CN101278599B - 具有热熔断器的流体加热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种流体加热器(1)，其包括：流体流通通道(5)、电加热装置(4)以及开关(6)，其中所述开关(6)在用于给所述电加热装置(4)提供电源的供电形态和用于禁止给所述电加热装置(4)提供电源的断电形态之间可选择地移动。本发明还包括热熔件(7)，所述热熔件(7)将在操作时由所述电加热装置加热，并且所述热可熔件(7)被设计为(i)在所述电加热装置的至少一个区域(8)超过临界温度阈值时所述热可熔件至少部分熔化，及(ii)将所述开关(6)从供电形态移至断电形态。

Description

具有热熔断器的流体加热器
本发明一般涉及流体电加热器领域。
更具体地，本发明涉及这样一种流体加热器，它包括流体流通通道、为加热流经所述流体流通通道的流体而设置的电加热装置以及开关，所述开关与所述电加热装置电连接，并且此开关在用于给所述电加热装置提供电源的供电形态和用于禁止所述电源被提供至所述电加热装置的断电形态之间可选择地移动。
这种流体加热器超过临界温度是可能发生的。当加热空的流体加热器时——即当流体通道不再输送足够的流体或者根本不输送流体时——诸如此类的现象频繁发生。
例如，这种现象可在用于测量所述流体加热器温度的调温器出现故障的情况下发生。
为了防止所述流体加热器过热(这会导致安装有该流体加热器的设备损坏)的危险，流体加热器的制造商已经开发出在过热的情况下能够切断电加热装置的系统。
如上定义的这种类型的流体加热器已在文献FR 2778729中公开，该流体加热器包括在加热装置的电端部串联装设的两个调温器。这样的组件的过热的可能性基本上与所述两个调温器中的每一个单独发生故障的可能性相同。
另外，如上定义的这种类型的流体加热器同样已在EP 0 485 211中公开，该流体加热器包括熔断器，所述熔断器以这种方式串联装设在加热装置内：即，在过热的情况下，所述熔断器熔化并导致提供给所述加热装置的电源被切断。但是，具有诸如这样的系统，电源往往在单个临界温度不一定断开。
在这样的背景下，本发明的目的在于建议一种旨在当流体加热器被过度加热时，如其超过了临界阈值，则切断电加热装置的供电的解决方案。
因此，本发明的流体加热器还与以上发明领域中中提供的其一般定义相一致，本发明流体加热器的主要特征在于：邻近所述电加热装置设置热熔件，以使所述热熔件在操作期间被加热，所述可熔件被设计为当所述电加热装置的至少一个区域超过临界温度阈值时，所述可熔件至少部分熔化，并随后引起所述开关从其供电形态切换到其断电形态。
能够在两个形态之间移动的开关和熔断器——所述熔断器的功能是在过热情况下触发所述开关切换到断电形态——的组合使得以下两点成为可能：
-一方面，精确地切断供电，这是由于所述开关的设计专用于此功能；及
-另一方面，受益于临界温度阈值已过的可靠检测，这是由于热熔件的设计专用于此功能。
因为本发明，检测临界温度阈值已过和检测电源已经有效被切断的两功能相互没有联系，因此使得一个元件的设计专用于一种功能。
例如，所述开关能够被配置为具有弹性部，其中弹性部自然地趋向促使所述开关切换到断电形态，只要所述加热装置的所述区域没有超过临界温度阈值，则所述热熔件施加力以保持所述开关处于其供电形态。
在这个实施例中，所述可熔件一旦至少部分融化，保持力则不再作用在所述开关上，所述开关随后自动切换到断电形态。在这种情况下，只要所述开关没有被手动地重新定位于其供电位置并且所述可熔件没有被一条(brand)新的替换，所述电源的切断是不可逆转的。
