(57)【要約】      （修正有）【課題】長期間安定した構造および高伝導性を維持する加熱装置を提供する。【解決手段】加熱装置は、基板１２上に配置されるよう適合された加熱エレメント１０を有する。加熱エレメント１０は、電極１８と、基板１２と電極１８との間に配置されるナノサイズの厚さの多層導電コーティング１６と、を備える。多層導電コーティング１６は、高温での加熱エレメント１０の性能を安定させる構造および構成物を備えている。多層導電コーティング１６をスプレー熱分解によって形成できる。【選択図】図１
0003159675.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配置される加熱エレメントを有する加熱装置であって、加熱エレメントは、
電極と、
基板と電極との間に配置されるナノサイズの厚さの多層導電コーティングであって、多層導電コーティングが高温での加熱エレメントの性能を安定させる構造および構成物を備えている多層導電コーティングと、
を備えている加熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載の加熱装置であって、多層導電コーティングは、スズ、インジウム、カドミウム、タングステン、チタンおよびバナジウムからなる群から選択されるソース金属を有する酸化物コーティングを備えている加熱装置。
【請求項３】
請求項１に記載の加熱装置であって、電極は、白金、金、銀、パラジウムおよび銅からなる群から選択されるソース金属を有するガラス・セラミックフリットベースのインクを備えている加熱装置。
【請求項４】
請求項１に記載の加熱装置であって、加熱エレメントは、多層導電コーティングと基板との間に配置されるナノサイズの厚さの多層絶縁コーティングを備えている加熱装置。
【請求項５】
請求項４に記載の加熱装置であって、多層絶縁コーティングは、ゾル・ゲル誘導二酸化ケイ素を備えている加熱装置。
【請求項６】
請求項４に記載の加熱装置であって、基板上には界面活性剤をさらに備えており、界面活性剤は、約０．１〜約０．０１ｗ／ｗの間の濃度のスルホコハク酸ジオクチルナトリウムを有する約０．０１〜約０．００１％ｗ／ｗの間の濃度の過フルオロアルキル界面活性剤である加熱装置。
【請求項７】
請求項１に記載の加熱装置であって、加熱装置の加熱エレメントと一体化された温度モニタ・コントロールシステムをさらに備えており、温度モニタ・コントロールシステムが、温度を測定するためのＡＤコンバータと、電力供給を規制するためのパルス幅変調ドライブと、を備えている加熱装置。
【請求項８】
請求項１に記載の加熱装置であって、第１風通路および第２風通路を形成する分離チャンバと、基板と多層導電コーティングに隣接する第１および第２風通路のうちの一方を通して加熱装置から熱い空気を送出するためのファンと、をさらに備える加熱装置。
【請求項９】
基板上に配置される加熱エレメントを有する加熱装置であって、加熱エレメントが、
電極と、
基板と電極との間に配置されるナノサイズの厚さの多層導電コーティングであって、多層導電コーティングが、スプレー熱分解によって形成され、かつ、高温での加熱エレメントの性能を安定させる構造および構成物を備えている多層導電コーティングと、
を備えている加熱装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の加熱装置であって、スプレー熱分解が、約６５０℃から約７５０℃の温度で行われる加熱装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の加熱装置であって、スプレー熱分解が、約０．４ＭＰａから約０．７ＭＰａのスプレー圧力で行なわれる加熱装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の加熱装置であって、スプレー熱分解が、毎秒１０００ｍｍ未満のスプレーノズル速度で行なわれる加熱装置。
【請求項１３】
請求項９に記載の加熱装置であって、スプレー熱分解が、スプレー走査を互いに対して約９０度の方向で交互に行うことによって行なわれる加熱装置。
【請求項１４】
