專利名稱：電熱結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電熱結(jié)構(gòu)，特別涉及一種使用具高電熱轉(zhuǎn)換效率的氧化物導(dǎo)電膜，配合金屬導(dǎo)熱板、多孔質(zhì)絕緣層以及熱傳途徑最短的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所形成的高效率的電熱結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
將電能轉(zhuǎn)換為熱能的技術(shù)手段已被普遍應(yīng)用于各類電熱產(chǎn)品，傳統(tǒng)利用鎳鉻電阻線使電流與電阻作用產(chǎn)生焦耳效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)換為熱能的方式，因使用材料的阻抗特性，伴隨非焦耳熱的能量轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，導(dǎo)致電功率轉(zhuǎn)換成熱功率的能量損失，造成電熱轉(zhuǎn)換效率下降，因此，業(yè)界又發(fā)展出一種具有較高電熱轉(zhuǎn)換效率的氧化物電熱膜，所述電熱膜是將具有適當(dāng)電阻系數(shù)的半導(dǎo)性氧化物材料制成膜層結(jié)構(gòu)，一般是采用螺旋狀的高電阻性(鎳、鉻、鐵的合金)金屬膜，其電容及電感成份極低，在市電頻率(60Hz)下呈現(xiàn)良好的純電阻特性，可使電能完整的轉(zhuǎn)換成熱能，在相同輸入功率下，電熱膜比一般使用的鎳鉻電阻線有更高的電熱轉(zhuǎn)換效率。
有關(guān)上述氧化物電熱膜的實(shí)施結(jié)構(gòu)可參閱專利US20020190051、US20040026411、WO0198054、EP1571888等等，以美國專利US20020190051為例，如圖1所示，所述加熱板82是在基材82a上黏結(jié)電熱膜82b，再于電熱膜82b上布置加熱線圈82c，加熱線圈82c的兩端設(shè)有電極82d，所述加熱板82雖然可在基材82a上布置夠大面積的加熱線圈82c，但受限于金屬導(dǎo)電性與所需的電功率，使得電熱膜82b結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，此外，加熱線圈82c具有間隙，仍會使基材82a產(chǎn)生受熱不均的現(xiàn)象。
其次，由于電熱膜具有導(dǎo)電性，當(dāng)制作于金屬或?qū)щ娀臅r(shí)，必須以絕緣層包覆，所述類技術(shù)手段揭露于US20050167414、US6752071、WO0111924、JP2000275078等專利，以美國專利US20050167414為例，如圖2所示，在電熱膜91上下兩面披覆有絕緣層92、93，如此即可將電熱膜91結(jié)合于金屬或?qū)щ娀牡幕?4底部，然所述結(jié)構(gòu)存在有以下缺失一、絕緣層92、93與電熱膜91的膨脹系數(shù)差異大，容易使絕緣層92、93產(chǎn)生龜裂，導(dǎo)致接合性劣化；二、因電熱膜91是采用螺旋狀厚膜電阻，使得包覆于絕緣層92、93間因散熱不均而產(chǎn)生局部過熱，造成電熱膜91燒斷。
為改善上述采用金屬或?qū)щ娀乃a(chǎn)生的缺失，因此可采用如玻璃、玻璃陶瓷或塘磁鋼板等非金屬材質(zhì)，所述類技術(shù)手段揭露于US6225608、WO0065877、AU8069375、EP0954201、CN1444887等各國專利內(nèi)容中，然使用非金屬基材卻又衍生出其它問題，除導(dǎo)熱較差外，結(jié)構(gòu)體的耐機(jī)械撞擊強(qiáng)度也較差，而搪瓷鋼板雖有較高的導(dǎo)熱性，但鋼板表面的釉料在長時(shí)間電熱工作下，亦容易產(chǎn)生龜裂而造成漏電。
再以電極接點(diǎn)焊接型態(tài)而言，一般電熱膜的輸出入電極接點(diǎn)可采用焊接與絕緣材料包覆兩種方式，所述現(xiàn)有技術(shù)手段分別揭露于WO0111924、JP2003168685等專利中，由于電熱膜的厚度有限，因此采用焊接方式會破壞電熱膜強(qiáng)度并導(dǎo)致變形，而采用絕緣材包覆方式，則又會造成接著強(qiáng)度以及工作膨脹差異問題，亦容易產(chǎn)生接觸電阻升高，最后造成接點(diǎn)損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種電熱結(jié)構(gòu)，其使用具高電熱轉(zhuǎn)換效率的氧化物電熱膜，配合金屬導(dǎo)熱板、多孔質(zhì)絕緣層以及熱傳途徑最短的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有高加熱效率。
