ES2296340T3 - Elemento de calentamiento para un recipiente de calentamiento de liquidos. - Google Patents

Abstract

ESTA INVENCION SE REFIERE A UN ELEMENTO DE CALENTAMIENTO PARA UN RECIPIENTE DE CALENTAMIENTO DE LIQUIDO, QUE COMPRENDE UN SUBSTRATO METALICO, UNA CAPA DE AISLAMIENTO APLICADA SOBRE EL SUBSTRATO, Y UN CIRCUITO CALEFACTOR ELECTRICAMENTE CONDUCTOR QUE CUBRE LA CAPA DE AISLAMIENTO. ESTE CIRCUITO CALEFACTOR CONSTA DE UNA TRAYECTORIA QUE SE EXTIENDE ENTRE DOS PASTILLAS DE CONTACTO, DEFINIENDO ESTE CIRCUITO UNAS ZONAS DE DENSIDAD RELATIVAMENTE ELEVADA DE PARTES DE CIRCUITO Y ZONAS DE DENSIDAD RELATIVAMENTE BAJA DE OTRAS PARTES DE CIRCUITO. LAS PASTILLAS DE CONTACTO SE ENCUENTRAN EN UNAS ZONAS DE DENSIDAD RELATIVAMENTE BAJAS Y LA DISTRIBUCION DEL CIRCUITO DE CALENTAMIENTO RESISTENTE ESTA DISEÑADA DE TAL FORMA QUE SI HAY UN SOBRECALENTAMIENTO TERMICO DEL ELEMENTO, ESTE CIRCUITO SE ROMPE EN UNO DE UN CONJUNTO PREDETERMINADO DE LUGARES EN ZONAS DE ALTA DENSIDAD DEL CIRCUITO DE CALENTAMIENTO RESISTENTE. POR LO TANTO, ESTE CIRCUITO FUNCIONA COMO FUSIBLE TERMICO.

Description

Elemento de calentamiento para un recipiente de calentamiento de líquidos.

Esta invención se refiere a elementos de calentamiento eléctricos, por ejemplo para su uso en recipientes de calentamiento de líquidos, tales como hervidores de agua, dispositivos de cocción de arroz, cafeteras, etc. El elemento de calentamiento según la presente invención comprende un elemento de calentamiento metálico para un recipiente de calentamiento de líquidos, que comprende un sustrato metálico, una capa aislante prevista sobre el sustrato, y una pista de calentamiento conductora de la electricidad prevista sobre la capa aislante que comprende una trayectoria y que se extiende entre dos áreas terminales de contacto, en el que la pista de calentamiento define regiones de densidad relativamente alta de partes de pista y regiones de densidad relativamente baja de partes de pista, estando ubicadas las áreas terminales de contacto en regiones de densidad relativamente baja, y en el que la disposición de la pista de calentamiento está diseñada de modo que en el caso de sobrecalentamiento térmico del elemento, la pista de calentamiento se rompe en una de un conjunto predeterminado de ubicaciones. La invención se refiere en particular a elementos de calentamiento que comprenden una pista de conducción calentada eléctricamente prevista sobre un sustrato metálico sustancialmente plano.