請求項９に記載の加熱装置であって、電極は、スクリーン印刷によって導電コーティング上に配置される加熱装置。
【請求項１５】
請求項９に記載の加熱装置であって、加熱エレメントは、多層導電コーティングと基板との間に配置されるナノサイズの厚さの多層絶縁コーティングを備えている加熱装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の加熱装置であって、多層絶縁コーティングが、ベース前駆体としてテトラエトキシオルトケイ酸塩を用いる含浸コーティングによって基板上に配置され、多層絶縁コーティングのそれぞれの層が加水分解され乾燥されそして約５００℃で加熱される加熱装置。
【請求項１７】
請求項９に記載の加熱装置であって、さらに、
加熱装置の加熱エレメントと一体化された温度モニタ・コントロールシステムを備えており、温度モニタ・コントロールシステムが、温度を測定するためのＡＤコンバータと、電力供給を規制するためのパルス幅変調ドライブと、を備えている加熱装置。
【請求項１８】
請求項９に記載の加熱装置であって、さらに、第１風通路および第２風通路を形成する分離チャンバと、基板と多層導電コーティングに隣接する第１および第２風通路のうちの一方を通して加熱装置から熱い空気を送出するためのファンと、を備える加熱装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
【０００２】
本願は、２００７年２月１３日に出願された米国仮出願６０／９００，９９４号および２００７年１１月２８日に出願された米国仮出願６０／９９０，６１９号による権利を主張し、内容全体を参照によって援用する。
【０００３】
本願は、加熱装置、および加熱装置の加熱エレメントを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
低温導電コーティングはかなり長い間提案されているが、その不安定性、高温でクラックが入る可能性、および均一構成物および構造を達成するために必要な高真空蒸着プロセスに対する高い製造コストのために、商業的に大規模には応用されていない。均一な構成物および厚みの開発は、全導電層にわたる安定した構造の開発と同様に、加熱装置の加熱エレメントの均等な抵抗および温度分布を維持するのに重要である。導電層にわたる抵抗差は、温度差／温度勾配を生じるおそれがあり、そのため特に高温加熱用途において構造を不安定化しその層のクラックを生じさせる可能性のある導電層における温度ストレスを生じるおそれがある。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
背景技術として援用されるＴｏｒｐｙらによるＰＣＴ公開公報ＷＯ００／１８１８９は、セリウムとランタンを酸化スズにドープして加熱のためのガラス基板上の導電性フィルムの安定性を向上するコーティングシステムを提案している。しかしながら、安定効果を提供するためにはセリウムとランタンをコーティング内に一様に分布させなければならず、それは一般的に達成することが困難である。均一で安定なコーティングを生成することを促進するために、高温での１時間アニーリングが、ＰＣＴ公開公報ＷＯ００／１８１８９において提案されている。しかしながら、それは製造においてコスト的に有効ではなく、基板から汚染物質元素のコーティング内への有害な拡散をもたらすおそれがある。セリウムとランタンのモルパーセンテージを増加させることはこれらの希土類元素の分布に役立つことができるかもしれないが、フィルムの電気抵抗の増加をもたらす。これは導電性と出力の低減をもたらし、フィルムの実用的および商業的な用途の制限を課す。
【０００６】
背景の上記説明は、本願において開示する加熱装置および加熱装置の加熱エレメントを形成する方法の理解を助けるために提供したのであって、関連する従来技術により本願において開示する加熱装置を説明あるいは構成することを自認するものではなく、また、引用した文献を本願の請求項の特許性に対する材料と見なしていると自認するものでもない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願は、加熱装置に対してなされたものである。加熱装置は、基板上に配置されるよう適合された加熱エレメントを有する。加熱エレメントは、電極と、基板と電極との間に配置されるナノサイズの厚さの多層導電コーティングと、を備える。多層導電コーティングは、高温での加熱エレメントの性能を安定させる構造および構成物を備えている。一の態様では、加熱装置の加熱エレメントは、多層導電コーティングと基板との間に配置されるナノサイズの厚さの多層絶縁コーティングを備える。
