专利名称：多功率加热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液体加热容器的电加热器，特别是用于沸水容器，但并不仅限于此。
背景技术：
近年来有许多有关液体加热容器的电加热器的不同申请。有些申请的加热器能在不只一个功率下工作，可得到低于沸腾而用于冲咖啡的理想温度，或者是在煮沸以后继续以文火慢慢煮水，比如给被污染的水消毒。
但是仍需要有一种能在不同的功率水平下工作的有效而经济的加热器。
发明内容
从本发明的第一方面来看，本发明提供的液体加热容器的加热器基座组件包括一底座元件，具有包覆层的第一加热元件，与所述底座元件紧密热接触，具有包覆层的第二加热元件，基本安装在所述第一加热元件的下方。
因此可看出根据本发明的加热器可有两个具有包覆层的加热元件，一个在另一个的下面。这样就可以有选择地给两元件之一通电，或给二者都通电，从而可应用两不同的加热功率。通过将一个元件置于另一元件的上端，可以使加热器的总直径最小。
第一加热元件和底座元件间的紧密热接触通过一高效的热传导介质来实现，如常用的热分配金属板。可选择地，或者是附加地第一加热元件最好是直接焊(bond)在或装在底座元件上。这样热量就可以直接传到底座元件，因此在使用时就可传给加热液体，而不需用热分配金属板。
在一些最佳实施例中，直接将两加热元件相互叠置在一起。下面的加热元件(即当加热器在正常工作状态时处于第一加热元件下面的加热元件)将热量传给底座元件，然后传给水或其它加热液体，间接通过第一加热元件。但第二加热元件最好也与底座元件紧密热接触。最好通过紧密物理接触来实现加热元件和底座元件之间的紧密热接触。
优选地，加热器包括一热传导部件，其与所述第二加热元件部分紧密热接触，并也安排成与底座元件紧密热接触，如专利EP-A-1215939A所述。在此最佳装配中，热传导部件夹在第一和第二加热元件之间。这样热量就可以迅速而有效地从两加热元件中任一个传给热传导部件。
在另一优选装置中，两加热元件设在底座元件和热传导部件之间。第一加热元件将热量直接传给底座元件，比如通过与之紧密接触，然而第二加热元件则主要通过热传导部件将热量传给底座元件。
底座元件的加热部分可以象熟知的地板下的加热系统那样是平面的。但在一些优选的实施例中，底座元件包括周向台阶部分，其能容纳所述第一加热元件。这可以有效提高加热元件和底座元件之间的接触面积。在某些情况下还可以减小底座元件的直径，因为它的下部不用再容纳加热元件与控制单元。
当将两加热元件配置位于底座元件和热传导部件之间并结合上述特征的时候，可以得到一独特的最佳实施例，即两加热元件安装在底座元件的台阶中，热传导部件与安装在第二加热元件上并与之部分紧密热接触，也与底座元件部分紧密热接触。优选地，所述第一和第二加热元件直接焊在底座元件上。
客观地说，该装置具有其特殊的优点，当从另一方面来看时，本发明所述液体加热容器的加热基座，包括底座元件，直接焊在底座元件上用来加热容器中液体的具有包覆层的第一加热元件，安装在所述第一加热元件上方并直接焊在所述底座元件上的具有包覆层的第二加热元件，与具有包覆层的第二加热元件部分紧密热接触，并与容器底座元件部分紧密热接触。
在本发明的另一方面，两加热元件可以采用相同的额定功率，通过给元件之一通电可获得较低的功率，将二者同时通电得到较高的功率，以获得不同的加热效应。
优选地，两加热元件的功率不同。最好是其中一个加热元件有足够的功率将水煮沸，其功率优选在接近1.5到3kw之间，最好在2到3kw之间。另一低功率加热元件的功率可文火煮水，或将水温控制在煮沸以下，但不足以将凉水煮沸。所述低功率加热元件优选在10瓦特(w)到1千瓦特(kw)间，在50w到800w间最好。
在具有两个不同功率的加热元件的情况下，最好是至少高功率加热元件与底座元件紧密热接触，即最好具有包覆层的第一加热元件的功率高于第二加热元件。
尽管不是本发明的要点，但在实际应用中，这里所说的加热基座可以与一些形式的热控制装置结合。该控制装置只是为一个或两个加热元件提供断电保护，以防它或它们过热，例如导致容器中没水时加热器仍通电，或把容器煮干。如果第二个文火加热元件用来将容器中已被第一加热元件煮沸的水保持在沸腾或接近沸腾时，后一种可能性当然比通常的情况要大，因为此类装置通常没有用来控制文火元件的蒸汽开关。
