特許 7607628 電気ヒーター

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-19

(45)【発行日】2024-12-27

(54)【発明の名称】電気ヒーター

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/14 20060101AFI20241220BHJP

【ＦＩ】

H05B3/14 A

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022503821

(86)(22)【出願日】2020-07-27

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-11-10

(86)【国際出願番号】 IB2020057058

(87)【国際公開番号】W WO2021014432

(87)【国際公開日】2021-01-28

【審査請求日】2023-07-12

(31)【優先権主張番号】102019000012903

(32)【優先日】2019-07-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(73)【特許権者】

【識別番号】507365880

【氏名又は名称】アイ．アール．シー．エイ．ソシエタ ペル アチオニ インダストリア レジステンヅェ コラッヅァテ エ アッフィニ

(74)【代理人】

【識別番号】100166338

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 正夫

(72)【発明者】

【氏名】ボルツァン イヴァーノ

(72)【発明者】

【氏名】エウセビオ マリオ

(72)【発明者】

【氏名】ザネッラ ステファノ

(72)【発明者】

【氏名】ゾッパス フェデリコ

【審査官】河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５７－１１３８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０１７３７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１３１９０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０４４９３９７２（ＵＳ，Ａ）

【文献】英国特許出願公開第０２３３０２９０（ＧＢ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ３／１４

Ｈ０５Ｂ ３／４０

Ｈ０５Ｂ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

・少なくとも１つのＰＴＣ抵抗器（３）を中に備える少なくとも１つの外装管状カートリッジ（２）と、
・前記少なくとも１つの外装管状カートリッジ（２）の周りにダイカストによってオーバーモールドされたアルミニウム又はその合金のブロック（４）と、
を備える、電気ヒーターであって、
アルミニウムの前記ブロック（４）の周りに塗布されたプラスチック材料のコーティング層（５）が設けられる、電気ヒーター（１）。

【請求項2】

前記少なくとも１つの外装管状カートリッジ（２）は、直線の長手方向軸Ｘのみ、又は曲線の長手方向軸のみを規定する、請求項１に記載の電気ヒーター（１）。

【請求項3】

前記少なくとも１つの外装管状カートリッジ（２）が２つ以上のストレッチを備え、少なくとも１つの第一のストレッチ（６）は直線の長手方向軸を規定し、少なくとも１つの第二のストレッチ（７）は曲線の軸を規定する、請求項１に記載の電気ヒーター（１）。

【請求項4】

前記少なくとも２つの第一のストレッチ（６、６’、６”）が提供され、好ましくは２つの第一のストレッチ（６、６’）のみが少なくとも１つの第二のストレッチ（７）によって、好ましくは第二のストレッチ（７）よって一緒に結合される、請求項３に記載の電気ヒーター（１）。

【請求項5】

前記少なくとも１つの外装管状カートリッジ（２）が、少なくとも２つのストレッチ（６、６’）を備え、各ストレッチ（６、６’）はそれぞれの直線の長手方向軸を規定し、前記長手方向軸が折れ線を規定する、請求項１に記載の電気ヒーター（１）。

【請求項6】

３つのストレッチ（６、６’、６”）が提供される、請求項５に記載の電気ヒーター（１）。

【請求項7】

好ましくはセラミック材料からなる複数のＰＴＣ抵抗器（３）が設けられ、前記外装管状カートリッジ（２）全体に沿って互いに順に接続される、請求項１～６のいずれか一項に記載の電気ヒーター（１）。

【請求項8】

前記少なくとも１つのＰＴＣ抵抗器（３）が、アルミニウム又はその合金の２つのヒートシンク又は電極（８）の間に挿入され、アルミニウムの各ヒートシンク又は電極（８）は、前記少なくとも１つの外装管状カートリッジ（２）の一端から突出するそれぞれの電力供給ケーブル（９）に接続されている、請求項１～７のいずれか一項に記載の電気ヒーター（１）。

