CN101460080A - 用于加热液体的家用电器 - Google Patents

Abstract

一种用于加热液体的家用电器，其包括容器、加热元件以及控制装置，所述加热元件具有至少一个丝网印刷在电绝缘板(2)上的电阻导轨(1)，所述电绝缘板(2)紧固到所述容器的一部分上，所述控制装置控制所述加热元件的供电，所述控制装置包括多个电子部件，所述电子部件中有开关部件(11)、控制部件(6)以及至少一个测温部件(9)，所述开关部件(11)能够断开和闭合所述加热元件的电源电路，所述控制部件(6)用于根据从所述测温部件(9)输出的信号来控制所述开关部件(11)，所述家用电器的特征在于，至少所述测温部件(9)、开关部件(11)以及控制部件(11)位于所述绝缘板(2)上的没有电阻导轨(1)的单个区域中，所述区域被没有电阻导轨(1)和电子部件(6，9，11)的外围区所包围。

Description

用于加热液体的家用电器

技术领域

本发明涉及用于加热液体的家用电器，其带有容纳待加热液体的容器，如壶。本发明属于带有容器的家用电器领域，所述容器用作容纳待加热液体的外壳。

现有技术

通常“壶”这个词是指住宅用途家用电器，其带有用于容纳待加热液体的容器。壶还包括通常位于容器底部的利用电阻元件的加热元件。当为所述电阻元件供应电流时，所述电阻元件可通过焦耳效应来加热容纳在容器中的液体。

电热壶的特征通常在于其所使用的低电功率和其相对低的容量，其电功率一般低于3000W，其容量一般小于2.5升。通常，此类电热壶用来每天多次尽可能快地使水达到沸点。因此壶必须如其它大量销售的家用电器那样耐用、有效以及便宜。

然而，现有技术中已知的壶在可靠性和/或成本方面不完全令人满意。首先，例如已知壶的下部结合了将加热、调节、安全、连接以及控制功能所需的所有部件集合在一起的整套组件，所述下部在用来传导电阻导轨所发出的热的金属盘之下。

为了连接到电源，此类组件通常包括机电连接器，由于连接器是复杂部件，因此很昂贵。

而且，所有这些部件必须放置地与加热元件有一定距离，这导致不可忽视的空间需求。此外，沸腾调节或检测的功能经常通过称为“双金属器件”的部件来执行，由于构成双金属器件的两种金属的热膨胀差，所述双金属器件断开加热元件的电源电路。然而，为了使双金属器件发挥它们的作用，必须提供能够使它们与容纳在容器中的液体的沸腾所产生的蒸汽形成接触的管。这样的布置容易显著增加制造成本，并因此增加此类壶的成本价格。此外，双金属部件的精确性是相对有限的，换句话说，通过这些部件的加热在不定时间终止。

最近，双金属部件被电测温部件(即能够在加热期间测量温度升高的部件)所取代，所述电测温部件是负温度系数(N.T.C)电阻器型或恒温器型部件。测温元件被认为是提供能够随着其周围温度而改变的电信号的部件。

然而，尽管此类电子部件在使用寿命和温度测量的精确性方面优于双金属元件，此类部件的位置靠近加热元件，导致现有技术的壶的问题。因此，由于此类电子部件能够经受相当高的温度，它们被安置得接近加热元件的电阻导轨，即接近易形成壶垢的区域，如例如文献FR-A-2791857中的壶的情况那样。

一般而言，上述测温部件的功能是测量代表被加热液体温度的温度，但是它们不直接测量液体的温度。相反，这些测温部件测量电阻导轨的温度的变化，该温度间接代表被加热液体的温度，如上述文献中的壶的情况那样。

事实上，只要液体在被加热，电阻导轨的温度就上升。当液体沸腾时，即当液体温度不再变化时，从电阻导轨到液体的热能耗散变慢，结果电阻导轨的温度开始停滞不动。就是通过调节电路对所述停滞不动的检测引起控制电路切断加热元件的电源。

