(57)【要約】【課題】既知の加熱素子の利点を維持しながら、過熱保護および／あるいは温度調節を提供するために、加熱素子内の温度変化を検出するための方法を提供する。【解決手段】本発明は、少なくとも、電流によって熱を発生する層、加熱面、そしてそれらの間に設けた誘電体からなる加熱素子に関する。この場合、誘電体は、少なくとも第一および第二の誘電層からなり、それらの間に導電層が配置される。本発明は、また、そのような加熱素子を備えた液体容器からなる。【選択図】図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流によって熱を発生する層、加熱面、そしてそれらの間に設けた誘電体からなる加熱素子であって、前記誘電体が、少なくとも第一および第二の誘電層からなり、それらの間に導電層を設けたことを特徴とする、加熱素子。
【請求項２】
ほぼ同じ温度においては、前記第一の誘電層の電気抵抗が、前記第二の誘電層の電気抵抗よりも高いことを特徴とする、請求項１に記載の加熱素子。
【請求項３】
前記第二の誘電層よりも、前記第一の誘電層が前記加熱面により近く配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の加熱素子。
【請求項４】
前記電流によって熱を発生する層が、複数の抵抗トラックからなり、隣接するトラックが高電位および低電位を持つように形成されていることを特徴とする、前述の請求項のいずれかに記載の加熱素子。
【請求項５】
導電性中間層に電流計が直接電気的に結合されていることを特徴とする、前述の請求項のいずれかに記載の加熱素子。
【請求項６】
前記導電性中間層に電圧計が直接に電気的に結合されていることを特徴とする、前述の請求項のいずれかに記載の加熱素子。
【請求項７】
前記第一および／あるいは第二の誘電層が、エナメル組成物から製造されることを特徴とする、前述の請求項のいずれかに記載の加熱素子。
【請求項８】
前記第一の誘電層のエナメル組成のアルカリ金属含有量が、前記第二の誘電層のそれよりも低いことを特徴とする、請求項７に記載の加熱素子。
【請求項９】
前記第一および第二の誘電層の、少なくともリチウムおよび／あるいはナトリウムおよび／あるいはカリウム含有量が、相互で異なることを特徴とする、請求項７または８に記載の加熱素子。
【請求項１０】
前記第一の誘電層が、リチウムおよび／あるいはナトリウム・イオンを実質的に含まないことを特徴とする、請求項７から９のいずれかに記載の加熱素子。
【請求項１１】
前記第一および第二の誘電層のアルカリ金属含有量が、相互で異なることを特徴とする、請求項７から１０のいずれかに記載の加熱素子。
【請求項１２】
前記第一の層のエナメル組成物が、温度の上昇があると常に、前記第二の層のそれよりも高い電気抵抗を持つように選択されることを特徴とする、請求項７から１１のいずれかに記載の加熱素子。
【請求項１３】
前記層のエナメル組成物が、それらのアセンブリが１２５０ＶＡＣよりも高いブレークダウン電圧を生じるように選択されることを特徴とする、請求項１２に記載の加熱素子。
【請求項１４】
前記加熱面を製造する材料の膨張係数が、前記第一および／あるいは第二の誘電層の膨張係数から、２０から４５%を超えない範囲で異なることを特徴とする、前述の請求項のいずれかに記載の加熱素子。
【請求項１５】
前述の請求項のいずれかに記載の加熱素子における第一の誘電層として適用するためのエナメル組成物であって、質量において０から１０%のＶ２Ｏ５、質量において０から１０%のＰｂＯ、質量において５から１３%のＢ２Ｏ３、質量において３３から５３%のＳｉＯ２、質量において５から１５%のＡｌ２Ｏ３、そして質量において２０から３０%のＣａＯからなる、エナメル組成物。
【請求項１６】
請求項１から１４のいずれかに記載の加熱素子を備えた液体容器。
【請求項１７】
請求項１から１４のいずれかに記載の、電気抵抗によって形成した加熱素子内の温度変化を検出するための方法であって、前記第一の誘電層によって発生するリーク電流を測定すること、および／あるいは前記導電層（４）上の電位を測定することからなる、方法。
【請求項１８】
