专利名称：液体电加热容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及液体电加热容器，更具体地说，涉及这样的容器，其包括一底部，该底部带有一不锈钢液体接触表面。
带有不锈钢底部的液体加热容器已广为人知，这些容器可以构造成使得整个容器、底或仅有底的一部分由不锈钢制成，容器的剩余部分由其它材料，如塑料制成的。不锈钢用于这类容器是由于其具有相对较低的热传导系数并能有效隔绝来自加热元件的热量，例如，当元件过热时用于防止由于温度过高而损坏容器中的塑料元件，如侧壁。使用时，这类容器的内壁和被加热的液体接触，特别是，容器的底总是一定程度上由被加热的液体所覆盖。所以，容器的不锈钢内表面受到容器中液体的腐蚀作用，这种腐蚀作用在容器的操作温度下以及不锈钢不断加热和冷却时更为严重。
这种腐蚀对水的电加热容器的不锈钢表面特别严重，因为水中的氯离子可以进入不锈钢表面的凹痕或缺陷，加快不锈钢组成成分间的电化学反应，称为孔蚀(pitting corrosion)。在不锈钢，如英国牌号BS340中，氯离子还加速了不锈钢易受的应力腐蚀。另外，开水中的锅垢沉积会使某些不锈钢产生裂隙腐蚀(crevice corrosion)。
在液体电加热容器的加热元件是置于容器的不锈钢底的下面的情况下，为了加热容器中的液体，容器底不断被加热元件加热、底部温度高的结果是进一步加大了上述腐蚀问题。
为了克服腐蚀问题，已知的一种方法是对液体电加热容器的内部不锈钢表面进行抛光或研磨处理，以除去表面上导致孔蚀的氧化物和缺陷。然而，研磨和抛光工序需要高速机器，这些机器既大又贵，并且在抛光以后，并不能完全防止不锈钢的腐蚀。
所以，根据本发明，提供了一种防止液体电加热容器底部的液体接触不锈钢表面上发生腐蚀的方法，其中，不锈钢表面上提供了一层玻璃，玻璃陶瓷或陶瓷层(下面总称为“玻璃”)。
通过在容器底部表面上提供一层玻璃，可以完全防止容器中的液体和不锈钢之间的接触，从而可以完全避免腐蚀。玻璃层还提供了一硬且耐磨的涂层，它可以防止锅垢形成，但是它允许用化学或机械摩擦方法除去锅垢沉积。玻璃层还可以防止金属离子从底部沉积到容器内的液体中。
底部和液体加热容器可以形成一体，此时，容器的其它内部不锈钢表面也可以提供有一层玻璃，用以防止腐蚀。然而，底部也可以是分立不锈钢部件，例如，一块板，形成容器的底部内表面，或容器底部内表面的一部分。此时，容器的其它部分可以由非金属材料(如塑料)制成。
底部可以置于组装的液体加热容器的加热元件下面，但是，当底部在其下侧提供一加热元件时，本发明的方法特别有利。这种下置加热元件可能是，例如，一铠装加热元件，最好提供有一热扩散器，或一厚膜印制加热元件。这种类型的板式加热器在WO96/18331中披露了，该发明介绍了一受热金属板，它形成液体加热容器底部的至少一部分，该液体加热容器包括一用向槽，用于卡住容器壁的悬空部分。
一般地，这种底部下侧的厚膜印制加热元件设置于加热元件和底部下部的不锈钢表面之间的一玻璃层上，所以，不锈钢底部和加热元件之间是电绝缘的。通过这种结构，本发明还有其它优点，底部上侧的玻璃层可以平衡底部由于不锈钢和玻璃层之间的热膨胀率不同而引起的引力，该应力会导致底部弯形。底部两侧玻璃层的平衡效果加强了底部的结构，足以使底部不需要如WO96/18331中所述的加强槽，这样，底部基本上是平的。
所以，根据本发明的又一方面，提供了一厚膜印制加热器，它包括一基本上是平的钢制基底，在其两相对的表面上提供一层玻璃。通过这种方法，可以得到一简单的平面设计的薄加热器，同时，保证加热器的机械强度。
