CN200976685Y - 加热元件及使用该加热元件的加热设备 - Google Patents

Abstract

借助于包括轨迹状电阻的加热元件来加热液体是已知的。电流流经电阻而产生热量，该热量能接着用于加热液体。本实用新型涉及一种在加热液体的设备中应用的改进的加热元件。本实用新型还涉及一种用于加热液体的设备，该设备设置有根据本实用新型的加热元件。

Description

加热元件及使用该加热元件的加热设备

技术领域

本实用新型涉及一种在加热一种介质——尤其是液体——的设备中应用的加热元件。本实用新型还涉及一种加热一种介质——尤其是液体——的设备，该设备设置有根据本实用新型的加热元件。

背景技术

借助于包括轨迹状(track-like)电阻的加热元件来加热液体是已知的。电流流经电阻而产生热量，该热量能接着用于加热液体。这里，电阻通常设置为电绝缘底部上的厚膜，电绝缘底部的表面一般由其上设置了电介质的基板形成。为了使得加热元件的能量密度最大，对该厚膜的外形的设计进行优化是重要的，其主要目的是使得印制有厚膜的表面面积最大化。然而，这里设计的自由度受限于多个必须考虑的先决条件。首先，厚膜必须设计成该厚膜中的相邻部分彼此之间有一定距离，以防止加热元件短路。此外，厚膜的优化布局设计受限于所谓的“电流拥塞(current crowding)”。根据该现象，电流流经厚膜时会选择电阻最小的路径。特别是在厚膜中的明显弯曲(弯折)处，电流一般将大致更偏爱曲线的内弯折部而不是外弯折部，由此在内弯折部电流密度将显著增加，这使得在加热元件中产生显著的局部变热，由此加热元件一般将相对较快地失效。在欧洲专利EP 1 013 148中提供了针对该问题的解决方案，其中描述了一种改进的加热元件，该加热元件中厚膜包括多个不连续的、细长的电阻段，这些电阻段在其外端借助高导电率的导电桥耦合起来。这里，各个导电桥由高导电率的导电材料——优选地包括银——制成，通过该导电桥电流能相对容易并更为不受阻碍地流动。由此，可防止局部电流密度及关联产生的相当多的热量明显增大。EP 1 013 148中描述的加热元件除了具有这些优点外，还具有许多缺点。测试表明，将该材料层施加到基板或相邻细长电阻段的外端的过程中或恰好在该步骤之后，或者在干燥或烘烤该材料的过程中，由于内聚，高导电率的含银材料层通常将收缩，从而靠近从基板到细长电阻段的过渡区的高导电率材料层中将会出现缝隙，由此在高导电率材料层中局部电流密度将仍然会显著增大。此外，在这些过渡区中的高导电率材料层通常会出现层厚变薄的现象，这同样将使得局部电流密度显著增大，这仍然能且一般将会对于加热元件的寿命产生不利影响。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种改善的加热元件，由该加热元件可避免上述缺点，同时保持现有技术的优点。

本实用新型为此提供一种在前序部分中提及的加热元件，包括：一个不间断且整体构造的轨迹状电阻，该电阻由第一材料制成并用于强制传导电流，该电阻包括多个细长电阻段以及至少一个用于使所述细长电阻段互相电耦合的弯曲电阻段，其中在加热元件工作时，在所述至少一个弯曲电阻段的至少一部分中的局部电流密度大体上高于在细长电阻段中的局部电流密度，该至少一个弯曲电阻段至少部分地设置有至少一个由第二材料制成的高导电率材料层，其中第二材料的导电率高于第一材料的导电率。通过应用连续并整体构造的加热迹线而不是多个可互不相同的不连续的电阻段，不再出现从细长电阻段到可能的基板的关键过渡区，由此可相对精确且容易地向加热迹线施加具有大致均匀厚度的高导电率材料层。由于没有所述的关键过渡区，从而可避免该材料层裂开，由此还可防止局部电流密度在该材料层中显著增加。通过将高导电率材料层应用到至少一个弯曲电阻段的至少一部分上，正好可以防止在加热元件的关键部分出现电流拥塞。流经加热迹线的电子最终将选择流经高导电率材料层而不流经弯曲电阻段自身(的内弯折部)。应用连续加热迹线的另一优点在于，加热迹线可在制造过程的早期阶段中总体上已经做过目标电阻容差测试，由此可探测到有故障的加热元件并在相对较早的阶段——即在制造过程完成之前——将其从制造过程中去除，这通常会显著地提高制造过程的效率。

将高导电率材料层应用到至少一个弯曲电阻段的至少一部分上产生由高导电率材料层和连接到该材料层的弯曲电阻段的一部分形成的平行电路。这里，高导电率材料层优选地以大致层叠的方式应用到至少一个弯曲电阻段。轨迹状电阻及应用到其上的高导电率材料层的层厚可彼此不同，但优选地位于约12微米的量级内。

