CN1132501C - 加热元件 - Google Patents

Abstract

加热元件(2)包括导热底衬(4)、在该底衬(4)上的电绝缘层(6)和在该绝缘层上的加热轨道(8)。加热元件(2)具有在元件(2)的一个侧面上形成的凹面(12)的盘形部分，该绝缘层(6)和加热轨道(8)形成在该凹面(12)上。加热元件适合于用在液体加热方面，包括用在电热壶上。

Description

加热元件

本发明涉及例如用在液体加热容器如电热壶、电饭锅、咖啡壶等容器中的电加热元件。

对于上述容器已知应用各种类型的加热元件。直到最近，绝大多数普通形式的加热元件是浸入式部件，它主要包括金属线卷，该线卷通电流时便发热。

最近倾向于生产平直的加热元件。例如在电热壶的情况下，这种加热元件的优点是容易清洗电热杯的内部，而且可以煮沸少量的水，因为只需要少量的水便可以覆盖加热元件。平直的加热元件还使加热壶的内部具有改进的外观。

生产平直加热元件的一种方法是简单地将常规线圈固定在平直金属底衬的下侧面上。然而现在正开发将厚膜加热元件用在液体加热容器中。本发明涉及厚膜加热元件。

厚膜加热部件，通常包括平的金属底衬，绝缘电介层沉积在该底衬上，并在该电介质绝缘层上形成厚膜加热轨道花样。与这种厚膜加热元件相关的一个问题是对这种加热元件很难获得足够大的击穿电压。为使加热元件达到有关的工业标准，要求加热元件有足够高的击穿电压。例如，在热力试验例如煮干和干煮试验之前和之后加热元件可以承受“击穿试验”。在加热元件操作期间，在上述热力试验和正常操作期间，热应力会在绝缘层中形成微裂痕。这种裂痕破坏了绝缘层的绝缘特性，造成击穿电压降低。设法改进绝缘层的质量便可以增加击穿电压。

按照本发明，提供一种液体加热容器用的加热元件，该元件包括导热底衬、形成在底衬上的电绝缘层和沉积在电绝缘层上的加热轨道，其特征在于，加热元件具有盘形部分，该部分在元件的一个侧面上形成凹面，而绝缘层和加热轨道形成在加热元件的凹面上。

应用其凹面上具有绝缘层和加热轨道的盘形加热元件可以保证绝缘层处于永久受压缩的状态，已经发现这种状态有助于防止形成微裂痕。

底衬和绝缘层最好在加热元件上具有基本上均匀的厚度。这使得底衬可以用平板形的导热材料制作，然后再形变为要求的形状。

凹面最好在整个表面具有大体均匀的曲率半径。当底衬为圆板时，曲率半径可以比该板的直径大5倍。在适合于作电热壶加热元件的120mm直径的底衬的情况下，这种曲率半径引起底衬边缘与平面部件偏移约3mm。已经发现，这种数量级的偏移足以改进绝缘层的特性。

实际上，曲率半径最好大于底衬直径的10倍。

底衬最好为钢板，绝缘层最好为搪瓷层。无论用陶瓷层还是用搪瓷层作绝缘层本发明均可以提高绝缘层的击穿特性。

本发明还提供制造加热元件的方法，该方法包括以下步骤：

i)形成平直的导热底衬；

ii)成形底衬，使得在底衬的一个侧面上形成凹面；

iii)在整个底衬的凹面上形成绝缘层；

iv)在整个绝缘层上形成加热轨道。

下面参考附图用举例方法说明本发明，这些附图是：

图1示出常规加热元件；

图2示出本发明的加热元件；

图3示出装有图2所示加热元件的电热壶。

图1示出常规的平直加热元件。加热元件2包括底衬4，在该整个底衬上形成绝缘层6，并在绝缘层6上形成加热轨道8。

底衬4包括用导热材料例如钢或不锈钢作的板。不锈钢当然是最好的，因为在加热水的应用中它具有耐腐蚀的优点。底衬4一般形成为平的金属板，然后再形成为合适的形状。图1示出圆形元件(特别适合于作电热壶底部)。底衬4的厚度约为1mm，此厚度已使加热元件相当结实，并且还可经元件充分地传递热量(液体接触衬底4与加热轨道8相对的侧面)。

绝缘层6例如可以包括玻璃陶瓷材料。这种材料可以通过在底衬上丝网印刷粉末的玻璃陶瓷材料而加在底衬上，并通过加热而使材料结晶。加热整个底衬可使粉末涂层结晶，从而在底衬的一个或两个侧面上形成要求的连续的玻璃陶瓷层。绝缘层的厚度约50～250微米。

本领域技术人员众所周知许多玻璃陶瓷混合物，选择用作绝缘层的陶瓷材料依赖于需要的绝缘层的特性，例如介电常数、击穿电压、漏电电流和电阻。

可以用搪瓷底衬代替玻璃陶瓷介电涂层。这涉及将玻璃釉料融合在金属底衬上，方法是浸入、喷雾或印刷底衬并焙烧涂层的底衬，使搪瓷熔化形成玻璃涂层。在涂搪瓷之前喷砂底衬可以提搪瓷和钢的粘附力。技术人员还知道可以用来形成介电绝缘层的各种搪瓷和涂搪瓷的方法。

加热轨道8采用厚涂模法成形在绝缘层上。加热轨道8包括连接在两个电极10之间的可以为任何适合形状的电阻路径。示于图1的是锯齿形电阻路径，这种路径可以增加加热轨道的长度。加热轨道可以包括许多平行的分支，电子控制器例如用于调节温度的厚膜热敏电阻可以形成在底衬上。加热轨道8包括例如丝网印刷的糊剂，焙烧该糊剂可将加热轨道粘着在绝缘层6上。如本领域技术人员知道的那样，在选用最合适的厚涂膜加热轨道时最重要的因素是例如所用材料的电阻率和电阻的温度系数。在这种技术中通常采用银-钯的或镍基加热轨道。加热轨道8的厚度通常为10μm。

