CN1701145A - 具有改进的电热元件的导管和配备有此种导管的干衣机 - Google Patents

Abstract

一种用于传送和加热气流的导管，在其内部包括至少一个由厚膜层构成的电热元件，其中，所述的电热元件担当一个正温度系数(PTC)元件并且布置在导管的气流截面的周围，也就是说，按照与所述气体流动的方向平行的方式定向，这样导管甚至连部分也不会被这样的厚膜层阻塞。在一种优选方式中，该加热元件被再分为多个单独的不同加热元件，它们平行布置并按照一种连续的和累积的方式通电，这样，初始功率输入能够维持在预设的限度之内，而处于稳态的功率输入减少到一个相当低的值，然而，该值仍旧足够高以确保一个可接受的功率输出水平。

Description

具备改进的电热元件的导管和配备有此种导管的干衣机

本发明涉及一种适合传送和加热气流特别是空气的导管，配备有一种改进型的电热元件，并且特别适合在干燥机和基于强制热空气循环流动的设备中使用，热空气被强制流过一个适当的通流的加热导管，吹进一个干燥室中。这些干燥机或者设备可能例如是农业、制药、食品加工、化学、造纸厂、纺织、印刷、喷漆和表面精加工设备等。虽然本发明可以因此在不同的环境下被用于更大范围的不同的应用之中，但至多只是一部分普通的需要和需求，已经发现，当它应用于一类家用衣物干燥机上时特别有利，这类干衣机将进一步描述。

因此，虽然本发明被理解为涉及一种特定类型的导管，并且它的改进型的实施例可能会被用于宽泛的很多不同的应用之中，但为了更好强调出它连同优选的应用形式一起的区别特征，在下面的描述中将仅通过举例的方式，参照家用干衣机类型的应用进行阐明。

在这样的干衣机中，通过一个容纳要干燥衣物的滚筒使一股以前加热的空气流通来实现干燥过程，其中，这样正在循环的空气的加热全部或者部分地由一种适当地布置和通电的电热元件来保证。

这类干衣机一般来说包括一个容纳要干燥衣物的滚筒，一个用于所述滚筒中热空气循环的风扇和用电加热所述循环空气的装置。另外，这些类型的机器一般配备有更多的用于对干燥空气除湿的设备和装置和/或，作为一种替代方式，配备有用于排出从所述的滚筒过来的湿气和热空气流的装置，还包括从周围环境中吸进新鲜空气的装置。然而，所有这些增加的设备和装置和本发明的目的并不相关，所以它们将不会被进一步论及。

总之，这些机器还包括适当的装置，设置用于通过滚筒的干燥空气的循环，其中这些装置主要由一个嵌入所述滚筒的空气循环导管组成，其中布置至少一个风扇和一个用于加热吹进滚筒中的空气的加热元件。

根据通常的现有技术的解决方案，这些空气加热导管既配备有装有护套类型的管状的电热元件，可能会被插入到一个铝制的压铸件中，或配备热线式电热元件，其中这两种类型的加热元件均适宜在高温下工作，但具有一个有限的耗散表面。

这两种类型的导管具有很多缺点，这些缺点是它们自己固有的特性并且不能在使用中消除，例如：

-插有这类装有护套类型或者热线式电热元件的导管所达到的高温代表着一种真正的危险，原因是这类如过热等非常规状况，甚至会导致火灾，以至于实际上上述危险使得合适的安全设施成为必须的，典型地是采用热动开关的形式，然而，这些都不能有效地完全消除所述的加热元件固有的危险性；另外，在干燥循环过程中它们的非常高的操作温度会使从衣物上脱落下来的棉绒和其它颗粒被干燥到甚至部分燃烧和烧焦的程度，这样它们就会通过上述空气流将烧焦的颗粒再次传送到衣物，从而污染和损坏衣物自身；最后，这类加热元件的高工作温度，使热量通过辐射传输到导管壁，这当然意味着总热能效率的减少和/或合适的热绝缘设备配置的必要性；

