专利名称：电的液体煮沸装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及液体煮沸装置，尤其是象壶和热水罐一样的水煮沸装置，它具有安置在该装置的液体加热室底部上的电加热装置。
背景技术：
加热装置例如可以包括如通过热扩散元件被连接到室底部下面的包覆式电热元件，或被印到或连接到室底部上的厚膜元件。这样的装置在现有技术中已经众所周知并且例如已经在WO96/18331中介绍了。
通常水煮沸装置包括蒸汽敏感开关，当装置中的水煮沸时，蒸汽敏感开关关断或减小该装置加热器的电力。这样的控制一般包括一个象双金属致动器这样的热敏致动器，热敏致动器被设置成与加热室流体连通。当室中的水煮沸时，所生成的蒸汽接触到致动器，于是，致动器实施控制。
近来，已经提出了非蒸汽敏感煮沸控制方案。在两个这样的方案中，即在本申请人的申请WO 97/04694和WO 02/085169中，加热室底部靠着外底部配置有容量较小的液槽，热敏致动器位于液槽中。当室中的水正被加热时，液槽中水的温度滞后于大部分水的温度，但一旦煮沸了，因为被煮沸的水置换，液槽中水的温度很快升高。致动器检测到升温，由此进行控制。
然而，上述方案提出的结构存在许多潜在的限制。
首先，由于液槽接近装置的加热装置，液槽区域的环境温度是热的并且不利于致动器在运行后的快速复位。这意味着，在执行了煮沸控制之后，因为致动器没有复位而很难快速将水重新煮沸。
其次，已提出的液槽采用的是杯状，这种杯状适于形成在室底部内或安装到室底部上。这对设计者产生了一定的设计限制和生产限制。
最后，当设计和测试水加热装置且尤其是具有外围液槽结构的水加热装置及液槽和热传感器之间的热桥时，申请人发现，在实践中，快速加热热传感器是困难的。例如，当用高功率加热器(3000W)加热最小水容量(250cm3)时，加热是如此快(30-40秒)，以至产生非常小的混合，而且在煮沸开始时刻，热桥温度仍然接近环境温度(25-35℃)。另一方面，如果用低功率加热器(1200W)加热大容量水(1.7L)，漫长的加热时间(9分钟)意味着当沸腾开始时的热桥温度已经处于70-80℃。在任一情况中，都希望热传感器从煮沸开始在大约10到20秒内达到它的极限温度(比如说，速动双金属致动器为90℃)。
受致动器区域的环境温度的影响，情况变得更加复杂。在上述第一种情况中，环境温度在30秒之后事实上保持不变(25-35℃)。人们还知道，通过表面接触来加热双金属致动器，在这里，叶片未被加热的一侧暴露在周围空气中。如果在供水不足情况下给装置通电的话，该方法一般被用于防损保护，此时温度持续上升；和即使元件已被加热到高很多的温度，致动器最终才工作(一般当元件处于165℃至185℃时，135℃的致动器才会工作)。在这样的干烧通电(DSO)应用中，这种“错误”不太重要。
人们还知道，通过对流或从蒸汽(蒸汽叶片)的潜热传输来加热致动器，其中热汽同时接触叶片的两个表面。
申请人意识到，当致动器达到突变温度时，其形状略微改变(在1.8到2.4mm的快速运动之前有约0.2mm的“蠕变”移动)。这意味着，一个小层空气随后将致动器与加热层分离开。结果，叶片加热依靠对流，而不是传导。最终，最后的致动器温度稳定在一边热气的温度与另一边周围空气的温度之间。如上所述，当快速加热时，这意味着致动器因周围空气冷却的影响不能监测到煮沸。
发明内容
本发明旨在克服或改善这些问题并且提供一种电的液体煮沸装置，所述装置包括具有加热底部的液体加热室，所述底部配置有用于容纳液体的液槽凹部和安装成与所述凹部的壁热接触的热传感器，热传感器用于确定在液槽凹部中是否出现液体煮沸，其中，所述热传感器位于一个热桥构件的凹穴内，该凹穴的至少一部分被封住，以便限制在热传感器上的空气流动。
可以理解的是，依据本发明，通过至少部分封住热传感器，借助对流的传热过程的效率提高了。在这种情况中，被封在凹穴中的少量空气被快速加热，所以，例如双金属致动器的热传感器的两侧通过对流被加热并且不受环境气温的影响。因为凹部温度的升高更快传给传感器，所以这允许在装置中的水煮沸时能更快地操作。
