用於加熱液體的裝置的製作方法

2023-10-04 17:08:29 2

專利名稱：用於加熱液體的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於加熱物體的裝置，包括物體以及連接到物體的用 於物體的至少一個電加熱元件，該加熱元件包括發熱層、加熱主體和其間 的電介質。
背景技術：
用於加熱物體的裝置，諸如廚房用具、實驗室設備、電飯鍋(rice cooker )、水壺和電水壺， 一般包括用於加熱物體的加熱元件和可選地存 在於物體中的液體。例如，在荷蘭專利申請NL 1014601中描述了這樣的 加熱元件。在此描述了一種加熱元件，例如用於加熱液體容器中的液體或 者用於加熱板的加熱，其中通過電流的穿透饋送(throughfeed )來加熱 電阻。除了發熱層之外，已知的加熱元件還設置有電介質，其將加熱元件 的加熱主體與發熱層、在這種情況下為電阻隔開。具有電介質屬性的中間 層不僅提供所產生的熱向加熱主體的良好傳輸，而且作為過熱保護。這種 保護例如可以包括熱敏電路，在用具例如接通而沒有液體，而加熱元件可 以向其傳遞熱的情況下，當加熱元件過熱時，熱敏電路斷開裝置。已知的 加熱元件一般作為獨立單元應用。it^示用戶必須將要加熱的物體置於加 熱元件附近，以便與加熱主體接觸，從而能夠從加熱元件吸收熱。在此不 可i^的是，由於在加熱元件和物體之間，具體在加熱主體和物體之間存 在空氣層，因此產生熱損失。

發明內容
本發明的目的是提供一種裝置，其與現有技^M目比，使得能夠更有效 地加熱物體。
為此，本發明提供了一種在技術領域部分中描述的類型的裝置，其中 至少一個加熱元件通過焊接連接而連接到物體的至少一部分，其中焊接連 接不延伸到電介質中。通過藉助於根據本發明被布置為不延伸到電介質中的焊接連接來連接加熱元件和物體，不僅實現了對物體，如果期望對其包 含物更有效的加熱，還實現了在實踐中在焊接期間不損壞具有電介質屬性 的中間層，由此保證產生的熱量到加熱主體的良好傳輸，此外不對針對過 熱的保護產生負面影響。
可以通過藉助於焊接將物體連接到用於物體的電加熱元件的特定方 法來製造根據本發明的上述裝置，所述加熱元件包括發熱層、加熱主體和 其間的電介質，其中物體和加熱元件被置於焊接位置，使用雷射焊接源進 行局部加熱，這使得加熱的部分局部熔化，因此形成焊接連接。已經發現， 通過在焊接期間應用雷射源，可以進行局部加熱，使得在產生足夠的熱以 使要連接的部分融化並熔合時，產生的熱量不對物體和/或加熱元件的電 介質和/或其它可能的部件產生負面影響。這是令人驚訝的，因為雷射源
產生的熱一般非常大。例如，在雷射束的焦點附近1000-1500。C的溫度不 是罕見的。必須如何局部地引導雷射源當然依賴於各種M，例如要產生 的熱量、加熱主體的尺寸等，很明顯，本領域技術人員在熟悉這些條件後 可以容易地進行該選擇。已經發現，當使用傳統焊接技術諸如TIG焊接、 等離子體焊接、使用乙炔火焰的焊接、電極焊接等時，出現電介質層的劣
化，由此其可能不再執行其功能，或者^Mt較弱的程度上執行其功能。
在根據本發明的方法的優選實施例中，其中物體和用於物體的電加熱 元件至少部分地由金屬構成，使物體和加熱元件與所述金屬部分接觸，因 此形成焊接位置，使用雷射焊接源對物體和加熱元件進行局部加熱，這使 得金屬部分局部融化，由此形成金屬焊接連接。這種方法具有下列優點 形成了強並且持久的連接，並且在連接形成期間不需要提供另外的金屬。
