ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛИ Российский патент 2008 года по МПК A47J27/21 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к электрическим приборам для нагревания жидкостей, в частности к таким приборам, как чайники и водонагреватели, в которых основание нагревательной емкости снабжено электрическими нагревательными средствами или электронагревателями.

Уровень техники

Одним из видов электронагревателя является закрытый (заключенный в оболочку) электронагревательный элемент, прикрепленный к нижней стороне основания, например, с помощью теплопроводного элемента. Другой вид электронагревателя представляет собой толстопленочный нагревательный элемент, сформованный или укрепленный на нижней стороне основания. Такие нагреватели хорошо известны из уровня техники и описаны, например, в патентном документе WO 96/18331.

Обычно водонагреватели содержат чувствительный к закипанию (т.е. к пару) выключатель, который выключает нагреватель или снижает его мощность при кипении воды в приборе. Такие средства управления обычно содержат термочувствительный исполнительный элемент, такой как биметаллический исполнительный элемент, расположенный в водонагревателе и находящийся в зоне, сообщающейся с емкостью для нагрева. При кипении воды в емкости генерируемый пар контактирует с исполнительным элементом, который соответственно осуществляет управляющее воздействие.

Позднее были предложены решения по созданию средств управления при закипании, которые не являются чувствительными к пару. В двух таких решениях, описанных в патентных документах, поданных заявителем настоящего изобретения, а именно в международных заявках WO 97/04694 и WO 02/085169, основание нагревательной емкости снабжено резервуаром относительно небольшого объема. При этом в контакте с наружной поверхностью резервуара расположен термочувствительный исполнительный элемент. При нагреве воды в емкости температура воды в резервуаре отстает от температуры основной массы воды, однако при кипении температура воды в резервуаре быстро повышается, так как вода в нем вытесняется кипящей водой. Это повышение температуры воспринимается исполнительным элементом, который приводит в действие средства управления.

Однако в указанных известных решениях имеются потенциальные ограничения.

Во-первых, из-за близкого расположения резервуара к нагревательным средствам прибора температура окружающего воздуха в зоне резервуара высока и не способствует быстрому возврату исполнительного элемента в исходное положение после его срабатывания. Это означает, что после срабатывания средств управления при кипении может быть трудно быстро снова вскипятить воду, так как исполнительный элемент еще не вернется в исходное положение.

Во-вторых, резервуары в данных решениях выполнены в виде чаши, которая соответствующим образом сформована или прикреплена к основанию емкости. Это накладывает определенные ограничения в аспекте технологии изготовления и дизайна.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение направлено на решение или смягчение указанных проблем.

В соответствии с первым аспектом изобретения решение поставленной задачи достигается за счет создания электрического водонагревателя, содержащего нагревательную емкость с нагревательным основанием, которое снабжено желобом, расположенным вокруг, по меньшей мере, части его наружной боковой поверхности, и термочувствительный исполнительный элемент, установленный в тепловом контакте со стенкой желоба и срабатывающий при кипении жидкости в нагревательной емкости.

Таким образом, в соответствии с изобретением термочувствительный исполнительный элемент расположен в тепловом контакте с желобом, который расположен вокруг, по меньшей мере, части боковой поверхности нагревательного основания. В таком конструктивном решении наружная стенка желоба может быть открыта воздействию температуры окружающей среды, то есть комнатной или близкой к ней температуры. Благодаря этому эффективность теплообмена будет выше, так как наружная стенка может создавать конвекционные воздушные потоки. Это означает, что вода в желобе будет остывать быстрее, чем в чашеобразном резервуаре, позволяя исполнительному элементу быстрее вернуться в исходное положение.

Далее, поскольку желоб образует резервуар у боковой поверхности основания, его легче выполнить с большей площадью поверхности. Это обеспечивает быстрый нагрев исполнительного элемента и его быстрое срабатывание, как только начинается турбулентное кипение.

Кроме того, желоб более прост в изготовлении, чем резервуары в указанных решениях, соответствующих уровню техники.

Предпочтительно желоб выполнен с отношением глубины к радиальной ширине больше 1, предпочтительно больше 3 и наиболее предпочтительно больше 5.

Предпочтительно ширина желоба по верху составляет меньше 10%, предпочтительно меньше 5% диаметра основания. Такой относительно узкий верхний открытый проем может использоваться для ограничения перемешивания воды в нагревательной емкости перед кипением.