温度上昇を測定する、そして前記温度上昇が石灰粉層の蓄積の結果として生じる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記温度上昇が高過ぎると、前記加熱素子の前記電気抵抗を通る回路が遮断される、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記リーク電流の測定に加えて、導電センサ層（４）の抵抗測定からなる、請求項１７から１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記加熱素子内の前記第一および第二の誘電層の間に、ＮＴＣおよび／あるいはＰＴＣ特性を持つセンサ層が設けられている、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流によって熱を発生する層、加熱面、そしてそれらの間の誘電体からなる加熱素子に関する。また、過熱からの保護、そして温度制御の目的で、加熱素子の温度変化を検出するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような加熱素子は、例えば、オランダ特許出願ＮＬ１０１４６０１に説明されている。ここに説明する加熱素子は、例えば、液体容器内の液体を加熱するための、または加温板の加熱のためのものである。この場合、電流を通過させることによって、電気抵抗を加熱させる。この熱発生層に加えて、既知の加熱素子は、このケースでは電気抵抗である熱発生層から加熱面を分離させる誘電体を備える。誘電性を持つ中間層は、発生熱の加熱面への良好な伝達を提供するだけでなく、過熱からの保護としても機能する。この目的で、オランダ特許出願ＮＬ１０１４６０１による加熱素子には、誘電体を通るリーク電流を検出可能な電流計が設けられている。加熱素子から来るリーク電流は、誘電体の電気抵抗に部分的に依存する。さらに、誘電体の電気抵抗が、少なくとも所定温度範囲では、温度に依存し、この依存性は、概ね判定できるため、誘電体を通るリーク電流の検出は、その温度についての洞察を提供する。したがって、単純な様式で電流計によって検出できるリーク電流は、誘電体の温度、そしてそこから加熱素子の温度を判定可能な測定値を提供する。過熱からの保護は、所定リーク電流閾値に達したときに加熱素子への電流供給を減少させる、または全部中断するという条件で、加熱素子の制御装置に電流計を結合させることによって、容易に組み込むことができる。また、加熱素子が接地されていない場合、金属部分の単純な電圧測定を行い、通常時の、すなわち過熱発生前の素子をスイッチオフするための信号として用いることもできる。マイクロプロセッサまたは適当な類似電子回路に適当な電子技術およびソフトウェアを利用することによって、水を沸騰あるいは蒸発させる場合に起こり得る、素子上の、例えば石灰粉によって熱伝達が妨害されていることを、通常時にユーザへ警告することができる。この場合、機器をすぐにスイッチオフする必要はないが、ユーザは、適当な時機に、クリーニングを行うことができる。
【０００３】
既知の加熱素子は、温度変化の単純な検出および過熱からの保護を提供するが、リーク電流の相応な検出を可能にするには、一般的に、別個の方策を採る必要がある。したがって時折、リーク電流の電流の強さを、例えば増幅する、または逆に減衰させる必要がある。また、加熱素子が接地されている場合、リーク電流を検出することは一般的に困難であることが分かっている。その場合、地線に、電流分離型変圧システムを組み入れなければならず、それは時間がかかることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の目的は、改良された加熱素子を提供すること、そして既知の加熱素子の利点を維持しながら、過熱保護および／あるいは温度調節を提供するために、加熱素子内の温度変化を検出するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的のために、本発明による加熱素子は、誘電体が少なくとも第一および第二の誘電層からなり、それらの間に導電層が配置されるという特徴を持つ。
【０００６】
誘電体の特定なアセンブリから起因して、そのような場合には第一の誘電層が（第二の誘電層に比べて）より電気的に絶縁する層として作用するため、第二の誘電層内に流れるリーク電流は、所望するように、導電層へ迂回することになる。したがって、導電層へ電気的に結合した、または他の様式で結合した電流計または電圧計で、この起こり得るリーク電流の検出が、この目的のために別個の装備を施すことなく、非常に小さな電流または低い電圧に対しても可能となる。このことは、既知のものよりも、より短い応答時間で、より高感度な温度測定を可能にする。さらに、電気的に分離した変流器を地線に設ける必要がもはやないので、制御はより安価になる。リーク電流は、二つの誘電層間に埋め込まれた導電層と、第二の層上に設けた加熱電気抵抗との間で測定されることが好ましい。さらに、本発明による多層誘電体の適用は、以下に説明するところの、追加の利点をも提供する。
【０００７】