Este tipo de elemento de calentamiento se usa cada vez más en hervidores de agua eléctricos, en los que proporciona la ventaja de que limpiar el interior del hervidor de agua es más sencillo, y puede ser posible hervir una cantidad pequeña de agua, ya que se requiere una cantidad más pequeña de agua para cubrir el elemento de calentamiento que la que se requiere para los elementos convencionales de inmersión. Los requisitos de seguridad dictan que los hervidores de agua eléctricos requieren dos dispositivos de protección para garantizar que el suministro eléctrico al elemento de calentamiento se interrumpa en el caso de sobrecalentamiento del hervidor de agua eléctrico (por ejemplo si falla el interruptor de corte sensible al vapor para hervir, o si el hervidor de agua se enciende sin agua en su interior). Convencionalmente, los dos dispositivos de protección de sobrecalentamiento se han integrado en una unidad de control del hervidor de agua eléctrico y uno o ambos de estos dispositivos de protección de sobrecalentamiento pueden comprender un interruptor bimetálico que se apaga cuando una tira bimetálica alcanza una temperatura predeterminada. Adicionalmente, o como alternativa, partes del alojamiento de control pueden formarse a partir de un plástico que se funde a una temperatura predeterminada de modo que en el caso de fallo de todos los demás dispositivos de protección, el cuerpo del alojamiento de control se funde lo que tiene como resultado el movimiento de componentes que provoca la desconexión del suministro eléctrico al elemento de calentamiento. Si se emplea esta protección de fusión, puede requerirse sólo un dispositivo de protección térmico en la forma de un interruptor
bimetálico.

Un elemento de calentamiento tal como se describe en el primer párrafo se conoce a partir del documento WO94/18807, documento que da a conocer un elemento de calentamiento en el que el conjunto predeterminado de ubicaciones se define mediante partes de pista de anchura reducida ubicadas adyacentes a las áreas terminales de contacto.

El documento EP 0 715 483 da a conocer un elemento de calentamiento eléctrico que comprende una pista de calentamiento conductora prevista sobre un sustrato, y que se extiende entre dos terminales de contacto. La pista comprende una primera parte que se extiende alrededor de la circunferencia del elemento de calentamiento y es una parte no calentada de la pista. Esta primera parte está conectada en serie a una segunda parte interior de calentamiento de la pista. La parte no calentada de la pista actúa como un fusible térmico que rompe la conexión entre las dos áreas terminales de contacto en el caso de sobrecalentamiento del elemento de calentamiento.

La presente invención proporciona un elemento de calentamiento para un recipiente de calentamiento de líquidos según el primer párrafo, en el que el conjunto predeterminado de ubicaciones está previsto en las regiones de alta densidad de la pista de calentamiento.

En el elemento de calentamiento de la invención, la disposición de la pista está diseñada con regiones de alta densidad y con regiones de baja densidad de partes de pista, y esto hace que surjan puntos calientes locales provocados por la pista de calentamiento. El diseño apropiado de estos puntos calientes permite seleccionar la posición de la rotura de pista en el caso de sobrecalentamiento, de modo que la pista de calentamiento pueda actuar como un fusible fiable. La posición en la que se produce la rotura es importante, ya que esto permite minimizar el riesgo de formación del arco eléctrico, así como el riesgo de altas sobretensiones durante la rotura de la pista.

Preferiblemente, las ubicaciones predeterminadas están alejadas de las áreas terminales de contacto, de modo que cuando hay una rotura de pista en la ubicación seleccionada, no se produce formación del arco eléctrico desde el punto de rotura de las áreas terminales de contacto, lo que posiblemente podría conducir por tanto a un peligro de incendio.

Con el fin de limitar el nivel de sobretensión que se produce durante la rotura de pista, es deseable que la rotura de pista se produzca hacia la mitad de la pista de calentamiento, de modo que haya una parte resistiva de la pista de calentamiento entre el punto de rotura y cada una de las áreas terminales de contacto. Por tanto, independientemente de la polaridad de la tensión aplicada a las áreas terminales de contacto, hay algo de resistencia en la pista desde el área terminal de contacto de alta tensión (con corriente) al punto de rotura, y esto limita la sobretensión que se produce durante la rotura de pista.

Preferiblemente, las áreas terminales de contacto están situadas en una parte interior del elemento de calentamiento, y las partes de la pista de calentamiento que conducen directamente desde las dos áreas terminales de contacto se extienden cada una de manera radial hacia fuera a través de una región de baja densidad a una parte exterior del elemento de calentamiento y después siguen una pista que avanza hacia el centro del elemento.