然而，随着每个加热周期逐渐形成在将热传导到液体的盘上的壶垢层，趋于使电阻导轨与被加热液体热“绝缘”。因此，随着壶垢堆积在壶中，电阻导轨的温度，即通过上述测温部件所测量到的温度，趋于较差地代表被加热液体的温度。

这种偏离可导致加热液体至沸点所需时段变得较长或较短，这不能令用户满意。壶的用电量将由于过长的加热时段而增加，或者液体不再达到目标温度，例如在沸腾情况下是100℃。

在最坏情况下，过大的偏离导致与加热元件相关联的安全部件(例如热保险丝)的毁坏，结果壶永久关断。

此外，文献WO-A-98 54931公开了一种壶，该壶的测温部件布置在近似电阻导轨的载板的中央，并且该壶的其他控制组件移动到壶柄。

因此本发明的目的是消除或至少严格地限制由于壶垢堆积在加热元件上而引起的加热元件温度测量的误差，并因此避免对被加热液体的温度调节的任何偏离。

除了解决不可靠性，本发明的目的是还要解决现有技术的壶的其它缺点，尤其在易于生产、由此的成本需求以及空间需求方面。

发明内容

因此本发明涉及用于加热液体的家用电器，其温度调节不依赖于加热元件上的壶垢的量，其设计允许其被容易并低成本地生产，并且其电子部件可被布置在较小空间之内。

本发明涉及用于加热液体的家用电器，其具有容器、加热元件以及控制装置，所述容器用于容纳待加热液体，所述加热元件具有至少一个电阻导轨，所述电阻导轨通过丝网印刷到与所述容器的一部分成一体的电绝缘板上而产生，所述控制装置用于控制所述加热元件的电源。所述控制装置具有多个电子部件，在这些电子部件中有开关部件、控制部件以及至少一个测温部件，所述开关部件能够断开和闭合所述加热元件的电源电路，所述控制部件用于根据从所述测温部件输出的信号来控制所述开关部件。根据本发明，所述设备的特征在于至少这些测温部件、开关部件以及控制部件位于所述绝缘板上的没有电阻导轨的单个区域中，所述区域被没有电阻导轨和电子部件的外围区所包围。

换句话说，所述测温部件设置为与电阻导轨有距离。因此，所述测温部件在以下区域中测量绝缘板的温度，所述区域的温度受液体温度影响比受加热电阻器温度影响大的区域。在说明书的下文中，“电绝缘板”指不一定整体电绝缘、但至少在容纳电阻导轨的表面上电绝缘的板。因此所述板可以是金属板，通常是由于其食品相容性特征而被使用的不锈钢金属板，在其用于容纳电阻导轨的表面上涂有瓷漆层或类似层。所述板也可以是电绝缘材料板，通常是基于陶瓷或玻璃材料的板，电阻导轨可直接丝网印刷在所述板上。适当时，所述板可以地在其与液体接触的表面上涂有与食品接触相容的层。所述层可以例如是基于不锈钢的层。

实际上，所述外围区的宽度可使得当所述容器中存在液体时，所述区域中任何点、尤其是接近测温部件的点的最大温度保持低于105℃。

因此，所述部件可位于形成相对较少壶垢的区域。

而且，所述控制装置的主要电子部件全部位于同一特征区域内，使得可以减少所述控制装置的电子部件所占据的空间。

根据本发明的一个实施例，所述外围区的宽度可大于或等于5mm。

这使得可以限制测温部件所在区域的温度。

根据本发明另一个有用的特征，所述区域的表面面积占绝缘板的总表面面积的至少10％、并更具体为至少15％。

这使得可以确保所述区域中的温度是相对冷的，这有助于位于其中的电子部件的正常运行。

根据本发明一个有用的实施例，测温部件可位于绝缘板的中央部分。

这使得特别可以测量代表了被加热液体温度的温度。

有用地，测温部件可被表面安装在绝缘板的表面上，电阻导轨在所述绝缘板的所述表面上延伸。这个特征使得可以更容易地制造所述电器、减小其尺寸并由此减少成本价格。

实际上，测温部件可以是其电阻根据所述绝缘板的位于所述区域附近的温度而变化的热敏电阻器。此类部件使得可以以适于所述电器的加热周期的精确性、测量范围以及响应特性来测量温度。

