DE3907179A1

DE3907179A1 - Vorrichtung zur erwaermung eines stroemenden mediums, insbesondere wasser

Info

Publication number: DE3907179A1
Application number: DE3907179A
Authority: DE
Inventors: Boris Singerewitsch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-03-18
Filing date: 1989-03-06
Publication date: 1989-10-05
Anticipated expiration: 2009-03-07
Also published as: DE3907179C2; GB8906241D0; ATA73188A; AT406535B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erwärmung eines strömenden Mediums, insbesondere Wasser, durch zumindest ein im Weg des Mediums angeordnetes elektrisches Heizelement und mit einer Einrichtung zur Regelung der Temperatur des erwärmten Mediums.

Solche Vorrichtungen sind für Wasser als elektrische Durchlauferhitzer bekannt, bei welchen das Heizelement von zumindest einer Heizspirale gebildet ist. Zur Tem peraturregelung des Warmwassers werden die Heizspiralen in Stufen zugeschaltet oder es wird bei unveränderter Anspeisung der Heizspiralen der Wasserdurchstrom geregelt. Beide Varianten befriedigen häufig nicht, zumal in den meisten Fällen die Regelung nur stufenweise erfolgt. Die verwendeten Heizspiralen bedingen außerdem eine volumi nöse Bauweise des Durchlauferhitzers, die auf zahlreichen Anwendungsgebieten als störend empfunden wird. Schließlich müssen die Heizspiralen, um mit hohem Wirkungs grad wirksam zu sein, vom Wasser unmittelbar umspült sein, was die Strömungsverhält nisse des Wassers infolge der unvermeidlichen Turbulenzen nachteilig beeinflußt.

Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs geschilder ten Art kompakter, einfacher und genauer regelbar und hinsichtlich der Strömungsver hältnisse günstiger zu machen. Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß das Heizelement ein Chip ist, dessen Steuerkreis zur Temperaturregelung dient. Wie be kannt, sind Chips elektronische Bauteile, welche eine integrierte Schaltung im Innersten eines Plättchens enthalten, das in einen Träger eingebettet ist. Zumeist handelt es sich um eine gedruckte Schaltung in einem Siliziumdioxydplättchen in einem Keramikträger, der zugleich einen Schutz und eine Wärmeableitung für das die Schaltung aufnehmende Plättchen bildet. Am Träger sind Kontaktzuleitungen ange bracht, deren Art und Anzahl abhängig ist von der Art der integrierten Schaltung, stets jedoch zumindest eine zu einem Steuerkreis führende Kontaktzuleitung enthält. Im Sinne der Erfindung wird nun die durch den Chip oder die Chips entwickelte Wärme zur Erwärmung des fließenden Mediums ausgenützt, wobei das fließende Medium seiner seits den Chip kühlt, so daß die sonst üblichen gesonderten Kühlmaßnahmen zur Vermeidung einer übermäßigen Erhitzung des Chips verzichtet werden kann. Besonders vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Kleinheit des Chips bzw. der aus Chips aufgebauten Heizelemente im Vergleich zu den bisher üblichen Heizelementen, so daß sich eine Vorrichtung der erfindungsgemäßen Art viel platzsparender und gedrängter herstellen läßt als dies bei bekannten Vorrichtungen möglich war. Außerdem wird durch die Kleinheit der aus den Chips bestehenden Heizelemente der Strömungswiderstand ver ringert. Besonders vorteilhaft ist auch, daß über den Steuerkreis des Chips die Temperatur des durch die Vorrichtung fließenden Mediums in einfacher Weise und stufenlos gesteuert werden kann, und zwar auf elektronischem Wege, so daß nur vernachlässigbar geringe Leistungen für diese Steuerung erforderlich sind. Natürlich läßt sich eine solche Steuerung auch manuell bedienen, z. B. zwecks Einstellung einer gewünschten Temperatur des strömenden Mediums.

