专利名称：浸入型加热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子浸入型加热器。
电子浸入型加热器被广泛地使用在多种沸水电子器具中，例如壶、热水罐、洗衣机、洗碗机、咖啡具等。该浸入型加热器的标准型式包括有一细长的金属包覆元件，该元件形成一弯曲迂回的形状以在一沸水容器的尺寸限制内提供该元件所需要的长度。传统上，该元件以多数个所谓的冷导管终止，而通过这些冷导管进行和加热器的电子连接。通常也有提供一中间“热回流”部分，该热回流部使用在与一控制装置的热敏致动器进行热接触，该控制装置与一开关共同作用，使该加热器在当容器内的水不足以覆盖该元件时，不会有过热的事情发生。
这种浸入型加热器在大多数的电子壶及热水罐被当作标准器件使用。传统的浸入型加热器被设置于这种容器的底部，以便于最少量的水可能被煮沸。因为浸入型加热器大体上是被水所包围，从该加热元件的周围产生的热被消耗掉以使得该浸入型加热器比安装在一盛水容器外部的加热器更有效率，那种安装在容器外部的加热器通过容器壁对水加热。后一种形式的加热器因为从该加热元件远处的容器壁的周围消耗的热基本上是浪费掉的，因此是缺乏效率的。这种加热器通常比浸入型加热器运作在较高的温度之下，因此较易出故障。
已知的浸入型加热器的确具有某些缺点。特别地，对于外型大小而言，它们是不美观的。特别是它们在较长期之下不得不被覆盖时，更是如此。已知的加热元件的外型使得它们难以被清洗，且即使可以从加热器看到该容器底部的许多遗留物仍是难以对其清洗。虽然在大英国及其他国家，电茶壶及热水罐的使用者多少能接受这种容器内部的底面区域的令人不悦的外观，在一些国家中出于这个理由而强烈地不愿意使用这种浸入型加热器，而仍然更常发现如上所讨论的缺乏效率的外部安装加热器。
由一方面看，本发明提供一包括有一支撑板的电子浸入型加热器，在支撑板的至少一侧面提供一个印刷电路导热轨道形式的加热元件及与一固定部分共同作用，该固定部分适于固定和一种具有热敏致动器形式的控制装置进行固定，而该热敏致动器和一开关共同作用，在该加热器有过热情况时，使得该加热器不起作用，该固定部分能有效地为该控制装置的热反应致动器提供加热。
该支撑板应当是可导热的，且最好是由金属所制成，例如不锈钢。虽然可能不是在所有的应用中都是必需的，在该加热器的正常使用中，该支撑板向下的一侧面设有一加热元件是特别地有利的。
根据本发明的浸入型加热器与已知的浸入型加热器比较有许多优点。如果该加热元件水平紧临地装置在一电茶壶或一热水罐的底部，例如，使用者看到该支撑板的平整上表面，它比已知加热元件的型式更美观且容易清洗。如果仅在该平板的底边设有该印刷电路加热元件，则对于使用者而言是看不见的且能防止破坏。根据本发明的加热器与传统的功率相当的浸入型加热器相比更为小巧。如已知的这种浸入型加热器，从该元件的两侧发散的热是用于对液体加热。
其它文中也有印刷电路加热器，而形成加热元件的印刷电路导热轨道的形式是可以改变的。在一个实施例中，该加热器是通过在一个不锈钢支撑板的表面放置一个或几个薄玻璃层而形成的，跟在印刷电路导热轨道之后，例如由钯银合金所形成。最后地，另一层或多层玻璃安置在印刷电路轨道上，以便于与水隔离。在该轨道的上方及下方各置有三层玻璃层是较好的，以确保能防水。像这样的结构可由已知的印刷电路技术所制成。使用不锈钢是较好的，因为在放置过程进行时，不锈钢在高温(例如摄氏950度)时不会有明显的氧化。而且，不锈钢具有高热膨胀系数，因此在冷却时会比放置在其上的玻璃层缩小更多。此玻璃因此是处于压缩状态而非扩张状态，所以不易于发生破裂。