-就配备有热线式电热元件的导管来说，一个可能的缺点来自于外来物质偶然流动导致加热元件自身的一部分短路的可能性，例如，如果这些事件发生还将伴随一些显而易见的和众所周知的问题。

-另外，在布置加热元件时会发生一个问题，因为阻塞了导管的空气流截面，起到了过滤存在于空气流中的上述棉绒和其它颗粒的作用，并且这可能最终会导致上述导管变得阻塞，结果是，很多其它众所周知的缺点也暴露出来。

于是，在这两种类型的导管中，在空气的不同温度状况之下产生的热能是恒定的，然而，在一些有一定限制的应用中，例如在衣物干燥机中，当循环流通的空气温度增加时，非常希望产生的热能会有明显减少，并且这非常明显地控制着热动开关、控制设备等诸如此类设备的使用，就成本和综合可靠性而言，有显而易见的负面效果。

就如同早前在本说明书中指出的，应当注意到这些缺陷会在家用型干衣机中碰到，但前面列举的缺陷或者导管使用中可能存在的的缺陷并非都是必然发生的，这样，读者将会周全地评价在申请的前面所阐明的缺陷的实际存在，并区别于在此所描述的仅仅是单一目的的旨在更好表明在优选的实施例中的本发明的优点的例子。

基于以上考虑，因此本发明的一个主要目的是提供一个配备有电热元件类型的导管，该元件布置在空气流方向的侧部，结果没有带来任何类型的阻塞，甚至不存在形成对上述空气流的自由流通的阻碍的可能。

在这个主要目的中，本发明的一个目的是提供一种配备有电热元件的导管，它能够被塑造成型，使得它自己最精确和最适应空气导管的一些侧边部分的形状，从而摆脱更多导管的空气流截面的阻塞和阻碍，其中所说的加热元件能够依靠工业制造中简单、低成本和容易加工的生产过程来整形和成形。

本发明更进一步的目的是产生分散在导管中的相对非常大的表面上的热能，这样能减少其中的表面温度并且这样做的结果，就是得到在安全和效率方面的相应的好处。

本发明的另外一个目的是提供一个通流的加热导管，其中加热元件能够相应于空气温度自动反函数调节，并且不需要使用任何额外的调节和适应装置。

本发明更进一步的目的是提供一个导管，其具有使产生的热能平均分配到多个不同加热元件中的能力，这将使得即使在发生局部故障的情况下，能够保持最低的性能标准，并且对于同样数量的输入功率，能进一步保证获得最佳的输出功率分配。

根据本发明，这些目的连同本发明其它特征一起通过配备有一个厚膜类型的电热元件的这一类导管来实现，并且担当一个正温度系数(PTC)元件，其制造和操作将在附加的权利要求中限定。

