加热元件组件和液件加热容器制造技术

一种用于沸水容器的厚膜加热元件被固定到容器底部上，一个由铜或铝制成的散热层设置在容器底部和厚膜加热元件之间并沿侧向超过厚膜加热元件的边缘。该厚膜加热元件的尺寸约为传统厚膜加热元件的一半（约为６０ｍｍ比１１０ｍｍ），由此降低了成本；另外，厚膜加热元件的功率密度至少为两倍（６０Ｗ／ｃｍ↑［２］与３０Ｗ／ｃｍ↑［２］相比），而且不会在工作过程中产生过多噪音。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及与电加热元件有关的改进，确切地说，本专利技术涉及与所谓厚膜型的加热元件有关的改进，所述厚膜加热元件包括一个通常由不锈钢制成的基片，该基片载有电阻加热轨或电阻加热层，该电阻加热层(轨)可以对基片特性而言是适当地成型于一个设置在基片上的且通常是玻璃的电绝缘层上。还可以作为保护措施地将另一个电绝缘层设置在电阻加热轨或电阻加热层上。厚膜加热元件可用于各种不同领域，目前，这种厚膜加热元件已在电加热型沸水容器、家用水壶和热水瓶领域中得到广泛使用，例如与设有金属外壳结构的传统浸没式加热元件相比，其整洁的外观具有美观优势。此外，与传统的套装加热元件相比，这种厚膜加热元件能够承受更高的功率密度并因而缩短煮沸时间。为克服或至少缓解上述变形问题，我们的英国专利申请9908918.7提出了，在一个厚膜加热元件的基片上设置一个略呈拱形的弯曲部，在拱形基片的隆起表面上形成加热元件轨道或加热层并且通过将拱形厚膜压平到一个要加热的平坦表面上地把由此形成的厚膜加热元件粘到所述平坦表面上。尽管我们的英国专利申请9908918.7有希望克服变形问题，但在制造和使用厚膜加热元件的过程中，还存在其它会限制其广泛应用的问题，即(i)所用的材料比较昂贵。因此，凡是能够减少材料用量的措施都是我们所需要的。这些措施包括减小基片厚度、缩小基片尺寸和印刷面积。(ii)可用功率密度受到在这种加热器件加热水时所产生的噪音的限制。噪音主要由局部形成的快速破裂的蒸汽泡产生，气泡快速破裂的原因是，由于功率密度太高，以至不能在元件表面附近且尤其是在加热轨所在位置的正对面形成对流。(iii)有限的功率密度使得加热器件具有较大面积，从而不仅导致了成本增加，而且导致了不能在超过一个非常小的倾斜角的情况下进行操作。为解决该问题，传统方法是昂贵地采用多个保护器或电子仪器。(iv)目前，使用很成功的唯一的不锈钢基片就是400系列不锈钢。这些材料的耐蚀性很差并且装饰表面的质量不好。为解决这个问题，有人曾提出使用各种不同的涂层，但使用涂层增加了成本并提高了加热轨的工作温度。(v)为了能够承受因装置滥用而产生的热冲击和机械冲击，通常需要采用较厚的钢制基片，这样就增加了成本。(vi)目前采用的丝网印刷技术只能用于平坦表面，而且印刷表面上不能有凸缘或其它凸起。这就限制了这种元件的使用范围。(vii)为克服平面印刷工艺的局限性，或许可以将上述平板加工成一个独立容器。但常用于制造容器的材料(一般为300系列不锈钢)不足以兼容地允许低成本的且流水作业式的直接装配连接。任何材料都可被用作散热中间层，只要其导热性明显强于所用的不锈钢就行，即约20W/sqM/℃。由于其导热性强、成本低且与上述装配工艺兼容，所以优选的材料为铜和铝。可以采用与任何一种固定铝制安装板如快速电锅型元件的已知方法相同或相似的连接方法，即利用任何公知热源的冲击压力连接、焊接或钎焊。但出于其可控制性的考虑，最佳的方法是感应钎焊。这种技术要求提供一种质量高、可重复使用且缝隙很少的接头。将散热层连接到容器上是首先如通过冲击连接并随后分别对加热元件进行感应钎焊而完成的，从而能够有机会检查容器/散热层接合部的质量。在延伸到加热元件之外的散热层局部上可设置一些出口，以便能够在钎焊过程中排出焊剂和烟气。在钎焊过程中，最好用约4吨的夹紧力将部件压在一起，以确保在接合区域内没有任何间隙地压平板件。这种夹紧力能够使我们的英国专利申请9908918.7被用到本专利技术中。在权利要求书中描述了本专利技术的上述及其它的特征，下面将参照如附图所示的实施例对本专利技术加以说明。图2A、2B示出了附图说明图1所示厚膜加热元件的一个替换外周边缘结构。