Изобретение откосится к электронагреваемым сосудам, таким как электрические чайники и кувшины (кружки) для получения горячей воды и также включающих котелки, кастрюли, кофейники, лабораторное оборудование и т.д. и, кроме того, относится к электронагревательным элементам для таких сосудов и связанным с ними органами управления, определяющими режим работы нагревательного элемента. Хотя настоящее изобретение имеет частное применение в электрических чайниках и кружках для получения горячей воды и будет описано ниже со ссылкой на такое применение, изобретение не ограничивается таким применением.
Автоматические электрические чайники и кружки для получения горячей воды обычно снабжаются двумя теплочувствительными органами управления, а именно, органом управления устройством защиты элемента, предназначенным для отключения источника питания от электронагревательного элемента электрического бытового прибора при обнаружении условий перегрева в результате, например, включения этого прибора без заполнения его водой (пустого) и парового органа управления для снижения потребляемой им электроэнергии или отключения источника питания от нагревательного элемента при закипании воды. Такие органы управления обычно имеют собственные теплочувствительные датчики, обычно биметаллический элемент, а орган управления устройством защиты может дополнительно иметь средство вторичной или дублирующей защиты, выполненное с возможностью срабатывания в случае (маловероятном) выхода из строя первичного органа управления. Примером органа управления устройством защиты элемента является орган управления X1, производимый фирмой Оттер Контролз Лимитед и описанный в патенте Великобритании N 2194099 со ссылкой на фиг. 3A, 3B и 3C, и примером парового органа управления является орган управления J1, производимый этой же фирмой и описанный в патенте Великобритании N 2212664 со ссылкой на фиг. 3A-3M.
Электронный орган управления с единственным датчиком для сосуда для кипячения воды описан в патенте Великобритании N 2228634. Этот орган управления использует терморезистор и воспринимает температуру элемента как функцию электрического сопротивления терморезистора, и наступление кипения определяется через функцию скорости изменения сопротивления терморезистора. Однако при настоящем уровне развития электроники схема, способная переключать нагрузку в сети сильного тока, не может быть легко изготовлена по цене, конкурентоспособной с органами управления с биметаллическими элементами.
Орган управления с единственным датчиком, предложенный в патенте Великобритании N 1143834 фирмой Мацусита, насколько нам известно, никогда не производился. В соответствии с этим предложением заключенный в оболочку, изолированный электронагревательный элемент, устанавливаемый на головной пластине, предусматривающий использование элемента в чайнике или другом сосуде для кипячения воды, имеет собственно нагревательный элемент, должным образом изогнутый с формированием горячей возвратной части, которая прикрепляется к головной пластине элемента в месте выше общего уровня основной части нагревательного элемента, и на головной пластине элемента обеспечивается замкнутое место с отверстиями в области, где к ней прикрепляется горячая возвратная часть элемента. Наличие горячей возвратной части элемента, которая прикрепляется к головной пластине элемента на уровне, выше основной части собственно нагревательного элемента было общепринятым техническим решением во время подачи заявки на патент Великобритании N 1143834. Такое устройство обеспечивало то, что, если в случайно оставленном неавтоматическом чайнике происходит полное выпаривание воды, сначала должна обнажаться горячая возвратная часть элемента при падении уровня воды и, следовательно, она будет перегреваться, тем самым обеспечивая тепловой сигнал через головку элемента к биметаллическому или другому органу управления, расположенному на противоположной стороне. Таким образом, элемент может отключаться от источника питания перед тем, как произойдет серьезный перегрев какой-либо существенной части элемента. Путем заключения горячей возвратной части элемента внутри замкнутого места, имеющего ряд небольших отверстий, достаточных для обеспечения возможности прохождения воды внутрь замкнутого места в холодном состоянии чайника в патенте Великобритании N 1143834 предлагалось, чтобы пар, образуемый внутри замкнутого места, при закипании воды вытеснял воду из замкнутого места, вследствие чего возвратная часть элемента перегревалась бы и вызывала приведение в действие биметаллического или другого органа управления. В соответствии с устройством, предложенным в патенте Великобритании N 1143834, единственный биметаллический или другой орган управления срабатывал бы как при закипании воды в чайнике, так и при включении пустого чайника без воды.