加熱面が、熱伝導性の、特に導電材料から製造され、また接地に対して電気的に絶縁された場合には、誘電体を通って流れるリーク電流を、加熱面でも、またはそれに電気的に接続した構成要素においても測定することができる。したがって例えば、第二の誘電層を通って流れるリーク電流を測定することが可能である。このことは、オプションとして、第一の層が提供する以外の範囲での温度測定を可能にする。誘電体が、原則として、第一および第二の誘電層、そしてそれらの間の導電層というアセンブリを複数含むことが可能であることは明白である。そのような実施例は、起こり得るリーク電流を迂回させ、必要に応じて、加熱素子の厚さに沿った異なる位置でのリーク電流の測定を可能にする。
【０００８】
本発明による加熱素子の特定な好適実施例においては、ほぼ同じ温度で、第一の誘電層の電気抵抗が第二の誘電層の電気抵抗よりも高いという特徴がある。第二の誘電層に対する第一の誘電層のより大きな電気絶縁作用によって、さらに高感度なリーク電流測定が可能であるということが分かっている。これは、第一の誘電層が第二の誘電層よりも加熱面に近い場合に有利である。過熱の場合、リーク電流は、熱発生層から、第一の誘電層に比べ加熱面からより遠くに位置する第二の誘電層内に発生することになる。このリーク電流は、それから、中間導電層を介して迂回されるため、第一の誘電層を通っては全く流れない、あるいはわずかに部分的にだけ流れることになる。リーク電流を測定することによって、また必要に応じて、既に上記に説明した加熱素子の駆動と組み合わせることによって、この好適実施例において、過熱に対する、非常に高感度で急速に応答する保護機能を得ることができる。この実施例は、過熱に対する保護の信頼性が高いこと、そしてその過熱保護が、例えば、誤った使い方に対する歯止めとなるという追加の利点がある。したがって、保護作用は、加熱素子、特に加熱面が汚れたかどうかには高度に無関係である。
【０００９】
本発明による加熱素子のもう一つの好適実施例は、電流によって熱を発生する層が、隣接するトラックが高電位および低電位を持つように形成した複数の抵抗トラックからなるという特徴がある。抵抗トラックのそのような形状は、２本巻トラックとも呼ぶ。
【００１０】
第一および第二の誘電層間に位置する導電層は、多くの実施例が可能である。したがって、センサにとって一般的に重要である特性を少なくとも部分的に持つ層を適用することが可能である。例えば、負の温度係数（ＮＴＣ）を持つ材料、そして正の温度係数（ＰＴＣ）を持つ材料は、温度変化に対して、比較的大きな温度依存抵抗値変化を持つという特徴がある。電気センサは、実質的に加熱素子の全表面を覆うことが好ましい。そうすれば、リーク電流の正確な位置にかかわりなく、実質的に誘電体の全表面上で、発生リーク電流を測定することができる。
【００１１】
特に適当な実施例は、温度を正確に測定するのに適したセンサ材料からなり、例えば、正の温度係数（ＰＴＣ）を持つ材料が好ましい。この材料は、リーク電流を測定する層とは別個に、二つの誘電層間に設ける。そして単一のセンサ層を使用して、起こり得る過熱を測定することができる。そして、ここで説明するセンサを二度結合し、その抵抗値の変化を測定することによって温度を測定できる。
【００１２】
導電層は、同業者に既知である導電材料から製造できる。したがって、この目的のために、例えば金属箔を適用することが可能である。しかしながら、二つの誘電層間に、導電回路網またはグリッドの形態で、導電層を設けることが有利である。そのような実施例は、重さを省き、加熱素子の総厚さを制限し、そのうえ、二つの誘電層間に良い粘着性を確保する。これは、特に高温においても、加熱素子の機械的な完全性を高める。導電層に特に適当な材料は、導電効率の良い金属酸化物のグループから選択する。例えば、ＲｕＯ２を添加した厚膜材料は、非常に適当である。けれども、銀、パラジウム、ニッケル、そして他の金属も、センサ層の厚膜材料内への添加物としての使用に適当である。
【００１３】
本発明による加熱素子の第一および第二の誘電層は、下に横たわる層の上に実質的に結合した層として設けることが好ましい。この場合、第一の層に対して加熱面を、また第一の層に対して（導電層を備えた）第二の誘電層を設ける。実質的に適切に結合した層は、この目的に関わる温度での、層の電気絶縁作用に重要である。層が小孔を含む、および／あるいは他の性質の妨害を受ける場合は、そこに、リーク電流または電気的破壊が生じ易くなる。もちろん、これは望ましくない。
【００１４】
