CN1914953A - 用于流体的加热装置、连续式加热器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于流体且用于安装在连续式加热器(100)中的加热装置(1)，它带有至少一个构造成电阻加热器的加热元件(2)、至少一个为了将由加热元件(2)所产生的热量传递给流体而与加热元件(2)以及流体处于导热连接中的传热元件(3)，其中传热元件(3)构成一个耐压力及耐高温的连续式加热器的集成壳体组成部分，并且具有一个基本上平坦的上面设有加热元件(2)的中央区(4)。为构成一种连续式加热器(100)，将加热装置(1)与一个拥有至少一个输入口(51)和至少一个排出口(52)的成形件保持耐压力及耐高温地形状配合连接，以形成一个流体空间。

Description

用于流体的加热装置、连续式加热器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于流体且用于安装在连续式加热器中的加热装置，它带有至少一个构造成电阻加热器的加热元件、至少一个为了将由加热元件所产生的热量传递给流体而与加热元件以及流体处于导热连接中的传热元件。本发明还涉及一种带有前述种类的加热装置的连续式加热器。此外本发明还涉及前述加热装置及连续式加热器的制造方法。

背景技术

前述种类的加热装置和连续式加热器比如用在餐具洗涤机或者洗衣机中。为对流体进行加热，现在主要使用基于管形加热体的加热装置。管形加热体通常是由布置在优质钢管中间的电阻丝所构成，这样就不会对钢管产生电压击穿。为了精确地将电阻丝固定在管子中间并且改善绝缘性能，通常将电阻丝和优质钢管之间的空间用一种绝缘性能好的材料进行填充，这种材料通常是氧化镁粉末。

可以用不同的方式来使用管形加热体。这样，就可以将管形加热体比如说布置在一个由流体流过的处于流体流中的连续式加热器中。管形加热体同样可以布置在一个由流体流过的流体导向管上，必要时中间连接一个传热元件。在另一种简单的方案中，将管形加热体放置在一个容器里面接受流体的环绕冲洗。

对所有前述方案来说其共同点是，加热装置由于管形加热体的结构形式而具有一定的惯性。由于管形加热体的可以达到的表面效率很低，由此导致构件尺寸很大。在管形加热体及其它所属的部件如防止加热装置或连续式加热器干运行的开关部件接触时，同样经常出现问题。

所述的连续式加热器带有成本很高的密封系统以及微型开关形式的用于防止干运行的集成监控单元。从DE36 26 955 C2中可获悉这种连续式加热器。

此外，在DE19934319A1中公开了一种用于流体的带有至少一个构造成电阻加热器的加热元件的加热装置，它有一个传热元件，此元件与加热元件及流体处于导热连接中，以便将由加热元件产生的热量传递给流体。在这里所描述的加热装置是一种流体导向管，在其外侧设置了厚膜元件形式的加热元件。流体导向管形式的连续式加热器的结构方案一方面具有尺寸偏大的缺点，另一方面在电气接头及流体输入口或流体排出口的布置方面也缺少足够的灵活性。

发明内容

因此本发明的任务是，给出一种加热装置、一种连续式加热器及其制造方法。它们允许使用一种简单且成本低廉的结构来对流体进行节能地加热。

该任务通过一种具有权利要求1的特征的加热装置、通过一种具有权利要求11的特征的连续式加热器、通过一种按照权利要求13的特征制造加热装置的方法、并且通过一种具有权利要求18的特征的制造连续式加热器的方法得到解决。优选的改进方案分别由从属权利要求中获得。

在DE 199 34 319 A1中加热装置构成了连续式加热器，与此相反，在本发明中这种加热装置的传热元件构成一种耐压力及耐高温的连续式加热器的集成式壳体组成部分，并且具有一个基本上平坦的其上设置了该加热元件的中央区。因此，由加热元件及传热元件组成的加热装置，仅仅是一种连续式加热器的一个组成部分，这种连续式加热器具有至少另一个组成部分。

