CN2461236Y - 电加热器 - Google Patents

Abstract

一种电阻或者这种具有一个设置在一个绝缘基底上的厚膜电阻槽的加热器,所述槽8d,8e的两个预定段具有预定的电流载流能力。这些段由一个分离的绝缘材料如玻璃桥连接,该桥在一定的温度下具有足够的导电性,致使故障电流通过所述一至两个段8d,8e。由分离的外层釉层防止电阻槽8氧化。本实用还披露了这样一种电阻或者加热器,其中通过故障电流的槽段8d设置有用于局部集中通过的电流的装置,如一个在槽内的孔。

Description

电加热器

本发明涉及电加热器，尤其涉及那种在绝缘基底上有电阻槽的电加热器。

这种加热器使用于或者已经被建议使用于各种场合，例如家用电器，如水加热容器，水加热器或电熨斗。绝缘层，如玻璃、陶瓷或者玻璃陶瓷(以下统称为“玻璃”)通常设置在金属基底上，如一个板上(例如可以形成液体加热容器基底的一部分)，通常利用印刷技术将电阻槽设置在该绝缘层上。作为对一层涂覆金属基底的替换，该基底可以是固体陶瓷体。可以在该槽上设置另一个电绝缘层来保护槽，防止它腐蚀和氧化。在本领域中，这种加热器称为“厚膜”加热器。

显然在出现故障的情况下不让加热器过热很重要，因为这不仅会对正在使用的设备或者电器，而且可能对用户造成相当的损害。

已经提出了几种提供这种过热保护的建议。在液体加热容器中，通常提供可重调的过热保护器，该保护器在容器中的加热器过热时运转，例如在容器中没有液体而被通电或者在容器内液体蒸发干时运转。通常，这包括一个设置成与加热器热接触的双金属触发器，该触发器在给定的温度下运行，在高于容器的正常运转温度时，启动加热器电源内的一套触点。但是，如果该保护器不能够运行，提供一个替代保护器也是公知的，例如一个热熔丝，该热熔丝在加热器的温度上升到高于预定温度值时工作。这样的方案描述于本申请人的专利申请WO-A-94/18807中。

在本申请人的U27和U28控制中，设置有两个双金属触发器，它们相互交替使用，就不必使用严重过热保护器。

但是，优选提供一种具有内在保护的加热器或者电阻。在WO97/39603中本申请人已经提出了这样一种方案。按照该方案，在相邻的加热槽之间设置选择玻璃材料的桥，选择槽的形状及槽的位置和材料，以便槽段之间的玻璃在预定的温度下具有足够的导电性，使槽段短路，从而导致加热器受控失效。因此该加热器可以说是“自我保护”，不需要外部控制。

在本申请人的申请WO99/02080中也提供了一种“自我保护”加热器，其中规定相邻槽之间的桥的位置偏离槽端部，以便在出现短路时限制槽中的电流。目的在于防止故障电流烧断家用电源的熔丝。

本发明在各个方面对上述申请作了进一步发展。

在WO97/39603中，提出自我保护玻璃桥优选设置为全部加热器槽上的一层。但是，现在发现桥最好是分立的桥，并且如果要使该槽免遭氧化和腐蚀，要提供一层单独的外层釉层。

因此本发明的第一方面是提供了一种电阻，或者这种具有一个设置绝缘基底上的厚膜电阻槽的加热器，所述槽的两个预定段具有预定电流载流通量，由绝缘材料分离桥跨过，该桥在预定温度下具有足够的导电性，引起故障电流通过一个或者两个所述段，利用单独的外层釉层防止电阻槽氧化。

这样，可以使用传统的外层釉，为电阻槽提供正常的腐蚀保护及一种合适的绝缘材料，例如适当选择的玻璃材料，用于加热器严重过热的保护。

在一个最佳实施例中，严重过热保护桥还用作跨过适当槽段的外层釉。最好还使桥位于相邻槽段端部上方。

“自我保护”加热器在严重过热情况下自我保护的时间取决于加热器材料桥区域的温度。加热器越热，桥越热，能够越快地达到超过故障电流的温度。在上下文所说的水加热容器中，例如水壶中，尤其在已经进行任何第一次过热保护如双金属触发器保护之前的一段时间内，防止加热器过早故障是十分重要的。

根据本发明的另一个方面，通过将材料桥放置在加热器的一个功率密度比相邻区域低的区域内，可以减轻该问题。因此本发明的第二方面是提供一种电阻或者这种在一个绝缘基底上设置厚膜电阻槽的加热器，所述槽的两个预定段具有预定的电流载流容量，由电绝缘材料制成的桥跨过，该桥在预定的温度下具有足够的导电性，使故障电流通过所述的一段或者两段，所述的电阻加热槽具有可变化的功率密度，所述的材料桥设置在功率密度较低的加热器槽区域。

通过将玻璃桥放置在加热器的低功率密度区域，在过热状态下该区域的温度上升将滞后于相邻的高功率密度区域的温度上升，因此给故障提供了较长的时间。当然，仍然保持桥的位置，以便加热器在该位置而不是别的位置处故障。因此，如果在加热器槽上提供独立的外层釉，可以这样选择，以便故障不会首先发生在槽的其它处。