该加热元件依照一个迂回的路径是较佳的，且该加热元件终止在一相应的接触部位也是较佳的，在使用时对该加热器而言，该接触部位是适于与一电子控制装置进行电子连接。在接触部位的这个区域中，该玻璃覆盖物是被打断的，所以可在此进行电子连接。在一个较佳的形式中，这些接触部位覆盖有如银等物质的低电阻覆盖物，使得在电子连接所达成的区域内不会有大量的热。因此这些区域与传统的浸入型加热器的冷导管相类似。
该加热元件的固定部分是与已知浸入型加热器的所谓的“头部”或固定平板相类似。在象这样的安排中，固定在一容器内的加热器可方便地固定在一相关的控制装置上，而该控制装置通过在容器壁面的一开口从外面安装在该容器上。
象加热元件和控制装置这样的一个组合是被认为是包含有独创的事物，且因此，从第二方面看，本发明提供一电子浸入型加热器和控制设备装置，它包括有一具有印刷电路导热轨道形式的加热元件，并且有一个具有热敏致动器的控制装置，该控制与一开关共同作用使该加热器在过热的情况下不起作用，其中该控制装置是这样相对于加热器进行安装的，即该热敏致动器与该浸入型加热器的加热元件部位处于热接触状态。
本发明也扩充至与这种组合方式共同作用的一沸水装置，因此，从第三方面看，本发明设有一电子沸水装置，该沸水装置包含有一容器和一个如前描述的装置，其中在该容器内设有一浸入型加热器，而该控制装置是固定在该容器的外部，而该加热元件的一部分是通过在该容器壁上的一开口与该控制装置进行热流通。
该加热器的固定部可以提供有几个固定双头螺栓或螺栓，该等固定双头螺栓或螺栓穿过容器壁上的开口与该控制装置协作。这样的方式和传统浸入型加热器装置相同。一个环形密封环绕在容器壁的开口上，该加热器靠着该密封被固定，使得上述印刷电路元件的接触部位能通过该密封的限制而处于一“干燥”区域。
在已知的浸入型加热器中，必需将这些冷导管由潮湿的一侧至干燥的一侧延伸穿过加热器头。这样的作法会增加成本及组装的复杂性。然而，根据本发明，该加热元件是相当平整的，并且，因此可由该密封的底下通过而不会破坏。因此，根据本发明该印刷电路加热元件不需要延伸穿过该加热器的固定部分，而最好穿过该支撑板和该密封之间。
根据本发明的浸入型加热器最好能设计成能使用于已知浸入型加热器相关的控制装置的标准形式。关于这点，如上所描述的接触部最好能安装在和该加热器的固定部相关的位置，即是与传统浸入型加热器的冷导管相似的位置。已知的控制装置设有多个弹性接触元件，当该控制装置被固定在该浸入型加热器的头部时，这些弹性接触元件与这些冷导管进行电子连接。这样的控制装置可被修改成使用于根据本发明的加热器，它是通过安装多个导杆以使得该加热器的平板接触部位与该控制装置的弹性接触元件之间能共同作用。
如上所描述，在已知的浸入型加热器中通常在该加热元件上有一热回流部，该热回流部是铜锌合金焊接到该加热器头部潮湿的一侧面，而与安装在加热器头部干燥的一侧面的控制装置的热敏致动装置保持热接触，在发生加热元件过热的情况时，该致动装置可打开一开关，并使得该加热器不再起作用。根据本发明，不需要这样的加热元件的热回流部位。更确切地说，因为该加热元件本身延伸到加热元件的固定部位的干燥面，而如上述终结在这种接触部位上，该加热元件紧邻这种接触部位的一个或多个区域可有效地对该控制装置的热反应致动装置提供加热。
在已知的印刷电路技术中，以固定厚度沉淀导热轨道是相当方便的。但是，该轨道的宽度可以很容易地被改变以改变其电阻值。因此，在沿着该轨道长度的任何区域中，可通过增加该轨道的宽度降低加热的温度，而通过降低轨道的宽度提高加热的温度。在本发明的优选实施例中，在使用上，该轨道的宽度在通过该密封的区域中是略微增加的。这样可以避免该密封过热而被玻坏。