Исполнительный элемент может быть установлен непосредственно на желобе или в контакте с ним. Однако это может оказаться затруднительно для выполнения, так что в предпочтительном примере выполнения исполнительный элемент установлен непосредственно на тепловом мостике, прикрепленном к одной или нескольким стенкам желоба, или находится в контакте с этим тепловым мостиком.

Предпочтительно тепловой мостик изготовлен из материала высокой теплопроводности, такого как медь или алюминий, и может быть прикреплен, например припаян или приварен, к стенке или стенкам желоба.

В оптимальном варианте тепловой мостик выполнен по форме повторяющим форму исполнительного элемента для обеспечения максимальной передачи ему тепла.

Очевидно, что радиально наружная стенка желоба или его донная стенка холоднее внутренней стенки, так как они дальше отстоят от нагревательных средств. Поэтому целесообразно устанавливать исполнительный элемент или тепловой мостик в контакте с одной или с обеими этими стенками, а не с внутренней стенкой желоба.

Для ускорения охлаждения желоба после кипения он может быть снабжен охлаждающим элементом, прикрепленным к нему в области исполнительного элемента.

В одном примере выполнения у теплового мостика имеется часть, пространственно отделенная от стенки желоба и допускающая рассеяние тепла желобом.

Однако в альтернативном варианте может быть предусмотрен отдельный охлаждающий элемент. Такое решение может иметь преимущества в том, что тепловой мостик для передачи тепла исполнительному элементу и охлаждающий элемент могут иметь различные тепловые свойства. При этом тепловой мостик может быть выполнен таким, чтобы быстро передавать тепло исполнительному элементу для его быстрого срабатывания при кипении воды в приборе, а охлаждающий элемент может обеспечивать быстрое охлаждение после срабатывания исполнительного элемента.

Данное решение может использоваться не только в описанных примерах выполнения с периферийным желобом в качестве резервуара, но также и при других исполнениях резервуара, например, описанных в документах WO 97/04694 и WO 02/085169.

Соответственно согласно следующему аспекту изобретения предусмотрено создание электрического водонагревателя, содержащего нагревательную емкость с нагревательным основанием, снабженным резервуаром датчика закипания относительно небольшого объема по сравнению с объемом нагревательной емкости, тепловой мостик, находящийся в тепловом контакте с резервуаром, термочувствительный исполнительный элемент, находящийся в тепловом контакте с тепловым мостиком, и охлаждающий элемент, находящийся в тепловом контакте с резервуаром для охлаждения резервуара после срабатывания исполнительного элемента.

Тепловой мостик и охлаждающий элемент могут иметь различные площади поверхности, толщину и другие параметры для обеспечения необходимых рабочих характеристик.

Исполнительный элемент целесообразно выполнить в виде биметаллического исполнительного элемента, предпочтительно исполнительного элемента мгновенного действия по типу описанного в патентном документе Великобритании №1542252. Подобные исполнительные элементы хорошо известны в данной области и не требуют дальнейших пояснений.

Предпочтительно исполнительный элемент является частью термочувствительного блока управления. В одном примере выполнения этот блок может представлять собой стандартный блок отключения при закипании, такой как блок управления марки R48, производимый заявителем настоящего изобретения. Однако в предпочтительном примере выполнения исполнительный элемент является частью интегрированной системы управления/подключения, такой как изделие серии U18 производства заявителя. Эти системы и принцип их работы раскрыты в патентном документе WO 95/34187, содержание которого включено в данное описание посредством ссылки на него.

В обоих названных средствах управления исполнительный элемент при срабатывании перебрасывает перебрасывающийся рычаг в блоке управления в положение отключения и размыкания группы контактов, что вызывает отключение или снижение мощности нагревательных средств.

Желоб может быть выполнен в виде непрерывного желоба, расположенного вокруг всей боковой поверхности основания. Однако было установлено, что внутри желоба могут создаваться периферийные потоки, которые потенциально могут вымывать более холодную воду из желоба во время нагрева и за счет этого вызывать преждевременное срабатывание исполнительного элемента. Для предотвращения этого эффекта желоб может быть выполнен таким образом, чтобы располагаться только вокруг части боковой поверхности основания. Альтернативно он может быть снабжен одной или несколькими перегородками, расположенными внутри желоба и препятствующими формированию таких потоков.