Se ha descubierto que el punto de rotura de la pista de calentamiento se produce en un punto de la pista de calentamiento en el que las condiciones de punto caliente local están presentes también como una alta tensión. En consecuencia, cuando la parte de pista de calentamiento se extiende desde las áreas terminales de contacto a una periferia del elemento de calentamiento a través de una región de baja densidad del elemento, se evita la rotura de la pista de calentamiento en partes de la pista de calentamiento adyacentes a las áreas terminales de contacto. Por tanto, puede reducirse la máxima sobretensión transitoria tras la rotura. Además, cuando la pista de calentamiento sigue una trayectoria que avanza hacia el centro de los elementos, múltiples roturas que pueden producirse avanzarán hacia fuera hacia una parte más fría del elemento de calentamiento y por tanto se extinguirán.

Una región de relativamente alta densidad de partes de pista comprende preferiblemente por tanto una región en la que hay más de dos partes de pista de calentamiento muy próximas y sustancialmente paralelas entre sí.

La invención proporciona también un hervidor de agua eléctrico que incluye un elemento de calentamiento de la invención. El hervidor de agua eléctrico puede comprender un único dispositivo de control de sobrecalentamiento de modo que la propia pista de calentamiento y el dispositivo de control de sobrecalentamiento proporcionen juntos dos niveles de protección frente al sobrecalentamiento.

La invención se describirá ahora a modo de ejemplo, con referencia a y tal como se muestra en los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 muestra la configuración de pista de un elemento de calentamiento según la invención; y

la figura 2 muestra un hervidor de agua eléctrico que incorpora un elemento de calentamiento de la invención.

La figura 1 muestra en una vista en planta un elemento de calentamiento según la invención. Aunque no se muestra en detalle la construcción, el elemento de calentamiento comprende un sustrato sobre el que se prevé una capa dieléctrica aislante y una pista 4 de calentamiento resistiva a la electricidad sobre la capa aislante.

El sustrato comprende una placa de material conductor del calor, tal como acero o acero inoxidable. Se prefiere el acero inoxidable porque los beneficios de la anticorrosión son útiles para aplicaciones de calentamiento de agua. El sustrato está formado generalmente como una lámina plana de metal y puede tener cualquier forma adecuada. La capa aislante, que está formada sobre el sustrato, puede comprender por ejemplo un material de vidrio cerámico o de porcelana esmaltada. Según el revestimiento seleccionado, su aplicación puede ser por impresión, pulverización o inmersión. El experto en la técnica apreciará que pueden seleccionarse diversas composiciones dieléctricas, y que se dispone de diversas técnicas apropiadas para formar la capa aislante.

La pista 4 de calentamiento está formada sobre la capa aislante que utiliza una técnica de película gruesa y comprende una trayectoria resistiva entre dos terminales 6.

La invención se basa en la comprensión de que la pista de calentamiento puede funcionar como un dispositivo de protección frente al sobrecalentamiento, si la disposición de la pista puede diseñarse para proporcionar un fusible fiable. Esto permite que la disposición de la pista de calentamiento sustituya uno de los dispositivos de protección frente al sobrecalentamiento que puede de otro modo requerirse por razones de seguridad.

Diversos factores influyen en la manera en la que la pista de calentamiento se rompe durante sobrecalentamiento de corte, y estos factores deben tenerse en cuenta cuando se diseña la disposición de la pista de calentamiento.

Los inventores han descubierto que para una configuración de pista particular, la fusión de la pista de calentamiento (que se produce cuando todos los demás dispositivos de protección frente al sobrecalentamiento están deshabilitados) se produce siempre en una o más ubicaciones identificables. Se ha descubierto que la rotura de pista se produce en regiones del elemento de calentamiento en las que se producen puntos calientes locales y dentro de dichos puntos calientes la pista que se rompa será la de mayor tensión aplicada a la misma. Una de las áreas 6 terminales de contacto de la pista 4 de calentamiento está conectada a un terminal con corriente y la otra está conectada a un terminal neutro. Por tanto, dentro de un punto caliente del elemento de calentamiento la pista que está más próxima al terminal con corriente será la primera que se rompa. Durante la rotura de una pista, aparece un orificio de fusión a través de la pista de calentamiento y la corriente puede pasar temporalmente desde la pista de calentamiento a través del sustrato de metal subyacente. Por tanto, los orificios de fusión que provocan la rotura de la pista de calentamiento se producen durante una sobretensión.

