CN206835390U - 加热装置 - Google Patents

Abstract

加热装置。加热装置具有：平面的载体；至少一个加热元件；测量装置；在所述载体上方或上的介电层；在所述介电层上方或者上的两个并排地伸展的电极；在所述两个电极上方的基础绝缘层，其中所述至少一个加热元件被施加在所述基础绝缘层上方。所述介电层具有关于其电容特性方面的与温度有关的特性。所述测量装置与所述两个电极连接，而且被构造为对在所述电极上的电容的与温度有关的变化进行检测并且作为针对在所述加热装置上的温度变化的量度来进行分析。

Description

加热装置

技术领域

本实用新型涉及一种加热装置、尤其是一种用于液态介质（如水或者诸如此类的）的电加热装置。

背景技术

从DE 102013200277 A1在原理上已知一种加热装置，其中在该加热装置上可以在利用电介质层的特性的、尤其是电介质层的电容特性和/或电阻特性的温度相关性的情况下执行温度测量。在此，这里存在如下问题：绝缘特性是值得改善的。

实用新型内容

本实用新型所基于的任务在于：提供一种在开头所提到的加热装置，利用所述加热装置可以解决现有技术的问题，而且尤其可以提供一种实用的加热装置。

该任务通过具有权利要求1的特征的加热装置来解决。本实用新型的有利的以及优选的构建方案在其它的权利要求中被说明，而且在下文进一步被解释。权利要求的字句（Wortlaut）通过对说明书的内容的明确的参考来完成。

规定：加热装置具有平面的载体、有利地是由陶瓷或者金属或钢构成的平面的或平坦的衬底、可替换地具有管或者诸如此类的。此外，该加热装置还具有至少一个加热元件、有利地具有厚层加热元件，如这通常从所提到的现有技术已知的那样。加热装置具有测量装置，利用该测量装置至少可以检测电容特性或电容变化。在该测量装置中也可以设置相对应的控制装置和/或分析部，有利地，所有功能都被集成在其中，特别优选地，被集成在微控制器中。

此外，在载体上方设置有电介质层，其中该电介质层具有与温度相关的电容特性。该电介质层虽然可以直接伸展在载体上，但是这不是一定的，即其它的层或者器件还可以被布置在其之间。此外，还设置有两个电极，所述两个电极被布置在电介质层上方，使得该电介质层被设置在电极与载体之间。所述两个电极并排地伸展，而且有利地可以彼此电分离，但是这不是一定的。所述电极连同电介质层和载体分别形成电容或电容器。

此外，基础绝缘层设置在所述两个电极上方，也许也直接被施加到所述两个电极上，使得电极被布置在基础绝缘层与电介质层之间。在基础绝缘层上方布置有至少一个加热元件，使得基础绝缘层基本上用于使得通常用电网电压和高电流来运行的加热元件在所有情况下都相对电极、载体和要加热的介质安全并且持久地绝缘。

测量装置与所述两个电极连接，而且被构造用于检测在电极上的电容的变化，其中在电容上的变化由于电介质层的特性的温度相关性而是与温度相关的。所述电容变化作为对在加热装置上的温度变化的量度来分析。因此，利用按照本实用新型的加热装置，能够依据与温度相关的电容变化来检测在加热装置上、至少在电极的区域中的温度，或该温度可以由电容变化来确定。因此，与在之前所提到的现有技术中不同，将电容的与温度相关的变化、也就是说至少也并且不仅仅将电阻的与温度相关的变化用于温度测量。

在本实用新型的被视为特别有利的第一基本构建方案中，测量装置与所述两个电极连接或只与所述两个电极连接。在此，测量装置可以只具有两个输入端，所述两个输入端与所述两个电极连接，使得每个输入端都与一个电极连接。在此，因此根据温度或电介质层的电容特性的与温度相关的变化仅仅在所述电极上检测电容的变化。如果载体是金属载体，那么该载体可以说用作与电极对置的电容器板，使得最后存在电容的至少部分的串联。在这些电容中的电介质是与温度相关的电介质层。

在本实用新型的另一第二基本构建方案中，可能的是：测量装置一方面共同被连接到所述两个电极上、即述两个电极彼此连接而且另一方面与载体连接。于是存在两个电容的并联电路，所述两个电容的总电容一方面可以由所述两个电极共同来检测而另一方面可以由作为与测量装置的输入端的相应的连接的载体来检测。以与之前所描述的类似的形式，作为在电容中的电介质的介质层的电容特性的温度相关性这里也起作用，这被用于测量在加热装置上的温度。

