温度制御を有する加熱要素

专利摘要:
要約すれば、本発明は、加熱ユニット、熱移動ユニット並びに第１の温度制御要素及び第２の温度制御要素を備える加熱要素に関し、第１の温度制御要素が加熱ユニットに対して第１の距離に提供され、第２の温度制御要素が加熱ユニットに対して第２の距離に提供され、第１の温度制御要素が第１の最低作動閾値を有し、第２の温度制御要素が第２の最低作動閾値を有し、第２の距離が第１の距離よりも短く、第２の閾値が第１の閾値よりも高く、第１の温度制御要素及び第２の温度制御要素が、両方とも熱移動ユニットと直接接触している。更なる態様において、本発明は、加熱要素を使用することによる電気機具の加熱方法と、加熱要素を提供するための方法とに関する。
公开号:JP2011514645A
申请号:JP2011500125
申请日:2009-03-25
公开日:2011-05-06
发明作者:オラフ、ゼーレンゼン；ユルゲン、ゼング
申请人:ブラウン ゲーエムベーハー；
IPC主号:H05B3-00

专利说明:

[0001] 本発明は、加熱ユニット、熱移動ユニット並びに第１の温度制御要素及び第２の温度制御要素を備える加熱要素に関する。加熱ユニットは、非常に様々な用途に有用であることが証明されている。本明細書に開示する加熱ユニットは、例えばオーブン並びに食品加温器、給湯器、湯沸かし及びコーヒーメーカー又はトースターを含む他のキッチン電気機具にて有用であり得る。それらの加熱ユニットは、衣類乾燥機、アイロン、又はヘアドライヤー、ストレートアイロン若しくはヘアカーラーを含む他の家庭用電気機具にも有用である。本発明の他の用途には、カーヒーター、エンジンヒーター、デフロスター及びシートウォーマーを含む自動車用途及び自動車電気機具が挙げられる。更なる別の用途としては、反応器ヒーター及びパイプヒーター、並びに化学工業分野での同様の用途が挙げられる。]
背景技術

[0002] 国際公開第２００７／１３１２７１ Ａ１号には、電気加熱容器のための温度センサの改良品が開示されている。この温度センサは、熱分散プレートから熱的に絶縁されているが、接触プレートと熱的に連絡した電子加熱センサであってもよい。]
[0003] 欧州特許第１ ３７０ ４９７ Ｂ１号には、ゾル−ゲル由来の抵抗性かつ導電性のコーティングが開示されている。詳細には、基体に適用されて上部にコーティングを形成する組成物が開示され、前記組成物は、前記溶液の約９０％迄が導電性粉末であるゾル−ゲル溶液を含む。]
先行技術

[0004] 国際公開第２００７／１３１２７１ Ａ１号
欧州特許第１ ３７０ ４９７ Ｂ１号]
発明が解決しようとする課題

[0005] 先行技術に鑑みて、本発明は、加熱ユニット、熱移動ユニット並びに第１の温度制御要素及び第２の温度制御要素を備える最適化された加熱要素を提供することを目的とする。本ユニットは、低コストの大量生産プロセスで効率的に製造でき、また温度制御要素は、そのようなプロセスに最適な形態で提供されると共に、信頼できる温度測定及び制御にとって効率的であることが望ましい。]
課題を解決するための手段

[0006] 要約すれば、本発明は、加熱ユニット、熱移動ユニット並びに第１の温度制御要素及び第２の温度制御要素を備える加熱要素に関し、第１の温度制御要素が加熱ユニットに対して第１の距離に提供され、第２の温度制御要素が加熱ユニットに対して第２の距離に提供され、第１の温度制御要素が第１の最低作動閾値を有し、第２の温度制御要素が第２の最低作動閾値を有し、第２の距離が第１の距離よりも短く、第２の閾値が第１の閾値よりも高く、第１の温度制御要素及び第２の温度制御要素が、両方とも熱移動ユニットと直接接触している。更なる局面において、本発明は、加熱要素を使用することによる電気機具の加熱方法と、加熱要素を提供する方法とに関する。]
図面の簡単な説明