【請求項9】

アルミニウムの前記ヒートシンク又は電極（８）及び前記少なくとも１つのＰＴＣ抵抗器（３）によって規定されるアセンブリは、金属シース（１１）、好ましくは鋼製シースで外部と境界付けられた絶縁材料の層（１０）、好ましくは粉末状の酸化マグネシウム又はポリイミドの層によって囲まれている、請求項８に記載の電気ヒーター（１）。

【請求項10】

アルミニウム又はその合金の前記ブロック（４）が、前記金属シース（２）の周りにダイカストによってオーバーモールドされる、請求項９に記載の電気ヒーター（１）。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか一項に記載の電気ヒーター（１）の製造プロセスであって、
・少なくとも１つのＰＴＣ抵抗器（３）を中に備える少なくとも１つの外装管状カートリッジ（２）を提供するステップと、
・アルミニウム又はその合金のブロック（４）を前記少なくとも１つの外装管状カートリッジ（２）の周りにダイカストすることによってオーバーモールドするステップと、
・アルミニウムの前記ブロック（４）の周りにプラスチック材料を塗布して、コーティング層（５）を生成するステップと、
を含む、製造プロセス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、システムが到達する最高温度でも高レベルな安全性を確保し、最適な熱伝達を確保する必要があるあらゆる用途のための電気ヒーターに関する。

【背景技術】

【0002】

酸化マグネシウムに埋め込まれた少なくとも１つの抵抗線を備える外装管状カートリッジ及び／又は抵抗器を備える電気ヒーターが市場で入手可能である。

【0003】

第一の欠点は、温度調整がサーモスタットや熱電対などの追加構成要素によって実行されるという事実によって代表される。

【0004】

第二の欠点は、多くの場合、これらの外装管状カートリッジと、カートリッジの外部に付着された他の構成要素との熱交換は、問題の構成要素と外装管状カートリッジとの間に空気が存在するために最適ではないという事実によって代表される。

【0005】

したがって、背景技術を克服することのできる電気ヒーターに対するニーズが感じられる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、建設的で機能的な観点から、よりシンプルな電気ヒーターを製造することである。

【0007】

本発明の別の目的は、外装管状カートリッジとそれが関連する外部構成要素との間の熱交換を最適化する電気ヒーターを製造することである。

【0008】

本発明のさらなる目的は、あり得る温度センサが故障した場合でも、誤動作する可能性なしに、最高システム温度を保証する電気ヒーターを製造することである。

【0009】

本発明の別の目的は、動作温度によって電力を調節することにより、エネルギー消費を低減することができる電気ヒーター製造することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、電気ヒーターによって、本説明に照らして明らかになるそのような目的及び他の目的の少なくとも１つを達成するものであり、前記電気ヒーターは、
・少なくとも１つのＰＴＣ抵抗器を中に備える少なくとも１つの外装管状カートリッジと、
・前記少なくとも１つの外装管状カートリッジの周りにダイカストによってオーバーモールドされたアルミニウム又はその合金のブロックと、
を備え、
アルミニウムの前記ブロックの周りに塗布されたプラスチック材料のコーティング層が設けられる。

【0011】

一態様によれば、本発明は、前述の電気ヒーターの製造プロセスも含み、前記製造プロセスは、
・少なくとも１つのＰＴＣ抵抗器を中に備える少なくとも１つの外装管状カートリッジを提供するステップと、
・アルミニウム又はその合金のブロックを前記少なくとも１つの外装管状カートリッジの周りにダイカストすることによってオーバーモールドするステップと、
・アルミニウムの前記ブロック（４）の周りにプラスチック材料を塗布して、コーティング層を生成するステップと、
を含む。

【0012】

本発明の解決策では、少なくとも１つの外装管状カートリッジがアルミニウムダイカストの内部に配置され、少なくとも１つのＰＴＣ石の適用によって熱を発生させる。

【0013】

このカートリッジのおかげで、それ以上の温度制御システムは、不要になる。その理由は、石のＰＴＣ効果のおかげで、石は、事前に選択された温度閾値を超えることは決してないからである。