在本实用新型的另一构建方案中，电介质层可以直接被施加到载体上。有利地，该电介质层可以在载体侧上基本上覆盖所述载体的整个表面或者至少覆盖加热元件的区域中的表面。这样，载体完全也还可以延伸得比被电介质层和/或加热元件覆盖的更远。在此，电介质层的延伸应该至少与加热元件的延伸一样大，因为所述电介质层的延伸正是被设置用于加热装置的加热并且最后也应该在其区域内、有利地在其整个区域内进行温度测量。

有利地，电介质层是具有与能够与温度相关变化的ε_r的玻璃层或者基于玻璃的层。该电介质层也可以由玻璃陶瓷构成或者具有玻璃陶瓷。也许甚至可以规定：尤其是当不分析电阻或其温度相关性时，电阻的温度相关性是很低的。

电容特性的变化或在电介质层的情况下在加热装置在加热运行时的正常的运行温度与被视为临界的过热温度之间的ε_r的变化可以是2到4倍，在所述过热温度的情况下应该进行功率的减小或者切断。

在本实用新型的构建方案中可能的是：将所述两个电极中的至少一个直接施加到电介质层上。有利地，两个电极都直接被施加到电介质层上。在此，优选的是：所述两个电极可以说都位于一个平面中或都由具有相同厚度的相同材料构成。特别优选地，两个电极都在唯一的方法步骤中被施加到加热装置上或被施加到电介质层上，这导致了更简单的制造。

在本实用新型的构建方案中可以规定：所述两个电极中的至少一个、有利地两个电极都具有多个彼此并排或彼此平行地伸展的电极销。所述两个电极的电极销可以在所述两个电极之间没有直接电接触的情况下与另一电极的类似的电极销交替并排地来布置。在此，这些电极销例如可以梳形地对置并且交替地嵌入彼此。从电极的对置的并且有利地并行的基带（Basisstreifen）出发，可以在每个电极上分别设置同样多的电极销，所述电极销在另一电极的基带的方向上延伸。在此，所述两个电极可以在其电极销处距彼此具有一定的间距、例如0.5mm到2mm或者3mm。为了尽可能大的信号强度，加热装置的面应该尽可能很大程度地或完全地用两个电极来覆盖覆盖。电极销距彼此的间距也应该相对小，而不损坏相互之间的电绝缘。在此，优选地，在每个电极上分别设置同样多的电极销。有利地，两个电极的总面积有最大10%的区别，特别有利地，两个电极的总面积相同。

在替换于基本上相同并且等大地构造的电极（所述电极都具有相同的电极面）的构建方案中，也可以设置电极面在加热装置的确定的区域中的不相同的分布。由此，对在这些区域中的不同的温度的测量或对在这些区域中的过热的一定的定位将是可能的。为此，参阅US 2016/341419 A1，在所述US 2016/341419 A1中示出并且描述了该原理。就这方面来说，所述描述通过对本申请的内容的明确的参考来完成。这样，在本实用新型的该构建方案中，所述两个电极的所提到的电极销的宽度在不同的区域中可以是不同的。尤其是，在确定的区域内，所述一个电极的电极销可以比另一电极的电极销宽至少10%、优选地至少宽50%。

在本实用新型的另一构建方案中，基础绝缘层有利地可以直接被施加到所述两个电极上。该基础绝缘层是加热元件的、即相对电极并且尤其相对载体的主要绝缘。出于该原因，所述基础绝缘层可以比电介质层更厚，有利地，该基础绝缘层也更好地绝缘，或者也具有其特性的较低的温度相关性，或者只有在比电介质层明显更高的温度的情况下才改变这些特性。有利地，基础绝缘层的电容和/或电阻特性的温度相关性小于电介质层的那些特性的50%、或者说仅改变一半那么大，尤其是小于20%。尤其基础绝缘层的电阻也应该比电介质层的那个电阻更大、优选地是五倍以上。

