金属基板电发热片的制作方法

文档序号:8061386阅读:273来源:国知局
专利名称:金属基板电发热片的制作方法
技术领域
本实用新型涉及一种电加热器。
背景技术
现有的电加热器主要有管状电加热器和片状电加热器,温度控制多采用外置温度感应元件的温度控制形式,即将温度感应元件放置或靠近在需要温度控制的位置,通过感知温度变化,经温度控制装置控制电加热器通电或断电或控制电压或电流大小以达到温度控制、过热保护和显示的目的。也有的管状电加热器采用铸铝扩大散热面积时嵌有温度感应元件。现有中低温电加热领域的电加热器存在以下缺点,电热管式加热器加热面积较小,面加热不均勻,局部易过热,液体加热极易结水垢,且体积大,热惯性大,温度感应元件反应速度相对较慢,效率相对较低,由于热量过于集中寿命短。片状电加热器,由于大多利用导电油墨或导电浆料采用丝网印刷工艺成型电热元件,抗热冲击性能差,极易因电压波动及加热环境变化而损坏,而且成本高,实际推广受到
严重影响。现有片状电加热器的温度感应元件及温度控制装置存在以下缺点,因片状电加热器厚度较簿,温度感应元件及温度控制器体积较大,安装位置受到局限,导致温度感知误差相对较大,反应速度相对较慢,过热保护不够及时,适用的场合受到限制。
发明内容本实用新型首先所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种具有热惯性小、抗热冲击能力强、加热面均勻、温度控制灵敏或/和限温或/和过热保护功能、单位体积加热面积大、安全、环保节能、寿命长、成本低的金属基板电发热片。为此,本实用新型采用以下技术方案它包括金属基板,金属基板上烧结有作为导热绝缘材料的玻璃陶瓷,所述玻璃陶瓷内部主要嵌有或埋有温度感应元件以及作为电热元件的金属电阻箔片和/或金属电阻丝。在采用本实用新型的上述技术方案的基础上,本实用新型还可采用以下进一步的技术方案本实用新型所述玻璃陶瓷的浆料与金属基板,以及嵌入或埋入玻璃陶瓷内部的所述电热元件和/或温度感应元件一起在压力状态下经一次或多次烧结,提高了致密性,形成相对密度> 95%的玻璃陶瓷,并在与金属基板、电热元件、温度感应元件相接处形成共晶层和/或机械锚定并紧密结合在一起。所述相对密度即实际密度与理论密度之比。所述玻璃陶瓷可采用由两种以上物相所组成的多相复合玻璃陶瓷,所述物相有同类的也有不同类的。本实用新型所述玻璃陶瓷采用层状玻璃陶瓷,即所述玻璃陶瓷由多层的玻璃陶瓷基多相复合材料组成,以玻璃陶瓷为基体,加入不同物相的材料,使各层具有不同的性能,起到不同的作用,同时保证层状玻璃陶瓷在厚度方向各层的性能变化平缓过渡。所述层状玻璃陶瓷由底层玻璃陶瓷和若干功能层玻璃陶瓷组成,所述功能层玻璃陶瓷根据电加热器产品性能要求的不同可有一层或多层,分别具有导热和/或绝缘功能。所述层状玻璃陶瓷的浆料或生片与金属基板、电热元件及温度感应元件一起,在压力状态下经一次或多次共烧后,提高了致密性,所形成的导热绝缘玻璃陶瓷各层分别形成相对密度> 95%的玻璃陶瓷;底层玻璃陶瓷与金属基板之间,功能层玻璃陶瓷与所述电热元件及温度感应元件之间分别形成有共晶层和/或机械锚定并紧密结合在一起;各相邻层玻璃陶瓷紧密结合、热膨胀系数相匹配、各种性能变化能够平缓过渡。本实用新型所述玻璃陶瓷采用层状玻璃陶瓷,层状玻璃陶瓷在厚度方向各层的性能变化能够平缓过渡,以适应金属基板和电热元件之间温度梯度的变化。所述玻璃陶瓷与空气接触部分涂有耐高温绝缘密封涂料层,耐高温绝缘密封涂料层渗入玻璃陶瓷表面毛细孔隙中,隔绝空气,防止水份渗入所述玻璃陶瓷,使其具有防潮的性能,所述耐高温绝缘密封涂料为有机或无机非金属材料,如有机硅、釉等等。