所述流体加热器能够被配置为包括主体和配套元件，所述配套元件覆盖主体的一部分，以便在所述主体和所述配套元件的内表面之间定义所述流通通道，所述开关包括电连接到所述电加热装置并形成于所述配套元件的外表面上的连接端子，所述配套元件的外表面与所述内表面相对。
所述开关的端子直接在所述配套元件上形成的事实是有利的，这是因为：
-使得能够简化所述开关与电加热装置之间的连接；
-不需要在开关的端子与加热装置之间连接电缆；以及
-通过减少需要加工制造的部件的数量，便于所述流体加热器的组装操作。
优选地，连接端子在所述电加热装置的一端形成，因此，此连接端子既是所述电加热装置的一个元件，也是所述开关的一个元件，这在经济上是有利的。
所述开关可配置为包括金属接触器，其中所述金属接触器的一端连接至所述主体。此金属接触器：
-选择性地处于供电位置，其中，所述金属接触器抵靠在所述连接端子上，于是所述开关处于供电形态；
-选择性地处于断电位置，其中，所述金属接触器与所述连接端子分离，于是所述开关处于断电形态；
所述开关的弹性部由金属接触器的局部弹性部组成，所述局部弹性部自然地趋向促使所述金属接触器切换到断电位置。
在本发明的这个优选实施方式中，通过弯折或冲压金属件(例如铜或不锈钢)来形成金属接触，然后通过所述接触器的端部之一而将所述接触器连接至主体，从而简单地获得开关。在所述弯折或冲压过程中，容易形成：
-所述金属接触器的第一刚性纵长部，其具有与连接端子建立电连接的功能；
-所述金属接触器的第二刚性纵长部，其具有被装配到所述主体上的功能，例如，所述装配通过将所述第二刚性接触器部分插入到形成于补充体的补充沟槽中而可以获得。
-设置在第一和第二刚性部分之间的、使得这些刚性部分能够相对于彼此弹性移动的柔性且弹性的部分。
此柔性部分使得所述开关能够自然地单稳态地处于其断电位置。
另外，所述电加热装置能够被配置为包括位于配套元件外表面上的至少一个丝网印刷的加热电阻器。由于此实施方式，由所述电阻器产生的热量通过由配套元件形成的壁直接传导到所述通道中的水，借此使热损失最小化，并减少所述流体加热器的热惰性，因此可快速加热通道内的水。
另外，所述热熔件能够被配置为环绕所述流体流通通道的至少一部分和所述电加热电路的至少一部分的环形件，此可熔件承载抵靠在所述通道和/或所述电加热装置的支撑区域上，以便在所述支撑区域上加热所述可熔件。
环形可熔件提高了开关作用在可熔件上的压力的对称分布，故此件无须用大量的材料来制造，就具有很好的机械强度。
所述环形件的形状也使得在所述可熔件和所述加热装置之间的热交换对称化成为可能。
此外，所述热熔件能够被配置为具有横截面减小的区域，所述横截面减小的区域位于支撑区域处。
这个特征使得能够形成优先熔化区域，其中所述优先熔化区域由于其形状而容易确定尺寸并且容易定位。制造所述流体加热器过程中，要求所述优先的熔化区域被设置以使得其基本上能够承受由所述开关产生的内部牵引应力。因此，当此可熔化的区域熔化时，它将在所述开关的牵引应力下独自断开，借此能够完全并快速的断开。因此，当所述环形件断开时，存在较小的防碍或者阻止所述开关朝向其断电形态移动的危险。
因此，相对于如果断开区域位于所述环形件的弯曲区域将发生的情况，及相对于如果没有制造优先断开区域将发生的情况，所述流体加热器正常行使功能的可能性得到提高。
可熔件由塑料制成，所以此件的熔化温度可通过合成化学而容易被预期和调整。此外，此环形件由所选的不导电的塑料材料制成，借此避免需要将所述接触器与所述环形件绝缘。
此外，所述接触器能够被配置为包括切口部，所述可熔件的一部分被置于所述切口部中，借此至少在所述接触器处于供电位置时，所述可熔件能与所述接触器机械装配。
这个实施方式使得只要此可熔件没有熔化，则能够提供一种机械上稳定的开关/可熔件的装配。