Im Prinzip lassen sich alle bekannten Chips in der erfindungsgemäßen Weise verwenden, wenngleich solche Chips günstiger sind, welche eine große Oberfläche auf weisen, da auf diese Weise der Wärmeübergang begünstigt wird. Das bei bekannten Chips zumeist angestrebte Ziel einer Verkleinerung der Abmessungen entfällt beim Er findungsgegenstand und es ist auch nicht erforderlich, daß im Sinne der Erfindung verwendete Chips enge Abweichungen von vorgegebenen Sollwerten einhalten. Es ist daher möglich, in der erfindungsgemäßen Vorrichtung solche Chips zu verwenden, welche aus anderen Produktionszweigen ausgesondert werden, was die Herstellungskosten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter senkt.

Gemäß einer bevorzugten Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Chips in Form von Lamellen oder Plättchen ausgebildet, deren Ebene vorzugsweise pa rallel zur Strömungsrichtung des Mediums liegt. Die flache Bauweise von Lamellen oder Plättchen kommt der Herstellungsweise der Chips bzw. deren üblicher Bauweise entgegen, wobei zugleich eine große Oberfläche und damit ein guter Wärmeübergang sichergestellt wird. Die Anordnung der Ebenen dieser Bauteile parallel zur Medium strömungsrichtung vermeidet weitgehend die Einbringung von Turbulenzen in dieses Medium, so daß auch nach dem Passieren der Heizelemente das Medium einen im wesent lichen laminaren Strömungsverlauf hat. Im Sinne der Erfindung ist es hierbei vorteil haft, in erster Linie solche Chips als Heizelemente zu verwenden, bei welchen die Integrationsstruktur des Chips zumindest im wesentlichen die Gesamtfläche der Lamelle bzw. des Plättchens einnimmt, da dadurch die bestmöglichsten Wärmeübergangs verhältnisse erreicht werden. Solche lamellenförmigen Chips können viel größer ausge bildet werden als dies bei Chips aus den erwähnten Gründen sonst üblich ist, z. B. können lamellenförmige Chips etwa 80 bis 100 mm lang, 5 bis 6 mm breit und etwa 0,5 mm dick sein. Plattenförmige Chips können bei gleicher Länge und Dicke bis 50 mm breit sein. Zweckmäßig ist somit die Dicke der Chips im Vergleich zu deren Länge und Breite ge ring. Wenn die Abmessungen der zur Verfügung stehenden Chips zur Übertragung der nötigen Wärmemenge nicht ausreichen, können mehrere Chips eine großflächige Lamelle oder ein großflächiges Plättchen bilden.