【0014】

実際、正温度係数（ＰＴＣ）抵抗器では、温度が上昇するにつれて抵抗値が増加するので、回路に流れる最大電流が制限され、所定の最高温度を超えないようになる。

【発明の効果】

【0015】

本発明の解決策の利点の中には、以下のものがある。
・現在では、工業化のレベルが進んでいるダイカストプロセスのおかげで、低コストで生産性が高くなる。
・外側にダイカストアルミニウムを施した外装管状カートリッジは、ダイカストプロセスの際にアルミニウムがカートリッジの周囲にて圧力下で直接凝固し、空気が熱絶縁体であるため、システムの熱効率を低下させる気泡の形成を回避できるので、熱交換が改善する。
・アルミニウムのブロックを電気的に絶縁することが不要になる。
・ＰＴＣ抵抗器を使用して液体、例えば、水を加熱する場合、その液体が蒸発した後でも、ＰＴＣ抵抗器が損傷することはない。
・ＰＴＣ抵抗器は動作寿命が長く、通常の状況では、耐用年数は最大１０年である。

【0016】

有利なことに、本発明の電気ヒーターは、家庭用又は工業用蒸発器でも、あるいはコーヒーマシンでも使用することができる。

【0017】

本発明のさらなる特徴及び利点は、例示的ではあるが、排他的ではない実施形態の詳細な説明に照らして、より明らかになるであろう。

【0018】

従属請求項は、本発明の特定の実施形態を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

本発明の説明において、非限定的な例として提供される添付の図面が参照される。

【0020】

【図1】本発明による電気ヒーターの第一の実施形態の構成要素の部分断面透視図を示す。

【図2】図１の図の断面を示す。

【図3】本発明による電気ヒーターの前記第一の実施形態の断面図を示す。

【図4】本発明による電気ヒーターの第二の実施形態の構成要素の側面図を示す。

【図5】本発明による電気ヒーターの第三の実施形態の構成要素の側面図を示す。

【図6】本発明による電気ヒーターの第四の実施形態の構成要素の側面図を示す。

【図7】本発明による電気ヒーターの変形例の断面図を示す。

【図8】本発明による電気ヒーターのさらなる変形例の断面図を示す。

【0021】

同一の要素又は機能的に同等の要素は、同じ参照番号を有する。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図面を参照して、本発明の電気ヒーター１を説明するが、そのすべての実施形態において、電気ヒーター１は、
・少なくとも１つのＰＴＣ（正の温度係数）抵抗器３を中に備える少なくとも１つの外装管状カートリッジ２と、
・少なくとも１つの外装管状カートリッジ２の周りにダイカストによってオーバーモールドされたアルミニウム又はその合金のブロック４又は要素と、を備える。

【0023】

したがって、アルミニウムのブロック４は、１つ又は複数の外装管状カートリッジ２の外部に隣接しており、好ましくは完全に隣接している。

【0024】

有利なことに、アルミニウムのブロック４は、単一の外装管状カートリッジ（図３）又は２つ以上の外装管状カートリッジ２（図７及び図８）を完全に取り囲む。アルミニウムのブロック４から、少なくとも１つの外装管状カートリッジ２に給電する電力供給ケーブル９のみが突出することができる。複数の外装管状カートリッジ２の場合、一対の電力供給ケーブル９が、各外装管状カートリッジに提供される。

【0025】

有利なことに、アルミニウムのブロック４を保護するために、プラスチック材料のコーティング層５も、また、例えば、ポリエチレン又はポリアミド又はテフロン（登録商標）で、アルミニウムのブロック４の周りに、塗布され、例えば、オーバーモールドされる。したがって、前記コーティング層５は、アルミニウムのブロック４の外部に隣接する、好ましくは完全に隣接する。

