模块化陶瓷加热器的制作方法

模块化陶瓷加热器
1.背景
2.1.公开领域
3.本公开涉及模块化陶瓷加热器及其应用。
4.2.相关技术的描述
5.用于诸如烹饪器具、需要热水的洗涤器具、需要热量的保健和美容器具(例如，烫发器)、以及汽车加热器的器具中的许多加热器通过使电流流过电阻元件来生成热量。这些加热器由于高的热质量而经常经历长的预热(warmup)和冷却时间，高的热质量例如因电绝缘材料和用作传热元件以分配来自加热器的热量的相对大的金属部件所导致。这种加热器的制造商不断面临改善加热和冷却时间以及整体加热性能的挑战。改善加热性能的需求必须与商业考虑因素相平衡，如最小化制造成本和最大化生产能力。
6.因此，需要一种具有改善的预热和冷却时间的成本效益好的加热器组件。
7.概述
8.根据一个示例实施例，一种加热组件包括导热传热板和多个模块化加热器，该多个模块化加热器被安装到传热板。每个模块化加热器包括陶瓷基板，陶瓷基板具有印刷在陶瓷基板上的至少一根电阻迹线厚膜和印刷在陶瓷基板上的至少一根导电迹线厚膜。每个模块化加热器被配置成当电流被供应给至少一根电阻迹线时生成热量，并且传热板被定位成从多个模块化加热器传递热量以用于加热期望加热的区域。
9.根据另一示例实施例，一种加热组件包括导热传热元件和多个模块化加热器，该多个模块化加热器被定位成抵靠传热元件。每个模块化加热器具有基本上相同的构造。每个模块化加热器包括陶瓷基板和定位在陶瓷基板上的电阻迹线。每个模块化加热器被配置成当电流被供应给电阻迹线时生成热量，并且传热元件被配置成传递由多个模块化加热器生成的热量，以用于加热待加热的对象。
10.实施例包括其中每个模块化加热器的至少一根电阻迹线被定位在陶瓷基板的外部表面上的那些实施例。在一些实施例中，多个模块化加热器中的每一个包括覆盖至少一根电阻迹线的玻璃层，以用于电绝缘至少一根电阻迹线。
11.实施例包括其中多个模块化加热器中的每一个具有基本上相同的尺寸和形状的实施例。在一些实施例中，多个模块化加热器中的每一个包括基本上相同的构造。
12.在一些实施例中，多个模块化加热器直接接触传热板。
13.实施例包括其中每个模块化加热器的至少一根电阻迹线包括在陶瓷基板被烧制之后印刷在陶瓷基板的表面上的电阻器材料厚膜的实施例。
14.根据另一示例实施例，一种加热组件包括导热传热板和多个模块化加热器，该多个模块化加热器被安装到传热板。每个模块化加热器包括陶瓷基板，该陶瓷基板具有在陶瓷基板被烧制之后印刷在陶瓷基板的外部表面上的至少一根电阻迹线厚膜。每个模块化加热器的陶瓷基板具有基本上相同的尺寸和形状。每个模块化加热器被配置成当电流被供应给至少一根电阻迹线时生成热量，并且传热板被定位成传递由多个模块化加热器生成的热量，以用于加热期望加热的区域。
15.附图简述
16.结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的多个方面，并且与描述一起用于解释本公开的原理。
17.图1和图2分别是根据第一示例实施例的陶瓷加热器的内面和外面的平面图。
18.图3是图1和图2所示的加热器沿图1中的线3-3的横截面图。
19.图4和图5分别是根据第二示例实施例的陶瓷加热器的外面和内面的平面图。
20.图6是根据第三示例实施例的陶瓷加热器的外面的平面图。
21.图7是根据第四示例实施例的陶瓷加热器的内面的平面图。
22.图8是根据第五示例实施例的陶瓷加热器的内面的平面图。
23.图9是根据图4所示的示例实施例的加热器的第一阵列和根据图6所示的示例实施例的加热器的第二阵列的平面图。
24.图10是根据一个示例实施例的烹饪装置的示意图。
25.图11是根据一个示例实施例的在图10中所示的烹饪装置的加热器组件的分解图。
26.图12是图11所示的加热器组件的底部透视图。
27.图13是根据一个示例实施例的热板的示意图。
28.图14是根据一个示例实施例的在图13中所示的热板的加热器组件的底部平面图。
29.图15是根据一个示例实施例的烫发器的示意图。
30.图16是根据一个示例实施例的汽车加热器的分解图。
31.详细描述
32.在以下的描述中，参考了附图，其中相同的数字代表相同的元件。这些实施例被充分详细描述，以使得本领域技术人员能够实施本公开。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，其他实施例可以被利用，并且过程、电气以及机械的改变等等都可以进行。示例仅代表可能的变型。一些实施例的部分及特征可以包括于其他实施例的部分及特征中或是代替其他实施例的部分及特征。因此，以下描述不应该被视为有限制意义，并且本公开的范围仅由所附的权利要求及其等同物来限定。
33.参考图1和图2，示出了根据一个示例实施例的加热器100。图1示出了加热器100的内面102，并且图2示出了加热器100的外面104。通常，内面102背对被加热器100加热的对象，而外面104面向被加热器100加热的对象。例如，在烹饪器具中使用加热器100的情况下，加热器100的外侧104可以面向传热元件，例如金属板，传热元件将热量传递到容纳待烹饪的食物或其他物品的烹饪容器，并且加热器100的内侧102可以背对传热元件。此外，与加热器100的电连接通常用加热器100的内面102上的端子进行。在所示的实施例中，内面102和外面104由四个侧或边缘(包括横向边缘106和107以及纵向边缘108和109)界定，每个侧或边缘具有比内面102和外面104小的表面积。在该实施例中，内面102和外面104是矩形的；然而，可以根据需要使用其他形状(例如，诸如正方形的其他多边形)。在所示的实施例中，加热器100包括从横向边缘106延伸到横向边缘107的纵向尺寸110和从纵向边缘108延伸到纵向边缘109的横向尺寸111。加热器100还包括从内面102到外面104测量到的总厚度112(图3)。