实际上，热敏电阻器可以是负温度系数型。此类部件提供可容易地用来控制开关部件的信号。

根据本发明的另一个有利的实施例，所述家用电器可以具有第二测温部件，所述第二测温部件位于绝缘板上接近电阻导轨之处。

因此不像第一测温部件，第二测温部件位于加热元件的壶垢相对容易地堆积的区域。因此，通过比较第二测温部件和第一测温部件所测得的温度，可以确定电器的结垢程度。特别地，当容器内没有水就接通水壶时，该第二测温部件使得可以检测称作“干工作”的工作状态，这种工作状态可能导致加热导轨的温度迅速上升直到它们被毁坏。

实际上，所述电器具有告警电路，当由所述两个测温部件测得的温度之差超过预定阈值时，所述告警电路能够提供可见或可听见的信号。

此外，本发明还涉及一种方法，对用于加热液体的家用电器的制造而言，所述方法的实施被简化。此类方法使得可以以较低成本生产此类电器。

本发明的方法用于制造用于加热液体的家用电器，所述家用电器具有用于容纳待加热液体的容器，所述容器具有包括绝缘板的加热元件。根据本发明，所述方法包括以下阶段：

-通过丝网印刷到绝缘板上来自动化地产生电阻导轨；

-自动化地为所述绝缘板涂上至少一个保护层；

-自动化地产生具有多个电子部件的控制装置，所述电子部件中有开关部件、控制部件以及至少一个测温部件，所述开关部件能够断开和闭合加热元件的电源电路，所述控制部件根据从所述测温部件输出的信号来控制开关部件，所述电子部件通过导电导轨来连接，所述导电导轨的产生也是自动化的。

本发明的方法的特征在于，至少测温部件位于电绝缘板上的没有电阻导轨的区域中，所述区域被没有电阻导轨和电子部件的外围区所包围。

实际上，所有这些电子部件在所述区域中的布置可以是自动化的。

附图说明

根据以下示例实施例，本发明可被实施的方式以及由此产生的优点将更加清楚，所述示例实施例被给出以作为指导而非限制，并且得到附图支持。

图1是根据本发明的电器的一些电气部件的示意性的概略透视图。

图2是根据本发明的家用电器的包括容器的主体的截面的示意图。

具体实施方式

图1示出根据本发明实施例的并且在图2中示出的家用电器的电气部件。通常，如图2所示，壶底具有总体形状为圆盘的盘20，但是在不超出本发明范围的情况下盘20也可采用其它形状。这里，盘20包括在形成壶的容器的底部接合到壁24的平面金属底21，壁24通常由塑料材料制成。

盘20通常借助凸缘(未示出)来接合，所述凸缘通过拉拔而产生，并且设置在金属底21的周边上。为了避免使塑料材料制成的壁24过热，盘20可在其外围具有例如截头圆锥环面的部件或形状，所述部件或形状能够产生限制凸缘温度的热梯度。

在这种情况下，所述盘包括平面加热板2，板2被密封地保持在两个外围环(上环28和下环29)之间，所述两个环自身被延展壶外壁的下固定边缘27紧紧保持。

金属底21由符合卫生和食品要求的金属比如不锈钢制成。也可根据在不锈钢上形成壶垢的速率来选择不锈钢，以便延迟和限制壶垢的形成。

因此这样接合的盘20在其表面配备有朝下的部件。此外，遵照惯例，壶底能够连接到用于提供电能的底座。

图1示出盘的“干”表面，所述盘通常位于构成壶的容器的底部。所述表面相对于与待加热液体接触的表面被描述为“干”。事实上盘的另一表面或“上”表面与液体接触，因此可被称作绝缘板2的“湿”表面。湿表面通常由形成金属底21的金属制成，以便通过盘20的整个表面将热能传导到待加热液体。

如图1所示，在“干”表面上有产生于电绝缘板2上的具有电阻导轨1的加热元件。在图1和图2的范围中，“电绝缘板”被认为是指具有沉积在构成盘20的金属底21上的电绝缘涂层的板。在这种情况下，电绝缘板22具有一个或多于一个覆盖构成盘20的金属底21的下表面的瓷漆层。