图3为图1所示厚膜加热元件的平面图。人们通常认为功率密度大于30W/cm2的厚膜加热元件将会产生不能接受的噪音。这就等于在成型于一个直径为120mm的且具有圆形平面密封区的圆盘上的元件上的约为3kW的总功率输出。根据本专利技术的教导，我们提出使用一个功率密度明显增大并形成于约60mm圆盘上的加热元件。还提出散热层将热量分散到超出圆盘约10mm的区域内，这样就形成了有效直径为80mm的加热元件。应记住的是，厚膜加热元件的材料成本与其面积(厚度是不变的)成比例，在传统技术中，直径为80mm的元件的材料使用量比根据本专利技术制成的直径为60mm的元件的材料使用量多78％，这就表明本专利技术能够显著节约成本。当然，也可能存在与上述情况接近的情况，因为该实施例的功率密度很快就会落在圆盘区域1之外而且将向中心集中。但是，对设置于不锈钢基片上的传统厚膜加热器件的试验表明热量不会均匀分布在整个表面上，而是密集地集中在轨道正上方，轨道间几乎没有加热现象。实际功率密度要远大于功率除以盘区所假定的功率密度。据信，这就是过多噪音的起因。这种作用是由导热性差的不锈钢基片造成的，这种差导热性迫使热量垂直流向加热器件表面并经过材料厚度方向并明显限制了热量侧流动。通过添加本专利技术提出的散热层，热量既可侧流动，又可横向流动，从而在液体加热表面上形成均匀的热量分布。这样，液体加热表面上的功率密度就会接近由功率除以表面区的计算值，而不是功率除以(更小的)加热器件轨道区的计算值。这样一来，就会形成较低的有效功率密度并明显减少所产生的噪音。作为一个改进例子，下面的数值是从现有元件中得到的。对于一个直径约110mm的传统元件而言，加热轨道的功率密度为68W/cm2。这样，如果散热层是完全有效的，那么加热器件的面积可以减小到不到一半，同时还能在液体加热表面上保持相同的功率密度。通过在围绕加热器件圆盘周边的表面区域内进一步提高增益系数，可以进一步减小加热器件体积。最终结果就是大幅度降低了制造元件所用的材料成本。直径为77mm的圆盘的面积为直径为110mm的圆盘面积的一半，当考虑到散热层时，元件直径约为60mm，这一数值就是上述实施例所用的数值。因此，理论上讲，直径为60mm的元件在液体加热表面上的功率密度能够达到直径为110mm的传统元件在液体加热表面上的功率密度。这样就可以减少三分之一以上的面积。当完全实现自动化时，元件的材料成本约占元件总成本的80％以上。我们相信，轨道的功率密度还可以被进一步增加到100W/cm2以上，从而进一步降低成本。最后，可能由需要形成电连接及其有关的漏电和公差所造成的面积缩小以及容纳如图3示意所示的任何所需的元件保护控制器而所需的面积产生了限制。这种面积缩小可以随着基片厚度减小应运而生。目前，1.2mm-1.5mm的基片被用于提供良好的机械刚度并能抵抗热冲击和机械冲击。我们建议减小基片厚度如减小到0.3mm，从而在不使轨道工作温度进一步升高的情况下，允许使用高功率密度。我们希望散热层所产生的传热率的提高将使轨道工作温度降低到可接受的数值，但考虑到本专利技术的热流途径比较狭窄，因此这只能通过把整个夹层结构的热阻降低到与上述情况相似的数值范围内来实现。散热层的支承和缓冲作用及水处理板和/或器壁的支承作用可使基片很薄。这样，整个装置承受机械冲击和热冲击的能力就会比只有一个上述厚度的基片的元件要好。为进一步提高导热性，我们建议，将最好由300系列不锈钢制成的容器壁减小到0.3mm，其中300系列的不锈钢通常用于制造不锈钢烹饪容器例如蒸锅。这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加热元件组件，它包括一个具有厚膜结构的加热元件主体，该加热元件主体被固定到一个要加热的表面上，一个散热层设置在加热元件主体和所述要加热表面之间，所述散热层沿侧向超过了加热元件的周边。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RA奥内尔，RK莫雷，
申请(专利权)人：奥特控制有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]