專利名稱：大面積薄膜電阻加熱元件及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及薄膜在電阻加熱中的應(yīng)用，特別涉及用大面積加熱板構(gòu)成的、能均勻、低功率密度和有效地加熱的加熱爐和空間加熱器。
在要求低溫即100°F以下的加熱應(yīng)用中，將某些金屬氧化膜裝在襯底上，用該膜加熱襯底。最典型的是，極薄的氧化錫涂層，特別是二氧化錫涂層用真空蒸發(fā)，濺射等方法淀積在大面積的玻璃襯底上。薄膜本質(zhì)上是透明的，若它與適當(dāng)?shù)碾娐愤B接還有電阻加熱器的功能。這種玻璃板，如超級(jí)市場(chǎng)中最常用的低溫顯示板，它能提供無(wú)霜顯示玻璃板。氧化錫膜能通過(guò)極小的電流，使襯底或玻璃板的內(nèi)表面的溫度升高，防止凝水和形成霜，這兩者都會(huì)妨礙顧客觀看顯示中的物品。這種玻璃板不用于高溫中使用的在板的周圍加熱空氣的情況中，如不用于烹飪或空間加熱器中。
其上淀積有氧化錫膜的玻璃板也已用在玻璃窗或爐子的玻璃門中。這些應(yīng)用中，氧化錫膜起無(wú)源、紅外線的反射阻擋層的作用，但不作為電阻加熱器。
美國(guó)專利4970376和5039845也公開(kāi)了金屬氧化膜作電阻加熱器的設(shè)備。US-4970376中，用于有較小表面積的分光鏡中的玻璃單元的兩個(gè)相對(duì)邊上均涂有金屬氧化物薄層。玻璃單元是實(shí)驗(yàn)級(jí)玻璃，它用金屬氧化物膜電阻加熱至約320°F。為提高分光鏡中玻璃單元的透明度對(duì)襯底電阻加熱，但玻璃單元不能用作電阻加熱元件。
美國(guó)專利5039845中，金屬氧化膜涂在玻璃纖維的多孔網(wǎng)上。用真空淀積工藝在三維的或多孔襯底上形成金屬氧化膜，制成的涂覆襯底主要用作耐酸鉛蓄電池中的導(dǎo)電板。但是，該專利還披露，在涂覆襯底上加電壓時(shí)，該襯底用作電阻加熱元件。專利中用多孔玻璃纖維網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是，制成的加熱元件也應(yīng)是柔軟的。這種加熱元件可用于烹飪，如加熱桌，低溫爐，以及除凍裝置和用氣和液體的高溫加熱爐中。但是，化學(xué)汽相淀積與在襯底上噴涂氧化錫膜相比是較昂貴的工藝。
而且，美國(guó)專利4349369和4258080分別公開(kāi)了用金屬氧化膜涂敷襯底和電流通過(guò)這種金屬氧化膜引起這種膜的電阻值變化的有關(guān)背景技術(shù)。
金屬氧化物膜能用作微波爐中的電阻加熱器也是公知的。因此，各種玻璃和陶瓷襯底上能淀積有各種圖形的氧化錫膜，當(dāng)它們放在微波爐中時(shí)，膜與微波能耦合，在膜淀積的襯底表面產(chǎn)生局部加熱。各種情況下，這種應(yīng)用限于放在微波爐烹調(diào)室中的容器或食物支架表面。
雖然專利或其它文獻(xiàn)建議用氧化錫膜作電阻加熱元件，事實(shí)上，這種裝置除用于微波烹飪爐外，還沒(méi)在商業(yè)上應(yīng)用?，F(xiàn)有技術(shù)中的各種方案實(shí)際上都有缺陷。因此，玻璃襯底趨于使用價(jià)格較高，高溫、實(shí)驗(yàn)級(jí)或派熱克斯版(Pyrex)玻璃。柔軟的網(wǎng)或以玻璃為基的薄板結(jié)構(gòu)均有缺陷，并且當(dāng)它們通過(guò)各種樹(shù)脂浸漬而硬化，也會(huì)因受熱應(yīng)力而開(kāi)裂和破碎，特別是在高溫時(shí)這些缺陷更明顯。而且，為了與軟襯底連接需用價(jià)格昂貴的化學(xué)汽相沉積技術(shù)。