[0007] 本発明の実施形態を付属の図面を参照して以下に説明する。
本発明による加熱要素の斜視図。
図１の加熱要素の平面図。
図１に示した軸ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った図１の加熱要素の断面図。
図１に示した軸ＩＶ−ＩＶに沿った図１の実施形態の別の断面図。] 図１
実施例

[0008] 本発明の加熱要素は、加熱ユニットを備える。加熱ユニットは熱源であり、一般に抵抗性ヒーターとして提供される。加熱要素は、更に熱移動ユニットも備える。このユニットは、加熱ユニットと熱的に接触し、熱の移動と放散が可能である。熱移動ユニットは、加熱要素全体に機械的な安定性も提供することができる。加熱要素は、更に第１の温度制御要素及び第２の温度制御要素を備える。第１の温度制御要素は、加熱ユニットに対して第１の距離に提供されている。この第１の距離は、第１の温度制御要素の一端から加熱ユニットの隣りの端までの最短距離として測定される。第２の温度制御要素は、（第１の距離として測定される）加熱ユニットの第２の距離に提供される。]
[0009] 第１の温度制御要素及び第２の温度制御要素は、両方とも制御要素の周辺範囲の温度に反応する。この反応は、温度依存性電流及び／若しくは電圧出力、オン／オフ信号並びに／又は電源スイッチ機能であってもよい。]
[0010] 温度制御要素は、様々な形態を有することができる。例えば、出力を、例えば温度依存性電圧又は電流の形態で提供する電気又は電子温度計であってもよい。そのような制御要素は、多くの場合、ＮＴＣ−又はＰＴＣ−元素を含むであろう。それらの制御要素は、例えばバイメタル等の機械的要素も含み得る。あるいは、それらの制御要素は、それらの融点が機械的な又は電気的な又は電子的な信号を誘発するであろう所定の融点を有する物質を含んでもよい。]
[0011] いくつかの温度制御要素は、最低作動閾値を有するであろう。その閾値は、その値以上で有用な信号を得ることができる最低温度値として理解される。そのような閾値は室温を遙かに下回っていてもよく、約０°ケルビンのような低温であってもよく、又は室温を越えていてもよい。例えば、所定の物質の融解に依存する温度制御要素は、一般に室温を越える作動閾値を有するであろう。]
[0012] 本発明の加熱要素は、第１の最低作動閾値を有する第１の温度制御要素と、第２の最低作動閾値を有する第２の温度制御要素とを備える。第２の閾値は、第１の閾値よりも高い。したがって、第２の作動閾値未満の温度では、第１の温度制御要素のみが有用な温度測定値を提供するであろう。]
[0013] 第１の温度制御要素及び第２の温度制御要素は、両方とも熱移動ユニットと直接接触している。]
[0014] 両方の要素が熱移動ユニットと直接接触しているため、信頼できる温度測定値が確実となり得る。特に、所定の上位温度を越える温度が回避されるべき場合、このような直接接触が追加の安全性を提供する。所定の上位温度が回避されるべき場合、第２の閾値がその上位温度未満であるよう選択され得る。熱移動ユニット上で測定される加熱要素の温度が上位温度に接近する場合、２つの温度制御要素は、その上位温度を越えないことを確実にするよう利用することができる。第２の温度制御要素が加熱ユニットに最も近いことを考慮すると、第２の温度制御要素の測定値が特に信頼できる。]
[0015] 一実施形態において、第１の温度制御要素及び第２の温度制御要素は、両方とも加熱ユニットと同一の熱移動ユニットの表面上に配置される。したがって、温度変化が動的であり、また同様に熱移動ユニット上に存在する、より遠隔の位置からの測定値が遅延した測定値を与える場合であっても、それらは加熱ユニット温度の信頼できる測定値を与えることができる。]
