CN114679802A - 加热装置 - Google Patents

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Abstract

一种包括支架(12)和在支架上的至少一个加热元件组(22a,b)的加热装置(11)，其具有在支架上的至少一个加热元件(20a,b)和用于加热元件组的两个连接触点(18a,b)。这两个连接触点与彼此电气上分离，并且与加热元件组(22a,b)的单个加热元件或者全部加热元件(20a,b)形成电气接触，以用于至电流源的连接或者作为功率连接。公共加热元件组内全部加热元件的有效宽度大于在两个连接触点(18a,b)之间的此公共加热元件组内单个加热元件或者全部加热元件的有效长度。

Description

加热装置
技术领域
本发明涉及包括支架和在支架上的至少一个加热元件组的加热装置，其中此类加热元件组具有在支架上的一个加热元件或者多个加热元件。
背景技术
此类不同的加热装置由现有技术是已知的，例如见CN 000104395612 B和DE102012200398 A1。在所述文献中，此类加热元件组的加热元件一个接一个顺序运行。伴随此类加热装置的一个问题是会发生局部温度升高，即所谓的热点。这些可以是从局部区域吸取的热量不足的结果，例如当加热装置通过没有被加热元件所覆盖的侧面靠近要加热的水或者甚至在要加热的水流中时，并且在这里形成了水垢沉积。
发明内容
本发明基于提供在介绍部分中提及类型的加热装置的问题，通过本发明可以解决现有技术中的问题，并且特别可以以方便的方式设计一种加热装置以安全且可靠地运行，其优选地也免于诸如局部温度升高的操作缺陷。
此问题通过具有权利要求1的特征的加热装置解决。本发明的有利的且优选的改善是另外的权利要求的主题并且将在下文以更多细节描述。权利要求的用语在说明书中通过明确引用而被包括。
提供了，加热装置具有支架以及在支架上的至少一个加热元件组，这就是说一个加热元件组或者多个加热元件组。加热元件组又具有安装在支架上的至少一个加热元件，这就是说一个加热元件或者多个加热元件。平坦的薄膜型加热元件(特别是如现有技术已知的厚膜加热元件)是有利的。此外，每个或者至少一个加热元件组具有用于加热元件组的两个连接触点，有利地对于每个加热元件组精确地是两个连接触点。这两个连接触点彼此电气上分离，并且与加热元件组的单个加热元件或者全部加热元件形成电气接触，以便形成到电流源或者功率源的直接或间接连接。这意味着，在本发明的有利改进中，可以给每个加热元件组提供一个加热元件或者多个加热元件，所述加热元件组的电气连接或者所述加热元件组的电流连接或功率连接仅精确地由这两个连接触点实施。加热元件因此可以限定为其在两个连接触点之间行进。其他的加热元件组或者其他的加热元件也可能被连接到这些连接触点上，但是，关于加热元件组，仅这两个连接触点用于连接到外部或者至电流源或者功率源。两个加热元件组优选地从不彼此并联连接，而是总是仅串联。并联连接的加热元件特别优选地总是形成公共加热元件组。
出于术语的一贯使用的原因，“加热元件组”在本发明的范围内理解为意味着这样一种布置，其仅具有一个单个加热元件，但是并不通常理解为组。
根据本发明，提供了，公共加热元件组内的单个加热元件或者全部加热元件的有效宽度至少等于在两个连接触点之间行进的此加热元件组的此单个加热元件或者全部这些加热元件的有效长度。如果对于加热元件组仅提供了一个单个加热元件，则根据本发明提供了，此单个加热元件的宽度大于其长度或者其有效宽度至少等于或者有利地大于其在两个连接触点之间的长度。在此情况下，加热元件的宽度也在连接触点之间行进，其中连接触点也可长于加热元件组的单个加热元件或者全部加热元件的宽度。如果加热元件组具有多个加热元件，则这些加热元件由于它们连接到这两个单独的连接触点上而彼此并联连接。所述加热元件的有效宽度则是全部单独加热元件的宽度的和。在加热元件组的加热元件之间提供的中间空间并不包括在此中，因为由于长度和宽度之间的关系，且由于加热元件的并联连接，它们实际上在电气方面并不起任何作用。