现在，对于许多型式的器具是需要安全标准的，必需有一备用加热器失能装置，在安装在该控制装置中的作为主要保护器的开关发生故障时，可以工作。在已知的控制装置中的备用防护器通常是一单向开关装置，该单向开关装置例如为一热熔丝。根据本发明之优选实施例，在该印刷电路加热元件上提供有易于破裂的一个或多个高电阻部位，因此，在该控制装置中的首要防护器发生故障而引起的严重过热的情况下，使该加热元件不再起作用。如所讨论，这种较高电阻的区域可以很容易地由降低轨道宽度的区域所形成。最好是在该加热器的干燥区域设有一个或数个较高电阻部位，亦即，在该密封与该容器端壁面开口结合的区域。这样作法的理由在于，在没有办法的情况下，该加热元件的破裂随即会引起该绝缘层的破裂，然而和水接触的活动部位仍然不会有危险。
在大部分已知的浸入型加热器的结构中，加热器的头部在使用时是垂直放置，以定位在与该容器相关的侧壁开口上。因此，在本发明的一个形式中，该加热器在使用时包括有一向上延伸的固定部位，该固定部位与该加热器的主加热部位大约成直角。该加热元件的末端从该支撑板的下方延伸到固定部分的干燥侧，而终止于如上所述的那些接触部位。该支撑板最好是由一单一元件弯曲成由从侧视面看为-L形。
上述实施例要求该印刷电路轨道沿着在该支撑板上急转弯区的凸起侧边延伸。这样使该印刷电路形成过程复杂了。
因此，在更进一步的实施例中，该支撑板是完全平面的，且该固定部位是形成在该支撑板的底面近中间处，而基本上是以迂回的形式且最好是弯曲的路径环绕着该固定部位。象这样的结构适如第1图所示该支撑板的底面安装有一加热元件，该加热元件为一印刷电路轨道5的形式。该轨道被安置在如玻璃材料的绝缘层之间。该轨道的两站沿着该支撑板弯折处的凸起侧面延伸，以便于终止在如图3所示的接触部位6。该玻璃至在该接触部位6上移动。这些接触部位最好覆盖有例如银之类的低电阻物质涂覆层。这意味着不会在该等接触部位本身产生大量的热。
在使用中，与一相关的控制装置进行的电子连接，可以通过连杆7将接触部位6和在该控制装置中的弹性连接器进行连接而实现。这些连杆是各自独立元件，当该控制装置被安装在该加热器的固定部位3时，这种连杆通过被插入相应接触面6及控制装置连接器之间而被安装上。
在该加热器的固定部位3上，且紧邻于该加热元件的间隔端部9a形成一定位窝8，它从支撑板的弯折处延伸至该接触部位6。该领域的技术人员会将该定位窝8认为是用于一个标准控制装置的双金属致动装置的一个固定安装位置。因此，在使用中，该致动装置最好与该元件的部位9a保持良好的热接触，且适于打开一开关，使得该加热器在由于缺乏水而不能覆盖时，不会有过热的情况。
应当理解的，根据本发明，不须要有传统的热回流部位，及，更进一步，穿过该元件的头部的冷导管也不需要了。这是由于该印刷电路元件轨道能通过该密封及该固定平板之间而不会妨碍到该密封的结果。
如第3图所示，该加热元件的端部9a是缩小宽度的。如上所描述，端部9a的这些区域在因为该控制装置中的双金属致动装置或开关装置的故障而引起的严重过热的情况下，易于破裂。因为端部9a是在密封之内，所以它是干燥的。这提供了一额外的安全特性，因为假如该绝缘层破裂，而该活动部位仍不会有遭受到水的浸入的危险。在第一个实施例中，对它的垂直固定部位3，该端部9a的位置和该控制装置的双金属致动装置在同一水平高度或是低于该双金属致动装置。否则，如果一容器内所装的水的高度是高于该致动装置而低于该端部9a时，在一个可用的双金属致动装置使该加热器不再起作用之前，该端部9a会有发生破裂的危险。
