一種電制熱器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電制熱器及其制備方法，包括電熱元件、散熱翅片，不包括金屬套管；所述電熱元件包括正極、電制熱元件和負(fù)極，電制熱元件位于正極和負(fù)極之間。本發(fā)明提供的電制熱器，并未使用現(xiàn)有技術(shù)中的鋁扁管或套管，不但節(jié)約了成本，而且減少了鋁扁管中間環(huán)節(jié)的熱阻，提高了換熱效率，增加了體積功率密度。
【專利說(shuō)明】一種電制熱器及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種加熱器及其制備方法，尤其涉及一種具有更高換熱效率的不使用 金屬套管的PTC電制熱器及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] PTC 是"正溫度系數(shù)（Positive Temperature Coefficient) " 的英文縮寫。PTC 材 料具有熱敏、限流、延時(shí)等的開關(guān)特性和無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)噪聲、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此，作為一 種新型熱敏電阻材料，其主要用途可分為開關(guān)和發(fā)熱兩大類別。例如，在開關(guān)領(lǐng)域，其可應(yīng) 用于冰箱啟動(dòng)、電機(jī)變壓器保護(hù)、程控交換機(jī)保護(hù)及驅(qū)蚊器、卷發(fā)燙發(fā)器、電熨斗等小家電 產(chǎn)品。在發(fā)熱類領(lǐng)域中，利用發(fā)熱類PTC性能穩(wěn)定、升溫迅速、受電源電壓波動(dòng)影響小等特 性，制成大量應(yīng)用于取暖器、干衣機(jī)、風(fēng)幕機(jī)、空調(diào)等的各種加熱器產(chǎn)品。
[0003] PTC電制熱器（加熱器）采用PTC熱敏高分子或陶瓷元件，由若干單片組合后與 波紋散熱鋁條經(jīng)高溫膠粘結(jié)組成，具有熱阻小、換熱效率高的特點(diǎn)。其最大特點(diǎn)在于安全性 高，即遇風(fēng)機(jī)故障堵轉(zhuǎn)時(shí)，PTC電制熱器因散熱不充分，功率自動(dòng)急劇下降，此時(shí)PTC電制器 的表面溫度維持在居里溫度左右（一般為220°c )，從而不致產(chǎn)生電熱管類加熱器表面的 "發(fā)紅"現(xiàn)象，大大降低了發(fā)生事故的幾率。
[0004] 目前市面上的PTC電制熱器，其基本結(jié)構(gòu)包括一截面為矩形的金屬套管（金屬 扁管），在金屬套管內(nèi)設(shè)置電熱元件和絕緣層，電熱元件由正負(fù)電極、以及位于電極之間的 PTC元件組成，絕緣層材料為塑料薄膜，將電制熱元件包裹，在金屬套管外側(cè)的兩個(gè)較大的 散熱面上粘貼有散熱條，散熱條包括一段連續(xù)彎折呈波紋狀的鋁帶和焊接在波紋狀鋁帶 上、下兩面的兩條鋁板，金屬套管外壁與散熱條一側(cè)的鋁板通過(guò)導(dǎo)熱膠相互粘貼，詳見(jiàn)附圖 1。因此，目前市面上的PTC電制熱器傳熱效率較低。
[0005] 目前已有多種現(xiàn)有技術(shù)對(duì)PTC電制熱器進(jìn)行了改進(jìn)，例如：中國(guó)專利 CN201119017Y公開了一種PTC電制熱器，其將散熱條的縱剖面做成多個(gè)并排排列的三角 形，這種結(jié)構(gòu)提高了 PTC電制熱器的傳熱效率，但是其傳熱效率的提高程度有限，且并排排 列的形式也增加了材料用量。中國(guó)專利CN201146614Y公開了一種PTC電制熱器，其在PTC 芯管（金屬套管）的端部用絕緣填料密封，雖然該申請(qǐng)?zhí)岣吡?PTC電制熱器的絕緣防水防 塵性能，但是其使PTC電制熱器的傳熱效率更低。中國(guó)專利CN103179701A公開了一種用于 機(jī)動(dòng)車輛的電制熱裝置的生熱元件，通過(guò)設(shè)置在容器的周向方向上的幾個(gè)支撐尖物，以改 進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)中的絕緣導(dǎo)熱層，CN101902845A、CN102668691A、CN102434968A、CN103179700A 均對(duì)現(xiàn)有PTC電制熱器提出了改進(jìn)，但其均未改變現(xiàn)有PTC電制熱器傳熱效率低、制造成本 高的缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種不包括金屬扁管的電制熱器及其制備方法，以提高目前電制熱 器的換熱效率，增加體積功率密度，減少中間環(huán)節(jié)的熱阻，并降低制造成本。
