专利名称：用于液体加热容器的加热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电液体加热器及包含该加热器的容器，特别地，涉及适合于减少加热过程中所产生噪音总量的加热器。
背景技术：
近些年，水壶和水罐的更短加热时间的需求导致典型加热器的功率从大致2.2kW增大到大致3kW。这种功率的增大没有增加加热器的尺寸而得以实现，所以器具不需要制造得更大以容纳更大的加热器。从而加热功率的增大导致施加到加热器表面上的功率密度增大。这依次改变了加热器和正被加热的水之间的热转移过程。
该加热过程的改变导致加热过程中水壶或水罐所产生噪音的增加，而这通常是由于局部泡核沸腾的影响。该噪音通常是不受欢迎的。
从而希望提供一种有效的、具有经济效益的在液体加热过程中产生更低水平噪音的加热器。
本发明试图提供一种改进的加热器，并且根据第一方面，提供一种电液体加热器，该电液体加热器包含在加热器面临液体的表面上的疏水涂层，所述疏水涂层形成纹理表面，其纹理足以使得能够扰乱该表面上水泡的产生。
可以理解，疏水涂层抑制湿润，因此促进了加热器表面上水蒸气气泡的形成。然而，纹理表面涂层形成的纹理特征能防止表面上形成的气泡变得过大从而产生平均尺寸更小的气泡。例如由于泡核沸腾等导致的气泡增大可以因而得到限制。可以理解，减小从加热器表面释放的气泡的尺寸将趋向于导致所产生噪音水平更低。
有效的噪音减少通过疏水涂层的纹理特征来实现，这是由于这些纹理特征增加了微观水平下表面张力的突然变化。申请人意识到这种气泡生长的效果可以简单并划算地通过施加疏水涂层材料到加热器表面上来实现，在此种方式下，该涂层具有表面微观纹理。因而根据本发明，无需采用昂贵的多相涂层或复杂的多层涂层工艺而制造出减少的噪音的加热器是可能的。
发明内容
根据本发明制造的加热器的另外一个优势在于，气泡的最大尺寸和气泡从加热器表面脱离的频率可以通过纹理表面特征的尺寸而控制在一定范围内。例如，如果纹理是规则的，则所产生气泡大致尺寸相同并且在狭窄的频带中产生声音；反之，如果纹理是不规则的，则声音扩展到更宽频带。特别的优势在于，根据本发明的配置可以减少大范围膜状沸腾的发生率，而这是由于任何所形成的蒸汽层由于表面纹理特征的存在而缩减。膜状沸腾是不想要的，这是由于气体/蒸汽的形成层减少了从加热器到液体的热传递并因而使加热器趋向于过热；并且它使得与加热器接触的热传感器对元件温度相对于对液体温度更加灵敏，由此具有控制操作过早的倾向，例如在水到达沸点之前关断水壶。
可以理解，根据本发明的纹理表面可以具有不同的形状，仅仅具有的共同点为表面水平没有始终遍及加热器表面。纹理表面可以具有包括山峰或山谷的地形。特征可包括在表面型面的变化或表面的断裂。构成表面纹理的特征可均匀、不均匀或随机分布在整个表面上。特征可有差别的或延展的、离散的或连续的。例如，纹理可经由表面上多个凹槽或裂纹网络形成；或纹理可经由表面上的有差别的浮雕特征或连续的切削形成。纹理可包括任何此种表面特征的组合。
可以设想出很多可能的实现纹理表面的途径，包括机械、热或化学处理，涂层的激光制图或后期加工。优选地，疏水涂层根据申请所用方法形成纹理表面。这意味着，涂层的噪音减少特性可简单地通过调整该涂层涂覆的方式而得以控制，以产生所需要的表面特征。例如，涂层可不均匀地沉积在加热器表面上，用掩模控制涂层覆盖，或涂覆不止一层或循环沉积。涂层可采用喷射沉积、辊涂或幕涂方式而涂覆。