上述元件在这种技术中均是常规的，在本发明的加热元件中可以采用任何一种合适的底衬4、绝缘层6和加热轨道8的材料的组合，下面参照图2说明本发明。

如图2所示，元件2为盘形，使得元件2具有凹面12和凸面14。

绝缘层6和加热轨道8形成在底衬4的凹面12上，已经发现，这种方法可以增加介电层6的击穿电压。换言之，在绝缘层6出现损伤之前可以在加热轨道上加上更高的电压，这种损伤可使加热轨道8和底衬4之间的电阻减小。

我们认为这种加热元件2的击穿特性的改进是由于在向内的曲面上形成绝缘层6而使绝缘层6受到恒定的压缩造成的。这种弯曲起着偏压的作用，在加热元件使用时，由于底衬的受热引起的形变(通常元件的中央大于元件的边部缘)前归因于该弯曲部分的偏压力的作用。这种形变使绝缘层6保持在受压缩状态。

为清楚起见，图2示出的加热元件2的曲率被放大了。事实上，加热元件2的弯曲大小例如可以为，使元件2的周缘偏离接触元件2的中心的平面的量小于元件2直径的1％。因此对于120mm直径的元件，弯曲最好是使边缘的偏离量小于1mm。最好采用较大的曲率半径，因为这样的元件可以用在以前使用平面元件的容器中。另外，如果元件的曲率太大，则不可能用丝网印刷法印刷绝缘层和/或加热轨道。已经发现，如果元件的变曲很锐，则会丧失本发明的优点，因为绝缘层和/或加热轨道不再可能被均匀地沉积，这种不均匀沉积将造成热斑点和局部结构变弱。

为方便制造，元件2最好在元件的整个表面上具有相同的曲率半径。曲率半径最好大于元件直径的5倍，并可以大于元件2直径的10倍。因此这种元件可以用在通常用平直元件的容器中，而不用改变将元件密封在相应容器上的方法。

图3以简明的方式示出应用图2所示加热元件的电热壶。

如常规加热元件2一样，加热部件2悬挂于电热壶20的底部，其加热轨道8面朝下。在加热壶操作时，热量从加热轨道8经绝缘层6和底衬4传送到电热壶20的主体22内。电热壶20包括控制单元24，该单元还包括无线的或常规接头，并连接于加热轨道8的接电端子10。

在电热壶20上所用的控制器类型不影响本发明，因此不再说明。另外可以用各种已知的方法将元件2密封在电热壶20的底部上，在图3中示出密封件26。为清楚起见，在图3中的加热元件2的曲率被放大了。

在涂布绝缘层6和加热轨道8之前弯曲底衬4。例如在对钢板进行喷砂处理(如上所述)之后形成坯板，例如用模压法成形坯板。在喷砂之后进行模压操作还可以除去由于喷砂形成的极端大的表面不平度，从而提高绝缘介电层的附着力。在涂布绝缘层之前成形底衬可以明显地避免对绝缘层和加热轨道造成伤害，该绝缘层和加热轨道在成形底衬4之后用常规方法涂上去。底衬4还可以是模制件并具有改变的厚度。如果要求底衬的相对于绝缘层6的一侧具有特殊结构则需要用模制件。例如参照图3，如果需要，加热元件2的上表面可以保持完全平直的状态，或者使上表面甚至成形为凹面。

本发明的加热元件2当然可以应用于许多的加热方面。事实上，本发明可以应用于需用厚膜加热元件的任何已知的方面以改进加热元件的特性。

本领域技术人员阅读本发明以后可以明显看出其它的改型。这些改型可以包含其它元件，这些元件在电气或电子线路及其零件的设计和使用中是众所周知的，并且可用来代替本文所述的元件或使用除本文所述元件以外的元件。虽然权利要求书已针对元件的特定组合进行了明确表述，但是应当明白，本申请公开的范围还包括本文中明显公开的或隐含公开的任何一种新颖的元件或任何一种新颖的元件的组合，或包括技术人员可以明显看出一个或多个这些元件的广义化，不管这种广义化是否涉及到与现在任何一项权利要求中所述发明相同的发明，也不管这种广义化是否缓和了任何一个或所有的与本发明相同的技术问题。因此本申请人提请注意，新的权利要求书已针对在实施本应用或由此派生的其它应用之际所用的这些元件和/或这些元件的组合作出明确的表述。

Claims (6)

1.一种用于加热在液体加热容器底部中的悬浮液的加热元件，该加热元件包括导热的底衬、在底衬上的电绝缘层和沉积在该绝缘层上的加热轨道，该加热轨道和绝缘层限定加热元件的一个侧面，容器中的液体通过与加热元件的相反侧面的接触被加热，其特征在于，加热元件具有盘形部分，在该元件的一个侧面上该盘形部分形成一个凹面，该绝缘层和加热轨道形成在加热元件的凹面上，在整个凹面上具有大体相同的曲率半径。

2.如权利要求1所述的加热元件，其特征在于，在整个加热元件上底衬和绝缘层具有大体均匀的厚度。

3.如权利要求1所述的加热元件，其特征在于，底衬大体是圆形的，凹面的曲率半径大于底衬直径的5倍。

4.如权利要求3所述的加热元件，其特征在于，凹面的曲率半径大于底衬直径10倍。

5.如权利要求1或2所述的加热元件，其特征在于，底衬包括钢板，绝缘层包括搪瓷层。

6.一种电热壶，包括如权利要求1～5任一项所述的加热元件。

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