此类加热元件或者此类加热元件组的优点在于，对于根据本发明的几何学情形，较小的热点，其例如可具有在加热元件组的加热元件或者全部加热元件的0.1%到5%之间的表面面积，并不具有如此严重或者有害的影响。在现有技术中，在此类热点处或者在此类热区处有温升，其结果是，对于加热元件的PTC行为，以及温升本身，当水被加热时，水垢沉积例如甚至进一步升高，其结果是温度又相应地甚至进一步升高。然而，加热元件电流必须流经此热点，并且因此，在损坏的情况下，加热装置可能损坏或者甚至烧毁。然而，如果加热元件或者加热元件组的宽度大于其长度，以便获得一定的加热表面面积，电流可以流经相对小的热点或热区，因为它是横向的。结果，此点然后冷却下来，因为电流流是相对较低的，且问题至少不被恶化。
在本发明的有利改进中，加热元件组内的单个加热元件或者全部加热元件一起的有效宽度是两个连接触点之间的有效长度的至少两倍。可以特别有利地是所述长度的三倍到十倍。此表面面积或者加热输出的若干百分比或者甚至低于一百分比的损失就仅仅是无关紧要的并且几乎不会引起任何干扰。
在本发明的改进中，单个公共加热元件组的单个加热元件或者全部加热元件的有效长度可以对应于在该加热元件或多个加热元件区域中两个连接触点之间的距离。因此，虽然对于多个加热元件有效宽度是从被加热元件材料覆盖的该区域的总宽度合计的，但是对于长度情况并非如此。如果加热元件具有不同的长度，则平均值被用作有效长度。如果公共加热元件组的全部加热元件具有相等的长度，其是优选的改进，则有效长度对应于单个加热元件的长度。
公共加热元件组的两个连接触点优选地每个都长于它们之间的最小距离。这至少对于其中所述连接触点与公共加热元件组的加热元件形成接触的区域情况是如此。另外，连接触点还可以与另外的加热元件组形成电气接触。最后，所述连接触点也可与导体轨道融合，以便连接到另外的加热元件组上或者连接到上述电流源或者功率源上。
在本发明的改进中，公共加热元件组的两个连接触点彼此平行地行进，尤其是至少按照至少对应于公共加热元件组的单个加热元件或者全部加热元件的有效宽度的长度。由于以此方式平行行进的公共加热元件组的两个接触触点，根据本发明的特别简单的加热装置的改进是可能的，因为此时即使在此加热元件组内提供了多个加热元件，所述加热元件全部都具有相同的长度。所述加热元件也可具有相同的宽度，但是这实际上仅起到次要的作用，因为它们在任何情况下都是并联连接的。薄膜厚度或者加热元件厚度应该是相同的，这将进一步进行讨论。
公共加热元件组的两个提到的连接触点有利地对于所述加热元件组是功率连接。可以给加热元件组或者加热元件提供进一步的电气触点，例如用来测量某些电气变量。然而，这些又仅设计为信号连接并且因此设计用于相当低的电流流。另外，它们并不影响加热元件的电气特性，尤其是电阻和加热特性。这两个连接触点有利地也是公共加热元件组的仅有的功率连接。
在本发明的另一改进中，通过使加热元件与连接触点或者所述连接触点的顶侧或表面重叠，在连接触点和至少一个加热元件之间形成电气接触。因此，在用于加热装置的制造方法中，首先安装连接触点且仅之后再是具有至少部分重叠的加热元件。然而，这在原理上从现有技术是已知的并且已经被证明有效。
在原理上，有可能的是加热装置仅具有一个单个加热元件组。多个加热元件组有利地被布置在支架上，例如以便实现更大的表面积或者更好的表面区域覆盖。因此，作为示例，可以在支架上布置两到五个加热元件组。这些加热元件组因而特别有利地是具有相同的设计或者每个都具有相同数量的加热元件和/或具有有相同尺寸的加热元件。结果，可以更容易地形成加热装置的布局。另外，以这种方式通过加热装置可以实现尽可能均匀的发热。
在本发明的有利的改进中，加热装置在被加热元件材料或者加热元件覆盖的每个点处的表面面积加热输出在每个地方都是基本相同或者相等的。因此，电流密度也应该在每个地方都是相同的，至少在未损坏加热装置的正常运行期间或者没有热区。