Как указывалось выше, насколько нам известно, предложенное в патенте Великобритании N 1143834 устройство не было произведено, несмотря на его очевидную простоту и преимущество биметаллического органа управления с единственным датчиком, обеспечивающим как защиту элемента от перегрева, так и реагирование на закипание воды. Кроме того, в процессе проведенных заявителем испытаний было обнаружено, что невозможно с нагревательным элементом, описанным в патенте Великобритании N 1143834, достичь достаточного повышения температуры при закипании воды для обеспечения надежного приведения в действие теплочувствительного исполнительного механизма. Очевидно, такой исполнительный механизм должен был бы быть способным делать различие между температурами, имеющими место в процессе нормального нагревания, которые могли бы повышаться, например, по линейному закону, и температурой, имеющей место при закипании воды.
В международной патентной заявке N PCT/GB93/00500 (WO 93/18631) того же заявителя описана комбинация нагревательного элемента, заключенного в оболочку из нержавеющей стали, имеющего горячую возвратную часть, прикрепленную точечной сваркой к головной пластине из нержавеющей стали; причем возвратная часть находится в замкнутом месте для повышения температуры горячей возвратной части значительно выше 100oC, когда при использовании элемента вода закипает в соответствующем сосуде и пар, образующийся внутри загороженного места, вызывает вытеснение воды из него, и теплочувствительный орган управления, предназначенный для отключения источника питания от элемента при достижении температурой головной пластины элемента заданного уровня, при этом орган управления приспособлен и расположен для восприятия температуры головной пластины элемента в месте указанного точечного шва. Как объяснено в публикации международной патентной заявки WO 93/18631, путем устранения припаянной твердым припоем области, обычно используемой для соединения горячей возвратной части нагревательного элемента с головной пластиной высоколокализованным точечным швом, и путем ограничения применения теплоприемного состава между биметаллическим контактом теплочувствительного органа управления и задней частью головки элемента к небольшой области точечного шва заявитель смог добиться удовлетворительной работы органа управления как в режиме устройства защиты элемента, так и в режиме восприятия кипения и, таким образом, устранить недостатки устройства, описанного в патенте Великобритании N 1143834.
В альтернативном устройстве, которое описано в международной патентной заявке того же заявителя PCT/GB 93/00501 (WO 93/18632) концы (холодные хвосты) удлиненного металлического, заключенного в оболочку, электроизолированного электронагревательного элемента соединены с головкой элемента, преимущественно (хотя не обязательно) сформированной из соответствующего жаростойкого синтетического пластика, от нагреваемой части элемента, прилегающей к одному из его концов, и через головку элемента простирается элемент теплопередачи, выполненный из материала, обладающего высокой теплопроводностью, для обеспечения восприятия температуры элемента посредством соответствующего органа управления, а указанную нагреваемую часть элемента окружает замкнутое место, при этом устройство таково, что при использовании нагревательного элемента с сосудом для кипячения воды замкнутое место будет заполняться водой при заполнении сосуда, и наступление кипения и последующее образование пара в загороженном месте будет вызывать в основном вытеснение из него воды так, чтобы имитировать состояние выпаривания досуха, воспринимаемое соответствующим теплочувствительным органом управления, имеющим тепловой контакт с элементом теплопередачи. Как объяснено в международной патентной заявке WO 93/18632, это устройство также обеспечивает возможность посредством единственного органа управления выполнять функции - защиты элемента и обнаруживать кипение воды.
Согласно изобретению предложено устройство, которое обеспечивает возможность посредством единственного органа управления осуществлять как функцию защиты элемента, так и функцию обнаружения кипения воды. В соответствии с настоящим изобретением плоский нагревательный элемент, который, как описано ниже, может принимать множество различных форм, или зажат или, иначе говоря, прикрепляется к или сам образует стенку, донную или стенку основания, например, сосуда для кипячения воды, при этом в тепловом контакте с нагревательным элементом в определенном месте его установлен теплочувствительный орган управления, такой как вышеупомянутый орган управления X1 или его соответствующая модификация, и сосуд снабжен замкнутым местом в положении на его указанной стенке, соответствующем положению теплового контакта органа управления с нагревательным элементом, причем расположение загороженного места таково, что в процессе использования сосуда замкнутое место будет заполняться водой при заполнении сосуда и наступление кипения и последующее образование пара в замкнутом месте будет вызывать в основном вытеснение из него воды так, чтобы имитировать состояние выпаривания досуха, воспринимаемое соответствующим теплочувствительным органом управления.
