專利名稱：用于液體加熱容器的加熱元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如用于諸如電水壺，電飯煲，咖啡壺等液體加熱容器的電加熱元件。特別是涉及包括設(shè)置在基本上平的金屬基片上的導電加熱線路的加熱元件。
這類加熱元件正越來越多地用于電水壺中，在那里，其優(yōu)點是，壺內(nèi)清洗較容易，并且可以煮沸少量的水，因為其要求比慣用浸入元件要求的較少量的水來浸沒加熱元件。安全要求決定了，電水壺需要兩個保護裝置來確保至加熱元件的電源在電水壺過熱(例如，如果由于煮沸故障氣敏元件關(guān)掉了開關(guān)，或者，如果在壺內(nèi)無水的情況下其被通電)的情況下中斷。按照慣用方法，兩個過熱保護裝置被并入電水壺的控制裝置中，并且這些過熱保護裝置之一或者兩者可能包括雙金屬開關(guān)，當雙金屬條達到預定溫度時該開關(guān)關(guān)掉。另外，或者，控制殼體部分可能由塑料構(gòu)成，塑料在預定溫度下熔化，因此，在所有其他過熱保護裝置損壞的情況下，控制殼體本體融化，導致零件移動，造成至加熱元件的電源切斷。如果采用該熔化保護，可能只要求一個雙金屬開關(guān)形式的熱保護裝置。
EP 0 715 483公開了一種電加熱元件，它包括一個設(shè)置在基片上并且在兩個接觸墊之間延伸的導電加熱線路。該線路包括一個第一部分，該部分圍繞加熱元件的周邊延伸并且是一個線路的不加熱部分。該第一部分串聯(lián)在線路的第二，內(nèi)，加熱部分上。該不加熱的線路部分起一個熱熔絲的作用，其在加熱元件過熱的情況下斷開兩個接觸墊之間的連通。
本發(fā)明基于這樣的認識，即加熱線路本身可以起一個熱熔絲的作用，因此，無需提供附加的不加熱線路部分來起熱熔絲的作用。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面的內(nèi)容，提供一種用于液體加熱容器的加熱元件，它包括一個金屬基片，一個設(shè)置在該基片上的絕緣層，和一個設(shè)置在該絕緣層上的導電加熱線路，該加熱線路包括在兩個接觸墊之間延伸的路徑，該加熱線路限定的線路部分的較高密度區(qū)域和線路部分的較低密度區(qū)域，該些接觸墊位于較低密度區(qū)，其中，加熱線路構(gòu)形這樣設(shè)計，使得在元件過熱的情況下，加熱線路在加熱線路的高密度區(qū)域的一組預定位置的其中之一處斷開。
在本發(fā)明的加熱元件中，線路構(gòu)形設(shè)計得具有線路部分的高密度區(qū)和低密度區(qū)，而這可產(chǎn)生由加熱線路引起的局部熱點。這些熱點的適當設(shè)計能夠使在過熱時線路斷開的位置予以選擇，因此加熱線路可以充當一個可靠的熱熔絲。發(fā)生斷開的位置是很重要的，因為這能夠使電弧放電的危險以及線路斷開時高的電流沖擊的危險降至最小。
最好是，該些預定位置遠離接觸墊，以便，當在選擇的位置有線路斷開時，不會從斷開點向接觸墊發(fā)生可能招致火災危險的電弧放電為了限制在線路斷開時發(fā)生的電流沖擊的程度，希望線路斷開向加熱線路的中部發(fā)生，以便在斷開點和每個接觸墊之間有加熱線路的電阻部分。因此，不管施加在接觸墊的電壓的極性如何，在從高電壓(有電壓的)的接觸墊至斷開點的路徑中都有一定電阻，而這可以限制在線路斷開期間發(fā)生的電流沖擊。
