截面相对应但是是本发明的不同实施方案的剖面图。图8是与图4和6中所示横截面相对应但是是本发明的不同实施方案的剖面图。
具体实施例方式依照本发明，提供了一种包括加热单元(12)和热传递单元(14)以及至少一个温 度传感器单元(16)的加热元件(10)。加热元件是热源并且通常作为电阻加热器提供。加热单元(12)可包括环氧基或 玻璃基组合物。所述单元也可由环氧基或玻璃基组合物组成。作为另外一种选择，加热单元(12)可包括含有溶胶-凝胶溶液的组合物，其中所 述溶液的多至约90%为在均勻稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自 由下列组成的组的成员金属、陶瓷、陶瓷间混合物(interceramics)和半导体，并且所述 温度传感器包括环氧基或玻璃基组合物或者含有包含溶胶_凝胶溶液的组合物的组合物， 其中所述溶液的多至约90%为在均勻稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末 是选自由下列组成的组的成员金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体。那些组合物的一些适 用实例可见于EP 1 370 497 Bi。加热元件(10)还包括温度传感器。温度传感器可包括环氧基或玻璃基组合物。适于加热单元(12)和/或至少一个温度传感器单元(16)的可供选择的组合物为 溶胶_凝胶制剂，溶胶_凝胶制剂包括具有分散在由金属有机前体制备的胶态的溶胶_凝 胶溶液中按重量计最多90%的无机粉末的浆液，其中所述溶胶-凝胶溶液具有膨胀的并且 优选不连续的凝胶网络，并且在焙烧到至少300°C并且优选小于450°C的温度时，所述浆液 或涂覆层转换成厚的无机涂层。适于加热单元(12)和/或至少一个温度传感器单元(16)的另一种可供选择的组 合物为导电性、电阻性和介电性油墨、金属陶瓷(用氧化铝或氧化锌与金属(包括铌、钼、 钛和铬在内)相组合制备)；银、铅、钯和钌例如Ag Pb Pd Ru02或者Pb2Ru206或者Ag/Pd 65/35的混合物；氧化铝或者氮化铝；或者氧化铝、氮化铝、氧化铍、碳化硅和镍铬合金的混 合物。依照本发明，加热元件(10)可具有包含相同的组合物的加热单元(12)和温度传 感器单元(16)。加热元件(10)也可包括基本上由同一种组合物组成的加热单元和温度传感器单 元(16)。加热元件(10)可具有加热单元(12)和温度传感器单元(16)，所述加热单元和温
5度传感器单元均作为在热传递单元(14)上的涂层提供。可提供加热元件(10)，其中加热单元(12)和温度传感器单元(16)均在热传递单 元(14)的一个表面上提供。例如，如图1至4所示，可将两个单元均在热传递单元(14)的 顶部表面上提供。热传递单元(14)的任何其它表面同样适合。作为另外一种选择，在热传递单元(14)的不同表面上提供加热单元(12)和温度 传感器单元(16)。这些表面可为例如两个相邻的表面。加热元件(10)也可包括第二温度传感器单元(18)。当提供第二温度传感器时，可在热传递单元(12)的两个相对侧上提供两个温度 传感器单元(16，18)。加热元件(10)可用于低电压场合，例如可选择运行加热单元(12)的电压处在1 至250V，或者200至250V，或者90至120V，或者30至50V，或者10至14V的范围内。已经 发现，当以0至50V或者30至50V或者35至45V范围内的电压运行时，加热元件(10)运 行非常令人满意。不受理论的束缚，据信这样的电压范围可能允许足够快加热而不会出现 该加热功率使得温度读数变得不可靠。因此，在一个方面，本发明包括一种通过使用包括加热单元(12)、热传递单元 (14)和温度传感器单元(16)的加热元件(10)来加热器具的方法，所述加热单元(12)包括 第一组合物，所述第一组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有溶胶_凝胶溶液的组合 物，其中所述溶液的多至约90%为在均勻稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电 粉末是选自由下列组成的组的成员金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体，并且所述温度传 感器包括第二组合物，所述第二组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有包含溶胶_凝 胶溶液的组合物的组合物，其中所述溶液的多至约90%为在均勻稳定的分散体中的导电粉 末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成员金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半 导体，所述加热单元和所述温度传感器单元作为彼此电绝缘并由所述热传递单元机械支撑 的两个单元被提供，其中所述加热单元(12)在30V至50V范围内的电压下运行。热传递单元(14)与加热单元热接触并能够传递和散布热量。热传递单元也可赋 予整个加热元件机械稳定性。热传递单元(14)可具有众多形状并可由众多材料提供。例 如，立方体或菱形形状适于热传递单元。热传递单元也可具有圆柱形或半圆柱形形状。具 有良好传热性的多种材料适于热传递单元(14)。热传递单元(14)通常将由金属例如铝或 者由云母基材料提供。热传递单元(14)的至少一个表面可具有涂层例如陶瓷涂层或者氧 化铝涂层。在热传递单元(14)用导电材料提供的场合，可在热传递单元(14)和加热单元 (12)以及至少一个温度传感器单元(16)之间分别放置电绝缘体。这样一个电绝缘体可以 涂层的形式在热传递单元(14)的至少一个表面上提供。在另一方面，本发明包括一种用于提供加热元件(10)的方法，所述方法包括提供 热传递单元(14)的步骤。适用的热传递单元如上所述。作为另一步骤，施用包括环氧基或 玻璃基的组合物或者包括如上所述的溶胶_凝胶溶液的组合物的第一组合物以形成加热 单元。在另一步骤中，施用第二组合物来形成温度单元。第二组合物可包括环氧基或玻璃 基组合物或者包括如上所述的溶胶_凝胶的组合物。可在施用第一组合物的同时来施用第二组合物。这可获得非常快速和有效的提供