本发明可以采用优选的并非唯一的实施例进行更加细致的描述并且在后面采用非限定实例参考附图进行阐明，其中：

-图1是一个干衣机的导管的一部分的内部视图，其中，根据本发明使用一个加热元件；

-图2是一个以示意图表现的所述加热元件导管的一部分的剖面视图，所述的加热元件封装在导管中；

-图3是根据本发明的一个PTC类型的加热元件的电阻温度系数的示例性特性的图表视图；

-图4是根据本发明的一个导管的改进实施例的剖面视图；

-图5是一个PTC类型的加热元件的电阻温度系数的示例性特性的图表视图，图中还包括根据热能值对应的功率输出；

-图6是根据本发明的一个导管中多个电热元件分布和相互连接配置的示意图；

-图7是图6中所示的加热元件的控制、激发和操作配置的另一种变化的视图；

-图8是根据图6或图7所示的结合和连接在一起的加热元件的功率输出模型的图表视图。

根据本发明，气流通过其中的导管必须沿着所述气流经过的路径在某一位置被加热，并且其通常使用传统类型的加热元件，能够有利地改进它的一般性操作，如果：

-在一台干衣机的应用中，布置所述的至少一个加热元件以避免前述的缺陷，

-并且，所述的加热元件能够将其功率输出作为一个气体加热温度的函数调整到一定范围。

所使用的解决方案要达到这样的目的，就是使用一种厚膜电阻加热元件担当一种PTC元件，其被制作在一个优选的连续支撑衬底上并且以保证它的外形和导管的内壁部分的截面适应的方式布置在导管之中；当希望导管的气流截面维持基本不变时，所述的厚膜加热元件必须布置在尽可能靠近所述导管的内壁部分，这样能够避免与以任何路径通过上述导管的空气流相互干扰，或者至少让任何这类可能的干扰最小化。如果相反，允许或者甚至希望在导管中的过流截面的减小，例如，由于出现了旨在提高热交换的一种湍流、涡流状态，然后所述的厚膜加热元件甚至会被布置在导管的中间部位；然而，在这种情况下，空气流会按照这样一种方式被引导，例如仅仅接触其中的单独一侧，而不是相对侧。

参考图1和图2，根据本发明的一种通流加热导管1包括布置在其中的一个电热元件2。该加热元件2是通过在一个绝缘衬底(二者在图中都没有特别示出)上沉积一层厚膜而提供，其中所述的加热元件2以一个正温度系数起作用，在下文中，正温度系数被称为PTC。

此处应该提醒读者，PTC加热元件用作自动电流调节器，因此用作自动功率输出调节器，在所有那些情况下，即为了快速加热一个特定的环境或者一个特定的流体，需要一个高的初始气流，其中所述的加热元件被淹没，而在达到预先设定的热稳定状态时，功率输出应该被逐渐减少，一般与气流开始急剧减少时元件的温度值对应；所述的温度值通常限定为开关温度Tc。

而且，在这样一个加热元件中，当最后达到预先设定的开关温度时，温度系数将因此以一种确切的可感知的方式提高，这些在图3中被很好地示出。

如此的一种加热元件配置，看起来实际上作为一个平面板，允许通过导管的空气流的常规状态保持基本不变，或者至多只是有微小的变动；特别地，如果它沿着所述的内壁部分布置以由仅在其一侧上经过它上方的气流接触，它必须沿所述空气流的同一方向定向，这样，在其它物体之中，沿着导管的通路，既不会被拦截和夹持棉布或者其它杂质，也不会形成任何附加的阻碍。

另外，所述加热元件可以使用众所周知的和现成有效的技术和相对较低的成本实际提供的大表面来保证功率输出，即加热表面区域被加宽，结果是，特定的输出功率(区域的每个单元)和最终的上述加热元件的温度由此被降低。

因此，这还能消除了所有的源于高温的缺陷，这样，一个通流的加热导管就最后形成了，其中加热元件：

-具有这种可成形性，即能够被制成适应的轮廓，以便基本上避免占用导管内部的任何额外的空间，

-与所述导管的内壁相配，使得能够避免伸进气体的直接流动通路，具有显著的优点，

-最后，在加热元件的工作模式中，PTC特性能够使在处理过程的初始阶段中获得一个高功率输出，即，当空气是冷的并且热需求最强，然而，当热需求在随后的阶段减少时，热量产生也会减少，也就是说，加热元件的功率输出也会以一种自动和相应的方式减少，这些都得益于其中的PTC工作特性，由于空气温度逐渐增加的效果，其中所述的加热元件被淹没。

在本技术领域中，厚膜加热元件是公知的；它们能够用一种聚合物制成，在其中分散有非常小的金属、石墨、炭黑和其它元素的微粒，并且在所述的聚合支撑物中的组成，会通过有机溶剂的添加剂实现，这样能够形成一种最终的液体混合物，适于最容易地作为一个相当薄的膜进行沉积(虽然在本技术领域中通常被称作“厚膜”)。

通过适当选择厚膜的合成成分，就能够以最简单的方式得到一种具有图3中所示的预先设定的初始电阻、开关温度、操作曲线的陡度的理想特性的加热元件，因此，获得PTC效果强度还有最高允许或者可维持的温度。

通常，所述的液体混合物通过一种丝网印刷方法，在一个适当的衬底上沉积并形成在一种厚膜中，这要在一个旨在去除有机溶剂的干燥步骤和一个旨在获得一种连续的最终层的起动步骤之后。