基底的每个表面上所用玻璃可以是相同的。典型地，将在其上形成电阻加热膜的玻璃层的厚度为100-150μm数量级。
最好，在制造工艺中两层玻璃同时覆到底部上，然后，同时烧制。
当使用下置式加热器时，热量通过底部从加热元件传到液体中，所以，底部本身也被加热元件加热，这样加快腐蚀。然而，重要的是选择合适的玻璃厚度，所以，通过保证一连续的无气孔层可以有效地防止腐蚀，但是，从底部传到液体中的热量不会大幅度减小。一合适的厚度一般不大于15μm，最好小于10μm。一般认为可得到的连续无气孔玻璃层的最小厚度为5-7μm，这也是最优选的厚度。当然，玻璃层必须的厚度将取决于所用玻璃，可能必须有一大于15μm的玻璃层，然而，这样一种玻璃层的厚度一般小于1mm。
玻璃层可以是不透明的或透明的。这种不透明的材料可能是彩色的或甚至是带有花纹的，用以增加底部的美观感。同样，当使用透明材料时，底部的不锈钢要抛光或提供了一图案，也是为了增加底部的美观感。
玻璃层可以是任何合适的材料，例如，钠钙玻璃(如EPSOM GLASSINDUSTRIES 3169/150玻璃粉料)。一般地，玻璃在烧制之前通过网板印刷(screen printing)、转移印刷(transfer printing)、电响沉积(electrophoreticdeposition)、移画印花(decal transfer)、卷带叠层(tape lamination)、静电喷射(electrostativ spraying)等方法以粉末方式施加。
本发明还涉及用于一液体电加热容器的不锈钢底部，在其上表面上有一玻璃层。本发明还进一步涉及带有这种底部的液体电加热容器。
本发明还公开了关于制造加热元件和电阻的改进，具体地说，涉及所谓厚膜印刷元件和电阻的制造方面的改进。
这种元件和电阻典型地包括一通常由抛光不锈钢制成的金属基底，在它上面沉积有一玻璃(如上定义的玻璃)绝缘层。在绝缘层上有一厚膜电阻膜。为了获得一满意的表面以使绝缘层易于在其上键合，金属基底通常通过热处理或化学方法进行预氧化。然而，这种工序是昂贵的，特别是在使用不锈钢时，因为它通常是用很贵的预抛光钢，特别是后来抛光效果又被氧化工序所抵消。另外，在不锈钢表面上典型地提供有一保护性塑料膜(塑料膜本身又需要额外的花费)。在进一步处理之前，该膜通过人工从各个元件上取下。这是一昂贵且苛刻的工序。在这些操作过程中并不希望刮伤抛光的钢表面，并且不允许在抛光钢表面上留下指印。
现有的方法是不可靠的，也是不合理的，并且易受许多因素的影响，这些因素反过来又影响将玻璃粘接到基底上，从另一角度看，本发明力求通过一可以接受一绝缘层的预处理表面来提供一较便宜并且更加可靠的方法。
从这一点来看，本发明提供了一种预处理钢表面，最好是不锈钢表面的方法，该表面用于接受电绝缘玻璃层，而该玻璃层用于形成电阻膜，其中，上述表面是用干燥而又干净的磨料进行喷砂处理(grit blasted)的。
所以，根据本发明，一金属表面，最好是一不锈钢金属表面，在接受绝缘层之前进行砂处理。这种方法基本上比热处理和化学处理便宜，但是它将提供一经化学方法处理干净的表面，它还将为绝缘层提供一合适的连接键合层(key)。这还意味着可以使用未抛光的不锈钢当作初始材料，它比抛光的不锈钢相对便宜。该方法为玻璃层的沉积提供了一致的表面，并为玻璃层提供更均匀一致的粘接。
极为重要的是所用砂应干净且干燥。如果不是这样，杂质(如油)会沉积在表面上，在烧制绝缘层时，它会碳化，从而导致玻璃层和基底之间局部不完全粘接。另外，如果砂石是不干燥的，水分可能会沉积在表面上，会腐蚀产品，它又会引起绝缘层和基底之间形成不满意的粘接。喷砂工序能有效地除去钢的自然保护表面，这就意味着如果存在杂质或水份，几秒钟内钢表面上就会形成腐蚀，既便在不锈钢上也会是这样。