因此，根據(jù)本發(fā)明第二方面的內(nèi)容，提供一種用于液體加熱容器的加熱元件，它包括一個金屬基片，一個設(shè)置在該基片上的絕緣層，和一個設(shè)置在該絕緣層上的導電加熱線路，該加熱線路包括在兩個接觸墊之間延伸的路徑，該加熱線路限定線路部分的較高密度區(qū)域和線路部分的較低密度區(qū)域，其中，該些接觸墊位于在加熱元件內(nèi)部的較低密度區(qū)，并且直接引自兩個接觸墊的加熱線路部分各徑向向外通過一個較低密度區(qū)至加熱元件的外部，然后沿一路徑延伸，該路徑向元件中央進展。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，加熱線路的斷開點發(fā)生在加熱線路的存在局部熱點條件以及高電壓的位置處。因此，當加熱線路部分從接觸墊通過元件的低密度區(qū)向加熱元件的周邊延伸時，可避免在加熱線路的靠近接觸墊的部分發(fā)生加熱線路的斷開。因此，在斷開時最大電流沖擊可以降低。另外，當加熱線路沿著向元件中央進展的路徑而延伸時，可能發(fā)生的多個斷開將向外朝著加熱元件的較冷部分進展，因而將消失。
較高密度線路部分的區(qū)域最好包括一個有兩個以上的彼此緊密靠近并且彼此平行的加熱線路部分的區(qū)域。
本發(fā)明還提供一種包括本發(fā)明的加熱元件的電熱壺。該電熱壺可包括一個過熱控制裝置，以便加熱線路本身和該過熱控制裝置一起提供二級過熱保護。
現(xiàn)在參照附圖和如附圖所示，以實例的方式描述本發(fā)明，其中


圖1示出了本發(fā)明的加熱元件的線路構(gòu)形；圖2示出了包括本發(fā)明的加熱元件的電熱壺。
圖1以平面圖示出了本發(fā)明的加熱元件。雖然結(jié)構(gòu)未予詳細示出，但是加熱元件包括一個基片，在該基片上設(shè)置一個絕緣介質(zhì)層和在該絕緣層上的電阻加熱線路4。
基片包括一個如鋼或者不銹鋼的導熱材料板。優(yōu)選不銹鋼，因為抗腐蝕性能對于加熱水應用是有用的?；ǔＰ纬蔀槠降慕饘倨桨宀⑶铱梢杂腥魏芜m合的形狀。在基片上形成的絕緣層例如可以包括玻璃陶瓷或者搪瓷材料。根據(jù)選擇的涂層材料，可以通過印刷，噴涂或者浸漬來涂層。熟練的情況人將會認識到，可以選擇各種介質(zhì)合成物并且各種適當?shù)募夹g(shù)都可以用來形成絕緣層。
采用一種厚膜技術(shù)，加熱線路4形成在絕緣層上并且包括一個連接在兩個端子6之間的電阻路徑。
本發(fā)明基于這樣的認識，即如果線路的布置構(gòu)形設(shè)計得可以提供一個可靠的熱熔絲的話，加熱線路將可以作為一個過熱保護裝置來起作用。這能夠使加熱線路布置構(gòu)形來代替一個過熱保護裝置，在不同情況下，出于安全考慮需要該裝置。
各種因素影響著在嚴重過熱期間加熱線路中斷的方式，而當設(shè)計加熱線路布置構(gòu)形時，這些因素必須予以考慮。
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對于特定的線路構(gòu)形，加熱線路熔斷(其發(fā)生在所有其他過熱保護裝置損壞時)總是發(fā)生在一個或者多個可識別的相同位置處。還發(fā)現(xiàn)，線路斷開發(fā)生在加熱元件的有局部熱點的部位，并且在這些熱點中，要斷開的線路將是對其施加了最大電壓的線路部分。加熱線路4的接觸墊6的其中之一連接在一個通電的端子上，而另外一個連接在一個不通電的接線柱上。因此，在加熱元件的熱點內(nèi)，最靠近通電端子的線路將是首先會斷開的。在線路斷開期間，會出現(xiàn)穿過加熱線路的燒蝕孔，電流可以暫時從加熱線路通到金屬基片之下的部位。因此，引起加熱線路斷開的燒蝕孔在電流沖擊時發(fā)生。
如果加熱線路熔斷將起一個過熱保護裝置的作用，則要求，過熱裝置的致動不會導致任何外部保險絲的斷裂，包括插頭保險絲和家用主電路內(nèi)的任何保險絲。因此必須控制在線路斷開期間發(fā)生的電流沖擊以限制最大沖擊電流，和控制發(fā)生電流沖擊的時間。
