專利名稱：用于流體的厚膜加熱裝置和連續(xù)式加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于流體且用于安裝在連續(xù)式加熱器中的厚膜加熱裝置，它帶有至少一個構(gòu)造成電阻加熱的厚膜加熱元件、至少一個將由厚膜加熱元件所產(chǎn)生的熱量傳遞給流體而與厚膜加熱元件以及流體處于導熱連接中的傳熱元件。本發(fā)明還涉及一種帶有前述種類的厚膜加熱裝置的連續(xù)式加熱器，以及一種帶有前述種類的厚膜加熱元件或者連續(xù)式加熱器的家用器具。
背景技術(shù)：
加熱裝置和連續(xù)式加熱器例如用在洗碗機或者洗衣機中。為對流體進行加熱，現(xiàn)在主要使用基于管形加熱體的加熱裝置。管形加熱體通常是由布置在優(yōu)質(zhì)鋼管中間的電阻絲所構(gòu)成，這樣就不會對鋼管產(chǎn)生電壓擊穿。為了精確地將電阻絲固定在管子中間并且改善絕緣性能，通常將電阻絲和優(yōu)質(zhì)鋼管之間的空間用一種絕緣性能好的材料進行填充，這種材料通常是氧化鎂粉末。
可以用不同的方式來使用管形加熱體。這樣，就可以將管形加熱體比如說布置在一個由流體流過的處于流體中的連續(xù)式加熱器中。在這種情況下，殼體通常由一種耐熱塑料制成。管形加熱體同樣可以布置在一個由流體流過的流體導向管上，必要時中間接一個傳熱元件。在另一種簡單的方案中，使管形加熱體平放在一個容器里面接受流體的環(huán)繞沖刷。
管形加熱體有各種缺點。對所有前述方案來說有一點是共同的，即加熱裝置由于管形加熱體的結(jié)構(gòu)形式而具有一定的慣性。由于管形加熱體的可以得到的表面效率很低，由此導致部件尺寸很大。在接觸管形加熱體及其它所屬的部件時，比如接觸一個應該防止加熱裝置或連續(xù)式加熱器干運行的開關(guān)元件時，同樣經(jīng)常出現(xiàn)問題。
最后，管形加熱體受到功率控制方面的限制，因為由于只有一根電阻絲，所以也只能實現(xiàn)一個功率等級。
此外，作為帶有管形加熱體的加熱裝置的替代方案，已知一種所謂的“厚膜加熱元件”。在DE19934319A1中公開了一種用于流體的帶有至少一個構(gòu)造成電阻加熱的加熱元件的加熱裝置，它有一個傳熱元件，此元件與加熱元件及流體處于導熱連接中，以便將由加熱元件產(chǎn)生的熱量傳遞給流體。在第三種實施方式中，加熱裝置被設(shè)計為厚膜加熱裝置。這里涉及一種流體導向管，在其外側(cè)布設(shè)了厚膜元件形式的加熱元件。為實現(xiàn)多個功率等級，已經(jīng)公開了將多個螺旋形的圍繞流體導向管的加熱元件設(shè)置在流體導向管上這一方法。多個這樣的加熱元件的電接觸在制造范圍內(nèi)由于流體導向管的幾何形狀以及加熱元件的螺旋狀繞組而變得比較繁瑣，因此，在實踐中就放棄了多個功率等級。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務是提供一種厚膜加熱裝置、一種連續(xù)式加熱器和一種家用器具，它們?yōu)殡娫措妷焊鳟惖牟煌瑖姨峁┝私y(tǒng)一的設(shè)計方案，并且允許使用一種簡單且成本低廉的結(jié)構(gòu)來對流體進行節(jié)能地加熱。
該任務通過一種具有權(quán)利要求1的特征的加熱裝置、通過一種具有權(quán)利要求10的特征的連續(xù)式加熱器、并且通過一種具有權(quán)利要求11到15的特征的家用器具得到解決。優(yōu)選的改進方案由從屬權(quán)利要求獲得。