为形成一个封闭式的连续式加热器形式的加热系统，根据本发明的加热装置与一个成形件耐压力与耐高温地相连接，以形成一个流体空间。此成形件具有至少一个输入口和至少有一个排出口。此外，将加热元件在流体空间外布置传热元件上。因此，连续式加热器的整个系统包括至少两个部件，也就是根据本发明的加热板及一个与其相连接的又被称为壳体的成形件。

这种传热元件具有一个基本上平坦的中央区，电阻加热器比如厚膜加热元件形式的加热元件被设置在此中央区上，这种结构具有制造简单的优点。此加热元件安置或者支承在传热元件上。所述的加热元件通常包括一个电阻加热电路，它(比如通过印刷或者火焰喷涂)敷设在一个比如由玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷制成的绝缘基底上，而该基底本身则设置在传热元件上。在制造印制的加热元件时，首先要按印刷和加热步骤的顺序将该绝缘基底放在加热装置的中央区上。随后，比如通过薄膜印刷或丝网印刷将电阻加热器安置在该层上，并继续加热。因为中央区基本上是平坦的，所以制造尤其简单。在DE 199 34 319A1中公开的布置则相反，必须将电阻加热器设置在弯曲的表面上，这增加了制造难度。

与管形加热体的使用相比，在按本发明的加热装置中，减小了传热元件的厚度，从而改善了通过此传热元件到流体的导热效果。这样做的优点是，可以降低电阻加热器的温度，因为热量被更加有效地从电阻加热器导向流体。电阻加热器的温度的降低允许在规定的最大允许温度条件下提高加热装置的功率密度，并由此减小其尺寸。加热装置优选为圆形，因为它要耐压力及耐高温地与一个成形件相组合成为一个连续式加热器。在这种情况下可以缩小其直径。这一方面意味着节省成本，另一方面意味着提高可靠性，因为加热装置的直径越小，它就越容易经受住产生的压力。

加热元件优选具有多个彼此保持电连接的加热区段，它们基本上全幅面地盖住中央区，但其中由这些加热区段空出一个安装区。加热元件尽可能全幅面地盖住传热元件的中央区，这使得加热装置的尺寸达到最小。彼此间保持电连接的加热区段优选为同心的圆形孤段。各个圆形弧段的相对端部彼此保持间距，从而可以形成一个安装区。圆形弧段的相邻端部比如可以通过导线组形式的具有导电能力的材料彼此连接在一起。多个加热区段形式的加热元件的构造及其可选的电连接尤其实现了加热元件的连接端的灵活导向。加热区段不一定具有同中心圆形弧段的形状。当然也可以考虑螺旋状造型。加热区段以何种方式成形(直线形、四边形、弧形)，此选择主要取决于加热装置的形状，尤其是传热元件的形状。

电阻加热器的优选材料是一种具有正温度系数的电阻的材料。这意味着，如果流体空间干运行或者干接通，电阻加热器到一定程度会限制过热。这样一种材料比如是镍。

管形加热体受原理限制仅仅可以在一个功率等级上得到实现，也就是说，为同时实现两个不同的加热等级必须在一个连续式加热器中安装两个管形加热体，而按本发明的加热装置的加热元件通过相应的加热区段的电连接也可以具有一个以上的加热电路。

在另一种优选的改进方案中，设置了一种设置在传热元件上的温度监控机构，它与传热元件之间有着良好的导热连接。优选将该温度监控元件设置在与加热元件相邻的安装区中。在DE 199 34 319 A1中提出了一种设置方法，其中温度监控机构应该与加热元件进行良好的导热连接，与此方法相反，在本发明中恰恰不期望采用这种设置。出于该原因，此温度监控元件优选设置在没有任何加热区段的安装区。温度监控机构基本上用于检测流体温度。而后从流体温度中可以间接推断加热导体的性能。

为避免此加热元件对温度监控机构的影响，传热元件优选由一种在横向方向上传热性能差的材料制成。与此相反，在与横向方向垂直的方向上，此传热元件则有着良好的导热性，以此一方面保证流体得到有效的加热，另一方面也可以由流体温度直接推断出温度监控机构。作为用于此传热元件的材料，尤其要对不锈钢加以考虑。