为了优化流入到高导电率材料层的电流，该高导电率材料层优选地设置有相对较宽的流入口。为此，该高导电率材料层优选地大体延伸过弯曲电阻段的整个宽度。

在优选的实施方式中，高导电率材料层至少应用到邻接细长电阻段的弯曲电阻段的一部分上。该弯曲电阻段的所述邻接部分曲率半径相对较小，由此恰好在这些部分发生电流拥塞的机会相当大。在特别优选的实施方式中，高导电率材料层仅应用到邻接细长电阻段的弯曲电阻段的一部分上。位于互相邻接部分之间的一部分弯曲电阻段然后将不设置高导电率材料层。邻接细长电阻段的弯曲电阻段的各部分一般彼此由弯曲较小或甚至为直线部分的弯曲电阻段分隔开，由此该弯曲电阻段的中间部分在电流拥塞方面不是很关键。这里将高导电率材料层仅应用到弯曲电阻段最关键部分可节省材料，从经济的观点来看这一般将是有利的。高导电率材料层优选地包含银。尽管银相对较贵，但是银具有相当好的传导性。通过将该材料层特别有选择性地应用到弯曲电阻段上可在每个加热元件中节省大量的银。特别是在大量制造根据本实用新型的加热元件的情形下，在确定的时间段内可节省数量可观的材料，尤其是银。

根据本实用新型的加热元件一般包括多个细长电阻段，其分别由多个弯曲电阻段互相耦合。为了优化轨迹状电阻的设计，细长电阻段一般将大致平行取向并优选地彼此互相并排。在此情形下，弯曲电阻段必须适于使电流反向，即使得电流方向转过(大约)180度角。弯曲电阻段然后能(实际上且特别是功能上)分成两个子段，其中各子段适于将电流方向转过(大约)90度角。弯曲较小或不弯曲的子段能可选地位于这些子段之间，以确定相互耦合的细长电阻段相互之间的距离。如前所述，这个中间的子段不需要设置高导电率材料层。

加热元件一般为圆形几何形状(俯视图)。从而若细长电阻段至少部分被赋予弯曲形式将是有利的，其中细长电阻段的平均曲率半径大于弯曲电阻段的平均曲率半径。以此方式，细长电阻段可为大体C形，其中细长电阻段互相同心地定位。

在优选的实施方式中，轨迹状的电阻作为厚膜应用到大致电绝缘的基板上。该基板一般由通常设置在承载物上的电介质形成。这里，该电介质优选地包括玻璃和/或陶瓷。该电介质优选地在远离轨迹状电阻的一侧设置有导热的支撑结构。该支撑结构优选地包括一个不锈钢板。通过由不锈钢材料制造该支撑结构，该支撑机构较耐腐蚀。该支撑结构不需要一定位于电介质下方。一般而言，支撑结构将正好位于电介质上方，其中该支撑结构与加热液体直接接触。

本实用新型还涉及一种加热液体的设备，该设备设置有至少一个根据本实用新型的加热元件。这里，该设备优选地还包括一个液体容器，特别是水壶。这里，上面提及的加热元件的支撑结构优选地形成了水壶的一部分。从而，液体可相对快速并有效地被加热到确定温度。

附图说明

下面将基于下述各图中示出的非限制性的示例实施方式来解释本实用新型。其中：

图1示出根据本实用新型的加热元件的俯视图；

图2a示出根据图1的加热元件的一个细部的第一实施方式的俯视图；

图2b示出图2a中详细视图的截面图；

图3a示出根据图1的加热元件的一个细部的第二实施方式的俯视图；

图3b示出图3a中详细视图的截面图；

图4a示出现有技术中已知的加热元件的一个细部的俯视图；

图4b示出图4a中详细视图的截面图；

图5示出设置有根据本实用新型的加热元件的水壶的截面图。

具体实施方式

图1示出了根据本实用新型的加热元件1的俯视图。加热元件1包括电介质层2，电介质层上设置有作为厚膜施加的连续(不间断的)的加热迹线3。这里，加热迹线3为整体且不间断的结构。加热迹线3包括多个细长电阻段4，这些电阻段通过弯曲电阻段5相互连接。由于加热迹线3为不间断结构，这种区分更多地具有功能上的而不是结构上的性质。图1中清楚示出，尽管这里细长电阻段4的曲率半径明显地大于弯曲电阻段5的曲率半径，细长电阻段4还是具有弯曲的形式。细长电阻段4示出为C形并大致彼此同心地定位。为了防止在弯曲电阻段5中所谓的电流拥塞，弯曲电阻段在一侧至少部分地设置有银，由此设置有高导电率材料层6。该材料层6的尺寸和形状可适应于图2a～3b中所示的加热轨迹3的形状。加热迹线3的各个外端7连接到其接线端8用于将加热元件1连接到电源(图未示)。加热迹线3的中心部分具有不同的布局，但是，这里，各个实际的弯曲或弯折部9也设置有银材料层10。

