TW457830B - Electrical resistance ceramic heating element - Google Patents

Description

45 78^0 五、發明說明（l) | 本發明係 ;性）係可以J I 電阻加熱 |件，其根據 !熱元件之其 I其長度係具 i係在高阻抗 i熱量之較低 ;心桿、管狀 丨桿之目的係 丨電路徑之截 I Crus il i te™ .管狀桿之此 在此一管 側邊。為了 根據已至少 之管狀桿， 蠕’而另一 型之典型元 元件·。 對於目前 可利用一種 之間距係視 抗而定。間 關於電阻陶从，工 I用在Kb 熱元件，尤其（但不具有限制 化矽電加熱元件者。 ^斛Ϊ f所周知的方法。電流係通過一電阻元 ", 口 °的電學定律係會產生熱量。在電阻加 f 一族群 φ，。 其係包含碳化矽桿，該桿體沿著 有不同的雷P目„ + 1 __ ,L丄 、 部位中所產吐14些70件中’大部分的熱量 ^ α屋生，亦即所謂的熱區"，具有較小 =阻部位則係稱之為”冷端"。該桿體通常係實 桿或者係螺旋狀切口管狀桿。螺旋狀切口管狀 要增加電流通過熱區之路徑長度，並且降低導 面積，以增加電阻此類型之典型桿體係

Type X 7L件以及GU：fearT« SG桿。螺旋狀切口 —特性.係屬習知達至少四十年。 狀桿中，電連接部位是位在冷端之熱區的任一 某些目的，其最好在—端部上具有電性終端。 有三十年之習知技術，其係可提供具有雙螺旋 泫椁體之一端係會被分離以提供冷端電氣終 =則係提供一位在兩螺mi的連、结處。此類

件係CrUSiUteTM DS 元件以及GUbaP SGi^1SR 2 之元件U，MF，DS & 隨），係 至剛石石少輪而在碳化矽乾 ^ 7 s體上刻出凹溝。螺旋 铁化矽之阻抗以及Crus丨丨.i Tu t π八叹— < 1 1 11 eni元件所需要之阻

距愈緊密，便可以由给仝—A %弋官體上獲得更高的阻 1五 '發明說明（2) i抗。就雙螺旋元件（DS或DM )·而言，雙螺旋切口係彼此以相 I對1 δ 〇 °開始，且第二螺旋中點係位在第一螺旋圈之間。 i |該螺旋接著便藉由金剛石鋸而在一端切出細縫’該細縫端 I接著便變成電連接部位之終端末端。 I 就製造Gl〇barTM螺旋元件（SG，SGR)而言，螺旋係在鍛燒 之前利用金剛石鑽頭加以切割。就雙螺旋元件（SGR)而 ：言，其係採用兩切口彼此呈1 8 0度之設計。在切出該螺旋 ;之後，該材料便以兩階段製程來加以鍛燒，而在此過程期 |間，最終之阻抗係加以控制的。 所有這些元件（Crusi 1 iteTM X、MF、DS、DM、GlobarTM 丨：SG、SGR )皆係單相元件，且係使用在相當廣泛範圍之工業 :及實驗室鍋鑪之運轉，舉例來說-，其溫度係介於1 〇 〇 〇 及 1 6 0 0 t之間。 在需要高度加熱且加熱器之數量係三合一的情況下，其 經$係採用二相電源供應。最好，.該電源之三相係相同 的，且基於此一理由，單相元件通常係以三合一之方式來 加以組裝。或者，亦可以採用三相碳化矽元件，以確保在 所安裝之元件數f不是三之倍數時，其仍可以平衡三相負 載。習知的碳化矽三相電元件係由三個腿部結合成一共用 之橋接部而構成。該腿部通常不是配置在一平面上（所以 該元件係具有板球頭部之外觀形狀），或者係配置成三角 形（形成一種有時稱之為牛奶盒規格或〜卜^形之嬈格）。 s玄板球頭部狀之配置方式係至少在1 9 5 7年即已經揭露（參 考英國專利GB 845496號）’而〜^形之配置則係至少在

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4 5 7BgO 五、發明說明（3) 1 9 6 9年即已經揭露 造然後再結合成一 之方式來鱗造此一 遍。亦有提出在板 組合在一起而形成 1 279478 號）。 將成對的元件組 件之終端係位在一 件係 K a n t h a 1 T y p e 定之加熱應用所需 提供適當配置以將 雜。再者，其亦需 元件。這些開孔可 體性，且對於熱效 經由這些開孔或沿 本案發明人瞭解 電加熱元件來加以 以上之腿部、數個 間提供導電性之橋 之申請專利範圍， 更深入之瞭解，在 圆1係習知U型元 圏2係習知三相由 圆3係習知三相^