34.加热器100包括一层或更多层陶瓷基板120，例如氧化铝(例如，市售的96％氧化铝陶瓷)。陶瓷基板120包括朝加热器130的外面104定向的外面124和朝加热器100的内面102
定向的内面122。陶瓷基板120的外面124和内面122被定位在陶瓷基板120的外部部分上，使得如果使用一层以上的陶瓷基板120，则外面124和内面122被定位在陶瓷基板120的相对的外部面上，而不是定位在陶瓷基板120的内部层或中间层上。
35.在所示的示例实施例中，加热器100的外面104由陶瓷基板120的外面124形成，如图2所示。在该实施例中，陶瓷基板120的内面122包括被定位于其上的一系列一根或更多根电阻迹线130和导电迹线140。电阻迹线130包括合适的电阻器材料，例如，银钯(例如，混合的70/30银钯)。导电迹线140包括合适的电导体材料，例如银铂。在所示的实施例中，电阻迹线130和导电迹线140通过厚膜印刷的方式施加到陶瓷基板120。例如，电阻迹线130可以包括当施加到陶瓷基板120时具有10-13微米厚度的电阻器膏，以及导电迹线140可包括当施加到陶瓷基板120时具有9-15微米厚度的导体膏。电阻迹线130形成加热器100的加热元件，并且导电迹线140提供到电阻迹线130的电连接以及在电阻迹线130之间的电连接，以便向每根电阻迹线130供应电流以生成热量。
36.在所示的示例实施例中，加热器100包括一对电阻迹线132、134，该一对电阻迹线132、134沿加热器100的纵向尺寸110彼此基本上平行地(并且基本上平行于纵向边缘108、109)延伸。加热器100还包括一对导电迹线142、144，每根导电迹线形成加热器100的相应端子150、152。电缆或电线154、156可以连接到端子150、152，以便将电阻迹线130和导电迹线140电连接到电压源和控制电路，该控制电路选择性地闭合由电阻迹线130和导电迹线140形成的电路以生成热量。导电迹线142直接接触电阻迹线132，并且导电迹线144直接接触电阻迹线134。在所示的示例实施例中，导电迹线142、144都邻近横向边缘106定位，但是导电迹线142、144可以根据需要定位在陶瓷基板120上的其他合适位置。在该实施例中，加热器100包括例如邻近横向边缘107的第三导电迹线146，该第三导电迹线146将电阻迹线132电连接到电阻迹线134。图1中电阻迹线132、134在导电迹线142、144、146之下被遮蔽的部分以虚线示出。在该实施例中，在例如端子150处通过导电迹线142输入到加热器100的电流依次通过电阻迹线132、导电迹线146、电阻迹线134和导电迹线144，其中电流在端子152处从加热器100输出。在端子152处输入到加热器100的电流沿着相同的路径反向行进。
37.在一些实施例中，加热器100包括靠近加热器100的表面定位的热敏电阻160，以便提供关于加热器100的温度的反馈，从而控制操作加热器100的电路。在一些实施例中，热敏电阻160被定位在陶瓷基板120的内面122上。在所示的示例实施例中，热敏电阻160直接焊接到陶瓷基板120的内面122。在该实施例中，加热器100还包括一对导电迹线162、164，该一对导电迹线162、164各自电连接到热敏电阻160的相应端子，并且各自形成相应端子166、168。电缆或电线170、172可以连接到端子166、168，以便将热敏电阻160电连接到例如操作加热器100的控制电路，从而提供加热器100的闭环控制。在所示的实施例中，热敏电阻160被定位在陶瓷基板120的内面122的中心位置处，在电阻迹线132、134之间并且在横向边缘106和横向边缘107的中间。在该实施例中，导电迹线162、164也被定位在电阻迹线132、134之间，其中导电迹线162从热敏电阻160朝向横向边缘106定位，并且导电迹线164从热敏电阻160朝向横向边缘107定位。然而，热敏电阻160及其对应的导电迹线162、164可以被定位在陶瓷基板120上的其他合适位置，只要它们不干扰电阻迹线130和导电迹线140的定位。
38.图3是沿图1中的线3-3截取的加热器100的横截面图。参考图1-图3，在所示的实施例中，加热器100包括在陶瓷基板120的内面122上的一层或更多层印刷玻璃180。在所示的
实施例中，玻璃180覆盖电阻迹线132、134、导电迹线146、和导电迹线142、144的部分，以便电绝缘这些特征以防止电击或电弧。玻璃层180的边界在图1中以虚线示出。在该实施例中，玻璃180不覆盖热敏电阻160或导电迹线162、164，因为施加到这些特征的相对低的电压呈现较低的电击或电弧风险。玻璃180的总厚度可以在例如70-80微米的范围内。图3示出了玻璃180覆盖电阻迹线132、134和陶瓷基板120的相邻部分，使得玻璃180形成加热器100的内面102的大部分。陶瓷基板120的外面124被示出为形成加热器100的外面104，如上所述。在图3中的视图中，被玻璃180的部分遮蔽的导电迹线146以虚线示出。图3描绘了单层陶瓷基板120。然而，陶瓷基板120可以包括多层，如图3中虚线182所示。
39.加热器100可以通过厚膜印刷的方式构造。例如，在一个实施例中，电阻迹线130被印刷在烧制(非坯体)的陶瓷基板120上，这包括通过具有刮板或类似物的图案化网筛选择性地将含有电阻器材料的膏体施加到陶瓷基板120。然后允许印刷的电阻器在室温下沉降(settle on)在陶瓷基板120上。然后，将具有印刷的电阻器的陶瓷基板120在例如大约140-160摄氏度下加热总共大约30分钟，包括在峰值温度下的大约10-15分钟以及朝峰值温度升温与从峰值温度下降的剩余时间，以便干燥电阻器膏并临时将电阻迹线130固定在适当位置。然后，将具有临时电阻迹线130的陶瓷基板120在例如大约850摄氏度下加热总共大约1小时，包括在峰值温度下大约10分钟以及朝峰值温度升温与从峰值温度下降的剩余时间，以便将电阻迹线130永久固定在适当位置。然后，在陶瓷基板120上印刷导电迹线140和162、164，这包括以与电阻器材料相同的方式选择性地施加含有导体材料的膏。然后，允许具有印刷的电阻器和导体的陶瓷基板120以与上面关于电阻迹线130讨论的相同的方式沉降、干燥和烧制，以便将导电迹线140和162、164永久固定在适当位置。然后，以与电阻器和导体基本相同的方式印刷玻璃层180，包括允许玻璃层180沉降以及干燥和烧制玻璃层180。在一个实施例中，相比于电阻器和导体，玻璃层180在略微低的、大约810摄氏度的峰值温度下烧制。然后，在精加工操作中将热敏电阻160安装到陶瓷基板120，其中热敏电阻160的端子直接焊接到导电迹线162、164。
