专利名称：液体加热容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及液体加热容器，特别涉及其中在金属容器底部的下侧上安装了或设置了电热元件的液体加热容器。
虽然在英国，水加热容器如壶和罐惯常装有伸入容器下部以加热其中液体的浸入式加热器，但在欧洲大陆，市场更多的属于具有底面下加热元件的容器。特别是容器具有平滑的内部，是用耐腐蚀的金属如不锈钢制成的。此种装置的优点是在使用后容器内部可以容易地清洗。但是，全部用不锈钢制造加热容器的费用是非常高的。
为了减少费用，已经有人建议在塑料壁容器的底部中安装一个金属加热板。虽然这确实显著地减少了费用，但是在将热的金属板安装到塑料容器壁方面存在一些问题，特别是有关在这两个部件之间设置一个令人满意的密封件。
本发明寻求克服该问题，其第一方面是提供一种包括塑料壁和一个至少形成上述容器底部一部分的加热金属板的液体加热容器，该板具有夹紧地装入该容器壁下垂部分的周边槽与设置并夹紧在上述槽和上述容器壁下垂部分之间的密封机构。
本发明同时涉及到一种形成液体加热容器底部或至少形成其一部分的金属板，它包括一个向上敞开的周边槽，以装入上述容器壁的下垂边缘。
对于根据本发明的一种装置，容器壁的下垂部分被夹紧在槽的相应侧面之间，从而压紧塑料材料，防止热拉伸蠕变。其次，该密封机构的作用不仅是在底部和容器壁之间提供一个防水密封，而且进一步使容器壁的塑料材料与底部热绝缘，并对容器壁形成一个弹性夹紧力。
塑料容器壁可以是容器的侧壁，在这种情况下，该槽可以啮合在壁的下边缘上。但是，外壁也可以向内延伸，同时构成容器底部的一部分。在这种情况下，可以从容器壁底部的径向内周边部分下垂一个凸缘或类似物件，用于与金属板的槽相啮合。此类装置具有减少费用的优点，因为形成容器底部所需的金属量减少了。
最好是，金属板的导热率相当低，最优选的是不锈钢。这具有减小沿径向向外通过底部的热传导的优点，从而避免塑料壁下部的过热和由此产生的对塑料壁下部的损伤。这在干通电或烧干情况下非常重要，因为容器壁可能使用的塑料材料如聚丙烯将在约140℃时熔化，而加热元件可能达到高数百度的温度。
为了进一步减小沿径向的热传导，可以在加热元件和壁之间的底部内设置一个或多个圆周形槽或其它局部减小板厚度的构造。这减小了可能沿其径向流过热量的底部截面积，有效地“阻止”热量从元件沿径向向外流动。
因此，从一个更广泛的方面，本发明提供一种液体加热容器，它包括塑料壁部分和一个在其下面具有电热元件的金属板，该板在其周边处安装到上述塑料壁部分上，在该元件和容器壁之间的板上设置了机构，用于限制热量从元件流动到容器壁。
下垂部分塑料壁的下部径向外缘可以有一个圆凸边，该板的槽的外缘可以围绕该圆凸边被卷曲或翻边而将该底板安装就位。
壁的下部也可以形成如台肩的机构，以便安置密封机构，并防止它在装配期间被挤到槽外。
该密封机构可以包括一个密封环，例如用硅酮橡胶制成。这种材料特别受到优选，因为它通常稳定到250℃的温度，因此如果金属底部发生过热，它能经受住这种过热。
该密封件的截面可以是矩形，类似于橡胶带，以便更容易安置到槽内。最优选的是，密封件的直径小于槽的内径，当它啮合在槽内时被伸展开。在这方面发现下述情况特别有利，就是如果密封件沿底部方向的截面尺寸大于沿垂直于底部方向的截面尺寸，也即密封件截面的宽度大于其深度。通常，密封环可以具有(比如说)110mm的内径、120mm的外径和1.0mm的厚度，并可啮合在一个内径为125mm的槽内。
在安装这样一个密封件时，已经发现，当密封件的内边缘伸展在槽的凹边上时，密封件的其余部分转动90°而紧靠槽的内壁。也已发现，从槽的顶部向下到槽内取渐窄的形状，因而便于将底部装配到容器壁上。使用上述此种密封件，与(比如说)截面深度大于截面宽度的圆形截面“O”形环或带相比，有明显的费用优点，因为它们易于制造因而费用较低。