根據本發明的方法的另 一個優選實施例的特徵在於，物體和用於物體 的電加熱元件至少部分由塑料構成，其中使物體和加熱元件與所述塑料部 分接觸，因此形成焊接位置，使用雷射焊接源對物體和加熱元件進行局部 加熱，這使得塑，分局部熔化，由此形成塑料焊接連接。這種方法具有 另外的優點其可以在通常較低的溫度下執行，從而在其它部分中進一步 減少了電介質受到負面影響的機會。
為了保證雷射源的雷射束僅局部加熱要加熱的部分，換句話說， 熱要加熱的部分使得至少電介質不受影響，優選地調節雷射束的焦點4吏其 不延伸到電介質中。本領域技術人員容易實現這種調節。如果調節雷射束 的焦點使其不進一步延伸到加熱主體中，則獲得更好的方法。如果雷射束 的焦點保持遠離電介質預定距離，則存在其它優點。在諸多因素中，該距離依賴於多個條件，例如要產生的熱量、加熱主體的尺寸等，很明顯，本 領域技術人員在熟悉這些條件後可以容易地進行這種選擇。
在才艮據本發明的本方法中可以應用的雷射源優選具有大的局部能量 密度。雖然在一定程度上依賴於局部條件，尤其合適的能量密度一般在大
約0.1 x 1010到10 x 1010W/cm的範圍內，更優選在0.5 x 1010到5 x 1010 W/cm的範圍內，最優選在1 x 101到3 x 10"W/cm的範圍內。
原則上，根據本發明的裝置可以包括要加熱的物體和至少 一個加熱元 件的任意組合。然而，當物體包括用於加熱液體或者其它介質的容器時， 本發明的優點最為明顯。在加熱液體期間，存在沿著容器壁形成凝結物的 危險，由此凝結物可能相對容易滲漏到加熱元件的電部件，導致短路的危 險。這當然是不期望的。在根據本發明的裝置中發生這一點的風險較小， 因為加熱元件和液體容器經由焊接連接相互連接。然而，短路的危險仍然 存在，但是針對這已經開發了裝置的優選實施例。下面說明這些。
其特徵在於至少物體的壁部分由加熱元件形成的根據本發明的裝置 存在更多優點。將物體諸如液體容器的壁的一部分替換為加熱元件實現了 從加熱元件到容器及其包含物的良好的熱傳遞。在另 一個優選實施例中， 物體的壁部分是容器的底部。
原則上，可以以不同的方式實現容器和加熱元件之間的焊接。然而， 特別優選的裝置具有下列特徵容器在壁部分的位置處在其壁中具有開 口，所述開口被加熱元件覆蓋，其中加熱元件至少部分地與開口的外圍邊 緣重疊，以及其中焊接連接位於重疊部分中。已經發現，通過以所述方式 連接容器和加熱元件，短路的風險顯著減小，這是因為到加熱元件的傳導 部分的凝結溼氣的滲漏很少出現，甚至根本不出現。
雖然根據本發明的裝置可以應用在技術領域部分中描述的任何類型 的加熱元件，但是在下列情況下存在優點裝置的特徵在於加熱元件包括 電介質，電介質至少包括第一和第二電介質層，其間定位有導電層。雖然 已知的加熱元件提供對溫度改變的簡單檢測和針對過熱進行保護，但是一 般需要進行單獨的設置使得能夠正確地檢測漏電流。因此，有時需要例如 放大或者相反地衰減漏電流的電流強度。也已經發現，如果加熱元件被設 置為接地，則一般難以檢測漏電流。在這種情況下，必須在地線中包含電 隔離的互感器(transformer)系統，這非常耗時。本優選實施例具有另 外的優點可以改善對加熱元件的溫度改變的檢測，以便針對過熱進行保 護和/或調節溫度。通過電介質的特定裝配，在第二電介質層中流動的漏電流優選地轉移到導電層，這是因為在這種情況下第一電介質層用作對電 更為絕緣的層(相對於第二電介質層)。現在，還可以通過電耦合到導電層 或者以其它方式與其連接的安培計或者伏特計，針對4艮低的電流強度或者 電壓，對該漏電流進行檢測，而不必為此進行單獨設置。這使得能夠以比 迄今已知的更快的響應時間進行更靈敏的溫度測量。此外，調節變得更便 宜，因為不再需要在地線中包含電隔離的電流互感器。在此，優選地在嵌 入兩個電介質層之間的導電層和布置在第二層上的加熱電阻之間測量漏 電流。根據本發明的多層電介質的應用還提供了另外的優點，這將在下面 進一步討論。