誘電層は、同業者に利用可能などの材料からでも製造できる。したがって、一方または両方の誘電層を、ポリマーから製造することも可能である。しかしながら、これらは、高温への加熱が必要なケースには適当でない。より適当な材料は、金属酸化物と他の無機酸化物との混合物である。特に適当なのは、金属酸化物と他の無機酸化物との混合物を融着することによって得た誘電エナメル層である。
【００１５】
必要に応じて、誘電体は、ポリマーの誘電層とエナメルの誘電層とから組み付けることができる。しかしながら、両誘電層をエナメルから製造することが最も好ましい。この適用に特に適当なエナメル組成物は、ケルデ（Ｋｅｒｄｉ）の名称の下で市販されている。他の製品の製造においてもそうであるが、電気加熱素子の製造において誘電体としてエナメル層を使用することは、例えば、オランダ特許出願ＮＬ１０１４６０１から本質的に既知である。この場合の誘電体は、一般的に金属トラックからなる電気抵抗に対して、電気的絶縁を提供する。この場合、エナメルから製造した誘電体は、比較的適切に熱を伝導する機械的に強力な誘電体となる。
【００１６】
両誘電層に対するエナメルの組成は、所望の電気的性質、特に使用温度に応じて、広い範囲内から選択できる。共通エナメル組成の固有電気抵抗は、室温において一般的に高く、通常、１．５＊１０１１Ω・ｃｍよりも高いが、温度が上昇するに従って、例えば、１８０から４００℃で１．５＊１０７Ω・ｃｍの典型的な値まで、急激に下降する。そのような抵抗では、誘電体を通って（比較的小さな）リーク電流が発生し得る。エナメル組成物の導電率は、例えば、アルカリ金属含有量を変化させることによって、および／あるいは導電性、または逆に電気絶縁性添加物を加えることによって容易に調節できる。
【００１７】
特定な好適実施例においては、誘電体は、エナメル組成物の第一のおよび／あるいは第二の誘電層、そして金属および／あるいは半導体および／あるいは例えばグラファイト等の他の導電材料から組み付けた導電層からなる。特に適切に作動する本発明による加熱素子は、第一の誘電層のエナメル組成物のアルカリ金属含有量が、第二の誘電層のそれよりも低いという特徴を持つ。アルカリ金属含有量だけが異なるエナメル組成物からの各層の誘電体の製造には、層の間に最適な粘着が得られるという追加の利点がある。さらに、層の膨張係数の違いは、比較的に小さいため、材料内の機械的応力は最小限に留まる。その結果、誘電体の耐久性が改善されるため、加熱素子の耐久性も改善する。
【００１８】
既に上述した誘電層の固有抵抗に加えて、そのような層（エナメル層が好ましい）のブレークダウン電圧も重要である。ブレークダウン電圧とは、（リーク電流よりも非常に大きな電流値で）電流が層を通って流れ始めるときの誘電層上の電圧レベルである。破損は、誘電層への、また加熱素子全体への望ましくない悪影響、さらには修繕不能な崩壊に至ることもある。電気加熱素子の安全性を最大限に保証するために、誘電体のブレークダウン電圧は、認定組織、例えばＫＥＭＡやＩＳＯの規定に従って十分に高くしなければならず、接地に対して少なくとも１２５０Ｖ（交流電圧）であることが好ましい。もう一つのグループの素子は、強化または二重絶縁によって、２７５０ＶＡＣよりも高いブレークダウン電圧を持たなければならない。そのようなグループに対して、第一の層は、少なくとも１７５０Ｖのブレークダウン電圧を持ち、第二の層は、少なくとも１０００Ｖのブレークダウン電圧を持つことが好ましい。そのような安全レベルが単純な様式で実現可能な、強化絶縁あるいは二重絶縁を持つ加熱素子の必要性がある。本発明による加熱素子は、二重絶縁を提供するという利点を持つ。本発明による特定な好適実施例においては、特に、第二の層のエナメル組成物が、１０００Ｖの最低ブレークダウン電圧を持つよう、そして第一の層が、１７５０Ｖよりも高いブレークダウン電圧を持つように選択される。
【００１９】
第一の誘電層の任意の温度における電気抵抗を、第二の誘電層のそれよりも著しく高く選択することによって、第二の誘電層は、電気抵抗が過熱した瞬間に電流を少なくとも部分的に伝導することになる。そのような場合、第一の層は、実質的にほとんど電流を伝導しない、またはいずれのケースでもより少ない。導電性中間層が存在することにより、この電流は、迂回され、オプションとして、遠隔な位置で第二の層を通して電気抵抗の別の部分へ再び伝導されることになる。このように、第一の層へ通過してない開回路が得られるため、加熱面へ、また消費者へは伝導しない。したがって、本発明による加熱素子は、電子制御、あるいはそれに接続したスイッチング部材あるいはリレーの障害によって、素子が、あまりに高い温度で加熱を継続するとしても、高電圧に対して耐性を示す。このプロセス中、電気抵抗トラックは（溶断するヒューズのように）燃え尽き、このプロセス後、第一の誘電層は、接地または消費者に対して十分な絶縁耐力が常に残留することを保証する。したがって、本発明による加熱素子は、本質的に安全である。