周边槽可以具有连续的外壁，用于啮合容器壁。但是，最好是，槽的外壁形成一系列沿轴向伸展的细槽，以形成多个小凸片，用于啮合容器壁。小凸片可以这样形成，使得在装配期间夹住容器壁的下部，或者松散地啮合容器壁而后卷曲或翻转到壁上。
这样一种系统的优点是，如果需要再重新装上的话，底部能够相当容易地从容器壁拆走。这对于连续的槽壁显然是比较困难的。
容器的底板利用安装或设置于其上面的加热元件加热。该元件可以例如是套有金属的加热元件，它直接安装在板上，或者是安装到固定于板上的扩散部件上。
但是该元件也可以是一种安装在或涂敷在板上的所谓印刷电路加热元件。此类元件通常包括一个敷设(例如通过印刷或火焰喷涂)在绝缘的玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷衬底上的电阻加热迹线，衬底本身设置在板上。在印刷元件的生产中，首先将绝缘衬底以多个印刷和烧制操作沉积在底部上，然后通常用丝网将电阻迹线印刷在层上并烧制。因此，为了使丝网印刷器能够接近底部，希望让沉积表面高出于槽。因而最好是，该板有一个在槽的沿径向内部的用于接受加热元件的表面部分，而且它凸出于槽的底部。这使得能够为了印制元件而接触表面，但不受周边槽的妨碍。
该槽的沿径向内壁可以通过一个向内倾斜的壁接合到凸出的表面部分上，使得底部的内部类似于一个盘子。这种配置不仅用于增强底部(这意味着可以使用较薄规格的底部材料)，而且增加了通到容器壁的传热路径的长度。另外，为了减小底部的直径，该表面部分可以通过一个大体平行于底部轴线而延伸的壁接合到槽部分上。在此种情况下，凸出的表面部分可以在槽底部下方凸出一个更大的量，从而形成更长的通到槽的传热路径。
如上所述，使用的底板材料的厚度可以通过周边增强而减小。在上述类型的包括敷设在设置于金属板上的绝缘层上的电阻加热迹线的板加热器中，板的厚度通常为1.5mm左右。板必须这样厚，以便能抵抗在操作期间由于板和绝缘层的膨胀系数不同而产生的弯曲力。但是，如果有了周边增强，板的厚度可以减小到小于1mm。
因此，从另一方面，本发明提供一种包括金属板的板加热器，该金属板有一个设置在其表面上的电绝缘衬底和敷设在该衬底上的电阻加热迹线，其中，上述板设有围绕其周边的增强机构，厚度小于1mm。
板的优选厚度为0.4至0.6mm，最优选厚度为约0.5mm。
增强机构可以包括一个围绕板的边缘升高的凸缘。最优选的是，该增强机构提供一个周边表面，它可以与将它安装在上面的加热容器的壁部分形成一个压缩密封件。例如，如上所述，该表面可以形成为安置在容器下垂壁上的槽的一部分。
板材料厚度的减小同时具有改进通过板向容器内液体传递热量的优点。这具有降低迹线本身在正常操作下的温度的效果，因为热量将更有效地从迹线向液体传导。确实，采用具有0.1mm厚的绝缘层的S430不锈钢，对于70Wcm-2的元件功率密度，已经计算出，当容器中的液体沸腾时，对于1.5mm的板厚度，从元件通过板和绝缘层的温度降为约80℃。但是，对于0.5mm的厚度，温度降减小到约50℃。因此，当容器中的液体在100℃沸腾时，采用较薄板材料的迹线温度将是150℃而不是180℃，降低非常显著。
迹线温度的降低在许多方面有很大好处。首先，对于给定的最大容许迹线温度，可以增大元件的功率密度，并从而减小其尺寸和直径。这表示可以节省费用，因为对于相当昂贵的板材料和绝缘材料可以使用较少的量。其次，板的直径越小，板就越坚固，因此可以进一步减小厚度。
为了使板的直径尽可能小，迹线的形状最好大体为螺旋形或具有一个或多个螺旋形部分，因为这可以容纳许多圈元件迹线而不存在半径小的区域，后者会使电流集中并从而产生局部过热。