【０００８】
他の態様では、加熱装置は、加熱装置の加熱エレメントと一体化された温度モニタ・コントロールシステムを備えている。温度モニタ・コントロールシステムは、温度を測定するためのＡＤコンバータと、電力供給を規制するためのパルス幅変調ドライブと、を備えている。
【０００９】
さらに他の態様では、加熱装置は、第１風通路および第２風通路を形成する分離チャンバと、基板と多層導電コーティングに隣接する第１および第２風通路のうちの一方を通して加熱装置から熱い空気を送出するためのファンと、を備えている。
【００１０】
加熱装置の加熱エレメントの多層導電コーティングを、スプレー熱分解によって形成することができる。
【００１１】
スプレー熱分解を、約６５０℃から約７５０℃の温度で行うことができる。
【００１２】
スプレー熱分解を、約０．４ＭＰａから約０．７ＭＰａのスプレー圧力で行うことができる。
【００１３】
スプレー熱分解を、毎秒１０００ｍｍ未満のスプレーノズル速度で行うことができる。
【００１４】
スプレー熱分解を、スプレー走査を互いに対して約９０度の方向で交互に行うことによって行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本願において開示する加熱装置および加熱装置の加熱エレメントを形成する方法の特定の態様を、例示の目的で、添付の図面を参照して説明する。
【図１】本願の実施形態にかかる加熱装置の加熱エレメントの上面図である。
【図２】図１の加熱エレメントの側面図である。
【図３】図１の加熱エレメントの導電コーティングのナノサイズ構造を示す高分解能走査型電子顕微鏡写真である。
【図４】加熱エレメントを介して電源に接続された制御ユニットを示す回路図である。
【図５】は、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）およびパルス幅変調（ＰＷＭ）ドライブを有する温度モニタ・コントロールシステムの回路図である。
【図６】本願の実施形態にかかる加熱エレメントを用いる加熱装置／ホットプレートの斜視図である。
【図７】本願の実施形態にかかる加熱装置の分離チャンバの概略的斜視図である。
【図８】図７の分離チャンバの概略的側面図である。
【図９】多層のナノサイズの厚さの加熱フィルムでコートされたセラミックタイルの概略図である。
【考案を実施するための形態】
【００１６】
加熱装置および加熱装置の加熱エレメントを形成する方法は、後述する詳細な実施形態に限定されず、添付の請求項の精神あるいは範囲を逸脱することなく種々の変形および変更を当業者によってなしうることは、理解されよう。例えば、異なる例示的な実施形態のエレメントおよび／または特徴を、本開示および添付の請求項の範囲内で、互いに組み合わせること、かつ／または、互いに置き換えることができる。
【００１７】
ここで用いる、用語「多層コーティング」あるいは「多層化されたコーティング」は、１つを超える層のコーティング材料を有するコーティングを意味する。
【００１８】
ここで用いる、用語「ナノサイズの厚さ」は、それぞれのコーティング層がナノメートルでのみ測定可能なナノメートルレベルであることを意味する。
【００１９】
図１および図２は、それぞれ、本願の実施形態にかかる加熱装置の加熱エレメントの上面図および側面図である。加熱装置は、熱を生成する加熱エレメント１０を有する。加熱エレメント１０は、基板１２と、基板１２上に配置された多層絶縁コーティング１４と、多層絶縁コーティング１４上に配置された多層導電コーティング１６と、多層導電コーティング１６上に配置された電極１８と、を有している。
【００２０】
例示の実施形態において、基板１２は、セラミックガラスあるいは他の適当な材料で形成される。セラミックガラスが高温と熱衝撃に耐えることができ、均等で信頼できる高温加熱機能を提供するために他のガラスよりもよく選ばれていることは、当業者には理解されよう。
