[發(fā)明專利]自調(diào)節(jié)電阻加熱元件

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200780048331.0
• 申請(qǐng)日: 2007-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101589644A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杰弗里·博德曼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 2D熱度有限公司
• 主分類號(hào): H05B3/14
• 分類號(hào): H05B3/14;H01C7/02;H01C7/04
• 代理公司: 北京銀龍知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 許 靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自調(diào)節(jié)電阻加熱元件、包括自調(diào)節(jié)電阻加熱元件的裝置及自調(diào)節(jié)電阻加熱元件和包括自調(diào)節(jié)電阻加熱元件的裝置的制造方法。

背景技術(shù)

管狀護(hù)套種類(tubular?sheathed?variety)或網(wǎng)印類型(screen?printed?type)的現(xiàn)有的電加熱元件不具有自調(diào)節(jié)特性，并且當(dāng)該類電加熱元件被連接到電源時(shí)，該類電加熱元件將持續(xù)加熱，直到通過(guò)燒壞及自毀而不能繼續(xù)加熱。

通過(guò)將該類電加熱元件與某些形式的溫度敏感控制裝置串聯(lián)來(lái)達(dá)到裝置中的這些現(xiàn)有元件的安全使用，當(dāng)已經(jīng)達(dá)到預(yù)定溫度等級(jí)時(shí)，溫度敏感控制裝置有效地切斷電源。

通常，這些溫度敏感控制裝置包括各種配置的雙金屬材料，并依賴于在預(yù)定溫度或預(yù)定溫度附近雙金屬部件偏斜的性能來(lái)提供“破壞(break)”電源接觸的機(jī)械動(dòng)作，從而中斷相關(guān)元件的電源。

當(dāng)該種溫度感應(yīng)雙金屬以及其它類似的控制裝置被廣泛使用并被以高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)時(shí)，它們普遍是機(jī)械的并且與所有機(jī)械的大量生產(chǎn)的裝置相同都會(huì)經(jīng)受故障，故障的可能性隨著使用而增加。

該種溫度感應(yīng)控制裝置的操作故障將導(dǎo)致相關(guān)元件的過(guò)熱及自毀，以及對(duì)于用戶的潛在的災(zāi)難性結(jié)果。

具有自控制特性的電加熱元件是可用的。通常，由以小量其它金屬摻雜的鈦酸鋇的各種合成物來(lái)制造這些電加熱元件。當(dāng)溫度被增加到居里點(diǎn)附近時(shí)，它們的電阻增加了10的若干次冪，居里點(diǎn)也被已知為“轉(zhuǎn)換”溫度。然而，該種加熱元件具有嚴(yán)重限制它們的廣泛應(yīng)用和使用的多個(gè)限制。下面列出某些限制：

·摻雜的鈦酸鋇的主要缺點(diǎn)是內(nèi)在特性：在從環(huán)境溫度到“轉(zhuǎn)換”溫度或居里點(diǎn)的溫度范圍內(nèi)，該種材料的電阻率不恒定，而是在溫度增加到高的數(shù)值之前，電阻率隨溫度的增加而逐漸地降低。

·另一個(gè)缺點(diǎn)是：根據(jù)所使用的摻雜物或摻雜物的化合物的成分和濃度，該種材料中的電阻的減小的速度和幅值有些變化。

作為上述缺點(diǎn)的結(jié)果，由該種合成物制造的加熱元件存在從在環(huán)境溫度中測(cè)量的溫度到僅在“轉(zhuǎn)換”溫度或居里點(diǎn)之前出現(xiàn)重大減小的操作電阻，減小量可以與原始電阻的一半一樣大。此外，該減小量以不可預(yù)知的方式出現(xiàn)。

上述故障對(duì)使用該種元件家用電器制造商及其它制造商提出一個(gè)問(wèn)題：確定用哪個(gè)環(huán)境電阻生產(chǎn)該種元件以使功率輸出最大化。

在說(shuō)明中，考慮使用的現(xiàn)有的元件-以單相230伏AC電源工作的家用水加熱裝置。230伏裝置允許的最大電流是13安，通過(guò)歐姆定律，這將該種單個(gè)元件裝置的最大功率輸出限定為大約3千瓦，因此，將所使用的加熱元件的最小電阻限定為17.7歐姆。

通常，該種現(xiàn)有元件的電阻隨著操作溫度的增加而輕微增加，但是僅增加大約1-2％。因此，當(dāng)該溫度是最小值并且當(dāng)?shù)竭_(dá)沸點(diǎn)時(shí)從該溫度輕微減小時(shí)，由元件產(chǎn)生的熱以及對(duì)水的能量傳遞是最大值。

相同的功率和電流限制應(yīng)用到摻雜的鈦酸鋇元件，從而使得17.7歐姆的最小電阻需要處于“轉(zhuǎn)換”或居里點(diǎn)附近的溫度，從而造成環(huán)境溫度中的更高的電阻。假設(shè)電阻在比方說(shuō)25％的適當(dāng)溫度范圍內(nèi)減小，將需要生產(chǎn)具有23.6歐姆的環(huán)境電阻的典型的摻雜的鈦酸鋇元件。使用歐姆定律，能夠示出在水加熱周期的開(kāi)始，可用的熱能僅為2.24kw，僅當(dāng)?shù)竭_(dá)沸點(diǎn)時(shí)增加到3kw。這是與家用電器制造商所要求的結(jié)果相反的結(jié)果，在圖1中示出具有120℃的居里點(diǎn)“轉(zhuǎn)換”溫度的摻雜的鈦酸鋇合成物的電阻-溫度特性的示例。

摻雜的鈦酸鋇元件的另一個(gè)缺點(diǎn)來(lái)自用于生產(chǎn)該元件的方法。摻雜的鈦酸鋇主要從組成任意特定部分的大塊基體的單個(gè)粒子之間的晶粒邊界的特征獲得它們的特定的溫度/電阻特性。從而，根據(jù)所需要的已完成的物體，通常，通過(guò)在壓榨機(jī)中將適當(dāng)成份的所需要的數(shù)量的細(xì)粉微粒與粘合劑一起壓制至適當(dāng)?shù)拇笮『托螤睿缓螅谌蹱t中以需要的溫度燒結(jié)壓制后的塊以產(chǎn)生均勻的產(chǎn)品，由此產(chǎn)生由摻雜的鈦酸鋇制成的物體。當(dāng)這是充足的制造方法時(shí)，可能導(dǎo)致這樣的產(chǎn)品：在壓制階段中該產(chǎn)品不是充分密實(shí)的，因此，不存在統(tǒng)一的操作特征或具有來(lái)自燒結(jié)階段的殘余的應(yīng)力。作為結(jié)果，在隨后的熱循環(huán)過(guò)程中，它們易于破裂及出現(xiàn)操作故障。因此，必須預(yù)先檢測(cè)元件以丟棄故障元件。