但最好让控制装置能在常规工作过程中，选择性地给一个或两个加热元件通电。例如，控制装置的设计在开始将两个加热元件都通电，以便把水煮沸，之后切断主(高功率的)加热元件的电源，只保留文火加热元件或保温加热元件通电。可用诸如突然动作的双金属启动器之类的合适的热响应传感器，来探测蒸汽的存在从而切断主加热元件，或探测是否达到要求的水温。在最佳实施例中，可用贮槽以便于沸水探测，这在专利WO02/085169中有说明。
为方便组装且协调可靠性，可采用如申请人的U17和U18控制器系列的整体控制单元来提供控制配置。在另一可能的选择中，可采用一对自容双金属启动器和开关模块，例如带有合适的互联的所谓的“半英寸圆盘”。其优点在于硬件投资低，又可以使装置紧凑。比如定位一个模块可用来探测预定温度，然后断开主加热元件，定位第二个模块可以在加热器过热的情况下提供安全断开。
本发明并不局限于两个加热元件，可有三个甚至更多个加热元件。可以设想第三加热元件用厚膜形式的加热器，但是推荐也用具有包覆层的加热元件。具有包覆层的第三加热元件可与第一和第二加热元件分开，但最好是焊在它们中的一个上面。举例来说，三个加热单元能够把水加热至沸腾、维持水温在沸点或沸点以下以文火慢煮，并能将水温控制在一个相对较低的温度。选择性地给这些元件通电可以使操作很灵活。
上文介绍了许多种将具有包覆层的一个加热元件置于另一加热元件之下的不同配置。申请人已经意识到至少在其中的一些配置中，通过将两加热元件相互水平靠近而非垂直靠近能得到相似的优势。
因此，从更广泛的角度来看本发明所述的液体加热容器的电加热器包括一底座元件、一对装在底座元件上的具有包覆层的加热元件，所述具有包覆层的加热元件相互焊在一起，并安装在所述底座元件上，从而基本上位于同一平面内。
可将两加热元件都安装在标准热分配金属板或其它热传导介质上，焊在底座元件上。同时，一个或两个加热元件可以直接焊在底座元件上。对于这种配置，热传导部件可以安装在至少一个或两个所述加热元件上，并与之部分紧密热接触，也可以与底座元件的部分热接触，如专利EP1215939A中所述。
在另一优选实施例中，两加热元件容纳在底座元件的周向台阶部分中，从而基本与它的中央部位平齐。这有助于减小加热基座的总高度。
根据本发明的各个方面，具有包覆层的加热元件可采用任何方便的大小和形状。例如，它们可延伸至整个基座构件，局部圆面，或甚至多于整个圆面。所述加热元件的横截面可以是任何方便的形状，比如圆形、卵形、三角形，它们的形状可以不同。但两包覆层的加热元件最好基本是矩形，方形更好。这样可使加热元件之间、加热元件和底座元件及热传导部件之间等的接触面积最大。
依照上述本发明及其最佳实施例的各个方面，可看出底座元件最好在其周边有向上开口的沟槽，以便于可靠地固定和密封液体加热容器，可参照申请人的有关可靠固定密封系统的专利WO96/18331。
下面参照附图，通过实例描述本发明的最佳实施方式。
图1是根据本发明第一实施例的加热基座和控制单元的剖视图；图2a是本发明带有三个加热元件的第二实施例的透视图；图2b是图2a沿A-A线的剖视图；图3是第三实施例的局部剖视图；图4是第四实施例的局部剖视图；图5a是第五实施例的剖视图；图5b是图5a沿B-B线的剖视图；
图6是第六实施例的局部剖视图；图7是第七实施例的剖视图。
具体实施例方式
首先参照图1看出液体加热容器上的电加热基座。不锈钢底座元件2具有周向台阶4。台阶4内有两个具有包覆层的加热元件6和8，它们焊入台阶4并相互焊在一起。所以两加热元件6和8与底座元件2都是紧密热接触。上面的元件4功率较高，是加热容器中沸水的主要构件。例如它的功率可达2.5kw。下面的元件6为一低功率慢煮元件，功率可为350w，它能使容器中的水保持用文火慢慢煮的状态。
如专利EP1215939A所述，热分配部件10被焊接在基座2下方，延展并焊在下部元件8上。热分配部件由热传导性高的材料如金属制成，包括铜、铝及其合金。