按照本發(fā)明將一種功率控制裝置與一種厚膜加熱裝置相連接，前者可以對厚膜加熱元件進行無級控制或者接近無級的控制。作為功率控制裝置，可以根據(jù)脈沖-暫停-調(diào)制原理、根據(jù)相位截止原理或者根據(jù)一種相同作用的原理對快速工作的開關(guān)機構(gòu)或者開關(guān)元件、如可控硅整流器或者三端雙向可控硅開關(guān)元件(雙向可控硅整流器)進行控制。
功率控制裝置使得廣泛地使用厚膜加熱裝置成為可能。以此可以提供一種厚膜加熱裝置或者相同的加熱裝置來為不同的國家實現(xiàn)不同的功率方案，這樣就可以為規(guī)定的工作計劃對厚膜加熱元件的相應的或必要的功率進行調(diào)節(jié)或控制，而這一點與電源電壓的大小無關(guān)。除此以外，一種可無級調(diào)節(jié)的或者至少可以在很小等級里調(diào)節(jié)的功率，還使個性化的及增進能量的洗滌程序的設(shè)計成為可能，而且這不僅針對厚膜加熱裝置在洗碗機中的使用而且也針對其在洗衣機中的使用。
為形成一種封閉式的連續(xù)式加熱器形式的加熱系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明的厚膜加熱裝置與一個成形件耐壓力及耐高溫地相連接，以形成一個流體空間。此成形件具有至少一個輸入口和至少一個排出口。此外，將厚膜加熱元件在流體空間外布置在傳熱元件上。因此，連續(xù)式加熱器的整個系統(tǒng)包括至少兩個部件，也就是根據(jù)本發(fā)明的厚膜加熱裝置及一個與此厚膜加熱裝置相連接的又被稱為殼體的成形件。
這種傳熱元件原則上可以為任意形狀，它有一個-優(yōu)選為平坦的-加熱區(qū)，電阻加熱形式的厚膜加熱元件布設(shè)在該加熱區(qū)上。它具有制造簡單的優(yōu)點。此厚膜加熱元件安置在或者支承在傳熱元件上。這種厚膜加熱元件通常包括一個電阻加熱電路，它比如通過印刷或者火焰噴涂設(shè)置在一個比如由玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷制成的絕緣基底上，而該基底本身則設(shè)置在傳熱元件上。在制作印制的厚膜加熱元件時，首先要按印刷和加熱的步驟將該絕緣基底設(shè)置在厚膜加熱裝置的加熱區(qū)上。隨后，比如通過薄膜印刷或絲網(wǎng)印刷將電阻加熱裝置設(shè)置在這個膜層上，并繼續(xù)加熱。如果加熱區(qū)-厚膜加熱裝置安置在這個加熱區(qū)上-基本上為平坦的平面，則制作尤其簡單。
通過功率控制裝置的使用，在其功率范圍內(nèi)就出現(xiàn)巨大的有待排出的損失能量。因此，為排出這種在功率控制裝置運行中產(chǎn)生的熱量，優(yōu)選將一個散熱裝置與功率控制裝置相連接。
尤其優(yōu)選的是散熱裝置由傳熱元件本身構(gòu)成，并且功率控制裝置布設(shè)在傳熱元件上且與其有著良好的導熱連接。如果該傳熱元件為扁平造型，或者一般說來，該傳熱元件與功率控制裝置的產(chǎn)生熱量的部件的形狀相匹配，那就尤其屬于這種情況了。這種安排的優(yōu)點在于，損耗的熱量沒有損失掉，而是用來對流體進行加熱。由此就可以將該厚膜加熱元件的尺寸定得小一些。這種結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有阻止使用另外一種傳統(tǒng)的比如由鋁制成的散熱體。
為避免熱量損失，該傳熱元件優(yōu)選由一種在橫向方向上傳熱性能差的材料制成。與此相反，在與橫向方向垂直的方向上，此傳熱元件則有著良好的導熱性，以此就可保證流體得到有效的加熱。作為用于此傳熱元件的材料，尤其要對不銹鋼或優(yōu)質(zhì)鋼加以考慮。