可以用普通的或其它市场上可以买到的装置对砂进行净化和干燥。例如，可以利用惯性从砂中除去灰尘和其它颗粒，另外，用来吹风的空气或气体也必须使用普通的方法(例如，用市场上可以买到的设备)进行干燥和脱油。这一点很重要，表面上沉积的任何油都会导致不满意的粘接。
据发现，用氧化铝作为喷砂磨料可以得到特别满意的结果。这被认为是因为氧化铝和通常用于厚膜加热器中的玻璃绝缘材料是相容的，如果处理以后，砂的残余物保留在表面上，它们不会损害玻璃层。
据发现，作为用氧化铝磨料进行喷砂的替代方式，用氧化铝通过其它方法(例如用铝砂纸)磨表面也可以得到满意的处理效果。一种这类方法是将铝砂纸固定在车床上，让钢表面和转动的纸接触。从更宽的角度看，本发明提供了一种预处理钢表面的方法，该表面接受电绝缘玻璃层，该玻璃层用于在其上形成电阻膜，其中，上述表面是通过氧化铝颗粒磨的。
沉积玻璃绝缘层的钢基底最好是不锈钢，并最好是板式的。在减少材料花费的一种尝试中，WO96/18331中建议将这种板的厚度减小到0.5mm。通常在喷砂工序中，磨料喷射到表面形成坑从而扩大了表面。在一个薄板上，这会导致板的变形，导致很难成功地沉积玻璃绝缘层。然而，据发现，这种变形通过限制所用砂粒的最大尺寸可以减少到最小。另外，如果所用砂粒太大，所得到的表面也就可能太粗糙，而不能轻易地沉积玻璃层。据发现，将磨料的最大标称尺寸限制到100目(直径为152μm)可以得到满意的结果。
从另一方面看，本发明提供了一种预处理钢表面的方法，最好是一个钢板表面，它用于接受电绝缘玻璃层，该玻璃层用于形成电阻膜，其中，上述表面是用最大标称尺寸约为100目的磨料进行喷砂处理的。
最好，用标称尺寸为120-150目(最大标称尺寸为100目)的磨料，用标称尺寸为180-220目(最大标称尺寸为150目(104μm))的磨料更好。一般地，磨料尺寸越小，光洁度越好。
据发现，用120-150目的磨料来处理表面，得到峰尖之间为5μm高的粗糙度，用180-220目的磨料来处理表面，得到峰尖之间为2μm高的粗糙度。
尽管有可能只处理将接受电阻膜的板的表面，最好处理板的两边。这样可以平衡由于喷砂处理所产生的应力，从而减小变形。当板的另一边本身带有一玻璃层，用于电绝缘或用作保护作用，这在前面已经进行了描述，此时最好执行该工序。从另一方面看，本发明提供了一种通过喷砂处理钢板两侧以分别接受玻璃层的方法。当然，如果仅需要将一玻璃层加到底部的液体接触表面上，只需要用喷砂技术来准备该表面。
一旦表面经过喷砂处理，可以用任何合适的净化方法，如使用一种所谓“空气刀”的方法(这种方法可以提供干净且干燥的空气流)，来清除剩余的砂或灰尘。还可以用溶剂来清洗表面，以保证没有油沉积在表面上。
此后，可以用合适的方法将玻璃绝缘层覆到处理过的表面上，例如，玻璃可以用传统的方法进行网板印刷，也可以用GB2306873中介绍的静电方法，最好用WO97/01259中介绍的预成型未烧陶瓷元件形式。
本发明还涉及一种用本发明方法进行处理的钢表面；一种加热器，该加热器包括用本发明进行处理的表面；以及一种液体加热容器，该容器包括一固定于其底部的这种加热器。
下面将参照实例进一步对本发明进行非限制性介绍。
用Vacublast Ventus 90S鼓风箱(它包括磨料净化设备)，利用标称尺寸为180-220目的Vacublast′A′级真空吹气氧化铝磨料对一类型为WO96/18331中介绍的、厚度为0.5mm的SS306不锈钢钢板进行喷砂处理。经脱油和净化处理的空气从‘Compair’压缩机提供到鼓风箱中，该压缩机配有一专用空气干燥器和油过滤器，它将空气干燥到使得其露点为-40℃。