而且需要大大提高爐子中的能量轉(zhuǎn)換效率，因它典型地使食物烹飪中能量利用率很差。例如，Cal棒形電阻加熱爐，用棒形加熱元件在約1500°F工作，使?fàn)t內(nèi)的空氣溫度上升到能進(jìn)行烹調(diào)的溫度，例如250°F至550°F。而且，5/16英寸直徑的電阻棒形爐加熱器將按每平方英寸40瓦以上的功率密度工作。能源部很可能要求在爐的標(biāo)志上加上效率指標(biāo)，使之為消費(fèi)者所注意，正如對(duì)熱水器、冰箱等所作的標(biāo)注。當(dāng)這些規(guī)定引入時(shí)，消費(fèi)者很容易注意到用棒形電阻加熱元件的爐子的極低的效率。
本發(fā)明的目的是提供一種能用于爐子的電阻加熱元件，它能提高效率并大大降低功率密度。
本發(fā)明的另一目的是，提供一種改進(jìn)的電阻加熱元件，它用于烹飪時(shí)比棒形電阻加熱器能更有效地利用電能。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是，提供一種電阻加熱元件，它壽命長(zhǎng)，沒(méi)有安全故障，溫度梯度低，不會(huì)因熱應(yīng)力集中而造成損壞。
本發(fā)明的又一目的是，提供一種食物烹飪用的爐子，能在烹飪區(qū)內(nèi)對(duì)食物均勻加熱。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是，提供一種能用作高效率空間加熱器的電阻加熱元件。
本發(fā)明的另一目的是，提供電阻加熱元件的制造方法，能減少建立加熱元件所需能量。
以下通過(guò)對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和附圖的詳細(xì)說(shuō)明，使按本發(fā)明的加熱元件，爐子及其制造方法的其它目的和優(yōu)點(diǎn)變得顯而易見(jiàn)。
按本發(fā)明的加熱元件主要包括較硬的襯底，它用在100°F以上的溫度仍能保持其機(jī)械性能的材料制成，襯底上淀積的導(dǎo)電薄膜，其位置從地到電阻加熱元件電隔離。而且，襯底和膜有足夠大的面積使所述加熱元件以低于每平方英寸10瓦的功率密度在加熱元件的最大工作溫度工作。優(yōu)選實(shí)施例中，用金屬薄板上淀積陶瓷為基的膜層構(gòu)成襯底。用氧化錫膜構(gòu)成薄膜。按本發(fā)明的爐子主要包括烹調(diào)室，它由四周的壁確定放入食物烹飪的空間。壁包括至少一個(gè)用本發(fā)明的加熱元件形成的壁，控制電路與金屬氧化膜連接，控制流過(guò)膜的電流，以改變由膜產(chǎn)生的電阻加熱量。爐壁最好由其間夾有薄膜的涂了瓷釉的金屬/人造云母材料制成。
按本發(fā)明的在襯底上涂敷金屬氧化膜的方法主要包括以下步驟用陶瓷為基的膜層涂敷金屬襯底至少一邊；足分加熱使陶瓷為基的膜層有效地粘接在金屬襯底上；以該粘接步驟中襯底和以陶瓷為基的膜層受熱，金屬氧化膜淀積到陶瓷為基的膜層上。


圖1是按本發(fā)明構(gòu)成的加熱元件的正視圖；圖2是沿圖1中2-2線的平面剖開(kāi)的局部放大側(cè)剖視圖，圖3是用本發(fā)明的加熱元件構(gòu)成的爐子的頂部透視圖。
圖4是沿圖3中線4-4的平面剖開(kāi)的圖3所示爐子的一個(gè)壁的局部放大的側(cè)剖視圖；圖4A是圖3所示爐壁的另一實(shí)施例的局部放大側(cè)剖視圖。