【００２１】
例示の実施形態において、多層絶縁コーティング１４は、セラミックガラス基板１２の表面に配置される。多層絶縁コーティング１４は、ゾル・ゲル誘導二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）あるいは他の適当な材料で形成できる。多層絶縁コーティング１４のそれぞれの層は、約３０ｎｍから約５０ｎｍのナノサイズの厚さを有する。多層絶縁コーティング１４は、界面活性剤をセラミックガラス基板１２の表面上に塗布することができ、これにより、セラミックガラス基板１２上のＳｉＯ2コーティングの１００％の濡れを保証し、欠陥サイトを防止し、導電コーティング１６をセラミックガラス基板１２（高温で導電性になりうる）から電気的に絶縁し、そして、加熱プロセスの際にセラミックガラス基板１２から移動してくるリチウムイオンおよび他の汚染物質元素の導電コーティング１６内への拡散を防止する。
【００２２】
過フルオロアルキル（ｐｅｒｆｌｕｏｒａｌｋｙｌ）界面活性剤は、約０．１〜約０．０１ｗ／ｗの間の濃度のスルホコハク酸ジオクチルナトリウム（ｓｏｄｉｕｍ  ｄｉｏｃｔｙｌ  ｓｕｌｐｈｏｓｕｃｃｉｎａｔｅ）を有する約０．０１〜約０．００１％の間の濃度の過フルオロアルキル界面活性剤を用いることができ、スプレー、含浸コーティング法あるいは他の適当な方法を用いてセラミックガラス基板１２上に塗布することができる。
【００２３】
ＳｉＯ2層を、含浸コーティングあるいは他の適当な方法を用いて、そしてテトラエトキシオルトケイ酸塩（ｔｅｔｒａ  ｅｔｈｏｘｙ  ｏｒｔｈｏ  ｓｉｌｉｃａｔｅ：ＴＥＯＳ）をベース前駆体として用いて、セラミックガラス基板１２上に被覆することができる。それぞれのゾル・ゲルシリカ層を加水分解し、乾燥し、段階的な傾斜で上昇する温度サイクルを用いて約５００℃で加熱し、これにより、物理的な水分、化学的に結合している水分、および炭素残留物および有機的な残留物を母材から除去して、超高純度で欠陥が最小限のＳｉＯ2層をもたらすことが、必要不可欠である。
【００２４】
例示の実施形態において、多層導電コーティング１６は、絶縁コーティング１４上に配置される。多層導電コーティング１６は、スズ、インジウム、カドミウム、タングステン、チタンおよびバナジウムからなる群から選択されるソース金属を、約３ｍｏｌ％のアンチモンおよび亜鉛など等量のドナーおよびアクセプタ元素が他の希土類元素とともにあるいは他の希土類元素なしにドープされた三塩化モノブチルスズ（Ｍｏｎｏｂｕｔｙｌ  Ｔｉｎ  Ｔｒｉ−ｃｈｌｏｒｉｄｅ）のような有機金属前駆体とともに用いる酸化物コーティングとすることができる。図３は、図１０の加熱エレメント１０の導電コーティング１６のナノサイズ構造を示す高分解能走査型電子顕微鏡写真である。多層の導電コーティング１６を他の適当な材料で形成することができることは理解されよう。
【００２５】
多層導電コーティング１６を、約０．４から約０．７ＭＰａのスプレー圧力で約６５０℃〜約７５０℃の間の温度でコントロールしながらスプレー熱分解を用いて、絶縁コーティング１４上に被覆することができる。約５０から約７０ｎｍまでの多層化されたナノサイズの厚さのコーティングの形成においては、それぞれの層で厚さにおいてコーティング内の希土類材料の均一な分布を保証して、これにより、高温での安定性の向上をもたらす。好ましくは、スプレー移動は、スプレー走査を互いに対して約９０度の方向で交互に行うようコントロールされる。スプレーヘッドの速度は毎秒１０００ｍｍ未満に制限される。
【００２６】
多層導電コーティング１６における導電コーティング材料は、電力を熱エネルギーに変換するために用いられる。適用される熱生成原理は、加熱出力が低い加熱効率で電力損失の大きい金属コイルの高い電気抵抗から生じる従来のコイル加熱とは全く異なる。対照的に、コーティングの構成物および厚さを調整することによって、コーティングの電気抵抗をコントロールすることができ、また、導電性を最小限のエネルギー損失で高い加熱効率を生成するよう増加することができる。
【００２７】