加热元件可以直接被施加到基础绝缘层上。不仅针对电介质层，而且针对基础绝缘层都可以做出从现有技术已知的材料选择、这里尤其是提供有玻璃或玻璃类的材料。可以设置加热元件的多个细长的区段、例如作为具有回形纹的走向的导体环（Leiterschleife）。可替换地，也可以设置平面的加热元件，所述加热元件覆盖很大程度地封闭或未被中断的、优选地矩形的面。同样，针对加热元件提供有已知的和常见的材料，所述材料尤其可以良好地被用于厚层加热元件。有利地，加热装置的所有加热元件被施加到基础绝缘层上并且并排地、尤其是在相同的方法步骤中或同时来施加。但是，这从现有技术是已知的。

于是通过加热元件可以再一次设置覆盖层，也就是说不仅针对该覆盖层出于安全原因而向外电绝缘而且为了保护以防外部的大气或者机械破坏。这对于本领域技术人员来说基本上从现有技术已知。

在本实用新型的另一构建方案中，可能的是：测量装置附加地与载体连接，而且被构造为检测在所述两个电极中的至少一个、优选地两个电极与载体之间的电阻。测量装置与载体的可能的连接在上文已经被描述。因为至少在本实用新型的所述构建方案中，电介质层也具有与温度相关的电阻特性、即与温度相关的电阻，这附加地或为了控制目的而可以针对在加热装置上的温度测量来加以分析。对此，数据或电介质层的与温度相关的电阻的相关性可以被存储在测量装置中。通常，这样可以有利地依据与所提到的被存储的和/或已知的关系、基于温度通过与这种已知的值的比较来进行温度测量。

依据通过温度测量获得的数据或温度，一方面可以实现将温度输出给例如操作人员来影响加热装置的进一步运行。可替换地，在高得危险的温度或达到临界温度的情况下，可以降低在加热装置上的加热功率或者完全切断在加热装置上的加热功率。

在本实用新型的另一构建方案中，可能的是：在测量温度期间，加热装置的加热运行短时间地被中断。这样，可以防止可能的干扰影响。尤其是，通过这种方式还可以更好地并且更直接地检测存在于加热装置上的和/或流过的介质的温度，例如不仅以便表现出针对加热装置的安全功能，而且以便实际上检测在要加热的介质上的温度。

这些特征和其它的特征除了从权利要求书得知之外也从说明书和附图得知，其中各个特征可以分别本身单独地或者多个一起地以子组合的形式在本实用新型的实施方式中被实现并且在其它领域中被实现，而且可以是有利的以及本身能够保护的实施方案，这里针对所述实施方案要求获得保护。将本申请细分成各个区段以及中间标题不在普遍性方面限制在各个部分以及中间标题下完成的表述。

附图说明

本实用新型的实施例在附图中示意性地被示出并且随后进一步被解释。在附图中：

图1示出了按照本实用新型的具有两个相互交叉的电极的第一加热装置的俯视图，加热元件在所述电极上方伸展，

图2示出了用于确定电容变化的等效电路图的示意图，

图3示出了来自图2的具有如下扩展的装置：除了与电极的连接之外，控制装置与载体连接，

图4示出了类似于第一加热装置的具有多个电极销和多个加热元件的第二加热装置的被拉长的截面图，以及

图5示出了来自图4的在功能适用的状态下的加热装置。

具体实施方式

在图1中，以从上方的俯视图示出了为了清楚而简单地被构造的按照本实用新型的第一构建方案的加热装置11。在由钢构成的平面的矩形的载体13上，在其上侧14上整面地施加有不能进一步识别电介质层17。第一电极19a和第二电极19b又施加在该电介质层17上，也就是说在一个平面内并且并排地施加在该电介质层17上，但是不彼此接触或者说所述第一和第二电极彼此绝缘。第一电极19a具有连接域20a和连接在其上的基带21a。三个电极销23a从基带21a出发向下。

第二电极19b原则上类似地、仅仅镜像地来构造。所述第二电极19b也具有连接域20b和连接在其上的基带21b，不过，这里，所述电极销23b之一被布置在其之间。三个其它的电极销23b从基带21b出发向上并且伸长得直至基带21a之前不多。

在电极19a和19b上方施加有基础绝缘层，该基础绝缘层被构造得明显比电介质层7更厚、例如两倍到三倍那么厚。在该基础绝缘层上又施加有加热元件27，该加热元件27具有两个连接域28。这里，加热元件27很简单地作为唯一的U形环来示出，但是，实际上，该加热元件27有利地被构造得明显更复杂，尤其是被构造具有更多导体环或被构造为回形，以便覆盖加热元件11或载体13的主要的面。覆盖层30又可以施加到加热元件27上，以便使该加热元件27向外或向上电绝缘以及还在其它情况下密封，以及保护该加热元件27免于机械影响、尤其是损坏。基本上，这种类型的图示对应于之前所提到的US 2016/341419 A1，只有层结构是恰好不同的、测量值检测也一样。