如果熱點出現(xiàn)在加熱元件的接地點附近或者接觸墊6附近，那么，線路可能通過在接地點或者接觸墊與最靠近熱點的線路之間電弧放電而斷開。這將造成預報性差的熔斷作用，其能夠?qū)е螺^大沖擊電流。
簽于上述考慮，設(shè)計圖1所示的線路構(gòu)形，這將在下面的描述中予以解釋。
如上所述，加熱線路4包括在兩接觸墊6之間延伸的路徑。加熱線路的布置形成具有不同加熱線路路徑密度的基片的不同區(qū)域。例如，在圖1中，區(qū)域8可以被認為是線路部分較高密度的區(qū)域，而加熱元件的其余部分可以被認為是線路部分較低密度的區(qū)域。在這方面，高密度區(qū)域可以被定義為具有兩個以上的基本上彼此平行延伸并且彼此緊密靠近的加熱線路部分的區(qū)域。然而，對本發(fā)明來說，所要求的只是元件的被選擇區(qū)域是由加熱線路部分所占據(jù)的比其他區(qū)域密度更大的區(qū)域，因此，熱點將出現(xiàn)在加熱元件基片的預先確定的部分。
圖1所示的加熱線路包括兩個接觸墊6，并且連接到加熱線路的電源是通過一個適當?shù)目刂蒲b置并經(jīng)過這些接觸墊?？刂蒲b置與加熱元件的連接處也被示出為接地點10。接觸墊6和接地點10分別位于加熱元件的低密度區(qū)域。因此，這些端子是與加熱元件的熱點隔開的。
如上所述，理想的是線路的斷開發(fā)生在與接觸墊6的一定距離處，以便在斷開點和通電端子(其可能是接觸墊6中的一個或另一個)之間有一定電阻。在某些國家，由于可換向的插座的原因，不可能限定哪一個接觸墊6連接在通端子上，哪一個連接在不通端子上。因此，要求斷開點應當產(chǎn)生在沿著加熱線路距任何一個接觸墊6一定距離處，而這將導致這樣的優(yōu)良特征，即加熱線路的布置構(gòu)形相對于距兩個接觸墊等距離的線(圖1中的垂直線12)是對稱的。
為了確保線路斷開不僅產(chǎn)生在沿著加熱線路距接觸墊6很短的距離處，直接從接觸墊6引出的線路部分14穿過低密度區(qū)到加熱元件的周邊區(qū)域，而該周邊區(qū)域在該元件使用時是較冷的區(qū)域。然后，該加熱線路的部分沿著一個在高密度區(qū)的路徑向內(nèi)，如箭頭16所示。
如圖1所示的線路構(gòu)形在過熱試驗期間大約在點18的其中之一處斷開(視接觸墊6的極性而定)。因此，該加熱線路構(gòu)形可確保在通電的端子和斷開點之間有一些加熱線路，因此，流過燒蝕孔(斷開點)至基片的最大電流是受控的。
還發(fā)現(xiàn)，在加熱線路初始斷開后，第二個和緊接的斷開可沿著加熱線路向通電端子發(fā)展。發(fā)生這種情況是因為，雖然在初始斷開后沒有電流沿著加熱線路4在接觸墊6之間流動，但是加熱元件的熱點仍然存在，并且由于存貯在加熱線路中的熱的結(jié)果，加熱線路仍可增加溫度。因此，其他燒蝕孔可能出現(xiàn)在沿著加熱線路的較高電壓處。這可能產(chǎn)生一系列標示為18a，18b，18c，18d的燒蝕孔，并且按照該順序出現(xiàn)。在每種情況下，燒蝕孔都向通電的接觸墊發(fā)展，并且可跳過線路的部分，如圖所示。由于加熱線路向內(nèi)進展的結(jié)果，如箭頭16所示，這些燒蝕孔將向外朝著加熱元件的外周邊進展。由于加熱元件的外周邊是元件的較低溫度區(qū)，在某一時刻，斷開現(xiàn)象將達到熱點的邊緣處，并且電壓和溫度的組合作用不再足以產(chǎn)生線路斷開現(xiàn)象。因此燒蝕孔將隨著時間逐漸消失。
這被發(fā)現(xiàn)是很重要的考慮因素，因為如果大量的燒蝕孔被容許連續(xù)出現(xiàn)，這可能產(chǎn)生足以燒斷插塞保險絲的大電流沖擊。本發(fā)明的線路構(gòu)形可確保，任何連續(xù)的燒蝕孔都會隨著時間而逐漸消失，由此限制電流沖擊在過熱期間出現(xiàn)。