Es können alle Schaltungsarten des Chips bzw. seiner integrierten Schaltung verwendet werden und es können mehrere Chips auch in beliebiger Weise zusammenge schaltet werden. Es kann daher ein Heizkörper aus bereits existierenden Halbleiter elementen, etwa Leistungstransistoren kleinerer Abmessungen (je etwa 6 bis 7 mm) zusammengestellt werden, wobei natürlich monolithisch durch Großintegration gefertigte, großflächige Einheiten der Chip-Heizwiderstände die beste räumliche und elektrische Lösung darstellen. Die erwähnten Schaltungen können z. B. Voll- oder Halbwellenschaltungen umfassen, wobei sowohl eindirektionale als auch bidirektionale Chip-Heizwiderstad-Einheiten, vorzugsweise in Form von Plättchen, Lamellen, Scheiben od. dgl. verwendbar sind. Ein Heizblock für Wechselstrom sollte im ersten Fall aus einer geraden Anzahl entsprechend angeordneter Einheiten bestehen, im zweiten Fall kann die Einheitenanzahl beliebig gewählt werden. Vorzugsweise sind bidirektionale Chips mit einer durch Integration erzielten gleichmäßigen Verteilung parallel geschalteter Transistoren über die gesamte Fläche der Einheit vorgesehen, da sich für eine solche Bauweise eine augenblickliche Heizleistung des aus solchen Einheiten zusammengestellten Heizblockes stets über die gesamte Fläche der Einheiten in gleichmäßiger Verteilung ergibt. Antiparallele integrierte Schaltungen der einzelnen Transistoren sind dann erforderlich, wenn die gewählten Bausteine ihrem Wesen nach, z. B. als bipolarer Transistor, eindirektional sind. Es lassen sich so bei bidirektionalen Bausteinen durch eine entsprechende Parallel-Serienschaltung und bei eindirektio nalen Bausteinen durch eine Antiparallel-Serienschaltung der einzelnen Mikrotransistoren jeweils die gewünschten Widerstandsgrößen der Heizwiderstands-Einheiten erzielen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Bausteine zumindest eines Chips auf einem metallischen Träger angebracht, welcher zugleich als eine Leistungselektrode dient und vorzugsweise einen Teil des Mantels bildet. Dadurch wird eine rasche, vollständige Wärmeabgabe an das zu erwärmende Medium gewährleistet. So kann beispielsweise eine Seite aus einer Metallplatte bestehen, wogegen die andere Seite des Chips von einer Isolierschicht gebildet ist, die mit einer Metallplatte bedeckt ist. Beide Metallplatten zusammen bilden dann einen Metallmantel, es ist somit dann der Chip gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung in einem Metallmantel dicht eingeschlossen, welcher einen guten Wärmeübergang sicherstellt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann im Steuerkreis der Chips ein Temperatur- und/oder Druckfühler als Überhitzungs- bzw. Überdruckschutz bzw. Schutz bei Verringerung der Durchflußmenge eingeschaltet sein, welcher bei vorgegebener Maximaltemperatur bzw. bei vorgegebenem Maximaldruck bzw. bei vorgegebener Minimaldurchflußgeschwindigkeit anspricht und den Chip elektrisch sperrt. Die erfindungsgemäße Ausbildung ermöglicht es somit, die Chips selbst als Sicherheitseinrichtungen gegen unzulässig hohe Temperatur, gegen unzulässig hohen Druck und gegen unzulässig niedrige Strömungsgeschwindigkeit auszubilden. Hierbei ist es von Vorteil, wenn der Temperatur- und/oder Druckfühler aus einem Material besteht, welches einen Phasenübergang Isolator oder Halbleiter-Metall oder einen umgekehrten Phasenübergang bei vorgegebener Maximaltemperatur und/oder bei vorgegebenem Maximaldruck und/oder bei vorgegebener Minimaldurchflußgeschwindigkeit besitzt. Zweckmäßig weist hierbei der Steuerkreis der Chips Steuerelektroden mit Metallisierungsschichten auf, die aus einem Material bestehen, welches einen Phasenübergang Metall-Isolator (oder Halbleiter) bei vorgegebener Maximaltemperatur und/oder vorgegebenem Maximaldruck besitzt.

Damit die erforderlichen Steuervorgänge in den Chips auf einfache Weise durch geführt werden können, besteht erfindungsgemäß der Temperatur- und/oder Druckfühler aus einem Material mit einer Permeabilität und/oder Polarisation und/oder einem Widerstand, daß bei vorgegebener Maximaltemperatur bzw. vorgegebenem Maximaldruck bzw. vorgegebener Minimaldurchflußgeschwindigkeit des strömenden, zu erwärmenden Me diums der Steuerkreis der Chips, vorzugsweise abrupt bzw. mit einem sehr scharfen Sprung, anspricht. Bei dieser Ausführungsform kann ein ausreichend scharfer Sprung dieser Größen (wegen eines reversiblen Phasenüberganges) sehr günstig als Schutz ge gen Überhitzung, Überdruck und unzulässiger Verringerung der Durchflußgeschwindig keit des zu erwärmenden Mediums ausgenutzt werden, wenn der Sprung entsprechend einem vorbestimmten Wert der Maximaltemperatur und/oder des Maximaldruckes und/oder der minimalen Durchflußgeschwindigkeit erfolgt. Bei im wesentlichen linearer Temperatur- und/oder Druckabhängigkeit dieser Größen können diese im Arbeitsbereich der Vorrichtung zur automatischen Stabilisierung gegen verschiedene destabilisierende Faktoren und/oder zur Aufrechterhaltung einer manuell voreingestellten Temperatur des Mediums dienen.