圖5是構(gòu)成本發(fā)明的電阻加熱元件的制造工藝的頂平面示意圖。
圖6是按本發(fā)明構(gòu)成的空間加熱板的正視圖。
圖7是沿圖6中線7-7剖開(kāi)的局部放大側(cè)視圖。
按本發(fā)明的電阻加熱元件特別適用于廚房設(shè)施中，它可用在大面積高功率的設(shè)施中，例如，用于爐內(nèi)能明顯提高爐子的能源效率。大面積加熱元件允許供給大功率，但平均功率密度很小。而且，本發(fā)明的電阻加熱元件壽命長(zhǎng)不會(huì)因熱沖擊而損壞。它還能用作有效加熱和保溫食物的表面，空間加熱器，甚至還能用在汽車工業(yè)中，加熱汽車內(nèi)部。
圖1和2展示了按本發(fā)明構(gòu)成的電阻加熱元件(通常記為21)的一個(gè)實(shí)施例。圖2所示的加熱元件21包括襯底22，該襯底較硬，在高溫如至少為100°F以上的溫度下能保持其機(jī)械或結(jié)構(gòu)的完整性。如圖1所示，襯底22是金屬襯底，在其上有牢固的以陶瓷為基的電絕緣層23，最好使該電絕緣層與襯底的至少一邊或面熱連接。電絕緣層23上淀積大面積的導(dǎo)電薄膜26，該導(dǎo)電膜位于與金屬襯底22和地電隔離的位置。如圖2所示，膜26的末端27分別由襯底22的末端28和以陶瓷為基的膜層23的末端29向內(nèi)凹進(jìn)。最后，加熱元件包括一對(duì)設(shè)置于導(dǎo)電膜26上彼此隔開(kāi)的電引出端31，按以下將要更充分說(shuō)明的方式使膜與電源電連接。
為提高使用效率，如在爐子和空間加熱器中的效率，要求有足夠大的功率和在100°F以上的溫度下工作，而且，電阻加熱元件21構(gòu)成有足夠大的表面積的襯底22和膜26，使加熱元件能在低于約每平方英寸15瓦的電功率密度下工作。最好以10瓦/平方英寸的功率密度在最大工作溫度下使電熱元件工作。因此，應(yīng)用于爐子中時(shí)，例如，按本發(fā)明的電阻加熱器，是18英寸乘18英寸的平板，加到平板上的功率是2000瓦，在300°F以上的溫度下工作，每平方英寸的功率密度是6.17瓦。相反常規(guī)的直徑為5/16英寸的，4英尺長(zhǎng)的Cal-棒爐子，電阻加熱棒在1500°F工作，所加能量是2000瓦，功率密度超過(guò)42瓦/平方英寸。
按本發(fā)明的加熱元件采用作為基本結(jié)構(gòu)元件的襯底22，在加熱器的最大工作溫度能保持其結(jié)構(gòu)完整性或自支撐性。薄鋼板適合于構(gòu)成按本發(fā)明的加熱器的襯底。較適用的是12至20級(jí)的冷軋?zhí)间摪?，可方便地將帶電絕緣層的鋼板作為能構(gòu)成各種形狀的，在100°F以上的溫度下有自撐性的，有足夠大面積平板，保持最大工作功率密度在15瓦/平方英寸以下，最好是10瓦/平方英寸以下的高壽命襯底。
若用金屬化襯底22，必須與導(dǎo)電膜26電隔離，以避免襯底成為電路的一部分。而且，最好是以陶瓷為基的膜層，如陶瓷、搪瓷、含陶瓷或含玻璃的高溫不導(dǎo)電涂層，放置在要淀積膜26的襯底22的表面上。如圖2所示，膜層23淀積在襯底22的一邊24上。但是，應(yīng)該明白，如圖4所示，以陶瓷為基的膜層23可覆蓋襯底22的對(duì)邊32和周邊邊緣28，以完全包覆金屬化襯底。
以陶瓷為基的膜層23的厚度不是特別精確。只要厚度厚到足以保證導(dǎo)電膜26與金屬襯底22電隔離即可。陶瓷或搪瓷層23的厚度可為千分之幾英寸，可將搪瓷或陶瓷噴涂或浸到襯底22上，然后，焙燒，使搪瓷或陶瓷粘接到金屬上，粘接方式將結(jié)合附圖5更詳細(xì)地說(shuō)明。