此外，所述流体加热器能够被配置为包括两个开关，所述两个开关基本上彼此相同并电连接到所述电加热装置，以能够将电能可选择地提供至所述电加热装置，且为设置所述热熔件以使其与每个开关机械地同时相互作用，此可熔件被进一步设计为：
-只要所述电加热装置的所述区域没有超过临界温度阈值，则保持这些开关处于其供电形态；
-当所述电加热装置的所述区域超过临界温度阈值时，则引起这些开关从其供电形态切换到其断电形态。
被保持在其供电形态的两个开关通过单个可熔件同时切换到断电形态，借此在相同的电路上增加了切断电源的区域，且减少了每个电路断流器必须单独吸收的切断电路的能量。
本发明的其他特征和优点将从下面非限定的、说明为目的、并结合附图的说明中变得清楚明了，其中：
图1A示出了本发明的液体加热器的立体图，所述液体加热器具有处于断电形态的接触器，并且未带有热熔件。
图1B示出了本发明的液体加热器的截面图，其显示处于断电位置的接触器；
图2A示出了本发明的所述液体加热器，其具有处于供电形态的开关并具有尚未熔化的可熔件；
图2B示出了图2A中所述液体加热器的纵向截面；
图3A示出了本发明的所述液体加热器，其具有处于断电形态的开关并带有由于过热而断开的可熔件；
图3B示出了图3A中所述液体加热器的纵向截面；
图4示出了环形可熔件的主视图。
如上所述，本发明涉及一种流体加热器，其包括流体流通通道以及电加热装置，所述电加热装置在此实施例中是两电阻器，所述电阻器并行布置并设计用于加热流经所述流体通道的流体。本发明的加热器是对专利文献FR2855359中揭露的加热器的改良。
此加热器1包括圆柱形的主体2，围绕所述主体安装有管状的配套元件3。空间5a在主体2和配套元件3的内表面10之间形成，以在所述主体2和配套元件3之间定出流体通道5。
所述流体通道5是以沿配套元件3的内表面10并围绕主体2的螺旋形式。为此，主体由热惰性低(低于铝的热惰性)的材料制成，并且在所述主体的周围包括与内表面10相对的螺旋形的槽沟。与所述通道连通的流体进口19a和出口19b使得本发明的加热器能够接通外部流体系统。
构成所述电加热装置4的电阻器4是已被丝网印刷在配套元件3的外表面12上的、并形成相互平行延伸的两电阻带的、并覆盖所述外表面12至少50％的电阻器。这些电阻器4在形成于管状的配套元件3的外表面12上的两个供电端子11a、11b之间延伸。这些供电端子11a、11b在电阻器的端部形成，并基本上彼此相同，它们具有沿配套元件的纵横截面的近似对称的形状。可从所述加热器的外部电接触这些连接端子11a、11b，以使得每个可移动的接触器13a、13b可选择地与对应的连接端子(端子11a与接触器13a，及端子11b与接触器13b)建立电性连接。
这些接触器是被拉长的金属件，所述金属件具有三个纵长的部分，每个部分完成特定的功能。
接触器的第一部分是被嵌套在沟槽内的刚性端部，所述沟槽专用于将此接触器装配在主体2的外围凸起上。出于此目的，所述主体至少在此位置是电绝缘的，以及处于此目的，所述主体可整体由塑料材料制成。
每个第一接触器部分被设计为与连接器的电源插座配合。
所述第二接触器部分是局部弹性部9，也指开关的弹性部。此第二部分的功能是趋向迫使第三接触器部分离开与所述接触器对应的连接端子11a、11b而移动。此第二部分具有平坦的横截面。
所述第三接触器部分在其整个长度上是刚性的，目的是使得压力能够从所述接触器传递到对应的连接端子11a、11b上。此第三部分具有基本上呈U形的横截面以便为其提供刚性。此第三部分包括凹口区域16，所述凹口区域被设计为承载地容纳部分可熔件7。