温度监控机构优选由NTC电阻构成。它可以通过简单的电子装置对自身信号进行分析，因为它在很小的温度波动时就显示出很大的电阻变化。除此以外，NTC电阻还可以用简单的方式作为可表面安装的构件设置在传热元件上。

此外，还优选设置一种设置在前述传热元件上的接触机构，它与加热装置的电气元件之间有电连接。电气元件一方面是指此加热元件，另一方面是指温度监控机构。在这里，此加热元件是否具有多个加热电路是无关紧要的。加热元件的所有电气接头以及温度监控机构的电触头均与一个设置在传热元件上、尤其设置在安装区中的接触机构进行电连接。由此，可以通过一个唯一的插接触头将加热装置连接到电源上，并且可以通过该接触机构同样连接到所有对加热装置进行监控所必需的用电器。

如上文早已描述的一样，按本发明的连续式加热器除了加热装置之外，还具有至少一个成形件，而该成形件则具有至少一个输入口和至少一个排出口。在此优选将温度监控元件设置在加热装置的传热元件上的特定区域中，此区域靠近成形件中的输入口。由此，可以用极其简单的方式对流向连续式加热器的流体的流体温度进行精确检测。

按本发明的用于制造上述装置的方法包括以下几个步骤：

-准备一种横向导热性差的半成品；

-从半成品中加工出一个基本上为平面的传热元件，它具有一个内表面和一个外表面以及一个基本上平坦的中央区；

-在传热元件的中央区设置一个构造为电阻加热器的加热元件并空出一个安装区；并且

-将温度监控元件设置在安装区，从而使其在连续式加热器运行时不会受到加热元件的影响。

就象在前文里结合加热装置所作的描述一样，此方法具有与前述加热装置相同的优点。

尤其应该将此温度监控元件直接设置在传热元件上，以提供在加热装置运行时基本上不受此加热元件影响的温度值。

在另一种改进方案中，此方法还有一个步骤，即将接触机构设置在传热元件上，并且将接触机构与加热装置的电气元件进行电连接。

此外还优选将加热元件和温度监控机构设置在传热元件的同一侧。因此，原则上可以将加热元件和温度监控机构设置在传热元件的内表面或外表面上。如此定义内表面，使得内表面在与成形件组装之后处于流体空间中。相反，外表面则不与流体接触。不过，最为优选的是，将加热元件和温度监控机构与接触机构一起设置在传热元件的外表面上。在这种情况下，这三种元件以极其简单的方式构造出彼此之间的电连接。

按本发明的用于制造连续式加热器的方法，包括如上所述的制造加热装置的步骤，带有至少一个输入口和至少一个排出口的成形件的制造，以及加热装置和成形件的形状配合连接组装，这样组装之后的组件既耐压力又耐高温。必须使成形件的尺寸与加热装置的尺寸相匹配，而成形件则优选用塑料制成。由此可以用特别简单的方式借助于注塑法制造这种成形件。