Es ist auch möglich, mehrere Druckfühler anzuordnen und durch eine Differentialschaltung der Druckfühler einen Druckdifferenzfühler zu bilden, mit welchem Druckdifferenzen erfaßt werden können.

Vorzugsweise werden Druckfühler bzw. Druckdifferenzfühler verwendet, die eine im wesentlichen lineare Kennlinie zur Steuerung der Heizleistung aufweisen, so daß bei einer höheren Durchflußgeschwindigkeit des strömenden, zu erwärmenden Mediums die Heizleistung vergrößert wird. Auf diese Weise wird eine Konstanthaltung der Ab gabetemperatur des zu erwärmenden Mediums erzielt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden Druckfühler bzw. Druck differenzfühler verwendet, die eine im Bereich zwischen einem vorbestimmten Maximal druck und einem vorbestimmten Minimaldruck und/oder in einem vorbestimmten Durchflußgeschwindigkeitsintervall eine im wesentlichen lineare Kennlinie aufweisen, die bei der Permeabilität und/oder der Polarisation und/oder des Widerstandes bei diesem Maximaldruck und/oder Minimaldruck und/oder der Minimaldruchflußgeschwindig keit einen abrupten bzw. sehr scharfen Sprung besitzt.

Die Fühler könen auch aus einem Material gebildet sein, bei dem eine oder mehrere der Kenngrößen (Permeabilität, Polarisation, Widerstand) in beliebiger Kombination temperatur- und druckabhängig sind, wobei deren Kennlinien im notwendigen Bereich im wesentlichen eine lineare Abhängigkeit besitzen und die gewünschten Sprünge bei Maximaltemperatur bzw. Maximaldruck bzw. Minimaldurchflußgeschwindigkeit besitzen.

Es kann auch eine Schaltung des Steuerkreises vorgesehen sein, die den ganzen Heizblock in Abhängigkeit von der Sprungrichtung der erwähnten Größen bei Maximal temperatur bzw. Maximaldruck bzw. Minimaldurchflußgeschwindigkeit des zu erwärmenden Mediums augenblicklich elektrisch sperrt bzw. öffnet. Die Sprungrichtung ist natür lich durch die Änderungsrichtung von Tempeatur, Druck und Durchflußgeschwindigkeit festgelegt.

Abgesehen von der Anordnung der flachen Heizelemente (Plättchen, Lamellen, Scheiben od. dgl.) mit ihrer Ebene parallel zur Strömungsrichtung des Mediums beste hen keine besonderen Vorschriften für die Anordnung der Heizelemente im Strömungs weg. In vielen Fällen ist eine Bauweise zweckmäßig, bei welcher in einem Gehäuse, welches zumindest einen Strömungskanal für das Medium bildet, die die Chips tragen den Plättchen bzw. Lamellen in Halterungen im Strömungskanal bzw. in den Strömungs kanälen gehaltert sind, wobei die Plättchen bzw. Lamellen vom Medium beidseitig be aufschlagt sind. Dadurch ergibt sich eine besonders günstige Bauweise.

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung an Hand von Ausführungsbei spielen schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer Heizvorrich tung für ein strömendes Medium in schaubildlicher Darstellung, teilweise im Schnitt.

