DK159359B - Apparat til opvarmning af en vaeske i en lukket plastbeholder - Google Patents

Description

DK 159359B

Opfindelsen angår et apparat til opvarmning af en væske i en beholder af termoplast, der er lukket tæt ved hjælp af et metallåg, omfattende en kombination af bæreorganer for beholderen indrettet til at gribe be-5 holderen i omvendt stilling, et modstandsopvarmningsorgan anbragt således i forhold til bæreorganerne, at det under hele opvarmningsprocessen er i termisk berøring med praktisk taget hele metallåget af den på hovedet vendende beholder, og en elektronisk styreenhed 10 for opvarmningsorganet forbundet til en strømforsyningskilde gennem en hovedafbryder , hvilken styreenhed omfatter en Wheatstone-bro fødet ved hjælp af strømtilførselsledninger, som er forbundet til indgangsklemmer for den elektroniske styreenhed, hvor modstandsopvarm-15 ningorganet indgår i en af Wheatstone-broens grene, hvilken bro på en målediagonal frembringer et signal til indikering af den af opvarmningsorganets modstand opnåede temperatur.

Fra beskrivelsen til US patent nr. 3.789.190 20 kender man en kobling til regulering af et elektrisk varmelegemes temperatur, hvilken kobling bl.a. indbefatter en Wheatstone-bro, hvis ene målediagonal afgiver et styresignal til en reguleringskreds, og hvor broens anden diagonal er koblet over varmelegemet, hvis tempe-25 ratur skal reguleres.

Denne kendte kobling har primært til formål at regulere temperaturen på en given værdi og udnytter derfor selve varmelegemet både som varmeelement og varme-føler.

30 Hvis man imidlertid, denne kendte teknik taget i betragtning, står over for det problem at skulle opvarme en væske i en beholder af termoplast, må der tages særlige forholdsregler, idet det f.eks. er vigtigt, at opvarmningen sker uden beskadigelse af beholderen.

35 Apparater af den indledningsvis angivne art finder især anvendelse, hvor man til anvendelse for travle folk, f.eks. på jernbanestationer, i forlystelsesetablissementer eller på arbejdspladser, har behov 2

DK 159359 B

for på meget kort tid at kunne opvarme en drikkevare til den, for den pågældende drikkevares indtagelse, optimale temperatur, typisk af størrelsesorden 50°C.

Det er følgelig opfindelsens formål at tilveje-5 bringe en styreenhed til styring af apparatet således, at drikkevaren hurtigt bringes op på den ønskede temperatur, at opvarmningen ophører, når den nødvendige varme er tilført, og at opvarmningen, der sker ved hjælp af et elektrisk modstandsopvarmningsorgan, sker 10 uden at beholderens plastmateriale beskadiges.

Disse formål opfyldes ved et apparat af den indledningsvis nævnte art, hvilket apparat ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved a) en reguleringskreds til regulering af strøm-15 tilførslen til Wheatstone-broen i afhængighed af signalet på broens målediagonal, så at opvarmningsorganets temperatur efter en indledende transient fase i hovedsagen forbliver inden for et bestemt interval under hele væskens opvarmningsperiode, og 20 b) en tidsstyreenhed indrettet til efter en bestemt tid, regnet fra det øjeblik opvarmningen begynder, at afbryde for strømtilførslen til Wheatstone-broen ved -hjælp af reguleringskredsen og at åbne hovedafbryderen til frakobling af styreenheden fra strømforsyningskilden, 25 og ved at reguleringskredsen omfatter et første styret kobleorgan indskudt mellem Wheatstone-broen og en af strømtilførselsledningerne og indrettet til at bryde eller slutte strømmen til brokredsløbet, 30 en første manøvrekreds til frembringelse af styresignaler til lukning af det første styrede kobleorgan, og et styrekredsløb med en indgang forbundet til Wheatstone-broens målediagonal og indrettet til at styre den første manøvrekreds til skiftevis åbningstyring eller 35 blokering af sidstnævnte kreds i en følge af faser, hvis varighed afhænger af værdien af det signal, som optræder på Wheatstone-broens målediagonal, i overensstemmelse med en formel af den proportional/integrale type, hvilken 3

DK 159359B

første manøvrekreds i blokeringsfaserne styrer den periodiske kortvarige lukning af det første styrede koblingsorgan til muliggørelse af en periodisk tilførsel, selv under de nævnte blokeringsfaser, af forsyningsstrømmen 5 til Wheatstone-broen med henblik på at holde opvarmningsorganet delvis i gang.