控制装置32与电极19a和19b的连接域20a和20b连接或被连接到电极19a和19b的连接域20a和20b上。此外，控制装置32与功率电子装置33连接，所述功率电子装置33又被连接到加热元件27的连接域28上。以虚线示出的是载体连接部34，如之前所解释的那样，控制装置32也许可以利用所述载体连接部而被连接到载体13上。

从图2和3的等效电路图可看出：如何按照图2的配置形成两个电容器，也就是说第一电极19a和载体13与在其之间的电介质层17的第一电容器。由电极19b以及同样载体13与在其之间的电介质层17来形成第二电容器。控制装置32被连接到所述两个电极19a和19b上，使得这里存在两个电容器或电容的串联电路。因为电介质层17具有在开头所提到的与温度相关的电容或与温度相关的电容特性，所以两个电容器的电容总体上随着温度而改变。控制装置32可以以已知的方式和方法通过电容测量并且尤其通过与所存储的值的比较来检测这一点。这里究竟为何设置两个分离的电极19a和19b的主要原因是：与载体13的电接触于是就是不必要的，所述载体13出于安全原因可以接地。在相邻的电极之间的电容耦合几乎是不能检测的，使得这里可以说，取经过载体13的与在其之间的与温度相关的电介质层17的迂回路线（Umweg），该载体13由金属构成并且因此是良好地导电的。

按照图3，载体连接部34还可以被设置在控制装置32与载体13之间。这里，或者可以附加地、例如以测量间隔错开地作为导出电流或漏电流来检测从电极19a和19b之一经过电介质层17到载体13上的电流流动。该电流根据温度而改变，因为电介质层17的电阻随着温度升高而降低。这是对所谓的导出电流的本身公知的检测，所述导出电流由于电介质层17的与温度相关的电阻特性而恰好随着温度升高而变大。可替换地，控制装置32可能会被接线，使得所述两个电极19a和19b都在一定程度上位于一个输入端上而载体连接部34位于另一输入端上，使得于是整体上只检测在电极19a和19b与载体13之间的电流流动、即可以说只检测导出电流。但是，这里应注意：控制装置32连接到通常应该接地的载体13不是完全没有问题的。此外，还可以使用电介质层，在所述电介质层中，电容特性或ε_r随着温度的变化是没有危险地很大的，而这一点在电阻特性的与温度相关的变化中与电流流动会变得过大的危险相关联。但是，这里也公开了本实用新型的另一主要优点（该优点从图4和5的图示中也更好地变得清楚）：也就是在电极19a和19b上方的基础绝缘层比电介质层17显著更厚，而且此外也可具有与温度不那么相关的特性。因此，通过基础绝缘层25可以防止击穿或过大的漏电流或者导出电流。尤其是，相对于加热元件27存在安全的和可靠的电绝缘，这在该上下文中具有重大意义。

如之前已经解释的那样，在控制装置32中可存储有在温度与电容之间的关系。当控制装置32因此检测在电极19a和19b上的电容变化时，那么该控制装置32基于所存储的关系近似可以确定在加热装置11上的温度或者至少在加热装置11上的温度变化。在该方法中，或者可能的是：使得加热装置11同时在加热运行中并且在测量运行中运行。可替换地，加热装置11的运行可以在测量期间短时间地被中断。于是测量失真的危险更低，此外，被加热的介质的温度还可以更好地被检测。

如果控制装置32检测到在加热装置11上的过高的温度，所述过高的温度超过预先给定的值，那么可以将报警输出给操作人员。可替换地或者同时地，在加热元件27上的加热功率可以被降低。在下一阶段，在超过被视为临界的温度时可以切断加热元件27或停止加热装置11。

将两个电极19a和19b布置在加热元件27之下而基础绝缘层27在所述电极和加热元件之间的优点是：由此给出在加热元件27上与电网电压的电分离。此外，对在电极19a和19b上的测量信号的分析与在加热元件上的电网电压或运行电压无关。在尤其是按照图2的该布置中排除了并联和串联的电网电容以及寄生效应或使并联和串联的电网电容以及寄生效应最小化。