相信这本身是一种新颖的装置，因此，从又一方面，本发明提供一种包括金属板的板加热器，金属板有一个设置在其表面上的电绝缘衬底和敷设在该衬底上的电阻加热迹线，上述板的厚度大于1mm，上述迹线的形状大体上为螺旋形。
最好螺旋形各圈之间的间隔小于1mm。这一点可以做到，因为邻近各圈之间的电势降相当低。
本发明的这一方面不限于使用圆形螺旋形迹线，迹线可以具有矩形的、三角形的或其它多角形的或弯曲的螺旋形形状。例如如果在一块矩形板上敷涂迹线，为了填满板的角部区域，适宜采用矩形螺旋形。因此也应当认识到，本发明不限于圆形板，而适用于任何希望要的形状的板。
较低的迹线温度的另一个优点是，它允许使用在较低温度下抗氧化的迹线材料，因此能够省去通常为了保护迹线材料免遭氧化而涂敷的釉面。
这本身是一种新颖的装置，因此，从再一方面，本发明提供一种包括金属板的板加热器，有一个设置在其表面上的电绝缘衬底和敷设在该衬底上的电阻加热迹线，该加热器迹线大体上是暴露的，并且是用抗氧化的材料制成的。
此种迹线材料的例子是镍或高镍合金，它们至少在低于250℃的温度下抗氧化。其次，如果迹线材料的电阻足够低，那么可以使用迹线材料本身与电源进行电接触，而不必用通常设置的低电阻接触垫。
优选的迹线材料是镍，因为它不贵，具有正的电阻温度系数(这意味着在容器沸腾蒸干或干通电情况下它能在一定程度上限制过热)，并且高度抗氧化。
在具有金属底部的液体加热容器中通常通过连接地面使底部接地。但是，这意味着必须对底板进行额外的电连接，同时要求在容器的电源中设置接地连接器。这是费钱的。因此，从再一个方面看，本发明寻求克服这一问题，办法是在液体加热容器中或为液体加热容器提供一个电加热底部，它在其面向液体的侧面上是电绝缘的。
最好这种绝缘是由烧制玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷涂层形成的。这种涂层在该技术中是众所周知的，它被用于对底部下侧上的电阻加热迹线进行绝缘。
绝缘层的厚度和多孔度应当在操作期间足以提供令人满意的绝缘。通常该厚度可能至少为1mm，而其多孔度和厚度足以经受一次大于2500V的闪蒸试验。
现在仅作为例子参照
本发明的一些优选实施例，附图中图1表示根据本发明的一种水加热容器；图2表示图1的细节部分；图3表示根据本发明的一种修改的底部形状；图4表示体现本发明的一个穿过容器底部的截面；图5表示图4的底面平面图；图6表示图1容器底部的另一改型的截面图；图7表示图6底部的部分侧视图；图8表示本发明的另一实施例。
参照图1，水加热容器2有一个用聚丙烯模制的主体4，它有壁6和手柄8。
容器2的底部10是平滑的，用0.4至0.6mm厚的不锈钢板制成。它是圆形的，其下面安装了电热元件12和热敏控制器14。元件12安装在铝载体中，固定在底部10的下面。底部10同时成形为具有沿圆周边的U形槽16。槽16的外缘18的初始形状如图2中虚线所示。在底部10的下侧在元件12和槽16之间形成一组三个同心槽20。每个槽20深约0.2至0.3mm，宽约0.4至0.5mm。
槽16装入塑料壁6的下端部22。下端部22的径向内壁24形成一个台肩26，它用于安置一个矩形截面的硅酮橡胶密封环28。下端部22的径向外壁30形成一个圆凸边32，槽16的外缘18可以在圆凸边32上卷曲，如图2中所示。
壁6的下端部22本身向内成台阶形，使底盖34能够与壁6接合成一个平面地设置。