【００２０】
なお、誘電体のブレークダウン電圧は、例えば、誘電体の層厚、エナメル組成物、そして誘電体内に存在するガス等の構造的欠陥を含む複数の要因によって決まる。このケースでは（一般的に鋼、アルミニウムおよび／あるいはセラミック材料の）加熱面上のエナメル組成物である、誘電層の良好な粘着も重要である。
【００２１】
加熱素子の誘電層への適用に特に適当なエナメル組成物、特に第一の誘電層については、質量で０から１０%のＶ２Ｏ５、質量で０から１０%のＰｂＯ、質量で５から１３%のＢ２Ｏ３、質量で３３から５３%のＳｉＯ２、質量で５から１５%のＡｌ２Ｏ３、質量で０から１０%のＺｒＯ２、そして質量で２０から３０%のＣａＯからなることが好ましい。必要に応じて、好適組成物は、また、質量で０から１０%のＢｉ２Ｏ３からなる。そのような組成物は、加熱素子内に使用した場合に、耐久性が改善したエナメル層になる。エナメル組成物は、比較的容易に溶解でき、この状態で良好な粘性を有するため、異なるタイプの表面へ容易に適用できる。エナメル組成物は、特に金属、とりわけ鋼へ適切に粘着する。フェライト・クロム鋼にはより良好に、米国ＡＩＳＩ規格に準ずる番号４４４および／あるいは４３６のフェライト・クロム鋼には、さらに良好に粘着する。エナメル組成物から得られるエナメル層の最大圧縮応力は、新しい組成物で、２００から２５０ＭＰａの範囲に到達する。既知のエナメル組成物では、最大圧縮応力は、一般的に、７０から１７０ＭＰａの範囲である。好適エナメル組成物は、さらに、高温耐性を持つため、ピーク負荷で７００℃の、約５３０℃までの温度へ長く晒されても問題を起こすことはない。好適エナメル組成物に基づく第一の誘電層は、したがって、破損の危険性がほとんどない。換言すれば、既知のエナメル組成物に比べ、高電圧における長期の負荷による劣化の影響を受け難い。エナメル組成物のもう一つの特性は、温度変化がある場合でも、この組成物から製造した誘電層に亀裂が生じる可能性が少ないということである。好適エナメル組成物には、所望の特性を持つ誘電層を、小さな層厚さで加熱面に適用できるという追加の利点がある。このことは熱伝導を高める。
【００２２】
特定な好適実施例は、第一および第二の誘電層の、少なくともリチウムおよび／あるいはナトリウムおよび／あるいはカリウム含有量が相互から異なる誘電体からなる。この場合、第一の誘電層のエナメル組成物が、リチウムおよび／あるいはナトリウム・イオンを実質的に含まないならば有利である。本発明による好適組成物においては、第二の誘電層は、少なくともリチウムおよび／あるいはナトリウム・イオンからなる。
【００２３】
好適実施例では、エナメル組成物は、重量で０．１から６%のカリウムからなる。カリウムの追加によって、基板面、例えば加熱面へのエナメル組成物の粘着の耐力は、重要ではなくなる。基板面を持つそのようなエナメル組成物のアセンブリでは、高温度で生じる、特に過熱の場合の変形が少ない。これは、エナメル組成物が加熱素子内へ焼き入れられた場合に、特に有利である。圧縮応力は減少するが、望まない線状キズの形成を防止するのに十分なほど依然として高い。しかしながら、６重量％よりも高いカリウムのパーセンテージにおいては、線状キズ形成の可能性が増加することが分かっている。他のアルカリ金属イオン、特にリチウムやナトリウムの不在との組み合わせで、高温度での少ないリーク電流をも保証できる。
【００２４】
誘電体を載せる加熱面は、どの熱伝導材料からでも製造できる。加熱面は、実質的に金属、例えば鋼および／あるいはアルミニウムから製造することが好ましい。特に有利なのは、フェライト・クロム鋼で、少なくとも１０重量％のクロミウム含有量のものが好ましい。
【００２５】
加熱面を製造する材料の膨張係数が、第一の誘電層の膨張係数と余り異ならない、例えば鋼に対して、例えば２０から４５%を超えないならば、有利である。２０から３５%を超えないのがより好ましい。第二の層の膨張係数は、第一の層のそれに対して、０から２５%を超えて違わないことが好ましい。したがって、温度変化に非常に有効に耐える加熱素子を達成できる。これによって、本発明による両誘電エナメル層には、特に線状キズの形成が非常に少ないことが分かっている。また、２０%未満の膨張係数の違いで、線状キズの可能性が再び増加することが分かっている。明らかではあるが、エナメル組成物の膨張係数は、例えば、アルカリ金属含有量を調節することによって、加熱面の膨張係数に容易に適応させることができる。この場合、エナメル組成物のカリウム含有量を調節することを勧める。その理由は、これによって、高温でのリーク電流がほとんど影響を受けることがないためである。逆に、加熱面に対して、別の材料を選択することも可能である。