所述的金属电阻箔片、金属电阻丝为镍铬或铁铬铝合金材料制成,具有较好的韧性,抗热冲击能力强。所述的金属电阻箔片或金属电阻丝为由金属电阻型材加工成形的金属电阻元件。 金属电阻箔片或金属电阻丝为一种成熟、可靠性高,成本低的传统电热材料,在传统的电加热元件中有广泛的应用。所述金属电阻箔片和/或金属电阻丝设置有局部相对薄弱环节,具有局部过热自熔断功能,起到最终自毁的熔断器作用,避免因整体过热引发恶性事故。所述局部相对薄弱环节是相对于金属电阻箔片和/或金属电阻丝正常发热部分而言,通过金属电阻箔片和 /或金属电阻丝的结构、形状、材质等的设计,专门设置一处或多处局部相对薄弱环节,当其它所有的温控、过热保护出现故障时,所述金属电阻箔片和/或金属电阻丝首先出现所述局部相对薄弱环节因局部过热熔断,起到最终自毁的熔断器作用,避免因整体过热引发恶性事故。所述的温度感应元件具有输出温度感应信号和/或限温和/或调温和/或过热保护功能,数量有一只或多只。所述温度感应元件可以与所述电热元件直接紧密结合的半导体温度感应元件。与所述电热元件组合成为具有发热、温度控制功能的电热组件,数量可有一组或多组电热组件,所述多组电热组件为串联和/或并联和/或串并联组合组成。所述温度感应元件也可以与所述电热元件直接紧密结合的PTC(正温度系数)温度感应元件,与金属电阻箔片和/或金属电阻丝组合成为具有发热、限温或过热保护功能的电热组件,数量可有一组或多组电热组件,所述多组电热组件为串联和/或并联和/或串并联组合组成。利用PTC(正温度系数)温度感应元件电阻随温度升高而增大及具有开关特性的性能,对本实用新型的电加热器起到限温或过热保护的功能。本实用新型的PTC温度感应元件仅是作为一个温度感应及控制元件,与其他PTC电加热器中的PTC元件主要作为加热元件是一个很大的区别。所述温度感应元件还可采用与所述电热元件绝缘的温度感应元件,具有温度感应信号输出功能,在本实用新型中可采用金属热电偶温度感应元件和/或金属热电阻温度感应元件和/或半导体温度感应元件和/或温度压力型温度感应元件和/或温度形变型温度感应元件。通过温度感应信号输出给控制装置,对本实用新型的电加热器起到温度控制和 /或过热保护和/或温度显示的作用。作为本实用新型的金属基板可有一个工作面或一个以上工作面;所述金属基板的表面形状可以是平面、曲面等,外形可以是方形、圆形、管状及其它立体形状等。所述金属基板材料可以为钢材、铸铁、铜材及铜合金和不锈钢等等。有较好的综合机械性能。所述金属基板如采用低熔点金属如铝等,亦可以铸造的工艺与玻璃陶瓷片紧密结合在一起,所述玻璃陶瓷片内部埋有作为电热元件的金属电阻箔片或金属电阻丝及温度感应元件,制成各种功能的电加热器。简单的制作过程和方法如下在所述的金属基板表面涂覆所述底层玻璃陶瓷浆料或放上底层玻璃陶瓷生片,再在所述底层玻璃陶瓷上放上一层或多层所述功能层玻璃陶瓷生片,在底层玻璃陶瓷与功能层玻璃陶瓷生片之间或在各功能层玻璃陶瓷生片之间放上作为电热元件的金属电阻箔片或金属电阻丝及温度感应元件,在这过程中,经一般的脱脂、排胶工序,在压力状态下,经一次或多次共烧,发生物理化学反应而形成层状玻璃陶瓷,在烧结过程中,各层玻璃陶瓷被扩散到金属基板、作为电热元件的金属电阻箔片或金属电阻丝及温度感应元件表面的毛细孔隙中,分别形成有共晶层和/或机械锚定,使所述金属基板和底层玻璃陶瓷之间、作为电热元件的金属电阻箔片或金属电阻丝及温度感应元件和作为导热绝缘材料的功能层玻璃陶瓷之间牢固结合在一起,各相邻层玻璃陶瓷之间亦紧密结合在一起。所述玻璃陶瓷生片为玻璃陶瓷浆料经流延或轧膜或其它成型工艺制成。由于本实用新型采用在压力状态下烧结,降低了烧结温度,同时降低了制造过程的能源消耗,也大大提高产品了质量和合格率以及生产效率,降低了生产成本,节能减排。