水加热容器中的减噪处理的制作方法

专利名称：水加热容器中的减噪处理的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种电热水器，并且还涉及包括这种加热器的容器，这种加热器适于减少在加热过程中产生的噪音量。
背景技术：
在最近这些年中，由于人们希望可以缩短水箱和水罐的加热时间，因此导致了典型加热器的功率从大约2.2KW增加到大约3KW。不用增大加热器的尺寸就已经可以实现这种功率的增加，从而也不需要将设备做得更大来容纳更大的加热器。因此，加热功率的增加导致了施加给加热器表面的功率密度的增加，而这种增加又更改了加热器和将要被加热的水之间的热传递过程。
加热过程的改变使得水箱和水罐在加热过程中产生的噪音也增加了。这种噪音通常是令人讨厌的。
在GB-A-2386532中，申请人描述了各种涂层的详情，这些涂层可以涂敷在电热水器的面向水表面上来减少局部泡核沸腾(nucleate boiling)的发生率，从而减少所产生的噪音量。虽然应当专门查阅GB-A-23865324来获得合适涂层及其使用方法的详细情况，但通常它们包括将涂层涂敷在加热器的面向水表面上，该涂层在微观层面上具有表面张力属性不同的相邻区域。如上述文件中所阐述的，这限制了气泡通过泡核沸腾所能成长的尺寸，从而限制了所产生的噪音量。
实验显示这些涂层可以成功地减少所产生的噪音量。如GB-A-2386532所述，通过将水垢脱落添加剂(scale shedding additive)例如PTFE混合到涂层中可以提高减噪的效果。然而已经通过实验得到证实，因为加热器趋向于在使用中促进加热器的表面产生薄膜状沸腾(film boiling)，因此可以加入的添加剂的量受到限制。因为由此而产生的蒸汽层减少了从加热器到水的热传递，并且因而导致加热器温度的上升，因此薄膜状沸腾是不希望发生的。这会导致被称为干沸腾干扰器(DBI，Dry Boil Interference)的热保护装置过早地动作。

发明内容
本发明的一个目的在于缓解上面所提出的问题，并且从第一个方面来看，本发明提供了一种电热水器，该加热器包括仅仅位于其面向水表面一部分上的减噪处理部分，而该面向水表面上的在使用中直接位于热传感器上方的区域大致没有所述处理部分。
本发明延伸至一种对电热水器实施处理的方法，包括仅对加热器面向水表面的一部分实施处理，从而该表面上的在使用中直接位于热传感器上方的区域没有实施所述的处理。本发明还延伸至一种水加热容器，优选地为与这种加热器相结合的水沸腾容器；以及还延伸至一种加热器，在这里这种加热器被限定为具有至少一个直接位于所述未处理区域下方的热传感器。
因此本领域技术人员可以看出，根据本发明，加热器表面上温度被检测的部分没有进行处理。这意味着由于由减噪处理产生的薄膜状沸腾不会发生在热传感器的上方，所以发生干沸腾干扰的可能性将被显著地减少。这意味着这种处理可以实现最优化，既可以减少噪声又不用必须兼顾减少薄膜状沸腾。
特别优选的是，该处理至少覆盖了水加热器表面直接位于加热器上方的部分，从而使噪音减弱的程度不必受到特别不利的影响。在一个优选实施例中，处理的图案为加热器表面中心部分不被处理的环形，从而与通常连接到加热器下侧的包覆式(sheathed)加热元件的标准形状大体相对应。
除了上述的优点之外，显然还可以知道，根据本发明，作为优选地，该处理包括涂敷到加热器表面的涂层，所需涂敷材料的量的减少伴随着成本的节省。本发明的这种设置甚至在处理过的区域中也会减少薄膜状沸腾的实际发生率，原因是产生的气泡在它们到达处理和未处理区域之间的边界时将会消散，并且因为热量仍会从处理区域向未处理区域横向传导(例如，通过本身在现有技术中已知的扩散板传导)，并因而从未处理区域传递给水，所以使已发生的薄膜状沸腾的过热效果也将受到限制。
这种处理可以包括任何具有减噪效果的处理，但这种处理方式优选是一种使相邻微观区域产生不同表面属性的处理方式，优选地采用GB-A-2386532中所述，可以使相邻微观区域产生不同表面张力属性的的处理方式。