40.与包括印刷在坯体陶瓷上的电阻迹线和导电迹线的传统陶瓷加热器相比，在烧制的陶瓷基板120上厚膜印刷电阻迹线130和导电迹线140提供了更均匀的电阻迹线和导电迹线。电阻迹线130和导电迹线140的改善的均匀性提供了跨越加热器100的外面104的更均匀的加热以及加热器100的更可预测的加热。
41.尽管图1-图3中所示的示例实施例包括被定位在陶瓷基板120的内面122上的电阻迹线130和热敏电阻160，但在其他实施例中，电阻迹线130和/或热敏电阻160可以根据需要与相对应的导电迹线一起位于陶瓷基板120的外面124上以建立与导电迹线的电连接。玻璃180可以根据需要覆盖陶瓷基板120的外面124和/或内面122上的电阻迹线和导电迹线，以便电绝缘这些特征。
42.图4和图5示出了根据另一个示例实施例的加热器200。加热器200包括内面202和外面204。如上所述，加热器200包括一层或更多层陶瓷基板220。陶瓷基板220包括朝向加热器200的内面202定向的内面222和朝向加热器200的外面224定向的外面204。与图1-图3所示的实施例相比，在图4和图5所示的示例实施例中，电阻迹线230和导电迹线240被定位在陶瓷基板220的外面224上而不是内面222上。电阻迹线230和导电迹线240可以通过如上所述的厚膜印刷的方式进行施加。
43.如图4所示，在所示的示例实施例中，加热器200包括在陶瓷基板220的外面224上的一对电阻迹线232、234。电阻迹线232、234沿着加热器200的纵向尺寸210彼此基本平行地延伸。加热器200还包括被定位在陶瓷基板200的外面224上的三根导电迹线242、244、246。导电迹线242直接接触电阻迹线232，并且导电迹线244直接接触电阻迹线234。在所示的示例实施例中，导电迹线242、244都被定位成邻近加热器200的第一横向边缘206。导电迹线246被定位成邻近加热器200的第二横向边缘207，并将电阻迹线232电连接到电阻迹线234。在图4中，电阻迹线232、234在导电迹线242、244、246之下被遮蔽的部分以虚线示出。
44.在所示的实施例中，加热器200包括一对通孔284、286，该一对通孔284、286形成为从外面224延伸穿过陶瓷基板220至内面222的穿孔，穿孔基本上填充有导电材料。通孔284、286将导电迹线242、244电连接到陶瓷基板220的内面222上的相对应的导电迹线，如下所述。
45.在所示的实施例中，加热器200包括在陶瓷基板220的外面224上的一层或更多层印刷玻璃280。在所示的实施例中，玻璃280覆盖电阻迹线232、234和导电迹线242、244、246，以便电绝缘这些特征。玻璃层280的边界在图4中以虚线示出。
46.图5示出了根据一个示例实施例的加热器200的内面202。在该实施例中，加热器200包括被定位在陶瓷基板220的内面222上的一对导电迹线248、249，该一对导电迹线248、249各自形成加热器200的相应端子250、252。在陶瓷基板220的内面222上的每根导电迹线248、249通过相应的通孔284、286电连接到在陶瓷基板220的外面224上的相应导电迹线242、244。电缆或电线254、256可以连接到(例如，直接焊接到)端子250、252，以便向电阻迹线232、234供应电流以生成热量。在该实施例中，在例如端子250处通过导电迹线248输入到加热器200的电流依次通过通孔284、导电迹线242、电阻迹线232、导电迹线246、电阻迹线234、导电迹线244、通孔286和导电迹线249，其中在端子252处电流从加热器200输出。在端子252处输入到加热器200的电流沿着相同的路径反向行进。
47.在所示的示例实施例中，加热器200包括被定位成靠近陶瓷基板220的内面222的热敏电阻260，以便提供关于加热器200的温度的反馈，从而控制操作加热器200的电路。在该实施例中，热敏电阻260不直接附接到陶瓷基板220，而是通过安装夹(未示出)或其他固定装置或附接机构保持抵靠陶瓷基板220的内面222。电缆或电线262、264连接到(例如，直接焊接到)热敏电阻260的相应端子，以便将热敏电阻260电连接到例如操作加热器200的控制电路。当然，如上面关于加热器100的热敏电阻160所讨论的，加热器200的热敏电阻260可以替代地直接焊接到陶瓷基板220。类似地，加热器100的热敏电阻160可以通过固定装置保持抵靠陶瓷基板120，而不是直接焊接到陶瓷基板120。
48.在所示的示例实施例中，加热器200还包括被定位在陶瓷基板220的内面222上的热熔断器290，例如双金属热熔断器。电缆或电线292、294连接到热熔断器290的相应端子，以便提供到热熔断器290的电连接。热熔断器290与由电阻迹线230和导电迹线240形成的加热电路串联电连接，允许热熔断器290在由热熔断器290检测到超过预定量的温度时断开由电阻迹线230和导电迹线240形成的加热电路。以这种方式，热熔断器290通过防止加热器200过热来提供额外的安全性。当然，上面讨论的加热器100也可以根据需要包括热熔断器。
49.尽管未示出，但应理解，陶瓷基板220的内面222可以包括一个或更多个玻璃层，以便根据需要电绝缘加热器200的内面202的部分。
