本發(fā)明涉及厚膜加熱領域，具體為一種雙面高導熱能力的厚膜發(fā)熱元件。

背景技術：

厚膜發(fā)熱元件是指在基體上，將發(fā)熱材料制成厚膜，進行通電發(fā)熱的發(fā)熱元件。傳統(tǒng)的加熱方式，包括電熱管加熱和PTC加熱，電熱管加熱元件是以金屬管為外套，在金屬管內以螺旋狀分布鎳鉻或鐵鉻合金，作為加熱絲，在間隙空間填充具有良好導熱和絕緣特性的氧化鎂砂，兩端用硅膠密封；PTC加熱元件，以PTC陶瓷作為發(fā)熱材料。目前的電熱管加熱和PTC加熱的方式是間接加熱，表現(xiàn)出較低的熱效率，且外形體積大而笨重，從環(huán)保角度來看，這兩種加熱器反復加熱后，不耐臟，不易清潔，且PTC加熱元件中含有鉛等有害物質，易氧化，功率會衰減，使用壽命短。

CN201210320614.9描述了一種通過厚膜加熱的鋁合金加熱管，包括加熱管主體和厚膜加熱板，所述加熱管主體的側面設有一深度方向沿徑向向內的插入槽，所述厚膜加熱板位于該插入槽內；所述加熱管主體于插入槽的兩側分別設有長度方向沿加熱管主體軸向的通孔。這種鋁合金加熱管是厚膜電路板上的厚膜加熱電路是印制在陶瓷或其他絕緣材料的基片上，在厚膜電路的上方又涂覆有一層絕緣介質，因此整個厚膜加熱板表面是絕緣的。

CN201010110037.1描述了一種帶干燒保護功能的厚膜加熱組件，包括用于電加熱的厚膜加熱器，安裝在厚膜加熱器上的用于實現(xiàn)厚膜加熱器與外部組件連接的點連接支架，以及安裝在厚膜加熱器上的干燒保護器，電連接支架與干燒保護器構成整體部件，干燒保護器至少包括一個與控制電路點連接的電子干燒保護和一個機械干燒保護。

盡管目前加熱元件已經逐漸應用到生活電器領域，但是上述厚膜加熱的主體都是附著在電器上面，很少有獨立的元件；目前也沒有提供能夠雙面具有高導熱能力的厚膜發(fā)熱元件，并將該雙面加熱的厚膜元件應用到生活生產領域中，實現(xiàn)雙面均勻加熱的功能。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種體積小﹑工作效率高﹑環(huán)保性好﹑安全性能高和使用壽命長的具有雙面高導熱能力的厚膜發(fā)熱元件。

本發(fā)明所述厚膜的概念主要是相對薄膜而言的，厚膜是指在載體上用印刷燒結技術所形成的厚度為幾微米到數(shù)十微米的膜層，制造這種膜層的材料，稱為厚膜材料，做成的涂層稱為厚膜涂層。厚膜發(fā)熱體具有功率密度大、加熱速度快、工作溫度高、升溫速度快、機械強度高、體積小，安裝方便、加熱溫度場均勻、壽命長、節(jié)能環(huán)保、安全等眾多優(yōu)點。

本發(fā)明提供一種雙面高導熱能力的厚膜發(fā)熱元件，包括載體、涂覆于載體上的厚膜涂層和覆蓋于厚膜涂層上的覆蓋層，所述厚膜涂層為加熱材料，加熱方式為電加熱，其中對所述載體、厚膜涂層以及覆蓋層的選擇為滿足以下每個不等式的材料：