Idet selve modstandsopvarmningsorganet ved på i og for sig kendt måde at indgå i en Wheatstone-bro anvendes som temperaturføleorgan, sikres det, at den 10 målte temperatur er den højeste, der forekommer i opvarmningssystemet. Herved er det muligt at sikre, at den højest forekommende temperatur holdes på et niveau, hvor beholderens plastmateriale ikke skades, medens en konventionel anvendelse af et varmelegeme og en termo-15 føler indebærer, at varmelegemet opvarmes til en højere temperatur end den, der registreres af termoføleren.

Efter en indledende opvarmningsfase holdes opvarmningsorganet på en konstant forud valgt temperatur, og idet varmeoverføringsegenskaberne for varmeoverføring 20 fra opvarmningsorganet til beholderens metallag antages at være ens fra beholder til beholder, lader den tilførte varmemængde sig enkelt styre ved en styring-af den tid, modstandsopvarmningsorganet holdes på den fastlagte temperatur, d.v.s. den tid, hvori der føres 25 strøm til styreenheden.

Hensigtsmæssige udformninger af reguleringskredsen, dennes kobleorgan og første manøvrekreds, styrekredsløbet samt tidsstyreenheden og den i denne indgående anden manøvrekreds fremgår af underkravene.

30 Opfindelsen forklares nærmere nedenfor under hen visning til tegningen, hvor fig. 1 viser i perspektiv en udførelsesform for et apparat ifølge opfindelsen til opvarmning af drikkevarer, fig. 2 et aksialt snit gennem en beholder inde-35 holdende en drikkevare til opvarmning med det i fig. 1 viste apparat, fig. 3 et longitudinalt snit taget langs linien 4

DK 159359 B

III-III i fig. 1, idet apparatet er vist i en hviletilstand, fig. 4 et lignende snit som vist i fig. 3 i en opvarmningstilstand, 5 fig. 5 et snit i større målestok gennem en de talje af det i figurerne 3 og 4 viste, og fig. 6 et diagram delvis i blokdiagramform over det elektriske kredsløb for det i fig. 1 viste apparat. Apparatet ifølge opfindelsen har et hus 1, jf.

10 fig. 1. En plan overflade 2 af huset 1 er forsynet med en åbning 3, som er indrettet til at rumme en kopformet beholder 5 for en væske, i dette tilfælde en drikkevare 7, i et C-formet eller gaffelformet bæreorgan 4. Beholderen 5, der er vist i fig. 2, er 15 fremstillet af en termoplast og er lukket hermetisk tæt ved hjælp af et metallåg 6. Beholderen 5 skal, når den er vendt på hovedet, være i indgreb med bæreorganet 4, således at drikkevaren 7 forbliver i berøring med metallåget 6 under hele opvarmningsperioden.

20 Bæreorganet 4 udgør den ene ende af en arm 8, hvis anden ende er fastgjort til et beslag 9, som er i stiv forbindelse med en bæreplade 10, der er fremstillet af et plastmateriale, som går under handelsnavnet "vetronite". Beslaget 9 holder det C-formede bæ-25 reorgan 4 i en i det væsentlige horisontal stilling, når apparatet befinder sig i hvile.

Bærepladen 10 basrer et trykt kredsløb og er fastgjort til huset 1. Pladen 10 understøtter en bægerformet beholder 11 af metal, hvori der findes 30 tre fjedre 12, der bærer et elektrisk modstandsopvarmningsorgan 13. Opvarmningsorganet 13 er anbragt neden under det C-formede bæreorgan 4, og strømforsynes gennem et par ledninger 14.

På pladen 10 er der ligeledes anbragt en elek-35 tromagnet 15, der er indrettet således, at dens polstykker 16 kan virke på to arme 8a, som går på tværs af armen 8. En hovedafbryder 17, i form af en mikro-kobler, som normalt er åben, er indskudt mellem netled-

DK 159359 B

5 ninger, som ikke er vist, og en elektrisk styreenhed 18, der er indrettet til at regulere strømforsyningen til modstandsopvarmningsorganet 13 og magnetiseringen af elektromagneten 15.