Изобретение также включает комбинацию вышеуказанного плоского нагревательного элемента для прикрепления к/или введения в качестве стенки сосуда для кипячения воды и вышеупомянутого замкнутого места. Замкнутое место может прикрепляться к нагревательному элементу в случае, если нагревательный элемент приспособлен для образования стенки сосуда для нагревания жидкости или может иметь элементы конструкции, предназначенные для вхождения в зацепление с частями нагревательного элемента, предназначенными для обеспечения возможности оперативного прикрепления замкнутого места к нагревательному элементу.
В процессе работы предлагаемого устройства заполнение сосуда водой будет вызывать ее затекание в замкнутое место и при нагревании воды и в конце концов ее кипении образующийся пар внутри замкнутого места будет вызывать вытеснение из него воды, тем самым приводя к имитированному состоянию выпаривания воды досуха в загороженном месте, что вызывает локальное повышение температуры нагревательного элемента и срабатывание теплочувствительного органа управления. Отверстия в замкнутом месте выполнены такими, чтобы локальное кипение внутри замкнутого места, которое может иметь место вследствие ограничения замкнутым местом конвективных потоков, возникающих внутри объема нагревательной воды, будет вызывать выпуск пара и замещение его сравнительно холодной водой из основной части сосуда, но когда вода в сосуде вся закипает, подача сравнительно холодной воды не происходит, и область элемента под замкнутым местом выпаривается полностью, и его температура повышается значительно и быстро так, чтобы срабатывал орган управления.
Вышеупомянутый плоский нагревательный элемент может, например, быть выполнен в виде удлиненного, металлического, снабженного оболочкой, электрически изолированного электронагревательного элемента, прикрепленного к плоскому элементу, как известно, например, в устройствах для приготовления кофе, где обычно используется такой элемент для поддержания кофе в горячем состоянии после его приготовления, и обычно включает вышеупомянутый, заключенный в оболочку нагревательный элемент, отлитый или помещенный в алюминиевую отливку, которая сама может служить основанием сосуда или альтернативно может быть приспособлена для прикрепления к обычно выполненному из нержавеющей стали основанию сосуда. Альтернативно, плоский нагревательный элемент может иметь сформированные в виде матрицы в определенном порядке резисторные нагревательные элементы на подложке из электроизоляционного материала, путем использования методов литографической технологии, применяя проводящую пасту, или метолов фотолитографии, хорошо известных в производстве полупроводниковых приборов, и/или других методов нанесения, таких как распыление в пламени металлов, осаждение методом плазменного распыления и т. д., которые сами по себе являются хорошо известными. Настоящее изобретение не ограничивается каким-либо определенным видом плоского нагревательного элемента.
Теплочувствительный орган управления может быть модификацией вышеупомянутого органа управления X1, который описан в патенте Великобритании N 2194099 со ссылкой на фиг. 3A, 3B и 3C. Орган управления X1 обеспечивает первичный уровень защиты элемента путем включения биметаллического исполнительного механизма, размещаемого в процессе использования в тесном тепловом контакте с нагревательным элементом и, кроме того, обеспечивает вторичный или дублирующий уровень защиты, являющийся эффективным в случае (маловероятного) выхода из строя первичной защиты, посредством того, что биметаллический исполнительный механизм смонтирован в держателе из пластмассы, который имеет возможность деформирования в случае продолжения повышения температуры головной части элемента выше той, при которой должен был бы обычно осуществляться первичный уровень защиты, при этом таким образом вызванная деформация держателя будет вызывать отключение нагревательного элемента. Необходима модификация органа управления X1, описанного в патенте Великобритании N 2194099, из-за того, что плоские нагревательные элементы не обязательно включают так называемые "холодные хвосты", с помощью которых осуществляется электрическое соединение с электронагревательным элементом внутри обычно заключенного в оболочку нагревательного элемента, хотя очевидно, что, если такие холодные хвосты или другой эквивалентный элемент имелись бы, модификация органа управления X1 могло бы и не потребоваться в зависимости от других обстоятельств.
