[实用新型]厚膜加热器

说明书

技术领域

本实用新型涉及电加热装置，具体涉及厚膜加热器。

背景技术

厚膜加热器是采用厚膜丝网印刷工艺，在基板上印刷绝缘介质、加热电阻、导体、玻璃保护釉等材料，通过高温烧结而成的新型加热器件，广泛应用在家用电水壶、电咖啡壶、电热水器、电发板、电烫斗、加湿机等。典型的厚膜加热器包括通常所说的印制并烧结在一个电绝缘基片上的“厚膜”电阻加热印刷线路。具体作法是将玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷等绝缘介质(以下统称绝缘介质)附着在金属基体上(代表性的基体材料包括SUS430、SUS444、SUS304)形成绝缘层，然后按设计的印刷图形将发热电阻材料印刷在绝缘层上并烧制形成发热轨迹，再用同样印刷、烧制方式将保护玻璃釉覆盖发热电阻，以保护该发热轨迹、防止它被腐蚀或氧化。

厚膜加热器的基体材料除上述的SUS430、SUS444、SUSU304等金属材料外，作为这种涂覆金属基体的一个变形，该基体可以是坚硬的陶瓷体(如Al2O3及AlN陶瓷)或微晶玻璃体。这些基体材料本身就是绝缘的，因此，在利用这些绝缘材料作为基体时，可以直接在基体材料上印刷并烧制发热电阻，无须在基体材料上再制作绝缘层。

与传统电热丝式加热器比较，厚膜加热器具有功率密度高、热响应快等显著优势。

但是，由于功率密度高、热响应快，如果在非正常工作状态下(如加热器干烧)，厚膜加热器的温度将会急剧上升。在实际测试中，加热器的直径为118mm，发热电阻功率密度为60W/c m²，在干烧状态下，发热电阻表面的温升速率可以达到80℃/秒。很显然，厚膜加热器不允许在错误的状态下被过度的加热，如此高的温升速率，将在极短的时间内导致厚膜加热器的绝缘层出现微裂纹而损坏，从而出现厚膜加热器漏电或发热电阻烧断的情况，极端情况下可能产生漏电或者火灾事故。这不但对采用厚膜加热器的产品本身，而且对该产品的使用者本身造成潜在的严重损害。

厚膜加热器的错误工作状态通常有以下几种：

(1)设置有厚膜加热器的产品内没有被加热物质，厚膜加热器处于干烧的工作状态(以下称“干烧”)。

(2)设置有厚膜加热器的产品被倾斜放置，被加热物质只在厚膜加热器的局部存在，另外一部分出现干烧(以下称“局部干烧”)。

(3)设置有厚膜加热器的产品，其厚膜加热器局部由于外在原因(如被加热物质烧焦后附着在厚膜加热表面，水垢附着在加热器表面)导致局部的热能不能有效传递到被加热物质上(以下称“局部传热不佳”)。

为防止厚膜加热器在上述错误工作状态下被过度加热，通常的解决方案是在厚膜加热器上设置可复位的双金属过热保护器(典型的产品有Strix公司的U28，Otter公司的X21、X44等)。当设置有厚膜加热器的产品内没有被加热物质或被加热物质烧干，厚膜加热器过热时，双金属过热保护器接通并工作。典型地，这种双金属过热保护器包括双金属驱动器，双金属驱动器与厚膜加热器接触、并在给定温度下工作。

但是，使用这种双金属过热保护器存在一些不可克服的缺陷，即：

(1)双金属过热保护器的温度检测是靠双金属片来实现的，双金属片检测的是其接触区域，在其非接触区域的超温将不能及时检测出来，不能实现全平面的探测和保护。在某些情况下，比如发热容器倾斜放置，在双金属片检测区域有被加热物质，而某些区域没有被加热物质，出现局部干烧，这时候，双金属片是不会探测到这种异常，也不会动作。

(2)双金属过热保护器是通过双金属片达到动作温度后产生形变来完成保护动作，双金属片的动作始终有一个迟滞时间，在温升速率过的情况下，将不能有效保护。对此缺陷的另外一种解决办法是选用动作温度更低的双金属片，但是，过低动作温度的双金属片可能会在正常工作状态情况误动作。

(3)双金属过热保护器的结构复杂，体积过大，而且，与广泛采用电子控制的趋势不相符合。

另外一种防止厚膜加热器过热的方法是在厚膜加热器上安装正温度系数(PTC)或负温度系数(NTC)温度传感电阻，PTC或NTC电阻根据检测到的不同温度呈现不同的阻值，控制电路根据这些阻值判断厚膜加热器是否过热，如果超过控制器的设定阀值，控制器将发出指令，切断加热电源。使用这种控制方式的好处是可靠，响应快速，而且设计灵活、方便。但是这种控制方式的也受到这种传感器本身的一些弱点所制约，主要缺点有：

(1)温度传感电阻检测的也是其安装区域的温度，厚膜加热器的其他区域的温度是不会被检测到的，与双金属片机械保护装置存在的缺陷一样，不能实现全平面的检测。