50.图6示出了根据另一个示例实施例的加热器300。图6示出了加热器300的外面304。在一个实施例中，加热器300的内面基本上与图5所示的加热器200的内面202相同。如上所述，加热器300包括一层或更多层陶瓷基板320。图6示出了陶瓷基板320的外面324。
51.在所示的示例实施例中，加热器300包括在陶瓷基板320的外面324上的单根电阻迹线330。电阻迹线330沿着加热器300的纵向尺寸310延伸。加热器300还包括被定位在陶瓷基板320的外面324上的一对导电迹线342、344。每根导电迹线342、344直接接触电阻迹线330的相应端部。导电迹线342在加热器300的第一横向边缘306附近接触电阻迹线330。导电迹线344在加热器300的第二横向边缘307附近接触电阻迹线330，并从与电阻迹线330的接触点延伸到导电迹线342旁边的位置。在图6中，电阻迹线330在导电迹线342、344之下被遮蔽的部分以虚线示出。
52.在所示的实施例中，如上文关于加热器200所述，加热器300包括一对通孔384、386，该一对通孔384、386形成为延伸穿过陶瓷基板320的穿孔，穿孔基本上填充有导电材料。如上所述，通孔384、386将导电迹线342、344电连接到陶瓷基板320的内面上的相对应的导电迹线。
53.在所示的实施例中，加热器300包括在陶瓷基板320的外面324上的一层或更多层印刷玻璃380。如上所述，玻璃380覆盖电阻迹线330和导电迹线342、344，以便电绝缘这些特征。玻璃层380的边界在图6中以虚线示出。
54.图7示出了根据另一个示例实施例的加热器400。图7示出了加热器400的内面402。如上所述，加热器400包括一层或更多层陶瓷基板420。在一个实施例中，加热器400的外面基本上与图2所示的加热器100的外面104相同，使得陶瓷基板420的外面形成加热器400的外面。图7示出陶瓷基板420的内面422。在该实施例中，陶瓷基板420的内面422包括定位在其上的一系列电阻迹线430和导电迹线440。如上所述，电阻迹线430和导电迹线440可以通过厚膜印刷的方式施加到陶瓷基板420。
55.在所示的示例实施例中，加热器100包括沿加热器400的纵向尺寸410彼此基本平行地延伸的一对电阻迹线432、434。加热器400还包括一对导电迹线442、444，该一对导电迹线442、444各自形成加热器400的相应端子450、452。如上所述，电缆或电线可以连接到端子450、452，以便将电阻迹线430和导电迹线440电连接到电压源和操作加热器400的控制电路。导电迹线442在加热器400的第一横向边缘406附近直接接触电阻迹线432、434，并且导电迹线444在加热器400的第二横向边缘407附近直接接触电阻迹线432、434。在图7中，电阻迹线432、434在导电迹线442、444之下被遮蔽的部分以虚线示出。在该实施例中，在例如端子450处通过导电迹线442输入到加热器400的电流通过电阻迹线432和434到达导电迹线444，其中电流在端子452处从加热器400输出。在端子452处输入到加热器400的电流沿着相同的路径反向行进。
56.在所示的实施例中，加热器400还包括被定位在陶瓷基板420的内面422上的热敏电阻460。在所示的示例实施例中，热敏电阻460直接焊接到陶瓷基板420的内面422。在该实施例中，加热器400还包括一对导电迹线462、464，该一对导电迹线462、464各自电连接到热敏电阻460的相应端子，并且各自形成相应端子466、468。电缆或电线可以连接到端子466、468，以便将热敏电阻460电连接到例如操作加热器400的控制电路，以便提供加热器400的闭环控制。在所示的实施例中，加热器400包括在陶瓷基板420的内面422上的一层或更多层
印刷玻璃480。在所示的实施例中，玻璃480覆盖电阻迹线432、434和导电迹线442、444的部分，以便电绝缘这些特征。玻璃层480的边界在图7中以虚线示出。
57.图8示出了根据另一个示例实施例的加热器500。图8示出了加热器500的内面502。如上所述，加热器500包括一层或更多层陶瓷基板520。在一个实施例中，陶瓷基板520的外面形成加热器500的外面。图8示出了陶瓷基板520的内面522。在所示的实施例中，加热器500的内面502和外面是正方形的。在该实施例中，陶瓷基板520的内面522包括定位在其上的电阻迹线530和一对导电迹线542、544。如上所述，电阻迹线530和导电迹线542、544可以通过厚膜印刷的方式施加到陶瓷基板520。
58.在所示的示例实施例中，电阻迹线530从加热器500的第一边缘506附近向加热器500的第二边缘507延伸，基本上平行于加热器500的第三508和第四边缘509。在该实施例中，电阻迹线530被定位在加热器500的边缘508、509之间的中间。导电迹线542、544各自形成加热器500的相应端子550、552。如上所述，电缆或电线可以连接到端子550、552，以便将电阻迹线530和导电迹线542、544电连接到电压源和操作加热器500的控制电路。导电迹线542在加热器500的边缘506附近直接接触电阻迹线530的第一端，并且导电迹线544在加热器500的边缘507附近直接接触电阻迹线530的第二端。导电迹线542包括从电阻迹线530的第一端沿加热器500的边缘506向加热器500的边缘509延伸的第一段542a。导电迹线542还包括第二段542b，第二段542b从导电迹线542的第一段542a沿着加热器500的边缘509向加热器500的边缘507延伸，并平行于电阻迹线530。导电迹线544包括从电阻迹线530的第二端沿加热器500的边缘507向加热器500的边缘508延伸的第一段544a。导电迹线544还包括第二段544b，第二段544b从导电迹线544的第一段544a沿着加热器500的边缘508向加热器500的边缘506延伸，并平行于电阻迹线530。在图8中，电阻迹线530在导电迹线542、544之下被遮蔽的部分以虚线示出。在该实施例中，在例如端子550处通过导电迹线542的第二段542b输入到加热器500的电流通过导电迹线542的第一段542a、到电阻迹线530、到导电迹线544的第一段544a、到导电迹线544的第二段544b，其中电流在端子552处从加热器500输出。在端子552处输入到加热器500的电流沿着相同的路径反向行进。
