DE102012211173A1 - household appliance - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Haushaltsgerät (1) Haushaltsgerät (1) mit einer Heizeinrichtung (2). Erfindungswesentlich ist dabei, – dass die Heizeinrichtung (2) ein elektrisch nicht leitfähiges Substrat (5) als Trägermaterial sowie eine darauf angeordnete elektrisch leitfähige Beschichtung (6) aufweist, die sich in stromdurchflossenem Zustand erhitzt, oder – dass die Heizeinrichtung (2) ein elektrisch leitfähiges, poröses Material (7) aufweist, das sich in stromdurchflossenem Zustand erhitzt.The invention relates to a household appliance (1). Household appliance (1) with a heating device (2). It is essential to the invention that - the heating device (2) has an electrically non-conductive substrate (5) as the carrier material and an electrically conductive coating (6) arranged thereon, which heats up in the current-carrying state, or - that the heating device (2) has an electrical Has conductive, porous material (7) which heats up in the current-carrying state.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Haushaltsgerät mit einer Heizeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The present invention relates to a household appliance with a heating device according to the preamble of
Ein gattungsgemäßes Haushaltsgerät kann beispielsweise ein Haartrockner sein, der eine Heizeinrichtung mit gewickelten und stromdurchflossenen Heizdrähten aus Metall aufweist. Die Heizdrähte können entweder mit gleichem oder mit variablem Radius gewickelt sein, so dass nicht nur die Luft nahe der Gehäusewandung, sondern auch in der Mitte des Luftstroms direkt beheizt werden kann. Die Heizdrähte werden üblicherweise auf Mikanithalterungen aufgewickelt und bilden dann entsprechend der zur Verfügung stehenden Flügel quadratische oder sechseckige Strukturen. A generic household appliance may for example be a hair dryer having a heating device with wound and current-carrying metal heating wires. The heating wires can be wound either with the same or variable radius, so that not only the air near the housing wall, but also in the middle of the air flow can be heated directly. The heating wires are usually wound on Mikanithalterungen and then form according to the available wings square or hexagonal structures.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform für Haushaltsgeräte der gattungsgemäßen Art anzugeben, die sich insbesondere durch eine alternative Heizeinrichtung auszeichnet. The present invention addresses the problem of providing an improved or at least one alternative embodiment for household appliances of the generic type, which is characterized in particular by an alternative heating device.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This problem is solved according to the invention by the subject matter of
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Heizeinrichtung eines gattungsgemäßen Haushaltsgerätes, wie beispielsweise einer Warmluftstylingbürste, einem Umluftherd oder einem Haartrockner, völlig neuartig und damit alternativ zu bisher bekannten Heizeinrichtungen mit Heizdrähten auszubilden. Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung weist dazu ein elektrisch nicht leitendes Substrat als Trägermaterial sowie eine darauf angeordnete elektrisch leitfähige Beschichtung auf, die sich in stromdurchflossenem Zustand erhitzt. Alternativ hierzu kann die Heizeinrichtung auch ein elektrisch leitfähiges poröses Material in der Art eines Schaumes aufweisen, welches sich im stromdurchflossenen Zustand erhitzt. Bei der ersten alternativen Ausführungsform wird somit anstatt eines stromdurchflossenen metallischen Heizdrahtes ein elektrischer Isolator (Substrat) verwendet, der mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung überzogen wird. Wichtig bei der Auswahl der passenden Systeme ist dabei die Kompatibilität von isolierendem und elektrisch leitendem Material. Weiterhin sind die Widerstandswerte, insbesondere die Flächenwiderstandswerte von Bedeutung, um die Fläche und/oder Geometrie zu bestimmen, die für den benötigten Widerstand der Heizeinrichtung gebraucht werden. Bis zu einem gewissen Grad kann der Widerstand auch über die Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung eingestellt werden, wonach auf jeden Fall auch die Leistungsdichte, das heißt die Leistung, die je Flächeneinheit in das System eingebracht werden darf, beachtet werden muss. Für das elektrisch isolierte Material seien beispielhaft Glas, Glasfasern und Keramik genannt. Es können selbstverständlich aber auch hochtemperaturbeständige Kunststoffe oder Silikone zum Einsatz kommen. Als elektrisch leitende Beschichtung seien beispielhaft kohlenstoffhaltige Werkstoffe (z.B. mit Carbon Nanotubes und/oder Graphit und/oder Ruß) Indiumzinnoxid (ITO) und Antimonzinnoxid (ATO) oder metallhaltige Beschichtungen (z.B. Bedampfungen)) genannt. The present invention is based on the general idea, a heater of a generic household appliance, such as a Warmluftstylingbürste, a convection oven or a hair dryer, completely new and thus form alternative to previously known heaters with heating wires. For this purpose, the heating device according to the invention has an electrically non-conductive substrate as the carrier material and an electrically conductive