。製造此先件通常係需要將腿部分開製 橋接部。在過去已有提出藉由以單件式 元件，然而單件式元件在市場上並不普 球頭型配置中，將三個螺旋狀切口元件 一共同橋接部之設計（參考英國專利GB 合在一大體上為U形之平面上，使得元 端部上亦已為習知。一種典型之此類元 U元件。數種這些元件可能係符合一特 。就針對在有限空間之應用而言，對於 元件連接至 < 電源供應源係極端地複 要提供許多開4L，以將電源供應至這些 能會破壞加熱裝置之熱絕緣體之結構整 率亦會產生不良的影響，因為熱可能會 著導體而離開鍋鑪。 這些缺點係可以藉由提供三個或以上之 降低，其中該電加熱元件包含有三個或 小於腿部數量之終端部、以及在腿部之 接部。本發明實際之範圍將可以由後附 並參考以下配合後附圖式之說明而獲得 這些圖式中： 件之前視圖。 i球頭型電加熱元件之前視圖； 。奶盒型電加熱元件之端視圖；

4578^0 i五、發明說明（4) I 圖4係習知單一切口螺旋電加熱元件之側視圖； 圖5係依照本發明原理建構之四腿扁平式電加熱元件之 側視圖； ; 圖6係本發明之四腿部、正方形陣列之電加熱元件之側 i視圖；

I 圖7係圖6之元件的端視圖； 圖8係本發明另一四腿部、正方形陣列之電加熱元件之 平面圖； 圖9係圖5之元件的平面圖； ； 圖1 0係本發明之四腿部、曲線狀電加熱元件之平面圖； 及 - 圖1 1係本發明之六腿部、三相-電加熱元件之平面圖。 在圖1中係顯示一習知的U形元件1。傳統上，此一元件 係由碳化矽所製成，並且包含兩個腿部2配置在一平面 上，且由一橋接部3所連結。該腿部2係具有部分4，其係 界定出元件之熱區，以及部分5，其係界定出冷端。電性 連接部係設計在與橋接部3遠遠隔開之端部6。該熱區4及 冷端5傳統上係由具有不同電阻率之碳化矽桿所製成（例 如，籍由摻和矽合金來降低阻抗）。或者，除了具有不同 電阻率以外，亦可以藉由改變腿部之截面積來達到相同的 效果。 圖2係顯示一習知的三相板球頭型三相元件7，_其係以相 同於圖1之U形元件的方式來製成。 在圖3中，其係顯示習知的Tr i -U或牛奶盒形三相元件

第8頁 4578^0 I五、發明說明（5) 丨8。此一元件係由相同於習铋的板球頭元件之技術製造而 :成，但三個腿部2係以三角形陣列之方式並排配置，且藉 由一橋接部9來將其結合在一起。此一配置係比板球頭形 丨配置還來得精巧。 ； 在圖4中，其係顯示一習知的單相螺旋單一切口元件 1 0。此一元件1 0係包含一碳化*5夕管，其係具有一界定出元 件之熱區之螺旋切口部1 1，以及一界定冷端的未切開部 丨12。該螺旋狀切口係表示該熱區11係具有較未切開管體還 ；窄的電性戴面，且亦具有一較長的有效長度，因此具有較 :相同長度之未切開管還高的阻抗。該冷端之材料通常係與 熱區之材料相同，但其阻抗可能較低，例如，藉由摻入石夕 合金，或者係與一低阻抗之材料4目結合，以進一步增加在 熱區與冷端之間阻抗的比值。 圖5及9係顯示依照本發明之一大體為扁平狀之加熱器元 件1 3。其係具有四個腿部1 4、1 5，其中腿部1 4係比腿部1 5 還長，且包含一熱區16以及一冷端17，該冷端17之端部18 係用以連接至一電源供應源。腿部1 5係為整個熱區。腿部 1 4及1 5係藉由橋接部1 9而以串聯方式連接在一起。此一設 計係可使四個熱區容納在一鍋鑪或者其他的加熱裝置中， I 且僅需要兩终端。橋接部19係可以整體位在鍋鑪或其他加 | 熱裝置之絕緣部位中。藉由此一設計，該絕緣部係僅由兩 | 個冷端17所中斷，然而一包含四個單一桿體之習知鍋爐， | 係可能由八個冷端來加以中斷，且一内含兩個U型元件之 鍋鑪係可以由四個冷端所中斷。