本實(shí)用新型的次要目的在于提供一種電熱結(jié)構(gòu)，可達(dá)省電、省時(shí)與均勻加熱的效用。
本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種電熱結(jié)構(gòu)，其溫度調(diào)整范圍大，尤適于應(yīng)用于烹飪器具。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供一種電熱結(jié)構(gòu)，其主要是由一用以傳導(dǎo)熱能的導(dǎo)熱板、一設(shè)置于導(dǎo)熱板底部的加熱片結(jié)構(gòu)、一用以導(dǎo)電的金屬電極以及一導(dǎo)電件構(gòu)成，所述加熱片結(jié)構(gòu)包括一多孔質(zhì)絕緣層及氧化物導(dǎo)電材料的電熱膜，所述金屬電極是與電熱膜相結(jié)合，所述導(dǎo)電件的一端連接于金屬電極，另一端連接一電源接著端子；由此，所述金屬電極、導(dǎo)電件、電源接著端子構(gòu)成電性導(dǎo)通狀態(tài)，外部電源經(jīng)由導(dǎo)電件傳導(dǎo)至加熱片結(jié)構(gòu)后，可將電能轉(zhuǎn)換為熱能傳輸至導(dǎo)熱板，使導(dǎo)熱板發(fā)熱。
較佳地，所述導(dǎo)熱板是為不銹鋼等具有導(dǎo)熱性的金屬材質(zhì)。
較佳地，所述導(dǎo)熱板表面噴涂有遠(yuǎn)紅外線放射材料。
較佳地，加熱片結(jié)構(gòu)是以接口接著強(qiáng)化層披覆于多孔質(zhì)絕緣層后再接著于導(dǎo)熱板。
較佳地，所述接口接著強(qiáng)化層是為熱噴涂氧化鋁或噴砂后熔燒高膨脹系數(shù)的玻璃所形成。
較佳地，所述玻璃的膨脹系數(shù)達(dá)到導(dǎo)熱板膨脹系數(shù)值的50％以上。
較佳地，所述多孔質(zhì)絕緣層由絕緣性氧化物，如氧化鋁、氧化鋯、氧化硅、沸石、青石等，以及軟化溫度800℃以下的玻璃粉體形成。
較佳地，所述多孔質(zhì)絕緣層具有均勻分散于絕緣層中且占有20％以下體積的多個(gè)孔洞。
較佳地，所述孔洞直徑位于0.05至10微米間。
較佳地，所述電熱膜是由氧化錫、氧化銦或氧化鋅導(dǎo)電材料所制成。
較佳地，所述電熱膜是藉由玻璃質(zhì)層與多孔質(zhì)絕緣層相結(jié)合。
較佳地，所述玻璃質(zhì)層為軟化點(diǎn)800℃以下的玻璃粉經(jīng)加溫熔融形成。
較佳地，所述金屬電極是藉由銀膠電極與電熱膜相結(jié)合。
較佳地，所述金屬電極是為銅、鐵鎳、鈦合金等具有高導(dǎo)電性的金屬條。
較佳地，所述導(dǎo)電件為耐熱導(dǎo)電片或包覆耐熱材的導(dǎo)線。
較佳地，所述電熱結(jié)構(gòu)是設(shè)置于一機(jī)殼內(nèi)，于金屬電極與機(jī)殼之間設(shè)有一彈片，藉由所述彈片具有的彈性施加壓力于金屬電極上，可確保電熱膜與金屬電極良好接觸。
較佳地，所述彈片與金屬電極之間設(shè)置有一絕緣層。
較佳地，所述電源接著端子是設(shè)置于一機(jī)殼上，所述導(dǎo)電件與機(jī)殼之間設(shè)有耐熱絕緣片。
本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1.使用具有高電熱轉(zhuǎn)換效率的氧化物導(dǎo)電材料的電熱膜，可減少通電時(shí)的電容與電感性，呈現(xiàn)良好的純電阻特性；2.將電熱膜直接制作于披覆多孔質(zhì)絕緣層的導(dǎo)熱板底部，以導(dǎo)熱板作為加熱板，其熱傳輸途徑最短、熱傳導(dǎo)方式直接，可減少熱量流失、達(dá)到最大熱能傳輸，并可獲致高加熱效率，于相同電功率輸入下，可較傳統(tǒng)電熱結(jié)構(gòu)增加30％以上的加熱速率；3.電熱膜是黏結(jié)于多孔質(zhì)絕緣層表面，所述絕緣層不僅可避免電熱膜與導(dǎo)熱板間的漏電，同時(shí)其多孔特性可提供導(dǎo)熱板與電熱膜間膨脹系數(shù)度不同所產(chǎn)生的應(yīng)力的緩沖，避免電熱膜因大幅冷熱溫度變化而產(chǎn)生龜裂；4.電熱膜的端電極是使用以銀膠電極燒附的金屬電極，所述金屬電極經(jīng)由鉚釘、導(dǎo)電件、鉚釘直接連接電源接著端子，使電熱膜常時(shí)間使用均能維持低電狀態(tài)；5.金屬電極透過絕緣層以具有彈性的金屬彈片頂?shù)钟陔姛崮?，可確保電熱膜工作時(shí)金屬電極與金屬電極、銀膠電極之間具有良好電性接觸；6.電熱膜直接黏貼導(dǎo)熱板，可確保導(dǎo)熱板整體具有高的加熱效率，達(dá)到省電、省時(shí)與均勻加熱的效果，由適用于烹調(diào)器具。