6加热元件(10)的方法。作为另外一种选择，可在第一组合物之后并因而在单独的步骤中施用第二组合 物。用于施用第一组合物和/或第二组合物的适用方法为适于所选择的这种具体组 合物的任何已知方法。这些方法包括喷射、刷涂、浸渍或丝网印刷。此类方法允许以有效的方法提供加热元件(10)和温度传感器单元(16)。在使用 用于提供两个单元的相同或类似组合物过程中具有重要的工艺优点。图1显示其中以立方体形式提供热传递单元(14)的加热元件(10)。立方体的一 个大的表面用于加热单元(12)并用于提供温度传感器(16)。两个单元均作为由热传递单 元(14)承载的涂层来提供。两个单元自身也具有(至少基本上)立方体形式。在图2的 相应顶视图中，加热单元显示为具有长轴和短轴的矩形。将温度传感器单元(16)设置成与 加热单元(12)相邻并也呈矩形形式。矩形的长轴与加热单元的对应轴线一样长。温度传 感器单元(16)的短轴比加热单元的短轴短。对应的短轴可为加热单元(12)的相应轴线的 50%，或25%或10%或更小。提供加热电极(20)与加热单元(12)电接触。如图1和2所示，可使这些电极与 加热单元(12)的短轴的每一个相邻。它们可例如在加热单元(12)和热传递单元(14)之 间以导电材料层的形式提供。使其它电极(22)与温度传感器单元(16)电接触。图3提供加热元件(10)的剖面图。从图2明显可见，热传递单元的表面积仅被加 热单元(12)部分地覆盖。图4给出另一个剖面图，从该图中明显可见，可将温度传感器设置成在热传递单 元的一个表面上与加热单元(12)相邻。可选择温度传感器单元(16)距加热单元的距离为 加热单元(12)短轴长度的约50%，或25%，或10%，或更小。图5显示加热元件(10)的一个可供选择的实施方案。在该实施方案中，第一温度 传感器单元(16)和第二温度传感器单元(18)在加热单元(12)的任一侧上提供。图6显示横截图5的可供选择的实施方案与图3的横截面相对应的剖面。图7显示加热元件(10)的可供选择的实施方案。在该实施方案中，热传递单元具 有立方体形状。将加热单元设置在热传递单元的顶部表面上，并且将两个温度传感器单元 (16，18)布置在均与顶部表面相邻的两个相对侧上。图8显示加热元件(10)的一个可供选择的实施方案。在该实施方案中，如图5所 示布置加热单元和两个温度传感器单元(16，18)。所述热传递单元(14)通过在加热单元 (12)和温度传感器单元(16，18)之间具有凹槽(24)区别于所示的其它热传递单元。这些 凹槽(24)减少加热单元(12)和温度传感器单元之间的传热。这种效果也可通过在至少一 个温度传感器单元和加热单元(12)之间提供较少量的热传递单元材料例如减薄、桥接等 等其它物理构型来获得。任何此类构型均在本发明的范围之内。提供多片热传递单元(14)也在本发明的范围之内。例如，可提供三片式单元，其 中一片承载加热单元(12)以及另两片均承载温度传感器单元。可将这些单元以粘附方式 或者夹紧方式安装到一起以获得良好的物理连接而没有强的热量互通。加热单元和至少一个温度传感器单元之间的热量互通较弱将产生比加热单元(12)本身的温度更能代表热传递单元(14)和/或加热元件(10)的总体平均温度的温度读数。 本文所公开的量纲和值不旨在被理解为严格地限于所述的精确值。相反，除非另 外指明，每个这样的量纲均是指所引用数值和围绕那个数值的功能上等同的范围。例如，公 开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。
权利要求
一种加热元件(10)，所述加热元件包括加热单元(12)、热传递单元(14)和温度传感器单元(16)，所述加热单元(12)包括第一组合物，所述第一组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有溶胶 凝胶溶液的组合物，其中所述溶液的多至约90％为在均匀稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成员金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体，并且所述温度传感器包括第二组合物，所述第二组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有包含溶胶 凝胶溶液的组合物的组合物，其中所述溶液的多至约90％为在均匀稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成员金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体，所述加热单元和所述温度传感器单元作为彼此电绝缘并由所述热传递单元机械支撑的两个单元提供。
2.如权利要求1所述的加热元件(10)，其中所述第一组合物和所述第二组合物包含相 同的组合物。
3.如权利要求1或2所述的加热元件(10)，其中所述加热单元(12)和所述温度传感 器单元(16)基本上由相同的组合物组成。
4.如前述任一项权利要求所述的加热元件(10)，其中所述加热单元(12)和所述温度 传感器单元(16)均作为在所述热传递单元(14)上的涂层提供。
5.如权利要求4所述的加热元件(10)，其中所述加热单元(12)和所述温度传感器单 元(16)均在所述热传递单元(14)的一个表面上提供。
6.如权利要求4所述的加热元件(10)，其中所述加热单元(12)和所述温度传感器单 元(16)在所述热传递单元(14)的两个不同表面上提供。