Модификация органа управления X1 для обеспечения возможности его подключения в схему с плоским нагревательным элементом обычно не требует особых знаний и мастерства и легко может быть осуществлена специалистом в данной области техники, но ниже будет описана предпочтительная модификация, составляющая предмет патента Великобритании N 94001559.1 того же заявителя. Например, при формировании плоским нагревательным элементом основания сосуда для кипячения воды модифицированный орган управления X1 (или любой другой подходящий орган управления) мог бы располагаться ниже и в тепловом контакте с частью нагревательного элемента и замкнутым местом, расположенным непосредственно над биметаллическим контактом органа управления X1, при этом в замкнутом месте имеются отверстия для обеспечения возможности входа, воды и выхода пара, как описано в публикациях международных заявок WO 93/18631 и WO 93/18632.
Ниже в качестве примера описан плоский электронагревательный элемент, который выгодно мог бы использоваться при реализации настоящего изобретения и который сконструирован для использования вместе с органом управления устройством защиты элемента, такого как орган управления X1 или его модификации, имеющего первичный теплочувствительный исполнительный механизм и вторичный теплочувствительный исполнительный механизм, срабатываемый в ответ на значительное увеличение температуры элемента выше температуры, при которой должен срабатывать первичный исполнительный механизм. Рассматриваемый плоский нагревательный элемент включает подложку или опорную пластику, слой электроизоляционного материала, сформированный на части, по меньшей мере, одной поверхности подложки или опорной пластины, электрический проводник, сформированный на слое электроизоляционного материала так, чтобы быть изолированным тем самым от подложки или опорной пластины, причем проводник выполнен из материала, имеющего такое электрическое сопротивление, чтобы он собственно являлся электронагревательным элементом, и поверх проводника сформирован другой слой электроизоляционного материала, в котором имеется отверстие, тем самым при использовании электронагревательного элемента с вышеупомянутым органом управления устройством защиты элемента первичный теплочувствительный исполнительный механизм может иметь доступ к электрическому проводнику так, чтобы воспринимать непосредственно его температуру, причем предотвращается непосредственный доступ вторичного теплочувствительного исполнительного механизма к проводнику и он воспринимает его температуру путем передачи тепла через другой слой электроизоляционного материала.
Также ниже описана приведенная в качестве примера модификация вышеупомянутого органа управления устройством защиты элемента X1, форма его выполнения, которая, в частности, хорошо подходит для использования с вышеупомянутым плоским нагревательным элементом. Биметаллический первичный теплочувствительный исполнительный механизм органа управления расположен для непосредственного восприятия температуры нагревательного элемента за счет точного совпадения с отверстием в следующем слое электроизоляционного материала, а опоры пластмассового держателя, который является вторичным теплочувствительным исполнительным механизмом органа управления и служит для монтажа биметаллического первичного теплочувствительного исполнительного механизма, расположены для контактирования другого слоя электроизоляционного материала в местах снаружи от указанного отверстия, выполненного в этом слое. Как описано более подробно ниже, плоский нагревательный элемент имеет подложку или опорную пластину из нержавеющей стали, два слоя электроизоляционного материала, сформированные из стеклянного материала и собственно электронагревательный элемент включает дорожку нагревателя, выполненную из проводящей пасты. Дорожка имеет на концах контактные площадки, которые доступны через соответствующие отверстия, выполненные во втором слое электроизоляционного материала (например, из стекла), а орган управления устройством защиты элемента имеет пружинящие металлические проводники, приспособленные для образования контакта с указанными контактными площадками при установке органа управления в рабочее положение относительно нагревательного элемента. Использование подложки или опорной пластины из нержавеющей стали является выгодным для нагревательных элементов, которые должны использоваться в сосудах с пластмассовым корпусом, так как сравнительно низкая теплопроводность нержавеющей стали могла бы использоваться для теплоизоляции пластмассового корпуса сосуда от собственно электронагревательного элемента. Однако использование подложки из нержавеющей стали приведено только в качестве примера и могли бы использоваться другие материалы. Подложка или опорная пластина могла бы быть выполнена из того же самого электроизоляционного материала, из которого выполнен вышеупомянутый первый слой, в этом случае собственно электронагревательный элемент мог бы формироваться непосредственно на подложке.
