CN1135906C - 加热元件 - Google Patents

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Abstract

一种加热元件(2)包括大致平面的衬底(4)，衬底(4)带有按轨道形式或分立部件形式配置于衬底(4)一侧上的加热轨道或轨道(8)和热敏感元件(10)。通过衬底(4)的局部较薄部分(12)将热敏感元件(10)与加热轨道(8)分隔开。敏感元件(10)可以固定在较薄部分(12)中或被较薄部分(12)包围。

Description

加热元件
本发明涉及加热元件，例如用于水壶、电饭锅、咖啡机等液体加热容器的加热元件。
已知各种类型的用于上述应用的加热元件。至今为止，加热元件的最通用形式是浸没式元件，该元件主要包括通过电流时发热的金属线圈。
近来，已转向平面加热元件。例如，在电水壶的情况下，由于只需要较少量的水来覆盖加热元件，所以它们提供了较容易清洁水壶内部和可以煮沸少量水的优点。制造平面加热元件的一种方式是将普通的线圈粘接于平面状金属衬底的下侧。但是，正在研究将厚膜加热元件用于液体加热应用方面。本发明涉及这些厚膜加热元件。
已知将热敏感元件设置在厚膜加热轨道(track)附近的这种类型的加热元件。当采用厚膜热敏感元件时，也可以采用单个制造处理工艺形成加热轨道和热敏感元件。EP-0585015披露了至少带有形成为电阻性轨道的一个温度敏感元件的厚膜加热元件。温度敏感元件传送表示加热元件过热的信号，该信号可以使元件的供电被关断。
在加热元件轨道附近形成温度敏感元件的问题在于，温度敏感元件不会紧密地跟踪被加热材料(在加热元件衬底的对面侧)的温度，而是受到产生于加热轨道上的热的影响。因而限制了温度敏感元件对被加热材料温度变化的响应。
按照本发明，提供一种加热元件，该加热元件包括带有加热轨道的大致平面状的衬底和分别设置于衬底一侧上的温度响应敏感元件，其中温度响应敏感元件通过衬底的局部较薄部分与加热轨道分开。
衬底的局部较薄部分增加敏感元件和加热轨道之间的热阻。因此，温度敏感元件更精确地响应被加热材料的温度。最好，通过在有加热轨道和温度敏感元件的衬底一侧的凹槽限定局部较薄部分。可以将温度敏感元件设置于衬底的局部较薄部分上，或可以用其环绕或局部环绕该温度敏感元件。温度响应敏感元件轨道可以包括具有预定的电阻温度系数的电阻性轨道，或可以包括分立的敏感元件。本发明还提供具有本发明加热元件的电水壶。
下面参照附图，通过示于附图中的实例说明本发明，其中：
图1表示本发明第一加热元件的剖面图；
图2表示按电阻性轨道形式的加热轨道和热敏感元件的一个排列；
图3表示本发明第二加热元件的剖面图；
图4表示按分立的敏感元件形式的加热轨道和热敏感元件的一个排列；和
图5表示包括本发明加热元件的电水壶。
图1表示本发明的第一加热元件。加热元件2包括在其上设有绝缘介质层6的衬底4和在绝缘层6上的电阻性加热轨道8。在绝缘层6上还设置以电阻性轨道10形式的热敏感元件。如图1所示，在衬底4的局部较薄部分12上设置限定热敏感元件的轨道10。
衬底4包括导热材料板，例如钢板或不锈钢板。由于在水的加热应用中不锈钢的抗腐蚀的优点是有用的，所以选用不锈钢板较好。一般将衬底4形成为平面状的金属薄片，并可以有任何适当的形状。图2中示出圆形的元件(特别适合于水壶底座)。衬底的厚度取决于加热元件的用途，但一般大致1至3mm的衬底厚度就可提供给加热元件足够的强度，同时通过元件还提供充分的热传输(被加热材料接触衬底4与加热轨道8相对的一侧)。
在衬底4中设置厚度减小的区域，以限定衬底4的局部较薄部分12。在图1中所示的实施例中，通过在衬底4表面上的凹槽或多个凹槽限定局部较薄部分12，其中在衬底4上设有加热轨道8和热敏感元件轨道10。利用任何适当的技术，在成形衬底之前、成形期间或成形之后都可以设置这种凹槽。例如，用冲压、轧制、切削、深拉延或压花技术、或任何成形金属板的合适技术可以形成凹槽。此外，衬底可以按其最终形状铸造，而不是从金属板进行切削。
形成于衬底4的成形侧上的绝缘层6例如可以包括玻璃陶瓷或搪瓷材料。按照选择的涂层，可以用印刷、喷射或浸渍法涂敷。熟练的技术人员(addressee)会鉴别可以选择的各种陶瓷和搪瓷，和适于形成绝缘层6的各种合适的技术。