例示の実施形態において、電極１８は導電コーティング１６上に配置される。２つの間隔をあけて配置された電極１８が、導電コーティング１６の２つの対向する側部に沿ってそれぞれ形成される。電極１８は、白金、金、銀、パラジウムおよび銅からなる群から選択されるソース金属（９０〜９５％）、およびＰｂＯ、ＳｉＯ2，ＣｅＯ2およびＬｉ2Ｏで形成されるガラスフリット（５〜１０％）にエチルセルロース／エタノールの有機ビヒクルが加えられたガラス・セラミックフリットベースのインクで形成することができる。インクは、コーティングエリアにわたって一定な導電性を提供するよう電極１８、コーティング１４，１６およびセラミックガラス基板１２の間で最適に適合された導電コーティングエリア上にプリントされたスクリーンとすることができる。加熱エレメント１０上の電極１８を形成するために、インクを、プリントして、約５分間約７００℃で焼成されたスクリーンとすることもできる。これにより、加熱エレメント１０の故障を生じさせるおそれのある、コーティング１４，１６および基板１２からの電極１８の潜在的な剥離を防止することができる。高温アニールの延長は、コーティングおよび電極を安定するために必要ではない。
【００２８】
加熱機能を約３００℃〜約３５０℃までで行う実用的、商業的および工業的用途に対しては、絶縁コーティング１４を、セラミックガラス基板１２の表面に配置することを必要としないことができる。代わりに、温度モニタ・コントロールシステムを、最適温度および省エネルギーコントロールのために、加熱エレメントの導電コーティング１６と一体化することができる。本実施形態においては、温度測定のためのＡＤコンバーター（ＡＤＣ）と正確な電力コントロールのためのパルス幅変調方式（ＰＷＭ）ドライブとを用いる駆動ソフトウェアおよびコントローラが配置されるとともに加熱エレメントと一体化される。温度モニタ・コントロールシステムの回路を、図４および図５に示す。
【００２９】
この温度モニタ・コントロールシステムを用いて、加熱サーボシステムを、迅速な加熱時間（１分以内）、正確な温度目標（＋／−５℃）および最大エネルギー節約（９０％までの効率）を達成するよう、加熱装置の加熱エレメントの迅速で効率的な加熱特性と整合し最適化するように適用することができる。加熱装置の加熱エレメントが予め設定された目標温度に達すると、ＡＤＣおよびＰＷＭは直ちに応答し、エネルギー節約の目的のために電力供給を遮断し、加熱エレメントの温度の支流を制限する。加熱エレメントの温度が予め設定された温度未満に下がると、ＡＤＣおよびＰＷＭは応答し、熱生成のための電力供給のスイッチをオンにする。したがって、サーボシステムは、加熱エレメントへの電力供給を平滑化しその加熱性能およびエネルギー節約効率を最適化する高速応答を用いた連続的なモニタリングおよびコントロールを提供する。
【００３０】
コーティング構成物を用いて、加熱装置の加熱エレメント１０を、スプレー熱分解によって屋外環境において安価な被覆方法で製造することができる。さらに、多層導電コーティングを形成する時における多重スプレー走査の塗布をコントロールして、セリウムおよびランタンの塗布を、ＰＣＴ公開公報ＷＯ００／１８１８９において特定されている必要な２．５ｍｏｌ％未満の量まで最適化することができ、そして、高温加熱機能を行なうよう導電コーティングの安定性を維持することができる。スプレーヘッド移動条件を確立することができる。また、速度は毎秒１０００ｍｍ未満に制限される。セラミックガラス上のコーティングシステムおよび特定されたスプレープロセス条件を用いることによって、本願の加熱エレメントは、約６００℃までの実用的な高温加熱機能に対する安定で信頼できる性能を達成することができる。本願の加熱エレメントは、また、各サイクルが約４０分の加熱時間の約２５００回もの寿命試験サイクルに耐えることができる。
【００３１】
スプレーパラメータが加熱エレメントの特性に影響しうること、および最適条件を確立しうることを、明らかにする。１５０ｍｍ×１５０ｍｍのコーティング面積の加熱エレメント１０の実効抵抗および電力定格（２２０Ｖの）の変化のいくつかの例を表１、表２および表３に示す。
【００３２】