[0016] 別の実施形態において、第１の温度制御要素及び第２の温度制御要素は、熱移動ユニットの２つの異なる表面上に配置される。]
[0017] 加熱ユニットに対する第２の温度制御要素の距離が、加熱ユニットに対する第１の温度制御要素の距離よりも短いことを考慮すると、第１の温度制御要素が熱移動ユニットの異なる表面上に提供されていても、第２の温度制御要素は尚信頼できる温度測定値を提供することができる。]
[0018] 加熱要素は熱移動ユニット上にコーティングの形態で提供される加熱ユニットを含んでもよい。この場合、熱移動ユニットはこのコーティングのためのキャリアの役割を果たす。]
[0019] コーティングには様々な組成物が有用であり得る。コーティングは、エポキシベース若しくはガラスベースの組成物を含んでもよく、又はエポキシベース若しくはガラスベースの組成物からなっていてもよい。]
[0020] あるいは、コーティングは、ゾル−ゲル溶液を含む組成物を有してもよく、前記溶液の９０％迄が、均一の安定な分散物の状態にある導電性粉末であり、前記溶液導電性粉末は、金属、セラミックス、インターセラミックス及び半導体からなる群から選択される部材である。これらの組成物のいくつかの好適な例は、欧州特許第１ ３７０ ４９７ Ｂ１号に見出すことができる。]
[0021] コーティングに好適な代替的な組成物は、金属有機前駆体から調製されたコロイド状ゾル−ゲル溶液中に分散された９０重量％迄の無機粉末を有するスラリーを含むゾル−ゲル配合物であり、このゾル−ゲル溶液は膨張されかつ好ましくは不連続なゲル網状組織を有し、スラリー即ちコーティング層は少なくとも３００℃、好ましくは４５０℃未満の温度に燃焼された際に厚い無機コーティングに変換する。]
[0022] 更なる他の好適な組成物は：導電性、抵抗性及び誘電性インク、サーメット（金属（ニオブ、モリブデン、チタン、及びクロムを含む）と組み合わせた酸化アルミニウム又は酸化ジルコニウムから調製）；銀、鉛、パラジウム及び酸化ルテニウムの混合物、例えばＡｇ Ｐｂ Ｐｄ ＲｕＯ２、Ｐｂ２Ｒｕ２Ｏ６、若しくはＡｇ／Ｐｄ ６５／３５；アルミナ若しくは窒化アルミニウム；又は酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ベリリウム、炭化ケイ素、及びニクロムの混合物である。]
[0023] 同様に、温度制御要素は、コーティングの形態で熱移動ユニット上に提供されてもよい。このコーティングも、上記に列挙したコーティングに好適な材料から提供することができる。]
[0024] 少なくとも１つ又は両方の温度制御要素が加熱ユニットと同一の組成物を含み、又は前記同一の組成物からなることも可能である。]
[0025] 加熱要素は、第３の温度制御要素も備え得る。この第３の温度制御要素は、加熱ユニット及び／若しくは第１の温度制御要素と同一の組成物を含んでもよく、又は前記同一の組成物からなっていてもよい。]
[0026] 加熱要素は、両方とも加熱ユニットに対して測定して、第１の温度制御ユニットの距離が第２の温度制御ユニットの距離よりも相当長くなるように設計されてもよい。例えば第１の距離は、第２の距離よりも５０％、１００％、１５０％、２００％長くてもよい。場合により、第２の距離はまた非常に短く選択されてもよく、例えば３ｍｍ未満、２ｍｍ、１ｍｍ又は約０ｍｍであってもよい。]