coating arranged thereon, which heats up in the current-carrying state. Alternatively, the heating device may also comprise an electrically conductive porous material in the manner of a foam which heats up in the current-carrying state. In the first alternative embodiment, instead of a current-carrying metallic heating wire, an electrical insulator (substrate) is used, which is coated with an electrically conductive coating. Important in the selection of suitable systems is the compatibility of insulating and electrically conductive material. Furthermore, the resistance values, in particular the sheet resistance values, are of importance in order to determine the area and / or geometry needed for the required resistance of the heating device. To a certain extent, the resistance can also be set via the layer thickness of the electrically conductive coating, after which, in any case, the power density, that is to say the power which may be introduced into the system per unit area, must be taken into account. For the electrically insulated material are exemplified glass, glass fibers and ceramics. Of course, high-temperature-resistant plastics or silicones can also be used. By way of example, carbonaceous materials (e.g., carbon nanotubes and / or graphite and / or carbon black), indium-tin oxide (ITO), and antimony-tin oxide (ATO) or metal-containing coatings (e.g., fumed coatings) may be mentioned as the electrically conductive coating.
Hinsichtlich der einsetzbaren Heizungsgeometrien ist es insbesondere bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung in einem Haartrockner oder einem Umluftherd von großem Vorteil, wenn das Substrat eine vergleichsweise hohe Porosität aufweist und dadurch eine große Oberfläche, über die die Wärmeübertragung erfolgen kann. Der zu erwärmende Luftstrom wird somit vorzugsweise durch das Substrat geleitet. Bei den Heizungsgeometrien seien folgende Beispiele erwähnt: Fasern (z.B. Glasfasern, z.B. beschichtet mit ATO) poröse Schäume (z.B. Keramik oder Glas, z.B. beschichtet mit kohlenstoffhaltigen Materialien oder ATO), Vliese (z.B. Glas, z.B. beschichtet mit ATO), Röhren (z.B. Glas oder Keramik, z.B. beschichtet mit ATO oder kohlenstoffhaltigem Material). Durch die Verwendung von Substraten, wie beispielsweise Glas, Kunststoff oder Keramik, die in der Regel deutlich leichter sind als die Metalle herkömmlicher Heizdrähte, bietet die erfindungsgemäße Heizeinrichtung zudem die Möglichkeit, leichtere Haartrockner zu bauen. In diesem Sinne wirken können auch hochtemperaturbeständige Kunststoffe oder Silikone. Durch die Verwendung beschichteter Substrate wird insbesondere für die Wärmeübertragung deutlich weniger Bauraum benötigt als bei konventionellen Heizdrahtheizungen. Dies sollte ebenfalls für gewickelte Glasfaserheizkörper gelten, sofern der Widerstand je Länge dieses Systems höher ist als der des konventionellen Heizdrahtes, also mit weniger Drahtlänge der gleiche Widerstand und somit die gleiche Heizleistung generiert werden können. Hierbei ist stets darauf zu achten, dass die Heizeinrichtung die entstehenden Leistungsdichten je Fläche und gegebenenfalls je Volumen langfristig aushält. Werden beschichtete Glasfasern verwendet, können die erforderlichen Trägerplatten in der Regel kleiner gestaltet werden, z.B. kürzer da weniger Wicklungen erforderlich sind. Dies wiederum ergibt neuen Spielraum und neue Bauraumreserven oder aber eröffnet die Möglichkeit, den Haartrockner an sich kleiner zu bauen. With regard to the usable heater geometries, it is particularly advantageous when using the heating device according to the invention in a hair dryer or a circulating air oven when the substrate has a comparatively high porosity and thus a large surface over which the heat transfer can take place. The air flow to be heated is thus preferably passed through the substrate. The following examples are mentioned in the heating geometries: fibers (eg glass fibers, eg coated with ATO) porous foams (eg ceramic or glass, eg coated with carbonaceous materials or ATO), nonwovens (eg glass, eg coated with ATO), tubes (eg glass or ceramic, eg coated with ATO or carbonaceous material). By using substrates such as glass, plastic or ceramic, which are usually much lighter than the metals of conventional heating wires, the heating device according to the invention also offers the possibility to build lighter hair dryer. High-temperature-resistant plastics or silicones can also work in this sense. The use of coated substrates requires significantly less installation space, in particular for heat transfer, than conventional heating wire heating systems. This should also apply to wound glass fiber heaters, provided that the resistance per length of this system is higher than that of the conventional heating wire, so with less wire length of the same resistance and thus the same heating power can be generated. It must always be ensured that the heating device can withstand the resulting power densities per area and, if applicable, per volume in the long term. When coated glass fibers are used, the required backing plates can typically be made smaller, e.g. shorter because fewer windings are required. This in turn gives new scope and new space reserves or opens the possibility to build the hair dryer itself smaller.