容器底部的装配如下。首先，将密封环28铺展在壁6的下端部22上，并紧靠台肩26安置。然后在下端部22的内壁和外壁上涂敷润滑剂，并将底部10的槽16推在端部22上，直到槽16的底部36紧靠在壁6的下边缘38上。台肩26防止密封环28被推入容器内。当底部就位后，使槽16的外缘18在圆凸边32上卷曲，以便将壁的下端部22夹紧在外缘18和密封环28之间。这在壁6的厚度上施加一个压力，从而尽可能减小热蠕变。
壁6的下端部22同时由于底部10本身、由于槽20和由于密封环28而与元件12热绝缘，底部10是用导热率相对低的不锈钢制成的，槽20阻碍热量从元件沿径向向外流动。
使用图1和图2中所示的底部构造，当底部上设置的加热机构包括印刷电路加热元件时可能产生潜在的问题。在此种元件的构造中，为了用沉积法制造元件，例如为了使表面能够进行丝网印刷来制备所要的元件迹线，不受阻碍地到达表面是有利的。在此种情况下，周边槽16可能起阻碍作用。
图3中所示的改型的底部36可以克服这个问题，办法是使其中央表面部分38从周边安装槽40的底部错开，使得在其下面凸出一个距离D。错开距离D并不要求大，例如它只需要在0.5mm的范围内。该中央表面部分通过斜坡部分44与内槽壁42的上端连接。这既增强了底部，又增加了离容器壁的传热路径长度。
图4和5表示一种图3中说明的那种类型的底部50，印刷了加热迹线52并安装在液体加热容器54的底部上。
底部50由0.5mm厚的不锈钢板56制成，它形成了周边槽58，用于啮合在容器的塑料壁62的下端60上。板56的中央区64通过倾斜的截面66与槽58接合，倾斜的截面66增强了板的中央区64抵抗它在使用中经受的弯曲力的能力。
中央区64的下表面68从槽58的底表面70下方错开(例如)0.1至0.5mm的距离。
下表面68用任何合适的技术(如印刷和烧制方法)形成约0.1mm厚的玻璃陶瓷绝缘层72。下表面68从槽底部70错开允许为此目的而没有障碍地接近该表面。
在绝缘层72的顶部上面安置一卷螺旋形的加热迹线74。迹线74最好通过丝网印刷法设置，它也因为表面68从上述底部70错开而便于进行。
迹线(track)74约2.5mm宽，各圈迹线之间隔开约0.5至1mm距离。为了达到安全标准，绝缘层72外侧要求有4mm的空隙。螺旋形的图形意味着在直径较小的衬底上可以容纳长度更长的迹线，从而减小加热器的尺寸。
迹线材料为镍或高镍合金，它可以在迹线的正常工作温度下(即通常小于250℃)抗氧化。由于抗氧化，迹线不需要像此类加热器中通常提供的保护性釉面，由此减少了生产步骤数目并因此减少了费用。其次，镍和高镍合金具有足够低的电阻，因而可以对迹线74直接进行电接触，而不需要再提供单独的低电阻率的(例如银的)接触垫。因此也减少了生产费用。板64以前面的实施例中同样的方式安装在容器壁62的下边缘上，将压缩密封环30配置在内槽壁82和容器壁62之间。使外槽壁84变形而压入容器壁62的凹槽86中，以便将板固定就位。
现在转到图5和6，圆形底部100具有周边槽102，用于啮合塑料容器壁的下边缘，如上面说明的先前的实施例中一样。但是，在该实施例中，槽102的外壁104形成一系列沿轴向等间距的伸长细槽106，以便形成一系列围绕槽102周边等距离间隔的小凸片108。通常细槽106可以为1mm宽而小凸片108为4mm宽。
底部100可以用前述同样方式装配到容器壁的下边缘上，使小凸片108在容器壁的底部边缘上卷曲。但是，例如当需要修理时，小凸片108将使底部更容易从容器壁拆卸。然后底部50可以以上述同样方式重新安装在容器壁上，或者，如果小凸片已经弹性地向内偏转到一个比容器壁的配合部分的外径更小的直径，那么就可以快速按扣地安装到容器壁的该部分上。
图8表示根据本发明所述的一种加热器的改型，底部的中央部分沿大体平行于底部轴线的方向从周边槽120错开一个部位124。这用于增加从元件126(该实施例中示出的为安装在一个扩散板128上，后者以惯用方式安装在容器底部上)到周边槽122的传热路径长度，同时使底部直径可以减小。