[0027] 第２の作動閾値が第１の閾値よりも少なくとも１００℃、１５０℃、２００℃又は２５０℃高い加熱要素を提供することができる。そのような要素では、１つの温度制御要素による制御で十分であり、第２の温度制御要素が過熱状態を防止する役割を果たし得る、より広い温度範囲が提供される。]
[0028] 熱移動ユニットは多数の形状を有することができ、多数の材料から提供することができる。例えば、熱移動ユニットには、立方体又は菱形の形状が好適であり得る。また熱移動ユニットは、円筒形又は半円筒形を有することができる。良好な熱移動を有する多様な材料が熱移動ユニットに好適である。熱移動ユニットは、多くの場合、アルミニウム等の金属、又は雲母ベースの材料から提供されるであろう。熱移動ユニットの少なくとも１つの表面は、例えばセラミックコーティング又は酸化アルミニウムコーティング等のコーティングを有してもよい。]
[0029] 熱移動ユニットが導電性材料から提供される場合、熱移動ユニットと加熱ユニットと少なくとも１つの温度制御要素との間にそれぞれ電気絶縁体を配置してもよい。そのような電気絶縁体は、熱移動ユニットの少なくとも１つの表面上のコーティングの形態で提供されてもよい。]
[0030] 多部品からなる熱移動ユニットを提供することも、本発明の範囲内に含まれる。例えば、１つの部品が加熱ユニットを支持し、他の２つの部品がそれぞれ温度制御要素を支持する３部品ユニットを提供することができる。これらのユニットは、強力な熱的連絡を有することなく良好な物理的接続を達成するように、接着又はクランプ締め等により一緒に取り付けられてもよい。]
[0031] 加熱ユニットと、少なくとも１つの温度制御要素との間の比較的弱い熱的連絡により、加熱ユニット自体の温度と比較して、熱移動ユニット及び／又は加熱要素全体としての平均温度をより良好に代表する温度測定値が得られるであろう。]
[0032] 加熱要素は低電圧用途に使用することができ、例えば加熱ユニットを作動させる電圧は、１〜２５０Ｖ、２００〜２５０Ｖ、９０〜１２０Ｖ、３０〜５０Ｖ、又は１０〜１４Ｖの範囲内から選択されることができる。加熱要素は、０〜５０Ｖ、３０〜５０Ｖ、又は３５〜４５Ｖの範囲内の電圧で作動される場合、非常に満足に作動することが見出されている。理論に束縛されるものではないが、そのような電圧範囲により、加熱出力が温度測定値の信頼性を低下させることなく、十分に急速な加熱が可能となると考えられる。]
[0033] したがって、一態様において、本発明は、本願により出願される請求項１又はその従属請求項のいずれかの加熱要素を使用して、上記の範囲から選択される電圧で電気機具を加熱する方法に関する。好適な電気機具としては、食品加温器、給湯器、湯沸かし、コーヒーメーカー及びトースターを含むキッチン電気機具が挙げられる。衣類乾燥機又は衣類処理用電気機具、アイロン、並びにヘアドライヤー、ストレートアイロン、及びヘアカーラーを含む、全ての家庭用電気機具も含まれる。]
[0034] 別の態様において、本発明は、加熱要素を提供する方法を含む。この方法は、熱移動ユニットを提供する工程と、加熱ユニットを提供する工程とを含む。本方法は、第１の最低作動閾値と加熱ユニットに対する第１の距離とを有し、かつ熱移動ユニットと直接接触して提供される第１の温度制御要素を提供する工程を更に含む。本方法は、第２の最低作動閾値が第１の最低作動閾値よりも高く、かつ第２の距離が第１の距離よりも短くなるように、また熱移動ユニットと直接接触するように加熱ユニットに対して第２の距離に提供される、第２の温度制御要素を提供する工程を更に含む。]