如同可制成盘20的其它材料的厚度和性质一样，瓷漆层的厚度和性质被选择成将在电阻导轨1上通过焦耳效应所释放的热能传导到待加热液体。换句话说，尽管它们是电绝缘的，但是制成盘20的材料是比较好的热导体。

作为盘20的所述实施例的可替选实施例，盘的底可由电绝缘材料比如陶瓷材料或玻璃制成。为此，可使用符合卫生和食品要求的材料，或者可将具有所述相容性的膜涂到电绝缘材料上。此外，容器的剩余部分、尤其是壁，可由玻璃制成，玻璃特别提供好的相对热绝缘和对被加热液体状态的可视监控。

位于绝缘板2的中央部分的是用于控制加热元件的电源的装置，所述装置由多个电子部件构成。这些电子部件具体包括测温部件9、开关部件11以及控制部件6，所述测温部件在这种情况下是负温度系数(N.T.C.)电阻器，所述开关部件能够断开和闭合加热元件的电源电路，所述控制部件用于根据从测温部件9输出的信号来控制开关部件11。

在图1中示出的示例中，测温部件是负温度系数(N.T.C.)电阻器，但是它也可以是别的电子部件，只要所述电子部件能够输出随其周围温度而改变的电信号、并且能够经受温度升高到高温的周期，所述高温通常是在100℃和125℃之间的范围内。

因此测温部件9可包括微控制器，尤其是控制电阻导轨的电源的微控制器。实际上，特定微控制器的时钟频率根据微控制器周围环境即附近区域的温度而变化。这种结构允许减少所需电子部件的数量。

开关部件11，根据定义作为切断电源的部件，在图1的示例中是三端双向可控硅开关部件(triac)。然而，别的电子部件比如如继电器也可执行该功能。

类似地，在此通过微控制器示出了控制三端双向可控硅开关部件11的控制部件6。然而，也可在不超出本发明范围的情况下使用别的部件来控制开关部件11。

根据本发明，测温部件9位于绝缘板2上的没有电阻导轨1的区域内。此外，图1中通过粗黑线示出的所述区域被外围区包围，所述外围区也没有电阻导轨1和电子部件。因此，所述外围区是一种“无人区(no man’sland)”或“电子沙漠”。

因此，测温部件9被设置成与电阻导轨1有距离。因此随着每个加热周期将逐渐堆积相对大的壶垢沉积的地方不紧邻盘的这些区。

因此，利用根据本发明制造的电器，由于液体的单一实际温度，盘的结垢实际上不会导致测温部件9所产生的信号的漂移。换句话说，测温部件尽可能直接地测量液体温度，无需使用本身要通过根据预定校准的插值来修改的中间测量结果。

此外，使用电子部件来测量被加热液体的温度允许去掉先前用来检测液体沸腾的蒸汽管。在使用负温度系数型的可变电阻器的情况下，也可获得液体温度测量的更高精确性。

换句话说，测温部件9位于绝缘板2上的相对于电阻导轨附近主要的温度可被描述为“冷”的区域中。事实上，考虑到液体中发生的热对流和盘中发生的热传导，尤其在沸腾期间，“冷”区域的温度升高到略微高于液体温度。

因此，在液体是水的情况下，沸腾温度是100℃，同时所述冷区域的最高温度在80℃和105℃之间。在没有液体的情况下，显然电阻导轨1发出的热能较差地耗散，使得所述冷区域可超过105℃。然而，在这种情况下，可设置热安全部件比如保险丝来切断电源。

实际上，外围区具有至少5mm的没有电阻导轨1和电子部件的宽度。因此外围区构成限定绝缘板2的“冷”区域的“无人区”或电子沙漠。

在图1的示例中，控制装置的所有电子部件位于冷区域内，这确保它们具有最低使用寿命。此外，没有电阻导轨1的冷区域的表面面积占绝缘板2的总表面面积的15％。该特征允许划定相对大范围的冷区域，所述冷区域的最高温度略微高于液体温度。