Alternativ kann die erfindungsgemäße Heizeinrichtung für das Haushaltsgerät auch ein elektrisch leitfähiges, poröses Material aufweisen, das sich in stromdurchflossenem Zustand erhitzt. Das elektrisch leitfähige Material besitzt somit einen endlichen elektrischen Widerstand und kann dadurch mittels Stromfluss direkt erhitzt werden. Als Material hierfür kann insbesondere Siliziumcarbid verwendet werden. Dies bietet den großen Vorteil, dass eine zusätzliche Beschichtung nicht erforderlich ist. Alternatively, the heating device according to the invention for the household appliance may also comprise an electrically conductive, porous material which heats up in the current-carrying state. The electrically conductive material thus has a finite electrical resistance and can be heated directly by means of current flow. As a material for this purpose, in particular silicon carbide can be used. This offers the great advantage that an additional coating is not required.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist das Substrat, die leitfähige Beschichtung und/oder das elektrisch leitfähige Material katalytisch aktive Substanzen auf. Diese katalytisch aktive Substanzen können insbesondere bei dem Einsatz der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung in einem Umluftherd von großem Vorteil sein, da sie Bestandteile der Herdluft, wie beispielsweise Fette, zersetzen und dadurch eine Geruchsemission bzw. eine Fettreduzierung bewirken können. Derartige katalytisch aktive Substanzen können beispielsweise anorganische poröse Materialien sein, wie beispielsweise Zeolithe oder Perlite, die gegebenenfalls zusätzlich eine Fettspeicherung bzw. generell 1eine Geruchsstoffspeicherung bewirken können. Eine derartige Luft reinigende Wirkung könnte auch bei katalytisch aktiven Substanzen in Haartrocknern oder Warmluftstylingbürsten von großem Vorteil sein, da gleichzeitig beim Trocknen der Haare die Qualität der Luft verbessert wird. Eine solche Heizeinrichtung mit katalytisch aktiven Substanzen könnte demzufolge auch bei Heißluftgebläsen zum Beheizen von Räumen Anwendung finden. In an advantageous development of the solution according to the invention, the substrate, the conductive coating and / or the electrically conductive material have catalytically active substances. These catalytically active substances can be of great advantage, in particular in the use of the heating device according to the invention in a circulating air oven, since they decompose components of the stove air, such as fats, and thereby can cause an odor emission or a fat reduction. Such catalytically active substances may be, for example, inorganic porous materials, such as, for example, zeolites or perlites, which, if appropriate, may additionally effect a fat storage or, in general, an odorant storage. Such an air-cleaning effect could also be of great advantage in the case of catalytically active substances in hair dryers or hot-air styling brushes, since the quality of the air is simultaneously improved when the hair is dried. Such a heater with catalytically active substances could therefore also be used in hot air blowers for heating rooms.