Q₂≥Q₃

Q₂≥Q₁

且Q₁＝a×Q₃，Q₂＝b×Q₁，Q₂＝c×Q₃；

所述0.1≤a≤150，1≤b≤2500，100≤c≤10000；

其中Q₁的計算公式為：

Q₂的計算公式為：

Q₃的計算公式為：

所述T₂<T_{覆蓋層最低熔點}；

所述T₂<T_{載體最低熔點}；

所述T₀≤25℃

其中所述Q₁表示所述覆蓋層的傳熱速率；所述Q₂表示所述厚膜涂層的發(fā)熱速率；所述Q₃表示所述載體的傳熱速率；

所述λ₁表示所述覆蓋層的導熱系數(shù)；所述λ₂表示所述厚膜涂層的導熱系數(shù)；所述λ₃表示所述載體的導熱系數(shù)；

所述A表示所述厚膜涂層與覆蓋層或者載體的接觸面積；

所述b₁表示所述覆蓋層的厚度；所述b₂表示所述厚膜涂層的厚度；所述b₃表示所述載體的厚度；

所述T₀厚膜加熱元件的初始溫度；所述T₁表示所述覆蓋層的表面溫度；所述T₂表示所述厚膜涂層的加熱溫度；所述T₃表示所述載體的表面溫度；

所述厚膜涂層的厚度b₂≤50微米；

所述載體的厚度b₃≥覆蓋層的厚度b₁，且b₁≤1毫米，b₃≥1毫米；

所述T_{載體最低熔點}>25℃。

所述覆蓋層是指通過印刷或者燒結覆蓋在厚膜涂層上面的介質層，覆蓋層的面積大于厚膜涂層。

所述載體是指承載厚膜涂層的介質層，厚膜涂層通過印刷或者燒結涂覆在載體上。

所述導熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚的材料，兩側表面的溫差為1度(K，℃)，在1秒鐘內(1S)，通過1平方米面積傳遞的熱量，單位為瓦/米·度(W/(m·K)，此處為K，可用℃代替)。

在厚膜加熱元件的電加熱部位，覆蓋層、厚膜涂層以及載體是緊密粘接的，厚膜涂層的兩端連接外接電極，當厚膜涂層通電后，對厚膜涂層進行加熱，電能轉化為熱能，厚膜涂層開始發(fā)熱，厚膜涂層的發(fā)熱速率可以通過檢測得到厚膜涂層的導熱系數(shù)、接觸面積、起始溫度、加熱溫度以及厚度，并運用公式可以計算出來，其中T₂表示厚膜的加熱溫度。

本發(fā)明的技術特征是雙面高導熱能力的厚膜發(fā)熱元件，該技術特征要求覆蓋層、載體、厚膜涂層的發(fā)熱速率滿足以下幾個要求：

(1)覆蓋層的傳熱速率與載體的傳熱速率的限定條件滿足如下關系，即Q₁＝a×Q₃，其中0.1≤a≤150，滿足上述不等式的發(fā)熱厚膜元件的覆蓋層和載體的發(fā)熱能力較均勻，防止出現(xiàn)一面發(fā)熱過快不斷升溫而另一面溫度上升較慢，出現(xiàn)兩面發(fā)熱不均勻的現(xiàn)象，而達不到本發(fā)明產品的技術效果；

(2)厚膜涂層的發(fā)熱速率與覆蓋層的傳熱速率的限定條件滿足如下不等式，即Q₂≥Q₁，且Q₂＝b×Q₁，其中1≤b≤2500，如果厚膜涂層的發(fā)熱速率比覆蓋層的傳熱速率高出太多，厚膜涂層持續(xù)不斷的積累的熱量不能及時傳導出去，致使厚膜涂層的溫度不斷升高，當溫度超過覆蓋層的最低熔點時，覆蓋層開始融化，甚至燃燒，從而破壞覆蓋層或者載體的結構，損壞厚膜加熱元件；

(3)厚膜涂層的發(fā)熱速率與載體的傳熱速率的限定條件滿足如下不等式，即Q₂≥Q₃，且Q₂＝c×Q₃，100≤c≤10000，如果厚膜涂層的發(fā)熱速率比載體的傳熱速率高出太多，厚膜涂層持續(xù)不斷的積累的熱量不能及時傳導出去，致使厚膜涂層的溫度不斷升高，當溫度超過載體的最低熔點時，載體開始融化，甚至燃燒，從而破壞載體的結構，損壞厚膜加熱元件；