Fig. 2 ist eine Ansicht der Vorrichtung nach Fig. 1 von oben.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform in einem Vertikalschnitt.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 ist ein festes Gehäuse 3 vorgese hen, in welches das zu erwärmende Medium, insbesondere Wasser durch einen Anschluß stutzen 4 in Richtung des Pfeiles 9 eingeleitet wird. In das Gehäuse 3 ist ein Trä gerkörper 2 eingesetzt, der im wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildet ist und eng in das hohlzylindrische Gehäuse 3 paßt. Der Trägerkörper 2 hat an seinem Mantel meh rere in Axialrichtung verlaufende und in gleichen Abständen voneinander angeordnete Längsnuten 10, welche Strömungskanäle für das zu erwärmende Medium bilden und am unteren Stirnende des Gehäuses 3 mit dem Anschlußstutzen 4 in Verbindung stehen. Jede dieser Längsnuten 10 hat an ihrem Boden eine rillenförmige Vertiefung 11, wel cher eine ähnliche Vertiefung 12 an der inneren Oberfläche des Gehäuses 3 gegenüber liegt. In jeweils eine dieser Vertiefungen 11, 12 ist ein als Plättchen 1 ausgebilde tes Heizelement eingesetzt, wobei dieses Plättchen 1 von den Vertiefungen 11, 12 ge halten wird und auf diese Weise mittig im jeweiligen von der Längsnut 10 gebildeten Strömungskanal angeordet und solcherart beidseitig vom strömenden Medium beauf schlagt ist. Jedes Plättchen 1 ist als lamellenförmige Chip-Heizwiderstand-Einheit ausgebildet. Die nicht dargestellten Anschlüsse (Eingangselektrode, Ausgangselektro de, Steuerelektrode) der einzelnen Plättchen 1 bzw. ihrer Chips sind im Inneren des Gehäuses 1 zusammengefaßt und durch nicht dargestellte Öffnungen abgedichtet aus dem Gehäuse 3 hinausgeführt. Am oberen Stirnende des Gehäuses 3 befindet sich eine nicht dargestellte Sammelkammer, in welche die einzelnen, von den Längsnuten 10 gebildeten Strömungskanäle münden und aus der das Medium durch einen Stutzen abgeführt wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist das Gehäuse 3 schachtelförmig ausgebil det, seine Vorderwand ist der besseren Darstellungsmöglichkeit halber abgeschnitten. In das Gehäuse 3 wird das zu erwärmende Medium durch den Stutzen 4 eingeleitet und oben durch einen an der Deckenwand des Gehäuses 3 angeordneten Stutzen 5 abgeleitet. Im Hohlraum des Gehäuses 3 sind mehrere Plättchen 1 als Heizelemente parallel zu einander und in Abstand voneinander so angeordnet, daß die Ebenen der Plättchen 1 jeweils in der Strömungsrichtung des zu erwärmenden Mediums liegen. Die einzelnen Plättchen 1 sind mittels geeigneter Halterungen 6 oben und unten starr gehalten, wo bei sich die Unter- und Oberkanten der Plättchen 1 in Abstand von der Bodenwand bzw. Deckwand des Gehäuses 3 befinden, so daß das zugeführte Medium sich auf alle zwi schen den Plättchen 1 gebildeten Strömungskanäle gleichmäßig verteilen kann. Zweck mäßig sind hierzu auch die Längsränder der einzelnen Plättchen 1 in Abstand von den ihnen benachbarten Seitenwänden des Gehäuses 3. Jedes Plättchen 1 ist mit drei An schlüssen versehen, wobei die einzelnen Plättchen einander parallelgeschaltet sind und die gemeinsamen Zuleitungen zu einer Anschlußleiste 7 geführt sind. 8 ist der Anschluß für die Steuerelektrode jedes Plättchens 1, 13 sind die Anschlüsse für die Heizwiderstandseinheiten der einzelnen Chips der Plättchen 1. Die einander identi schen Heizwiderstände der Plättchen 1 sind hier als integrierte bidirektionale Lei stungstransistoren ausgeführt und einander parallelgeschaltet.

Selbstverständlich kann die Anschlußleiste 7 auch an jener Seite des Gehäuses 3 angeordnet werden, an welcher der Anschlußstutzen 4 bzw. der Auslaufstutzen 5 liegen.