在本发明的有利的改进中，可以提供，全部加热元件组和/或全部加热元件都是彼此相同的或者具有相同的尺寸。特别是，有利地提供矩形的加热元件。
在本发明的简单改进中，加热装置的至少一个加热元件组、特别有利地是全部加热元件组，有利地在其两个连接触点之间具有仅一个单个加热元件。以这种方式实现了最大的表面面积覆盖。
在本发明的另一改进中，可以有利地提供，至少一个加热元件在其相关的加热元件组的两个连接触点之间具有不变的厚度。因此，生产，特别是通过本身已知的厚膜方法或者薄膜方法的生产，被简化。加热装置的全部加热元件特别有利地在它们相应的连接触点之间具有此类相同的厚度。因此，加热装置的全部加热元件可以使用普通的或者若干普通的相同应用方法生产，这又简化了生产。另外，以这种方式可以优选地实现前述相同的电流密度或者表面面积加热输出。
加热元件可以有利地设计成薄膜加热元件或者厚膜加热元件。这两个类型之间的边界是大约10µm到20µm的薄膜厚度。作为厚膜加热元件的改进的益处是此技术已经被证明对于平面加热装置是有效的并且是可控的。
在本发明的改进中，该至少一个加热元件，特别是公共加热元件组的全部加热元件，或者甚至整个加热装置，可以具有电阻的正温度系数。特别有利地，总是使用相同的加热元件材料。此类正温度系数可以具有这样的效果，在小的或者局部非常有限的热点或者热区的情况下，那里的电阻升高并且电流绕此区域行进或者行进经过此区域以便防止更进一步的过热以及对于加热装置的可能损坏。
加热元件可以由常用的任何材料构成并且也由碳基材料构成。在本发明的有利的改进中，该至少一个加热元件由并非碳基或者并不包含任何碳，至少不包含任何导电碳的加热元件材料构成。加热元件材料可以有利地包含贵金属，比方说例如银。所述加热元件材料可以特别有利地包含银和钯，例如呈所谓导电银膏形式。
这些以及进一步的特征可以不仅从权利要求书并且从说明书和附图聚集，其中单个特征在每种情况下都可以在本发明的实施例中以及在其他领域中通过它们自己或者个别地以子集合的形式实现，并且可以构成此处要求保护的有利或者内在可保护的实施例。本申请细分成小标题并且单个的部分并不限制在其下所作出的陈述的普遍有效性。
附图说明
本申请的示例性实施例在附图中示意性地图示并且将以更多细节在以下描述。在附图中：
图1示出了根据本发明的在其上面包括两个矩形加热元件的加热装置的平面视图，
图2示出了包括大致方形支架和其上八个加热元件的备选加热装置，所述加热元件在每种情况下成对并联相互连接，
图3示出了管状加热装置的侧视图，其中多个条状加热元件在管状支架的外侧上从底部向顶部以两个加热元件组行进，以及
图4示出了对来自图1的加热装置的变型，具有单个非常宽的加热元件。
具体实施方式
图1示出了具有平坦且细长的矩形支架12的加热装置11。此支架12也可想像成具有圆形横截面的短管的形成的突出物，使得左手侧端和右手侧端将被闭合而管的内侧将从支架12的底侧形成。对支架12涂覆平面隔热层13。这对应于通常的构造。
呈插塞等形式的连接装置15被安装在支架12的左手侧上。通向连接触点18的供应线16a和16b从此连接装置15延伸。供应线16a在右下侧通向下连接触点18a。上连接触点18a'与所述下连接触点相对定位，其中此上连接触点18a’直接与另一个上连接触点18b融合。出于全部意图和目的，所述上连接触点形成公共连接触点。连接触点18b’在底部与上连接触点18b相对定位，所述底部连接触点然后与供应线16b融合，并且这之后通向连接装置15。
两个加热元件20a和20b设置在隔热层13上，所述加热元件以重叠的方式安装在连接触点18上，如对于薄膜型加热元件或者厚膜加热元件已知的那样。所述加热元件之间的横向距离非常小且数量为若干毫米。两个加热元件20a和20b具有相同尺寸的表面积并且在设计方面也基本相同或一致。如图所示，所述加热元件的宽度在它们的长度的三到四倍之间，这就是说它们非常短并且非常宽。两个加热元件20a和20b每个都形成单独的加热元件组22a和22b。因此，有两个加热元件组22a和22b(即使每个组都仅有一个单独的加热元件20)，并且它们串联相互连接。如果加热元件20a和20b并联连接，将会仅有包括两个加热元件的一个单独的加热元件组。