在某些优选实施例中，纹理涂层印刷到加热器表面上。例如喷墨或移印(tampo printing)等优选印刷技术可非常迅速并容易地生产纹理涂层。如果加热器表面不平的话，采用合成衬垫传送纹理涂层的压塞印刷特别有用。这被认为是新颖的且具有创造性的并被包括在其权利中，并且因而从另一方面看，本发明提供了一种处理电加热器面临液体的表面的方法，包括印刷疏水涂层到加热器上以形成纹理表面。更优选地，该纹理表面包括扰乱该表面气泡生长的特征。
可选择的，该涂层可在涂覆涂层到加热器表面之前、期间或之后由于机械和/或热处理而具有纹理表面。该涂层的机械处理可包括砂磨或喷砂处理、刨削、钻孔、冲压、雕刻或蚀刻。然而，更优选地，该涂层经热处理以产生表面纹理。可以在之前需要热处理来干燥和/或烘烤该涂层。因此，如果这种热处理步骤可以适合于控制涂层的最终表面结束加工将具有优势。在特定优选实施例中，涂层经热处理以产生涂层中的裂纹。因此，根据本发明的优选的第一方面，表面织纹理包括涂层表面中的裂纹。
申请人发现，裂纹可简单地通过以280-400℃的温度烘烤涂层来促进。该裂纹由烘烤阶段中加热元件的屈曲产生。而且，涂层表面纹理的热控制不是必需一旦涂层涂覆过程完成就停止。加热器自身的膨胀和屈曲，典型地，具有铜焊到其下面的覆盖元件的不锈钢加热器板，在热操作中，尤其是干燥接通中，能够促进裂纹的形成并使它们保持开口。这因而可在器具测试中自动发生。
申请人对此高度评价，即在疏水涂层中产生裂纹提供了一种特别简单的引入微观范围表面纹理的技术而无需额外的处理步骤。该技术在其自权利中被认为是新颖的并具有创造性，并且因而从另一方面看，本发明提供了一种处理电加热器的面临液体的表面的方法，包括提供具有疏水涂层的加热器表面和处理该涂层以在该涂层中产生裂纹。
根据再一方面，本发明提供了一种电液体加热器，包括在加热器面临液体的表面上的疏水涂层，所说的疏水涂层包括扰乱表面上气泡生长的裂纹。
所应用的处理可以是任何适合的能够导致裂纹的处理，例如机械冲击或化学处理等。然而，优选地，该处理包括热处理。
该合成涂层具有被裂纹分隔的由非中断岛状物构成的表面。裂纹担当限制加热器表面上气泡生长的特征，使得产生更小平均尺寸的气泡，这导致更安静的加热器。值得赞赏的是，该裂纹不需扰乱所有遍及涂层的路径即可实现这种效果。
用以产生裂纹的涂层处理优选地控制成产生裂纹间尺寸大约为40-400μm的涂层区域。裂纹间未扰乱涂层区域的尺寸能够指定气泡形成的尺寸。
在特定实施例中，控制该处理以产生被裂纹分隔为相似尺寸的涂层区域中的大体规则的图案。这趋向于导致一致尺寸的蒸汽气泡的形成和释放，从而导致声音在一个狭窄频带中产生。
在其它实施例中，控制该处理以产生被裂纹分隔为不同尺寸涂层区域中的大体不规则的图案。这趋向于产生各种尺寸的气泡，从而导致噪音在一个宽频带范围内扩展。
该处理可用于影响所产生裂纹的宽度。优选地，热产生尺寸为0.1-2μm的裂纹，平均尺寸大致为1μm。裂纹可生长到大致相同的宽度或该处理可导致宽度各不相同的裂纹。
由裂纹或另外适当方式产生的纹理涂层可完全暴露，但是在一些优选实施例中涂覆一上覆层。该上覆层可以是相同或不同的材料。该上覆层可以是连续的，并足够薄以符合下面的纹理型面；或间断的，进入裂纹并遗留“岛状物”暴露出来。在后一情形下，如果材料表面张力不同，这也有助于扰乱气泡生长。
如根据前述所能理解的那样，优选疏水涂层形成具有距离为从40到400μm的微观范围分隔的特征的纹理表面。优选地，在表面纹理之间扩展的涂层区域在尺寸上比特征本身大得多。例如，裂纹间涂层岛状物优选地至少在尺寸上比裂纹宽度巨大得多。