Eine Herstellung der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung kann beispielsweise wie folgt erfolgen: Ausgegangen wird im vorliegenden Fall von einem mit Carbon Nanotubes (CNT) angereicherten Keramikschlicker, der durch den CNT-Anteil so eingestellt ist, dass er nach einem abschließenden Temperaturschritt einen festen keramischen Körper, insbesondere in der Art einer Beschichtung, mit definiertem elektrischem Widerstand ergibt. Der elektrische Widerstand muss in einem Bereich liegen, der ein elektrisches Beheizen des Materials ermöglicht (z.B. bei einer Betriebsspannung von 230 V einen Gesamtwiderstand von kleiner als 1 kOhm). Aus diesem Keramikschlicker wird nun ein beheizbarer Schaumkörper hergestellt, in dem zunächst ein offenzelliger, organischer Schaum über ein Tauchverfahren mit dem mit CNTs versetzten Keramikschlicker überzogen wird. Anschließend wird beides zusammen gebrannt, wobei die Organik verbrennt und ein offenzelliger, keramischer Schaum in Form des ursprünglichen organischen Schaums zurück bleibt. Dieser Schaumkörper kann nun dank seines durch die CNT verminderten Widerstandes als Heizer genutzt werden. A preparation of the heating device according to the invention can be carried out, for example, as follows: in the present case, a carbon nanotubes (CNT) -enriched ceramic slip, which is adjusted by the CNT content such that, after a final temperature step, it forms a solid ceramic body, in particular the type of coating, with defined electrical resistance. The electrical resistance must be within a range that allows for electrical heating of the material (e.g., a total resistance of less than 1 kOhm at an operating voltage of 230V). From this ceramic slip a heatable foam body is now produced, in which initially an open-cell, organic foam is coated by means of a dipping process with the ceramic slip mixed with CNTs. Subsequently, both are fired together, whereby the organics burns and an open-cell, ceramic foam remains in the form of the original organic foam. This foam body can now be used as a heater thanks to its resistance reduced by the CNT.
Alternativ kann selbstverständlich auch ein leitfähiger offenzelliger Keramikschaum wie folgt hergestellt werden: Ein bestehender Keramikschaum aus kommerzieller Oxid- oder Silicatkeramik (also nicht elektrisch leitfähig) wird mit einer zusätzlichen leitfähigen Schicht aus CNTs beschichtet. Um den Schaum als Umluftheizer nutzen zu können, muss noch eine geeignete elektrische Kontaktierung erfolgen, beispielsweise durch ein partielles Metallisieren. Wird nun diese Heizeinrichtung in den Umluftstrom eingebracht, kann er durch das Anlegen elektrischer Spannung bis zum Glühen erwärmt werden und erhitzt so die ihn durchströmende Luft. Durch die sehr große zur Verfügung stehende Kontaktoberfläche zwischen der Heizeinrichtung und der diese überströmenden Luft sowie die dort herrschende turbulente Strömung ergibt sich ein besonders guter Wärmeübergang. Zusätzlich besteht die Möglichkeit einer Beschichtung der Kontaktoberfläche mit katalytisch aktiven Materialien, aufgrund der hohen herrschenden Temperaturen eine katalytische Reinigung der Luft direkt an der Heizeinrichtung ermöglichen. Alternatively, it is of course also possible to produce a conductive open-cell ceramic foam as follows: An existing ceramic foam of commercial oxide or silicate ceramic (ie not electrically conductive) is coated with an additional conductive layer of CNTs. In order to be able to use the foam as circulating air heater, a suitable electrical contacting must still take place, for example by partial metallization. Now, if this heater is introduced into the recirculating air stream, it can be heated by the application of electrical voltage until glowing and thus heats the air flowing through it. Due to the very large available contact surface between the heater and the overflowing air and the prevailing turbulent flow there is a particularly good heat transfer. In addition, there is the possibility of coating the contact surface with catalytically active materials, because of the high prevailing temperatures allow a catalytic cleaning of the air directly to the heater.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung liegen insbesondere in der vergleichsweise hohen Aufheizgeschwindigkeit, den im Vergleich zum Metall basierenden Heizdrähten höheren Temperaturen, einer hohen Effektivität, der Möglichkeit zur Umluftkatalyse (Fett bereits beim Gar- oder Bratvorgang abbauen) sowie der generellen Nickel- und Chromfreiheit. The advantages of the heating device according to the invention are in particular in the comparatively high heating rate, compared to the metal-based heating wires higher temperatures, high efficiency, the ability to Umluftkatalyse (fat already degrade during cooking or roasting) and the general freedom from nickel and chromium.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen. Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen. Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,Show, in each case schematically,
Entsprechend den
Das Substrat
Demgegenüber kann die elektrisch leitfähige Beschichtung
Die Beschichtung
Die Durchströmung der Heizeinrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Haushaltsgeräthousehold appliance
- 22
- Heizeinrichtung heater
- 33
- Umluftherd convection oven
- 44
- Haartrockner hairdryer
- 55
- Substrat substratum
- 66
- Beschichtung coating
- 77
- Material material
- 88th
- Lüfter Fan
Claims (9)
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