[0007] 本發(fā)明的第一方面為提供一種電制熱器的制備方法。
[0008] 其中，所述電制熱器優(yōu)選為PTC電制熱器，更優(yōu)選為所述PTC電制熱器不包括金屬 扁管。
[0009] 本發(fā)明第一個(gè)方面所述制備方法包括如下步驟：
[0010] 步驟1，將正電極、PTC元件和負(fù)電極依照所述順序疊放并固定，形成PTC電熱元 件；
[0011] 步驟2,使散熱片與至少一個(gè)電極外表面接觸；
[0012] 其中，在散熱片與電極之間設(shè)置有絕緣導(dǎo)熱層；其中，所述散熱片可以是已知的任 意散熱裝置。
[0013] 其中，在步驟2的一種優(yōu)選實(shí)施例中：將絕緣導(dǎo)熱層設(shè)置在電極的外表面，然后將 散熱片粘結(jié)到電極外表面。
[0014] 其中，在步驟2的另一種優(yōu)選實(shí)施例中：將絕緣導(dǎo)熱層設(shè)置在散熱片的與電極接 觸的一面，然后將散熱片粘結(jié)到電極外表面。
[0015] 其中，在上述方法中，如果存在不與散熱片接觸的電極或電極的一部分，則在所述 不與散熱片接觸的電極或所述電極的一部分的外表面也設(shè)置所述絕緣導(dǎo)熱層。
[0016] 在本發(fā)明第一個(gè)方面所述制備方法的一種優(yōu)選實(shí)施例中：步驟包括：
[0017] 步驟1，將正電極、PTC元件和負(fù)電極依照所述順序疊放并固定，形成PTC電熱元 件；
[0018] 步驟2,提供多個(gè)PTC電熱元件和多個(gè)散熱片，并將所述PTC電熱元件與所述散熱 片交替排布，散熱片粘結(jié)在電極外表面；
[0019] 其中，在散熱片與電極之間設(shè)置有絕緣導(dǎo)熱層。
[0020] 優(yōu)選地，所述散熱翅片的材質(zhì)可以為任意導(dǎo)熱性能好的金屬，如不銹鋼、鋁、鋁合 金等，并優(yōu)選為鋁合金。
[0021] 優(yōu)選地，設(shè)置絕緣導(dǎo)熱層的方法可以是涂覆、平貼和繞包（如包括纏繞、包裹等方 式）中的一種或幾種。其中，更優(yōu)選為采用涂覆的方式，更優(yōu)選為噴涂的方式。
[0022] 優(yōu)選地，所述絕緣導(dǎo)熱層的材質(zhì)可以是陶瓷、塑料或其混合物，如特氟龍、聚酰亞 胺、摻雜有陶瓷粉末的特氟龍、玻璃、硅膠、聚乙烯、聚丙烯等中的一種或幾種，并優(yōu)選為陶 瓷，以提供更好的導(dǎo)熱效果。
[0023] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述絕緣導(dǎo)熱層包括絕緣層和位于絕緣層與電極 或散熱片之間的粘結(jié)底層。其中，所述絕緣層優(yōu)選為上述陶瓷、塑料或其混合物，并最優(yōu)選 為陶瓷。
[0024] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述絕緣導(dǎo)熱層的設(shè)置方法優(yōu)選為：在電極外表 面或者散熱片外表面噴涂粘結(jié)底層，所述粘結(jié)底層優(yōu)選為合金，如Al-Ni合金、Al-Zn合金、 Ni-Cr合金、Al-Ni-Cr合金；然后在粘結(jié)底層表面噴涂絕緣材料形成絕緣層。
[0025] 所述噴涂絕緣材料的方法優(yōu)選為等離子噴涂、火焰噴涂、爆炸噴涂等方式。
[0026] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，步驟2中，絕緣導(dǎo)熱膜將所述PTC電熱元件包覆， 形成所述絕緣導(dǎo)熱層。
[0027] 優(yōu)選地，步驟1中的正電極和負(fù)電極的材質(zhì)可以是不銹鋼、鋁、銀、銅、導(dǎo)電石墨中 的任意一種或幾種。
[0028] 優(yōu)選地，在步驟1之前還包括對(duì)電極和/或散熱片的表面預(yù)處理工藝，以利于與 其它各層更好的貼合，所述預(yù)處理工藝的處理方法包括打磨、蒸餾水清洗、乙醇溶液超聲處 理、拋光液進(jìn)行拋光處理及活化液進(jìn)行活化處理等步驟中的一個(gè)或多個(gè)步驟的組合。