优选地，这种处理包括涂敷到加热器表面上的涂层。这可以通过任意便利的方式来实施，例如使用蒙板(mask)并进行喷涂或者丝网印刷(screenprint)。然而根据至少一些优选的实施例，加热器朝向液体的表面在涂敷区域被升高。这样是有利的，因为如果加热器上将要接受涂层的区域被提升高于加热器的剩余区域，则可以简单地通过辊筒来涂敷涂层而不用将加热器的剩余部分罩上。在优选地涂层部分位于元件之上的情况下，还可以得到的额外好处是加热器干燥侧上的相应凹部可以在装配过程中用来放置元件。
因此此处公开的加热器的一个优选特征是加热器的处理部分被提升得高于加热器的剩余部分。此处公开的制造加热器的方法优选地包括以下步骤，即提供具有升高部分的加热器，并且仅对所述升高部分实施减噪处理。
在GB-A-2386352中公开的与本发明相一致的处理方式将在下文中做更详细的描述。
优选地加热器表面的处理包括用来提供必要的表面属性的涂层。例如，这种涂层可以是一种包括为气泡提供成核位置的颗粒和用来中断气泡生长的基体(matrix)的两相或多相涂层。
在涂敷涂层的操作中颗粒的尺寸也是很重要的。如果颗粒太小，它们会完全保留在涂层基体中，从而不会穿透表面，并因而不能用作气泡成形的成核位置。优选地添加物颗粒的尺寸小于0.5mm。优选地，它大于20微米，更加优选地大于50微米，并且最好是在100和300微米之间。例如，一种特别合适的添加剂是其中50-75％的颗粒穿过45微米的网眼开口尺寸，93-99％穿过90微米的开口，并且100％的穿过150微米的网眼尺寸(即标称150μm的尺寸)。
涂层沉积的方法同样会对添加物颗粒的尺寸产生影响。已经发现与幕式淋涂(curtain coating)的处理相比，在喷涂或辊涂中可以更成功地使用较小的添加物颗粒尺寸，在这种幕式淋涂的处理中，涂层材料的“帘幕”落到移动的基板上。这可能是由于幕式淋涂的方法在涂层流下并停留到基板上时，会使得颗粒在某个方向上对齐。例如，当标称150μm的添加剂尺寸可以用在喷涂或辊涂处理中时，则在幕式淋涂处理中可能需要标称250μm的尺寸。
所谓的“干式”喷涂处理在一些环境中是优选的，因为它可以促使颗粒的沉积更加靠近表面。通常，这种喷涂处理在实施时，喷涂混料中的空气百分比要高于常规的百分比，并且喷头要保持远离被涂敷的表面，通常远离20-30cm。颗粒之间的平均间距应当优选地与颗粒尺寸为同一数量级。
颗粒优选地为无机的例如云母、铝、硅石、玻璃、石英或等等之类。
已经发现，经过一段时间和持续的使用，某些微粒材料例如云母的性能会退化，而声级会发生相关的增长。为了减少这种影响，可以使用更加稳定的材料例如石英或玻璃。然而可以通过减少或防止水吸附到颗粒的表面的处理而显著地改善其它材料例如云母的性能。因此优选地，对微粒添加剂进行预处理来减少水吸附到添加剂的表面上。
因此可以用防水剂例如硅烷或硅氧烷来对添加物颗粒进行处理，这些在市场上是可以广泛得到的。作为另一种选择，添加物颗粒可以用这样一些材料进行处理，这些材料通常用在含有铝片(aluminium flake)的涂层产品中来减少铝的腐蚀。这些处理的例子包括使用涂有丙烯酸酯的聚合物和涂有防蚀剂的聚合物，它们还具有不导电的属性。这些材料和工艺可以从埃可卡特公司(Eckart GmbH)得到。
因为颗粒往往会用作形成水垢的成核位置，所以不希望添加太多的颗粒到涂层中。而这样会导致加热器的温度上升，会干扰加热器热敏感控制器的正常操作。因此优选地，颗粒的组成按成品涂层的重量计小于大约3％，更加优选地为按重量计的大约1-3％。因此这些颗粒可以包括通常小于按涂敷前的涂层重量计的大约1％，并且更加优选地为按重量计的大约0.3-1％之间。已经发现这样可以优化加热器的声音和水垢性能。
还已经发现，涂敷的方法除了对可用在涂层中的添加物颗粒的尺寸有影响以外，还对涂层中添加剂的百分比有影响。尤其是，虽然按涂敷和固化的涂层重量计的大约1％的数值可以用在喷涂或辊涂方法中，但按重量计的大约3％的数值也许更加适合于幕式淋涂工艺中。