图2a示出了根据图1的加热元件1的一个细部的第一实施方式的俯视图。特别示出了两个大致平行并相邻定位的细长电阻段4的外端，该细长电阻段4通过弯曲电阻段5相互连接。弯曲电阻段5适于将电流方向反向(转过180度)。弯曲电阻段5的整个上表面——即弯曲电阻段5中远离电介质层2的一个表面——由银材料层6覆盖。如图中清楚示出，银材料层6延伸过电阻段4和5的整个宽度B。银材料层6的大一些或小一些的宽度也能足以防止在弯曲电阻段5中出现电流拥塞现象。加热元件1的构造在图2b所示的截面图中清晰可见。弯曲电阻段5的上侧完全由银材料层6所覆盖。弯曲电阻段5的厚度d1大致相应于银材料层6的厚度d2，并且一般介于几个微米的量级内。在电介质层2远离加热迹线3的一侧设置有不锈钢板11，以有效率地加热液体，特别是水。

图3a示出了根据图1的加热元件1的一个细部的第二实施方式的俯视图。这里，在示例实施方式中弯曲电阻段5的上表面仅部分且有选择性地覆盖有银材料层6。弯曲电阻段5只有两个连接到细长电阻段4的弯曲(非线性)的子段12覆盖有银材料层6，而留下中间(直线)的子段13未覆盖。由此可节省所需的银的数量，而不会减损通过应用银材料层6而获得的重要的优点，特别是从财务的观点来看这是非常受欢迎的。要实现的材料节省也在图3b中示出。

图4a示出现有技术中已知的加热元件14的一个细部的俯视图。加热元件14包括多个不连续的细长电阻段15，其彼此隔开一段距离。各个细长电阻段15通过设置在电阻段15上的银导电桥16以及位于电阻段15之间的下层电介质17的一部分而互相连接。然而，由于银导电桥16的内聚力，通常在位于各个细长电阻段15和下层电介质17之间的分隔线T处或附近出现缝隙18，由此在该位置的有效厚度(b₁+b₂)只是实际电桥宽度B的一部分。从而，电流拥塞及相关的热量产生将仍能较快地出现，这会显著地减少加热元件14的寿命。此外，由图4b中示出的截面可知银导电桥16在各个分界线T位置相对较薄(见箭头D)，这也能显著地增大银电桥16的电阻，从而增加出现电流拥塞的机会，这因此也是不受欢迎的。图4a和4b可认为是EP 1013148中所述的加热元件的实施方式。

图5示出了设置有根据本实用新型的加热元件20的水壶19的截面图。这里，加热元件20可由图1中示出的加热元件1形成。加热元件20包括导电底板21。在底板21远离水壶19的一侧设置有电介质层22，电介质层在远离底板21的一侧设置有电迹线23。为了在水壶19中电绝缘地安装底板21，底板21的边缘接合到电绝缘衬垫24上。电绝缘衬垫24也能可选地省去，例如当水壶19的外壳由电绝缘材料制成时。底板21耦合到地线25，以将水壶19中的液体接地。

很明显，本实用新型不限制于这里示出并描述的示例实施方式，而对本领域技术人员不言而喻的是，在所附带的权利要求的范围内可有多种变化形式。

Claims (15)

1.一种加热元件，其特征在于包括一个不间断且整体构造的轨迹状电阻，该电阻由第一材料制成，用于强制传导电流，该电阻包括多个细长电阻段以及至少一个用于使所述细长电阻段互相电耦合的弯曲电阻段，该至少一个弯曲电阻段至少部分地设置有至少一个由第二材料制成的高导电率材料层，其中该第二材料的导电率高于所述第一材料的导电率。

2.如权利要求1所述的加热元件，其特征在于高导电率材料层以大致层叠的方式施加到至少一个弯曲电阻段上。

3.如权利要求2所述的加热元件，其特征在于所述高导电率材料层大致延伸过所述弯曲电阻段的全长。

4.如前述权利要求中任一项所述的加热元件，其特征在于所述高导电率材料层至少应用在与所述细长电阻段邻接的该弯曲电阻段的部分上。

5.如权利要求4所述的加热元件，其特征在于所述高导电率材料层仅应用到与所述细长电阻段邻接的该弯曲电阻段的部分上。

6.如权利要求4所述的加热元件，其特征在于与所述细长电阻段邻接的该弯曲电阻段的所述部分由弯曲电阻段的弯曲较小的部分彼此分隔开。

7.如前述权利要求1所述的加热元件，其特征在于所述弯曲电阻段适于将所述细长电阻段大致平行地互相电耦合。

8.如前述权利要求1所述的加热元件，其特征在于所述细长电阻段至少部分为弯曲形式，其中所述细长电阻段的平均曲率半径大于所述弯曲电阻段的平均曲率半径。

9.如前述权利要求1所述的加热元件，其特征在于所述高导电率材料层包括银。

10.如前述权利要求1所述的加热元件，其特征在于所述轨迹状电阻设置在大致电绝缘的基板上。

11.如权利要求10所述的加热元件，其特征在于所述绝缘基板包括玻璃和/或陶瓷。

12.如权利要求10所述的加热元件，其特征在于所述基板设置在导热的支撑结构上。

13.如前述权利要求1所述的加热元件，其特征在于所述支撑结构包括不锈钢板。

14.一种加热设备，其特征在于该设备设置有如权利要求1～13中任一项所述的加热元件。

15.如权利要求14所述的加热设备，其特征在于该设备包括水壶。

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