由于功率控制裝置，可以放棄多個加熱電路。按照本發(fā)明的厚膜加熱裝置僅僅需要一個加熱電路就可實現(xiàn)不同的功率水平，此加熱電路通過相應的加熱區(qū)段的電連接而形成。它以十分有利的方式僅僅使用一個電子元件就可進行功率控制，這與現(xiàn)有的借助于多個具有不同功率水平的加熱電路的結(jié)構(gòu)正好相反，這些加熱電路必須全部獨立地接觸和觸發(fā)。但多個加熱電路也可以由一個或多個功率控制裝置對功率進行控制。
電阻加熱裝置的優(yōu)選材料是一種具有正溫度系數(shù)的電阻的材料。這意味著，電阻加熱裝置在一定程度上限制了過熱，如果流體空間干運行或者干接通。
此外優(yōu)選設(shè)置一種布置在前述傳熱元件上的接觸機構(gòu)，它與厚膜加熱裝置的電氣元件電連接。電氣元件一方面是厚膜加熱元件，另一方面是功率控制裝置。此厚膜加熱元件的電氣連接端以及前述功率控制裝置與一個布置在傳熱元件上的、尤其布置在安裝區(qū)中的接觸機構(gòu)保持電連接。由此，可以通過一個唯一的插頭接點將厚膜加熱裝置連接到電源上，并且可以通過該接觸機構(gòu)同樣接觸到所有對厚膜加熱裝置進行監(jiān)控所必需的用電器。舉例來說，可以考慮將功率控制裝置與接觸機構(gòu)一同布置在一個殼體中。


下面對按照本發(fā)明的厚膜加熱裝置及按照本發(fā)明的連續(xù)式加熱器的其它有利的結(jié)構(gòu)方案及實施例進行描述。
附圖示出圖1示出了一種按照本發(fā)明的厚膜加熱裝置的外表面俯視圖；圖2示出了一種按照本發(fā)明的由一個厚膜加熱裝置及一個成形件所組成的連續(xù)式加熱器的透視圖。
具體實施例方式
下面參照圖1到4對一種按照本發(fā)明的厚膜加熱裝置進行描述。
圖1示出了一個按照本發(fā)明的厚膜加熱裝置1的外表面14的俯視圖。厚膜加熱裝置1具有基本上為圓形的外形。在一個比如由不銹鋼制成的傳熱元件3的加熱區(qū)4上布置了一個厚膜加熱元件2。
圖1中的厚膜加熱元件2比如總共由七個圓形的同心圓弧段所組成，它們分別形成一個加熱區(qū)段5。加熱區(qū)段5如下彼此相對布置，使圓弧段的相鄰的端部通過一個短的導體電路7彼此電連接。唯一的加熱電路因此從一個連接端11經(jīng)過最外面的同心環(huán)和其余每個同心環(huán)一直延伸到另一個連接端12。優(yōu)選如此構(gòu)造厚膜加熱元件2，使其基本上全幅面地蓋住加熱區(qū)。在此，也可以通過厚膜加熱元件2來空出一個或多個安裝區(qū)。用厚膜加熱元件2對傳熱元件3的加熱區(qū)進行盡可能全幅面的覆蓋，就可以使厚膜加熱裝置的尺寸達到最小。加熱區(qū)段以何種方式(直線、四邊形、弧形、同心、螺旋狀)進行成形，這種選擇主要取決于厚膜加熱裝置的電功率和/或形狀，并且尤其取決于傳熱元件3的電功率和形狀。
這里的厚膜加熱裝置1的厚膜加熱元件2只有一個加熱電路，可以借助于功率控制裝置31對其輸出功率進行無級調(diào)節(jié)，或者近乎于無級的調(diào)節(jié)。厚膜加熱元件2所有加熱區(qū)段5在所述的實施例中都通過相應的導體電路段7而彼此串行連接。作為替代方案，厚膜加熱元件2也可以由一個唯一的比如螺旋狀的加熱區(qū)段所組成。這種加熱電路的組成部分也是一個可選的熔斷器10，它基本上處于加熱區(qū)4的中心，在這里加熱弧段5的半徑最小。熔斷器10應該在厚膜加熱裝置干運行的情況下防止厚膜加熱元件2遭到損壞，方法是，熔斷器10在接觸點28上的連接端26會熔化，這些連接端通過一種焊劑與加熱電路的導體電路7相連接。由于加熱弧段的半徑很小，所以在此區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)電流集中現(xiàn)象，這有助于熔斷器斷開。根據(jù)其安裝位置，這也有助于接觸點28在焊劑熔化的情況下因重力而斷開。