Желоб может быть сформирован любым подходящим образом. Так, например, он может быть сформован в основании, выполненном в виде единой детали, например, способом волочения или прессования. В альтернативном варианте он может быть изготовлен, например, путем крепления наружной стенки к L-образному фланцу, сформованному в основании нагревательной емкости. Эта наружная стенка может быть выполнена из того же материала или из материала, отличного от материала остального основания. Так, например, основание может быть изготовлено из нержавеющей стали, а наружная стенка - из нержавеющей стали, стекла или пластмассы. Однако предпочтительно, чтобы желоб был предварительно сформован в основании перед сборкой водонагревателя.

Соответственно согласно следующему аспекту изобретения предусмотрено создание нагревательного основания для электрического водонагревателя, которое снабжено расположенным на его нижней поверхности электрическим нагревательным элементом. Основание снабжено также открытым сверху желобом, который расположен, по меньшей мере, вокруг части наружной боковой поверхности основания, и термочувствительным или теплопроводным элементом, установленным на стенке желоба.

Краткое описание чертежей

Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны примеры осуществления изобретения. На чертежах:

фиг.1 изображает часть водонагревателя по изобретению, вид снизу,

фиг.2 изображает часть водонагревателя по фиг.1 в разрезе по линии II-II,

фиг.3 изображает часть водонагревателя по изобретению в другом примере выполнения,

фиг.4 изображает часть водонагревателя по изобретению в следующем примере выполнения,

фиг.5 изображает часть водонагревателя по изобретению в следующем примере выполнения.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показан прибор для нагревания жидкостей (водонагреватель), такой как чайник или кастрюля, снабженный нагревательным основанием 2, которое в стандартном случае изготовлено из нержавеющей стали.

Основание 2 снабжено заключенным в оболочку электронагревательным элементом 4, который прикреплен к нижней стороне основания известным образом, посредством теплопроводной пластины 6. Такие конструкции сами по себе хорошо известны и не требуют дальнейшего подробного описания.

Основание 2 снабжено периферийным желобом 8, который проходит вокруг по всей боковой поверхности основания 2. На своем верхнем конце желоб 8 имеет фланец 10, который может использоваться для крепления основания 2 на дне нагревательной емкости 12 прибора, как это схематично показано на фиг.2. В альтернативном примере выполнения основание 2 может составлять часть основания нагревательной емкости 12.

Желоб 8 имеет внутреннюю стенку 14, донную стенку 16 и наружную стенку 18. К внутренней стенке 14 желоба прикреплен, например припаян, элемент 20 из меди или другого материала высокой теплопроводности, образующий тепловой мостик. Нижняя ветвь 22 теплового мостика 20 прилегает снизу к биметаллическому исполнительному элементу 24 термочувствительного блока 26 управления и находится в хорошем тепловом контакте с этим элементом. В данном примере выполнения блок 26 управления представляет собой одно из изделий серии U18, выпускаемых заявителем. Такие блоки содержат перекидывающийся рычаг 28, который приводится в действие исполнительным элементом 24 для размыкания группы контактов 30 в блоке 26 управления. Такие блоки управления хорошо известны специалистам в данной области и не требуют дальнейшего подробного описания.

При работе прибора вода в нагревательной емкости 12 нагревается с помощью нагревательного элемента 4 через основание 2. При этом температура воды в периферийном желобе 8 отстает от температуры основной массы воды. Однако когда происходит кипение, относительно холодная вода вытесняется из желоба 8, так что температура стенки 14 желоба повышается относительно быстро. Это повышение температуры передается биметаллическому исполнительному элементу 24, который по достижении температуры срабатывания (в стандартном варианте составляющей от 90 до 95°С) воздействует на перекидывающийся рычаг 28 и размыкает электрическую связь источника мощности с нагревательным элементом 4.

После остывания жидкости в желобе 8 исполнительный элемент 24 возвращается в исходное положение, допуская подачу энергии к нагревательному элементу.