Si la fusión de la pista de calentamiento va a actuar como un dispositivo de protección frente al sobrecalentamiento, se requiere que la activación del dispositivo de sobrecalentamiento no tenga como resultado la rotura de cualquier fusible exterior, incluyendo el tapón fusible y cualquier fusible en el circuito doméstico de la red. Por tanto es necesario controlar la sobretensión que se produce durante la rotura de pista con el fin de limitar el pico de sobretensión así como el tiempo durante el cual tiene lugar la sobretensión.

Si el punto caliente se produce adyacente a puntos de tierra de los elementos de calentamiento o adyacente a las áreas 6 terminales de contacto, la pista puede romperse por formación del arco eléctrico entre los puntos de tierra o las áreas terminales de contacto y la pista más próxima en el punto caliente. Esto proporciona acción de fusión menos predecible, lo que puede tener como resultado mayores sobretensiones.

La configuración de pista mostrada en la figura 1 se ha diseñado teniendo en cuenta los factores anteriores, tal como se explicará en la siguiente descripción.

Tal como se describió anteriormente, la pista 4 de calentamiento comprende una trayectoria que se extiende entre dos áreas 6 terminales de contacto. La disposición de la pista de calentamiento tiene como resultado zonas diferentes del sustrato que presentan diferente densidad de trayectorias de pista de calentamiento. Por ejemplo en la figura 1 las regiones 8 pueden considerarse regiones de densidad relativamente alta de partes de pista y el resto del elemento de calentamiento puede considerarse como una región de densidad relativamente baja de partes de pista. A este respecto, puede definirse una región de alta densidad como una que presenta más de dos partes de pista de calentamiento que discurren sustancialmente paralelas entre sí y muy próximas entre sí. Sin embargo, para los fines de la invención, todo lo que se requiere es que las regiones seleccionadas del elemento estén ocupadas más densamente por la parte de pista de calentamiento que otras regiones, de manera que se producirán puntos calientes sobre partes predefinidas del sustrato de elemento de calentamiento.

La pista de calentamiento mostrada en la figura 1 comprende las dos áreas 6 terminales de contacto, y las conexiones de la red a la pista de calentamiento son a través de estas áreas terminales de contacto a través de una unidad de control adecuada. Las conexiones de la unidad de control al elemento de calentamiento se muestran también como puntos 10 de tierra. Las áreas 6 terminales de contacto y los puntos 10 de tierra están ubicados cada uno en la zona de baja densidad del elemento de calentamiento. Estos terminales por tanto están separados de los puntos calientes del elemento de calentamiento.

Tal como se explicó anteriormente, es deseable que la rotura de la pista se produzca a cierta distancia del área 6 terminal de contacto, de modo que haya algo de resistencia entre el punto de rotura y el terminal con corriente (que puede ser una u otra de las áreas 6 terminales de contacto). En determinados países no es posible definir que área 6 terminal de contacto está conectada al punto con corriente y cuál está conectada al neutro, como resultado de las tomas de corriente reversibles. En consecuencia, es necesario que el punto de rotura se produjera a cierta distancia a lo largo de la pista de calentamiento desde cualquier terminal 6 de contacto, y esto hace que surja la característica preferida de que la configuración de la pista de calentamiento sea simétrica respecto a la línea de igual distancia desde los dos terminales de contacto (la línea vertical 12 de la figura 1).