优选地，接触器的在柔性的第二部分中的区域在所述接触器的纵长方向上被弯折成V形，以便形成专用于配套元件的连接端子和接触器之间的电流的电接触。此接触区域处于V形弯折的顶部。
热可熔件7单独示于图4中，其采用刚性的环形件的形式，所述环形件的内部直径大于所述配套元件的外部直径。
此可熔件7也显示在图2a和图2b中，但此时是与加热器的其他元件相组合。在这些图2a和图2b中，所述可熔件7围绕配套元件3并保持所有的接触器处于其各自的供电位置。
如图4所示，所述可熔件包括两个弧形部分17a、17b，所述弧形部分的直径基本上与配套元件的外部直径相同，所述配套元件的外部直径如虚线2所示。四个箭头分别表示由接触器施加在可熔件上的四个压力。这些压力意图为将所述弧形部分17a、17b压靠在所述配套元件上。这些弧形部分17a、17b彼此相对，以便形成用于将可熔件保持在配套元件上的局部承载区域。可熔件包括位于区域14处的横截面减小的区域15，在所述区域14处所述可熔件承载抵靠在配套元件上。提供所述横截面区域的目的为当所述配套元件过热时，形成所述可熔件7的优先断开区域。因此，在正常的工作中，此环形件使得接触压力能够被维持在所述接触器和所述电阻器的电连接端子之间。当过热时，所述环形件在横截面减小的区域15处熔化，借此释放所述接触压力，因此切断电加热装置的供电电路。
如图1a、1b、2a、2b、3a和3b中呈现的本发明的实施方式中，四个分离的接触器用来形成四个基本相同的开关(每个开关都具有连接到主体上的接触器和在配套元件3上形成的连接端子)。
这些开关中的两个被设置，以使电源能够供至加热器的端子或者能够切断加热器端子的电源，另外两个开关被用来使得电源能够供至正温度系数电阻器的端子或者切断正温度系数电阻器的端子的电源，所述正温度系数电阻器被连接至所述配套元件3以便测量其温度。
在一种简化的装配中，仅仅两个开关片可用来控制单个电阻器的电源。
设置优先区域8，以致此优先区域8的正常操作温度与所述可熔件的操作温度一致，目的在于防止所述可熔件过早熔化。
在此具体例子中，为了限制电阻路径的温度，所述电阻路径由利于电流流过并防止此区域8过热的导体18所覆盖。
在另一中装配中，可设计这些电阻路径，以便将所述电阻路径足够地远离或者靠近所述可熔件7放置。
在这个具体例子中，被选择来制造所述可熔件的材料是有益的综合了温度抗性和成本的塑料材料。结晶态材料是优选的，其融化温度范围被减小。
在这个具体实施例中，所述可熔件的材料的熔化温度是近似285℃，所述材料是填充有32％的玻璃纤维和32％的矿物的聚苯硫醚。
所述横截面减小的区域15提高了所述可熔件的材料在此准确位置的快速熔化，所述准确位置优选尺寸为2.8mm×1.4mm。
诸如区域15中所述可熔件的形状、所述可熔件的材料选择等的这些区别特征取决于这些路径的设计、便于电流在区域14流过的需要、电阻路径的类型、配套元件的材料以及主体的设计，因此这些区别特征不能被认为是这种类型的组件中仅有的有价值的特征。

Claims (12)

1.一种流体加热器(1)，包括流体流通通道(5)、设置用于加热流经所述流体流通通道(5)的流体的电加热装置(4)以及开关(6)，所述开关(6)电连接到所述电加热装置(4)，并且所述开关(6)在用于给所述电加热装置(4)提供电源的供电形态和用于禁止给所述电加热装置(4)提供电源的断电形态之间可选择地移动，其特征在于：在所述电加热装置附近设有热熔件(7)，以使所述热熔件在操作期间被加热，并且所述热熔件(7)设计成能够在当所述电加热装置的至少一个优先区域(8)超过临界温度阈值时至少部分地熔化，并随后引致所述开关(6)从其供电形态切换到其断电形态，所述热熔件(7)是环绕所述流体流通通道(5)的至少一部分和电加热电路的至少一部分的环形件，所述热熔件(7)抵靠在所述流体流通通道(5)和/或所述电加热装置(4)的支撑区域(14)上，以在所述支撑区域(14)上受到加热。