钢板的表面在约为80-90psi的压力下喷砂约1分钟。喷砂以后，用空气刀消除表面上的灰尘和杂物，用溶剂擦洗，然后再用空气刀清除一次。
清洗以后，用传统的方法将一约为16μm厚的绝缘玻璃层印在处理过的表面上，然后烧制。所得到的烧制层牢固地粘结在钢板上，即使钢板弯曲45°角也不会脱离。
从上面描述中可以看出，在广义上，本发明的这一方面提出了在将电绝缘玻璃层贴到金属表面之前，用喷砂处理金属表面的方法，本发明的这种方法，和以前人们建议的方法相比，提供了价格便宜但效果相同的处理基底的方法。它还提供了比上述以前工艺的方法更为合适的方法，因为它是生成而不是试图保持和处理一现有表面。
对熟悉该技术的人必须清楚的是有多种将本发明付诸实施的方法。这些方法，既便本文没有具体提出，也都包括在本发明的范畴内。
权利要求
1.一种防止液体电加热容器中不锈钢底部液体接触表面腐蚀的方法，其中，所述表面上形成一文中所限定的玻璃层。
2.一种用于液体电加热容器的不锈钢底部的上表面上有一玻璃层。
3.一种液体电加热容器，包括一如权利要求2所述的底部。
4.如上面任一项权利要求所述的方法、底部或容器，其中，底部是液体加热容器的独立元件。
5.如权利要求4所述的方法、底部或容器，其中，底部形成塑料液体加热容器的一部分。
6.如上面任一项权利要求所述的方法、底部或容器，其中，底部的下面有一加热元件。
7.如权利要求6所述的方法、底部或液体加热容器，其中，加热元件是厚膜印刷加热元件。
8.如上面任一权利要求所述的方法、底部或容器，其中，玻璃层的厚度不大于15μm。
9.如权利要求8所述的方法、底部或容器，其中，玻璃层的厚度不大于10μm。
10.如权利要求9所述的方法、底部或容器，其中，玻璃层的厚度在5-7μm之间。
11.一种预处理钢表面的方法，该表面用于接受电绝缘玻璃层，该玻璃层用于形成电阻膜，其中，上述表面用干燥且净化的磨料进行喷砂处理。
12.如权利要求11所述的方法，其中，钢表面是一不锈钢表面。
13.如权利要求11所述的方法，其中，磨料是氧化铝磨料。
14.如权利要求11至13所述的方法，其中，磨料最大的标称颗粒尺寸约为100目。
15.如权利要求14所述的方法，其中，磨料标称尺寸为120-150目。
16.如权利要求14所述的方法，其中，磨料标称尺寸为180-220目。
17.一种预处理钢表面的方法，该表面用于接受电绝缘玻璃层，该玻璃层用于形成电阻膜，其中，上述表面是用铝颗粒来磨的。
18.一种预处理钢表面，最好为钢板表面的方法，该表面用于接受电绝缘玻璃层，该玻璃层用于形成电阻膜，其中，上述表面是用最大标称颗粒尺寸约为100目的磨料进行喷砂处理的。
19.一种通过喷砂处理钢板两侧以分别接受玻璃层的方法。
20.一种厚膜印刷加热器，包括一基本上是平的钢基底，它提供在相对的两个表面上，上面都形成一文中所限定的玻璃层。
全文摘要
本发明提供了一种防止液体电加热容器中不锈钢底部液体接触表面腐蚀的方法。根据该方法,表面上有一玻璃,玻璃陶瓷或陶瓷层。表面最好用标称尺寸为180—220目的氧化铝磨料进行喷砂处理。可以用喷砂技术来处理接受玻璃层的其它钢表面。
文档编号H05B3/22GK1195272SQ9719068
公开日1998年10月7日 申请日期1997年6月13日 优先权日1996年6月13日
发明者基思·B·多伊尔, 约翰·C·泰勒 申请人:斯特里克斯有限公司