Die Plättchen 1 der Chip-Heizwiderstände bieten außerordentlich günstige Mög lichkeiten zur Gestaltung der im Chip selbst integrierten Überhitzungs- bzw. Über druckschutzsysteme. So kann z. B. ein Kaltleiterwiderstand oder eine Schicht aus Piezoferroelektrikum im Chip integriert werden. Solche Schutzsysteme erfordern kei nen zusätzlichen Raum und sind außerordentlich zuverlässig. In solchen Fällen muß lediglich der Mantel des Chips entsprechend ausgeführt werden. Weitere außerordent lich günstige Möglichkeiten zur Gestaltung trägheitsloser Schutzsysteme sind folgen de. Man kann die Metallisierungsschichten der Steuerelektroden, wie z. B. Gates, der Mikrostruktur eines Chip-Heizwiderstandes aus einem Material fertigen, welches einen Phasenübergang Metall-Isolator oder Metall-Halbleiter bei einer vorbestimmten Maxi maltemperatur und bzw. oder bei einem vorbestimmten Maximaldruck besitzt. Erreicht die Temperatur bzw. der Druck des zu erwärmenden Mediums diesen vorgegebenen maxima len Temperaturwert bzw. Druckwert, so wird die Leitfähigkeit der Metallisierungs schichten plötzlich um einige Größenordnungen verringert und das Chip wird gesperrt. Anstelle dessen bzw. in Ergänzung dazu können natürlich auch die Metallisierungs schichten der Leistungselektroden, wie z. B. Sources und Drains, der Mikrostruktur eines Chips in ähnlicher Weise gefertigt werden.

Man kann auch eine Kombination aus den beschriebenen Möglichkeiten ausnutzen. So können z. B. die Metallisierungsschichten der Leistungselektroden eines Chips einen temperaturabhängigen Phasenübergang besitzen, wogegen die Metallisierungsschichten seiner Steuerelektroden einen druckabhängigen Phasenübergang besitzen.

Die beschriebenen Überhitzungsschutzsysteme erfordern aber einen Null-Tempe raturgradienten im Raum, in welchem das Medium erhitzt wird. Daher ist es notwendig, für eine gute Vermischung des Mediums im Innenraum des Gehäuses 3, in welchem das Medium erhitzt wird, sicherzustellen. Zu diesem Zweck ist es günstig, das Medium in den Raum, in welchem es erhitzt wird, einzuspritzen. Die Stärke der Einspritzung be stimmt dann die Intensität der Mediumzirkulation. Zur Erzeugung einer ausreichend starken Einspritzwirkung können in der Mündung, mit welcher der Einlaßstutzen 4 in das Gehäuse 3 mündet, eine oder mehrere Düsen vorgesehen sein.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der Anordnung eines temperatur- und/oder druckempfindlichen Fühlers, welcher einen Phasenübergang Isolator (oder Halbleiter)- Metall bei vorgegebener Maximaltemperatur bzw. vorgegebenem Maximaldruck bewirkt. Solche Fühler können im Kreis der Steuerelektrode eines Chips so eingeschaltet wer den, daß bei einem Ansprechen eines solchen Fühlers das Chip gesperrt wird. Solche Fühler können natürlich auch im Chip selbst integriert werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl als unter Druck stehendes als auch als druckloses Gerät ausgeführt sein. Im ersten Fall ist ein Absperrorgan zur Steue rung der Entnahme des erwärmten Mediums an der Entnahmeseite vorgesehen, im zweiten Fall befindet sich das Absperrorgan an der Zufuhrseite des zu erwärmenden Mediums.

Aus Sicherheitsgründen ist es zweckmäßig, dafür zu sorgen, daß die Heizelemente nur dann in Funktion sind, wenn die Durchflußgeschwindigkeit und die Entnahmemenge des Mediums pro Zeiteinheit einen vorbestimmten Wert überschreiten. Hierzu können verschiedene, teilweise bekannte Maßnahmen ergriffen werden. Am günstigsten wird ein solcher Schutz jedoch durch die beschriebenen Temperatur- und/oder Druckfühler er zielt.