加热元件20a和20b由优选的加热元件材料形成，其有利地包含贵金属，特别有利地是银并且可能还另外有钯。加热元件材料有利地具有PTC特性。非常常见地，不含碳或者不是碳基(就是说至少在完成准备好运行状态下不包含任何碳)的加热元件材料是特别有利的。此类加热元件材料由现有技术是已知的并且主要用于如此处所提供的厚膜加热元件。对于加热元件材料的可能应用方法是现有技术已知的那些方法。
在图1中图示的加热装置11的示例性实施例中，提供了具有恒定或一致厚度的加热元件20。此厚度例如可为20µm到70µm，就是说依然在厚膜范围内。表面面积可以正好在40cm2以下，使得在供应线16上给定230V电压的情况下产生大约2000W的功率。这意味着63Ω/□的薄层电阻和稍高于50 W/cm2的单位面积负荷。
图1示出了具有大约5mm乘5mm范围的所谓热点24。所述热点位于右手侧加热元件20a的左手侧区域中。然而，如清楚示出的那样，在热点24的区域中，并且由于加热元件20a和20b的PTC特性，可以假定加热元件20a中的电阻在此区域中由于在热点24处产生的温升而升高。由于此原因，这里电流将变得较低，此电流进入左手侧相对宽的区域中，并且当然主要进入所述热点的右手侧。因此，之后在热点24的此区域中又产生较少的热能。结果，会延迟或者防止进一步的温升，并且热点24不引起严重的干扰，并且相应地，加热装置11不会损坏。
由于从以CN 000103702458 A1和DE 102013200277 A1的形式的现有技术中已知的广泛的温度监视，当加热装置11用在沸水设备或者蒸气发生器中时，可发现此热点24，并且可以向操作者输出应执行去水垢的指示。作为备选，电压也可能通过监视流经加热元件20a的电流和施加于连接触点18a’和18a的电压而监视，可能是借助连接触点18a’上的辅助触点。这些值的变化同样可以评定为热点的出现。
图2示出了另一个加热装置111，其同样具有平坦且平面的支架112，其在这里是基本方形的，但是另外在许多方面具有如来自图1的相同构造。隔热层113与具有供应线116a和116b的连接装置115一起应用到支架112上。供应线116a通向连接触点118a和118b。两个平行的加热元件120a和120a’以及120b和120b’分别被提供在所述连接触点上。在另一端处，所述加热元件又被连接到融合的连接触点118a'和118b’上。
供应线116b通向连接触点118d’和118c。两个平行的加热元件120d和120d’以及120c和120c’分别被提供在所述连接触点上。在另一端处，所述加热元件又被连接到连接触点118d和118c’上。这些连接触点118d和118c'又被连接至彼此并且连接到连接触点118a’和118b’上。
全部加热元件120都具有相同的设计并且是基本方形的。加热元件120的对也可覆盖隔开它们的细间隙，并且因此形成单个加热元件，这些对分别并联连接并且定位成直接位于彼此旁边。在每种情况下两对加热元件120都形成加热元件组122ab和122cd，就是说总共两个加热元件组。此构造产生了两组四个加热元件的串联回路，其中每组四个的加热元件固有地并联连接。这由连接触点118的路线(course)示出。关于材料并且又关于应用方法，加热元件120可对应于图1中的那些。以类似的形式，支架112也可为弯曲的形成突出物或者甚至管状支架。从而管状支架将具有比宽度大得多的长度。
图3示出了又一个加热装置211的侧视图，该加热装置211具有呈短圆形-圆柱状管形式的管状支架212。在所述管的外侧上或者在隔热层213上在上部区域中提供了连接触点218a和218b，所述连接触点彼此分开或者不在前侧或者后侧相遇。连接触点218a’像其在底部连续或者大部分地连续那样行进。下连接触点218a’也可在后侧具有间隙，但是其也可以是连续的或者周向的。