表１は、約７５０ｍｍｓ-1のスプレーヘッド移動速度および約０．５ＭＰａのスプレー圧力での２回、６回、１０回および１２回のスプレー走査によって生成された加熱エレメントの実効抵抗および電力定格の変化を示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
表２は、異なるスプレーヘッド移動速度および約０．６２５ＭＰａのスプレー圧力で形成される加熱エレメントの実効抵抗および電力定格の変化を示す。毎秒１０００ｍｍのスプレーヘッド速度で、コーティング形成は不均一になり、また、その加熱性能は不安定である。
【００３５】
【表２】
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【００３６】
表３は、異なる温度範囲で形成される加熱エレメントの実効抵抗および出力の変化を示す。より低い電気抵抗したがってより高い出力は、約７００℃から約７５０℃より高温で達成することができる。
【００３７】
【表３】
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【００３８】
本願において開示する多層化されたナノサイズの厚さのコーティングシステムは、コーティング材料を低コストな屋外環境でのスプレープロセスによって被覆することができる特性を有する。この多層化されたナノサイズの厚さのコーティングシステムは、安定した構造および高伝導性を維持する加熱装置の加熱エレメントを提供し、したがって、長期間にわたっても一定な電気抵抗および加熱性能をもたらす。
【００３９】
上述の効果を達成するために、ベースおよびドープされる元素のコーティング材料の構成物および特性、温度を含む基板表面をカバーするスプレー熱分解のプロセス条件、スプレーヘッドの移動、ノズル設計、およびスプレー圧力の特定的な選択によるスプレー材料溶液の霧化および基板表面上の被覆の最適化が要求される。高導電性を有するナノサイズの厚さの多層コーティングは、コーティング安定性を向上させ、クラック生成のリスクを最小限にすることができる。
【００４０】
本願において説明するコーティング構成物および工程を用いて、限定するものではないが、電気料理レンジトップ、電気ホットプレート（実験室用ホットプレートを含む）、タオル・衣類加熱ラック、電気ヒーター、防氷器および加温器を含む電気器具に対する低高温／低高出力加熱を行うことができる。
【００４１】
ナノサイズの厚さの加熱エレメントの特徴によって、従来の加熱コイルのない、図６に示すような、３０ｍｍ以下の厚さのホットプレート７０などのコンパクトな加熱装置が開発されている。加熱エレメントは加熱ゾーン７２の下側に配置される。加熱ゾーン７２をセラミックガラスで形成することができる。温度モニタ・コントロールシステムは、加熱エレメントと一体化することができる。約５０オームの実効抵抗を有する加熱エレメントを用いるとき、約０．１ＫＷＨのエネルギー量が、１リットルの水を２５℃から約９５℃まで加熱するのに必要であり、効率を約８５％向上させている。
【００４２】
ハウジング７４およびホットプレート７０の非加熱ゾーン７６上の過熱を防止するために、図７および図８に示すように、分離風通路チャンバ８２をホットプレート７０に配置することもできる。分離風通路チャンバ８２は、上部熱風通路８４および下部冷風通路８６を形成する。上部熱風通路８４は、本願の熱エレメントが配置されている加熱ゾーン７２の下側に隣接して配置される。ファン８８は、矢印によって示すように、加熱装置７０から熱い空気を上部熱風通路８４を通して送出するよう用いられる。
【００４３】
分離風通路チャンバ８２を用いて、熱い空気および冷たい空気がホットプレート７０内で分離される。ファン８８によって生成された気流は、熱い空気を上部熱風通路８４を通して外部に送出することができ、過剰な熱を効果的に除去することができ、ホットプレート７０内およびそのハウジング７４上の温度を下げることができる。ハウジング７４および、本願のナノサイズの厚さの加熱エレメントを用いるホットプレート７０の非加熱ゾーン７６上の温度を４０℃未満とする１５℃の低下を、分離風通路チャンバ８２を用いて達成することができる。それがなければ、ホットプレートを実用できない。
【００４４】