【００２６】
本発明は、また、上記説明の本発明による電気抵抗によって形成した加熱素子内の温度変化を検出するための方法に関する。本発明による方法は、第一の誘電層によって発生するリーク電流を測定することからなる。もう一つの実施例においては、加熱面（２）上の電位を測定する。
【００２７】
この方法のもう一つの好適実施例においては、温度上昇を測定する。この場合、温度上昇は、水の通常加熱に起因して、例えば、石灰粉層の蓄積の結果として生じる。温度上昇の検出は、過熱からの保護のために加熱をオフにする前に、本発明に従って実行できる。このため、ユーザは、近い将来にスケール除去サイクルが来るという信号を受けることができる。他の物理的な、または機械的な現象が熱伝達を制限する場合にも、もちろん、同じ利点が適用される。
【００２８】
本発明による方法のもう一つの実施例においては、温度上昇が高過ぎる場合に、加熱素子の電気抵抗を通る回路が遮断される。これは、自動制御システムの故障によって無制御な加熱が発生した場合に起こる。この場合、電気抵抗は完全に溶解する。本発明による加熱素子は、使用中、電気抵抗を通る回路が一旦破壊されると、素子の導電性構成要素に、少しも危険電圧が生じることがないという追加の利点を持つ。したがって、本発明による加熱素子には、安全に「死んだ」という長所がある。加熱素子内の誘電層がセンサ層によって分離されているので、そのようなアセンブリは、非接地の加熱素子に対する規格に準拠しており、同業者は、そのことを「二重絶縁」と呼ぶ。
【００２９】
この方法のもう一つの好適実施例においては、リーク電流の測定に加えて、導電センサ層（４）の抵抗測定を実行する。この場合、加熱素子内の第一および第二の誘電層間に第二のセンサ層を設けるならば有利である。この第二のセンサ層は、また、既に上述したリーク電流を遮断する層に加えて、ＮＴＣおよび／あるいはＰＴＣ特性を持つ。第二のセンサ層は、正確な様式で温度を測定するのに適当であり、リーク電流遮断層から電気的に分離されている。この実施例においては、このセンサ層の抵抗測定によるより正確な温度測定は、リーク電流測定と組み合わせることができるので、実質的に過熱保護として機能する。
【００３０】
本発明による加熱素子は、多くの分野で適用できる。したがって、素子を湯沸かし器内で使用できる。この場合、ユーザには、改善された（二重の）電気的な保護が提供される。加熱素子は、また、蒸気発生器、（皿洗い機）洗濯機、加湿器、ミルクや他の液体の加熱器、液体の管加熱デバイス、クッカー板、グリル板等への適用に特に適当である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
さて、以下に説明するエナメル組成物と、以下の図面に示す非限定的および模範的な実施例とに基づいて、本発明をさらに説明する。
【００３２】
図１は、本発明による加熱素子１を示す。この場合、異なるスタック層２、３、４、５および６は、明瞭に示すために、相互から分離させている。加熱素子１は、１８重量％のクロミウムを含有するフェライト・クロム鋼から製造した、加熱のための加温板２からなる。また、例えば、脱炭素処理した鋼、銅、チタン、ＳｉＮ、ＡＩ２Ｏ３等の、もう一つの適当な金属またはセラミック担体を適用することも可能である。本発明による第一の誘電エナメル層３は、加温板２の上に設ける。第一のエナメル層３は、実質的に、表１の列ＨＴに示すエナメル組成を持つ。第一の、比較的に電気絶縁性があるエナメル層３の上には、グリッド４の形態にある導電層を設ける。グリッド４は、例えば、ルテニウム酸化物（ＲｕＯ２）に基づく厚膜層、または例えば、銀、パラジウム、ニッケル等、および／あるいはそれらの組み合わせからなる適当な導電材料を持つ、他の適当な導電（厚膜）層から製造する。それから、比較的に導電性がある層４の上に、本発明による第二のエナメル層５を設ける。第二のエナメル層５のエナメル組成は、表１の列ＬＴ１内に示す限度内で選択する。図２に示すように、ＬＴ１およびＨＴエナメル組成は、他のものに比べ、第二のエナメル層５の固有電気抵抗Ｒ５が、第一の、比較的に絶縁性がある層３の固有電気抵抗Ｒ３よりも、より低い温度で減少することを保証する。その後、第一の層３に比べより導電性がある第二の層５の上に、電気加熱層を、熱を発生させるために使用可能な電気抵抗トラック６の形態で設ける。使用中、加熱素子１の温度を監視するために、第一の層３および第二の層５に比べ、より伝導性があるセンサ層４は、第二の、比較的に導電性がある層５を通るリーク電流を判定するというオプションを提供する。