不是对涂层进行机械或热处理，而是当涂覆到加热器上时可对下面的加热器基板进行处理以影响该涂层的表面微观纹理。例如，加热器表面本身可由模制、冲压成型、蚀刻、冲压、雕刻或钻孔而纹理化。下面的加热器表面纹理可简单地将纹理印痕到疏水涂层上。或者，加热器表面的性质可引起涂层不均匀地干燥或影响沉积过程，如此方式的结果是涂层纹理化。
申请人进一步意识到，应用实际加热器板下面的纹理的想法可以扩展到给出进一步优化的配置。
根据本发明的又一方面，本发明提供了一种电液体加热器，包括粗糙表面和部分覆盖该粗糙表面的疏水涂层，如此所述粗糙表面中的峰点暴露在使用中的液体中。
根据本发明的再一方面，本发明提供了一种处理电加热器面临液体的表面的方法，包括使加热器表面粗糙并涂覆疏水涂层到加热器表面以部分覆盖它，如此粗糙表面中的峰点暴露在使用中的液体中。
应当理解，本发明的这方面可以与前面所述方面相结合，例如提供一种加热器，包括粗糙表面和部分覆盖该粗糙表面的疏水涂层，由此粗糙表面中的峰点暴露在使用中的液体中，疏水涂层形成纹理表面，其纹理足以扰乱该表面上气泡的生长。
申请人已意识到，粗糙表面上的峰点暴露的地方，峰点担当气泡成核的场所。由于表面粗糙和疏水涂层的相对厚度的正确选择，产生了这些成核场所的密集阵列，该阵列促进了最小化噪音的极大量的小气泡的形成。所涂覆表面上气泡的进一步扩展得以限制，这是因为存在于疏水涂层和暴露峰点之间边缘的表面张力的变化趋向于促进气泡从该表面的释放。因而平均尺寸更小的气泡通过开发下面的加热器表面的粗糙度而得以简单地产生，同时仍提供具有在面临液体的表面上的疏水涂层的加热器，该涂层能抗拒积垢附著并改进加热器的视觉外观。暴露的加热器表面形成成核场所的微观阵列。
涂层足够薄所以粗糙表面至少部分暴露到使用中的液体中。换句话说，涂层在加热器表面充满凹陷同时表面峰点暴露出来。这些峰点可以起到用于蒸汽气泡的优先成核场所的作用，促进了遍及加热器表面的许多小气泡的形成，同时面临液体的表面的容积被疏水涂层覆盖以抗拒积垢附著力。因此可以理解，这种加热器是对不曾涂覆并且因此倾向形成水垢的粗糙加热器表面的改进。
次优选地，在其它实施例中，涂层被处理成暴露下面加热器表面的粗糙。例如，可以涂覆涂层使得完全覆盖加热器表面，然后可以砂磨、冲击、擦除、腐蚀、蚀刻或以另外的方式部分地去除以使部分加热器表面暴露在使用中的液体中。
现在描述根据所有上述实施例疏水涂层的一些普遍特征。
加热器可包括单独的在其面临液体的表面上的疏水涂层。这在实施例中优选为涂层必须足够薄以至少部分暴露加热器粗糙的下表面。在其它实施例中，优选为加热器涂覆有涂覆在纹理疏水涂层下面的基底层。基底层可用于增加疏水涂层对加热器表面的附著力。
还可以优选为加热器涂覆有涂覆在纹理疏水涂层上面的顶层，或者有或者没有基底层。该顶涂层可以保护涂层的表明纹理并防止它损害或者破损。该顶涂层优选为其上疏水涂层破裂并需要固定。该顶层优选为薄的，从而下面涂层的纹理表面没有被该顶层掩蔽。优选地该顶层也包括疏水涂层以促进表面特征间气泡的形成。进一步优选地，该顶层耐剥落。
只要不是从技术观点看相互排斥的，在本发明范围内，所有上述列出的个体特征可以任意结合并且所有的也可结合在一起。
任何适合种类的疏水涂层都可以采用。优选地，该涂层具有80°-170°之间的水接触角，优选为大于90°。这减少了所涂覆表面的湿润使得气泡更有可能形成。