5 Under apparatets brug holdes armen 8 i en ho risontal hvilestilling ved hjælp af beslaget eller bøjlen 9.

Når der på en beholder, der er vendt på hovedet, og som er anbragt i det C-formede bæreorgan 4, jf. fig.

Ί0 4, udøves et nedadrettet tryk til overvindelse af beslaget 9's elastiske modstand, forskydes bæreorganet 4 en smule nedefter, hvilket bringer beholderen 5's låg 6 i berøring med opvarmningsorganet 13.

Opvarmningsorganet 13, der er af den helt luk-Ί5 kede type, er formet som en plankonveks linse med sin konyekse side 19 vendende opad. Fjedrene 12 trykker opvarxnningsorganet 13 i tæt berøring med hele låget 6's overflade, idet der sker en tilpasning til eventuelle vridninger af låget hidrørende fra dets opvarm-20 ning.

Opvarmningsorganet 13's opadvendende konvekse overflade 19 er af metal, jf. fig. 5, og virker som en varmeflade, idet den er anbragt i termisk berøring med et varmelegeme 191 af nikkeltråd, jf. fig. 5.

25 Det nævnte varmelegeme 191 er viklet i spiral form ovenpå en isolerende bærer 192, og er indstøbt i et glasagtigt formstof. Strømtilførslen sker gennem ledninger 14, som går ud igennem opvarmningsorganet 13's nederste plane flade 193.

30 Når beholderen 5 trykkes ned i den i fig. 4 viste opvarmningsstilling, lukker armen 8 mikrokoble-ren 17, hvilket forbinder strømforsyningen med den elektroniske styreenhed 18, som strømforsyner modstandsopvarmningsorganet 13 og leverer magnetiserings-35 strøm til elektromagneten 15.

Efter at være blevet magnetiseret virker elektromagneten 15 på armen 8's tværgående arme 8a og holder derved armen 8 i en nedtrykket tilstand indtil 6

DK 159359 B

elektromagneten afaktiveres ved hjælp af styreenheden 18 ved afslutningen af opvarmningsperioden. Når elektromagneten er afaktiveret vender armen 8 tilbage til sin oprindelige hvilestilling, hvilket giver mikrokob-5 leren 17 mulighed for at åbne igen og afbryde for strømforsyningen til styreenheden 18, hvilket igen afbryder for strømforsyningen til opvarmningsorganet 13.

Fig. 6 viser skematisk et kredsløb for styreenheden 18. Denne enhed 18 omfatter en Wheatstone-bro 10 20, hvis ene gren omfatter modstandopvarmningsorganet 13, der er balanceret mod en anden gren indeholdende en shuntmodstand 21 forbundet i serie med opvarmningsorganet 13, hvorhos broen har to forholdsgrene indeholdende henholdsvis en fast modstand 22 og en regu-15 lerbar modstand 23.

Et par strømforsyningeledninger 24 og 25, der er forbundet til indgangsklemmer henholdsvis 26 og 27 for styreenheden 18, er sluttet til Wheatstone-broen 20 gennem en tyristor (eller SCR) 28, der udgør en 20 del af et strømregulerende kredsløb 30, der er vist med stiplet streg. Reguleringskredsen indeholder en første manøvrekreds 29 bestående af en unijunctiontran-sistor (UJT), der fungerer som impulsgenerator.

Wheatstone-broen 20's målediagonal omfatter et 25 styrekredsløb 31, der ligeledes udgør en del af strømreguleringskredsen 30. Styrekredsløbet 31 består af en differensforstærker 32, hvis udgangssignal ledes videre til et integrationskredsløb 33, der er forbundet til en første tærskelkomparator 34. Udgangen 30 af denne første tærskelkomparator 34 er forbundet til den første manøvrekreds 29, som styrer tændingen af tyristoren 28.

Den normalt åbne mikrokobler 27 afskærer strømforsyningen fra styreenheden 18 under apparatets hvi-35 lestilling.