所述金属基板可以本身就是电加热器具的容器体的一个或多个加热工作面。本实用新型可以铸造的工艺与低熔点金属的容器体结合在一起,制成电加热器具。本实用新型也可分别以机械的方法、焊接或粘接的工艺与电加热器具的容器体结合在一起,制成电加热器具。本实用新型所提供的电加热器即金属基板电发热片是一种运用功能梯度材料概念,以金属作为基板提供强度支撑、以金属电阻型材加工成形的金属电阻箔片或金属电阻丝作为电热元件、以层状玻璃陶瓷作为绝缘导热材料,内置温度感应元件,在压力状态下, 采用多层低温烧结陶瓷技术制成,具有通电发热、温度控制或信号输出功能的电加热器。由于采用本实用新型的技术方案,本实用新型所述玻璃陶瓷与金属基板、电热元件、温度感应元件之间的结合强度高,既具有近年出现的新型片状电加热器热惯性小、加热面均勻的优点,又有传统电热管式加热器耐热冲击能力强、成本低的长处。同时本实用新型温度控制灵敏度高、过热保护反应迅速、使用寿命长,大大提高了安全性。功率密度大,热效率高,单位体积散热面积大,结构形状和功率密度设计灵活性大,不消耗有色金属、铅等重金属及贵金属,环保节能。在工业和家用电器中低温电加热领域有广泛的应用前景。
图1为本实用新型所提供的电加热器实施例的俯剖视图。图2为本实用新型所提供的电加热器实施例的剖视图。图3为本实用新型所提供的电加热器具实施例的剖视图。
具体实施方式
实施例1,参照附图1、2。本实用新型所提供的金属基板电发热片包括导热金属基板21,所述导热金属基板 21上烧结有作为绝缘导热材料的底层玻璃陶瓷22-1、功能层玻璃陶瓷22-2、22-3,所述功能层玻璃陶瓷22-3嵌有或埋有作为电热元件的金属电阻箔片23和作为限温元件的PTC(正温度系数)温度感应元件24。简单的制作过程如下(参考图1、2)第一步在作为加热工作面的上下金属基板的一个表面分别涂覆底层玻璃陶瓷浆料或放上底层多相玻璃陶瓷生片22-1 ;第二步在所述底层玻璃陶瓷上放上所述功能层玻璃陶瓷生片22-2及22-3 ;第三步将预先加工好的作为电热元件的金属电阻箔片23与作为限温或过热保护元件的PTC温度感应元件M组件放在所述上下功能层玻璃陶瓷生片22-3之间;在这过程中,经脱脂、排胶等工序,再在压力状态下,经一次或多次共烧,底层玻璃陶瓷22-1被扩散到金属基板表面的毛细孔隙中,功能层玻璃陶瓷22-3渗入金属电阻箔片 23与PTC温度感应元件M表面的毛细孔隙中,分别形成有共晶层和/或机械锚定并紧密在一起;各相邻层玻璃陶瓷之间相互渗透,结合在一起。作为加热工作面的金属基板和底层玻璃陶瓷之间,金属电阻箔片23和PTC温度感应元件M组成的组件与功能层玻璃陶瓷22-3 之间牢固结合在一起,各层玻璃陶瓷间紧密结合,制成一种新型的电加热器,即金属基板电发热片。PTC温度感应元件M具有正温度系数特性,在一定的温度下电阻会急剧增大。因此,利用其开关功能,将根据所需温度设计好的PTC温度感应元件M与金属电阻箔片23组合,制成一种具有限温或过热保护功能的电加热组件。本实施例中的PTC元件M仅是作为一个温度感应及控制元件,与其他PTC电加热器中的PTC元件主要作为加热元件是一个很大的区别。所述PTC(正温度系数)温度感应元件,与金属电阻箔片组合成为具有发热、限温或过热保护功能的电热组件,数量可有一组或多组电热组件,所述多组电热组件为组件间串联和/或并联和/或串并联混合组成。所述的金属电阻箔片为镍铬或铁铬铝合金材料制成,由金属电阻型材冲裁成形, 具有较好的韧性,抗热冲击能力强,为一种成熟、可靠性高,成本低的传统电热材料,在传统的电加热元件中有广泛的应用。