在图4的图示中，按照本实用新型的第二构建方案针对具有加热元件127的显著更多的电极销123a和123b以及多个环的另一加热装置111而示出了所述层的或在被拉长的截面中的示意性结构。这里，明显可看到：各个层与相对厚的由金属构成的载体113的厚度比例大概是怎样的，所述载体113例如可以是0.5mm到2mm厚。在其下侧115上可以设置要加热的介质。例如流过的水。代替这里所示出的平面的载体113，也可以设置拱形的载体或者甚至管，如这例如从之前所提到的US 2016/341419 A1中也是已知的。

在载体113的上侧114上设置有具有例如20μm到200μm的厚度的电介质层117。该电介质层117是通常所使用的具有如下已知的特性的基于玻璃的层：该层具有电容特性的与温度相关的变化。电极销123a和123b由导电良好的材料构成而且具有与电介质层117的那个厚度相似的、优选地5μm到20μm的厚度。

被施加到电极销123a和123b上的基础绝缘层125又明显比电介质层117更厚。因此，该基础绝缘层125一方面在相对于被施加在其上的加热元件127的绝缘方面明显更安全，这对于运行安全性来说是有优点的。此外，由此之前所描述的温度测量由于基础绝缘层125的电容特性的变化而是不那么良好可行的。最后，尤其是可以使用与基础绝缘层相比不那么与温度相关的层，这同样改善了安全性。

只在图5中以虚线示出：设置有被施加在加热元件127上方的覆盖层130。该覆盖层130再一次使加热元件127向外绝缘并且附加地保护该加热元件127。在那里，也示意性地示出了控制装置132与所述两个电极或电极销123a和123b的连接。

Claims (19)

1.加热装置，其具有：

- 平面的载体，

- 至少一个加热元件，

- 测量装置，

- 在所述载体上方的电介质层，其中所述电介质层具有与温度相关的电容特性，

- 在所述电介质层上方的两个电极，其中所述电极并排地伸展，

- 在所述两个电极上方的基础绝缘层，其中所述至少一个加热元件被施加在所述基础绝缘层上方，

其中，所述测量装置与所述两个电极连接，而且被构造用于对在所述电极上的电容的变化进行检测并且作为针对在所述加热装置上的温度变化的量度来进行分析。

2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述测量装置与所述两个电极连接。

3.根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于，所述测量装置只以所述测量装置的两个输入端与所述两个电极连接，其中每个输入端都与一个电极连接。

4.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述电介质层直接被施加到所述载体上。

5.根据权利要求4所述的加热装置，其特征在于，所述电介质层在一侧上基本上覆盖所述载体的整个表面。

6.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述两个电极直接被施加到所述电介质层上。

7.根据权利要求6所述的加热装置，其特征在于，由相同材料构成并且具有相同厚度的所述两个电极直接被施加到所述电介质层上。

8.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述两个电极中的每个都具有多个彼此并排地或彼此并行地伸展的电极销，所述电极销在没有直接的电接触的情况下与另一电极的类似的电极销交替并排地来布置。

9.根据权利要求8所述的加热装置，其特征在于，从所述电极的对置的基带出发，在每个电极上都分别设置有同样多的电极销。

10.根据权利要求8所述的加热装置，其特征在于，所述两个电极的电极销的宽度是不同的，其中所述一个电极的电极销比所述另一电极的电极销至少宽10%。

11.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述两个电极的总面积有最大10%的不同。

12.根据权利要求11所述的加热装置，其特征在于，所述两个电极的总面积相同。

13.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述基础绝缘层直接被施加到所述两个电极上。

14.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述基础绝缘层的材料与所述电介质层的材料相比具有电容特性和/或电阻特性的更低的温度相关性。

15.根据权利要求14所述的加热装置，其特征在于，所述温度相关性小于所述电介质层的温度相关性的20%。

16.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述电介质层具有比所述基础绝缘层更低的电阻。

17.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述加热元件被施加到所述基础绝缘层上。

18.根据权利要求17所述的加热装置，其特征在于，所述加热装置的所有加热元件都被施加到所述基础绝缘层上并且并排地来施加。

19.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述测量装置附加地与所述载体连接，而且被构造为：依据所述电介质层的与温度相关的电阻的被存储在所述测量装置中的相关性来对在所述两个电极中的至少一个与所述载体之间的电阻进行检测并且作为针对在所述加热装置上的温度变化的量度来进行分析。