En brokoblet ensretter 35 er forbundet via en triac 36 til strømtilførselsledningerne 24 og 25 og har sin ensrettende diagonal forbundet til elektromag- 7

DK 159359B

neten 15, som er koblet i parallel med en stabiliserende diode 37. Triac'en 36's styreelektroder 38 er forbundet til en timer 39, som er vist med stiplede linier, og som omfatter en savtand-generator 40, der 5 kan indstilles ved hjælp af en regulerbar modstand 41. Savtand-generatoren 40's udgang er forbundet til en anden tærskelkomparator 42, hvis udgang er forbundet til en anden manøvrekreds 43, der styrer trigningen af triac'en 36.

10 En vekselstrøm/jævnstrøm-omsætter 44 er for bundet til strømtilførselsledningerne 24 og 25, og frembringer et par stabiliserede og balancerede spændinger +V og -V og en ikke-stabiliseret spænding V , der påtrykkes de foroven nævnte kredsløb 29, 32, C w 15 34, 40, 42 og 43 således som vist skematisk på tegnin gen.

I det følgende beskrives styreenheden 18's virkemåde .

Når mikrokobleren 17 lukkes .ved nedtrykning af 20 armen 8 aktiverer manøvrekredsen 43, som er trigget ved hjælp af den af omsætteren 44 tilvejebragte spænding V , triac'en 36, som følgelig tillader magne-

OO

tisering af elektromagneten 15 med én af den brokoblede ensretter 35 frembragt ensrettet strøm. Når elek-25 tromagneten 15 er blevet magnetiseret holder den armen 8 nede, idet den således holder mikrokobleren 17 lukket.

Samtidig hermed startes savtand-generatoren 40, der påtrykker den anden tærskelkomparator 42 en spæn-30 ding, som stiger lineært med tiden. Efter et bestemt tidsinterval, regnet fra det øjeblik mikrokobleren 17 lukkes, når det af savtand-generatoren 40 frembragte signal et sådant spændingsniveau, at den anden tærskelkomparator 42 udløses og forårsager, at den anden ma-35 nøvrekreds 43 blokerer for triac'en 36. Triac'en er således afaktiveret, og enretterkredsen 35 ophører med at levere strøm til elektromagneten 15, der efter afaktiveringen giver armen 8 mulighed for at vende

DK 159359 B

8 tilbage til sin hvilestilling med en deraf følgende genåbning af mikrokobleren 17 og frakobling af den elektroniske styreenhed 18 og af opvarmningsorganet 13 fra energikilden.

5 Idet der vendes tilbage til det tidspunkt, hvor mikrokobleren 17 lukkes, beskrives virkemåden af den resterende del af den elektroniske styreenhed 18 i det følgende under henvisning til fig. 6.

Styret af manøvrekredsen 29 lukker tyristoren 10 28, således at strømforsyningen forbindes til Wheat- stone-broen 20, hvorved opvarmningsorganet 13 får tilført strøm.

Opvarmningsorganet 13 for det illustrerede eksempel har i kold tilstand en nominel effekt på ca. 2 kW, 15 og modstanden i varmelegemet har en positiv temperaturkoefficient, således at værdien af denne modstand stiger mærkbart med temperaturen (5% pr. °C).

Målespændingen over Wheatstone-broen 20's målediagonal, som aftastes af reguleringskredsen 30, er 20 derfor et mål for den af opvarmningsorganet 13's modstand opnåede temperatur. Denne målespænding føres, efter at være blevet forstærket i differensforstærkeren 32 og integreret i integrationskredsløbet 33, til den første tærskelkomparator 34, der ophører med at strøm-25 forsyne manøvrekredsen 29, når spændingen på indgangen overskrider et bestemt tærskelniveau, hvilket blokerer tyristoren 28 og dermed afbryder strømforsyningen til opvarmningsorganet 13.

Strømforsyningen til modstandsopvarmningsorganet 30 13 genoprettes automatisk for hver femte cyklus ved hjælp af cyklusstyreorganer, således at den foroven nævnte målespænding påtrykkes reguleringskredsen 30's indgang til periodisk indikering af modstandsopvarmningsorganet 13's temperatur.