根據本發明的另 一種改進的裝置的特徵在於第一電介質層的電阻比 第二電介質層的電阻高，以及第一電介質層比第二電介質層更接#熱主 體。已經發現，由於第一電介質層相對於第二電介質層進一步提高的電絕 緣行為，可以進行更靈敏的漏電流測量。在此，當第一電介質層比第二電 介質層更接近加熱主體時，存在多個優點。在過熱的情況下，將從第二電 介質層中的發熱層產生漏電流，第二電介質層與第一電介質層相比，距離 加熱主體更遠。然後，該漏電流經由中間導電層轉移，才艮本不流過第一電 介質層，或者僅部分流過第一電介質層。在本優選實施例中，通過測量漏 電流，如果期望則與前面描述的加熱元件的驅動相組合，獲得非常靈敏並 且快速的針對過熱的響應保護。本實施例具有另外的優點針對過熱的保 護獲得更高的可靠性，並且例如阻止不正確的使用。因此，保護操作對於 加熱元件、尤其是加熱主體是否接地非常不敏感。
通過電介質的特定裝配，在第二電介質層中流動的漏電流優選地轉移
到導電層，這是因為在這種情況下第一電介質層用作對電更為絕緣的層
(相對於第二電介質層)。現在，還可以通過電耦合到導電層或者以其它方 式與其連接的安培計或者伏特計，針對;f艮低的電流強度或者電壓，對該漏
電流進行檢測，而不必為此進行單獨設置。這使得能夠以比迄今已知的更 快的響應時間進行更靈敏的溫度測量。此外，調節變得更便宜，因為不再 需要在地線中包含電隔離的電流互感器。在此，優選地在^X兩個電介質 層之間的導電層和布置在第二層上的加熱電阻之間測量漏電流。
可以用本領域技術人員已知的任何導電材料製造導電層。因此，例如 可以為此應用金屬箔。然而，有益的是以導電網絡或者網格的形式在兩個 電介質層之間布置導電層。這種實施方式節省重量，限制加熱元件的總厚 度，還保證兩個電介質層之間的良好粘結。這增強了加熱元件的;W^整體性，尤其是在高溫下。從高效導電的金屬氧化物的組中選擇尤其適合用於 導電層的材料。雖然銀、鈀、鎳和其它金屬也適合在用於傳感器層的厚膜
材料中用作添加劑使用，但是例如添加了 Ru02的厚膜材料非常合適。
根據本發明的加熱元件的第一和第二電介質層優選地作為基本上連 接的層而被布置在下層上，在這種情況下第一層被布置在加熱主體上，第 二電介質層(設置有導電層)被布置在第一層上。基本上良好連接的層對於 在與該目的相關的溫度下層的電絕緣行為是重要的。如果層包含多孔結構
和/或如果它們包括具有其它特性的阻斷(interr叩tion )，則在那裡很可能 出現漏電流或者電故障，這當然是不期望的。
可以用本領域技術人員可以獲得的任何材料製造電介質層。因此，可 以用聚合物製造電介質層之一或者兩者，雖然這些不適合必須加熱到高溫 的應用。更合適的材料是金屬氧化物和其它無機氧化物的混合物。本發明 的另 一個優選實施例包括一種裝置，其中用瓷釉成分製造第 一和/或第二 電介質層。通過熔化金屬氧化物和其它無機氧化物的混合物而獲得的電介 質瓷釉層尤其適合。