【0026】

プラスチックコーティング層５は、約０．１～５ｍｍの厚さを有することができる。

【0027】

好ましくは、各外装管状カートリッジ２の内部には、外装管状カートリッジ２の全体に沿って互いに順に接続された、好ましくはセラミック材料からなる複数のＰＴＣ抵抗器３が設けられている。このようなＰＴＣ抵抗器は、例えば、実質的に平らな長方形の平行六面体の形状をした石の形態であり、端面で次々と直列に接続され、その端面は、石の他の面の面積に対してはるかに小さい面積を有する。

【0028】

前記ＰＴＣ抵抗器は、アルミニウム又はその合金からなる２つのヒートシンク又は電極８の間に挿入されている。アルミニウムの各ヒートシンク又は電極８は、それぞれの外装管状カートリッジ２の一端から突出するそれぞれの電力供給ケーブル９に接続されている。

【0029】

アルミニウムのヒートシンク又は電極８及びＰＴＣ抵抗器３によって規定されるアセンブリは、金属シース１１、好ましくは鋼製シースで外部を区切られた絶縁材料の層１０、好ましくは粉末状の酸化マグネシウム又はポリイミドの層によって囲まれている。したがって、アルミニウムのブロック４は、金属シース１１の周囲にダイカストによってオーバーモールドされる。

【0030】

図１～図３に示す第一の実施形態では、外装管状カートリッジ２は、直線の長手方向軸Ｘを排他的に規定している。

【0031】

例えば、３つのＰＴＣ抵抗器３は、外装管状カートリッジ２の内部に直列に設けられている。しかしながら、ＰＴＣ抵抗器３の数は、３つよりも少なくても多くてもよい。

【0032】

図３に示す変形例では、外装管状カートリッジ２の形状は、円筒形であり、金属シース１１が円形断面を有し、２つのヒートシンク８が半円筒形状を有し、互いに対向して配置されており、その一方で、カートリッジ２を囲むアルミニウムのブロック４の断面は、四角形である。

【0033】

外装管状カートリッジ２及びアルミニウムのブロック４は、他の任意の形状を提供することができる。外装管状カートリッジ２及びアルミニウムのダイカストブロック４の両方が同じ断面形状を有するように提供されることを排除しない。

【0034】

この第一の実施形態の変形例は、外装管状カートリッジ２が、直線の長手方向軸ではなく、曲線の長手方向軸を規定することを排他的に提供する。

【0035】

この第一の実施形態では、アルミニウムのダイカストブロックの内部に、単一の外装管状カートリッジ２を設けることも、あるいは互いに等しいか異なる２つ以上の外装管状カートリッジを設けることもできる。

【0036】

本発明の電気ヒーターの他の変形例は、少なくとも１つの外装管状カートリッジ２が２つ以上のストレッチ又は部分を設けることを提供し、この場合、少なくとも１つの第一のストレッチ６が直線の長手方向軸を規定し、少なくとも１つの第二のストレッチ７が曲線の軸を規定する。

【0037】

図４に示す第二の実施形態では、外装管状カートリッジ２は、少なくとも１つの曲線ストレッチ７によって、好ましくは１つの曲線ストレッチ７のみによって、一緒に接合された２つの直線ストレッチ６、６’を備えるか、又はそれからなる。好ましくは、２つのストレッチ６、６’は、互いに直交している。

【0038】

図５に示す第三の実施形態では、外装管状カートリッジ２は、少なくとも１つの曲線ストレッチ７によって、好ましくは１つの曲線ストレッチ７のみによって、結合された２つの直線ストレッチ６、６’を備える。さらなる直線ストレッチ６“は、直線ストレッチ６’に連続して設けられている。

【0039】

好ましくは、ストレッチ６、６’は互いに垂直であり、場合によってはまた、ストレッチ６’、６”は互いに垂直であり、したがって、ストレッチ６と６”とは互いに平行である。