7.如前述任一项权利要求所述的加热元件(10)，所述加热元件还包括第二温度传感 器单元(18)。
8.如权利要求7所述的加热元件(10)，其中温度传感器在加热单元(12)的两个相对 侧上提供。
9.如权利要求7所述的加热元件(10)，其中两个温度传感器单元(16，18)在两个相对 的表面上提供或者其中四个温度传感器单元在两对相对的表面上提供。
10.一种通过使用包括加热单元(12)、热传递单元(14)和温度传感器单元(16)的加 热元件(10)来加热器具的方法，所述加热单元(12)包括第一组合物，所述第一组合物包 括环氧基或玻璃基组合物或者含有溶胶-凝胶溶液的组合物，其中所述溶液的多至约90% 为在均勻稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成 员金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体，并且所述温度传感器包括第二组合物，所述第二组 合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有包含溶胶_凝胶溶液的组合物的组合物，其中所 述溶液的多至约90%为在均勻稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自 由下列组成的组的成员金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体，所述加热单元和所述温度传 感器单元作为彼此电绝缘并由所述热传递单元机械支撑的两个单元提供，其中所述加热单 元(12)在30V至50V范围内的电压下运行。
11.一种用于提供加热元件(10)的方法，所述方法包括以下步骤-提供热传递单元(14)-施用第一组合物，所述第一组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有溶胶_凝胶 溶液的组合物，其中所述溶液的多至约90%为在均勻稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成员金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体，并且 所述温度传感器包括第二组合物，所述第二组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有包 含溶胶-凝胶溶液的组合物的组合物以形成加热单元(12)，其中所述溶液的多至约90% 为在均勻稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成 员金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体-施用第二组合物，所述第二组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有溶胶_凝胶 溶液的组合物，其中所述溶液的多至约90%为在均勻稳定的分散体中的导电粉末，并且所 述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成员金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体，并且 所述温度传感器包括第二组合物，所述第二组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有包 含溶胶_凝胶溶液的组合物的组合物以形成温度传感器单元(16)，其中所述溶液的多至约 90%为在均勻稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组 的成员金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体。
12.如权利要求11所述的用于提供加热元件(10)的方法，其中在施用所述第一组合物 的同时，施用所述第二组合物。
13.如权利要求11所述的用于提供加热元件(10)的方法，其中在施用第一组合物之后 施用所述第二组合物。
14.如前述任一项权利要求所述的用于提供加热元件(10)的方法，其中所述第一组合 物和/或第二组合物通过喷射、刷涂、浸渍或丝网印刷来施用。
15.如前述任一项权利要求所述的用于提供加热元件(10)的方法，其中所述热传递单 元(14)由铝提供。
全文摘要
本发明涉及包括加热单元、热传递单元和温度传感器单元的加热元件，所述加热单元包括第一组合物，所述第一组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有溶胶-凝胶溶液的组合物，其中所述溶液的多至约90％为在均匀稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成员金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体，并且所述温度传感器包括第二组合物，所述第二组合物包括环氧基或玻璃基组合物或者含有包含溶胶-凝胶溶液的组合物的组合物，其中所述溶液的多至约90％为在均匀稳定的分散体中的导电粉末，并且所述溶液导电粉末是选自由下列组成的组的成员金属、陶瓷、陶瓷间混合物和半导体，所述加热单元和所述温度传感器单元作为彼此电绝缘并由所述热传递单元机械支撑的两个单元被提供。本发明也涉及一种加热器具的方法和一种提供加热元件的方法。
文档编号H05B3/14GK101982010SQ200980111251
公开日2011年2月23日 申请日期2009年3月25日 优先权日2008年3月28日
发明者于尔根·森, 克里斯托夫·施米茨, 奥拉夫·索伦森, 弗朗西斯·平托 申请人:博朗公司