优选地，疏水涂层抗拒积垢附著力。加热器表面积垢的存在导致不想要的外观并且也引起加热器的运行温度不利地增加。这可导致与加热器关联的热灵敏控制的过早操作，所知道的一个结果是干沸腾扰乱。而且，加热器表面积垢附著力可导致噪音水平增加。例如PTFE等积垢脱落附加剂可加入到涂层中。然而优选采用硅基疏水涂层。一种被发现适合的涂层为Akzo Nobel生产的X10106。
硅基涂层也得到偏爱，这是因为人们发现基于PTFE的涂层更少适合经历干燥接通状态的加热器，因为干燥接通期间元件上的表面上的高温上升引起涂层退化。申请人发现，采用基于PTFE的涂层，在典型水壶加热器超过第一个100沸腾周期后噪音减少效果显著退化。
优选地，涂层包括纯硅树脂而不是包含一定数量的硅油(例如它在不粘耐热烘焙器涂层中常见)，这是因为人们发现硅油的存在能导致膜状沸腾。
涂层可采用任何适合的方法涂覆于加热器表面上，例如喷涂、浸渍、印刷、滚压或幕涂等。加热器的面临液体的表面可以不平坦而是可以包括弧形、阶梯状或其它型面状的平面。用于涂覆涂层的方法可以根据加热器表面是否平坦而加以选择或适应。
本发明也扩展到液体加热容器，优选为水沸腾器具，包括任何上文描述的加热器。
现在参考附图描述本发明的一些优选实施例，这仅仅作为示例，其中图1a为根据第一实施例的加热器的透视图，该加热器包含其面临液体的表面上的裂纹涂层；图1b为图1a所示加热器的平面图，示出了加热器表面的局部放大；
图1c为图1a所示加热器的侧剖视图，示出了加热器表面的局部放大；图2a为根据第二实施例的加热器的透视图，该加热器包含其面临液体的表面上的裂纹涂层；图2b为图2a所示加热器的平面图，示出了加热器表面的局部放大；图2c为图2a所示加热器的侧剖视图，示出了加热器表面的局部放大；图3a为根据第三实施例的加热器的透视图，该加热器包含其面临液体的表面上的裂纹涂层；图3b为图3a所示加热器的平面图，示出了加热器表面的局部放大；图3c为图3a所示加热器的侧剖视图，示出了加热器表面的局部放大；图4a为根据第四实施例的加热器的透视图，该加热器包含其面临液体的表面上的裂纹涂层；图4b为图4a所示加热器的平面图，示出了加热器表面的局部放大；图4c为图4a所示加热器的侧剖视图，示出了加热器表面的局部放大；图5a为根据第五实施例的加热器的透视图，该加热器包含其面临液体的表面上的裂纹涂层；图5b为图5a所示加热器的平面图，示出了加热器表面的局部放大；图5c为图5a所示加热器的侧剖视图，示出了加热器表面的局部放大；图6a为根据另一实施例的加热器的透视图，该加热器包含暴露的喷砂；图6b为图6a所示加热器的平面图，示出了加热器表面的局部放大；图6c为图6a所示加热器的侧剖视图，示出了加热器表面的局部放大。
具体实施例方式
首先来看图1，可以看到根据本发明的电液体加热器2。加热器2适合封闭例如家用水沸腾水壶等液体加热容器基底的开口。加热器2包括本申请人的标准形式绝对密封的不锈钢加热器板4，该板具有圆周沟道以使其夹住容器壁的下边缘，如WO96/18331所描述的那样。覆盖的电加热元件和厚膜加热元件中任何一个都可形成或附属在加热器板4的下边。
如图1b和图1c的放大图所示，加热器板4的表面覆盖有裂纹疏水涂层6。该涂层为可采用Akzo Nobel的X10106的2-30μm厚的层。可以看到，涂层6包括被裂纹10分隔的未破损涂层区域8。裂纹10至少0.1μm宽。