導(dǎo)電膜26最好用極薄的金屬氧化膜，如，二氧化錫(SnO2)。二氧化錫或氧化錫膜26可淀積成極薄薄膜，如2微米以下的厚度。圖2中，為了圖示的目的，金屬氧化膜26的厚度已增厚，實(shí)際上沒(méi)有按比例示出襯底22和膜層23的相對(duì)厚度。本發(fā)明中，較厚的，但仍然相對(duì)是較薄的氮化膜，硼化物膜或碳化物膜也適用，但，最好用氧化錫薄膜材料。
最好用噴槍使氧化錫化學(xué)制品霧化并吹到已焙燒的以陶瓷為基的膜層23上淀積成所需的氧化錫膜，所用淀積方式將結(jié)合圖5更詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明的加熱元件最好不用或不要求用與噴涂或霧化工藝相比價(jià)格昂貴的化學(xué)汽相淀積技術(shù)來(lái)構(gòu)成。淀積導(dǎo)電膜時(shí)可將膜層23的周邊邊緣33遮蓋起來(lái)，較典型的是，膜26淀積在整個(gè)陶瓷或搪瓷層23上，然后去除邊緣33上的膜層26，例如，用掩膜或噴砂法去除。留下環(huán)繞加熱元件板21周邊伸出的邊緣33，以確保與襯底22電隔離，并提供了在機(jī)座或安裝件內(nèi)安裝加熱元件的面積。
用沿膜26相對(duì)邊緣延伸的縱向匯流條使相互隔開(kāi)的電引出端31設(shè)置在膜26上，使電流均勻分布在膜的實(shí)際面積上的金屬氧化膜上。如圖1所示，匯流條沿膜26上邊緣設(shè)置，帶2匯流條伸過(guò)膜下邊緣的總長(zhǎng)。用絲網(wǎng)印刷技術(shù)形成匯流條引出端31，用例如鎳-銀合金形成匯流條。匯流條31的典型厚度為0.001至0.002英寸，其長(zhǎng)度最好超過(guò)膜26的相對(duì)邊緣的整個(gè)長(zhǎng)度，但是，應(yīng)該明白，在本發(fā)明范圍內(nèi)能用其它引出端結(jié)構(gòu)，在某些應(yīng)用中它可以簡(jiǎn)單地直接電連接到膜26的相互隔開(kāi)的用作引出端的面積上。
圖1和2所示結(jié)構(gòu)的并結(jié)合圖1和2說(shuō)明的大面積電熱元件能在500°F以上的溫度下工作。而且，更重要的是，這種大面積加熱板允許以大功率電平，例如1000瓦，并以較小的功率密度，如2瓦/平方英寸，在較低溫度產(chǎn)生極均勻的熱量，使整個(gè)平板面積上不出現(xiàn)明顯的熱點(diǎn)或不允許的溫度梯度。因此，大面積和通過(guò)加熱板21上的膜26的電流均勻分布的結(jié)果是，加熱板能有益地構(gòu)成爐子，使構(gòu)成的爐子與常規(guī)爐子相比其效率明顯提高。
圖3和4示出按本發(fā)明的電阻加熱元件的應(yīng)用，和在被標(biāo)記為41的爐子中的應(yīng)用。爐子41包括爐室42，它帶有可移動(dòng)的門43、一對(duì)側(cè)壁44和46，后壁47和頂壁48，底壁49。這些壁和門一起確定放食物的烹飪中心空間51。確定烹飪空間51的至少一個(gè)壁或門43包括參照?qǐng)D1和2所述的這種類型的大面積薄膜電阻加熱元件。最好壁和門都用這種板構(gòu)成，使加熱板圍繞烹飪空間51中的食物。但是，應(yīng)該理解，只有少數(shù)幾個(gè)爐壁、而不是全部，是用按本發(fā)明的電阻加熱板構(gòu)成。