[0029] 優(yōu)選地，所述電極可以是直線型，或者在一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述電極包括中部平 面和在所述中部平面兩端向同一個(gè)方向折起的末端，形成凹槽形；凹槽形的所述正電極與 所述負(fù)電極疊放時(shí)其開口相對(duì)，所述PTC元件夾在凹槽形的所述正電極與所述負(fù)電極之間 所形成的空間內(nèi)。
[0030] 更優(yōu)選地，在所述末端的末梢位置設(shè)有楔形部件和/或倒角，并且通過(guò)環(huán)或者螺 栓將正極和負(fù)極的楔形部件和/或倒角固定。
[0031] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，還包括設(shè)置密封件的步驟，所述密封件將至少正 電極、負(fù)電極之間暴露的PTC元件的部分進(jìn)行密封；并優(yōu)選為所述塑料密封件將所述PTC電 熱元件的兩端和/或兩側(cè)進(jìn)行密封。
[0032] 在本發(fā)明上述的方法中，所述絕緣導(dǎo)熱層可以是在步驟1之前設(shè)置，也可以是在 步驟1之后、步驟2之前設(shè)置。
[0033] 在本發(fā)明第一個(gè)方面所述制備方法的一種優(yōu)選實(shí)施例中，還包括：
[0034] 步驟3,在步驟2制備的電制熱器外側(cè)安裝外框。
[0035] 本發(fā)明的第二個(gè)方面是提供一種電制熱器，所述電制熱器包括至少一個(gè)PTC電熱 元件、散熱片；所述PTC電熱元件包括正負(fù)電極以及位于正負(fù)電極之間的PTC元件，所述散 熱片位于電極的外表面，并且所述電極與散熱片之間設(shè)置有絕緣導(dǎo)熱層。
[0036] 優(yōu)選地，所述電極可以是直線型，或者，在本發(fā)明第二個(gè)方面所述的一種優(yōu)選實(shí)施 例中，所述正極和所述負(fù)極均包括中部平面和/或在所述中部平面兩端向同一個(gè)方向折起 的末端，形成凹槽形；凹槽形的所述正電極與所述負(fù)電極疊放時(shí)其開口相對(duì)，所述PTC電熱 元件夾在凹槽形的所述正電極與所述負(fù)電極之間所形成的空間內(nèi)。
[0037] 優(yōu)選地，所述的正電極和負(fù)電極的兩側(cè)末端均包含至少一個(gè)卡緊結(jié)構(gòu)，所述卡緊 結(jié)構(gòu)可以為楔形、弧形、四邊形、多邊形或者倒角中的一種或幾種，并優(yōu)選為楔形或倒角結(jié) 構(gòu)。
[0038] 優(yōu)選地，所述PTC電熱元件還包括固定件，所述固定件可以為彈性橡膠環(huán)或塑料 環(huán)、螺栓等中的一種或幾種，用于將所述正負(fù)電極的卡緊結(jié)構(gòu)固定。
[0039] 優(yōu)選地，所述電制熱器還包括密封件，所述密封件將至少正負(fù)電極之間暴露的PTC 元件的部分進(jìn)行密封；更優(yōu)選為將PTC電熱元件兩端和側(cè)部密封。
[0040] 作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述電制熱器包括多個(gè)PTC電熱兀件和多個(gè)散熱 片，所述PTC電熱兀件和散熱片交替排布。
[0041] 優(yōu)選地，所述電制熱器還包括外框，所述散熱片和所述PTC電熱元件均位于所述 外框內(nèi)部。
[0042] 更優(yōu)選地，所述外框上還包括至少一個(gè)固定孔，所述固定孔位于所述外框的兩側(cè)。
[0043] 優(yōu)選地，所述電制熱器還包括至少一個(gè)導(dǎo)電接口，導(dǎo)線通過(guò)所述接口與所述正電 極和所述負(fù)電極連接。
[0044] 優(yōu)選地，所述連接部上設(shè)置電連接點(diǎn)，導(dǎo)線通過(guò)所述連接點(diǎn)將正電極/或負(fù)電極 連接在一起。
[0045] 優(yōu)選地，所述電制熱器不包括金屬套管。
[0046] 本發(fā)明上述內(nèi)容中，在沒(méi)有特別說(shuō)明的情況下：所述電極與PTC元件接觸的表面 為內(nèi)表面，與內(nèi)表面相對(duì)的表面為外表面；與電極接觸的散熱翅片的表面為內(nèi)表面，與內(nèi)表 面相對(duì)的一面為外表面；所述電極與散熱片的接觸可以是直接接觸，也可以是間隔有所述 絕緣導(dǎo)熱層和/或粘結(jié)劑；所述電極包括正極和負(fù)極；本發(fā)明所述的電制熱與電加熱具有 相同的含義，均是指將電能轉(zhuǎn)化為熱能。