[0035] 加熱ユニット及び第１の温度制御要素は、両方とも、１つのプロセス工程で提供されることができる。あるいは、これら２つのユニットは、いずれかの順序での別個のプロセス工程で提供されてもよい。加熱要素を提供する方法は、それぞれがコーティングの形態を有する加熱ユニット及び第１の温度制御要素を提供する工程も含み得る。]
[0036] 加熱ユニット及び第１の温度制御要素は、噴霧、はけ塗り、浸漬又はスクリーン印刷により適用することができる。このことは、要素がコーティングの形態で提供される場合に特に有益である。第２の温度制御要素も噴霧、はけ塗り、浸漬又はスクリーン印刷により適用することができる。]
[0037] 第２の温度制御要素は、例えば低融点の金属、例えばスズをスクリーン印刷することにより提供されてもよい。この低融点金属は、温度制御効果を誘発する役割を果たし得る。]
[0038] 図１に、熱移動ユニット（１４）が直平行六面体の形態で提供されている加熱要素（１０）を示す。直平行六面体の１つの大きい表面が加熱ユニット（１２）用に使用され、また第１の温度制御要素（１６）を提供するために使用されている。両方のユニットは、熱移動ユニット（１４）により支持されるコーティングとして提供される。両方のユニット自体も（少なくとも本質的に）平行六面体の形態を有する。同じ表面上に、第２の温度制御要素（２４）が提供されている。] 図１
[0039] 図２の平面図に対応して、加熱ユニットは、長軸及び短軸を有する矩形として現れている。第１の温度制御要素（１６）は加熱ユニット（１２）に隣接して配置され、この第１の温度制御要素も矩形の形態で現れている。この矩形は加熱ユニットの対応する軸と同じ長さの長軸を有する。この矩形は、加熱ユニットの短軸よりも短い短軸を有する。それぞれの短軸は、加熱ユニット（１２）の対応する軸の５０％、２５％、１０％、又はそれ以下として測定されてもよい。] 図２
[0040] 加熱ユニットに対する第１の温度制御要素（１６）の距離は、加熱ユニット（１２）の短軸の長さの約５０％、２５％、１０％、又はそれ以下から選択されてもよい。]
[0041] 図１及び図２から、第２の温度制御要素（２４）が加熱ユニット（１２）に隣接しているため、第１の温度制御要素（１６）の加熱ユニット（１２）に対する距離が第２の温度制御要素（２４）の距離よりも大きいことが明らかである。] 図１ 図２
[0042] 加熱電極（２０）は、加熱ユニット（１２）に電気的に接触するよう提供されている。これらの電極は、加熱ユニット（１２）の短軸、又は（図示するように）長軸のそれぞれに隣接するよう提供されてもよい。それらの電極は、例えば加熱ユニット（１２）と熱移動ユニット（１４）との間に、導電性材料層の形態で提供されてもよい。]
[0043] 更なる電極（２２）が、第１の温度制御要素（１６）と電気的に接触するよう提供されている。]
[0044] 図３に、加熱要素（１０）の断面図を提供する。図３から、熱移動ユニットの表面積が、加熱ユニット（１２）によって部分的にのみ覆われていることが明かである。] 図３
[0045] 図４に別の断面図を提供し、この図から、第１の温度制御要素（１６）が熱移動ユニットの１つの表面上で加熱ユニット（１２）に隣接して配置され得ることが明かである。] 図４
[0046] 本明細書に開示されている寸法及び値は、列挙した正確な数値に厳しく制限されるものとして理解すべきではない。それよりむしろ、特に指定されない限り、こうした各寸法は、列挙された値とその値周辺の機能的に同等の範囲の両方を意味することを意図する。例えば、「４０ｍｍ」として開示される寸法は、「約４０ｍｍ」を意味するものとする。]