连接触点218a被连接到连接触点区域219a，连接触点区域219a呈连接触点218a的凸面的形式。类似地，连接触点区域219b从连接触点218b延伸。电子触点制备装置(比方说例如线等)可以安装在连接触点区域219a和219b上，有利地是通过软焊或者焊接。
多个具有相同宽度的条状加热元件220a和220b在连接触点218a以及相应地，在顶侧上的218b和下连接触点218a'之间行进。因此，这意味着在每种情况下大约十个加热元件220a以及相应地220b形成这里的加热元件组，并且这两个加热元件组222a和222b之后串联连接。根据本发明的情况应用于每个加热元件组222a以及相应地222b，它们有利地具有相同的设计。单个加热元件220a和220b自身是细长的，具有为宽度数倍的长度。然而加热元件组的加热元件的有效长度小于它们的总宽度，使得加热元件组内全部加热元件的有效宽度一起在这里对于每个加热元件组也大于其有效长度。
由于在图3的公共加热元件组内有相对大量的加热元件，因而也容易想像，例如，其中两个条状加热元件220a或220b总是组合以形成单个加热元件。它们因此将形成稍微多于宽度两倍的条。
图4示出了作为来自图1的加热装置的变型的又另一个加热装置311。与图1相比，供应线316a和316b的路线在相同的支架312上稍微不同，支架312具有隔热层313和相同的连接装置315。这个的原因不仅在于连接触点318b是连续的，如其在图1中已经那样的一样，还因为又提供了下连续连接触点318a。单个加热元件320a在这两个连接触点之间延伸，所述加热元件的宽度比长度大，与来自图1的加热元件相比，又一次大系数2。特别是，它的宽度大约是其长度的七倍。与图1类似，热点在这里将仅导致很少的干扰。
因此有这样一种情况，其中仅单个加热元件组322包括提供在加热装置311上的仅一个单独的加热元件320。如在介绍部分中已经解释那样，术语“加热元件组”也用在这里，即便此时在所述加热元件组中仅包含一个单个的加热元件。
与来自图1的加热装置11的比较显示加热元件320也可在中心具有窄的间隙，该间隙在其长度上行进。此时将有两个分开的加热元件，但是既然这些将会并联连接，它们的有效宽度将仅被轻微减小，尤其是仅减小暴露的条的宽度的量。另外，此时将另外有仅一个单个且公共的加热元件组，因为两个加热元件被连接到相同的连接触点上。

Claims (21)

1.一种加热装置(11, 111, 211, 311)，包括：
-支架(12, 112, 212, 312)，
-在所述支架上的加热元件组(22, 122, 222, 322)，
其中所述加热元件组具有：
-在所述支架上的至少一个加热元件(20, 120, 220, 320)，
-用于所述加热元件组的两个连接触点(18, 118, 218, 318)，其中所述两个连接触点与彼此电气地分离，并且与所述加热元件组的单个加热元件或者全部加热元件形成电气接触，以用于至功率源(15, 115, 315)的连接，
其中
所述加热元件组(22, 122, 222, 322)内的所述单个加热元件或者全部所述加热元件(20, 120, 220, 320)一起的有效宽度至少等于在所述两个连接触点(18, 118, 218,318)之间的所述加热元件组的所述单个加热元件的有效长度或者全部所述加热元件的有效长度，其中所述有效宽度是所述加热元件组(22, 122, 222, 322)的全部所述加热元件(20, 120, 220, 320)的宽度的和，且其中所述有效长度是所述加热元件组(22, 122,222, 322)的全部所述加热元件(20, 120, 220, 320)的长度的平均。
2.根据权利要求1所述的加热装置，其中，所述加热元件组(22, 122, 222, 322)内的所述单个加热元件或者全部所述加热元件(20, 120, 220, 320)一起的有效宽度是所述两个连接触点(18, 118, 218, 318)之间的有效长度的至少两倍。