Selbstverständlich ist es möglich, im Steuerkreis eine Einrichtung zur manuel len Einstellung einer gewünschten Maximaltemperatur sowie automatische oder manuelle Netzschalter und automatische oder manuelle Stufenumschalter, insbesondere für den Sommer/Winterbetrieb vorzusehen.

Zum Schutz der Kontakte des Netzschalters und jener des Stufenumschalters können alle Chips mittels des Steuerkreises kurz vor der Betätigung dieser Kontakte gesperrt und erst kurz nach erfolgter Betätigung dieser Kontakte wieder geöffnet werden.

Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer vorteilhaften Verbindung mit einem Elektrodendurchlauferhitzer zur Herstellung eines Hybrid-Gerä tes dienen.

Natürlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für dreiphasiges Netz gebaut werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Erwärmung eines strömenden Mediums, insbesondere Wasser, durch zumindest ein im Weg des Mediums angeordnetes elektrisches Heizelement, und mit einer Einrichtung zur Regelung der Temperatur des erwärmten Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (Plättchen 1) zumindest ein Chip ist, dessen Steuerkreis (Anschluß 8) zur Temperaturregelung dient.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Chips in Form von Lamellen oder Plättchen (1) ausgebildet sind, deren Ebene vorzugsweise parallel zur Strömungsrichtung des Mediums (Pfeil 9) liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrations struktur des Chips bzw. der Chips die Gesamtfläche der Lamelle bzw. des Plättchens (1) einnimmt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bidi rektionale Chips vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Chips eine großflächige Lamelle oder ein großflächiges Plättchen (1) bilden.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Chips im Vergleich zu deren Länge und Breite gering ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bausteine zumindest eines Chips auf einem metallischen Träger angebracht sind, welcher zugleich als eine Leistungselektrode dient und vorzugsweise einen Teil des Mantels bildet.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Chip in einem Metallmantel eingeschlossen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerkreis des Chips ein Temperatur- und/oder Druckfühler als Überhitzungs- bzw. Überdruckschutz bzw. Schutz bei Verringerung der Durchflußmenge eingeschaltet ist, welcher bei vor gegebener Maximaltemperatur (t _max) bzw. bei vorgegebenem Maximaldruck (p _max) bzw. bei vorgegebener Minimaldurchflußgeschwindigkeit des strömenden, zu erwärmenden Mediums anspricht und den Chip elektrisch sperrt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatur- und/oder Druckfühler aus einem Material besteht, welches einen Phasenübergang Isola tor oder Halbleiter-Metall oder einen umgekehrten Phasenübergang bei vorgegebener Maximaltemperatur und/oder vorgegebenem Maximaldruck und/oder bei vorgegebener Minimaldurchflußgeschwindigkeit des strömenden, zu erwärmenden Mediums besitzt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis der Chips Steuerelektroden mit Metallisierungsschichten aufweist, die aus einem Ma terial bestehen, welches einen Phasenübergang Metall- Isolator (oder Halbleiter) bei vorgegebener Maximaltemperatur und/oder vorgegebenem Maximaldruck besitzt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatur- und/oder Druckfühler aus einem Material mit einer Permeabilität (ε) und/oder Polarisation (P) und/oder einem Widerstand (R) besteht, daß bei vorgegebener Maximaltemperatur (t _max) bzw. vorgegebenem Maximaldruck (p _max) bzw. vorgegebener Minimaldurchflußgeschwindigkeit des strömenden, zu erwärmenden Mediums der Steuerkreis des Chips, vorzugsweise abrupt bzw. mit einem sehr scharfen Sprung, anspricht.