本願において開示するナノサイズの厚さの多層コーティングを、限定するものではないが、寒冷気候での道路および屋根の防氷、壁、床や家の暖房、衣類や靴の暖房のためのセラミックタイルや板ガラスを含む他の基板材料上に塗布できる。先に説明したスプレープロセスのコントロールによって、図９に示すように、多層化されたナノサイズの厚さの導電コーティング１０２をセラミックタイル１００に固着することができる。１ペアの電極１０４を、また、本願に説明するプロセスによって形成することができる。１５０ｍｍ×１５０ｍｍの塗布面積を有する加熱エレメントにおいては、約２０００オームの実効抵抗を達成でき、約２５Ｗの出力を提供することができる。
【００４５】
本願において開示するナノ厚さの多層コーティングは、限定するものではないが、寒冷気候での始動を容易にするためのエンジン加熱、パネル、ミラーやウィンドシールドの暖房や防氷を含む自動車産業に適用できる。
【００４６】
本願において開示するナノ厚さの多層コーティングは、また、限定するものではないが、寒冷気候条件での航空機の翼やコックピットの暖房や防氷を含む航空機産業に適用できる。
【００４７】
本願のコーティングシステムは、熱生成機能のためのＡＣ、ＤＣ電力供給および／または太陽エネルギーシステムとの一体化を可能にする。従来の加熱エレメントは、電気抵抗が高い場合が多く、したがって、電流は、ＤＣ出力では低く、暖房と料理用の領域にわたって十分なエネルギーを一様に生成することができない。導電性の向上および加熱フィルムの電気抵抗の低減は、スプレープロセスのコントロールによって１０オーム以下まで達成することができる。ＤＣ電源供給用いる実用的な加熱機能を行い、かつ／または太陽エネルギー電力供給と統合される領域にわたって十分なエネルギーを生成することができる。２４ＶのＤＣ電源を用いて、本願において説明する加熱エレメントは、１５０℃の温度に２分未満で達することができ、加熱、料理や暖房機能を行うのに十分なエネルギーである。１２ＶのＤＣ電源を用いて、１５０℃の温度に８分未満で達することができる。
【００４８】
ＡＣ電力供給を用いた加熱装置を用いて、約６００℃までの迅速で効率的で電力損失の少ない加熱機能を行うことができる。限定するものではないが、料理用レンジトップ、ホットプレート、ヒーターおよび防氷・暖房デバイスを含む加熱装置において用いることができる。その高エネルギー効率によりほとんど３０％の電力消費を節約するのに役立ち、環境への汚染や地球温暖化を最小限にするという十分な利益を提供し、消費者が電気代を大幅に低減することを助ける。
【００４９】
料理用レンジトップやホットプレートの用途では、電流誘導加熱技術に優るとも劣らない迅速で効率的な加熱を生成することができる。誘導加熱と比較して、本願の加熱エレメントは、磁気放射および干渉（誘導加熱においては磁気誘導が用いられる）をあたえず、材料費が安価である（誘導加熱においては高価な銅コイルが用いられる）。さらに、本願において開示するコーティング材料および方法は、コストが低く、料理器具を制限しない（高いグレードのステンレス鋼器具のみが誘導加熱と作用する）。本願の加熱装置は軽量で、設計の汎用性がある。
【００５０】
本願において開示される加熱装置および加熱装置の加熱エレメントの形成方法をいくつかの好ましい実施形態を特に参照して示し、説明したが、添付の請求項から逸脱することなく種々の変形および変更を行うことができることを述べておく。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003159675.tif 000013
【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年3月24日(2010.3.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配置される加熱エレメントを有する加熱装置であって、加熱エレメントは、
電極と、
基板と電極との間に配置されるナノサイズの厚さの多層導電コーティングであって、多層導電コーティングが高温での加熱エレメントの性能を安定させる構造および構成物を備えている酸化物コーティングと、