2.如权利要求1所述的流体加热器，其特征在于：所述开关(6)具有弹性部(9)，所述弹性部(9)自然地趋向促使所述开关(6)切换到断电形态，只要所述电加热装置(4)的所述优先区域(8)没有超过所述临界温度阈值，所述热熔件(7)就施加力以将所述开关(6)保持在其供电形态。
3.如权利要求1所述的流体加热器，其特征在于：所述流体加热器(1)包括主体(2)和配套元件(3)，所述配套元件(3)覆盖所述主体(2)的一部分，以便在所述主体(2)和所述配套元件(3)的内表面(10)之间限定出所述流体流通通道(5)，所述开关包括连接端子(11)，所述连接端子(11)电连接到所述电加热装置(4)并形成于所述配套元件(3)的外表面(12)之上，所述配套元件(3)的外表面(12)与内表面(10)相对。
4.如权利要求3所述的流体加热器，其特征在于：所述开关(6)具有弹性部(9)，所述弹性部(9)自然地趋向促使所述开关(6)切换到断电形态，只要所述电加热装置(4)的所述区域(8)没有超过所述临界温度阈值，所述热熔件(7)就施加力以将所述开关(6)保持在其供电形态；所述开关包括一端连接到所述主体(2)的金属接触器(13a)，所述金属接触器(13a)：
-选择性地处于供电位置，其中，所述金属接触器(13a)抵靠接触所述连接端子，于是所述开关(6)处于所述供电形态；
-选择性地处于断电位置，其中，所述金属接触器(13a)与所述连接端子(11)分离，于是所述开关处于所述断电形态；
所述开关的所述弹性部(9)由金属接触器(13a)的局部弹性部(9)组成，所述局部弹性部(9)自然地趋向促使所述金属接触器切换到所述断电位置。
5.如权利要求3所述的流体加热器，其特征在于：所述电加热装置包括设在所述配套元件(3)的所述外表面(12)上的至少一个丝网印刷加热电阻器。
6.如权利要求4所述的流体加热器，其特征在于：所述电加热装置包括设在所述配套元件(3)的所述外表面(12)上的至少一个丝网印刷加热电阻器。
7.如权利要求1所述的流体加热器，其特征在于：所述热熔件(7)具有位于所述支撑区域(14)的位置处的横截面减小的区域(15)。
8.如权利要求4所述的流体加热器，其特征在于：所述热熔件(7)具有位于所述支撑区域(14)的位置处的横截面减小的区域(15)。
9.如权利要求1所述的流体加热器，其特征在于：所述热熔件(7)由不导电的塑料材料制成。
10.如权利要求4所述的流体加热器，其特征在于：所述热熔件(7)由不导电的塑料材料制成。
11.如权利要求4，6，8和10中的任一项所述的流体加热器，其特征在于：所述金属接触器(13a)包括切口部(16)，所述热熔件(7)的一部分被置于所述切口部(16)中，借此至少在所述金属接触器处于所述供电位置时，所述热熔件(7)能与所述金属接触器机械装配。
12.如权利要求1-10中任一项所述的流体加热器(1)，其特征在于：所述流体加热器包括两个开关，所述两个开关基本上彼此相同并电连接到所述电加热装置(4)，以能够将电能可选择地提供至所述电加热装置(4)，且所述热熔件(7)被设置成能够与所述开关的每一个机械地同时相互作用，此热熔件(7)被进一步设计为只要所述电加热装置的所述优先区域(8)没有超过所述临界温度阈值，则保持这些开关处于其供电形态，所述热熔件(7)还被设计为当所述电加热装置的所述优先区域(8)超过所述临界温度阈值时，引致这些开关从其供电形态切换到其断电形态。
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