如上所述，给涂层添加太多颗粒的问题在于它会促进水垢的附着。通过给涂层添加水垢脱落添加剂例如PTFE可以减轻这种影响。已经发现，在成品涂层中存在按重量计小于0.5％，更加优选地按重量计在0.1-0.3％之间的水垢脱落添加剂(通常对应着在涂敷前涂层中的PTFE的散布量为1-3％)可以得到较好的结果。另外，由于PTFE与作为基体的所述PES之间的表面张力的差别，减噪的效果也同样得到了改进。
基体可以是有机的或无机的，但是优选地为有机的，例如PTFE、PES(聚醚砜)、聚硅醚、PPS(聚苯硫醚)、环氧树脂或者PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)。基体可以包括填充物例如色素，这在涂层技术领域是已知的。
基体优选地为具有良好水垢释放性能的材料，例如Greblon。
已经发现的合适的涂层是Akzo Nobel生产的Chemlon X7541A。这种涂层包括由80％PES和20％PTFE组成的聚合物基基体(base polymermatrix)，并且在其中添加了按重量计2％的云母颗粒。
涂层优选地为5-50微米厚，更加优选地为5-25微米厚，最好是10-20微米厚，并且可以以任意合适的方法进行涂敷，例如喷涂、浸涂、辊涂或幕式淋涂。
在测试中涂敷前述的X7541A涂层，噪音水平得到了显著地减弱。
下面将讨论其它合适的涂层。
一种特别适合于平面厚膜加热器的成品涂层是包括TiO2填充物(通常为包括按重量计85-90％的PES，按重量计5-10％的填充物)，按重量计1-3％的云母颗粒以及按重量计0.1％的PTFE的PES基体。数值为1％的云母颗粒适合用在喷涂或辊涂中，而3％的数值更加适合用在幕式淋涂中。因为当薄膜状沸腾发生时加热器基板的温度会上升得非常快，从而导致与加热器相关联的控制器误操作，所以厚膜加热器对薄膜状沸腾非常敏感。因此，PTFE的百分比相对较低。
一种特别适合于包括其上固定有包覆式加热元件的金属基板的平面元件的组成包括，象前面一样，具有TiO2填充物、按重量计1％的云母以及按重量计0.3％PTFE的PES基体。因为加热器的边缘构造(例如WO96/18331中公开的安装构造)使其不能使用幕式淋涂，所以这种涂层通常用来喷涂。因为包覆式元件的热容量往往大于厚膜加热元件的热容量，所以包覆式元件的构造对于薄膜状沸腾不如厚膜加热元件敏感，因此在这种涂层中可以使用较高百分比的PTFE。
在上述实施例中，可以通过将分散的PES、TiO2和PTFE以及云母按合适的百分比混合到一起来制备涂层，从而在成品涂层中可以得到所需的成分百分比。
在混合以后，可以使用喷涂、辊涂或其它合适的涂敷技术来将涂层涂敷到基板上。基板通常为不锈钢，例如300或400系列的不锈钢，并且通常为0.5-1.5mm厚的板。
为了准备用于涂敷的基板，优选地将该基板喷砂处理至粗糙度为2.5-3.0Ra，并且进行清脂处理。
在涂敷完成以后，涂层被置于375℃下10分钟进行固化处理。
本领域技术人员立刻可以明显看出，在本发明的加热器面向水表面的处理区域和未处理区域之间存在着明显的区别，这是加热器作为整体的宏观属性；并且相邻区域具有不同的表面张力，这种不同的表面张力限定了上文和GB-A-2386532中描述的减噪处理和涂敷。通过例证，虽然这里描述的加热器的处理区域和未处理区域可以具有不同的宏观表面张力属性，但这自身并没有产生任何的减噪作用。
虽然在这里使用术语“未处理区域”，但这应当理解为意味着加热器表面上大致没有进行减噪处理的区域，例如没有涂在加热器的其它地方的涂层的区域。这种“未处理区域”可以进行一种或多种实现其它功能的其它处理或涂敷。
虽然本发明产生于改进加热器减噪处理的背景中，但仍可以设想根据其原理还可以用在进行其它处理和涂敷的加热器中，这些处理和涂敷也许会对热传感器的操作产生不利影响。因此从更广的方面来看，本发明提供了一种电热水器，包括仅对其面向水表面的一部分进行处理，从而该表面的中间区域大致没有进行所述的处理。
此处描述的加热器的未处理区域可以覆盖单个热传感器，在这种情况中热传感器优选地为主过热传感器。因为该主过热传感器通常被设置成在低于次热传感器的温度下操作，因而更倾向于DBI。然而在优选的实施例中，未处理区域与设置的两个或更多热传感器对应。当然未处理区域不需要是成整块的，而是可以包括两个分离的未处理区域。相似地，这种处理可以在多个离散的区域而不是连续的区域中进行。