在热分配部件10下方是控制单元12，其适合申请人的标准U18，所以蒸汽刀形开关14只能切断靠上元件6的电源，而下部的元件8仍处于导通。换句话说，就是下部的元件8的电源一个电极并联控制单元12的蒸汽开关触点，使之处于通电状态。但控制单元12的设计使得如果加热器是干式跳闸，任一干式开关的双金属都将断开跳闸，因此通过另一电极切断元件6和8的电源。
在使用的过程中，元件6和8一开始都通电时的共同输出功率是2.85kw。当容器中的水烧开后，蒸汽刀形开关14将切断主元件6的电源，只留下350w保温元件处于通电状态，使容器中的水以文火慢煮。这将一直延续到容器中的水烧干，其中一干式加热双金属将断开两元件6和8的电源，直到加热器再次凉下来。
现在参看图2a和2b，可以看到第二实施例中的加热基座。该基座包括一不锈钢底座元件16，沿其上边缘有周向沟槽18，用来将底座固定并密封在液体加热容器上，这在专利WO9618331中有更详细描述。
正如实施例一那样，其底座元件16上也有一台阶20，但它的深度只能容下一个具有包覆层的加热元件22。具有包覆层的第二加热元件24在第一加热元件22下面，通过延伸在底座元件16下面的热分配金属板26与第一加热元件分开。具有包覆层的第三加热元件28与具有包覆层的第二加热元件24水平紧邻，并焊在一起，使它们相互在一个平面上。
值得注意的是，第一加热元件22与容器中的液体有最紧密的热接触，因为它有两个侧面与底座元件16直接焊在一起。第三加热元件28与底座元件16的热接触较少，因为它们被热分配金属板26的厚度分开。第二加热元件24与底座元件16的热接触更少，因为底座元件16主要的加热路径从侧向经过热分配金属板26。正如专利EP-A-1215939A中所述，其效率较低。在第二和第三加热元件一端的冷尾部24a和28a，经共用的触点30连在一起，由此可共用一个电源电极接点。
在该实施例中，第一加热元件22是主要的热源，其功率可达1850w。第二加热元件24功率为300w，而第三加热元件的功率是50w。将元件22、24和28都通电，可达到的总功率是2.2kw，能将水很快煮沸。一旦水被煮沸，主加热元件将被切断，留下350w的功率即可有效地维持文火慢煮。在只让第三加热元件28通电的时候，水将维持在一个较低的平衡温度，比如85℃，这是冲咖啡的理想温度。
图3示出本发明第三实施例的一部分。该实施例与图2a和2b所示的实施例相同，只是省去了第三加热元件，故不用再作进一步阐述。
图4示出本发明第四实施例的一部分。在该实施例中具有包覆层的第一加热元件32焊在热分配金属板34上，热分配金属板34又被焊在不锈钢底座元件36的下面，这是通常的情况。但具有包覆层的第二加热元件38被焊在第一元件32的下面。第二加热元件38的功率可能低于主加热元件32。所有这些，再加上它通过第一加热元件3的外壳与底座元件只是间接热连接，就意味着它只能用来将水维持在沸腾温度之下。
图5a和5b分别是第五实施例的平面图和剖视图。在该实施例中，两个具有包覆层的加热元件40和42在热分配金属板44上被相邻地焊在一起。径向靠外的元件40功率较低，属于保温加热元件，然而靠里的元件42为主加热元件。冷尾部40a和42a由共用的连接件46连在一起。
图6示出第六实施例的一部分。该实施例与图5a和5b所示实施例近似，只是其两加热元件48和50通过热分配金属板54固定在底座元件52上，直接将两元件焊在底座元件52上合适形状的台阶56中。热分配金属板54焊在元件48和50的下侧面，也焊在底座元件52的下面。台阶56使元件48和50可以与底座元件52下面平齐。
最后，图7示出第七个实施例。该实施例与图5a和5b所示实施例相似，只是它具有第三个具有包覆层的加热元件62。与图2a和2b所示的实施例相同，三个加热元件58、60和62的功率可分别为1850w、300w和50w，这样加热器的工作方式相同。
本领域普通技术人员应该理解，在本发明的范围内可对所描述实施例作出多种变形。例如，许多实施例中都有热分配金属板，但它可用专利EP-A-1215939A所披露的热传导部件取代。还应该理解，根据特定的用途可能改变与加热元件的相对功率。
权利要求
1.一种液体加热容器的加热器，其特征在于包括一底座元件；具有包覆层的第一加热元件，与所述底座元件紧密热接触；以及具有包覆层的第二加热元件，基本位于所述具有包覆层的第一加热元件的下方。