當在加熱線路上施加電壓，而其他過熱保護裝置失效時，由任何特殊線路構(gòu)形引起的熱分布都可以利用熱成像技術(shù)來檢查。這能夠使線路構(gòu)形的斷開點被精確地預知。
本發(fā)明的加熱元件可以用于各種加熱容器上，但是，作為一個較佳實施例，圖2示出了一個包括本發(fā)明的加熱元件的電熱壺。
加熱元件以傳統(tǒng)方式懸置在電熱壺20的底部，而加熱線路4面朝下。在電熱壺工作期間，熱從加熱線路4通過絕緣層和基片傳遞到電熱壺20的壺體22。電熱壺20包括連接在接地點10和與接觸墊6電接觸的控制裝置24?？刂蒲b置24可以包括無線的連接器或者普通連接器并且可以包括一個或者多個過熱保護裝置。即使在控制裝置24中僅僅包括一個過熱保護裝置，通過利用加熱線路本身的熱熔斷作用也可以獲得雙重保護。
權(quán)利要求
1.一種用于液體加熱容器的加熱元件，它包括一個金屬基片，一個設(shè)置在該基片上的絕緣層，和一個設(shè)置在該絕緣層上的導電加熱線路，該加熱線路包括在兩個接觸墊之間延伸的路徑，該加熱線路限定線路部分的較高密度區(qū)域和線路部分的較低密度區(qū)域，該些接觸墊位于較低密度區(qū)域，其中，加熱線路構(gòu)形這樣設(shè)計，使得在元件過熱的情況下，加熱線路在加熱線路的高密度區(qū)域的一組預定位置的其中之一處斷開。
2.如權(quán)利要求1所述的加熱元件，其特征在于，該些預定位置遠離接觸墊。
3.如權(quán)利要求2所述的加熱元件，其特征在于，加熱線路這樣設(shè)計，使得在過熱期間連續(xù)發(fā)生斷開部的情況下，這些斷開部及時向元件的較冷部分發(fā)展。
4.一種用于液體加熱容器的加熱元件，它包括一個金屬基片，一個設(shè)置在該基片上的絕緣層，和一個設(shè)置在該絕緣層上的導電加熱線路，該加熱線路包括在兩個接觸墊之間延伸的路徑，該加熱線路限定線路部分的較高密度的區(qū)域和較線路部分的低密度區(qū)域，其中，該些接觸墊位于在加熱元件內(nèi)部分的較低密度區(qū)域，并且直接引自兩個接觸墊的加熱線路的部分分別徑向向外通過一個較低密度區(qū)域延伸到加熱元件的外部，然后沿一路徑延伸，該路徑向元件中央進展。
5.按上述任一權(quán)利要求所述的加熱元件，其特征在于，線路部分的較高密度區(qū)域包括一個區(qū)域它是有兩個以上的彼此緊密靠近并且彼此平行的加熱線路部分。
6.如上述任一權(quán)利要求所述的加熱元件，其特征在于，它還包括一個連接在接觸墊上并且具有與元件的接地連接的控制元件，該接地連接處位于元件的內(nèi)部并在低密度區(qū)。
7.一種電熱壺，其特征在于，它包括如上述任一權(quán)利要求所述的加熱元件。
8.如權(quán)利要求7所述的電熱壺，其特征在于，它包括一個過熱控制裝置，由此，該過熱控制裝置和加熱線路提供二級過熱保護。
全文摘要
一種用于液體加熱容器的加熱元件,它包括一個金屬基片,一個設(shè)置在該基片上的絕緣層,和一個設(shè)置在該絕緣層上的導電加熱線路。該加熱線路包括在兩個接觸墊之間延伸的路徑,該加熱線路形成較高密度的線路部分的區(qū)域和較低密度的線路部分的區(qū)域。該些接觸墊位于較低密度區(qū),并且加熱線路構(gòu)形這樣設(shè)計,使得在元件過熱的情況下,加熱線路在加熱線路的高密度區(qū)的一組預定位置之一處斷開。因此,加熱線路本身起一個熱熔斷的作用。
文檔編號H05B1/02GK1245006SQ98802102
公開日2000年2月16日 申請日期1998年9月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月28日
發(fā)明者R·K·莫爾, S·斯勒格特 申請人:皇家菲利浦電子有限公司