НАГРЕВАТЕЛЬ С ЭЛЕМЕНТОМ, ВЫПОЛНЕННЫМ МЕТОДОМ ТРАФАРЕТНОЙ ПЕЧАТИ, И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭТОГО НАГРЕВАТЕЛЯ Российский патент 2004 года по МПК H05B1/02 H05B3/16 

Настоящее изобретение относится к электрическому нагревателю с рабочим элементом, выполненным методом трафаретной печати.

Изобретение также относится к нагревательному днищу, в частности для электрического чайника и к способу изготовления такого электрического нагревателя.

Известно использование печатных нагревательных элементов, в частности для электрических чайников.

Резистивные элементы в виде толстопленочной печатной схемы, выполненной на подложке с высокой теплопроводностью, обеспечивают при подаче в них тока нагрев этой подложки. Главное достоинство таких печатных элементов состоит в их исключительно низкой тепловой инерции.

Ранее уже предпринимались попытки защиты таких элементов от случайных перегревов, имеющих место, например, во время работы чайника, не заполненного водой.

В традиционных нагревателях на резистивные нагревательные элементы через слой электроизоляционного материала устанавливают специальное термостатирующее реле.

Когда в чайник налита вода, находящаяся в контакте с нагревательной подложкой, резистивные элементы работают в условиях постоянной температуры в пределах порядка 170-230°С в зависимости от размеров подложки и мощности.

После выкипания воды температура элементов быстро поднимается, так как подложка уже не охлаждается, при этом термореле отключает питание от резистивного нагревательного элемента.

Температура срабатывания такого термореле должна быть задана такой, чтобы оно не отключало питание при наличии воды и быстро отключало его сразу после того, как температура резистивного элемента начинает подниматься из-за отсутствия воды.

Учитывая значительную температуру резистивных элементов, приходится использовать специальные термореле с большим значением температуры срабатывания, в результате чего возрастает себестоимость таких нагревателей.

Цель изобретения заключается в том, чтобы устранить эти недостатки, обеспечив возможность применения стандартных термореле в качестве средств защиты нагревателей с печатными элементами.

Предлагаемый электрический нагреватель содержит печатный нагревательный элемент и термореле для отключения питания от этого элемента при повышении температуры сверх заданного значения.

В соответствии с изобретением этот нагреватель отличается тем, что в некоторой зоне нагревательного элемента методом трафаретной печати выполнен по меньшей мере один участок токопроводящего элемента с меньшим удельным сопротивлением, чем у нагревательного элемента, при этом термореле закреплено в указанной зоне с обеспечением теплового контакта с нагревательным элементом.

Такое решение позволяет регулировать температуру зоны, в которой установлено термореле. Благодаря наличию участка токопроводящего элемента с меньшим удельным сопротивлением, достигается локальное понижение температуры зоны, в которой находится термореле.

При этом можно использовать стандартное термореле с температурой срабатывания на 10-60°С ниже температуры нагревательного элемента.

Согласно другому аспекту изобретения предложен способ изготовления нагревателя, отличающийся тем, что он включает следующие операции:

а) на подложке методом трафаретной печати образуют резистивный нагревательный элемент;

б) в некоторой зоне нагревательного элемента методом трафаретной печати создают по меньшей мере один отрезок токопроводящего элемента с меньшим удельным сопротивлением, чем у нагревательного элемента; и

в) в этой зоне нагревательного элемента закрепляют термореле.

Остальные признаки и преимущества изобретения очевидны из приведенного ниже подробного описания.

На приложенных чертежах, приведенных в качестве примеров, не имеющих ограничительного характера,

фиг.1 изображает нагреватель согласно изобретению без термореле;

фиг.2 - нагреватель, показанный на фиг.1, но с установленным термореле;

фиг.3 - разрез по линии III-III на фиг.2.

Как видно на фиг.1, электрический нагреватель содержит подложку 1, на которой методом трафаретной печати выполнен резистивный элемент 5, способный нагреваться при прохождении по нему электрического тока. Как и в известных нагревателях, резистивный элемент выполнен из эмали, содержащей частицы серебра и палладия. В конечном виде резистивный элемент представляет собой толстопленочную печатную схему в виде контура, практически симметричного относительно срединной оси подложки 1.

В показанном примере подложка 1 образует нагревательное днище электронагревательного прибора типа чайника, при этом верхняя поверхность подложки 1, противоположная той поверхности, на которой размещен резистивный элемент 5, должна находиться в контакте с нагреваемой водой.

Как правило, подложка 1 выполнена из металла с высокой теплопроводностью и на нее нанесен один или несколько слоев диэлектрического материала, на котором методом трафаретной печати образован резистивный элемент. Диэлектрический материал может быть нанесен также методом трафаретной печати на одну из поверхностей металлической основы.

В зоне А нагревательного элемента методом трафаретной печати выполнены несколько отделенных друг от друга участков 6 токопроводящего элемента, причем удельное сопротивление токопроводящего элемента ниже, чем у нагревательного элемента. Благодаря этим участкам токопроводящего элемента удается добиться локального снижения температуры в зоне А резистивного элемента путем замыкания накоротко цепи электрического тока, протекающего через резистивный элемент 5.

В предпочтительном варианте изобретения резистивный элемент выполнен из эмали, сильно насыщенной частицами серебра, которые имеют практически нулевое удельное сопротивление.

Образованные таким образом контактные площадки 6 из токопроводящей пасты представляют собой зоны, в которых нагрев не происходит.