傳熱元件3由一種金屬制成，比如由不銹鋼制成，這種金屬在橫向方向上的導熱性較差。與此相反，在與此方向相垂直的方向上，也就是說，在一個垂直于圖紙平面的平面上，傳熱元件3則具有良好的導熱性，這樣就確保由厚膜加熱元件產(chǎn)生的能量有效地傳遞給流體。
作為功率控制裝置31，一般考慮快速工作的開關(guān)裝置或開關(guān)元件，如三端雙向可控硅開關(guān)元件(雙向可控硅整流器)，其例如可以根據(jù)脈沖-暫停-調(diào)制原理、根據(jù)相位截止原理或者根據(jù)一種相同的作用原理進行控制。通過使用雙向可控硅整流器，可以在電源的相位特性曲線進行精確的時間觸發(fā)。作為替代方案，也可以根據(jù)脈沖-暫停-調(diào)制原理連接可變的半波/全波形成，這樣只有半波或者時間上錯移的全波轉(zhuǎn)換為功率。
在功率控制裝置運行時，在此裝置中出現(xiàn)很大的損耗能量，為避免損壞功率控制裝置的部件，應該排出這種損耗能量。通常使用一種大面積的與功率控制裝置有著良好的導熱連接的散熱設(shè)備就可做到這一點。
在本發(fā)明中，可以放棄這種散熱設(shè)備，因為散熱體的功能可以由傳熱元件3以及從傳熱元件旁邊流過的流體承擔。因此為確保有效的散熱，要將功率調(diào)節(jié)裝置直接布置在平坦設(shè)置的傳熱元件3上面，以產(chǎn)生盡可能最佳的導熱效果。然后，可以將一種可能的而后還很有必要的散熱設(shè)備的尺寸定得小一些。散熱面積會減少，所減少的份額就是因用水散熱所引起的部分。
在厚膜加熱元件、也就是作為電阻加熱裝置的加熱區(qū)段具有正溫度系數(shù)的同時，可以在安裝區(qū)6中設(shè)置一個具有負溫度系數(shù)的溫度監(jiān)控元件8。溫度監(jiān)控裝置8、比如是NTC電阻，它根據(jù)傳熱元件3的性能僅僅檢測對內(nèi)部表面13進行環(huán)繞沖洗的流體的溫度，但沒有檢測由厚膜加熱元件2所產(chǎn)生的熱量。溫度監(jiān)控裝置8因此與厚膜加熱元件是解耦的。
盡管溫度監(jiān)控裝置與厚膜加熱元件熱解耦，但可以推斷出厚膜加熱元件2的性能，方法是，對傳熱元件3的內(nèi)側(cè)進行環(huán)繞沖洗的流體溫度進行檢測并進行分析評估。使用一個NTC電阻來作為溫度監(jiān)控裝置，這樣做的好處是，與PTC電阻相比，對所提供的信號進行的分析要簡便很多。因此與NTC電阻相反，為了能夠探測到電阻的足夠的變化，PTC電阻需要很強的溫度梯度。
在由傳熱元件3的加熱區(qū)3中的厚膜加熱元件2空出的安裝區(qū)6中布置了一個接觸機構(gòu)9。在此接觸機構(gòu)中可以比如集成功率控制裝置31。將厚膜加熱元件2的連接端11和12通過功率控制裝置31及各自的導體電路24和25與接觸機構(gòu)9進行電連接。接觸機構(gòu)9在其內(nèi)部擁有相應的接觸舌簧，通過這些接觸舌簧就可以將接觸機構(gòu)9與一個相應的插頭進行機械連接及電連接。通過接觸機構(gòu)9，將通過功率調(diào)節(jié)裝置31向厚膜加熱元件2輸送必要的功率，以便對流體進行加熱。
溫度監(jiān)控裝置優(yōu)選緊鄰接觸機構(gòu)9布置，并且與此接觸機構(gòu)進行電連接。由此就可以經(jīng)過接觸機構(gòu)通過一個唯一的插頭接點接觸到所有設(shè)置在厚膜加熱裝置中的用電器。