圖4示出爐子組件41中用的爐子加熱板的優(yōu)選形式。圖4所示加熱板中，氧化錫膜64已淀積在較硬的，并高溫穩(wěn)定的襯底上，即，其上粘接有搪瓷層62的鋼板63。電和熱絕緣材料如人造云母板61與鋼板和搪瓷襯底相鄰安裝。人造云母板可以市場(chǎng)上買到，它由白云母或金云母云母紙和耐熱粘接劑制成，這種人造云母板可用Cogebi，Inc，ofDover，New Hampshire售出的商標(biāo)為COGEMICANITE 505的厚度為0.004至0.080英寸的云母板。在連續(xù)溫度高達(dá)900°F時(shí)人造云母板將保持其機(jī)械或結(jié)構(gòu)特性。
圖4所示平板組件中，鋼板和陶瓷襯底63，62在對(duì)著烹飪空間51的一側(cè)上淀積有氧化錫膜64。人造云母板61是電絕緣體，因此，導(dǎo)電膜64與爐子的向外側(cè)78電隔離，它更安全。為了將爐子的控制電路電連接到(即總體被標(biāo)記為67)電連接到膜64，用被標(biāo)記為71的機(jī)械連接件，將導(dǎo)體68和69的引線72夾到匯流條66上。按優(yōu)選形式，設(shè)置夾緊件71和穿過(guò)電絕緣的墊圈80和導(dǎo)管74的螺栓73。用螺母75和墊圈80固定螺栓73的朝外端。
用螺母75，螺栓73和電絕緣墊圈80和套管74和定位墊圈65將導(dǎo)電引線72對(duì)著匯流條66向下壓緊，但墊圈80和套管74使螺栓73、螺母75和墊圈80與加熱板的向外側(cè)面78電隔離。機(jī)械夾緊件最好位于焊盤上，當(dāng)爐溫超過(guò)500°F時(shí)能熔化常規(guī)的焊接。但是，要明白，使導(dǎo)體68和69與爐子的控制電路67連接還能用很多其它的機(jī)械連接和高溫的非機(jī)械連接方式。
可按常規(guī)方式構(gòu)成爐子的控制電路67，并應(yīng)包括普通用戶的輸入和設(shè)定裝置76，以及指示裝置77(圖3)，正如工業(yè)中已知的。
圖4中，為了接納機(jī)械夾緊件71，板63稍稍彎折或形成邊緣。變形量如圖4所示，但是，由于各種平面層的厚度夸張顯示的原因，使變形量也被夸大。人造云母板61和金屬板63與其間的薄膜64構(gòu)成的夾層可采用爐子的底座(未畫出)或固定件使其定位。
氧化錫膜有高的紅外線反射率。而且，當(dāng)它們用作電阻加熱器時(shí)，它們也有向陶瓷層62和鋼板襯底63內(nèi)部分散能量的趨勢(shì)。因使面向烹飪室51的加熱元件一邊板均勻地發(fā)散熱量。應(yīng)注意，人造云母板61的其它特征是，它是隔熱材料，因此，它能在面對(duì)烹飪室51的平板上，設(shè)置阻擋層。金屬板63有高導(dǎo)熱率，有效實(shí)現(xiàn)由膜64至平板組件的烹飪室一邊的均勻熱傳輸。在面向烹飪室51的平板的內(nèi)側(cè)上加陶瓷釉表面62是極有好處的，可以使表面光滑，表面上基本上無(wú)氣孔，能夠清潔處理，不會(huì)粘凝食物或被食物污染。這基本上達(dá)到了聯(lián)邦政府有關(guān)食物烹飪表面的管理規(guī)程，特別是爐子用于商品食物制造時(shí)的規(guī)定。
據(jù)信人造云母板61也能用作按本發(fā)明的電阻加熱器的襯底。因而，圖4A示出爐壁組件46a，其中，云母板61a上已淀積有薄膜64a。金屬化板63a有搪瓷層62a，用壁安裝件(沒(méi)畫出)將該金屬化板63a只對(duì)著人造云母板夾緊。
按與圖4所示方式相同的方式用機(jī)械連接件71a將引線72a連到匯流條66a，只是墊圈/套管74a縮短了，螺栓73a不伸到爐子里。