在上述特定的装置中，板加热器安装在容器外壁的底部边缘上。但是可以理解，由于本发明可以使加热器的尺寸缩小，因此容器底部的一部分也可用塑料制成，而加热器安装在塑料底部的下垂的内部边缘上。这样，此种装置也预定处在本发明的范围内。
同时可以理解，虽然在优选实施例中公开的是圆形板和大体圆形的螺旋形迹线形状，但本发明并不限于这种形状而要包括板和元件迹线的其它形状，例如矩形的板和螺旋线。其次，并非迹线的全部长度都需要是螺旋形来获得本发明的好处，因此具有螺旋形部分的迹线也要被包括在本发明的范围内。
权利要求书按照条约第19条的修改28.如权利要求26或27中所述的装置，其特征在于，螺旋形各圈之间的间隔小于1mm。
29.如权利要求24至28中任何一项所述的装置，其特征在于，该加热器迹线大体上是暴露的，并且是用抗氧化的材料制成的。
30.一种包括金属板的板加热器，有一个设置在其表面上的电绝缘衬底和敷设在该衬底上的电阻加热迹线，该加热迹线大体上是暴露的，并且是用抗氧化的材料制成的。
31.如权利要求29或30中所述的装置，其特征在于，上述材料是镍。
32.一种液体加热容器，包括塑料壁部分和一个至少形成该容器底部一部分的加热金属板，该板具有一个夹紧地装入容器壁部分的下垂部分的周边槽，密封机构设置并夹紧在该周边槽的壁和该容器壁下垂部分之间。
33.一种液体加热容器，包括塑料壁部分和一个在其下面具有电热元件的金属板，该板在其周边处安装到上述塑料壁部分上，在该元件和容器壁之间的板上设置了机构，用于限制热量从元件流动到容器壁。
34.一种在液体加热容器中的或用于液体加热容器的电热底部，它在其面向液体侧是电绝缘的。
35.一种大体上如前面参照
的液体加热容器。
36.一种大体上如前面参照
的板加热器。
37.一种大体上如前面参照
的板。
38.一种形成液体加热容器底部或至少形成其一部分的金属板，包括一个向上敞开的周边槽，以装入上述容器壁的下垂边缘，上述板的加热部分有一个大体上平坦的上表面39.一种形成液体加热容器底部或至少形成其一部分的金属板，包括一个向上敞开的周边槽，以装下上述容器壁的下垂边缘，上述板是用一种导热率低的材料制成的。
权利要求
1.一种液体加热容器，包括塑料壁和一个至少形成该容器底部一部分的加热金属板，该板具有一个夹紧地装入容器壁下垂部分的周边槽，密封机构设置并夹紧在该周边槽的壁和该容器壁下垂部分之间。
2.一种如权利要求1中所述的容器，其特征在于，上述壁为该容器的侧壁。
3.一种如权利要求2中所述的容器，其特征在于，上述侧壁向内延伸而构成该容器底部的一部分。
4.一种如权利要求3中所述的容器，其特征在于，从容器壁底部的径向内周边部分下垂一个凸缘或类似部件，用于与金属板的槽啮合。
5.一种如上述任何一项权利要求中所述的容器，其特征在于，该容器壁的下边缘有一个圆凸边，该板的槽的外缘可以围绕该圆凸边被卷曲或翻边而将该板安装就位。
6.一种如上述任何一项权利要求中所述的容器，其特征在于，壁的下部形成如台肩的机构，以安置该密封机构并防止它在装配期间从槽中挤出。
7.一种如上述任何一项权利要求中所述的容器，其特征在于，该密封机构包括一个密封环。
8.一种如权利要求7中所述的容器，其特征在于，上述密封环机构用硅酮橡胶制成。
9.一种如权利要求7或8中所述的容器，其特征在于，上述环的截面为矩形。
10.一种如权利要求7、8或9中所述的容器，其特征在于，该密封环的直径小于该槽的内径，当它啮合在槽中时被伸展开。
11.一种如权利要求10中所述的容器，其特征在于，该密封环沿底部方向的截面尺寸大于垂直底部方向的截面尺寸。