通过以上方式实现了金属基板电发热片的内置过热保护功能,具有良好的安全性能。本实施例具有单位体积加热面积大的特点,其单位体积加热面积与相同长度、直径IOmm的普通管状电加热器相比,达2. 5倍以上。本实施例具有加热面均勻、热惯性小、耐热冲击能力强、单位体积加热面积大、内置温控和/或过热保护功能元件、成本低的优点,在工业和家用电器的中低温电加热领域的气体、液体、食品加热装置中有着广泛的应用前景。实施例2,参照附图3。本实用新型所提供的电加热器具包括容器体,容器体具有作为加热工作面的导热金属底,即所述的金属基板21,所述金属基板21上烧结有作为绝缘导热材料的层状玻璃陶瓷(由22-1、22-2、22-3、22-4组成),所述层状玻璃陶瓷嵌有或埋有作为电热元件的金属电阻箔片23和温度感应元件M。层状玻璃陶瓷和金属基板21、作为电热元件的金属电阻箔片23、金属热电阻温度感应元件M的结合方式为第一步在容器体1作为加热工作面的金属基板21外表面涂覆如图3所示底层玻璃陶瓷浆料或放上底层多相复合玻璃陶瓷生片22-1 ;第二步在所述底层玻璃陶瓷上放上如图3所示功能层玻璃陶瓷22-2生片;第三步将作为电热元件的金属电阻箔片4放在如图3所示功能层玻璃陶瓷22-2 生片表面;第四步;在所述电热元件的金属电阻箔片23上面放上如图3所示功能层玻璃陶瓷 22-3生片;第五步;将金属热电阻温度感应元件5放在如图3所示功能层玻璃陶瓷22-3生片表面;第六步;最后放上如图3所示功能层玻璃陶瓷22-4生片。在这过程中,通过脱脂、排胶等工序,再在压力状态下经一次或多次共烧,发生物理化学反应,底层玻璃陶瓷被扩散到金属基板表面的毛细孔隙中,功能层玻璃陶瓷扩散渗入作为电热元件的金属电阻箔片、金属热电阻温度感应元件表面毛细孔隙内,并分别形成有共晶层和/或机械锚定,使作为加热工作面的金属基板和底层玻璃陶瓷之间,作为电热元件的金属电阻箔片和金属热电阻温度感应元件分别与作为绝缘导热材料的功能层玻璃陶瓷之间,各相邻层玻璃陶瓷之间牢固结合在一起,制成带有本实用新型的电加热器具。金属热电阻温度感应元件电极穿出玻璃陶瓷与外部的温度控制装置连接,随着温度变化,金属热电阻温度感应元件的电阻也随着发生变化,发出温度感应信号,外部的温度控制装置根据变化的温度感应信号,对加热温度进行及时的控制和显示。通过以上方式实现了电加热器具的温度控制,具有反应灵敏、良好的安全性能。本实施例的温度感应元件采用传统的金属电阻型温度感应元件,具有可靠性高的特点。作为本实用新型的温度感应元件也可采用金属热电偶型温度感应元件或温度压力型温度感应元件或半导体温度感应元件等等。作为本实施例的金属电阻型温度感应元件可有一只或多只,每只有两根电极穿出绝缘层与温度控制装置和/或电源连接。金属底即金属基板可以本身即为容器体底或者是通过钎焊等手段连接到容器体底上的金属薄板,如果金属底采用通过钎焊等手段连接到容器体底上的金属薄板时,可以先将金属薄板与所述层状多相复合玻璃陶瓷一起烧结后,再连接到容器体底上。金属底的表面形状可以是平面、曲面等根据需要而设计的形状,金属底的材料可以是碳钢、铸铁、不锈钢、铜及铜合金等导热金属材料。[0061]所述容器体可以是锅、壶、杯、盘等器具,比如加热食品、液体的锅、壶、杯;烧、煎、 烤、炸食品的盘、锅等。所述的金属电阻箔片为镍铬或铁铬铝合金材料制成,由金属电阻型材冲裁成形, 具有较好的韧性,抗热冲击能力强,为一种成熟、可靠性高,成本低的传统电热材料,在传统的电加热元件中有广泛的应用。通过以上方式制成的安装有本实用新型即金属基板电发热片的电加热器具,具有加热面均勻、热惯性小、耐热冲击能力强、温控灵敏、安全可靠的特点。