此外，在图1的示例中，测温部件9位于绝缘板2的中央部分。这使得可以测量以下温度，所述温度更直接地代表被加热液体，并且实际上独立于可发生在容器边缘并因此在盘边缘上的热对流的情况。

图1还示出壶的控制装置的其它部件，所述部件的功能与现有技术中的部件功能类似。除了别的以外，这些部件包括：

-连接器3、23，其用于主电压(例如220V)电源，连接器的引脚焊接到丝网印刷在绝缘板2上的金属层，例如银层；

-接地引脚4，其直接焊接到例如是不锈钢的金属底21上，作为散热器；所述接地引脚可通过形成绝缘板2的绝缘层来与电源引脚隔离；

-电阻器5，其用于一放在其座上就以低电压(例如15V)向所述电器的电子控制电路(在图1中在绝缘板2的中央)供电；

-一些启动触点7，其连接到微控制器6的输入端；

-标准的热保险丝13，如果由微控制器6控制的调节电路失效，则热保险丝13作为安全部件；

-发光二极管12，其作为发光开/关信号，并且所发的光被传向壶的外部；

-部件10，其检测“干”工作状态，即在没有液体时的工作，在这种情况下其包括负温度系数热敏电阻器。

在工作中，当为加热元件的电阻导轨1提供电功率时，容纳在容器中的液体变热，引起测温电阻9周围的温度上升。因此，当水沸腾时，微控制器6根据测温部件9输出的信号来控制开关部件11，以此方式来断开为电阻导轨1提供电功率的电路，并因此停止加热液体。通过负温度系数(N.T.C.)电阻器9进行的测量来确定水到沸点的转变。

此外，根据本发明的另一有利实施例(图1中未示出)，第二测温部件8可位于容易结垢的区域中，实际上接近(大概3mm)电阻加热导轨，以此方式来检测甚至量化壶的结垢。

实际上，对于检测“干”工作状态而言，所述第二测温部件8可与部件10相同。

实际上，测温部件9和所述第二附加测温部件所测得的温度之间的差依赖于沉积在盘上的壶垢层的厚度。因此，可量化壶的结垢，并且由此如果超过预定阈值，则向壶的用户警告这种情况。

因此用户可知道其壶结垢的烦扰等级。如果壶被除垢，则由于可能沉积在第一测温部件附近的少量壶垢被及时清除，因此这样的特征也允许确保第一测温部件的无偏离操作。

在制造本发明的电器对象时，可利用相对自动化实现的过程来操作，以便低成本并品质一致地生产此类电器。

此类过程包括下述阶段：

-在金属底21上自动化地产生第一绝缘层；

-在绝缘板或层2上通过丝网印刷来自动化地产生电阻导轨1；

-在绝缘板或层2上自动化地产生传导导轨电路；

-自动化地为绝缘层2涂上至少一个保护层，在用于部件和连接器连接的位置产生开口；

-自动化地产生具有多个电子部件的控制装置。

除了别的以外，这些部件包括：N.T.C.电阻器9、开关部件11、部件6以及第二N.T.C.电阻器(未示出)，所述开关部件11用于向加热元件供电的电路，所述部件6用于根据来自N.T.C.电阻器9的信号来控制开关，所述第二N.T.C.电阻器用来确定壶的结垢程度。在部件之间形成电连接的阶段，电子部件通过导电导轨来连接，所述导电导轨以自动化方式来产生。

根据所述方法，N.T.C.电阻器9位于绝缘板2上的没有电阻导轨1的区域，并被“无人区”、即没有电阻导轨和电子部件的外围区所包围。

此外，通过在位于相关位置的开口中沉积层(例如银层)来产生部件和传导导轨的一些端接触之间的电连接。然后其它层被产生为保护放置在盘的“干”表面上的所有电子部件和导体，比如电阻导轨和电连接。