В общем, орган управления устройством защиты элемента для использования с практически плоским нагревательным элементом предпочтительно включает корпусную часть, выполненную из электроизоляционного материала, первичный теплочувствительный переключающий исполнительный механизм, расположенный на одной стороне корпусной части для совмещения с по-существу плоским нагревательным элементом, вторичный теплочувствительный переключающий исполнительный механизм, расположенный на указанной одной стороне корпусной части для совмещения с по-существу плоским нагревательным элементом в одном или нескольких местах, отстоящих на некотором расстоянии от места, где располагается первичный теплочувствительный исполнительный механизм для совмещения с по-существу плоским нагревательным элементом, переключающее средство в корпусной части, реагирующее на первичное и вторичное теплочувствительные переключающие исполнительные механизмы для подачи электропитания через орган управления к по-существу плоскому нагревательному элементу и контактное средство, электрически подключенное к переключающему средству и простирающееся на указанной одной стороне корпусной части для вхождения в электрический контакт с контактными площадками по-существу плоского нагревательного элемента.
Вышеприведенные и другие особенности и признаки настоящего изобретения подробно определены в прилагаемой формуле изобретения и вместе с его преимуществами будут лучше поняты из рассмотрения нижеследующего подробного описания со ссылкой на приложенные чертежи, на которых представлен в виде неограничивающего примера изобретения вариант его осуществления.
На фиг. 1 схематично иллюстрируется в качестве примера осуществления настоящего изобретения кружка для кипячения воды.
На фиг. 2 показано изометрическое изображение в качестве примера органа управления устройством защиты элемента в разобранном виде, который мог бы использоваться в качестве органа управления 3 в кружке, представленной на фиг. 1.
На фиг. 3A и 3B схематично показаны вид с вертикальным разрезом и вид сверху представленного в виде примера плоского нагревательного элемента, который хорошо приспособлен для использования с органом управления по фиг. 2.
Обратимся сначала к фиг. 1 прилагаемых чертежей. Электронагреваемая кружка 1 для кипячения воды, выполненная, например, из формованной пластмассы, имеет основание, выполненное в виде плоского нагревательного элемента 2, под которым в определенном месте расположен теплочувствительный орган 3 управления и замкнутое место 4, в котором имеются отверстия 5, расположенные напротив органа 3 управления на противоположной стороне нагревательного элемента.
Как было указано выше, нагревательный элемент 2 и орган управления 3 могут иметь различные формы, существенным требованием в этом отношении является лишь то, чтобы теплочувствительный исполнительный механизм органа 3 управления находился в достаточно близком тепловом контакте с нагревательным элементом для того, чтобы он мог воспринимать его температуру. Например, орган 3 управления может быть модификацией вышеупомянутого органа управления X1 и может иметь свой биметаллический исполнительный механизм в контакте с нижней стороной нагревательного элемента 2. Нагревательный элемент 2 может включать тонкий лист из нержавеющей стали, который образует верхнюю поверхность элемента, на нижней стороне которого сформирован тонкий слой стекла или другого жаростойкого электроизоляционного материала. Собственно электронагревательный элемент формируется на поверхности слоя стекла, например, посредством печати; используя электропроводящую пасту, и поверх печатного элемента формируется другой тонкий слой стекла или другого жаростойкого электроизоляционного материала.
Отверстия 5 в замкнутом месте 4 дают возможность воде втекать внутрь замкнутого места при заполнении кружки водой и, как было упомянуто выше, служат для удаления воды из замкнутого места паром, образуемым при закипании воды в кружке 1. Локальное закипание воды внутри замкнутого места 4 при повышении температуры основной массы воды из-за отсутствия значительных конвективных потоков внутри замкнутого места приводит только к выпусканию из него пара и втеканию в замкнутое место 4 замещающей воды из основной массы сравнительно более холодной воды. Однако, когда, основная масса воды начинает кипеть, то приток сравнительно холодной воды в замкнутое место прекращается и пар, образуемый в замкнутом месте, вызывает быстрое ее выпаривание досуха с последующим быстрым повышением локальной температуры нагревательного элемента. Это быстрое повышение температуры воспринимается органом управления 3, который отключает подачу электроэнергии к нагревательному элементу 2.