在该导热轨道通过该密封下方之处也有加大宽度的区域9b。这种区域9b提供一降热区域，它被要求避免破坏该密封。
在所举例说明的实施例中，主轨道是5毫米宽，该端部9a是4.5毫米宽，而该区域9b是6毫米宽。
本发明之第二实施例如第6图所示。在此实施例中，该支撑板1是完全平整的。该固定部分3在该支撑板的中央处，使用中该固定部位3的干燥的一侧被包围在该虚线10之内，在使用上，该虚线是相应于该密封处的位置。该加热元件5的主要部份环绕着该固定部位。应当理解的，这个实施例是指定使用在一容器中，其中用于该浸入型加热器的控制装置是固定在该容器的底壁的下方，且该加热器是通过此底壁上的一开口固定在该控制装置上。因此，双头螺栓或螺栓从该加热器穿过该底壁的开口向下伸出。另外，以上所陈述相对第一实施例的加热器的特征与第二实施例所给出的加热器是相似的，而第一实施例的参考数字可被用于第二实施例。该加热器5的圆环外形使得在最小直径的支撑板上，该加热元件轨道能够具有最大长度。该支撑板可为一方形支撑板，但实际上该支撑板的形状还是以圆盘状较佳。
第7图及第8图所指的是第二实施例的加热器1′，该加热器1′穿过一电沸水罐底壁面10的开口，固定到一控制装置12上。该水罐是无绳的型式，且在其底表面的凹槽部有多个电接触器13(它形成控制单元的一部分)，它们提供与一基底单元(图中未示)的电子连接。
在该水罐的底部的斜切掉部位设有一操作杆，或者换一种方式，该水罐底部可装有如英国专利第2222025号的专利案所述的控制装置。该水罐的斜切上半部是一种传统的设计，而也可以和英国专利编号第2222025号专利案所说明的一样。该水罐形成有一集水部14。该集水部被侧壁15及基壁10所包围的空间包围。该基壁形成两个部位，其一部位10a是与容器的底面有相同的高度，而另一部位10b则高于该容器的底面，用以提供一个可用以安装控制装置12的干燥容室。
所说明的控制装置与在商业上常被利用的Strix R32控制器相类似，并在英国专利编号第2181598号中有详细的描述。该控制装置如前所述通过在该底壁部位10b的开口固定在该加热元件1′上。在所说明的装置中，螺栓16穿过该加热元件1的孔，并穿过在控制单元12上的固定孔到位于该控制单元的远端的凹槽内的螺帽。另一方面，该加热元件可设有传统加热元件中那样的双头螺栓。在该加热元件1′与该基壁10之间有一个弹性环形密封17用以提供一防水密封。
该控制单元12设有一蒸汽操作的双金属片18，该双金属片在一开水壶内的水煮沸时可关掉该开水壶。为了上述动作能得以实现，在该水罐的一侧壁外设有一蒸汽通道19。该蒸汽通道的底端部位于紧临该蒸汽操作双金属片处，在该罐的顶端有一开口与该集水部14连通。这样的型式可以用由容器内的沸水产生的蒸汽以传统的方式操作该控制装置。
在该控制单元的下方，有与外罐体15′的底部结合在一起的一个盖20，它包围着该控制单元并形成水罐的底部的一部分。由于水罐的较低部分被切除，所以该盖的真实型式在图中并没有被完全表示出。可在盖上设一开口，用以容纳固定在一基底单元上的一致动器，或它可用来收纳由该水罐侧面伸展出来的一传统控制杆。在后一种情况中，该控制杆被安排与该控制装置的部位29共同作用。
为了打开该水罐，必需要将部位29向右移动，以关掉在该控制单元中的一组接触器。这同时也使得操作杆21的末端抵触到双金属片18。操作杆21是通过一上方中心机构与接触器相连接，而这样的安排是为了便于当该蒸汽操作双金属片18达到一相当的温度时，操作杆21被向下移动足够的距离以松开上方中心机构，并打开在该控制单元口内的接触器。该控制装置这方面的操作为已知技术，而将不再进一步的描述。