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierungsschichten der Leistungselektroden der Mikrostruktur und/oder des metallischen Träger jedes Chips des Heizblocks aus einem Materal gefertigt ist, welches einen Phasenübergang Metall-Isolator oder Halbleiter bei vorbestimmter Maximaltemperatur (t _max) und/oder vorbestimmtem Maximaldruck (p _max) und/oder vorbestimmter Minimaldurchflußgschwindigkeit (v _min) besitzt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierungsschichten der Steuerelektroden und/oder der Leistungselektroden und die metallischen Träger der Chips je einen druck- und/oder temperaturabhängigen Phasenübergang Metall-Isolator oder Halbleiter besitzen und in beliebiger Kombination einen gemeinsamen Temperaturfühler und/oder einen gemeinsamen Druckfühler bilden.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Druckfühler angeordnet sind und durch eine Differentialschaltung der Druckfühler ein Druckdifferenzfühler gebildet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfühler bzw. Druckdifferenzfühler eine im wesentlichen lineare Kennlinie zur Steuerung der Heizleistung aufweisen, so daß bei einer höheren Durchflußgeschwindigkeit des strömenden, zu erwärmenden Mediums die Heizleistung vergrößert wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfühler bzw. Druckdifferenz fühler eine im Bereich zwischen einem vorbestimmten Maximaldruck (p _max) und/oder einem vorbestimmten Minimaldruck (p _min) und/oder einem vorbestimmten Durchflußgeschwindigkeitsintervall im wesentlichen li neare Kennlinie aufweisen, die bei der Permeabilität (ε) und/oder der Polarisation (P) und/oder des Wi derstandes (R) bei diesem Maximaldruck (p _max) und/oder Minimaldruck (p _min) und/oder der Minimaldurch flußgeschwindigkeit einen abrupten bzw. sehr scharfen Sprung besitzt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur- und/oder Druckfühler in den Chips integriert sind.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel der Chips an jenen Stellen, wo ein Druckfühler integriert ist, eine Öff nung zur unmittelbaren Druckaufnahme durch den Druckfühler aufweist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen durch eine elastische, eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisende Abdeckung dicht ver schlossen sind.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Chip integrierten Druck- und/oder Temperaturfühler wenigstens eine, vorzugsweise beide wirksamen Seitenflächen des Chips einnehmen.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis des Heizblocks eine Einrichtung für Handtemperaturregelung und eine Einrichtung für automatische Aufrechterhaltung der manuell eingestellten Temperatur aufweist und der Leistungskreis des Heizblocks einen manuellen bzw. automatischen Netzschalter und bzw. oder einen manuellen bzw. automatischen Stufenumschalter (insbesondere für den Sommer/Winterbetrieb) aufweist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz der Kontakte des Netzschalters und jener des Stufenumschalters alle Chips mittels des Steuerkreises kurz vor der Betätigung dieser Kontakte gesperrt und kurz nach er folgter Betätigung dieser Kontakte wieder geöffnet werden.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse (3), welches zumindest einen Strömungskanal für das Medium bildet, die die Chips tragenden Plättchen (1) oder Lamellen in Halterungen in den Strömungs kanal bzw. in den Strömungskanälen gehaltert sind, wobei die Plättchen (1) bzw. La mellen vom Medium beidseitig beaufschlagt sind.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungs kanäle von Längsnuten (10) im Mantel eines Trägerkörpers (2) gebildet sind, der in das Gehäuse (3) eingesetzt ist, wobei die Plättchen (1) oder Lamellen in den Längs nuten (10) mittig gehaltert sind (Fig. 1, 2).

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen für die Plättchen (1) oder Lamellen von Vertiefungen (11, 12) des Bodens der Längsnut (10) und der inneren Oberfläche des Gehäuses (3) gebildet sind.

27. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Plättchen (1) oder Lamellen in das Gehäuse (3) parallel zueinander und im Abstand voneinander eingesetzt sind.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das zu erwärmende Medium in das die Heizelemente aufnehmende Gehäuse (3) mittels zu mindest einer an der Zufuhrseite angeordneten Düse zwecks gleichmäßiger Verteilung und gegebenenfalls guter Vermischung im Gehäuse eingespritzt wird.