Замкнутое место 4 может быть сформировано как в устройстве, описанном в публикации международной патентной заявки WO 93/18631 с использованием методов изготовления изделий из листового металла, который может с помощью точечной сварки или соединения заклепками или другим способом прикрепляться в требуемом положении над органом управления 3. Если нагревательный элемент 2 формируется на металлической пластине или прикрепляется к металлической пластине и пластина образует дно сосуда, как в описанном устройстве, тогда орган управления мог бы альтернативно располагаться на стороне пластины близко к краю, тогда замкнутое место 4 могло выполняться за одно целое при формировании кружки 1, при этом осуществлялось бы соединение внахлестку с пластиной и покрытие ее области, противолежащей биметаллическому элементу органа управления, и отверстия в замкнутом месте могли бы определяться ступеньками в нижнем крае замкнутого места и одно или несколько отверстий могло проделываться на его верхней поверхности.
Альтернативно, настоящее изобретение могло бы использоваться в сосуде для кипячения воды так называемого бесшнурового типа, например, с использованием бесшнуровой соединительной системы со свободным вращением, описанной в международной патентной заявке того же заявителя PCT/GB 93/01814 (WO 94/06185). При таком применении орган управления мог бы располагаться по центру под нагревательным элементом или, по меньшей мере, по центру сосудами замкнутое место могло быть формованным из пластмассы, поддерживаться с боков сосуда и располагаться в центре нагревательного элемента. Такое сформованное из пластмассы замкнутое место могло бы формоваться за одно целое с сосудом или альтернативно отдельно, но прикрепляться к/и поддерживаться стенками сосуда. При условии близкого расположения замкнутого места к нагревательному элементу могло бы быть предпочтительным, если бы формованное из пластмассы замкнутое место выполнялось из материала, имеющего превосходные жаропрочные свойства. Подходящим материалом мог бы быть, например, полифениловый сульфид, имеющий товарный знак Ryton, продаваемый фирмой Филипс Петролеум, который является трудно воспламеняемым и имеет температуру плавления свыше 300oC.
Обращаясь теперь к фиг. 2, показанный орган управления устройством защиты элемента является модификацией вышеупомянутого органа управления X1, который описан в патенте Великобритании N 2194099 со ссылкой на фиг. 3A, 3B и 3C. Для полного понимания всех особенностей и преимуществ обсуждаемого органа управления, который будет описан вкратце ниже, следует обратиться к вышеупомянутому патенту Великобритании
Как показано на фиг. 2, орган управления устройством защиты элемента включает первую и вторую сформованные из пластмассы корпусные части 11 и 12, которые предназначены для скрепления друг с другом и захвата между ними первого и второго контактных элементов 13 и 14 и пружинящих металлических проводников 15, 16 и 17. На другой стороне корпусной части 12 расположен биметаллический первичный переключающий исполнительный механизм 18, который аналогичным образом, как в органе управления X1, описанном в патенте Великобритании N 2194099, приспособлен для установки в держателе 19 из пластмассы, который, в свою очередь, приспособлен для размещения заданным образом на лицевой стороне (не видна) корпусной части 12.