在该最佳实施例中，较低功率密度区域位于较高功率密度区域旁边。在一个特别优选的实施例中，较低功率密度区域布置在加热器槽的径向中部，至少在槽的径向外部区域具有较高功率密度。这种布置具有在严重过热的情况下阻止基底上形成微缝的优点，微缝可能导致加热器故障。这种效果更充分地描述于本申请人的同日申请，即代理人的代理号为744670570的专利申请中，其名称也是电加热器。这里描述的发明能够应用于那一个申请的方案中。

在上面所述的和本申请人早期参考公开的国际专利申请中所称的“自我保护”加热器中，当桥在温度升高而具有足够的导电性能之后，由于通过一段槽的电流超过槽的电流载流量，槽就出现故障。已经发现，在这种情况下，槽段可能在沿其长度方向的任意点处熔合，例如取决于准确地放置槽等。此外，当槽失效时，就会产生电弧。该电弧导电性强，具有可变的磁场，此外接近其它部件，比如控制部件。该弧甚至损坏设置电阻槽的绝缘层，可能导致加热器在故障之后激活。这可能是危险的，该***不能够满足当前的安全标准。

因此，最希望使故障发生在槽的预定位置，以便能够设置在远离其他部件如控制部件的位置。通过使用能使流过会出现故障的槽段的电流局部集中的装置，本发明就达到了上述目的。

因此，本发明的另一方面是提供一种电阻或者这种具有一个设置在一个绝缘基底上的厚膜电阻槽的加热器，所述槽的两个预定段具有一个预定的电流载流量，并由一种电绝缘材料跨过，例如玻璃，该材料在预定的温度下具有足够的导电性，致使故障电流通过至少一个所述段，其中所述的槽段设置有局部集中电流的装置。

因此本发明的该方面允许槽更多地受控失效。该电流集中器优选设置为远离任何电流载运或接地元件，例如一个与加热器有关的控制器。

可以以几种方式达到电流的集中。但是，最好通过减少槽的局部宽度来获得。在一个实施例中，该槽可以收敛，以便获得需要的集中，但是优选通过设置一个孔来达到这种效果，例如一个通过该槽的圆孔。该孔将作为槽失效的焦点。

如上述实施例所述的那样，桥可以一部分设置在相邻两个槽之间，或者在全部的槽之上。

显然，本发明的各个方面基本上是相互独立的。因此，低功率密度和电流集中特性能够应用于WO97/39603的方案中，例如那些熔断玻璃桥用作整个槽表面釉的地方。

下面将参照附图描述本发明的一个最佳实施例。其中：

图1是本发明加热器的平面图；

图1A是沿图1中A-A线的剖面图；

图2是图1中加热器的有关数据表。

参照图1，表示了一个体现本发明的厚膜平面加热器2。该加热器具有一个0.5mm厚的不锈钢基底4，绝缘层6和加热槽8以传统的方式设置在基底上。在该特定的实施例中，绝缘层6由Dupont3500油墨制成，约85微米厚(+/-10微米)。该电阻加热槽8设置在绝缘层6之下，由DupontF/612/F629电阻油墨混合制成，厚约13微米(+/-2微米)。

显然，电阻加热槽8由8个同心的弧形槽段8a,8b……8h组成，其端部连接银连杆10。这样一种形状的槽公开于申请人的专利申请WO98/366182中。槽段8a,8b,8c和8h基本上全部在加热器周围延伸，而其它槽段进一步形成半圆部分。槽8e的一端由一个银槽14连接至银槽垫16，该槽垫用于容纳银槽接触件(未示出)，槽8d的一端通过银连杆20连接另一个接触件容纳垫18。在使用时，例如通过焊接安装于垫上的接触件容纳一个230V(或其它电压)电源。最外边的槽8a的外径约为60mm，相邻两个槽之间的间隙约为0.5mm。

该元件的总功率为1000W,230V交流电，每一个槽段的功率分布见图2。

从图1和2中可以明显看出，槽段8a和8h的宽度为从元件边缘向中心变化。尤其是最外边的槽8a最窄，在朝最内的槽段8h再次减小之前，槽的宽度朝径向中央区域槽段8e和8f增加。由于功率密度与槽宽度成反比，功率密度从槽8a的最大值减小至槽8e-8f的最小值，接着在槽8h处增加到一个第二局部最小值。该宽度分布的目的是减少在严重过热情况下绝缘层6出现微裂缝的倾向性。

重新参照图1，显然槽8d和8e的相对端部由银连杆10接通，并印刷有“自我保护”釉桥22，桥约7mm宽，4mm长。该桥22由ESL4771G材料印刷，约13微米厚(+/-2微米)。显然桥22设置在连接至槽8各端的槽段之上，以便在桥22上出现较大的电压降。实际上，该桥距槽端部约61mm，距桥的端部约30mm。这就在该桥上产生了约208V的压差。