35 Styrekredsløbet 31 frembringer på denne måde en proportional/integral-regulering af det målesignal, der tilvejebringes ved hjælp af Wheatstone-broen 20's målediagonal, således at strømforsyningen til opvarmnings-

Claims (5)

1. 20 PATENTKRAV
2. 1. Apparat til opvarmning af en væske i en beholder af termoplast, der er lukket tæt ved hjælp af et metallåg, omfattende en kombination af bæreorganer (4, 8) for beholderen (5) indrettet 25 til at gribe beholderen (5) i omvendt stilling, et modstandsopvarmningsorgan (13) anbragt således i forhold til bæreorganerne, at det under hele opvarmningsprocessen er i termisk berøring med praktisk taget hele metallåget (6) af den på hovedet vendende beholder 30 (5), og en elektronisk styreenhed (18) for opvarmningsorganet forbundet til en strømforsyningskilde gennem en hovedafbryder (17), hvilken styreenhed omfatter en Wheatstone-bro (20) fødet ved hjælp af strømtilførsels- O C ledninger (24, 25), som er forbundet til indgangsklemmer (26, 27) for den elektroniske styreenhed (18), hvor modstandsopvarmningsorganet (13) indgår i en af Wheat-stone-broens (20) grene, hvilken bro på en målediagonal DK 159359 B frembringer et signal til indikering af den af opvarm— ningsorganets (13) modstand opnåede temperatur, kendetegnet ved, a) en reguleringskreds (30) til regulering af 5 strømtilførslen til Wheatstone-broen (20) i afhængighed af signalet på broens målediagonal, så at opvarmningsorganets temperatur efter en indledende transient fase i hovedsagen forbliver inden for et bestemt interval under hele væskens (7) opvarmningsperiode, og 10 b) en tidstyreenhed (39) indrettet til efter en bestemt tid, regnet fra det øjeblik opvarmningen begynder, at afbryde for strømtilførslen til Wheatstone-broen (20) ved hjælp af reguleringskredsen (30) og at åbne hovedafbryderen (17) til frakobling af styreenheden (18) fra 15 strømforsyningskilden, og ved at reguleringskredsen (30) omfatter et første styret kobleorgan (28) indskudt mellem Wheatstone-broen (20) og en af strømtilførselsledningerne (24) og indrettet til at bryde eller slutte strømmen 20 til brokredsløbet (20), en første manøvrekreds (29) til frembringelse af styresignaler til lukning af det første styrede kobleorgan (28), og et styrekredsløb (31) med en indgang forbundet til 25 wheatstone-broens (20) målediagonal og indrettet til at styre den første manøvrekreds (29) til skiftevis åbningsstyring eller blokering af sidstnævnte kreds i en følge af faser, hvis varighed afhænger af værdien af det signal, som optræder på Wheatstone-broens målediagonal, i 20 overensstemmelse med en formel af den proportional/inte-grale type, hvilken første manøvrekreds (29) i blokeringsfaserne styrer den periodiske kortvarige lukning af det første styrede kobleorgan (28) til muliggørelse af en periodisk tilførsel, selv under de nævnte blokerings-25 faser, af for synings strømmen til Wheatstone-broen (20) med henblik på at holde opvarmningsorganet (13) delvis i gang.
3. 2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet DK 159359B ved, at det første styrede kobleorgan (28) omfatter en tyristor (SCR), og at den første manøvrekreds (29) omfatter en impulsgenerator indeholdende en unijunction-transistor (UJT).
4. 3. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at styrekredsløbet (31) består af en differensforstærker (32) til forstærkning af det signal, der optræder på Wheatstone-broens (20) målediagonal, et til differensforstærkerens udgang forbundet integrationskreds-10 løb (33) samt en første tærskelkomparator (34) forbundet til integrationskredsløbets udgang og indrettet til at blokere nævnte første manøvrekreds (29), når spændingen på indgangen af den første komparator overskrider en præetableret tærskelværdi. 15 4 . Apparat ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at tidsstyreenheden (39) omfatter en savtandgenerator (40) til fødning af en anden tærskelkomparator (42), en til udgangen af denne komparator forbundet anden manøvrekreds (43), som er indret-20 tet til at holde hovedafbryderen (17) lukket i nævnte på forhånd bestemte interval ved aktivering af en elektromagnet (15), der samvirker med nævnte afbryder (17).
5. 5. Apparat ifølge krav 4, kendet eg net ved, at den anden manøvrekreds (43) efter forløbet af 25 det fastsatte tidsinterval afaktiverer elektromagneten (15) ved åbning af et andet styret kobleorgan (36), såsom en triac, som er indskudt i strømtilførslen til elektromagneten (15). 30 35