Биметаллический первичный переключатель 18 исполнительного механизма расположен практически аналогичным образом, как описано в патенте Великобритании N 2194099, для определения состояния переключателя, образованного частями 20 и 21 металлических проводников 15 и 16, причем для этой цели имеется толкатель 22. Части 20 и 21 обычно образуют электрический контакт друг с другом, и контакт разрывается толкателем 22 при реагировании в процессе использования биметаллического первичного переключающего исполнительного механизма 18 на состояние перегрева элемента. В случае, если по какой-либо причине исполнительный механизм 18 не разрывает контакт между частями 20 и 21, нагревательный элемент будет продолжать быть подключенным к источнику питания, так что его температура будет повышаться до уровня, при котором будет приводиться в действие вторичный теплочувствительный исполнительный механизм, образуемый пластмассовым держателем 19. Держатель 19 имеет обращенные назад выступы 23 и 24, которые предназначены для прохождения через корпусную часть 12 к вхождения в контакт с частями 25 и 26 пружинящих металлических проводников 15 и 17 так, что, когда орган управления оперативно подключается к плоскому нагревательному элементу и держатель 19 отжимается назад к корпусной части 12, на части 25 и 26 оказывают давление выступы 23 и 24 для вхождения в контакт с контактными элементами 13 и 14, соотвественно. Держатель 19 имеет четыре ножки 27 с опорами 28, которые опираются на заднюю поверхность соответствующего нагревательного элемента и при повышении температуры до такого уровня, что начинают расплавляться ножки 27, держатель 19 оседает в направлении вперед к нагревательному элементу под действием пружинящих частей 25 и 26, так что эти части в конце концов выходят из контакта с контактными элементами 13 и 14 органа управления.
Орган управления устройством защиты элемента, показанный на фиг. 2, приспособлен для использования с по-существу плоским нагревательным элементом и показано, что проводники 16 и 17 имеют выступающие вперед части 29 и 30, которые предназначены для выступания вперед от корпусной части 12 органа управления и образования электрического контакта с контактными площадками плоского нагревательного элемента для подачи к нему электропитания через орган управления.
Обратимся теперь к фиг. 3A и 3B, на которых, соответственно, показан вертикальный разрез и схематический вид сверху представленного в виде примера плоского нагревательного элемента, который с успехом может использоваться при реализации настоящего изобретения. Плоский нагревательный элемент включает подложку из нержавеющей стали или опорную пластину 31, сформированный, на ней в центральной области электроизоляционный слой 32 стекла, дорожку нагревателя 33, выполненную из электропроводящей пасты, сформированную на слое стекла 32, и электроизоляционный второй слой стекла 34, сформированный поверх дорожки 33 и поверх первого слоя стекла 32. Во втором слое стекла 34 имеется отверстие или окошко 35 для обнажения дорожки 33 под отверстием и, как показано на фиг. 3В, причем отверстие 35 имеет размер для обеспечения возможности непосредственного восприятия температуры дорожки 33 биметаллическим первичным исполнительным механизмом 18 органа управления, показанного на фиг. 2, но для размещения опор 28 держателя 19 на стеклянной поверхности снаружи и окружая отверстие 35. Во втором слое стекла 34 обеспечены дополнительные отверстия 36 и 37 в местах, соответствующих контактным площадкам 38 и 39 дорожки 33, и расположенными для обеспечения вхождения с ними в контакт выступающими вперед частями 29 и 30 проводников 16 и 17 органа управления, когда последний установлен в рабочее положение относительно нагревательного элемента. Предпочтительно, контактные площадки 38 и 39 дорожки 33 выполнены из серебра или подобного материала, обеспечивающего хороший электрический контакт.
На опорной пластине 31 нагревательного элемента выполнены монтажные столбики 40, 41 для обеспечения возможности прикрепления к нему органа управления устройством защиты элемента. Такие монтажные столбики могут иметь резьбу или иметь конструкцию для прикрепления их любым подходящим фрикционным крепежным средством.
В процессе работы описанного плоского нагревательного устройства с описанным органом управления устройством защиты элемента тот факт, что первичный исполнительный механизм органа управления находится в непосредственном теплообмене с дорожкой нагревательного элемента, гарантирует быструю реакцию органа управления на возникшее состояние перегрева элемента. В то же самое время путем изоляции вторичного защитного средства, а именно, деформируемого держателя 19, от дорожки 33 гарантируется, что тепловой всплеск, который обычно сопровождает первичную работу органа управления, то есть динамическое повышение температуры, которое обычно происходит в элементе после приведения в действие первичной защиты, не будет приводить к приведению в действие вторичной защиты. Кроме того, надежный тепловой контакт биметаллического первичного исполнительного механизма с дорожкой дает возможность добиться сокращения времени срабатывания первичной защиты, что дополнительно снижает уровень теплового всплеска. Эти факторы облегчают выбор соответствующих материалов для держателя 19.