[0047] 應(yīng)當(dāng)理解的是，本方面上述內(nèi)容中，各個(gè)方面以及各種優(yōu)選實(shí)施例之間，可以由本 領(lǐng)域技術(shù)人員不受限制的進(jìn)行組合，并且所述組合也在本發(fā)明范圍內(nèi)。
[0048] 本發(fā)明提供的電制熱器，并未使用常規(guī)技術(shù)中的鋁套管，不但節(jié)約了成本，而且減 少了鋁套管中間環(huán)節(jié)的熱阻，提高了換熱效率，增加了體積功率密度。
[0049] 本申請(qǐng)所述的電制熱器，可用于已知的電加熱系統(tǒng)或場(chǎng)所，如空調(diào)、電暖氣、烘干 機(jī)等各種電制熱器。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0050] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)的PTC電熱元件截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051] 圖2為本發(fā)明一種實(shí)施例中PTC電熱元件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052] 圖3為本發(fā)明另一種實(shí)施例中PTC電熱元件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0053] 圖4為本發(fā)明一種電制熱器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054] 圖5為本發(fā)明加裝外框的一種電制熱器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055] 其中，1-PTC元件；2-正極；3-絕緣導(dǎo)熱層；4-密封件；5-負(fù)極；6-鋁扁管；7-導(dǎo) 熱硅膠；8-散熱片；9-PTC電熱元件；10-本發(fā)明電制熱器；20-外框。

【具體實(shí)施方式】
[0056] 實(shí)施例1
[0057] 如圖2所示，為本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊粋€(gè)PTC電熱元件示意圖，PTC陶瓷片（PTC元件）1 上、下分別為正極2和負(fù)極5,正極2和負(fù)極5分別為直線型結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為不銹鋼。
[0058] 在電極外表面噴涂設(shè)置有涂覆絕緣導(dǎo)熱A1203陶瓷層3。
[0059] 圖4中，PTC電熱元件與鋁制散熱翅片（散熱片）8交叉疊放，圖5中，外部為外框 20,外框20上安裝有導(dǎo)電連接口，導(dǎo)線通過(guò)所述導(dǎo)電連接口將正負(fù)電極與外部電源連接在 一起。內(nèi)部為PTC電熱元件9與散熱翅片8交叉疊放形成的PTC電制熱器10。
[0060] 實(shí)施例2
[0061] 首先，預(yù)處理正電極和負(fù)電極，參照實(shí)施例1，將預(yù)處理過(guò)的長(zhǎng)方體正極2和負(fù)極5 以及PTC陶瓷片1疊加，PTC陶瓷片1位于正極2和負(fù)極5之間。正負(fù)電極材質(zhì)為不銹鋼。
[0062] 如圖3所示，電極為"U"型凹槽結(jié)構(gòu)，兩個(gè)電極之間形成空腔，PTC陶瓷片1置于 所述空腔內(nèi)。電極末端的末梢處設(shè)置有倒三角（楔形）卡緊結(jié)構(gòu)，彈性橡膠環(huán)或塑料環(huán)套 置在所述卡緊結(jié)構(gòu)上，將正負(fù)電極固定。
[0063] 其中，在正負(fù)電極2、5的不與PTC陶瓷片1接觸的一面噴涂絕緣導(dǎo)熱A120 3陶瓷層 3,并使用端密封件4將PTC電熱元件9兩端進(jìn)行密封。
[0064] 并在絕緣導(dǎo)熱層表面涂抹導(dǎo)熱硅膠、疊加散熱翅片8。如圖4所示，將散熱翅片8 與PTC電熱元件9交替排布，形成更大體積電制熱器。
[0065] 如圖5所示，在電制熱器10外部加裝外框20,可以起到保護(hù)作用。
[0066] 實(shí)施例1和2啼涂陶瓷涂層件能檢測(cè)如下:
[0067] 絕緣電阻>20ΜΩ、電氣強(qiáng)度1800VDC@lmin、漏電<2mA
[0068] 耐溫性：-45 至 260°C
[0069] 導(dǎo)熱性：20-30W/mK