在圖2中，比如以透視圖示出了一個按照發(fā)明的連續(xù)式加熱器100，它示出了厚膜加熱裝置1，此裝置帶有一個與其相連的成形件50。比如由一種塑料制成的成形件50擁有徑向定位的輸入口51。此外，還設(shè)置了兩個軸向延伸的排出口52。每個排出口52都可以與洗碗機的單獨的沖洗機構(gòu)相連接。當然也可以在另外的有別于圖中所示的地方來布置輸入口及排出口。
在按照本發(fā)明的厚膜加熱裝置中，與使用管形加熱體相比，傳熱元件3的厚度減小，從而改善了通過此傳熱元件到流體的熱傳導。這樣做的優(yōu)點是，可以降低電阻加熱裝置的溫度，因為熱量有效地從這種電阻加熱裝置中引出并導向流體。電阻加熱裝置的溫度的降低使人們可以在一個規(guī)定的最大允許溫度下提高厚膜加熱裝置的功率密度并以此縮小其尺寸。
此外，從圖2的透視圖中還可清楚地看出在厚膜加熱裝置1和成形件50之間借助于定位機結(jié)構(gòu)建立的連接。通過連接片20產(chǎn)生了這種定位機結(jié)構(gòu)，定位鉤53嚙合在此連接片中，并且其也在壓力下防止成形件50從厚膜加熱裝置1中松開。從圖中看不出來，在成形件50和厚膜加熱裝置1之間布置了一個密封圈。更準確地說，密封圈布置在成形件的一個在通道16中延伸的壁體與內(nèi)部的通道壁體18之間，以此保證即使在壓力下、也就是說在可能的變形情況下、尤其是在成形件的變形情況下、同樣在厚膜加熱裝置的變形情況下，整個裝置都有很高的密封性。
在厚膜加熱裝置和成形件之間的內(nèi)部形成的流體空間沒有任何流動阻力，就象在使用處于流體空間內(nèi)部的管形加熱體時的情況一樣。出于這個原因，可以在使用按照本發(fā)明的連續(xù)式加熱器時降低泵的功率，因為應該予以補償?shù)牧鲃訐p失很少。使用一個較小的泵就可以節(jié)省成本。另一方面，在保留以往所用的泵的情況下可以得到更高的壓力，這樣就會擴大洗滌物的機械加載。
總體來講，按照本發(fā)明的連續(xù)式加熱器的零件數(shù)目很少，并且這種連續(xù)式加熱器可以用極其簡單的方式進行制造。一種功率控制裝置的使用實現(xiàn)了對厚膜加熱元件進行無級控制或者近乎于無級的控制，并且因此也實現(xiàn)了對由厚膜加熱元件產(chǎn)生的熱量進行類似的控制，這一點與所使用的電源電壓無關(guān)。在此，沒有必要對厚膜加熱元件進行復雜的布置，因為功率控制裝置實現(xiàn)了僅僅帶有一個加熱電路的結(jié)構(gòu)方案。除此以外，按照本發(fā)明的連續(xù)式加熱器的電接觸也大為簡化，因為只需要一個電子元件就可觸發(fā)厚膜加熱元件。
附圖標記列表1厚膜加熱裝置2厚膜加熱元件3傳熱元件4加熱區(qū)5加熱區(qū)段6安裝區(qū)7導體電路8溫度監(jiān)控裝置9接觸機構(gòu)10熔斷器11連接端12連接端20連接片24導體電路25導體電路31功率控制裝置50成形件51輸入口52排出口53定位鉤100連續(xù)式加熱器
權(quán)利要求
1.用于流體且用于安裝在連續(xù)式加熱器(100)中的厚膜加熱裝置(1)，它帶有一個構(gòu)造成電阻加熱的厚膜加熱元件(2)、一個為了將由厚膜加熱元件(2)所產(chǎn)生的熱量傳遞給流體而與厚膜加熱元件(2)以及流體處于導熱連接的傳熱元件(3)，其特征在于，設(shè)置一種功率控制裝置(31)，以便對厚膜加熱元件(2)進行無級控制或者接近無級的控制。
2.按權(quán)利要求1所述的厚膜加熱裝置(1)，其特征在于，可以借助于相位截止或者脈沖-暫停-調(diào)制進行所述功率控制。
3.按權(quán)利要求1或2所述的厚膜加熱裝置(1)，其特征在于，所述功率控制裝置是一種可控硅整流器或者三端雙向可控硅開關(guān)元件。