在优选实施例中，传感器直接与热桥构件的两边接触。优选的是，例如在传感器包括具有限定出中心舌片的切口的双金属致动器的情况下，热桥可以接触舌片的两个侧面，这两个侧面也用来固定致动器。直接接触两侧有助于尽量强化导热和进一步改善煮沸检测。
传感器可以是象电热调节器或热电偶这样的物理被动型传感器。尽管如此，仍优选能够在液体在器皿中煮沸时工作的热敏致动器。
优选的致动器是双金属致动器，更优选的是在GB1542252中提出的快动致动器。这些在现有技术中是已知的并且没有必要进一步讨论。
致动器最好是热敏控制单元的一部分。在一个例子中，这可以是如申请人提出的R48控制单元的标准蒸汽开关单元。然而，在优选实施例中，致动器是如申请人提出的U18系列产品之一的综合控制和连接器系统的一部分。在WO95/34187中描述了后者和它们的基本操作模式，WO 95/34187中公开的内容因此作为参考加入。
在这两个控制装置中，致动器的工作能松开控制装置中的解扣杆，以便断开一组触点，结果，关断或减少供给被加热的底部的电能。
例如如WO 97/04694或WO 02/085169所公开的液槽构件一样的液槽构件可以被采用。但优选的是，液槽凹部呈管道状，更优选的是，管道围绕着被加热底部的外围的至少一部分延伸。
在这样的构造中，管道外壁暴露在环境温度下，盖环境温度是室温或接近室温，因为通过外部管道壁产生对流气流，所以热传输效率更高，即比在杯状液槽中的水冷却得更快，杯状液槽使得传感器更快冷却，并且在配置有致动器的情况下能复位。
而且，在底部的外围形成有容器，能够更容易地形成大表面，即一旦开始剧烈的煮沸，假如传感器快速加热，能在大面积内集中热，结果，能迅速检测到煮沸和/或使致动器工作。
而且，管道比其它形式的液槽凹部更容易制造。
优选地，管道深度同径向宽度之比大于1。在具体的装置中，理想的比例取决于加热器的额定功率和装置中的最大水量。
优选地，管道顶部的宽度小于底部直径的10％，更优选地小于底部直径的5％。这样相对窄的开口能被用于限制水在加热室中在煮沸前预先混合。
管道是连续的管道并且围绕底部的整个外围延伸。但已经发现，在管道内能形成外围液流，这可能在加热期间使管道中较凉的水溢出从而引起致动器过早工作。为了防止这种影响，管道仅部分绕着底部外围延伸，或在管道内配置有一个或更多隔板以阻止形成这些涡流。
管道能以任何合适的形式形成。例如，它能形成在一体的底部内，例如通过深拉或压制。做为选择，例如通过将外壁安装到形成在加热室底部的L状边缘上以形成管道。外壁材料与底部其余部分的材料相同或不同。例如，底部可以是不锈钢，外壁可以使不锈钢、玻璃或塑料。但优选的是，在该装置装配之前，管道先形成在底部内。
为了使根据本发明的装置最适宜的运行，必须确保通过热桥从液槽凹部传导的热能的比率比损失到周围的热能大许多。通过由厚材料制造成连接物而产生这样的效果。如果横截面大于长度，就可获得高传导率。除此之外或作为替换方式，热桥由铜或铝这样的高热导材料做成并且例如通过铜焊或焊接被连接到管道壁上。
热桥在至少一侧并最好是在两侧仿照致动器的形状，以便进一步提高热传导。在具体的优选实施例中，热桥包括两个叶片，热传感器至少部分包覆在叶片之间。
在液槽优选呈管道形状的情况下，可意识到，管道的径向外壁或管道底部比内壁冷，因为它们离加热装置更远。因此，使热桥与这些区域的一个或两个接触而不与管道内壁接触是有利的。
为了便于在煮沸后冷却液槽凹部和/或热传感器，管道配置有安装在传感器区域中的冷却元件。在一个实施例中，热桥配置有一个部件，该部件与管道壁间隔开，以便从那里消散热量。
在或选的实施例中，提供独立的冷却元件。这意味着，用于将热量传给传感器的热桥和冷却元件可具有不同的热容。通过这种方式，热桥被构造成使热量能被快速传给传感器，以便能迅速检测到该装置中的水的煮沸，同时冷却元件被构造成在例如通过运行致动器检测到煮沸后可提供快速冷却。