但是將氧化錫形成的化學(xué)物直接噴涂到人造云母板上存在一些問(wèn)題。若用氧化錫并按圖4A所示淀積氧化錫膜，那么要求人造云母必須有其它形式的導(dǎo)電薄膜，或?qū)Ρ砻孢M(jìn)行預(yù)處理，或涂敷人造云母表面。
圖6和7展示了按本發(fā)明的大面積加熱元件作為空間加熱器的應(yīng)用。護(hù)壁板加熱應(yīng)用中的典型形式是加熱元件81構(gòu)成為長(zhǎng)的元件。支撐機(jī)座85固定加熱元件，加熱元件可構(gòu)成為其上有已焙燒的以陶瓷為基的膜層83的金屬化或鋼板襯底82。圖7所示形式的元件中，襯底頂層83的兩邊均淀積了金屬氧化膜84。襯底82的每邊上設(shè)置條狀匯流條86，并與控制電路(未畫出)電連接。
圖6和7所示空間加熱器中，襯底82沖有多個(gè)放熱孔87，以提高熱傳輸。按優(yōu)選形式，放熱孔87在平板的內(nèi)邊上，使冷空氣向下沉，如箭頭88所示，熱從窗或沿壁首先通過(guò)向內(nèi)伸出的放熱孔87，然后，隨著被加熱，然后向上和向外，如箭頭89所示，進(jìn)入加熱器的室側(cè)?？捎描T塑帶放熱孔87的人造云母板，構(gòu)成有放熱孔的加熱元件81。
因此，按本發(fā)明的加熱元件的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是，它能用在基本上不連續(xù)的平面上。因此，平板81中由放熱孔形成的開(kāi)口91不會(huì)導(dǎo)致在平板上出現(xiàn)明顯且不可容忍的熱點(diǎn)。通過(guò)電阻加熱膜84電流流過(guò)連續(xù)的薄膜路徑而很均勻地加在平板上，使平均平板溫度為約300°F的整個(gè)平板上的溫差在10°F之內(nèi)。因此，按本發(fā)明的加熱元件能用散熱片，放熱孔或其它不連續(xù)結(jié)構(gòu)來(lái)提高各種應(yīng)用中的熱傳輸，而不會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱，或使熱不集中，或產(chǎn)生溫度梯度。而且，大的平板面積允許加基本上是總的功率，而使功率密度不超過(guò)15瓦/平方英寸，或工作溫度不高。常規(guī)空間加熱器加同樣的功率，必須用更高更危險(xiǎn)的加熱元件工作溫度。
參見(jiàn)圖5能極好地理解用本發(fā)明的改進(jìn)方法制造本發(fā)明的加熱元件。鋼板或襯底101能安裝到傳送裝置102上，如高架傳動(dòng)裝置上。之后，平板在相對(duì)設(shè)置的陶瓷層淀積噴涂設(shè)備103之間向前移動(dòng)，使例如陶瓷，搪瓷涂料104或含陶瓷的高溫不導(dǎo)電涂料104淀積到平板101上。如圖5所示，含陶瓷的材料104噴涂到平板101的兩邊上。
傳送裝置102將平板101從涂敷位置按箭頭106所指方向傳送到加熱位置或陶瓷粘接位置，在該位置用加熱元件，例如用電阻加熱器107焙燒噴涂的陶瓷層，使陶瓷層粘接到金屬化襯底上。該焙燒工藝使平板101的溫度典型地升高到1000°F以上，并要有足夠的能量。