第8图表示该加热元件1′与该控制单元的热型式、电子型式及机械型式连接之间的相互关系。该电子连接是通过在该控制单元22的开口中安装一导杆7构成，而一传统浸入型加热器的冷却的末端部可以被收纳在该开口中。而通过控制装置内的弹性接触器33对着该加热元件1′的接触部位6，它们被向上偏置。
如上所讨论，机械式的连接是通过双头螺栓或螺栓从加热元件1′穿过在该控制装置中的孔口所进行，采用和传统元件相类似的方法。当该加热元件被固定在该控制装置上时，它会压缩该弹性环17，藉以关闭该水罐基底的开口，以保持在防水的状态。螺栓穿过而进行安装的孔口可通过在螺栓头部下面安装弹性垫圈而被密封住。
为了允许该控制单元中的过热防护系统能够操作，必需进行至该控制装置的热连接。该控制单元设有一快动双金属片24，在传统的水罐中该快动双金属片是保持和传统元件中的热回流部位处于热接触状态。在现在这个例子中，该快动双金属片是直接对着该加热元件1′的底部安装。为了确保有一良好的热连接，必需要将该双金属片从其正常的位置略向上弯曲，以在该加热元件上提供一凸起部位，及/或在该双金属片上覆盖少量的聚热化合物。
该快动双金属片24被连接到在该控制单元中的一组电子接触器上，且其目的是为了在该加热元件1′过热时，能从该加热元件1′切断其电流供应，例如由于在干燥时被打开的结果。作为更进一步的防护，在该控制单元中设有一单向开闭装置，以便在如前所述的过热防护系统无法操作时，可使该控制装置永久地无法操作。它是一塑料引脚25的形式，该塑料引脚通过控制单元内的一弹簧抵扣着支撑板11的底部。将该加热元件固定在该控制装置的步骤，向弹簧挤压引脚，并且使得在该控制装置内的一组接触器保持更接近的距离。在发生严重的过热情况下，引脚25会被熔化，以使这种接触器打开。而后该控制装置必需被更换。
对于熟悉此项技术之人士很明显，在这加热元件的实施例中，允许控制单元12工作于完全传统的方式。因此该蒸汽控制、该过热防护系统及该单向开闭过热防护装置，将象它们被连接到传统浸入型加热器的头部时那样起作用。
第9图仍是对该加热元件做更进一步的说明。它大体上和该加热元件的第二实施例相似，除了该加热元件是为了与一仅需要二固定螺栓或双头螺栓的控制装置共同操作而设计的。这样安排安装孔是为了在使用时便于该弹性密封的部位围绕着穿过螺栓或双头螺栓，并将加热元件紧扣在控制装置上，并藉以防止水从螺栓或双头螺栓周围渗出。因此，不再需要如弹性垫圈等的密封装置。该加热元件的其余的部位是与第二实施例中的元件一致，且所标示的数字与在该实施例中所使用的一致。
虽然所述实施例中具有一5毫米的主轨道宽度，但是该宽度当然是可以改变的，但这种改变取决于该轨道的单位体积电阻系数及该导电轨道材料的厚度。例如已经发现可以在主要部分制造出具有2.5毫米宽的轨道，而在述其的部位9a及部位9b的宽度分别是2毫米及3毫米。由于它允许平板更小，所以很有好处，这使结构更紧密，同时可节省该平板材料的成本。
而同样也可预见到，从由加热元件的优先易玻裂部位9a所提供的备用防护来看，装设在已知的控制装置中的该单向开闭、更一层的防护装置(即第8图中的那种可熔化引脚25)是可以被省略的。
权利要求
1.一种电子浸入型加热器，包括有一支撑板，该支撑板在其至少一侧面安装有一采用印刷电路导热轨道型式的加热元件，并包括一个固定部分，该固定部分适于被定位到一控制装置上，该控制装置为一具有热敏致动器的类型，它包括一个开关在该加热器发生过热情况时，该控制装置与一开关共同作用使得该加热器失去作用，而该固定部分可有效地给该控制装置的热反应致动装置进行加热。