リーク電流は、例えば、図３の実施例で示すように測定が可能である。加温板２を接地するために、必要に応じて、接地に結合した地線を素子板２に固定することができる。第二の層５を通るリーク電流を直接測定するために、電気抵抗層６と導電層４との間に電流計９を結合する。測定リーク電流値は、素子１上の位置における最も高い温度の値を表すものである。所定温度を超過した場合、リーク電流は、第二の誘電層５の抵抗が減少した結果として鋭く上昇することになるため、このことは電流計９で容易に検出できる。第一の誘電層３を通るリーク電流は実質的に全く流れないため、電流計９でのリーク電流の測定値は、非常に正確であることが分かっている。電流計９は、オプションとして、加熱抵抗６への電力供給の制御装置へ結合できる。リーク電流を測定する、そして電力供給を調節するために使用可能な電気回路は、本質的に既知であり、例えば、国際公開公報ＷＯ０１６７８１８に説明されている。
【００３３】
多数の誘電層に対して電流計で測定したリーク電流特性を、温度Ｔの関数として、図４に示す。垂直軸にプロットしたリーク電流Ｉは、突然急速に上昇が始まる所定開始温度の近くまでの、比較的に低い温度Ｔに対して制限される。開始温度は、エナメル層の組成に大いに依存する。  図４は、ＨＴで示す第一の層の組成が、少なくとも５００℃に達する開始温度を持つことを示す。（ＬＴ１で示す）他の４つのリーク電流特性は、第二の層のエナメル組成を表すものである。第一のおよび／あるいは第二の誘電層に対する所望の開始温度へエナメル組成を調合することによって、比較的に単純な電気回路を用いた、加熱素子１に対する温度保護を達成できる。
【００３４】
さらに、本発明による加熱素子１は、このことが加熱素子の安全性を損なうことなく、高電力で使用できる。第一の、比較的に絶縁性がある層３の電気抵抗は、第二の、比較的に導電性がある層５の電気抵抗よりも、高温度で著しく高い。電気抵抗６の温度があまりに高い場合、その瞬間、第二の層５の抵抗は著しく低くなる。これによって、電気抵抗層６と導電層４との間に、導電経路ＡＢとして図３に示す電流が発生する。本発明による誘電体の構造に起因して、この電流は、第二の誘電層５内で既に生じている抵抗の有意な減少なしで、導電層４を通って迂回することになる。適当なデザインでは、層４に達する電位の結果として、加熱抵抗６と層４との間のどこか、例えば、図３に経路ＣＤで示す箇所に、もう一つの電流が流れ始めることになる。それによって誘電層５内に相応の熱が発生することになり、誘電層が破損し、短絡が生じ、抵抗トラック６も破損することになる。その瞬間に、供給電流は、どの状況でも加温板２へのみアクセスが可能な消費者に対して危険性を生じることなく、中断される（ヒューズ効果）。加温板は、層３の電気抵抗が高いために、依然として、電圧に対する抵抗を保留する。したがって、本発明による誘電体（３、４、５）の構造は、加熱抵抗６上で起こり得る高圧が加温板２に達しないということを達成する。したがって、本発明による加熱素子は、また、素子の恒久的な損傷を生じる過熱中、そして過熱後の高圧に抵抗する。
【００３５】
本発明によるエナメル組成は、既知の回転融解方法を用いて、異なる原材料を混合することによって得ることができる。この場合、冷却後にガラス・フリットが生じる。このガラス・フリットを、微細に挽いてペーストに、またはスプレー可能な混合物にして、適用できる。獲得したスプレー可能な混合物は、鋼の表面等のサブストレート上へ、例えばスプレーし、このサブストレート面を加熱することによって、エナメル層を形成する。同業者に既知である他の方法、例えば、ペゾルド氏およびポシュマン氏の「Email und Emailliertechniek」（２００３年７月）に説明があるような方法で、エナメル組成物を同様に調製し、加熱のために層２に適用できる。
【００３６】
本発明によるエナメル組成物は、表１に示す組成からなることが好ましい。
【００３７】
【表１】
2008521201.tif 000002
【００３８】
上記に明示した例に基づいて本発明を説明したが、本発明が決してそれらに限定されないことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による加熱素子の構造を示す概略図である。
【図２】温度の関数として、第一および第二の誘電層の固有抵抗の変化を示す。
【図３】本発明による加熱素子の断面図である。