上面过程的结果是本发明的电器对象更可靠，因为温度调节不依赖于加热元件的结垢。此外，给出了其结构，使得生产此类电器更容易，并因此降低了成本价格和空间需求。

此外，可在更小空间内实现电气或电子部件的布置，同时确保它们的相对长的使用寿命，因为它们距电阻导轨的距离意味着它们不被过度加热。

发光二极管在用于控制装置的电路中的布置允许通过从保持环28、29或从下边缘27延伸出的光导，以很小的附加成本来产生发光指示器。所述光导可将光传到下边缘27上的多个外围位置，以获得更好的可见性。

此类电器可用来加热水、乳品或类似的液体。根据其用途，通常可称作壶或乳品发泡器。

Claims (12)

1.一种用于加热液体的家用电器，其具有容器、加热元件以及控制装置，所述容器用于容纳待加热液体，所述加热元件具有至少一个电阻导轨(1)，所述电阻导轨通过丝网印刷到与所述容器的一部分成一体的电绝缘板(2)上而产生，所述控制装置用于控制所述加热元件的电源，所述控制装置具有多个电子部件，所述电子部件包括开关部件(11)、控制部件(6)以及至少一个测温部件(9)，所述开关部件(11)能够断开和闭合所述加热元件的电源电路，所述控制部件(6)用于根据从所述测温部件(9)输出的信号来控制所述开关部件(11)，其特征在于，至少所述测温部件(9)、开关部件(11)以及控制部件(6)位于所述绝缘板(2)上的没有电阻导轨(1)的单个区域中，所述区域被没有电阻导轨(1)和电子部件(6，9，11)的外围区所包围。

2.根据权利要求1所述的电器，其特征在于，所述外围区的宽度使得当所述容器中存在液体时，所述区域中任何点、尤其是接近所述测温部件(9)的点的最高温度保持低于105℃。

3.根据上述权利要求之一所述的电器，其特征在于，所述外围区的宽度大于或等于5mm。

4.根据上述权利要求之一所述的电器，其特征在于，所述区域的表面面积占所述绝缘板(2)的总表面面积的至少10％、并且更具体地为至少15％。

5.根据上述权利要求之一所述的电器，其特征在于，所述测温部件(9)位于所述绝缘板(2)的中央部分。

6.根据上述权利要求之一所述的电器，其特征在于，所述测温部件(9)被表面安装在所述绝缘板(2)的表面上，所述金属导轨(1)在所述绝缘板(2)的所述表面上延伸。

7.根据上述权利要求之一所述的电器，其特征在于，所述测温部件(9)是电阻根据所述绝缘板(2)的位于所述区域附近的温度而变化的热敏电阻器。

8.根据权利要求7所述的家用电器，其特征在于，所述热敏电阻器是负温度系数电阻器型。

9.根据上述权利要求之一所述的家用电器，其特征在于，所述家用电器具有第二测温部件，所述第二测温部件位于所述绝缘板(2)上接近所述电阻导轨(1)之处。

10.根据上述权利要求之一所述的家用电器，其特征在于，所述家用电器具有告警电路，当由所述测温部件测得的温度之差超过预定阈值时，所述告警电路能够提供可见或可听见的信号。

11.一种制造用于加热液体的家用电器的方法，所述家用电器具有用于容纳待加热液体的容器，所述容器具有包括电绝缘板(2)的加热元件，所述方法包括以下阶段：

-通过丝网印刷到所述电绝缘板(2)上来自动化地产生电阻导轨(1)；

-自动化地为所述电绝缘板(2)涂上至少一个保护层；

-自动化地产生具有多个电子部件的控制装置，所述电子部件中有开关部件(11)、控制部件(6)以及至少一个测温部件(9)，所述开关部件(11)能够断开或闭合所述加热元件的电源电路，所述控制部件(6)用于根据从所述测温部件(9)输出的信号来控制所述开关部件(11)，所述电子部件通过导电导轨来连接，所述导电导轨的产生也是自动化的；

其特征在于，至少所述测温部件(9)、开关部件(11)以及控制部件(6)位于所述电绝缘板(2)上的没有电阻导轨(1)的单个区域中，所述区域被没有电阻导轨(1)和电子部件(6，9，11)的外围区所包围。

12.根据权利要求11的方法，其特征在于，所有所述电子部件(6，9，11)在所述区域中的布置是自动化的。

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