最好采用厚膜技术在绝缘层6上同时形成加热轨道8和热敏感元件轨道10。加热轨道8包括连接于两个接线端14之间的电阻型通道，并可以有任何合适的形状。图2中所示的情况是增加轨道长度的螺旋形轨道。加热轨道可以由多个平行支路构成。热敏感元件轨道10还包括两个连接于接线端16之间的电阻通路。由具有已知的电阻温度系数(正或负)的材料构成热敏感元件。然后，为了确定轨道的温度，用合适的控制电路监视敏感元件轨道的电阻。
如果适当的材料可以提供加热轨道的功率需要以及加热轨道所需的温度响应特性，那么可以由相同的材料形成加热轨道8和热敏感元件轨道10。当然，可以用不同的材料形成这些轨道。例如，轨道可以包括丝网印刷膏，焙烧这种膏以粘接轨道于绝缘层6上。在现有技术中一般是银钯或镍基的加热轨道。
使用电阻通道形式的热敏感元件是已知的。但是，在带有厚膜热敏感元件的上述厚膜加热元件中，出现的问题是热敏感元件的温度未精确地跟踪处于衬底4相对侧的被加热材料的温度。
已经发现，导致由敏感元件10测量的这种温度误差的最重要因素在于轨道8和敏感元件10之间的横向热传导。
在图1所示的加热元件中，通过衬底的局部较薄部分使敏感元件轨道与加热轨道分隔开，从而增加在敏感元件和加热轨道之间的热阻。在该方式中，敏感元件的温度更精确地跟踪被加热材料的温度。衬底的局部较薄部分的作用是有效地增加敏感元件轨道10和加热轨道8之间的距离。当然，可以增加加热轨道和敏感元件轨道之间的物理间隔，但在应用中需要小型的加热元件或需要密集分布的加热轨道通道，因而在敏感元件附近不可能提供大的分隔区域。
提供在衬底的局部较薄部分12上的敏感元件轨道10还导致敏感元件10和被加热材料之间距离的减少，使热阻降低。这进一步改善了敏感元件对被加热材料的温度响应。
在图2中所示的实例中，敏感元件轨道10的一部分围绕限定衬底4的较薄部分12的下凹部分W中的加热元件2的周边延伸。当敏感元件轨道10围绕加热元件2周围延伸时，可以检测局部的热点，当加热装置达到过热条件并被置于一斜面上时该热点会出现。当然，可以设想加热轨道8和敏感元件轨道10的许多其它不同的结构。
在图1和图2的实例中，在衬底的局部较薄部分上设置敏感元件轨道10。也可以在敏感元件轨道10任一侧设置衬底的局部较薄部分12，其中敏感元件轨道10的两侧可以是具有总厚度的衬底4的区域。该方式的优点在于使敏感元件轨道10的印刷更容易。图3中表示了这种可能性。该方式还有进一步增加敏感元件轨道10和加热轨道8之间热阻的优点。
尽管至此说明了作为敏感元件轨道10的温度敏感元件，但同样可以在衬底上设置分立的热敏感元件100。可以按图1中所示方式在衬底的局部较薄部分上设置这些热敏感元件100，或这些元件按图3中所示的方式被局部较薄部分  围绕或局部围绕。例如，图4表示带有两个热敏感元件100的衬底，各热敏感元件100被由衬底的局部较薄部分12限定的凹下部分W所围绕。热敏感元件100可以包括具有预定电阻温度系数的元件，例如具有负电阻温度系数的元件。
尽管衬底4在图中表示为平面状，但也可以期望该衬底4为稍成拱形的形状，并在在衬底4的凹面上设置绝缘层6和电阻性轨道8、10。
图5以简化形式表示采用本发明加热元件的水壶。与普通水壶一样，水壶20的加热元件2悬浮在底座上，加热元件2带有面朝下的加热轨道8和敏感元件10。在水壶工作期间，热从加热轨道8通过绝缘层6和衬底4传送给水壶20的本体22。水壶22包括控制部件24，该部件24可以包括无绳或普通连接器，该部件与加热轨道8的接线端14和敏感元件10的接线端耦接。
可以用于水壶20中的温度控制类型不影响本发明，因而不作说明。当然，也可将本发明的加热元件2应用于各种加热应用中。确实，本发明可应用于期望热敏的厚膜加热元件的任何已知的应用中。

Claims (7)

1.一种加热元件，包括大致平面的衬底，在该衬底的一侧面上分别设有加热轨道和温度响应敏感元件，其特征在于，温度敏感元件通过衬底的局部较薄部分与加热轨道分隔开。
2.如权利要求1的加热元件，其特征在于，由衬底一侧面上的至少一个凹槽限定局部较薄部分。
3.如权利要求1或2的加热元件，其特征在于，温度响应敏感元件包括具有预定电阻温度系数的电阻性轨道。
4.如权利要求1或2的加热元件，其特征在于，温度响应敏感元件包括独立的温度敏感元件。
5.如权利要求1或2的加热元件，其特征在于，在衬底的局部较薄部分上设置温度响应敏感元件。
6.如权利要求1或2的加热元件，其特征在于，局部较薄部分至少局部包围温度响应敏感元件。
7.一种电水壶，包括如权利要求1所述的加热元件。
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