59.在所示的实施例中，加热器500包括在陶瓷基板520的内面522上的一层或更多层印刷玻璃580。在所示的实施例中，玻璃580覆盖电阻迹线530和导电迹线542、544的第一段542a、544a的部分，以便电绝缘这些特征。玻璃层580的边界在图8中以虚线示出。尽管未示出，但如上所述，加热器500还可以包括在加热器500的内面522或外面上的热敏电阻，以便提供对加热器500的闭环控制。根据需要，热敏电阻可以固定到加热器500(例如，固定到陶瓷基板520)或保持抵靠加热器500。
60.上面参考图1-图8所示和讨论的实施例旨在作为示例，而不是穷尽性的。根据需要，本公开的加热器可以包括许多不同图案、布局、几何结构、形状、定位、尺寸和配置的电阻迹线和导电迹线，包括在加热器的外面、加热器的内面和/或加热器的陶瓷基板的中间层上的电阻迹线。其他部件(例如，热敏电阻和/或热熔断器)可以根据需要被定位在加热器的面上或抵靠加热器的面。如上所述，加热器的陶瓷基板可以以单层或多层设置，并且可以根据需要使用各种形状(例如，矩形、正方形或其他多边形的面)和尺寸的陶瓷基板。在加热器包括具有矩形面的陶瓷基板的一些实施例中，陶瓷基板沿纵向尺寸的长度可以在例如80mm至120mm的范围内，并且陶瓷基板沿横向尺寸的宽度可以在例如15mm至24mm的范围内。在加
热器包括具有正方形面的陶瓷基板的一些实施例中，陶瓷基板的长度和宽度可以在例如5mm到25mm的范围内(例如，10mm乘以10mm的正方形)。也可以使用曲线形状，但通常制造成本更高。印刷玻璃可根据需要用于加热器的外面和/或内面以提供电绝缘。
61.为了成本效率，本公开的加热器优选地以阵列形式生产，其中特定阵列中的每个加热器具有基本相同的构造。优选地，在完成阵列中所有加热器的构造之后，包括在所有部件的烧制和任何适用的精加工操作之后，每个加热器阵列被分离成单独的加热器。在一些实施例中，各个加热器通过光纤激光划线的方式与阵列分离。与传统的二氧化碳激光划线相比，光纤激光划线往往提供沿分离边缘具有更少微裂纹的更均匀的切单表面(singulation surface)。作为示例，图9示出了包括根据图4所示示例实施例的加热器200的阵列602的第一面板600和包括根据图6所示的示例实施例的加热器300的阵列612的第二面板610。
62.为了最小化成本和制造复杂性，优选的是使加热器面板和各个加热器的尺寸和形状标准化，以便生产模块化加热器的阵列。作为示例，面板(诸如面板600、610)可以制备成矩形或正方形形状，诸如2
″
乘以2
″
或4
″
乘以4
″
的正方形面板或更大的165mm乘以285mm的矩形面板。陶瓷基板的每一层的厚度可以在0.3mm至2mm之间。例如，市售陶瓷基板厚度包括0.3mm、0.635mm、1mm、1.27mm、1.5mm和2mm。另一种方式是以非标准或定制的尺寸和形状构造加热器，以匹配特定应用中所需的加热区域。然而，对于较大的加热应用，与以标准尺寸和形状构造模块化加热器相比，这种方式通常会显著增加加热器的制造成本和材料成本。
63.一个或更多个模块化加热器可以被安装到具有高热导率的传热元件上或被定位成抵靠传热元件，以向期望加热的区域提供热量。加热器可以根据标准尺寸和形状生产，其中传热元件的尺寸和形状匹配期望加热的区域。以这种方式，传热元件的尺寸和形状可以被特别地定制或调整以匹配期望加热的区域，而不是定制加热器的尺寸和形状。可以基于期望加热的区域和需要的热量来选择附接到传热元件或被定位成抵靠传热元件的加热器的数量。
64.传热元件可以由各种高热导率材料形成，例如由铝、铜或黄铜形成。在一些实施例中，铝的优点在于其相对高的热导率和相对低的成本。由于锻造铝具有较高的热导率，被热锻成期望形状的铝通常比铸造铝更好。
65.可以通过在每个加热器和传热元件的邻接表面之间施加间隙填料，例如热垫、粘合剂或油脂，以便减少这些表面的缺陷对热传递的影响，从而改善热传递。为了减少热量损失，可以在加热器的背对传热元件的部分(例如，每个加热器的内面)上施加隔热垫，这提高了加热效率。弹簧或迫使加热器朝向传热元件的其他偏置特征也可用于改善热传递。
66.本公开的加热器适用于广泛的商业应用，包括：例如，用于烹饪装置(诸如电饭煲或热板)的加热板；洗涤器具，诸如洗碗机和洗衣机；健康美容用具，诸如电热夹板(flat irons)、直发器(straightening irons)、烫发钳(curling irons)和卷发器(crimping irons)；以及诸如舱室加热器的汽车加热器。以下讨论各种示例商业应用；然而，下面讨论的示例并不被认为是详尽无遗的或限制性的。
67.图10示出了本公开的加热器的示例商业应用，包括根据一个实施例的烹饪装置700。在所示的示例实施例中，烹饪装置700包括电饭煲。然而，烹饪装置700可以包括压力锅、蒸汽锅或其他烹饪器具。烹饪装置700包括壳体702、烹饪容器720和加热器组件740。壳
体702包括具有用于容纳烹饪容器720的容纳器703的上部部分和加热器组件740被安装在其中的下部部分。在所示的实施例中，加热器组件740形成容纳器703的容纳基部，使得当烹饪容器720被定位在容纳器703内时，烹饪容器720接触加热器组件740并搁置在加热器组件740的顶部，从而由加热器组件740生成的热量加热烹饪容器720。烹饪容器720通常是具有食物容纳器721的容器(例如，碗状物)，食物容纳器721中包含要烹饪的食物物质，例如大米和水。盖705可以在边沿722处覆盖烹饪容器720的开口。