を備えている加熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載の加熱装置であって、多層導電コーティングは、スズ、インジウム、カドミウム、タングステン、チタンおよびバナジウムからなる群から選択されるソース金属を有する酸化物コーティングを備えている加熱装置。
【請求項３】
請求項１に記載の加熱装置であって、電極は、白金、金、銀、パラジウムおよび銅からなる群から選択されるソース金属を有するガラス・セラミックフリットベースのインクを備えている加熱装置。
【請求項４】
請求項１に記載の加熱装置であって、加熱エレメントは、多層導電コーティングと基板との間に配置されるナノサイズの厚さの多層絶縁コーティングを備えている加熱装置。
【請求項５】
請求項４に記載の加熱装置であって、多層絶縁コーティングは、ゾル・ゲル誘導二酸化ケイ素を備えている加熱装置。
【請求項６】
請求項４に記載の加熱装置であって、基板上には界面活性剤をさらに備えており、界面活性剤は、約０．１〜約０．０１ｗ／ｗの間の濃度のスルホコハク酸ジオクチルナトリウムを有する約０．０１〜約０．００１％ｗ／ｗの間の濃度の過フルオロアルキル界面活性剤である加熱装置。
【請求項７】
請求項１に記載の加熱装置であって、加熱装置の加熱エレメントと一体化された温度モニタ・コントロールシステムをさらに備えており、温度モニタ・コントロールシステムが、温度を測定するためのＡＤコンバータと、電力供給を規制するためのパルス幅変調ドライブと、を備えている加熱装置。
【請求項８】
請求項１に記載の加熱装置であって、第１風通路および第２風通路を形成する分離チャンバと、基板と多層導電コーティングに隣接する第１および第２風通路のうちの一方を通して加熱装置から熱い空気を送出するためのファンと、をさらに備える加熱装置。
【請求項９】
基板上に配置される加熱エレメントを有する加熱装置であって、加熱エレメントが、
電極と、
基板と電極との間に配置され、スプレー熱分解によって形成されるナノサイズの厚さの多層導電コーティングと、
を備えている加熱装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の加熱装置であって、スプレー熱分解が、約６５０℃から約７５０℃の温度で行われる加熱装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の加熱装置であって、スプレー熱分解が、約０．４ＭＰａから約０．７ＭＰａのスプレー圧力で行なわれる加熱装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の加熱装置であって、スプレー熱分解が、毎秒１０００ｍｍ未満のスプレーノズル速度で行なわれる加熱装置。
【請求項１３】
請求項９に記載の加熱装置であって、スプレー熱分解が、スプレー走査を互いに対して約９０度の方向で交互に行うことによって行なわれる加熱装置。
【請求項１４】
請求項９に記載の加熱装置であって、電極は、スクリーン印刷によって導電コーティング上に配置される加熱装置。
【請求項１５】
請求項９に記載の加熱装置であって、加熱エレメントは、多層導電コーティングと基板との間に配置されるナノサイズの厚さの多層絶縁コーティングを備えている加熱装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の加熱装置であって、多層絶縁コーティングが、ベース前駆体としてテトラエトキシオルトケイ酸塩を用いる含浸コーティングによって基板上に配置され、多層絶縁コーティングのそれぞれの層が加水分解され乾燥されそして約５００℃で加熱される加熱装置。
【請求項１７】
請求項９に記載の加熱装置であって、さらに、
加熱装置の加熱エレメントと一体化された温度モニタ・コントロールシステムを備えており、温度モニタ・コントロールシステムが、温度を測定するためのＡＤコンバータと、電力供給を規制するためのパルス幅変調ドライブと、を備えている加熱装置。
【請求項１８】
請求項９に記載の加熱装置であって、さらに、第１風通路および第２風通路を形成する分離チャンバと、基板と多層導電コーティングに隣接する第１および第２風通路のうちの一方を通して加熱装置から熱い空気を送出するためのファンと、を備える加熱装置。