為了對本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)目的和功效有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)同，配合圖標(biāo)詳細(xì)說明如后。


圖1是現(xiàn)有美國專利US20020190051的加熱板結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有美國專利US20050167414以絕緣層包覆電熱膜的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型較佳實(shí)施例結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；圖3A-A是圖3的A-A部結(jié)構(gòu)放大圖；圖4是本實(shí)用新型與其它不同性質(zhì)加熱器的加熱效率比較圖。
附圖標(biāo)記說明本實(shí)用新型1導(dǎo)熱板；11側(cè)邊；12內(nèi)部空間；13頂部周緣；2加熱片結(jié)構(gòu)；21多孔質(zhì)絕緣層；211孔洞；22玻璃質(zhì)層；23電熱膜；3電極固定結(jié)構(gòu)；31金屬電極；32銀膠電極；33彈片；4接線結(jié)構(gòu)；41導(dǎo)電件；42、43鉚釘；44耐熱絕緣片；5接口接著強(qiáng)化層；6絕緣層；7機(jī)殼；71螺絲；72基座；73電源接著端子。
現(xiàn)有結(jié)構(gòu)82加熱板；82a-基材；82b-電熱膜；82c-加熱線圈；82d-電極；91電熱膜；92、93絕緣層；94基材。
具體實(shí)施方式
請參閱圖3所示本實(shí)用新型較佳實(shí)施例結(jié)構(gòu)的剖面示意圖，以及圖3A-A所示的結(jié)構(gòu)放大圖，本實(shí)用新型提供的一種電熱結(jié)構(gòu)，其主要是由一導(dǎo)熱板1、加熱片結(jié)構(gòu)2、電極固定結(jié)構(gòu)3、接線結(jié)構(gòu)4所構(gòu)成，上述導(dǎo)熱板1、加熱片結(jié)構(gòu)2、電極固定結(jié)構(gòu)3、接線結(jié)構(gòu)4均設(shè)置在一機(jī)殼7內(nèi)部。
所述導(dǎo)熱板1，是作為傳導(dǎo)熱能之用，可采用不銹鋼等具有導(dǎo)熱性的金屬材質(zhì)，如圖所示，所述導(dǎo)熱板1的側(cè)邊11是加工向上彎折使導(dǎo)熱板1呈一碗狀，其內(nèi)部空間12可供盛放待加熱的物體，亦可將側(cè)邊11向下彎折，使所述導(dǎo)熱板1呈現(xiàn)一平臺狀，亦可在所述導(dǎo)熱板1表面噴涂遠(yuǎn)紅外線放射材料以增加熱傳效果，此外，所述導(dǎo)熱板1頂部周緣13是嵌合于所述機(jī)殼7內(nèi)，為避免導(dǎo)熱板1熱量直接傳導(dǎo)至機(jī)殼7，可在導(dǎo)熱板1與機(jī)殼7的接合面設(shè)置隔熱結(jié)構(gòu)，如發(fā)泡塑料、電木、耐火棉等，此為現(xiàn)有技術(shù)，故在此不予贅述。
所述加熱片結(jié)構(gòu)2，是通過一接口接著強(qiáng)化層5結(jié)合于上述導(dǎo)熱板1底部，所述接口接著強(qiáng)化層5為一種具有高結(jié)合性的絕緣性氧化物層，可使用熱噴涂氧化鋁或噴砂后熔燒高膨脹系數(shù)的玻璃，所述玻璃的膨脹系數(shù)達(dá)到導(dǎo)熱板1膨脹系數(shù)值50％以上；所述加熱片結(jié)構(gòu)2是由多孔質(zhì)絕緣層21、玻璃質(zhì)層22、電熱膜23所構(gòu)成，所述多孔質(zhì)絕緣層21是由如氧化鋁、氧化鋯、氧化硅、沸石、青石等，以及軟化溫度800℃以下的玻璃粉體組成的具有均勻孔洞211分布的絕緣層，所述孔洞211占整體多孔質(zhì)絕緣層21體積20％以下，作為調(diào)整膨脹系數(shù)使用，孔洞直徑在0.05至10微米間，以0.2至3微米最為適當(dāng)；所述電熱膜23是由氧化錫、氧化銦、氧化鋅等導(dǎo)電材料所形成的氧化物電熱膜，具有10-3Ω·cm以上的電阻系數(shù)，通電流可產(chǎn)生焦耳熱；所述玻璃質(zhì)層22是由軟化點(diǎn)800℃以下的玻璃粉經(jīng)加溫熔融形成，其是設(shè)置于電熱膜23與多孔質(zhì)絕緣層21之間，作為黏結(jié)電熱膜23與多孔質(zhì)絕緣層21的接著劑，通過所述玻璃質(zhì)層22的致密結(jié)構(gòu)，也有利于電熱膜23的制作。