从图1中可见，孔24的直径接近1mm，设置槽段8d中的桥22和该槽段8d连接接触垫18的端部之间。

整个元件都印刷有保护釉，例如Dupont3500，厚度为13微米+/-2微米。

在使用时，如图所示的加热器安装在液体加热容器底部内，例如一个水壶内。当该水壶已经被烧干或者水壶中没有任何水仍被接通，则由于加热器功率高，而传热差，因此加热器温度将非常快地上升。假如任何初级过热保护例如一个双金属触发器失效，那么加热器温度将持续上升。但是，在某一预定的温度下，自我保护外层釉桥22的导电性将提高到有效地使多数槽短路的那一点，导致由槽接通的槽段8d和8e中通过很高的电流。在该特定的实施例中，这些槽段的电阻约为5Ω，导致通过这些槽段的电流达46安培左右，远高于约4.35amps的正常操作电流，远远超过槽部分的电流载运能力。因此，这些槽中有一个或者两个槽段将失效。但是，电流足够低，足以防止家用熔断丝烧断，或者防止接地漏电开关运行。通常还会发现，在10至15A/mm之间的故障电流会产生满意的故障。

在上述实施例中，由于出现孔24，槽段8d实际上失效。能够局部集中通过槽的电流，以便孔24周围的区域更大于槽8d内导致失效发生的其它区域。

还可注意到，桥22设置在较宽的槽段之间。有助于降低桥区域的功率密度，这意味着桥区域不会变得与周围的区域一样热。这就有效地增加了桥22达到故障温度所化的时间，从而延长了加热器故障之前的时间。这对热保护器在初次运转之前减少加热器类似的故障有利。

在所述的实施例中，已经发现加热器自我保护的时间约为8秒。比希望初级过热保护双金属的运转时间4秒要好，以便该加热器不会在所说的水壶烧干和无水接通情况下先故障。但是，不管加热器绝缘基底故障的时间多么少，都导致了一个安全故障模式。

显然，对上述实施例进行的各种改进也不脱离本发明的精神和范围。例如，可以设置一个以上的电流集中器，例如在每一个槽中都设置一个。此外，尽管是最佳的，但是也可以不必在低功率区域设置桥22，以便槽8a-8h全部具有相同的宽度。此外，可以将桥22设置为在全部槽8上设置外层釉，而在不是一个独立的桥上。本发明不限于某些实施例中披露的特定的槽尺寸，而是取决于加热器的尺寸，和加热器要求的功率，槽可以比披露的尺寸宽或者窄。

从上述可见，本发明的各个方面都允许在严重过热情况下，加热器以一种降低类似的加热器故障为中性或者接地的方式受控失效。

对本领域的普通技术人员来说，显然说明书只涉及实施本发明的的一个实施例。特别是只根据实例给定各种尺寸、参数、和容限，不能够限制本发明。

Claims (12)

1、一种电阻或者这种具有一个设置在一个绝缘基底上的厚膜电阻槽的加热器，所述槽的两个预定段具有预定的电流载流能力，由一个分离的玻璃材料桥接通，该桥在一定的温度下具有足够的导电性，致使故障电流通过所述一至两个段，由一层单独的外层釉层防止电阻槽氧化。

2．如权利要求1所述的电阻或者加热器，其中桥用作一个跨过槽段的外层釉。

3．如权利要求1或2所述的电阻或者加热器，其中桥设置在相邻的槽段端部之上。

4．如前述任意一个权利要求所述的电阻或者加热器，其中材料桥设置在加热器功率密度较低的区域。

5．一种电阻或者这种具有一个设置在一个绝缘基底上的厚膜电阻槽的加热器，所述槽的两个预定段具有预定的电流载流能力，由一个分离的玻璃材料桥接通，该桥在一定的温度下具有足够的导电性，致使故障电流通过所述一至两个段，所述电阻加热槽具有可变的功率密度，所述的材料桥设置在加热器功率密度较低的区域。

6．如权利要求4或5所述的电阻或者加热器，其中功率密度较低的区域在功率密度较高的区域旁。

7．如权利要求4、5或6所述的电阻或者加热器，其中功率密度较低的区域设置在加热器径向中央部分。

8．如权利要求7所述的电阻或者加热器，其中至少加热器槽的径向外部区域具有较高的功率密度。

9．如前述任意一个权利要求所述的电阻或者加热器，其中在所述的一个将会失效的槽段内设置能局部集中通过该槽段的电流的装置。

10．一种电阻或者这种具有一个设置在一个绝缘基底上的厚膜电阻槽的加热器，所述槽的两个预定段具有预定的电流载流能力，由一个分离的玻璃材料桥接通，该桥在一定的温度下具有足够的导电性，致使故障电流通过所述一至两个段，其中所述的槽段设置有局部集中通过的电流的装置。

11．如权利要求9或10所述的电阻或者加热器，其中通过局部减少槽段的宽度来获得电流的集中。

12．如权利要求11所述的电阻或者加热器，其中槽段设置有一个通孔。

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