如果期望，電介質可以由聚合物電介質層和瓷釉電介質層組合。然而， 最為優選的是，兩個電介質層都用瓷釉製造。特別適合該應用的瓷釉成分 以Kerdi的名稱銷售。在眾多產品中在製造電加熱元件時使用瓷釉層作為 電介質本身是例如從NL 1014601已知的。在此，電介質提供電阻的電絕 緣，電阻一般包括金屬跡線。在此，用瓷釉製造電介質產生機械上相對結 實並且導熱相對良好的電介質。
可以在寬的限制內選擇用於兩個電介質層的瓷釉成分，這依賴於期望 的電屬性，尤其是在使用期間出現的溫度下的電屬性。常見瓷釉成分的電 阻率一般在室溫下高，通常大於1.5 x 10"Q.cm，但是隨著溫度的提高可 能急劇降低，例如在180-400攝氏度下降低到1.5 x 107Q.cm的典型值。 通過電介質的(相對小的)漏電流在這樣的電阻下變得可能。通過例如對鹼 金屬含量進行變化和/或通過增加導電的添加劑或者相反增加電絕緣的添 加劑，可以容易地調節瓷釉成分的導電率。


下面，根據幾個非限制示例性實施例來進一步說明本發明。其中: 圖1示出通過根據本發明的裝置的橫截面；圖2示出通過根據本發明的裝置的替代實施例的橫截面的細節； 圖3示出替代的焊接連接的細節；以及
圖4示出通過根據本發明的裝置的另一個替代實施例的橫截面。
具體實施例方式
圖1示出根據本發明的裝置1的優選實施例，用於加熱位於容器2 中的液體3。裝置1設置有連接到容器2的物體的一個電加熱元件10,該 加熱元件10包括發熱層11、加熱主體12和其間的電^h質13，其中加熱 元件10通過焊接連接20連接到容器2的至少一部分。加熱元件10進一 步連接到M圖1中示意地示出的電路30,電路30特別對發熱層11提 供電流。發熱層ll包括多個導電電阻元件14，用於加熱液體3。例如導 熱板形式的加熱主體12防止電阻元件14與要加熱的容器2和液體3之間 的直楱接觸。傳導板12還提供從電阻元件14到液體3的熱分配和有效的 熱傳遞。根據本發明，通過將容器2和加熱元件10置於焊接位置並且使 用雷射焊接源(未示出)對它們進行局部加熱，將容器2焊接到加熱元件10 ， 這使得加熱部分局部熔化，從而形成焊接連接20。使用雷射焊接源可以 防止電介質13被雷射束加熱而使得電介質13受到負面影響。才艮據本發明， 因此，如圖1所示，焊接連接20不延伸到電介質13中。為了進一步改善 從加熱元件10到容器2和液體3的熱傳遞，由加熱元件10形成容器2的 壁部分21,在示出的優選變化形式中是底部。這提供了傳導板12和液體 3之間的直楱接觸。如圖所示，在底部，容器2在由加熱元件10覆蓋的 壁中具有開口 21,其中加熱元件IO與開口 21的外圍邊緣的部分22重疊。 焊接連接20位於重疊部分22。在此有益的是，焊接連接20基本上連續 地沿著開口 21的外圍方向排列。然而，焊接連接20還可以不連續地排列， 其中必須保證容器2適當地將外圍邊緣22連接到加熱元件10上。
圖2示出才艮據本發明的第二優選實施例的細節的示意圖，其中加熱元 件10包括電介質13，電介質13至少包括第一電介質層130和第二電介 質層131，導電層132位於其間。第一電介質層130的電阻比第二電介質 層131的電阻高。此外，第一電介質層130比第二電介質層131更接# 熱主體12。用瓷釉成分製造兩個層(130， 131)。根據該優選變化形式，加 熱元件10包括用於進行加熱的加熱板12,其由在重量上含18%的鉻的鐵 素體鉻鋼(ferritic chromium steel)製造。還可以4吏用其它合適的金屬或者瓷載體，諸如脫碳鋼、銅、鈦、SiN和Ah03等。