现在描述形成裂纹涂层的方法。典型地，首先对不锈钢加热器板4喷砂处理制备成粗糙度为1.5-3.0Ra用以涂层。板4作除污处理并且涂层通过喷涂而涂覆到其表面。在火炉中以100-150℃烘烤加热器板以干燥该湿的涂层，然后以280400℃烘烤以促进裂纹产生。生成的涂层包括尺寸为40400μm的区域8，且其被尺寸为0.1-2μm的裂纹10网络分隔。
图2示出了与图1类似的一个实施例，其中，疏水涂层6中的裂纹10形成未破损涂层区域8的规则图案7，所有区域8大致尺寸相同，并且被大致相同宽度的裂纹10分隔。该规则图案导致一致尺寸的蒸汽气泡的形成和释放，产生限制在一狭窄频带内的声音。
图3示出了与图1类似的另一个实施例，其中，疏水涂层6中的裂纹10形成涂层区域8的不规则图案9，区域8尺寸不同且被不同宽度的裂纹10分隔。表面纹理中的不规则性产生各种尺寸的气泡，导致噪音扩散到一宽频带范围中。
图4示出了类似于图1-3的一个实施例，除了加热器4在位于裂纹疏水涂层6下面的其表面上具有基涂层12。基涂层12用来增强疏水涂层6对不锈钢板4的附著力。基涂层12为包含聚酯共聚体或环氧树脂改良剂的X10106的改良层。基涂层12在涂覆裂纹疏水涂层6之前涂覆到加热器板4的表面上。基涂层12中共聚体或环氧树脂的存在抑制了当加热器接受烘烤时裂纹的产生。人们发现环氧树脂改良剂是最稳固的。
图5示出了类似于图4的一个实施例，除了在该实施例中顶涂层14覆盖了裂纹疏水涂层6的面临液体的表面。可以看到，顶涂层14与疏水涂层6以及裂纹10的深度相比，相对薄一些，所以由裂纹10产生的表面纹理镜像到顶涂层10中并且因而面临液体的顶表面提供了扰乱表面上气泡生长的特征。顶涂层14保护裂纹涂层6。顶涂层14为包含聚酯共聚体或环氧树脂改良剂的X10106的改良层。顶涂层14分别涂覆到疏水涂层6上。顶涂层14中共聚体或环氧树脂的存在抑制了当加热器接受烘烤时裂纹的产生。人们发现环氧树脂改良剂是最稳固的。
可以领会到，在上述实施例中，尽管裂纹10表现为完全渗入疏水涂层6中，然而这对于噪音减少影响不是必需的并且该裂纹也可以不像涂层那样深。
图6示出了另一个实施例，其中，加热器板4具有暴露在整个疏水涂层18中的喷砂表面16。疏水涂层18为包含聚酯共聚体或环氧树脂改良剂的X10106的改良层。疏水涂层18仅仅比喷砂表面16上峰点的高度稍微薄一点。喷砂表面16上暴露的峰点担当气泡的成核场所，同时疏水涂层抗拒积垢对加热器的附著力。尽管没有示出，只要喷砂表面16至少部分暴露在整个涂层中就可以涂覆基涂层。
尽管已经参照优选实施例描述了本发明，所属领域的技术人员都能理解，在不脱离本发明的范围内可以作出各种改变。例如，疏水涂层不需示出的那样具有裂纹而是经由蚀刻、雕刻或其它处理而形成纹理表面。噪音减少效果可以通过任何形成微观纹理表面的疏水涂层来实现，该涂层具有扰乱加热器表面上气泡生长的特征。该涂层可印刷到加热器表面上以获得所需的纹理。
权利要求
1.一种电液体加热器，包括加热器面临液体的表面上的疏水涂层，所述疏水涂层形成一种纹理表面，使得其纹理扰乱所述表面上气泡的生成。
2.根据权利要求1的加热器，其中，所述疏水涂层形成纹理表面是其应用的方法造成的。
3.根据权利要求1的加热器，其中，所述纹理涂层是印制在加热器表面上的。
4.根据权利要求1的加热器，其中，所述涂层具有的纹理表面是在将该涂层应用到加热器表面之前、期间或之后机械处理和/或热处理的结果。
5.根据权利要求1的加热器，其中，对该涂层热处理以产生所述纹理表面。
6.根据权利要求5的加热器，其中，对所述涂层热处理以在涂层中产生裂纹。