68.加热器组件740包括一个或更多个模块化加热器750(例如，上文讨论的加热器100、200、300、400、500中的一个或更多个)和加热板745，加热板745用作传热元件以将热量从加热器750传递到烹饪容器720。每个加热器750包括一根或更多根电阻迹线760，当电流通过电阻迹线760时，电阻迹线760生成热量。加热器组件740的每个加热器750可以具有基本相同的构造。如上所述，加热板745由导热材料(诸如锻造铝)构成。当烹饪容器720被设置在容纳器703中时，烹饪容器720接触加热板745并搁置在加热板745的顶部。加热器750被定位成抵靠加热板745(直接接触加热板745或者非常接近加热板745)，以便将由加热器750生成的热量传递到烹饪容器720。如上所述，在一些实施例中，在每个加热器750和加热板745之间施加热间隙填料，以促进加热器750和加热板745之间的物理接触和热传递。
69.烹饪装置700包括控制电路715，控制电路715被配置成通过选择性地断开或闭合向加热器750供应电流的一个或更多个电路来控制加热器750的温度。可以根据需要使用开环或最好是闭环控制。在所示的实施例中，温度传感器770，诸如热敏电阻，耦合到每个加热器750和/或加热板745，以用于感测它们的温度并允许通过控制电路715对加热器750进行闭环控制。控制电路715可以包括微处理器、微控制器、专用集成电路、和/或其他形式的集成电路。在所示的示例实施例中，控制电路715包括开关717，开关717选择性地断开和闭合加热器750的电路，以便控制由加热器750生成的热量。开关717可以例如是机械开关、电子开关、继电器、或其他开关设备。控制电路715使用来自温度传感器770的温度信息来控制开关717，以基于温度信息选择性地向电阻迹线760供电。当开关717闭合时，电流流过电阻迹线760，从而从加热器750生成热量。当开关717断开时，没有电流流过电阻迹线760，从而暂停或停止从加热器750生成热量。在烹饪装置700包括多于一个加热器750的情况下，加热器750可以独立地或联合地被控制。在一些实施例中，控制电路715可以包括功率控制逻辑和/或用于控制输送到电阻迹线760的功率量的其他电路，从而允许在期望的温度范围内调节由加热器750生成的热量的量。
70.图11和图12示出了根据一个示例实施例的加热器组件740，其包括加热板745和标记为750a、750b的一对加热器750。图11是加热器组件740的分解图，以及图12示出加热器组件740的底部透视图。在所示的示例实施例中，加热板745形成为具有圆顶表面747的圆盘(为了说明目的，也在图10中以放大的比例示出)。在一个实施例中，加热板745的直径约为162mm，中心部分的厚度约为5mm，以及周向边缘的厚度约为1mm。在其他实施例中，加热板745可以具有其他形状，只要加热板745被定位成将来自加热器750的热量分散到烹饪容器720的整个底表面。加热板745的热导率和相对薄导致相对低的热质量，这减少了加热和冷却加热板745以及进而加热和冷却烹饪容器720所需的时间量。
71.在所示的示例实施例中，一对(750a、750b)加热器750被定位成抵靠加热板745的底表面748。然而，根据烹饪装置700的加热要求，加热器组件740可以根据需要包括更多或
更少的加热器750。如上所述，每个加热器750包括陶瓷基板752，该陶瓷基板752具有被定位在其上的一系列一根或更多根电阻迹线760和导电迹线754。当由电源714(图10)提供的电流通过电阻迹线760时，热量被生成。在所示的示例实施例中，电阻迹线760被定位在加热器750的面向加热板745的外面758上。然而，除了被定位在加热器750的外面758上或者代替被定位在加热器750的外面758上，根据需要，电阻迹线760可以被定位在加热器750的背对加热板745的内面759上和/或定位在陶瓷基板752的中间层上。在所示的示例实施例中，外面758上的导电迹线754提供到电阻迹线760和在电阻迹线760之间的电连接。在该实施例中，内面759上的导电迹线754被电连接到外面758上的导电迹线754并用作加热器750的端子756、757，以将加热器750电连接到电源714和控制电路715。每个加热器750可以在外面758和/或内面759上包括一层或更多层印刷玻璃780，以便根据需要电绝缘电阻迹线760和导电迹线754。当然，图11和图12中示出的加热器750仅仅是示例，并且烹饪装置700的加热器可以采取许多不同的形状、定位、尺寸和配置，并且可以根据需要包括许多不同图案、布局、几何结构、形状、定位、尺寸和配置的电阻迹线和导电迹线。
72.在所示的示例实施例中，热敏电阻770被定位成抵靠每个加热器750的内面759。热敏电阻770电连接到控制电路715，以便提供对加热器750的闭环控制。虽然所示的示例实施例包括抵靠每个加热器750定位的外部热敏电阻770，但每个加热器750可以替代地包括附接到陶瓷基板752的热敏电阻。代替被定位在加热器750上或被定位成抵靠加热器750的热敏电阻770或除了被定位在加热器750上或被定位成抵靠加热器750的热敏电阻770之外，加热器组件740可以包括被定位成抵靠加热板745的底表面748的热敏电阻。如上所述，加热器组件740还可以包括一个或更多个热熔断器。
73.图13示出了本公开的加热器的另一示例商业应用，包括根据另一示例实施例的烹饪装置。在所示的示例实施例中，烹饪装置包括热板800。在所示的示例实施例中，热板800是可用于烹饪或用于其他加热应用(例如实验室中对物质或材料的加热)的独立单元。在其他实施例中，热板800可以是诸如炉灶面(cooktop)或炉灶(cooking range)的器具的集成部件。在一些实施例中，热板800可以包括作为与热板800集成的部件的烹饪容器，该烹饪容器被配置成保持被加热的物品或物质，例如被配置为保持液体的壶。热板800包括壳体802和加热器组件840。在所示的实施例中，壳体802包括具有接触表面803的上部部分，保持通过加热器组件840加热的物品或物质的烹饪容器搁置在接触表面803上。