Принцип действия биметаллического исполнительного элемента 24 подробно проиллюстрирован на фиг.3. Из чертежа видно, что в тепловом мостике 20 выполнено отверстие 32. Тепловой мостик 20 выполнен с возможностью приема биметаллического исполнительного элемента 24 и имеет с ним одинаковую кривизну. Отверстие 32 в тепловом мостике 20 предназначено для размещения в нем центрального язычка 34 исполнительного элемента, который является исполнительным элементом мгновенного действия, как это хорошо известно в данной области. Как видно по чертежу, когда исполнительный элемент 24 изменяет свою кривизну, его язычок 34 передает давление вверх на перекидывающийся рычаг 28 блока 26 управления для размыкания контактов 30.

Как показано на фиг.3 штриховыми линиями, тепловой мостик 20 может проходить не только вдоль одной стенки желоба 8. Так, например, он может иметь в поперечном сечении U-образную форму со сторонами 40, 42 и 44. Предпочтительно, по меньшей мере, сторона 42 прикреплена к донной стенке 16 желоба 8. В наиболее предпочтительном примере выполнения сторона 44 отстоит с зазором от наружной стенки 18. Такое расположение способствует рассеянию тепла от желоба 8 после срабатывания блока управления, с тем чтобы ускорить возврат исполнительного элемента 24 в исходное состояние.

Фиг.4 изображает часть водонагревателя по изобретению в другом примере выполнения. Образующий тепловой мостик 50 элемент прикреплен к донной стенке 52 желоба 54, образованного в боковой стенке основания нагревательной емкости. Как и в предыдущем примере выполнения, биметаллический исполнительный элемент 56 блока управления находится в хорошем тепловом контакте с тепловым мостиком 50. К донной стенке 52 желоба 54 прикреплен также охлаждающий элемент 58, как это показано на чертеже.

Преимущество данного решения состоит в том, что оно обеспечивает быстрый нагрев исполнительного элемента 56, когда в емкости происходит кипение, причем охлаждающий элемент 58 не оказывает на нагрев значительного сдерживающего влияния. После срабатывания исполнительного элемента охлаждающий элемент 58 (температура которого не повышается до уровня температуры теплового мостика 50) способствует быстрому охлаждению зоны теплового мостика 50 и быстрому возврату исполнительного элемента 56 в исходное состояние.

Фиг.5 изображает часть водонагревателя по изобретению в следующем примере выполнения.

В этом варианте внутренняя стенка 60 желоба 62, сформованного в нагревательном основании 64, снабжена множеством выступов 66, которые разделяют желоб 62 на несколько секций 68. Это предотвращает создание самопроизвольных периферийных потоков в желобе 62, которые могли бы приводить к преждевременному срабатыванию блока управления. Хотя на чертеже показаны выступы 66, выполненные заодно с внутренней стенкой 60 желоба 62, они могут быть выполнены также в виде перегородок, установленных в желобе 62.

Из примера выполнения по фиг.6 видно, что желоб 70 не обязательно должен быть выполнен в виде отдельной единой детали. В этом примере внутренняя стенка 72 и донная стенка 74 желоба 70 образованы свисающим фланцем 76 нагревателя, образующего основание нагревательной емкости прибора. При этом наружная стенка 78 желоба образована отдельным элементом, который прикреплен к донной стенке 74 фланца 76 для формирования желоба 70.