权利要求1.金属基板电发热片,它包括金属基板,其特征在于金属基板上烧结有作为导热绝缘材料的玻璃陶瓷,所述玻璃陶瓷内部主要嵌有或埋有温度感应元件以及作为电热元件的金属电阻箔片和/或金属电阻丝。
2.如权利要求1所述的金属基板电发热片,其特征在于所述玻璃陶瓷与金属基板、电热元件、温度感应元件相接处形成共晶层和/或机械锚定并紧密结合在一起,所述玻璃陶瓷的相对密度> 95%。
3.如权利要求1所述的金属基板电发热片,其特征在于所述玻璃陶瓷为层状玻璃陶ο
4.如权利要求3所述的金属基板电发热片,其特征在于层状玻璃陶瓷由底层玻璃陶瓷和若干层功能层玻璃陶瓷组成,所述功能层玻璃陶瓷有一层或多层,分别具有导热和/或绝缘功能。
5.如权利要求3或4所述的金属基板电发热片,其特征在于各层玻璃陶瓷的相对密度>95%,底层玻璃陶瓷与金属基板之间、部分功能层玻璃陶瓷与所述电热元件及温度感应元件之间分别形成有共晶层和/或机械锚定并紧密结合在一起;各相邻层玻璃陶瓷紧密结I=I ο
6.如权利要求1所述的金属基板电发热片,其特征在于所述玻璃陶瓷与空气接触部分涂有耐高温绝缘密封层,所述耐高温绝缘密封层渗入玻璃陶瓷毛细孔隙中。
7.如权利要求1所述的金属基板电发热片,其特征在于所述温度感应元件为与金属电阻箔片和/或金属电阻丝直接紧密结合的半导体温度感应元件,与金属电阻箔片和/或金属电阻丝组合成为具有发热、温度控制功能的电热组件,数量有一组或多组电热组件,所述多组电热组件的组件间连接方式为串联、并联或串并联混合连接。
8.如权利要求1所述的金属基板电发热片,其特征在于所述温度感应元件为与金属电阻箔片和/或金属电阻丝直接紧密结合的正温度系数PTC温度感应元件,与金属电阻箔片和/或金属电阻丝组合成为具有发热、限温或过热保护功能的电热组件,数量有一组或多组电热组件,所述多组电热组件的组件间连接方式为串联、并联或或串并联混合连接。
9.如权利要求1所述的金属基板电发热片,其特征在于所述温度感应元件为与金属电阻箔片和/或金属电阻丝绝缘的温度感应元件,具有输出温度感应信号的功能。
10.如权利要求3所述的金属基板电发热片,其特征在于所述层状玻璃陶瓷的底层玻璃陶瓷与金属基板之间、功能层玻璃陶瓷与所述电热元件及温度感应元件之间具有相匹配的热膨胀系数,所述各层玻璃陶瓷的热膨胀系数为8X10_6/°C<热膨胀系数 ^ 17XIO-V0C,并能适应电热元件与金属基板之间的温度梯度变化。
11.如权利要求1所述的金属基板电发热片,其特征在于所述金属电阻箔片和/或金属电阻丝设置有局部相对薄弱环节,具有局部过热自熔断功能,起到最终自毁的熔断器作用, 避免因整体过热引发恶性事故。
专利摘要本实用新型提供一种金属基板电发热片。它包括金属基板,金属基板烧结有作为绝缘导热材料的层状玻璃陶瓷,所述层状玻璃陶瓷内部主要嵌有或埋有金属电阻箔片或金属电阻丝及温度感应元件。本实用新型底层玻璃陶瓷与金属基板之间、功能层玻璃陶瓷与金属电阻箔片或金属电阻丝及温度感应元件的结合强度高,耐热冲击性能强、使用寿命长,温度控制灵敏、并且耐高温、不会熔化,潮湿状态下不漏电,大大提高了安全性,本实用新型功率密度大、加热面均匀,单位体积加热面积大、热惯性小、加热速度快、热效率高,结构形状和功率密度设计灵活性大,成本低、环保节能。
文档编号H05B3/10GK202143231SQ20112023657
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月6日 优先权日2011年7月6日
发明者张鸿鸣, 沈稚鸣 申请人:张鸿鸣, 沈稚鸣
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