(4)厚膜涂層的加熱溫度不能高于覆蓋層或者載體的最低熔點，需滿足T₂< T_{覆蓋層最低熔點}，T₂<T_{載體最低熔點}，避免加熱溫度過高而損壞厚膜加熱元件。

滿足上述幾個要求，覆蓋層、載體的傳熱速率是由其材料本身的性質以及該厚膜加熱元件產品的性能決定，覆蓋層的傳熱速率計算公式為其中λ₁表示所述覆蓋層的導熱系數(shù)，單位是W/m.k，是由制備覆蓋層的材料的性質決定的；b₁是表示覆蓋層的厚度，由制備工藝以及厚膜加熱元件要求決定的；T₁是覆蓋層的表面溫度，是由厚膜加熱元件性能決定的。

載體的傳熱速率計算公式為其中λ₃表示所述載體的導熱系數(shù)，單位是W/m.k，是由制備載體的材料的性質決定的；b₃是表示載體的厚度，由制備工藝以及厚膜加熱元件要求決定的；T₃是載體的表面溫度，是由厚膜加熱元件性能決定的。

優(yōu)選的，所述載體與厚膜涂層之間通過印刷或者燒結粘結，所述厚膜涂層與覆蓋層通過印刷或者燒結粘結。

優(yōu)選的，所述載體與覆蓋層中間沒有厚膜涂層的區(qū)域通過印刷或者燒結粘結。

優(yōu)選的，所述載體包括聚酰亞胺、有機絕緣材料、無機絕緣材料、陶瓷、微晶玻璃、石英、水晶、石材材料。

優(yōu)選的，所述厚膜涂層為銀、鉑、鈀、氧化鈀、金或者稀土材料中的一種或幾種。

優(yōu)選的，所述覆蓋層為聚酯、聚酰亞胺或聚醚亞胺、陶瓷、硅膠、石棉、云母板中的一種或幾種制成的。

優(yōu)選的，所述厚膜涂層的面積小于或等于覆蓋層或載體的面積。

本發(fā)明提供的一種厚膜發(fā)熱元件的用途，用于雙面發(fā)熱的產品。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明的厚膜發(fā)熱元件具有雙面高導熱能力，兩面發(fā)熱比較均勻，提高傳熱效率；

2、本發(fā)明的厚膜發(fā)熱元件從用三層結構通過印刷或燒結直接粘接，厚膜涂層通電后對覆蓋層直接加熱，熱能直接傳導給覆蓋層，提高導熱效率，且本發(fā)明覆蓋層是覆蓋在厚膜涂層上，避免了厚膜涂層在通電后漏電問題，提高安全性能；

3、本發(fā)明的厚膜發(fā)熱元件可應用在需要雙面高導熱能力的產品上，滿足市場上多功能加熱產品的需求；

4、本發(fā)明的厚膜發(fā)熱元件是采用厚膜涂層加熱的，涂層的厚度在微米級別，在通電后發(fā)熱速率均勻，且使用壽命長。

具體實施方式

下面對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明：

本發(fā)明提供一種雙面高導熱能力的厚膜發(fā)熱元件，其特征在于，包括載體、涂覆于載體上的厚膜涂層和覆蓋于厚膜涂層上的覆蓋層，所述厚膜涂層為加熱材料，加熱方式為電加熱，其中對所述載體、厚膜涂層以及覆蓋層的選擇為滿足以下每個不等式的材料：