所述電極固定結(jié)構(gòu)3，主要是由金屬電極31、銀膠電極32與彈片33所構(gòu)成；所述金屬電極31為一如銅、鐵鎳、鈦合金等具有高導(dǎo)電性的金屬條，其通過銀膠電極32黏結(jié)在電熱膜23上，且由金屬電極31、銀膠電極32構(gòu)成所述電熱膜23的端電極；所述彈片33是為具有彈力的不銹鋼材質(zhì)的金屬片，其是設(shè)置于金屬電極31底部與機(jī)殼7之間，且所述彈片33與金屬電極31之間設(shè)置有一絕緣層6，通過所述彈片33具有的彈性施加壓力于金屬電極31上，可避免電熱膜23工作時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力造成金屬電極31接點(diǎn)不良，且因金屬彈片33與金屬電極31之間設(shè)有絕緣層6，因此可將彈片33直接固定于機(jī)殼7底部上，如圖所示，其固定方式是經(jīng)由預(yù)焊接于機(jī)殼7上的螺絲71螺合設(shè)置在機(jī)殼7底部的基座72上。
所述接線結(jié)構(gòu)4，其包括一導(dǎo)電件41，所述導(dǎo)電件41可為耐熱導(dǎo)電片或包覆耐熱材的導(dǎo)線，所述導(dǎo)電件41的一端以鉚釘42鉚合于金屬電極31上，另一端是以鉚釘43經(jīng)由耐熱絕緣片44鉚合于設(shè)置于機(jī)殼7上的電源接著端子73，由此使得金屬電極31、導(dǎo)電件41、電源接著端子73構(gòu)成電導(dǎo)通狀態(tài)，外部電源可經(jīng)由電源接著端子73輸入導(dǎo)電件41，所述耐熱絕緣片44則可防止電流傳導(dǎo)至機(jī)殼7上。
請參閱圖4所示本實(shí)用新型與其它不同性質(zhì)加熱器的加熱效率比較圖，同樣使用1kW電功率輸入下，測量導(dǎo)熱板表面中央的溫度上升情況，其中曲線A是使用電熱(Ni-Cr)線加熱器直接焊接于與電熱膜的導(dǎo)熱板相同厚度的導(dǎo)熱板上，由于電熱線經(jīng)絕緣粉(氧化鎂或氧化鋁)封于金屬管中，熱量傳送必須經(jīng)由絕緣粉與金屬接口方能傳送至加熱的導(dǎo)熱板上，最后再由導(dǎo)熱板分布到整個(gè)金屬面，因此溫升速率比電熱膜慢；曲線B是本實(shí)用新型采用的以電熱膜直接透過導(dǎo)熱板加熱的效率曲線，其充分顯示出較傳統(tǒng)電熱(Ni-Cr)線加熱器所得曲線A有增加30％以上的加熱速率。
曲線C是于導(dǎo)熱板表面披覆具遠(yuǎn)紅外線放射的陶瓷材料，整體溫升效果與未加遠(yuǎn)紅外線材料層所得曲線B類似，但因陶瓷質(zhì)表面的散熱性較金屬材質(zhì)低，因此測得略高的溫升狀況。
以上所述，僅為本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例而已，當(dāng)不能以的限定本實(shí)用新型所實(shí)施的范圍。即大凡依本實(shí)用新型權(quán)利要求所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)仍屬于本實(shí)用新型專利涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一用以傳導(dǎo)熱能的導(dǎo)熱板；一加熱片結(jié)構(gòu)，設(shè)置在導(dǎo)熱板底部，由多孔質(zhì)絕緣層、電熱膜構(gòu)成，所述電熱膜為氧化物導(dǎo)電膜；一用以導(dǎo)電的金屬電極，與電熱膜相結(jié)合；一導(dǎo)電件，其一端連接于金屬電極上，另一端連接一電源接著端子。
2.如權(quán)利要求1所述的電熱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)熱板為具有導(dǎo)熱性的金屬材質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1所述的電熱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)熱板表面噴涂有遠(yuǎn)紅外線放射材料。
4.如權(quán)利要求1所述的電熱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述加熱片結(jié)構(gòu)是通過接口接著強(qiáng)化層披覆于多孔質(zhì)絕緣層后再接著于導(dǎo)熱板。