2.如权利要求1所述的加热器，其特征在于通过热传导介质提供所述的紧密热接触。
3.如权利要求1或2所述的加热器，其特征在于所述第一加热元件最好是直接焊在或固定在底座元件上。
4.如上述任一权利要求所述的加热器，其特征在于所述第一和第二加热元件直接叠置在另一个上端。
5.如权利要求4所述的加热器，其特征在于所述第二加热元件与底座元件紧密热接触。
6.如权利要求5所述的加热器，其特征在于所述第二加热元件直接焊在或固定在底座元件上。
7.如上述任一权利要求所述的加热器，其特征在于还包括热传导部件，与所述第二加热元件部分紧密热接触，并与底座元件紧密热接触。
8.如权利要求7所述的加热器，其特征在于所述热传导部件夹在第一和第二加热元件之间。
9.如权利要求7所述的加热器，其特征在于所述两加热元件位于底座元件和热传导部件之间。
10.如上述任一权利要求所述的加热器，其特征在于所述底座元件包括一周向台阶部分，其可容纳所述第一加热元件。
11.如权利要求1所述的加热器，其特征在于所述第一和第二加热元件被安装在底座元件的台阶中，并包括一热传导部件，被安装在第二加热元件部分上面，与第二加热元件部分紧密热接触，同时与底座元件部分紧密热接触。
12.如权利要求12所述的加热器，其特征在于所述第一和第二加热元件直接焊在底座元件上。
13.一种液体加热容器的加热器，其特征在于包括一底座元件；具有包覆层的第一电加热元件，直接焊在底座元件上来加热容器中液体；具有包覆层的第二加热元件，安装在所述第一加热元件上方，且直接焊在所述底座元件上，与具有包覆层的第二加热元件部分紧密热接触，且与容器的底座元件部分紧密热接触。
14.如上述任一权利要求所述的加热器，其特征在于所述第一和第二加热元件功率不同。
15.如权利要求14所述的加热器，其特征在于所述加热元件之一具有足够大的功率可以将水煮沸。
16.如权利要求15所述的加热器，其特征在于另一加热元件的功率可以文火慢慢煮水，或将水温保持在沸腾之下，但不足以将凉水煮沸。
17.如权利要求14至16之一所述的加热器，其特征在于至少高功率加热元件与底座元件紧密热接触。
18.如上述任一权利要求所述的加热器，其特征在于包括一控制装置，以便于在正常工作的过程中有选择地接通一个或两个加热元件。
19.如权利要求18所述的加热器，其特征在于包括一完整地控制单元。
20.如权利要求18所述的加热器，其特征在于包括一对独立地双金属启动器和开关模块。
21.如上述任一权利要求所述的加热器，其特征在于包括三个或三个以上的加热元件。
22.如权利要求21所述的加热器，其特征在于所述第三加热元件包括一个焊在所述第一和第二加热元件之一上的具有包覆层的加热元件。
23.一种液体加热容器中的电加热基座，包括一底座元件和安装在底座元件上的一对具有包覆层的加热元件，其特征的在于所述具有包覆层的加热元件焊在一起，并安装在所述底座元件上，以使它们基本处于同一平面。
24.如权利要求23所述的加热基座，其特征在于包括焊在底座元件上的热分配金属板或其它热传导介质。
25.如权利要求23所述的加热基座，其特征在于一个或两个加热元件直接焊在底座元件上。
26.如权利要求25所述的加热基座，其特征在于包括一热传导部件，安装在所述一个或两个加热元件上方，并与其至少部分紧密热接触，并与底座元件部分热接触。
27.如权利要求24、25或26中任一所述的加热基座，其特征在于两加热元件容纳于底座元件的周向台阶部分内，以基本上与它的中央部位平齐。
28.如上述任一权利要求所述的加热器或加热基座，其特征在于所述第一和第二加热元件具有外壳，其形状基本为矩形，最好是方形。
29.如上述任一权利要求所述的加热器或加热基座，其特征在于所述底座元件包括围绕其周边向上开口的沟槽。
全文摘要
液体加热容器的加热基座组件，包括底座元件；具有包覆层的第一加热元件，与所述底座元件紧密热接触；具有包覆层的第二加热元件，基本配置在所述第一加热元件的下方，或在水平方向上紧邻第一加热元件。
文档编号H05B3/82GK1436505SQ0215156
公开日2003年8月20日 申请日期2002年12月5日 优先权日2001年12月5日
发明者迈克尔·J·斯科特, 王延春 申请人:施特里克斯有限公司