2.如权利要求1的电子浸入型加热器，其中，上述支撑板由金属构成。
3.如权利要求1或2的电子浸入型加热器，其中该加热元件安装在该支撑板正常使用时朝下的一侧面。
4.如权利要求1，2或3的电子浸入型加热器，其中该加热元件终止在相应的接触部位，这些接触部位在使用上，适于和加热器的控制装置进行电子连接。
5.如权利要求4的电子浸入型加热器，其中该接触部位设有一低电阻涂覆层，以便于在进行电子连接的区域内不会有大量的热。
6.如前述任一权利要求的电子浸入型加热器，其中，该加热器的固定部位有固定双头螺栓或螺栓，在使用时固定双头螺栓或螺栓穿过该容器壁上的开口延伸，与一控制装置共同作用。
7.如以上任一权利要求的电子浸入型加热器，其中该加热元件大体上是扁平的。
8.如上述任一权利要求的电子浸入型加热器，其中该轨道在通过该密封下方的区域处的宽度是略微增加的。
9.如上述任一权利要求的电子浸入型加热器，其中该印刷电路加热元件设有一个或多个较高电阻部位，该较高电阻部位在有一严重过热情况发生时，会适时首先破裂，并使得该加热器失去作用。
10.如权利要求9的电子浸入型加热器，其中，高电阻部位设在该加热器的与容器壁开口相结合的密封之内。
11.根据以上任一项权利要求的电子浸入型加热器，其中该固定部位大约以直角延伸至该加热器的主加热部。
12.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9或10的电子浸入型加热器，其中该支撑板上完全是平面的，且该固定部位形成在该支撑板底面近中央处，而该加热元件基本上以一迂回的型式及最好是弯曲路径的型式环绕着该固定部。
13.一电子浸入型加热器与控制装置结构，包括有一具有印刷电路导热轨道型式的加热元件的浸入型加热器，及具有一热敏致动器的控制装置，该控制装置有一开关，它与一开关共同作用，在该加热器过热时可使该加热器失去作用，其中该控制装置被这样与加热器在相对安装，使得该热敏致动器与该浸入型加热器的加热元件部分保持热接触。
14.如权利要求13结构的电子浸入型加热器，其中，该浸入型加热器如权利要求1至12任一条所述。
15.如权利要求13或14的结构，其中该浸入型加热器有电接触部位，且该控制单元设有多弹性接触元件，它还设有连接至该加热器的电接触部位和控制装置的弹性接触元件的导电杆。
16.一电子沸水装置，包括有一用以容纳水的容器及如权利要求13、14或15任一项的结构，其中该浸入型加热器设置在该容器内，且该控制装置固定在该容器的外部，而该加热元件的一部分通过容器壁上的一开口与该控制装置保持热传导。
17.如权利要求16的电子沸水装置，其中该控制装置被安置在该容器的基底的下方，而该加热器通过该容器底壁面之一开口定位到该控制装置上。
全文摘要
一种具有一支撑板(1)的浸入型加热器1′,在该支撑板1上有一印刷电路导电轨道形式的电子加热元件2。该元件有一部位允许该元件直接定位至一控制单元,为了提供与该单元直接的电子型式、热型式、及机械型式的连接。这样的安排允许象控制单元连接至一传统的浸入型加热器时一样工作。也公开了一沸水容器,它是使用一浸入型加热器穿过该容器底部的一个开口固定在一控制装置上的类型。
文档编号H05B3/26GK1360459SQ0010415
公开日2002年7月24日 申请日期2000年3月16日 优先权日1993年2月15日
发明者J·C·泰勒 申请人:施特里克斯有限公司