7.根据权利要求1的加热器，其中，表面纹理特征包括该涂层表面中的裂纹。
8.一种电液体加热器，包括在加热器面临液体的表面上的疏水涂层，所述疏水涂层包括扰乱该表面上气泡生长的裂纹。
9.根据权利要求7或8的加热器，包括在裂纹之间的、尺寸范围为40-400μm的涂层区域。
10.根据权利要求7或8的加热器，其中，所述裂纹的宽度范围为0.1-2μm。
11.根据权利要求7或8的加热器，其中，裂纹之间区域的平均宽度是裂纹平均宽度的至少十倍。
12.根据权利要求1或8中任一项的加热器，进一步包括所述纹理涂层上面的上覆层。
13.一种电液体加热器，包括粗糙表面和部分覆盖该粗糙表面的疏水涂层，使得所述粗糙表面上的峰点暴露到使用中的液体中。
14.根据权利要求13的加热器，其中，疏水涂层形成纹理表面，使得其纹理扰乱所述表面上气泡的生成。
15.根据权利要求1、8或13中任一项的加热器，包括在其面临液体的表面上的单一疏水涂层。
16.根据权利要求1、8或13中任一项的加热器，包括在纹理疏水涂层下的基底层。
17.根据权利要求1、8或13中任一项的加热器，包括纹理疏水涂层上面的顶层。
18.根据权利要求17的加热器，其中，所述顶层也包括疏水涂层。
19.根据权利要求17的加热器，其中，所述顶层是抗水垢的。
20.根据权利要求1、8或13中任一项的加热器，其中，所述疏水涂层具有80°-170°的水接触角。
21.根据权利要求1、8或13中任一项的加热器，其中，疏水涂层抗拒水垢粘附。
22.根据权利要求1、8或13中任一项的加热器，其中，所述疏水涂层为硅基的。
23.根据权利要求22的加热器，其中，该涂层包括纯硅树脂。
24.一种包含根据权利要求1、8或13所述加热器的液体加热容器。
25.一种包含根据权利要求1、8或13所述加热器的水沸腾器具。
26.一种处理电加热器面临液体的表面的方法，包括，提供具有疏水涂层的加热器表面并且处理该涂层以在该涂层上产生裂纹。
27.根据权利要求26的方法，其中，该处理包括热处理。
28.根据权利要求26的方法，包括控制所述处理以产生在裂纹之间的、尺寸范围为40-400μm的涂层区域。
29.根据权利要求26的方法，包括控制所述处理以产生宽度范围为0.1-2μm的裂纹。
30.根据权利要求26的方法，包括控制该处理从而在裂纹之间的区域平均宽度是裂纹平均宽度的至少十倍。
31.根据权利要求26的方法，包括将上覆层施加到纹理涂层上。
32.一种处理电加热器面临液体的表面的方法，包括使该加热器表面粗糙化并且将疏水涂层施加到该加热器表面以部分覆盖该表面，从而该粗糙表面上的峰点暴露到使用中的液体中。
33.根据权利要求32的方法，包括应用疏水涂层从而其形成纹理表面，纹理表面的纹理扰乱该表面上气泡的生长。
34.一种处理电加热器面临液体的表面的方法，包括将疏水涂层印制到该加热器上，从而形成纹理表面。
35.根据权利要求34的方法，其中，纹理表面包括扰乱该表面上气泡生长的特征。
全文摘要
一种电液体加热器，包括加热器面临液体的表面上的疏水涂层(6)。该疏水涂层(6)形成纹理表面，其纹理扰乱该表面上水泡的生长。该表面纹理特征在于在该涂层(6)表面中可包含裂纹(10)。
文档编号F24H9/02GK101021355SQ200710087980
公开日2007年8月22日 申请日期2007年1月26日 优先权日2006年1月27日
发明者M·J·斯科特, I·费尔梅里 申请人:施特里克斯有限公司