为产生良好的防止流体损失的密封性，加热装置和成形件的组装步骤包括在这二者之间插入一个密封圈。

以下将对按本发明的加热装置及按本发明的连续式加热器的其它有利的改进方案及实施例进行描述。

附图说明

附图示出：

图1示出了一个按照本发明的加热装置的外表面俯视图，

图2示出了图1中加热装置沿着线条A-A的断面，

图3示出了按本发明的加热装置的侧视图，在此示出其后来的安装位置，其外表面向下，

图4示出了加热装置的在图2中以虚线框住的边缘的详细视图，并且

图5示出了一个按本发明的由一个加热装置及一个成形件组成的连续式加热器的透视图。

以下将参照图1到图4对按本发明的加热装置进行描述。

图1示出了一个按照本发明的加热装置1的外表面14的俯视图。加热装置1具有基本上为圆形的造型。在一个比如由不锈钢制成的传热元件3的中央区4上，布置了一个加热元件2。加热元件2比如总共由七个圆形的同心圆形弧段所组成，它们分别形成一个加热区段5。加热区段5如下相互布置，使圆形弧段的相邻的端部通过一个短的导体电路7而彼此进行电连接。在这种情况下唯一的加热电路因此从一个连接端11经过最外面的同心环和每个其余的同心环一直延展到另一个连接端12。该加热装置1的加热元件2具有一个唯一的加热电路。换句话说，加热元件2的所有加热区段5通过相应的导体电路区段7进行彼此串行连接。熔断器10同样是这种加热电路的组成部分，它基本上位于中央区4的中心，在此中央区加热区段5的半径最小，并且从图2和3中的横断面图中可以更好地看出熔断器10。图2和图3示出了加热装置1后来的安装位置，比如在餐具洗涤机或洗衣机中的安装位置。在外表面14上有加热元件2、熔断器10、另一个及在下文描述的温度监控元件8以及接触机构9。如此定义安装位置，使得外表面14朝向下方。与此相反，与流体接触的内表面13则朝向上方布置。熔断器10应该在加热装置干运行的情况下防止加热元件2遭到损坏，方法是，熔断器10在接触点28上的连接端26会熔化，这些连接端通过一种焊剂与加热电路的导体电路7相连接。由于加热区段的半径很小，所以在此区域内出现电流集中，这有助于熔断器断开。根据其安装位置，这也有助于接触点28在焊剂熔化的情况下因重力而断开。

传热元件由一种金属制成，比如由不锈钢制成，这种金属在横向方向上的导热性较差。与此相反，在与此方向相垂直的方向上，也就是说，在一个垂直于图纸平面的平面中，传热元件则具有良好的导热性，这样就确保由加热元件产生的能量有效地传递给流体。

在安装区6中设置了一个负温度系数的温度监控元件8，而加热元件，也就是构造成电阻加热器的加热区段则具有正温度系数。比如由NTC电阻构成的温度监控机构8根据传热元件3的性能仅仅检测到对内表面13进行环绕冲洗的流体的温度，而不是由加热元件2产生的热量。温度监控机构8因此与加热元件是解耦的。

尽管温度监控机构与加热元件热解耦，但可以推断出加热元件的性能，方法是，对环绕冲洗传热元件的内侧的流体的温度进行检测并进行分析评估。使用一个NTC电阻来作为温度监控机构的优点是，与PTC电阻相比，对所提供的信号进行的分析要简便很多。因此与NTC电阻相反，为了能够探测到电阻的足够的变化，PTC电阻需要很强的温度梯度。

由加热元件2在传热元件3的中央区3中空出安装区6，在此安装区中同样布置了一个接触机构9。加热元件2的连接端11和12，通过各自的导体电路24和25与接触机构9进行电连接。接触机构9在其内部拥有相应的接触舌簧，通过这些接触舌簧就可以将接触机构9与一个相应构造的插头进行机械连接及电连接。通过接触机构9，向加热元件9输送必要的电压和必要的电流。

温度监控机构优选紧邻接触机构9布置，并且与此接触机构进行电连接。由此就可以通过接触机构通过一个唯一的插接触点连接所有设置在加热装置中的用电器。

图2示出了沿着图1的线条A-A的断面，从图2的横断面图以及图3的侧视图中，可以更为清楚地看到传热机构3的设计。中央区4被一个环绕的边缘15所包围。边缘15由从中央区4以一定角度向上延展的壁17以及从边缘15往下伸展的通道壁18构成。通道壁18是通道16的一部分。后者还拥有外通道壁19及通道底板22。通道16环绕着边缘15以外的中央区，用于接纳成形件的壁段，以便将加热装置耐压力且耐高温地设置在成形件上。通道壁19由一系列连接片20构成，这些连接片用于固定定位钩，后者则在按本发明的连续式加热器100的成形件50的壁段中形成(图5)。

图4示出了传热元件3的边缘的放大细节视图，如从此视图中可以更清楚地看到，通道壁18和19以基本上相互平行并且基本上垂直于由中央区4构成的平面的方式设置。其中，通道底板绝对不在中央区4以下延伸。因此，间距d在极限情况下为0，或者如图所示大于0。以此就可以十分简便地通过压制法将加热元件2、尤其是加热区段5设置在中央区4的外表面14上。