按本發(fā)明的改進(jìn)工藝方法，經(jīng)陶瓷化的平板立即進(jìn)入膜淀積位置，在平板仍保持因焙燒而加熱時(shí)涂敷氧化錫膜。用常規(guī)的汽相淀積或噴涂方法淀積能形成氧化錫膜的化學(xué)物時(shí)要求平板在極高的溫度下，例如1500°F，若陶瓷層淀積到金屬襯底上后，允許平板冷卻，則將平板溫度升到足以淀積氧化錫膜的溫度將造成能源浪費(fèi)。因此，按本發(fā)明方法，在加熱位置，加熱器107最好是不僅用來(lái)焙燒襯底上的搪瓷或陶瓷層，并且能提高整個(gè)襯底的溫度，使其溫度達(dá)到足以立即在以陶瓷為基的膜層上噴涂氧化錫膜的程度。因此，金屬氧化膜噴涂設(shè)備108立即靠近平板101的至少一邊，在平板101仍保持在高溫時(shí)，使氧化錫構(gòu)成材料109能噴到平板101上。
因而，按本發(fā)明的方法包括用例如噴涂設(shè)備103給金屬襯底涂敷以陶瓷為基的膜層的步驟。本方法的下一個(gè)步驟是，在加熱元件107作用下粘接膜層，最后在襯底和以陶瓷為基的膜層被粘接步驟加熱時(shí)，在以陶瓷為基的膜層上淀積金屬氧化膜。最好以連續(xù)步驟完成足夠高的溫度下的粘接步驟和金屬氧化膜的淀積步驟。
還可以在進(jìn)行膜淀積步驟后，進(jìn)一步連續(xù)進(jìn)行處理，在平板的一邊或兩邊上覆蓋掩模從平板的邊緣噴砂除去金屬氧化膜，使安裝件中的平板的邊緣無(wú)膜，并確保與金屬化襯底電隔離。
權(quán)利要求
1.電阻加熱元件，包括較硬的襯底，它由在100°F以上的最大工作溫度時(shí)能自撐的材料構(gòu)成，導(dǎo)電薄膜，淀積在所述襯底表面，與地電隔離，提供與電源連接的電阻加熱元件，所述襯底和薄膜有足夠大的面積，使所述加熱元件以低于15瓦/平方英寸的功率密度在所述最大工作溫度工作。
2.按權(quán)利要求1的加熱元件，其特征是，所述襯底設(shè)置有金屬化層和固定在所述金屬化層的至少一邊上的以陶瓷為基的電絕緣層；所述以陶瓷為基的膜層上在與所述金屬化層電隔離的位置上淀積所述薄膜。
3.按權(quán)利要求2的加熱元件，其特征是，所述薄膜是金屬氧化膜。
4.按權(quán)利要求3的加熱元件，其特征是，所述金屬氧化膜是氧化錫膜。
5.按權(quán)利要求2的加熱元件，其特征是，所述襯底的兩個(gè)相對(duì)邊上粘接有所述以陶瓷為基的膜層，只在所述襯底的一邊上淀積所述薄膜。
6.按權(quán)利要求2的加熱元件，其特征是，在所述金屬化板的兩邊設(shè)置搪瓷層和陶瓷層中之一種的所述以陶瓷為基的膜層。
7.按權(quán)利要求1的加熱元件，其特征是還包括一對(duì)相互隔開(kāi)的與所述薄膜電連接的電流從其間流過(guò)的電引出端。
8.按權(quán)利要求7的加熱元件，其特征是，所述襯底是其主要表面是不連續(xù)的材料板；和所述薄膜設(shè)置成在所述引出端之間有連續(xù)路徑的薄膜。
9.按權(quán)利要求8的加熱元件，其特征是，所述襯底中形成有放熱孔，所述薄膜是伸過(guò)所述放熱孔的金屬氧化物膜。
10.按權(quán)利要求1的加熱元件，其特征是，還包括將有所述薄膜的所述襯底安裝到所述襯底的與不加熱一邊相對(duì)的一側(cè)上的安裝件。
11.按權(quán)利要求2的加熱元件，其特征是，所述以陶瓷為基的膜層是用陶瓷材料、搪瓷材料、含陶瓷的高溫不導(dǎo)電涂料中的一種構(gòu)成。
12.按權(quán)利要求7的加熱元件，其特征是，所述電引出端用一對(duì)匯流條構(gòu)成，使電流基本均勻地分布在所述薄膜的主要面積上。
13.按權(quán)利要求1的加熱元件，其特征是，所述襯底有足夠大的面積，以用作爐壁；和所述薄膜覆蓋所述襯底的全部表面。
14.按權(quán)利要求1的加熱元件，其特征是，所述襯底用人造云母板構(gòu)成。