权利要求:

請求項1
加熱ユニット（１２）、熱移動ユニット（１４）並びに第１の温度制御要素（１６）及び第２の温度制御要素（２４）を備える加熱要素（１０）であって、前記第１の温度制御要素（１６）が加熱ユニットに対して第１の距離に提供され、前記第２の温度制御要素（２４）が加熱ユニットに対して第２の距離に提供され、前記第１の温度制御要素（１６）が第１の最低作動閾値を有し、前記第２の温度制御要素が第２の最低作動閾値を有し、前記第２の距離が第１の距離よりも短く、前記第２の閾値が第１の閾値よりも高く、前記第１の温度制御要素（１６）及び第２の温度制御要素（２４）が、両方とも熱移動ユニット（１４）と直接接触している、加熱要素（１０）。
請求項2
前記第１の温度制御要素（１６）及び第２の温度制御要素（２４）が、両方とも熱移動ユニット（１４）と同一の表面上に提供される、請求項１に記載の加熱要素（１０）。
請求項3
前記第１の温度制御要素（１６）及び第２の温度制御要素（２４）が、熱移動ユニット（１４）の２つの異なる表面上に提供される、請求項１に記載の加熱要素（１０）。
請求項4
前記加熱ユニット（１２）が、コーティングの形態で熱移動ユニット（１４）上に提供される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の加熱要素（１０）。
請求項5
前記加熱ユニット（１２）が、ゾル−ゲル組成物の形態で提供される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の加熱要素（１０）。
請求項6
前記温度制御要素（１６）が、コーティングの形態で熱移動ユニット（１４）上に提供される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の加熱要素（１０）。
請求項7
前記温度制御要素（１６）が、ゾル−ゲル組成物の形態で提供される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の加熱要素（１０）。
請求項8
前記温度制御要素（１６）が、加熱ユニット（１２）と同一の組成物を含む、又は前記同一の組成物からなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の加熱要素（１０）。
請求項9
前記第１の距離が、第２の距離よりも少なくとも１００％長い、請求項１〜８のいずれか一項に記載の加熱要素（１０）。
請求項10
前記第２の閾値が、第１の閾値よりも少なくとも２００℃高い、請求項１〜９のいずれか一項に記載の加熱要素（１０）。
請求項11
加熱ユニット（１２）、熱移動ユニット（１４）並びに第１の温度制御要素（１６）及び第２の温度制御要素（２４）を備える加熱要素（１０）を使用することによる電気機具の加熱方法であって、前記第１の温度制御要素（１６）が加熱ユニットに対して第１の距離に提供され、前記第２の温度制御要素（２４）が加熱ユニットに対して第２の距離に提供され、前記第１の温度制御要素（１６）が第１の最低作動閾値を有し、前記第２の温度制御要素が第２の最低作動閾値を有し、前記第２の距離が第１の距離よりも短く、前記第２の閾値が第１の閾値よりも高く、前記第１の温度制御要素（１６）及び第２の温度制御要素（２４）が、両方とも熱移動ユニット（１４）と直接接触し、前記加熱ユニット（１２）が３０Ｖ〜５０Ｖの範囲内の電圧で作動される、方法。
請求項12
加熱要素（１０）を提供するための方法であって、前記方法が、−熱移動ユニット（１４）を提供する工程と、−加熱ユニット（１２）を提供する工程と、−第１の温度制御要素（１６）を熱移動ユニット（１４）と直接接触させて提供する工程であって、前記第１の温度制御要素（１６）が第１の最低作動閾値と、加熱ユニット（１２）に対する第１の距離とを有する、工程と、−第２の温度制御要素（２４）を熱移動ユニット（１４）と直接接触させて提供する工程であって、前記第２の温度制御要素（２４）が第１の最低作動閾値よりも高い第２の最低作動閾値と、加熱ユニット（１２）に対する第２の距離とを有し、前記第２の温度制御要素（２４）が、前記第２の距離が第１の距離よりも短くなるように提供される、工程と、を含む、方法。
請求項13
加熱ユニット（１２）及び第１の温度制御要素（１６）が、両方とも１プロセス工程で提供される、請求項１２に記載の加熱要素（１０）を提供するための方法。
請求項14
前記加熱ユニット（１２）及び第１の温度制御要素（１６）が、両方ともコーティングの形態で提供される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の加熱要素（１０）を提供するための方法。
請求項15
前記加熱ユニット（１２）及び／又は第１の温度制御要素（１６）が、噴霧、はけ塗り、浸漬又はスクリーン印刷により適用される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の加熱要素（１０）を提供するための方法。