第9頁 * =4 5 7 8 ^ Θ i五、發明說明（6) j 丨 在圖6及圖7中，所顯示之一元件2 0係設計成用以水平式 安裝，尤其（但非唯一）係使用在一管筒21中。該套筒21可 以係一管體。元件2 0係包含四個腿部1 4、1 5，其係與圖5 丨及圖9所示之腿部相同。該腿部1 4、1 5係大體上呈平行配 丨置，且大致上形成正方形陣列。橋接部19使得較長腿部14 |併排對齊於正方形陣列之一側。此一配置相較於其他配 ;置，係可使元件之水平安裝更為容易。塊體22、23係將橋 i接部19支撐在套筒21中，塊體23亦支撐腿部14。雖然在圖 ί中係顯示腿部之正方形陣列，然而可以瞭解的是，長方形

I :陣列或其他的四邊形陣列亦可以採用，端視該元件欲放入 | _ :方式之應用。元件之四個腿部之間的固定關係係可以避免 習知技術中存在之上層元件掉落i下層元件以及造成電路 短路之風險。因為此一風險，通常在此一水平安裝方式中 係僅採用一單一u形元件。 在圖8中係顯示橋接部1 9之另一種設計方式，其中一橋 接部係配置在陣列之對角部位上。這也就是說，形成電性 連接的腿部1 4係呈對角設置°此一設置方式對於圖7中該 腿部欲垂直配置的情況下係較佳的。 在圖1 0中知’'顯示一元件2 4，其係包含有四個腿部，其係 呈平于配置且位在一曲線狀的陣列中。複數個此類彎曲元 件係可以使用在彎曲狀加熱總成之結構中（概略地以線段 2 6來加以表示），例如，為了配合管狀鍋鑪的曲率.。 在圖1 1中係顯示一三相元件2 7。該元件2 7係包含六個腿

部1 4、1 5，其中腿部丨4係較腿部丨5還長，且該 係配置I ** «

第10頁 4578^0 $、發明說明（7) 在大體上呈六角形之陣列中_。橋接部19係以成詩之長腿部 i 4及短腿部1 5而連結在一起。橋接部2 8係將這此士淑: 速结在一起。在使用上，一三相供應源係連接至腿部丨4 终瑞部分，且經由腿部1 4、橋接部1 9及腿部1 5而連接至 接部28 ’其係針對三相配置而構成星形之連接形狀。= 配置係具有優於習知Tr i -U (圖3 )配置之優點，其中該 的Tri-U係需要相當低的電壓以及高電流，且因此需要0 當高成本的電源供應，尤其係當熱區短路，及/或腿部 徑太大時。藉由使六腿部以成對串聯方式配置，該電壓 較高，因為一相同荷載之卜丨—U元件係具有兩倍直徑之三 個腿部。舉例來說，一具有4〇_腿部直徑且熱區長度為' 5 0 0 _之7^卜1]元件，可能具有〇·ΐ4Ω之相位阻抗，且又需要 50 \ (相位電壓）及125Α之電源供應。相反地，如圖丨丨所示 之二相六腿部之元件可能具有丨.6 Ω之相位阻抗，且需要 1 0 0 \ (相位電壓）及6 2. 5 Α之電源供應。總而言之，其係在 大約兩倍於Tr i -U之電壓及一半的電流下操作。 圆5-1 1之所有設計的共同點係所需之終端數係小於元件 之腿部數量。這使得相較於習知設計其具有較低數量之連 接部位，並且可以降低在鍋鑪内襯或絕緣部上所需要提供 之開孔數量。因此，藉由提供元件腿部有一固定之配置關 $ ’其便可以使元件腿部相較於習知鍋爐而配置成更加地 靠近在一起，因為害怕元件位移以及因而造成之電路翅路 的風險已經排除。此—緊密配置相較於習知配置，係可達 到更高的功率密度。 —