74.加热器组件840包括一个或更多个模块化加热器850(例如，上文讨论的加热器100、200、300、400、500中的一个或更多个)和加热板845，加热板845用作传热元件以将热量从加热器850传递到接触表面803。加热器组件840的每个加热器850可以具有基本相同的构造。在一些实施例中，加热板845的顶表面847形成接触表面803。在其他实施例中，优选由导热和电绝缘材料(例如，氮化硼填充的聚酰亚胺)组成的盖、遮蔽物、套筒、涂层或薄膜可覆盖加热板845的顶表面847并形成接触表面803。每个加热器850包括一个或更多个电阻迹线860，当电流通过电阻迹线860时电阻迹线860生成热量。如上所述，加热板845由导热材料(诸如锻造铝)组成。加热器850被定位成抵靠加热板845(直接接触加热板845或者非常接近加热板845)，以便将由加热器850生成的热量传递到接触表面803。如上所述，在一些实施例中，在每个加热器850和加热板845之间施加热间隙填料，以促进加热器850和加热板845之间的物理接触和热传递。
75.热板800包括控制电路815，控制电路815被配置成通过选择性地断开或闭合向加热器850供应电流的一个或更多个电路来控制加热器850的温度。可以根据需要使用开环控制或最好是闭环控制。在所示的实施例中，温度传感器870，诸如热敏电阻，耦合到每个加热器850和/或加热板845，以用于感测加热器850和/或加热板845的温度并允许通过控制电路815对加热器850进行闭环控制。在所示的示例实施例中，控制电路815包括开关817，开关817选择性地断开和闭合加热器850的电路，以便控制由加热器850生成的热量。控制电路815使用来自温度传感器870的温度信息来控制开关817以基于温度信息选择性地向电阻迹线860供电。在热板800包括多于一个加热器850的情况下，加热器850可以独立地或联合地被控制。
76.图14示出了根据一个示例实施例的加热器组件840，该加热器组件840包括加热板845和被标记为850a、850b、850c的一组三个加热器850。在所示的示例实施例中，加热板845形成为具有基本平坦的顶表面847的圆盘(图13)。在其他实施例中，加热板845可以具有其他形状和表面几何结构(例如，圆顶表面)，只要加热板845被定位成将来自加热器850的热量分散到整个接触表面803。
77.在所示的示例实施例中，三个(850a、850b、850c)加热器850被定位成抵靠加热板845的底表面848。然而，根据热板800的加热需求，加热器组件840可以根据需要包括更多或更少的加热器850。如上所述，每个加热器850包括陶瓷基板852，陶瓷基板852具有被定位在其上的一系列一根或更多根电阻迹线860和导电迹线854。当由电源814(图13)提供的电流通过电阻迹线860时，热量被生成。在所示的示例实施例中，电阻迹线860被定位在加热器850的背对加热板845的内面859上。然而，除了被定位在加热器850的内面859上之外或者代替被定位在加热器850的内面859上，根据需要，电阻迹线860可以被定位在加热器850的面向加热板845的外面上和/或定位在陶瓷基板852的中间层上。在所示的示例实施例中，内面859上的导电迹线854提供到电阻迹线860和在电阻迹线860之间的电连接并且还用作加热器850的端子856、857，以将每个加热器850电连接到电源814和控制电路815。每个加热器850可以在加热器850的外面和/或内面859上包括一层或更多层印刷玻璃880，以便根据需要电绝缘电阻迹线860和导电迹线854。当然，图14所示的加热器850仅仅是示例，并且热板800的加热器可以采取许多不同的形状、定位、尺寸和配置，并且可以根据需要包括许多不同图案、布局、几何结构、形状、定位、尺寸和配置的电阻迹线和导电迹线。
78.在所示的示例实施例中，热敏电阻870被定位成抵靠每个加热器850的内面859。热敏电阻870电连接到控制电路815，以便提供加热器850的闭环控制。所示的示例实施例包括附接到每个加热器850的陶瓷基板852的热敏电阻870；然而，可以根据需要使用被定位成抵靠每个加热器850的外部热敏电阻。在所示的示例实施例中，加热器组件840还包括被定位成抵靠加热板845的底表面848的热敏电阻872，以便向控制电路815提供附加的温度反馈。如上所述，加热器组件840还可以包括一个或更多个热熔断器。
79.在所示的示例实施例中，每个加热器850通过一个或更多个安装夹890保持抵靠加热板845的底表面848。安装夹890将加热器850固定地定位成抵靠加热板845的底表面848，并且可弹性地偏转，以便将加热器850的外面机械地偏置成抵靠加热板845的底表面848，从而促进热量从加热器850传递到加热板845。
80.图15示出了本公开的加热器的另一示例商业应用，包括根据一个实施例的烫发器
(hair iron)900。烫发器900可以包括诸如电热夹板(flat irons)、直发器(straightening irons)、烫发钳(curling irons)、卷发器(crimping irons)或将热量和压力施加到用户头发以便改变用户头发的结构或外观的其他类似装置的器具。烫发器900包括形成烫发器900的整体支撑结构的壳体902。壳体902可以由例如热绝缘和电绝缘并且具有相对高的热阻率和尺寸稳定性以及低的热质量的塑料构成。示例塑料包括聚对苯二甲酸丁二酯(pbt)塑料、聚碳酸酯/丙烯腈丁二烯苯乙烯(pc/abs)塑料、聚对苯二甲酸乙二酯(pet)塑料，包括每种塑料的玻璃填充版本。除了形成烫发器900的整体支撑结构之外，壳体902还提供电绝缘和热绝缘，以便在烫发器900的操作期间为用户提供用于接触和保持的安全表面。