所使用的位于未处理区域下方的热传感器可以是任意的类型，例如双金属致动器、热熔丝、热敏电阻等等。


现在参照附图仅通过示例的方式来描述本发明的优选实施例，在这些附图中图1是本发明水加热器的平面图；图2是沿图1的Z..Z线的剖面图；图3是具有升高部分的本发明另一个实施例的透视图；图4是图3所示加热器的下侧的透视图；图5是具有详细部分的图3和图4所示的加热器的横截面图。
具体实施例方式
附图示出了一通常为标准的包覆式板下(underfloor)加热元件，该加热元件包括一个通常为碟形的板2，在板的下侧安装有包覆式电阻元件4，圆盘形热扩散板6夹在它们中间。如现有技术已知的，板2由不锈钢制成。
通过涂敷一环形的减噪涂层区域8来处理加热器2a的面向水表面。该减噪涂层8可以由GB-A-2386532中描述的材料中的任意一种形成。作为非限制性的举例，该涂层可以是具有二氧化钛填充物，以及按重量计1％的云母和按重量计0.3％的PTFE的聚醚砜(PES)基体。
从附图中可以看出，涂层8覆盖在加热元件外壳4上。
涂层8限定出一个没有涂层的圆形中间区域10。从其中的虚线轮廓可以看出，两个申请人的U17或U18系列控制器之一的双金属致动器12在使用中设置在该无涂层区域的下方。
在加热器的使用中，热量自元件4的将被传递给水，其方式主要通过穿过热扩散板6和加热器板2以及其上涂层8的直接通道。即使加热器4为现代的高功率类型例如额定值为3KW，在涂层区域8微观具有不同表面张力属性的相邻区域将相当大地减少泡核沸腾过程中气泡所能成长的尺寸，从而减少产生的噪音。由于直接穿过扩散板6和加热器板2的热通道要比沿扩散板6侧向热传导的通道短，因此从中间区域10到水的热传递相对比较低，因而将不会有显著的噪音通过这种传递产生。
涂层8中PTFE的存在产生了穿过涂层的薄膜状沸腾的趋势。然而，涂层8的这种环形形状和相对有限的延伸有助于使这种趋势最小化。此外，即使这种情况发生，通向水的热传递仍然会沿扩散板6和未涂敷区域10侧向发生。由于薄膜状沸腾不会发生在双金属致动器12上方的加热器板区域，因此它们就不存在过早操作并因而在正常操作中中断加热的可能性。
参看图3到5，其中示出了本发明的另外实施例。在这个实施例中，减噪涂层20被涂敷在加热器板23的升高区域22上。包覆式元件4被容纳在由升高区域22形成的干燥侧的凹部中。因为加热器表面23的剩余部分没有与辊筒接触，这使得涂层20可以容易地使用平的辊筒而不需使用蒙板来进行涂敷。
尤其是从图5中可以知道，与第一实施例相反，包覆式元件4直接与加热器板23接触—即在它们之间没有扩散板。然而在元件4向内有一个热扩散元件24，该热扩散元件近似为C形并且其内部围绕着区域26，并且该被围绕部分没有热扩散元件。热扩散元件24与加热器板23和包覆式元件4的侧壁进行良好的热接触。这意味着比第一实施例的热扩散板6更要减少成本。
对于本领域技术人员都可以知道，上述仅仅是本发明原理的一个可能的应用，并且还存在着许多另外的可能应用。例如涂敷区域不需要为图示的形状，并且可以是任意合适的减噪材料。虽然减噪涂层优选地为GB-A-2386532中描述的多种涂层中的一种，但是这不是必须的。此外可以进行其它形式的非涂敷涂层的处理。
权利要求
1.一种电热水器，其中，位于其面向水表面的仅仅一部分受到减噪处理，从而使得该面向水表面上的、在使用中直接位于热传感器上方的区域大致没有受到所述减噪处理。
2.一种对电热水器实施减噪处理的方法，包括对该加热器面向水表面的仅仅一部分实施所述处理，从而该表面上在使用中直接位于热传感器上方的区域大致没有实施所述处理。
3.根据权利要求1所述的加热器或权利要求2所述的方法，其中直接位于加热器上方的水加热表面的至少一部分被处理。
4.根据权利要求3所述的加热器或方法，其中被处理区域的形状为环形，从而留下加热器表面的中心部分未处理。
5.根据前面任一项权利要求所述的加热器或方法，其中所述加热器包括安装或连接到其下侧的包覆式加热元件。