冷却元件和热桥具有不同的表面积、厚度等，以提供必要的性能。
从本发明的另一方面看，本发明提供一种电的水加热装置，所述装置具有底部加热的水加热室，所述底部配置有用于容纳水的液槽凹部和安装成与所述凹部壁热接触的热传感器，该热传感器用于检测凹部中水的煮沸，其中，所述热传感器位于热桥构件的凹穴内，该凹穴的至少一少部分被封住，以便限制在热传感器上的空气流动。
参照附图来举例说明本发明的优选实施例图1为本发明采用装置的一个部件的仰视图；图2为沿图1中的II-II线的剖视图；图3为本发明一个实施例的透视图；图4是为清楚起见而省掉水池管道的、图3所示实施例的视图；和图5为在图3和图4的实施例中的热桥的剖视图。
具体实施例方式
参照图1和图2，仅作为参考的目的来描述像水壶或热水罐一样的液体加热装置。典型的是，提供一种由不锈钢材料制成的加热底部2。
底部2配置有被包覆的电热元件4，电热元件按照已知方式通过热扩散板6被安装在底部2上。这样的构造本身是已知的，因此没有必要在这里赘述。
底部2配置有外围管道8，外围管道8围绕底部2的整个外围延伸。如图2所示，在管道8的上端有一个凸缘10，用于将底部2固定在该装置的液体加热室12的底面上。或者，底部2形成液体加热室12的底部2的一个整体部分。
管道8具有内壁14、底壁16和外壁18。由铜或其它导热能力强的材料制成的、整体成L形状的热桥元件20被连接到管道8的内壁14，连接例如采用铜焊接。热桥20的下边缘22被置于热敏控制单元26的双金属致动器24的下面并且与热敏控制单元26的双金属致动器24很好地热接触。在该装置中，控制单元26是本申请人的U18系列产品之一。这些包括解扣杆28，其被致动器24操纵以断开控制单元22中的成组触点30。这样的控制单元在现有技术中是已知的，因此在这里不用赘述。
在运行中，当加热室12中的水被穿过底部2的加热元件4加热时，在外围管道8中的水温滞后于液体主体部分的温度。但是，当煮沸时，在管道8中的较冷的水被排动，因而管道壁14的升温比较快。升温被传给双金属致动器24，一旦达到它的工作温度(一般为90至95℃)，双金属致动器24就工作，以松开解扣杆28并且断开加热元件4的电源。
当管道8中的液体冷却时，致动器24将最终复位，使得加热器重新通电。
本发明的一个实施例如图3、4和5所示。根据该实施例，热桥31与管道8的底壁16热接触。在图5中能看得更清楚，热桥31包括两个装配后限定出一个凹穴的叶片32、34，该凹穴状大致呈扁平环状，双金属致动器24收纳在该凹穴中。每个叶片32、34在一定程度上仿照双金属致动器24的弯曲形状。它们被布置成能使双金属致动器24在外周结构方面紧贴着上叶片32的轮廓。双金属致动器也可以沿其弯曲表面的一部分与下叶片34接触。
下叶片34与冷却板38形成一体，该冷却板以大约30度的角度向回弯折。
两个叶片32、34被铆钉(图中未示出)固定在一起，铆钉穿过双金属36的中心舌片。这意味着两个叶片32、34都稳定地与双金属24的至少一部分直接接触，从而确保双金属的良好导热。双金属的自由边24a作用于推杆(为了清楚起见而省掉)，该推杆穿过下叶片34的孔。
现在，描述图3到图5所示实施例的操作。如上所述，当装置中的水被加热煮沸时，管道8中的水与大部分的水混合且突然温度升高。这种升温通过热桥的两个叶片32、34传导和对流被传给双金属24。当双金属基本上被封在两个叶片之间时，双金属所在凹穴中的空气快速加热，而且散失到周围空气中的热能被大幅度减少。这种快速加热使双金属24通过快速转到相反弯曲形态(在图5中用虚线表示)而迅速投入工作。这作用于穿过下叶片34的孔的推杆，由此松开解扣杆28并且断开元件4的电源。
在这个被操纵的结构中，双金属与下叶片34的轮廓一致，该下叶片与冷却板38具有良好的热接触。这使得双金属24快速冷却到其复位温度，从而使得它更加快速复位。当然，根据本发明，两个叶片32、34有助于双金属24的快速操作和随后的复位，但是，上叶片32在加热阶段更重要，而下叶片34在冷却阶段更重要。