【0040】

この第三の実施形態の変形例として、図示しないが、直線ストレッチ６’と直線ストレッチ６”との間に、さらなる曲線ストレッチの存在を含むことができ、前記さらなる曲線ストレッチは、曲線ストレッチ７と反対の曲率半径を有する。

【0041】

この第三の実施形態の別の変形例は、図示しないが、代わりに、直線ストレッチ６と直線ストレッチ６”との間に、反対の曲率半径を有する、２つの曲線ストレッチの存在を含むこともできる。この後者の場合、直線ストレッチ６’は、設けられない。

【0042】

図６に示す第四の実施形態では、外装管状カートリッジ２は、少なくとも２つの直線ストレッチ６、６’を備え、各ストレッチ６、６’は、それぞれの直線の長手方向軸を規定し、直線の長手方向軸が折れ線を規定する。

【0043】

図６に示す変形例では、３つの直線ストレッチ６、６’、６”が提供される。好ましくは、必ずしもそうではないが、直線ストレッチ６、６’は互いに垂直であり、中間の直線ストレッチ６’は、２つのストレッチ６、６’の一方に対して鋭角で、好ましくは３０°～６０°、例えば４５°で傾斜されている。

【0044】

図４、図５及び図６には、外装管状カートリッジ２を囲むアルミニウムのブロック４は示されていない。

【0045】

なお、第二、第三、第四の実施形態においても、アルミニウムのダイカストブロックの内部に、外装管状カートリッジ２を１個設けることも、あるいは互いに等しいか異なる外装管状カートリッジを２個以上設けることもできる。

【0046】

互いに異なり、長手方向軸を有する少なくとも２つのストレッチが設けられている本発明の電気ヒーターの実施形態において、各ストレッチ６、６’、６”、７は、その中に少なくとも１つのＰＴＣ抵抗器３を備える。

【0047】

特に、各ストレッチ６、６’、６”は、ストレッチ全体に沿って互いに順に接続され、アルミニウム又はその合金の２つのヒートシンク又は電極８の間に挿入された、好ましくはセラミック材料の複数のＰＴＣ抵抗器３を備え、アルミニウムの各ヒートシンク又は電極８は、外装管状カートリッジ２の一端から突出するそれぞれの電力供給ケーブル９に接続されている。

【0048】

曲線ストレッチ７において、代わりに、実質的に平坦な形状で曲線の軸を有する単一のＰＴＣ抵抗器３を設けることができ、あるいは、実質的に平坦な形状で直線の軸を有するが、曲線の軸を有する単一のＰＴＣ抵抗器に対してはるかに短い長手方向延伸部を有する複数のＰＴＣ抵抗器を設けることができる。後者の場合、ＰＴＣ抵抗器は、その直線の軸が曲線ストレッチ７に沿って互いに入るように配置される。

【0049】

また、曲線ストレッチ７において、単一のＰＴＣ抵抗器又は複数のＰＴＣ抵抗器は、アルミニウム又はその合金の２つのヒートシンク又は電極８の間に挿入され、アルミニウムの各ヒートシンク又は電極８は、外装管状カートリッジ２の一端から突出するそれぞれの電力供給ケーブル９に接続されている。

【0050】

以下では、本発明による電気ヒーター１の製造プロセスを説明する。

【0051】

そのすべての実施形態において、このプロセスは、以下のステップ、すなわち、
・少なくとも１つのＰＴＣ抵抗器３を中に備える少なくとも１つの外装管状カートリッジ２を提供するステップと、
・アルミニウム又はその合金のブロック４を前記少なくとも１つの外装管状カートリッジ２の周りにダイカストすることによってオーバーモールドするステップと、を含む。

【0052】

有利なことに、例えば、オーバーモールドによって、アルミニウムの前記ブロック４の周囲にプラスチック材料を塗布して、コーティング層５を生成するために、することが提供される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】