Q₂≥Q₃

Q₂≥Q₁

且Q₁＝a×Q₃，Q₂＝b×Q₁，Q₂＝c×Q₃；

所述0.1≤a≤150，1≤b≤2500，100≤c≤10000；

其中Q₁的計算公式為：

Q₂的計算公式為：

Q₃的計算公式為：

所述T₂<T_{覆蓋層最低熔點}；

所述T₂<T_{載體最低熔點}；

所述T₀≤25℃；

所述厚膜涂層的厚度b₂≤50微米；

所述載體的厚度b₃≥覆蓋層的厚度b₁，且b₁≤1毫米，b₃≥1毫米；

所述T_{載體最低熔點}>25℃。

下面實施例中給出了本申請人制備的20種厚膜元件，這20種后膜元件覆蓋層、厚膜涂層、載體的制備材料是選自滿足上述不等式的材料，具體制備方法以及關系如下：

實施例

選用導熱系數(shù)為λ₂的銀漿材料制備厚膜涂層，導熱系數(shù)為λ₃的聚酰亞胺材料制備載體，導熱系數(shù)為λ₁的聚酰亞胺材料制備覆蓋層，將三層材料通過燒結粘結，所制備的厚膜涂層的面積為A₂，厚膜涂層的厚度為b₂；覆蓋層的面積為A₁，厚度為b₁；載體的面積為A₃，厚度為b₃。

打開外接直流電源的開關后，給厚膜涂層通電，厚膜逐漸升溫，等到厚膜元件發(fā)熱穩(wěn)定后，測出受熱穩(wěn)定后的覆蓋層和載體的表面溫度，以及厚膜涂層的加熱溫度，通過如下 計算公式：計算出覆蓋層和載體的傳熱速率以及厚膜涂層的發(fā)熱速率。

下面表1至表4是本申請人制備的20種厚膜發(fā)熱元件，將厚膜元件通電加熱2分鐘后，采用國家標準方法測量得到表中性能數(shù)據(jù)(導熱系數(shù)、表面溫度)，厚度、接觸面積、初始溫度在加熱前測量，表1是檢測實施例1至實施例20中厚膜元件覆蓋層的性能數(shù)據(jù)，具體如下：

表1

表2是檢測實施例1至實施例20中厚膜元件厚膜涂層的性能數(shù)據(jù)，具體如下表2所示：

表2

表3是檢測實施例1至實施例20中厚膜元件載體的性能數(shù)據(jù)，具體如下表3所示：

表3

表4是根據(jù)上述表1/2/3中各性能數(shù)據(jù)，計算得到熱傳導速率數(shù)據(jù)，并將覆蓋層、厚膜涂層、載體三層的傳熱速率數(shù)值大小按比值運算得到滿足本發(fā)明的材料限定條件，即滿足下列不等式：Q₂≥Q₃；Q₂≥Q₁；且Q₁＝a×Q₃，Q₂＝b×Q₁，Q₂＝c×Q₃；所述0.1≤a≤150，1≤b≤2500，100≤c≤10000。

表4

表4結果表明實施例1至實施例20制備的厚膜發(fā)熱元件均滿足不等式，且上述厚膜發(fā)熱元件雙面發(fā)熱均勻，兩面溫差在16℃以下；在通電兩分鐘后溫度最高能上升到100℃以上，說明本發(fā)明的厚膜發(fā)熱元件發(fā)熱效率高。

表5至表8是針對本發(fā)明的厚膜發(fā)熱元件的對比例1-3的各性能數(shù)據(jù)，各項數(shù)據(jù)監(jiān)測方法跟表1-表4中一樣，具體數(shù)據(jù)如下：

表5

表6

表7

表8

上述表中對比例1-3提供的厚膜發(fā)熱元件在選材以及結構不符合本發(fā)明的選材要求，不滿足不發(fā)明的不等式關系，在通電加熱后，對比例1-3的兩面發(fā)熱不均勻，覆蓋層和載體面的發(fā)熱溫差達到40℃以上，這是覆蓋層升溫過快而載體發(fā)熱過慢的結果，不符合本發(fā)明的雙面均具有高導熱能力厚膜發(fā)熱元件的要求，不滿足本發(fā)明產品要求，以此證實本發(fā)明中傳熱速率關系。

根據(jù)上述說明書的揭示和教導，本發(fā)明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式，對發(fā)明的一些 修改和變更也應當落入本發(fā)明的權利要求的保護范圍內。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構成任何限制。