通过适当选择溶剂的介质和生产过程的条件，就能够将一层厚膜应用于实际上所需要的材料或者衬底之上，衬底包括金属，然而，其必须适当绝缘，因为它们具有传导性，或者选用惰性材料，例如陶瓷、玻璃胶合云母或者具有最多变种和特性的合成材料，或者甚至是天然材料，例如橡胶、纤维，织物原料等等。

通常用于制造带有PTC特性的厚膜加热元件的技术在本技术领域中是公知的；就此例如可以参考相关的美国专利US 5,093,036，其中公开和阐明了特定的这类加热元件的类族，还有相关生产方法中的一些例子。

然而，前面刚才的技术方案是在提出传输热量的问题的特定情况下阐述的，也就是，朝向导管1的外壁5被厚膜加热元件浪费的热量过大；这一问题则可以通过在所述的加热元件2和所述的壁5之间插入适当的形状和尺寸的绝缘元件4有利地解决。既然所述的加热元件2的温度通常是低的，本领域普通技术人员能够毫无困难地确定出用于这一目的的加热绝缘材料的理想特性。

相反地，在特定的情况和环境下，其中厚膜加热元件的温度减少到相当的程度，或者没有实际考虑向外散发的热量，甚至在底层使用一种非常厚和固有的绝缘衬底，或者导管的剖面区域非常小以至平面的厚膜加热元件布置在导管的单个边上，这些会引发一些问题，或者仍旧有其它的情况，其场所和原因在这种特定的情形下没作考虑。

在所有这些情况中，可以证明，单纯移去导管1的一个壁是适当的，并且用厚膜加热元件自身来替换这样移去的壁，其当然将被适当的地制成一定的形状和大小，并同时布置成对着导管内部。加热元件于是被用作执行双重任务，也就是说，兼被用作目前的加热元件7和导管壁5，如同示意图4中所显示的那样。

然而，在原理分析支持下的试验性检验已经强调了特定缺陷的存在，这种情况将在特定应用中，例如在一个家用型的干衣机中碰到。在这种应用中，实际上，操作的初始阶段会在室温下进行，这样就需要保证高功率输出；接下来，当空气温度升高，也因为衣物中要除去的湿气的量减少，所以热需求逐渐减少。面对如此减少的热需求，加热元件的功率输出相应地减少，并且这样的功率输出的减少通常采用本技术领域中公知的技术实现，包括当机器中的温度增加到超过预设限值时跳闸的安全装置。

然而，要用于那个目的的整套的传感器和相关的控制和促动装置不可避免地因为在生产消耗和综合可靠性上的不足而告失败。

在试图解决这个问题时，可以选择一个适当的厚膜PTC电阻加热元件，其能够保证起初的(也就是说，当机器和干燥空气仍旧是冷的时)最大的功率输出，在一些情况下要考虑到能够被机器所连接的装备维持的最高发热功率输出所形成的限制。

在开始时，加热元件当然是开始加热，从而加热流过导管的空气，并且其操作可以通过沿着操作曲线CO的点P的移动来识别，如图5所示，代表PTC元件的操作模式。

结果，PTC元件的电阻值逐渐增加，因此，通过沿着曲线CP的上述横坐标上的移位，上述PTC元件的功率输出相应减少，直到达到功率输出和通过导管的空气流吸收的热量之间的平衡状态，按照这样的方式，从空气中除去的热量越低，该加热元件的温度平衡值越高。

最后，因此，这样的情况并不是要促使产生当然甚至不是要传输发热功率，其在实际的干燥需求前是充分的，所以这种配置是不能接受的。

这样的配置可能会被用于这样的情况：PTC元件的操作曲线从开始将非常平直，然后会逐渐增加倾斜的程度。然而，刚好在弯曲之前，也就是说，可能在80℃和180℃之间的任何位置的温度下没有使用PTC元件，其具有约等于初始值的电阻值；相反地，初始功率和传输功率的比率，也就是说，在热平衡状态下的功率输出相反，大约为4到5。