Кроме того, сравнительно "плоская" форма органа управления устройством защиты элемента, показанного на фиг. 2, выгодна с эстетической точки зрения и упрощает задачу встраивания органа управления в приятную с эстетической точки зрения конструкцию бытового прибора.
Выше было описано устройство биметаллического органа управления с деформирующейся дублирующей защитой, прикрепляемого к плоскому нагревательному элементу, в котором биметалл органа управления образует непосредственный тепловой контакт с дорожкой нагревателя, а деформируемая дублирующая защита теплоизолируется от дорожки внешним слоем стекла, который ограничивает тепловой всплеск, к которому дорожка является восприимчивой, так что при ее конструировании могут использоваться практичные термопластические материалы. Кроме того, в этом устройстве описана конструкция, в которой электрическое соединение с дорожкой нагревателя осуществляется путем непосредственного контакта между пружинами, составляющими одно целое с органом управления и печатными контактными площадками, злектрически присоединенными к дорожке нагревателя. Путем обеспечения замкнутого места, как показано на фиг. 1, расположенного на влажной стороне нагревательного элемента в месте, соответствующем месту на сухой стороне элемента, где орган управления образует тепловой контакт с элементом, может быть достигнуто управление элементом с единственным датчиком как для автоматического его отключения от источника питания при закипании воды, так и защиты от перегрева.
Хотя изобретение было описано со ссылкой на приведенные в качестве примера варианты его осуществления, совершенно очевидно, что описанные варианты осуществления изобретения иллюстрируют и дают пример изобретения и не служат для его ограничения, причем для специалиста в данной области техники очевидными являются модификации и изменения в пределах объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения. Например, хотя в устройстве, показанном на фиг. 1, замкнутое место находится внутри корпуса сосуда 1, оно могло бы находиться снаружи корпуса, но сообщаться с ним через стенку с отверстиями, а плоский нагревательный элемент мог бы также иметь часть, выступающую из корпуса сосуда, находящуюся под замкнутым местом и взаимодействующую с органом управления 3. Такое альтернативное устройство обеспечивает дополнительные возможности в отношении достижения эстетичности конструкции корпуса сосуда.
Электронагреваемый сосуд для кипячения воды имеет по существу плоский нагревательный элемент, встроенный в основание сосуда. Плоский нагревательный элемент включает пластину из нержавеющей стали, на нижней стороне которой установлен печатный нагревательный элемент, расположенный между электроизоляционными слоями стекла. Орган управления для отключения элемента от источника питания в случае возникновения состояния перегрева имеет первичный исполнительный механизм в виде биметаллического элемента, который непосредственно имеет доступ к печатному нагревательному элементу через окошко, выполненное в наиболее удаленном от середины изоляционном слое стекла, и биметаллический элемент удерживается во вторичном исполнительном механизме в виде разрушающегося под действием тепла держателя для биметаллического элемента, который входит в контакт с изоляционным слоем стекла вокруг окошка. Таким образом, первичный и вторичный исполнительные механизмы подвергаются воздействию различных температур. На противоположной (влажной) стороне плоского нагревательного элемента в месте, соответствующем месту расположения окошка, расположено замкнутое место, в котором имеются отверстия для обеспечения возможности прохождения воды при заполнении сосуда и имитирования состояния перегрева, воспринимаемого биметаллическим элементом при кипении воды в сосуде и когда пар, образуемый в загороженном месте, вытесняет из него воду. Таким образом, посредством одного органа управления может осуществляться автоматическое отключение от электропитания при кипении воды и также обеспечиваться защита элемента от перегрева. 15 з.п.ф-лы, 4 ил.
Приоритет по пунктам:
21.10.93 - по пп.1 - 5;
27.01.94 - по пп.6 - 16.
| GB 1143834 A, 01.03.67 | |||
| WO 9318631 A, 16.09.93 | |||
| Электронагревательный прибор для кипяченияжидКОСТи | 1978 |
|
SU843937A1 |
| Устройство автоматического управления электрическим котлом | 1984 |
|
SU1200075A1 |
| SU 1679654 A1, 23.09.91 | |||
| Поплавковый выключатель | 1989 |
|
SU1686523A1 |