【図４】異なるエナメル組成物の誘電層を通って温度が上昇するときの、測定電流の強さの変化を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年3月28日(2007.3.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流によって熱を発生する層、加熱面、そしてそれらの間に設けた誘電体からなる加熱素子であって、前記誘電体が少なくとも第一および第二の誘電層からなり、それらの間に導電層が設けられており、ほぼ同じ温度においては、前記第一の誘電層の電気抵抗が前記第二の誘電層の電気抵抗よりも高く、そして前記第二の誘電層よりも、前記第一の誘電層が前記加熱面により近く配置されていることを特徴とする、加熱素子。
【請求項２】
前記電流によって熱を発生する層が、複数の抵抗トラックからなり、隣接するトラックが高電位および低電位を持つように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の加熱素子。
【請求項３】
導電性中間層に電流計が直接電気的に結合されていることを特徴とする、請求項１あるいは２に記載の加熱素子。
【請求項４】
前記導電性中間層に電圧計が直接に電気的に結合されていることを特徴とする、前述の請求項のいずれかに記載の加熱素子。
【請求項５】
前記第一および／あるいは第二の誘電層が、エナメル組成物から製造されることを特徴とする、前述の請求項のいずれかに記載の加熱素子。
【請求項６】
前記第一の誘電層のエナメル組成のアルカリ金属含有量が、前記第二の誘電層のそれよりも低いことを特徴とする、請求項５に記載の加熱素子。
【請求項７】
前記第一および第二の誘電層の、少なくともリチウムおよび／あるいはナトリウムおよび／あるいはカリウム含有量が、相互で異なることを特徴とする、請求項５または６に記載の加熱素子。
【請求項８】
前記第一の誘電層が、リチウムおよび／あるいはナトリウム・イオンを実質的に含まないことを特徴とする、請求項５から７のいずれかに記載の加熱素子。
【請求項９】
前記第一および第二の誘電層のアルカリ金属含有量が、相互で異なることを特徴とする、請求項５から８のいずれかに記載の加熱素子。
【請求項１０】
前記第一の層のエナメル組成物が、温度の上昇があると常に、前記第二の層のそれよりも高い電気抵抗を持つように選択されることを特徴とする、請求項５から９のいずれかに記載の加熱素子。
【請求項１１】
前記層のエナメル組成物が、それらのアセンブリが１２５０ＶＡＣよりも高いブレークダウン電圧を生じるように選択されることを特徴とする、請求項１０に記載の加熱素子。
【請求項１２】
前記加熱面を製造する材料の膨張係数が、前記第一および／あるいは第二の誘電層の膨張係数から、２０から４５%を超えない範囲で異なることを特徴とする、前述の請求項のいずれかに記載の加熱素子。
【請求項１３】
前述の請求項のいずれかに記載の加熱素子における第一の誘電層としてのエナメル組成物の用途であって、前記エナメル組成物が、質量において０から１０%のＶ２Ｏ５、質量において０から１０%のＰｂＯ、質量において５から１３%のＢ２Ｏ３、質量において３３から５３%のＳｉＯ２、質量において５から１５%のＡｌ２Ｏ３、そして質量において２０から３０%のＣａＯからなる、エナメル組成物の用途。
【請求項１４】
請求項１から１２のいずれかに記載の加熱素子を備えた液体容器。
【請求項１５】
請求項１から１２のいずれかに記載の、電気抵抗によって形成した加熱素子内の温度変化を検出するための方法であって、前記第一の誘電層によって発生するリーク電流を測定すること、および／あるいは前記導電層（４）上の電位を測定することからなる、方法。
【請求項１６】
温度上昇を測定する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記温度上昇が高過ぎると、前記加熱素子の前記電気抵抗を通る回路が遮断される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記リーク電流の測定に加えて、導電センサ層（４）の抵抗測定からなる、請求項１５から１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記加熱素子内の前記第一および第二の誘電層の間に、ＮＴＣおよび／あるいはＰＴＣ特性を持つセンサ層が設けられている、請求項１８に記載の方法。
【国際調査報告】
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2008521201.tif 000008
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