第11頁 五、發明說明¢8) 在圖5 - Π之所有設計中，其皆係採用雙數個腿部。這對 於當終端欲平置在元件之—側面上時係相當地方便，然而 !本發明亦可嘗試採用具有終端以其他方式配置之奇數^元 丨件腿部。 丨 在此應說明的是’腿部之熱膨脹特性係可以適當地加以 j配合，以減少在元件加熱時使橋接部造成位移。舉例來 丨說，現請參照圖6，若腿部1 4係比腿部1 5膨脹還多，則橋 丨接部19便可以由塊體23中拉出。藉由使腿部14及15之熱膨 I脹特性配合在一起（例如藉由遘擇熱區16之長度，或者藉 |由使用具有不同熱膨脹係數之材料），此一風險便可以降 ;低。 _ i 或者，欲在某些腿部上具有較·^之熱區的應用中，加熱 :之對照值 > 且其他之腿部係較該熱區還短，以提供額外的 局部加熱。舉例來說，在圖5中，若腿部1 4之熱區1 6係比 腿部丨5還長，則可由熱區1 6來提供一整體性的加熱值，而 局部的加熱則由腿部1 5來提供。 在欲採用不相同的熱區長度的應用中，朝向底部來安裝 較高功率之元件以達到提供較佳的溫度均勻度，這在陶爐 中係相當標準的做法。 所使用之此類不同功率分佈的其他應用，係包括電湯匙 加熱器，其典型之設計係使2 / 3之功率位在下半部，而1 / 3 之功率係位在上半部 在上述之說明中，其係以碳化矽做為電加熱元件之材料 來舉例說明。然而可以暸解的是，本發明亦可以採用任何

第12頁 4578^0 案號 89100823 年 曰 月曰 修J£|丨 五、發明說明（9) 導電性陶材。在本說明書中，所用之術語"導電性陶材M係 應解釋為任何非金屬無機性材料，其具有一定程度的導電 性，且具有適當的熱特性，而可以做為電加熱元件。 元件符號簡要說明 2 腿部 4 腿部2之部分/熱區 6 端部 8 牛奶盒形三相元件 單相螺旋單一切口元件 未切開部 U -形元件 橋接部 腿部2之部分/冷端 三相板球頭型三相元件 9 橋接部 10 11 螺旋切口部/熱區 12 15 腿部 冷端 橋接部 套筒 13 加熱器元件 14: 1 6 熱區 17 18 冷端之端部 19 20 四個腿部之元件 21 22, 23 塊體 2 4 配置成曲線狀陣列之四個腿部之元件 26 線段 27 三相元件 28 橋接部

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Claims (1)

1. 45 78^0 案號 89100823

   充 f、申請專利範圍 1 . 一種電阻陶材加熱元件，其包含： a) 三個或以上之陶材腿部，其包含該元件之至少產 生主要電加熱之部位（熱區），且至少一腿部實際上整個係 形成一熱區，而至少兩腿部係皆包含一熱區及一冷區； b) 數個腿部終端部，其數量係小於腿部之數量，以 連接至一電源供應源；以及 c) 陶材橋接部，其係用以在腿部之間提供電性連 接。 2 .根據申請專利範圍第1項之電阻陶材加熱元件，其中 該腿部之熱膨脹特性係相配合的，以減小在元件加熱時橋 接部之移動。 3 .根據申請專利範圍第1項之電阻陶材加熱元件，其包 含四個腿部、二個終端部以及三個橋接部。 4.根據申請專利範圍第3項之電阻陶材加熱元件，其中 該腿部係大致成長直狀且平行，並且以大致為矩形之方式 來配置。 其中 其中 其中 其中 5 .根據申請專利範圍第4項之電阻陶材加熱元件 該端子係成對角配置。 6 .根據申請專利範圍第4項之電阻陶材加熱元件 端子係沿著長方形配置之一側邊加以並排配置。 7.根據申請專利範圍第4項之電阻陶材加熱元件 該腿部係配置成大致呈正方形。 8 .根據申請專利範圍第1項之電阻陶材加熱元件 該腿部係大致成長直狀且平行，並且以大致為弧狀之方式

   O:\62\62300.ptc 第1頁 2001. 05. 30.015 457 η 案號 89100823 年 ο 修正 六、申請專利範圍 來配置，藉此使複數個此類元件可用以構成一曲線。 9 .根據申請專利抱圍第1項之電阻陶材加熱元件*其包 含一橋接部，該橋接部係連接至少三個腿部，且做為三相 或三相以上之電源供應源之星形連接器。 1 0.根據申請專利範圍第9項之電阻陶材加熱元件，其中 具有六個腿部、三個終端部、以及四個橋接部，其中一橋 接部係用以做為一三相電源供應源之星形連接器。 1 1.根據申請專利範圍第1項之電阻陶材加熱元件，其中 在某些腿部上之熱區係比位在其他腿部上之熱區還長，藉 此在使用時，在某些腿部上之熱區係可以提供一般性的加 熱值，而額外之局部加熱則由其他腿部來提供。

   O:\62\62300.ptc 第2頁 2001.05. 30.016