第一電介質瓷釉層130 布置在加熱板12上。第一乾釉層130基本上具有瓷釉成分，其鹼金屬含 量與第二電介質瓷釉層131的鹼金屬含量不同。例如網格形式的導電層 132布置在第一相對電絕緣的瓷釉層130上。網格132例如由基於氧化釕 (Ru02)的厚膜層或者具有諸如銀、鈀、鎳等和/或其組合的合適傳導材料 的其它合適的傳導(厚膜)層製造。然後，第二瓷釉層131布置在相對傳導 層132上。與第一電介質瓷釉層的成分不同，第二瓷釉層131的瓷釉成分 優選具有鹼金屬含量，尤其是鋰和/或鈉，和/或鉀含量。如此選擇第一和 第二電介質層的瓷釉成分，使得第二瓷釉層131的電阻率在低溫下比第一 相對絕緣層130的電阻率減小。隨後在與第一層130相比較具有較好導電 性的第二層131上，以電阻元件或者可以用於產生熱的跡線14的形式布 置電加熱層ll。為了在4吏用期間監視加熱元件10的溫度，與第一層130 和第二層131相比較具有更好導電性的傳感器層132提供了確定通過第二 相對傳導層132的漏電流的選項。例如如圖3的實施例所示，可以測量漏 電流。為了將加熱板12接地，如果期望，可以將地線固定到耦合到地的 元件板12。為了直接測量通過第一層130的漏電流，可以在電阻層ll和 導電層132之間連接安培計(未示出)。測量的漏電流的幅JL^示元件10 上的某一位置處的最高溫度的幅度。當超過預定溫度時，由於第二電介質 層131的電阻減小，漏電流將急劇增大，因此這可以容易地通過安培計來 檢測。因為實際上沒有漏電流流過第一電介質層130，因此通過安培計測 量漏電流變得更準確。可選地，可以耦合安培計，用於對加熱電阻元件 14的電源進行控制。實際上，在例如W0 0167 818中已知並描述了可以 用於測量漏電流和調節電源的電路。根據本優選實施例的加熱元件10基 於包括兩個電介質層(130， 131)和導熱層132的電介質13的成分和^Mt 在操作上提供高的可靠性。這些層之一損壞將使得沒有這個優點。根據本 發明的裝置1和用於製造其的對應方法具有更多優點，即防止電介質13 損壞，或者電介質13更不容易損壞。尤其在本優選實施例中，這是一個 大的優點。圖2所示的根據本發明的裝置的優選實施例還包括懸掛體31， 其可以例如固定到壁上，並且可以在其中包含電路30。懸掛體31設置有 例如可以容納裝置1的加熱元件10的一部分的凹進部分32。圖2還示出 了形成在容器2壁上的凝結泡40。在加熱液體3期間容易形成這些泡， 如果這些泡與例如發熱層11的電阻元件14接觸，則產生短路的危險。這 是大的危險，因為在裝置1中加熱元件10連接到容器2。圖2所示的連 接方法防止泡40在加熱元件外移動，因為它們被捕獲到加熱元件10和容器2之間的間隙中，並且在那裡蒸發。圖2示意性地示出在該位置的凝結 泡40a。圖3示出了焊接連接的另一種變化形式。在此，凝結泡40也不 能與加熱元件IO接觸。
最後，圖4示出了根據本發明的裝置的另 一個優選實施例。該裝置1 包括例如用於牛奶的容器2，還設置有鍾(bell)狀的底部部分23。該部 分23可以形成容器2的壁的整體部分，但是也可以形成經由焊接連接20 以根據本發明的方式連接到加熱元件10的獨立部件。裝置1還包括攪拌 裝置50，其包括攪拌磁體52，攪拌磁體52經由驅動杆51可旋轉地連接 到加熱元件10。驅動杆51可以由電機(未示出)驅動。攪拌磁體52與位於 牛奶3中的攪拌體53以磁方式共同動作。如果期望，可以對攪拌體53 設置攪拌翼54。為了進一步改善加熱元件10和液體3之間的熱傳遞，如 果期望，可以去除容器2的底壁的多個部分(如圖l所示)，使得在液體3 和加熱元件10之間出現直M觸。