简言之，如果一个PTC元件被用于输出一个充足的功率，虽然在初始的加热阶段并不过分减少，现用的PTC元件将输出一个初始功率，当和装备实际需要的功率比较时，该初始功率过高。

如果相反，一个PTC元件用于输入一个介于允许的范围之内的初始功率，上述PTC元件的输出功率将会减少到如此程度，以致于对于空气来说，甚至是达到一个实际需要的干燥目的的温度是不可能的。

为了消除这样一种缺陷，因此建议采用示意图6中所示的技术方案，其中，一个单一PTC加热元件再分为多个单独的各不相同的PTC元件R1、R2、R3等等，它们并联在一起并且可能会在导管内部分散于不同的区域，其中每一个所述的元件则与一个相应的控制开关N1、N2和N3串联，这些开关被依次有选择地通过合适的驱动和控制设备M驱动。

所述的设备M依次连接到另一个控制设备上的综合控制装置M2，或者任意一种含有所述导管的设备，以传输所需要的通知正在执行的操作阶段状态的信号。

更进一步，所述的装置M适用于控制所述的控制开关N1、N2和N3以一种顺序方式关闭，以使开关N1第一个被关闭，然后是开关N2，最后是开关N3，这样所有开关在最后都同时关闭，结果是，使所有相关的加热元件通电。

第一个加热元件R1的大小，是为了保证其在温度很低状况下的输入功率与装备的功率比能够相容，然而，在这个初始阶段之后，因为上述加热元件的PTC的特性，其输入功率当然减少。第二个加热元件R2的选用，是为了它的初始输入功率，也就是说，在它通电时(但这是在加热元件R1通电之后)的输入功率与装备的有效功率比(也就是说，装备的总的功率比减去了已经通电加热元件R1的输入功率)相容。第三个加热元件R3的大小确定和选用是根据相似的标准，这样能够使它的初始输入功率与装备的有效功率比(也就是说，装备的额定总功率减去了已经通电的加热元件R1和R2的输入功率)能相容。

这样一个技术方案的工作方法如下：在一个确定的初始瞬间，装置M工作，顺序发送相关的信号来关闭所述的加热元件R1、R2和R3；就像前面所采用的措施那样，总输入功率将存在于所有案例中并且一直位于最大的允许限度之内，虽然考虑到为了将干燥空气的温度升高到期待值，加速达到预设输出功率的过程，总输入功率非常接近该允许限度。然而，另一方面，当空气的温度升高并要达到其理想值的时候，每一个加热元件温度Tc的值最终超出限定，以使每一个这类加热元件的最终的功率输出，因此，正像所期望的那样，所述的加热元件的总体减少到一个非常明显的程度。

实际上，发热功率被平均分配在几个不同的加热元件中，并在连续的几个瞬间被接通，以在每一个操作的初始和中间阶段的瞬间获得理想的具有最大传输功率的结果，同时获得后面的加热元件，也就是说，随后接通的这些元件有利地被预热的效果，而在最终阶段和在热平衡状态下，PTC特性自动地逐步使输出功率自动减少。

参考图8，示出了一个完整的特性曲线，图示了发热输出功率W1、W2、W3在同一时间标度下的样式；特别地，该曲线图上的曲线表示出加热元件R1、R2和R3的输出功率的样式，它们在三个相应的瞬间按照一种顺次的顺序接通。可以清晰看到，从相应的加热元件接通开始的一个预定时间之后，并且正好在下一个加热元件适当地接通的那个瞬间，每一个输出功率的曲线下降变得非常明显，以使发热功率输出继续没有变化，直到最终达到一个预设温度。

发热功率能够在总时间和相对时间里输出，采用上述图8中所代表的这样一种技术方案，其中三条曲线的纵坐标值被累加，从而获得了Wtot曲线，象征性地代表上述布置的三个不同加热元件的瞬时输出功率，然而在此处是作为它们的联合操作考虑，直到在导管中达到稳态和热平衡状态。