以一定角度从中央区伸展到边缘15的壁17也可以垂直于中央区4，并且因此基本上平行于通道壁体18和19延伸。金属板的几何形状比如可以通过冲压过程和压印进行成形，其中连接片20就是在冲压过程中生成的。内通道壁18提供了密封座，后者允许对加热装置和成形件之间进行径向密封。此外，根据在图2到4中所示的加热装置的安装位置，也就是使外表面14朝向下方，边缘还与通道16一起构成一个水封，它防止在连续式加热器不密封的情况下外泄的流体流到加热元件2上面。通道底板23因此就成为一条滴落边缘，外泄的流体在其到达用作水封的边缘15之前可以滴落在滴落边缘上。

在外通道壁19中形成的连接片分别具有一个空隙21，此空隙从外通道壁19向着通道底板22的方向伸展。通过这种设计来确保加热装置1与成形件50之间进行可靠的卡锁。

在图5中，示出了按本发明的连续式加热器100的透视图，此加热器展示了加热装置1及与其相连的成形件50。成形件50比如由一种塑料制成，它具有径向定向的输入口51。此外，还设置了两个轴向延展的排出口52。每个排出口52都可以与餐具洗涤机的独立的喷射装置相连接。当然也可以在另外的有别于图中所示的位置来布置输入口及排出口。

此外，从图5的透视图中还可清楚地看出在加热装置1和成形件50之间的定位机结构。通过早已提到的连接片20产生了这种定位机结构，定位钩53嵌接在这些连接片中，并且这些连接片在压力下也防止成形件50从加热装置1中松开。从图中看不出来，在成形件50和加热装置1之间布置了一个密封圈。更准确地说，密封圈布置在成形件的一个在通道16中延伸的壁与内部的通道壁18之间，以此保证即使在压力下，也就是说在可能的变形情况下，尤其是在成形件的变形情况下，但也可以在加热装置的变形情况下都保证了很高的密封性。

在加热装置和成形件之间的内部形成的流体空间没有任何流动阻力，就象比如在使用处于流体空间内部的管形加热体时情况一样。出于这个原因，可以在使用按照本发明的连续式加热器时降低泵的功率，因为需要予以补偿的流动损失很少。使用一个较小的泵，就可以节省费用。另一方面，在保持以往所用的泵的情况下，可以得到更高的压力，这样就会增大洗涤物的机械加载。

总体来讲，按照本发明的连续式加热器具有较少的零件数，并且这种连续式加热器可以用极其简单的方式进行制造。尤其是用于产生一种可靠的密封所需要的措施非常少，因为仅仅必须在加热装置和成形件之间设置一个唯一的密封圈。为确定干运行，不再需要设置任何机械地由流体加载的开关。仅仅通过设置在流体空间之外的温度监控机构就可确定干运行。除此以外，按照本发明的连续式加热器的电接触因借助于一个与所有的用电器保持电接触的接触机构而大为简化。

                 附图标记列表

1加热装置

2加热元件

3传热元件

4中央区

5加热区段

6安装区

7导体电路

8温度监控机构

9接触机构

10熔断器

11连接端

12连接端

13内表面

14外表面

15边缘

16通道

17壁

18通道壁

19通道壁

20连接片

21空隙

22通道底板

23空隙的边缘

24导体电路

25导体电路

26连接端

27加热装置

28接触点

29导体电路

30导体电路

50成形件

51输入口

52排出口

53定位钩

54中央区

55壁

56突出部分

57密封件

58壁(内部区)

59加强件

60流体空间

100连续式加热器

d间距

Claims (21)

1.用于流体且用于安装在连续式加热器(100)中的加热装置(1)，它带有至少一个构造成电阻加热器的加热元件(2)、至少一个为了将由加热元件(2)所产生的热量传递给流体而与加热元件(2)及流体处于导热连接中的传热元件(3)，其特征在于，该传热元件(3)构成一种耐压力和耐高温的连续式加热器的集成壳体组成部分，并且具有一个基本上平坦的中央区(4)，在此中央区上设置了加热元件(2)。