Электрический водонагреватель содержит нагревательную емкость для воды с нагревательным основанием, которое снабжено желобом, проходящим, по меньшей мере, вокруг части наружной боковой поверхности основания. Термочувствительный исполнительный элемент установлен в тепловом контакте со стенкой этого желоба и приводится в действие при кипении воды в нагревательной емкости. Водонагреватель обеспечивает быстрый возврат исполнительного элемента в исходное положение после его срабатывания. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Электрический водонагреватель, содержащий нагревательную емкость с нагревательным основанием, снабженным желобом, расположенным вокруг, по меньшей мере, части наружной боковой поверхности основания, и термочувствительный исполнительный элемент, установленный в тепловом контакте со стенкой желоба и срабатывающий при кипении жидкости в нагревательной емкости.2. Водонагреватель по п.1, отличающийся тем, что желоб выполнен с отношением глубины к радиальной ширине больше 1, предпочтительно больше 3 и наиболее предпочтительно больше 5.3. Водонагреватель по п.1 или 2, отличающийся тем, что ширина желоба по верху составляет меньше 10%, предпочтительно меньше 5% диаметра основания.4. Водонагреватель по п.1 или 2, отличающийся тем, что исполнительный элемент установлен непосредственно на желобе или находится в контакте с ним.5. Водонагреватель по п.1 или 2, отличающийся тем, что исполнительный элемент установлен непосредственно на тепловом мостике, который прикреплен к одной или нескольким стенкам желоба, или в контакте с этим тепловым мостиком.6. Водонагреватель по п.5, отличающийся тем, что тепловой мостик изготовлен из материала высокой теплопроводности, например, из меди или алюминия.7. Водонагреватель по п.6, отличающийся тем, что тепловой мостик прикреплен, например, припаян или приварен к стенке (стенкам) желоба.8. Водонагреватель по п.6, отличающийся тем, что тепловой мостик выполнен по форме повторяющим форму исполнительного элемента.9. Водонагреватель по п.4, отличающийся тем, что исполнительный элемент расположен в контакте с донной или радиально наружной стенкой желоба или с обеими этими стенками.10. Водонагреватель по п.5, отличающийся тем, что тепловой мостик расположен в контакте с донной или радиально наружной стенкой желоба или с обеими этими стенками.11. Водонагреватель по п.1 или 2, отличающийся тем, что желоб снабжен охлаждающим элементом, прикрепленным к нему в области установки исполнительного элемента.12. Водонагреватель по п.5, отличающийся тем, что у теплового мостика имеется часть, пространственно отделенная от стенки желоба и допускающая рассеяние тепла желобом.13. Водонагреватель по п.11, отличающийся тем, что исполнительный элемент установлен на тепловом мостике или в контакте с тепловым мостиком, прикрепленным к одной или нескольким стенкам желоба, причем водонагреватель снабжен отдельным охлаждающим элементом.14. Водонагреватель по п.13, отличающийся тем, что тепловой мостик и охлаждающий элемент имеют различные площади поверхности и/или толщины.15. Водонагреватель по п.1 или 2, отличающийся тем, что исполнительный элемент выполнен в виде биметаллического исполнительного элемента, предпочтительно мгновенного действия.16. Водонагреватель по п.1 или 2, отличающийся тем, что исполнительный элемент является частью термочувствительного блока управления, предпочтительно частью интегрированной системы управления/подключения.17. Водонагреватель по п.1 или 2, отличающийся тем, что желоб выполнен в виде непрерывного желоба, расположенного вокруг всей боковой поверхности основания.18. Водонагреватель по п.1 или 2, отличающийся тем, что желоб расположен вокруг части боковой поверхности основания.19. Водонагреватель по п.1 или 2, отличающийся тем, что желоб снабжен одной или несколькими перегородками, расположенными внутри желоба.20. Водонагреватель по п.1 или 2, отличающийся тем, что желоб сформован, например, способом волочения или прессования в основании, выполненном в виде единой детали.21. Водонагреватель по п.1 или 2, отличающийся тем, что желоб изготовлен путем прикрепления наружной стенки к L-образному фланцу, сформованному в основании нагревательной емкости.22. Водонагреватель по п.20, отличающийся тем, что наружная стенка выполнена из материала, отличного от материала основания.23. Водонагреватель по п.1 или 2, отличающийся тем, что желоб предварительно сформован в основании перед сборкой водонагревателя.24. Электрический водонагреватель, содержащий нагревательную емкость с нагревательным основанием, снабженным резервуаром датчика закипания, имеющим небольшой объем по сравнению с объемом нагревательной емкости, тепловой мостик, находящийся в тепловом контакте с резервуаром, термочувствительный исполнительный элемент, находящийся в тепловом контакте с тепловым мостиком, и охлаждающий элемент, находящийся в тепловом контакте с резервуаром для охлаждения резервуара после срабатывания исполнительного элемента.25. Водонагреватель по п.24, отличающийся тем, что тепловой мостик и охлаждающий элемент имеют различные площади поверхности и/или толщины.26. Нагревательное основание для электрического водонагревателя, снабженное расположенным на его нижней поверхности электрическим нагревательным элементом, открытым сверху желобом, расположенным, по меньшей мере, вокруг части наружной боковой поверхности основания, и термочувствительным исполнительным элементом или теплопроводным элементом, установленным на стенке желоба.