6.根据前面任一项权利要求所述的加热器或方法，其中被处理区域包括具有不同表面张力属性的相邻微观区域。
7.根据前面任一项权利要求所述的加热器或方法，其中该表面的被处理区域中设置有涂层，以提供必需的表面张力属性。
8.根据权利要求7所述的加热器或方法，其中该涂层是两相或多相涂层，包括为气泡提供成核位置的颗粒和用来中断气泡生长的基体。
9.根据权利要求8所述的加热器或方法，其中添加物颗粒的尺寸小于0.5mm。
10.根据权利要求9所述的加热器或方法，其中添加物颗粒的尺寸大于20微米，更加优选地大于50微米，并且最好是在100和300微米之间。
11.根据权利要求8到10任一项所述的加热器或方法，其中颗粒之间的平均间距与颗粒的尺寸为同一数量级。
12.根据权利要求8到11任一项所述的加热器或方法，其中颗粒为无机的，例如云母、铝、硅石、玻璃或石英。
13.根据权利要求8到12任一项所述的加热器或方法，其中对颗粒添加剂进行预处理，以降低颗粒表面上的吸水性。
14.根据权利要求8到13任一项所述的加热器或方法，其中颗粒组成小于按成品涂层重量计的大约3％，更加优选地为按重量计的大约1-3％。
15.根据权利要求8到14任一项所述的加热器或方法，其中给涂层添加水垢脱落添加剂。
16.根据权利要求15所述的加热器或方法，其中水垢脱落添加剂在成品涂层中组成为按重量计小于大约0.5％，更加优选地按重量计在0.1-0.3％之间。
17.根据权利要求8到16任一项所述的加热器或方法，其中所述基体为有机的，例如PTFE、PES(聚醚砜)、聚硅醚、PPS(聚苯硫醚)、环氧树脂或者PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)。
18.根据权利要求8到17任一项所述的加热器或方法，其中基体包括填充物，例如色素。
19.根据权利要求8到18任一项所述的加热器或方法，其中成品涂层包括包括TiO2填充物(通常为按重量计85-90％的PES、按重量计5-10％的填充物)、按重量计1-3％的云母颗粒以及按重量计0.1％的PTFE的PES基体。
20.根据权利要求8到21任一项所述的加热器或方法，其中成品涂层包括具有TiO2填充物，按重量计1％的云母和按重量计0.3％的PTFE的PES基体。
21.根据权利要求8到20任一项所述的加热器或方法，其中所述涂层通过喷涂、辊涂或其它涂敷技术进行涂敷。
22.根据权利要求21所述的加热器或方法，其中涂层被进行干式喷涂。
23.根据前面任一项权利要求所述的加热器或方法，包括位于所述未处理区域下方的热传感器。
24.根据权利要求23所述的加热器或方法，包括两个位于所述未处理区域下方的热传感器。
25.一种液体加热容器，包括前面任一项权利要求所述的加热器。
26.如权利要求25所述的液体加热容器适于将水加热到沸腾。
27.一种电热水器，包括位于其面向水表面的仅仅一部分上的处理部分，从而该表面的中间区域大致没有进行所述处理。
28.如前面任一项权利要求所述的加热器或容器，其中加热器面向水表面上设置有进行了所述处理的部分，该处理部分被提升地高于所述表面的剩余部分。
29.如权利要求2到24任一项所述的方法，包括提供一加热器，将该加热器面向水表面的一部分提升高于该表面的剩余部分，并且对所述升高部分实施所述处理。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述实施所述处理的步骤包括使用辊筒来涂敷涂层。
全文摘要
本发明公开了一种电热水器，其包括位于其面向水表面(2a)的仅仅一部分上的减噪处理部分(8)，从而使得在使用中面向水表面直接位于热传感器(12)上方的区域(10)大致没有进行所述减噪处理。在一个实施例中，在加热器板(23)的升高区域(22)上实施减噪处理(20)。
文档编号A47J36/02GK1672619SQ200510065669
公开日2005年9月28日 申请日期2005年2月23日 优先权日2004年2月23日
发明者理查德·约翰斯顿, 迈克尔·J·斯科特 申请人:施特里克斯有限公司