2.按权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述加热元件(2)具有多个彼此电连接的加热区段(5)，它们基本上全幅面地盖住中央区(4)，其中由加热区段空出一个安装区(6)。

3.按权利要求2所述的加热装置，其特征在于，所述加热元件(2)通过相应的加热区段(5)的电连接而具有至少一个加热电路。

4.按前述权利要求中的任一项所述的加热装置，其特征在于，所述加热元件(2)由一种具有正温度特征(PTC)的材料制成。

5.按前述权利要求中的任一项所述的加热装置，其特征在于，设置了一种设置在传热元件(3)上面的温度监控机构(8)，它与传热元件(3)良好地导热连接。

6.按权利要求5所述的加热装置，其特征在于，所述温度监控元件(8)设置在与加热元件(2)相邻的安装区(6)中。

7.按权利要求5或6所述的加热装置，其特征在于，所述温度监控元件(8)由一种NTC电阻所构成。

8.按前述权利要求中的任一项所述的加热装置，其特征在于，所述传热元件(3)由一种在横向方向上导热性差的材料制成。

9.按前述权利要求中的任一项所述的加热装置，其特征在于，设置了一个设置在传热元件(3)上面的接触机构(9)，此接触机构与加热装置的电气元件进行电连接。

10.按权利要求9所述的加热装置，其特征在于，所述接触机构(9)与加热元件(2)的每个加热电路及温度监控机构(8)进行电连接。

11.连续式加热器(100)，其具有按前述权利要求中的任一项所述的加热装置(1)和一个与此加热装置耐压力及耐高温地形状配合连接的成形件(50)，以形成一种流体空间，其中所述成形件(50)具有至少一个输入口(51)和至少一个排出口(52)。

12.按权利要求11所述的连续式加热器，其特征在于，所述温度监控元件(8)设置在加热装置(1)的传热元件(3)上的一个区域中，此区域靠近成形件(50)中的输入口(51)。

13.制造用于流体的加热装置(1)的方法，具有下列步骤：

-准备一种横向导热性差的半成品；

-从半成品中加工出一个基本上为平面的传热元件(3)，它带有一个内表面(13)和一个外表面(14)以及一个基本上平坦的中央区(4)；

-在传热元件(3)的中央区设置一个构造为电阻加热器的加热元件(2)并空出一个安装区(6)；并且

-将温度监控机构(8)设置在安装区(6)上，从而使其在连续式加热器运行时不会受到加热元件(2)的影响。

14.按权利要求13所述的方法，其特征在于，所述温度监控机构(8)直接设置在传热元件(3)上面。

15.按权利要求13或14所述的方法，其特征在于，它还具有另一个步骤：将接触机构(9)设置在传热元件(3)上面，并且与加热装置(1)的电气元件进行电连接。

16.按权利要求13到15中的任一项所述的方法，其特征在于，所述加热元件(2)和温度监控机构(8)布置在传热元件(3)的同一侧。

17.按权利要求14到16中的任一项所述的方法，其特征在于，所述加热元件(2)和温度监控机构(8)与接触机构(9)一起设置在传热元件(3)的外表面(14)上。

18.用于制造一种连续式加热器(100)的方法，具有以下步骤：

-制造一种按权利要求1到10中的任一项所述的加热装置(1)；

-制造一种具有至少一个输入口(51)和至少一个排出口(52)的成形件；

-将加热装置(1)和成形件(50)进行形状配合连接组合，从而使该组件既耐压力又耐高温。

19.按权利要求18所述的方法，其特征在于，对于所述加热装置(1)和成形件(50)的组装包括在这二者之间插入一个密封圈。

20.按权利要求1到10中的任一项所述的加热装置在餐具洗涤机中的应用。

21.按权利要求11或12所述的连续式加热器在餐具洗涤机中的应用。

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