權利要求
1. 一種用於加熱物體的裝置，包括物體和連接到物體的用於物體的至少一個電加熱元件，所述加熱元件包括發熱層、加熱主體和其間的電介質，其中所述至少一個加熱元件通過焊接連接而連接到物體的至少一部分，其中焊接連接不延伸到電介質中。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，物體包括用於加熱液 體或者其它介質的容器。
3. 根據權利要求1或者2所述的裝置，其特徵在於，至少物體的壁 部分由加熱元件形成。
4. 根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於，物體的壁部分是容器 的底部。
5. 根據權利要求3或者4所述的裝置，其特徵在於，容器在壁部分 的位置處在其壁中具有開口，所述開口被加熱元件覆蓋，其中加熱元件至 少部分地與開口的外圍邊緣重疊，以及其中焊接連接位於重疊部分中。
6. 根據前述權利要求中任意一項所述的裝置，其特徵在於，加熱元 件包括電介質，所述電介質至少包括第一和第二電介質層，在其間定位有 導電層。
7. 根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，第一電介質層的電阻 比第二電介質層的電阻大，以及第一電介質層比第二電介質層更接#熱 主體。
8. 根據權利要求6或者7所述的裝置，其特徵在於，用瓷釉成分制 造第一和/或第二電介質層。
9. 一種通過焊接將物體連接到用於物體的電加熱元件的方法，所述 加熱元件包括發熱層、加熱主體和其間的電介質，其中物體和加熱元件被 置於焊接位置，使用雷射焊接源進行局部加熱，這4吏得加熱的部分局部熔 化，由此形成焊接連接。
10. 根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，物體和用於物體的電 加熱元件至少部分由金屬構成，其中使物體和加熱元件與金屬部分接觸， 由此形成焊接位置，使用雷射焊接源對物體和加熱元件進行局部加熱，這 使得金屬部分局部熔化，由此形成金屬焊接連接。
11. 根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，物體和用於物體的電加熱元件至少部分由塑料構成，其中使物體和加熱元件與塑料部分接觸， 由此形成焊接位置，使用雷射焊接源對物體和加熱元件進行局部加熱，這 使得塑,分局部熔化，由此形成塑料焊接連接。
12. 根據權利要求9-11中的任意一項所述的裝置，其特徵在於，調 節雷射束的焦點，使其不延伸到電介質中。
13. 根據權利要求9-12中的任意一項所述的裝置，其特徵在於，調 節雷射束的焦點，使其不進一步延伸到加熱主體中。
全文摘要
本發明涉及一種用於加熱物體的裝置，包括至少部分是金屬的物體以及連接到物體的用於物體的至少一個至少部分是金屬的電加熱元件，該加熱元件包括發熱層、加熱主體和其間的電介質，其中至少一個加熱元件通過金屬焊接連接而連接到物體的至少一部分，其中焊接連接不延伸到電介質中。
文檔編號H05B3/82GK101449624SQ200780018629
公開日2009年6月3日 申請日期2007年5月16日 優先權日2006年5月23日
發明者西蒙·卡斯特拉 申請人:費羅技術控股公司