Согласно этому варианту осуществления изобретения отделенные друг от друга участки 6 из проводящей пасты равномерно размещены по длине резистивного элемента 5 на параллельных отрезках дуг концентричных окружностей, образованных этим элементом. В зоне А нагревательного элемента 5, снабженного указанными проводящими контактными площадками 6, температура, по существу, равна среднему значению температур горячих зон резистивного элемента 5 и холодных зон, образованных проводящими контактными площадками 6. Изменяя соотношение между площадями токопроводящей поверхности 6 и резистивной нагревательной поверхности, можно регулировать температуру зоны А нагревателя.

Как показано на фиг.2, в указанной зоне А с отрегулированной температурой закреплено термореле 3 с обеспечением его теплового контакта с нагревательным резистивным элементом 5. Подобно тому, как это делается в известных конструкциях, термореле 3 установлено на электроизоляционном материале 2, как видно на фиг.3, при этом предусмотрены пластинчатые выводы 4 для подключения термореле 3 к цепи электропитания резистивного элемента 5. Термореле 3 отрегулировано таким образом, что оно отключает питание от нагревательного элемента 5 при подъеме температуры выше заданного значения. Весь резистивный элемент 5 нагревается до 170-230°С, а в зоне нахождения термореле 3 он имеет меньшую температуру. Поэтому можно использовать более дешевое стандартное термореле, установленное на более низкую температуру независимо от мощности электронагревателя.

Температура срабатывания термореле может быть задана на 10-60°С ниже, чем температура нагревательного элемента 5, в зависимости от относительной величины площади проводящей поверхности 6.

Способ изготовления такого нагревателя включает следующие операции:

а) на подложке 1 методом трафаретной печати образуют резистивный нагревательный элемент 5;

б) в зоне А нагревательного элемента 5 методом трафаретной печати создают по меньшей мере один участок токопроводящего элемента 6 с меньшим удельным сопротивлением, чем у нагревательного элемента; и

в) в указанной зоне А нагревательного элемента 5 закрепляют термореле 3.

Такой способ изготовления с использованием метода трафаретной печати реализовать несложно.

В случае, если используется токопроводящий элемент 6 того же типа, что и соединительные контакты 7 нагревательного элемента 5, то нет необходимости в выполнении дополнительного прохода по сравнению с традиционными способами изготовления обычных нагревателей методом трафаретной печати.

Таким образом, в операции б) методом трафаретной печати дополнительно создают соединительные контакты 7 нагревательного элемента 5.

Описанный способ особенно удобен при изготовлении нагревательного днища электрического чайника. В этом случае на плоскую металлическую основу последовательно наносят один или несколько слоев электроизоляционного материала, затем резистивный нагревательный элемент 5 в виде печатной платы и, наконец, один или несколько участков токопроводящего элемента 6, предназначенных для регулировки температуры в зоне размещения термореле 3.

Очевидно, что изобретение не ограничивается описанными выше примерами и допускает внесение различных изменений в пределах объема изобретения.

Так, например, на часть резистивного элемента можно нанести трафаретной печатью один-единственный участок токопроводящего элемента.

Кроме того, токопроводящий элемент может быть выполнен методом трафаретной печати непосредственно на диэлектрическом слое подложки 1, а после этого таким же методом может быть нанесен резистивный нагревательный элемент 6.

Электрический нагреватель содержит печатный нагревательный элемент (5), установленный на подложке (1). В некоторой зоне нагревательного элемента (5) методом трафаретной печати выполнен по меньшей мере один участок токопроводящего элемента (6) с меньшим удельным сопротивлением, чем у нагревательного элемента (5), при этом в указанной зоне (А) закреплено термореле с обеспечением его теплового контакта с нагревательным элементом (5). Нагреватель может быть использован, в частности, для нагревательного днища электрочайника. Изобретение позволяет использовать стандартные термореле как средство защиты нагревателей с печатными элементами. 3 с. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электрический нагреватель, содержащий выполненный методом трафаретной печати нагревательный элемент (5) и термореле (3) для отключения электропитания от нагревательного элемента (5) при повышении температуры сверх заданного значения, отличающийся тем, что методом трафаретной печати нанесены друг на друга по меньшей мере один участок токопроводящего элемента (6) с меньшим удельным сопротивлением, чем у нагревательного элемента (5), и некоторая зона (А) указанного нагревательного элемента (5), при этом термореле (3) закреплено в месте расположения зоны (А) с обеспечением теплового контакта с нагревательным элементом (5) и участком (6) токопроводящего элемента так, что температура, определяемая термореле (3), является промежуточной между температурой зоны (А) указанного нагревательного элемента (5) и температурой участка (6) токопроводящего элемента.2. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что удельное сопротивление токопроводящего элемента (6) практически равно нулю.3. Нагреватель по п.1 или 2, отличающийся тем, что он имеет несколько отделенных друг от друга участков (6) токопроводящего элемента.4. Нагреватель по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что отделенные друг от друга участки (6) токопроводящего элемента размещены равномерно по длине нагревательного элемента (5).5. Способ изготовления нагревателя по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что он включает следующие операции:

а) на подложке (1) методом трафаретной печати образуют нагревательный элемент (5);

б) в некоторой зоне (А) нагревательного элемента (5) методом трафаретной печати создают по меньшей мере один участок токопроводящего элемента (6) с меньшим удельным сопротивлением, чем у нагревательного элемента; и

в) в указанной зоне (А) нагревательного элемента (5) закрепляют термореле (3).