15.按權(quán)利要求14的加熱元件，其特征是，所述膜是氧化錫膜。
16.食物烹飪爐，包括帶有壁的爐室，用室壁確定放置食物的烹飪室，有可活動(dòng)的爐門，從爐門能進(jìn)入烹飪室，至少一個(gè)壁包括大面積高溫電阻襯底；在遠(yuǎn)離所述烹飪室的表面上的所述襯底的整個(gè)表面上淀積導(dǎo)電薄膜，所述膜與所述爐室的其余部分電隔離，以在所述襯底上設(shè)置電阻加熱膜；控制電路，與所述膜電連接，控制流過(guò)所述膜的電流，能改變用所述膜產(chǎn)生的電阻加熱量。
17.按權(quán)利要求16的爐子，其特征是，所述膜是金屬氧化膜。
18.按權(quán)利要求17的爐子，其特征是，所述金屬氧化膜是氧化錫膜。
19.按權(quán)利要求18的爐子，其特征是，所述控制電路用機(jī)械連接件機(jī)械地連接到所述膜。
20.按權(quán)利要求19的爐子，其特征是，所述機(jī)械連接件用于使所述連接件與所述薄膜電絕緣。
21.按權(quán)利要求20的爐子，其特征是，所述連接件是用螺母固定的安裝成穿過(guò)所述襯底的電絕緣墊圈和電絕緣導(dǎo)管和伸過(guò)所述墊圈和套管的螺栓。
22.涂有金屬氧化物涂層的襯底的制造方法，包括以下步驟金屬襯底的至少一邊涂覆以陶瓷為基的膜層；給涂有以陶瓷為基的膜層的襯底加足夠的熱量，使所述以陶瓷為基的膜層有效粘接到所述金屬襯底上，在粘接步驟中已加熱所述金屬襯底和陶瓷為基的膜層時(shí)，在所述以陶瓷為基的膜層上淀積金屬氧化膜。
23.按權(quán)利要求22的方法，其特征是，用陶瓷層和搪瓷層中之一涂敷鋼板，完成所述涂敷步驟。
24.按權(quán)利要求23的方法，其特征是，在所述鋼板的兩邊涂敷陶瓷層，完成所述涂敷步驟，在所述鋼板的一邊上淀積所述金屬氧化膜完成所述淀積步驟。
25.按權(quán)利要求23的方法，其特征是，用搪瓷層涂敷所述鋼板兩邊，完成所述涂敷步驟，在所述鋼板的一邊淀積所述金屬氧化膜，完成所述淀積步驟。
26.按權(quán)利要求22的方法，其特征是，用噴涂法在所述陶瓷層上噴涂構(gòu)成氧化錫膜的材料，完成所述淀積步驟。
27.按權(quán)利要求22的方法，其特征是，將所述金屬襯底安裝在傳送裝置上，用所述傳送裝置使所述金屬襯底連續(xù)經(jīng)過(guò)涂敷、粘接和淀積位置，完成所述涂敷步驟、所述連接步驟和所述淀積步驟。
全文摘要
大面積薄膜電阻加熱元件(21，46，81)包括較硬的襯底(22，63，82)，它在較高的溫度下能保持其機(jī)械性能；淀積在襯底(21，46，81)上的導(dǎo)電膜(26，64，84)膜(26，64，84)上設(shè)置的引出端(31，66，86)。金屬化襯底(22，63)可用例如其上有以陶瓷為基的電絕緣層(23，62，83)的鋼板，也可用人造云母板(61)。襯底和膜的面積要足夠大，使其可用功率密度低于15瓦/平方英寸而有最大的100°F以上的工作溫度。導(dǎo)電膜最好是金屬氧化膜，如氧化錫，并用作如爐子(41)和空間加熱器(81)中用的電阻加熱器，以允許按較小的工作溫度和小的功率密度加足夠大的功率，以獲取較大的效率。
文檔編號(hào)H05B3/16GK1158209SQ95195165
公開(kāi)日1997年8月27日 申請(qǐng)日期1995年7月25日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月29日
發(fā)明者R·P·古帕 申請(qǐng)人:熱力學(xué)美國(guó)有限公司