[0070] 熱膨脹系數(shù)：8. 0
[0071] 實(shí)施例3
[0072] 參照實(shí)施例1或2,將正負(fù)電極2、5和PTC陶瓷片1固定，將聚酰亞胺（PI)薄膜平 鋪、并貼敷在電極外表面。
[0073] 在散熱翅片8與電極接觸的一面涂覆粘結(jié)劑（如圖4所示的導(dǎo)熱硅膠7)，將散熱 翅片8粘結(jié)到電極表面。
[0074] 實(shí)施例4
[0075] 參照實(shí)施例1或2,將正負(fù)電極2、5和PTC陶瓷片1固定，制成PTC電熱元件，用聚 酰亞胺膜將所述PTC電熱元件包裹（即采用繞包的方式），僅露出兩端用于連接外部導(dǎo)線。
[0076] 在散熱翅片8與電極接觸的一面涂覆粘結(jié)劑（如圖4所示的導(dǎo)熱硅膠7)，將散熱 翅片8粘結(jié)到電極表面。
[0077] 以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限 制于以上描述的具體實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和 替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和 修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種電制熱器的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟： 步驟1，將正電極、PTC元件和負(fù)電極依照所述順序疊放并固定，形成PTC電熱元件； 步驟2，使散熱片與至少一個(gè)電極外表面接觸，形成電制熱器； 其中，在散熱片與電極之間設(shè)置有絕緣導(dǎo)熱層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2中，將絕緣導(dǎo)熱層設(shè)置在電極的外 表面，然后將散熱片粘結(jié)到電極外表面，或者將絕緣導(dǎo)熱層設(shè)置在散熱片的與電極接觸的 一面，然后將散熱片粘結(jié)到電極外表面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 步驟1，將正電極、PTC元件和負(fù)電極依照所述順序疊放并固定，形成PTC電熱元件； 步驟2,提供多個(gè)PTC電熱元件和多個(gè)散熱片，并將所述PTC電熱元件與所述散熱片交 替排布，散熱片粘結(jié)在電極外表面，形成電制熱器； 其中，在散熱片與電極之間設(shè)置有絕緣導(dǎo)熱層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電極包括中部平面和在所述中部平 面兩端向同一個(gè)方向折起的末端，形成凹槽形；凹槽形的所述正電極與所述負(fù)電極疊放時(shí) 其開口相對(duì)，所述PTC元件夾在凹槽形的所述正電極與所述負(fù)電極之間所形成的空間內(nèi)； 所述的正電極條和所述的負(fù)電極條的末端均包含至少一個(gè)卡緊結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述絕緣導(dǎo)熱層材質(zhì)為陶瓷。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，設(shè)置所述絕緣導(dǎo)熱層的方法為涂覆、平貼 和繞包中的一種或幾種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，設(shè)置所述絕緣導(dǎo)熱層的方法為噴涂。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括： 步驟3,在步驟2制備的電制熱器外側(cè)安裝外框。
9. 一種電制熱器，其特征在于，所述電制熱器包括至少一個(gè)PTC電熱元件、散熱片；所 述PTC電熱元件包括正負(fù)電極以及位于正負(fù)電極之間的PTC元件，所述散熱片位于電極的 外表面，并且所述電極與散熱片之間設(shè)置有絕緣導(dǎo)熱層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電制熱器，其特征在于，所述電制熱器不包括金屬套管。
【文檔編號(hào)】H05B3/10GK104144530SQ201410348403
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】謝彥君 申請(qǐng)人:謝彥君