可以意识到，根据本发明，可以有许多种变型方案。例如，外围管道液槽不是必需的，而可以采用更普通的杯状液槽。而且，不是必须使用双金属致动器，也可以采用象电热调节器这样的其它热传感器。
权利要求
1.电的液体煮沸装置，所述装置包括具有加热底部的液体加热室，所述底部配置有用于容纳液体的液槽凹部和与所述凹部的壁热接触安装的热传感器，所述热传感器用于确定是否在所述凹部中出现液体煮沸，其中，所述热传感器位于一个热桥构件的凹穴内，所述凹穴的至少一部分被封住，以限制在所述热传感器上的空气流动。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述热传感器直接与所述热桥构件的两边接触。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述热桥构件包括两个叶片，所述热传感器至少部分包覆在所述叶片之间。
4.如权利要求1、2或3所述的装置，其中，所述热桥构件在至少一侧仿照所述热传感器的形状，以便加强对所述热传感器的热传导。
5.如权利要求1、2或3所述的装置，其中，所述热桥连接到所述液槽凹部的一个或更多的壁上。
6.如权利要求1、2或3所述的装置，其中，所述热桥被装配成在使用中使通过所述热桥从所述液槽凹部中传出的热能的比率比损失到周围的热能大得多。
7.如权利要求1、2或3所述的装置，所述热桥由象铜或铝这样的高热导材料制成。
8.如权利要求1所述的装置，其中，所述液槽凹部为部分呈环形或全部呈环形的管道的形式。
9.如权利要求8所述的装置，其中，所述管道绕着被被加热的底部的外围的至少一部分延伸。
10.如权利要求8或9所述的装置，其中，所述管道的深度与径向宽度之比大于1。
11.如权利要求8或9所述的装置，其中，所述管道的顶部的宽度小于底部直径的10％，优选地小于底部直径的5％。
12.如权利要求8或9所述的装置，其中，所述管道配置有一个或多个隔板，所述隔板设置用来阻止在所述管道内形成涡流。
13.如权利要求8或9所述的装置，其中，所述热桥被安装成与所述管道的径向外壁和所述管道的底壁两者之一或两者接触。
14.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置进一步包括用于冷却所述液槽凹部和/或所述热传感器的冷却元件。
15.如权利要求14所述的装置，其中，所述液槽凹部配置有在所述热传感器区域中安装在所述液槽凹部上的冷却元件。
16.如权利要求14所述的装置，其中，所述热桥配置有一个冷却元件，所述冷却元件与所述液槽凹部的壁隔开，以便从那里消散热量。
17.如权利要求14、15或16所述的装置，其中，所述热桥和所述冷却元件具有不同的热容。
18.如权利要求1所述的装置，其中，所述热传感器是当器皿中的液体发生煮沸时可操作的热敏致动器。
19.如权利要求18所述的装置，其中，所述致动器是双金属致动器。
20.如权利要求18或19所述的装置，其中，所述致动器是热敏控制单元的一部分。
21.如权利要求20所述的装置，其中，所述致动器的操作能松开控制单元中的一个解扣杆，以便断开一组触点并由此关断或减少供给被加热的底部的电能。
全文摘要
电的液体煮沸装置包括具有加热底部(2)的液体加热室。底部(2)配置有用于容纳液体的液槽管道(8)，热敏控制单元(26)的热传感器被安装成与管道(8)的壁热接触，以便确定在管道(8)中是否出现液体煮沸。热传感器被收纳在热桥构件(31)的凹穴内，该凹穴至少一部分被封住，以限制在热传感器上的空气流动。热桥(31)包括两个叶片，热传感器至少部分包覆在叶片之间。下叶片与冷却板(38)形成一体，该冷却板以一定角度向回弯折。
文档编号A47J27/21GK1781418SQ20051012498
公开日2006年6月7日 申请日期2005年9月28日 优先权日2004年9月28日
发明者V·J·加维 申请人:施特里克斯有限公司