3.根据权利要求2所述的加热装置，其中，所述加热元件组(22, 122, 222, 322)内的所述单个加热元件或者全部所述加热元件(20, 120, 220, 320)一起的有效宽度是所述两个连接触点(18, 118, 218, 318)之间的所述长度的三倍到十倍。
4.根据权利要求1所述的加热装置，其中，所述有效长度对应于所述加热元件组(22,122, 222, 322)的所述单个加热元件或者全部所述加热元件(20, 120, 220, 320)的区域中所述两个连接触点(18, 118, 218, 318)之间的距离。
5.根据权利要求1所述的加热装置，其中，所述两个连接触点(18, 118, 218, 318)每个都长于它们之间的最小距离。
6.根据权利要求1所述的加热装置，其中，所述两个连接触点(18, 118, 218, 318)在至少对应于所述加热元件组(22, 122, 222, 322)内的单个或者全部加热元件(20, 120,220, 320)的有效宽度的长度上彼此平行地行进。
7.根据权利要求1所述的加热装置，其中，所述加热元件组(22, 122, 222, 322)内的所述两个连接触点(18, 118, 218, 318)是功率连接。
8.根据权利要求7所述的加热装置，其中，所述加热元件组(22, 122, 222, 322)内的所述两个连接触点(18, 118, 218, 318)是所述加热元件组的仅有的功率连接。
9.根据权利要求1所述的加热装置，其中，在所述支架(12, 112, 212)上布置两到五个加热元件组(22, 122, 222)。
10.根据权利要求9所述的加热装置，其中，所述加热元件组(22, 122, 222)在每种情况下都具有相同数量的加热元件(20, 120, 220)或者加热元件(20, 120, 220)具有相同的尺寸。
11.根据权利要求10所述的加热装置，其中，所述加热元件组(22, 122, 222)或者所述加热元件(20, 120, 220)彼此相同。
12.根据权利要求1所述的加热装置，其中，所述加热元件组(322)在其两个连接触点(318)之间仅具有一个单个加热元件(320)。
13.根据权利要求1所述的加热装置，其中，所述至少一个加热元件(20, 120, 220,320)在所述加热元件组(22, 122, 222, 322)的所述两个连接触点(18, 118, 218, 318)之间具有不变的厚度。
14.根据权利要求13所述的加热装置，其中，所述加热装置(11, 111, 211, 311)的全部所述加热元件在它们相应的连接触点(18, 118, 218, 318)之间具有相同的厚度。
15.根据权利要求1所述的加热装置，其中，所述至少一个加热元件(20, 120, 220,320)被作为薄膜或者作为厚膜施加至所述支架(12, 112, 212, 312)。
16.根据权利要求1所述的加热装置，其中，所述至少一个加热元件(20, 120, 220,320)具有电阻的正温度系数。
17.根据权利要求16所述的加热装置，其中，全部所述加热元件(20, 120, 220, 320)具有电阻的正温度系数。
18.根据权利要求1所述的加热装置，其中，所述加热元件材料具有电阻的正温度系数。
19.根据权利要求1所述的加热装置，其中，所述至少一个加热元件(20, 120, 220,320)由不是基于碳的加热元件材料构成。
20.根据权利要求19所述的加热装置，其中，所述至少一个加热元件(20, 120, 220,320)包含银。
21.根据权利要求20所述的加热装置，其中，所述至少一个加热元件(20, 120, 220,320)包含银和钯。
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