5.如權(quán)利要求2所述的電熱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述接口接著強(qiáng)化層為熱噴涂氧化鋁或噴砂后熔燒高膨脹系數(shù)的玻璃所形成。
6.如權(quán)利要求5所述的電熱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述玻璃的膨脹系數(shù)達(dá)到導(dǎo)熱板膨脹系數(shù)值的50％以上。
7.如權(quán)利要求1所述的電熱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述多孔質(zhì)絕緣層由絕緣性氧化物，以及軟化溫度800℃以下的玻璃粉體形成。
8.如權(quán)利要求1所述的電熱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述多孔質(zhì)絕緣層具有均勻分散于絕緣層中且占有20％以下體積的多個(gè)孔洞。
9.如權(quán)利要求第8項(xiàng)所述的電熱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述孔洞直徑位于0.05至10微米間。
10.如權(quán)利要求1所述的電熱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述電熱膜是由導(dǎo)電材料所形成的氧化物電熱膜。
11.如權(quán)利要求1所述的電熱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述電熱膜是通過玻璃質(zhì)層與多孔質(zhì)絕緣層相結(jié)合。
12.如權(quán)利要求11所述的電熱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述玻璃質(zhì)層為軟化點(diǎn)800℃以下的玻璃粉經(jīng)加溫熔融形成。
13.如權(quán)利要求1所述的電熱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬電極是通過銀膠電極與電熱膜相結(jié)合。
14.如權(quán)利要求1所述的電熱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬電極為具有高導(dǎo)電性的金屬條。
15.如權(quán)利要求1所述的電熱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)電件為耐熱導(dǎo)電片或包覆耐熱材的導(dǎo)線。
16.如權(quán)利要求1所述的電熱結(jié)構(gòu)，其特征在于其是設(shè)置于一機(jī)殼內(nèi)，于金屬電極與機(jī)殼之間設(shè)有一彈片。
17.如權(quán)利要求16所述的電熱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述彈片與金屬電極之間設(shè)置有一絕緣層。
18.如權(quán)利要求1所述的電熱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述電源接著端子是設(shè)置于一機(jī)殼上，所述導(dǎo)電件與機(jī)殼之間設(shè)有耐熱絕緣片。
專利摘要本實(shí)用新型是提供一種電熱結(jié)構(gòu)，其主要是由一用以傳導(dǎo)熱能的導(dǎo)熱板、一設(shè)置于導(dǎo)熱板底部的加熱片結(jié)構(gòu)、一用以導(dǎo)電的金屬電極以及一導(dǎo)電件構(gòu)成，所述加熱片結(jié)構(gòu)包括一多孔質(zhì)絕緣層及氧化物導(dǎo)電材料的電熱膜，所述金屬電極是與電熱膜相結(jié)合，所述導(dǎo)電件的一端連接于金屬電極，另一端連接一電源接著端子；由此，所述金屬電極、導(dǎo)電件、電源接著端子構(gòu)成電導(dǎo)通狀態(tài)，外部電源經(jīng)由導(dǎo)電件傳導(dǎo)至加熱片結(jié)構(gòu)后，可將電能轉(zhuǎn)換為熱能傳輸至導(dǎo)熱板，使導(dǎo)熱板發(fā)熱。
文檔編號H05B3/02GK2838195SQ200520130250
公開日2006年11月15日 申請日期2005年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月1日
發(fā)明者鄭世裕, 楊友財(cái), 陳璟鋒 申請人:典通科技股份有限公司