81.烫发器900包括一对臂904、906，该一对臂904、906可在图15所示的打开位置和闭合位置之间移动，在打开位置中，臂904、906的远端段彼此间隔开，在闭合位置中，臂904、906的远端段彼此接触或紧密接近。例如，在所示的实施例中，臂904、906可以在打开位置和闭合位置之间围绕枢转轴线912相对于彼此枢转。
82.烫发器900包括被定位在臂904、906中的一个或两个的内侧914、916上的一个或更多个模块化加热器950(例如，上面讨论的加热器100、200、300、400、500中的一个或更多个)，该一个或更多个模块化加热器950可以具有基本相同的构造。臂904、906的内侧914、916包括当臂904、906处于闭合位置时相互面对的臂904、906的部分。加热器950向臂904、906上的相应接触表面918、920供应热量。每个接触表面918、920被定位在相对应的臂904、906的内侧914、916上。接触表面918、920可以直接由每个加热器950的表面形成，或者由覆盖每个加热器950的材料(诸如优选由导热和电绝缘材料构成的遮蔽物或套筒)形成。接触表面918、920被定位成在用户将他或她的头发的一部分定位在臂904、906之间并将臂904、906定位在闭合位置时直接接触用户的头发并将热量传递到用户的头发。当臂904、906处于闭合位置时，接触表面918、920可以被定位成以相对平坦的定向彼此配合，以便使可用于接触用户头发的表面积最大。
83.每个加热器950包括一根或更多根电阻迹线，如上所述，当电流通过电阻迹线时电阻迹线生成热量。烫发器900包括控制电路922，控制电路922被配置成通过选择性地断开或闭合向加热器950供应电流的电路来控制每个加热器950的温度。可以根据需要使用开环控制或最好是闭环控制。如上所述，每个加热器950可包括温度传感器，诸如热敏电阻，以用于感测加热器的温度并允许通过控制电路922对加热器950进行闭环控制。在烫发器900包括多于一个加热器950的情况下，加热器950可以独立地或联合地被控制。
84.图16示出了本公开的加热器的另一示例商业应用，包括根据一个示例实施例的汽车加热器1000。在所示的示例实施例中，汽车加热器1000加热诸如冷却剂的流体，该流体例如可用于向交通工具的舱室提供热量。在所示的实施例中，汽车加热器1000包括主体1002和附接到主体1002的盖或覆盖物1004。汽车加热器1000的加热器组件1040容纳在主体1002和覆盖物1004之间。主体1002包括容纳在其中的热交换器，该热交换器包括流体入口1006和流体出口1008，流体入口100允许流体进入热交换器以通过加热器组件1040加热，流体出口1008允许被加热的流体离开热交换器。
85.加热器组件1040包括一个或更多个模块化加热器1050(例如，上面讨论的加热器100、200、300、400、500中的一个或更多个)，该一个或更多个模块化加热器1050被定位成抵靠加热器框架1045，加热器框架1045用作传热元件，以将热量从加热器1050传递到主体
1002的热交换器。加热器组件1040的每个加热器1050可以具有基本相同的构造。在所示的示例实施例中，加热器组件1040包括夹在加热器框架1045的前侧1046和主体1002之间的一组四个加热器1050，它们被标记为1050a、1050b、1050c、1050d。如上所述，每个加热器1050包括陶瓷基板1052，陶瓷基板1052具有被定位在其上的一系列一根或更多根电阻迹线1060和导电迹线1054。当电流通过电阻迹线1060时，热量被生成。如上所述，加热器框架1045由导热材料(诸如锻造铝)组成。如上所述，根据需要，一个或更多个温度传感器可用于提供加热器1050的闭环控制。加热器组件1040还可以根据需要包括一个或更多个热熔断器。根据需要，每个加热器1050可以包括用于电绝缘的一层或更多层印刷玻璃。当然，图16所示的加热器1050仅仅是示例，并且汽车加热器1000的加热器可以采取许多不同的形状、定位、尺寸和配置，并且可以根据需要包括许多不同的图案、布局、几何结构、形状、定位、尺寸和配置的电阻迹线和导电迹线。
86.加热器组件1040包括提供到加热器1050的电连接的电线、电缆或其他电导体1010，例如定位在加热器框架1045上的电线、电缆或其他电导体1010。在所示的示例实施例中，一个或更多个泡沫构件1012被夹在加热器框架1045的后侧1047和覆盖物1004之间。泡沫构件1012使加热器1050的内面1059隔热，并且机械地将加热器1050偏置成抵靠主体1002，以帮助促进热量从加热器1050的外面1058传递到主体1002的热交换器。
87.本公开提供了与传统陶瓷加热器相比具有低热质量的模块化陶瓷加热器。在一些实施例中，与内部地定位在多个陶瓷片之间的电阻迹线相比，在陶瓷基板的外部面(外面或内面)上的厚膜印刷电阻迹线提供了减少的热质量。在一些实施例中，本公开的模块化陶瓷加热器的低热质量允许加热器在几秒钟(例如，小于5秒)内加热到有效温度以供使用，显著快于传统加热器。本公开的模块化陶瓷加热器的低热质量在一些实施例中还允许加热器在使用后在几秒钟(例如，小于5秒)内冷却到安全温度，同样显著快于传统加热器。
88.此外，因为温度传感器提供的闭环温度控制与相对均匀的厚膜印刷电阻迹线和导电迹线相结合，本公开的模块化陶瓷加热器的实施例在比传统加热器更精确和更均匀的温度下工作。与传统加热器相比，模块化陶瓷加热器的低热质量和改善的温度控制允许更高的能效。改善的温度控制和温度均匀性还通过减少过热的发生增加了安全性。
89.以上的描述示出了本公开的多个方面。其并非意图穷举。而是，其被选择以示出本公开内容的原理以及其实际的应用，以使得本领域中的普通技术人员能够利用本公开，包括自然而得的本公开的各种修改。所有的修改及变型被认为是在由所附的权利要求所确定的本公开的范围内。相对明显的修改包括将多种实施例的一个或更多个特征与其他实施例的特征进行组合。