4.按前述權(quán)利要求中的任一項所述的厚膜加熱裝置(1)，其特征在于，將一個散熱裝置與功率控制裝置相連接，以排出在功率控制裝置(31)運行中所產(chǎn)生的熱量。
5.按前述權(quán)利要求中的任一項所述的厚膜加熱裝置(1)，其特征在于，所述散熱裝置由傳熱元件(3)構(gòu)成，并且所述功率控制裝置(31)布置在傳熱元件(3)上，并且與其導熱連接。
6.按前述權(quán)利要求中的任一項所述的厚膜加熱裝置(1)，其特征在于，所述傳熱元件(3)由一種材料如優(yōu)質(zhì)鋼制成，此材料在橫向方向上的導熱性較差。
7.按前述權(quán)利要求中的任一項所述的厚膜加熱裝置(1)，其特征在于，所述厚膜加熱元件(2)通過相應的加熱區(qū)段(5)的電連接而確切地具有一個加熱電路。
8.按前述權(quán)利要求中的任一項所述的厚膜加熱裝置(1)，其特征在于，所述厚膜加熱元件(2)由一種具有正溫度特性(PTC)的材料制成。
9.按前述權(quán)利要求中的任一項所述的厚膜加熱裝置(1)，其特征在于，設(shè)置一個布置在傳熱元件(3)上的接觸機構(gòu)(9)，此接觸機構(gòu)與厚膜加熱裝置(1)的電氣元件進行電連接。
10.連續(xù)式加熱器(100)，它具有厚膜加熱裝置(1)，尤其具有按前述權(quán)利要求中的任一項所述的厚膜加熱裝置(1)，并具有一個與此厚膜加熱裝置(1)耐壓力及耐高溫地形狀配合連接的成形件(50)，以形成一種流體空間，其中成形件(50)具有至少一個輸入口(51)和至少一個排出口(52)。
11.家用器具、尤其是洗碗機或洗衣機，其特征在于，在該家用器具中布置了一個厚膜加熱裝置，尤其是布置了一個按權(quán)利要求1到9中任一項所述的厚膜加熱裝置。
12.家用器具、尤其是洗碗機或洗衣機，其特征在于，在該家用器具中布置一個按權(quán)利要求10所述的連續(xù)式加熱器(100)。
13.家用器具、尤其是洗碗機或洗衣機，它包括了一個帶有按權(quán)利要求1所述的厚膜加熱裝置(1)的連續(xù)式加熱器，其中將一個散熱裝置與功率控制裝置相連接，以排出在功率控制裝置(31)運行中所產(chǎn)生的熱量。
14.按權(quán)利要求13所述的家用器具，其特征在于，所述散熱裝置由傳熱元件(3)構(gòu)成，并且功率控制裝置(31)布置在傳熱元件(3)上并與其導熱連接。
15.按權(quán)利要求14所述的家用器具，其特征在于，設(shè)有按權(quán)利要求2、3或6到9中的一項或多項來構(gòu)造厚膜加熱裝置(1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于流體且用于安裝在連續(xù)式加熱器(100)中的厚膜加熱裝置(1)，它帶有至少一個構(gòu)造成電阻加熱的厚膜加熱元件(2)、至少一個為了將由厚膜加熱元件(2)所產(chǎn)生的熱量傳遞給流體而與厚膜加熱元件(2)以及流體處于導熱連接中的傳熱元件(3)，其中設(shè)置一種功率控制裝置(31)，以便對厚膜加熱元件進行無級控制或者接近無級的控制。為構(gòu)成一種連續(xù)式加熱器(100)，將厚膜加熱裝置(1)與一個具有至少一個輸入口(51)和至少一個排出口(52)的成形件保持耐壓力及耐高溫地形狀配合連接，以形成一個流體室。
文檔編號F24H9/20GK1898504SQ200480038914
公開日2007年1月17日 申請日期2004年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月23日
發(fā)明者B·賴特, M·施蒂克爾 申請人:Bsh 博施及西門子家用器具有限公司