12.一种形成液体加热容器底部或至少形成其一部分的金属板，包括一个向上敞开的周边槽，以装入上述容器壁的下垂边缘。
13.如上述权利要求中任何一项所述的装置，其特征在于，该板具有限制热量在其上面向外流动的机构。
14.如上述权利要求中任何一项所述的装置，其特征在于，该板的周边槽的外壁形成一系列沿轴向伸长的细槽，以便形成许多个小凸片，用于与容器壁啮合。
15.如上述权利要求中任何一项所述的装置，包括设置在上述板的下侧上的加热机构。
16.如权利要求15中所述的装置，其特征在于，上述加热机构包括一个安装在板上的有外套的加热元件。
17.如权利要求16中所述的装置，其特征在于，上述元件安装在固定于上述板上的一个扩散板上。
18.如权利要求15中所述的装置，其特征在于，上述加热机构包括一个安装在板上或涂敷在板上的印刷电路加热元件。
19.如上述权利要求中任何一项所述的装置，其特征在于，该板在槽的径向向内位置上有一个用于接受加热元件的表面部分，该表面部分凸出超过槽的底部。
20.如权利要求19中所述的装置，其特征在于，槽的径向内壁通过向内倾斜的壁而与凸出的表面部分接合。
21.如权利要求19中所述的装置，其特征在于，表面部分是通过一个大体上平行于底部轴线延伸的壁而与槽部分接合的。
22.如上述权利要求中任何一项所述的装置，其特征在于，上述板是围绕其周边增强的。
23.如权利要求22中所述的装置，其特征在于，上述板厚度小于1mm。
24.一种包括金属板的板加热器，有一个设置在其表面上的电绝缘衬底和敷设在该衬底上的电阻加热迹线，其特征在于，上述板设有围绕其周边的增强机构，厚度小于1mm。
25.如权利要求23或24中所述的装置，其特征在于，上述板的厚度在0.4至0.6mm之间。
26.如权利要求22至25中任何一项所述的装置，其特征在于，上述板安装了电阻加热迹线，上述板厚度小于1mm，上述迹线的形状为螺旋形。
27.一种包括金属板的板加热器，有一个设置在其表面上的电绝缘衬底和敷设在该衬底上的电阻加热迹线，上述板的厚度小于1mm，上述迹线的形状大体上为螺旋形。
28.如权利要求26或27中所述的装置，其特征在于，螺旋形各圈之间的间隔小于1mm。
29.如权利要求24至28中任何一项所述的装置，其特征在于，该加热器迹线大体上是暴露的，并且是用抗氧化的材料制成的。
30.一种包括金属板的板加热器，有一个设置在其表面上的电绝缘衬底和敷设在该衬底上的电阻加热迹线，该加热迹线大体上是暴露的，并且是用抗氧化的材料制成的。
31.如权利要求29或30中所述的装置，其特征在于，上述材料是镍。
32.一种液体加热容器，包括塑料壁部分和一个至少形成该容器底部一部分的加热金属板，该板具有一个夹紧地装入容器壁部分的下垂部分的周边槽，密封机构设置并夹紧在该周边槽的壁和该容器壁下垂部分之间。
33.一种液体加热容器，包括塑料壁部分和一个在其下面具有电热元件的金属板，该板在其周边处安装到上述塑料壁部分上，在该元件和容器壁之间的板上设置了机构，用于限制热量从元件流动到容器壁。
34.一种在液体加热容器中的或用于液体加热容器的电热底部，它在其面向液体侧是电绝缘的。
35.一种大体上如前面参照
的液体加热容器。
36.一种大体上如前面参照
的板加热器。
37.一种大体上如前面参照
的板。
全文摘要
一种塑料的液体加热容器(2)的底部(10)用加热的不锈钢板制成，它有一个周边槽(16)，啮合在容器壁的下端部(22)的圆凸边(32)上。一个硅酮橡胶密封环(28)被夹紧在容器壁和槽两者之间。
文档编号H05B3/82GK1145022SQ95192410
公开日1997年3月12日 申请日期1995年12月13日 优先权日1994年12月13日
发明者J·C·泰勒, K·B·多义尔 申请人:施特里克斯有限公司