因此，可以简单的这样认为，设定初始的最大允许的输入功率P0和一个空气的最小临界温度这两个限定值，(为了确保充分的干燥效果)不可能低于该范围，并且是时间和平均输出功率的函数，不只是对所用的PTC加热元件的数量，而且还有所需要的额定值和操作特性，特别地，通电的合理的时间或额定值进行标识是可能的，因为从另一方面说，这能够通过完全为本领域普通技术人员所掌握的常规实验和评估工作最容易地确定。

加热元件R1、R2和R3被接通的几个瞬间的顺序可以被预先设置相对的时间，并且按时间存储在所述的装置M中，在合适的操作阶段会被相应激发，就如同所述的装置M2所显示的那样。作为一种可选的方式，通电顺序会进行标识，以根据机器或者导管中确定点达到的温度接通加热元件，诸如干衣机导管或者含有所述导管的任何设备内部的空气温度，被合适的温度传感器S所探测，就如同示意图7中的示的那样。

所述的加热元件R1、R2和R3被应用和布置的方式、上述元件的额定值和特性还有控制和连接方法和装置完全为本领域普通技术人员所掌握，它们能够在所现存的限制基础上，很容易地分辨和用实验方法测试并验证最佳的技术方案；因此这里将不再进一步描述它们，甚至认为它们并不落在本发明所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种传送和加热气流的导管(1)，在其内部包括至少一个电热元件，其特征在于，所述的至少一个加热元件：

-由厚膜层(2)构成，

-担当一个正温度系数(PTC)元件，

-布置在所述的导管(1)内，并且

-至少在一侧上限定所述的气流。

2.如权利要求1所述的导管，其特征在于，所述的厚膜加热元件(2)大体靠近并沿顺着所述导管的内壁(5)的至少一部分布置。

3.如权利要求1或2所述的导管，其特征在于，在所述的厚膜PTC加热元件(2)和相应的内壁部分(5)之间插入一层绝缘材料(4)。

4.如权利要求1前序部分所述的导管，其特征在于，所述的加热元件：

-由厚膜层(2)构成，

-担当一个正温度系数(PTC)元件，

-形成所述导管壁的一部分的一个整体部分(7)，使其大体按照与所述气体流动方向平行的方式定向，这样导管甚至连部分也不会被这样的厚膜层阻塞。

5.如前述权利要求中任一所述的导管，其特征在于，

-所述的厚膜PTC加热元件被再分为多个单独的不同加热元件(R1，R2，R3)，以至少部分地PTC工作模式为特征，

-所述的不同加热元件的每一个单独地通电(并联加热元件)，

-所述的不同加热元件的每一个单独地与相应的开关装置(N1，N2，N3)串联，

-所述开关装置的操作由一个驱动和控制单元(M)发出的指令信号驱动，

-由于一种从一个控制装置(M2)接收的信号的预设作用，所述的驱动和控制单元处理和输出所述的指令信号，控制装置(M2)设置用于控制其中包含有导管的设备的总的操作。

6.如前述权利要求1到4中任一所述的导管，其特征在于，

-所述的厚膜PTC加热元件被再分为多个单独的不同加热元件(R1，R2，R3)，

-所述的不同加热元件的每一个单独地通电(并联加热元件)，

-所述的不同加热元件的每一个单独地与相应的开关装置(N1，N2，N3)串联，

-所述开关装置的操作由一个驱动和控制单元(M)发出的指令信号驱动，

-由于通过一个相应的适当的传感器(S)检测的外部温度的作用所述的驱动和控制单元处理和输出所述的指令信号。

7.如权利要求6所述的导管，其特征在于，所述的温度传感器(S)用于测量流过所述导管(1)的气体的温度，或者用于测量在一个预定的位置处所述导管的表面温度。

8.一种干衣机，包括一个导管(1)，所述导管(1)用于使强制并加热的空气流的循环，并且用于将所述的空气流吹进容纳要干燥衣物的滚筒中，其特征在于，所述导管根据前述的任意一个权利要求或者其组合来提供并制造。

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