Para garantizar que la rotura de la pista no se produzca sólo a una corta distancia a lo largo de la pista de calentamiento desde el área 6 terminal de contacto, las partes 14 de pista que conducen directamente desde las áreas 6 terminales de contacto se extienden a través de una región de baja densidad hacia la periferia del elemento de calentamiento que cuando el elemento está en funcionamiento es una zona relativamente fría. Las partes de pista de calentamiento siguen entonces una trayectoria hacia dentro tal como se representa mediante las flechas 16 en las regiones 8 de alta densidad.

La configuración de pista tal como se muestra en la figura 1 se rompe durante una prueba de sobrecalentamiento aproximadamente en uno de los puntos 18 (dependiendo de la polaridad de las áreas 6 terminales de contacto). Por tanto, la configuración de pista de calentamiento garantiza que parte de de pista de calentamiento esté entre el terminal con corriente y el punto de rotura, de modo que está controlada la máxima corriente que fluye a través del orificio de fusión (el punto de rotura) al sustrato.

También se ha descubierto que después de una rotura inicial de la pista de calentamiento, pueden producirse una segunda y adicionales roturas que avanzan a lo largo de la pista de calentamiento hacia el terminal con corriente. Esto se produce porque aunque después de una rotura inicial no puede fluir corriente entre las áreas 6 terminales de contacto a lo largo de la pista 4 de calentamiento, el punto caliente del elemento de calentamiento está presente todavía, y el elemento de calentamiento puede estar todavía aumentando su temperatura como resultado del calor almacenado en la pista de calentamiento. Un orificio de fusión adicional puede aparecer por tanto en un punto de tensión superior a lo largo de la pista de calentamiento. Esto puede hacer que surja una secuencia de orificios de fusión indicados por 18a, 18b, 18c, 18d apareciendo en ese orden. En cada caso el orificio de fusión avanza hacia el terminal de contacto con corriente y puede saltar a través de partes de pista, tal como se muestra. Como resultado del avance hacia el interior de la pista de calentamiento representada mediante las flechas 16, estos orificios de fusión avanzan hacia fuera hacia la periferia exterior del elemento de calentamiento. Debido a que la periferia exterior del elemento de calentamiento es una zona de temperatura inferior del elemento, en algún punto las roturas alcanzarán el borde del punto caliente, y la combinación de tensión y temperatura ya no es suficiente para crear la rotura de la pista. En consecuencia, los orificios de fusión se extinguen con el tiempo.

Se ha descubierto que esto es un factor importante ya que si se permite que un gran número de orificios de fusión aparezcan sucesivamente esto puede hacer que surja una gran sobretensión suficiente para fundir un tapón fusible. La configuración de la pista de la invención garantiza que cualquier sucesión de orificios de fusión se extingue con el tiempo limitando de ese modo la sobretensión que se produce durante el sobrecalentamiento térmico.

La distribución de calor térmico provocada por cualquier configuración de pista particular puede examinarse utilizando técnicas de formación de imágenes térmicas cuando se aplica una tensión a la pista de calentamiento mientras se deshabilitan otros dispositivos de protección frente al sobrecalentamiento. Esto permite predecir con precisión el punto de rotura para una configuración de pista.

El elemento de calentamiento de la invención puede aplicarse a diversos recipientes de calentamiento pero, como ejemplo preferido, la figura 2 muestra un hervidor de agua eléctrico que incorpora un elemento de calentamiento de la invención.

De manera convencional, el elemento de calentamiento está suspendido en la base del hervidor 20 de agua con la pista 4 de calentamiento orientada hacia abajo. Durante el funcionamiento del hervidor de agua, el calor se transfiere desde la pista 4 de calentamiento a través de la capa aislante y el sustrato al cuerpo 22 del hervidor 20 de agua. El hervidor 20 de agua incluye una unidad 24 de control conectada en el punto 10 de tierra y que hace contacto eléctrico con las áreas 6 terminales de contacto. La unidad 24 de control puede incluir un conector sin cable o convencional y puede incluir uno o más dispositivos de protección frente al sobrecalentamiento térmico. Incluso si se incluye sólo un dispositivo de protección frente al sobrecalentamiento térmico en la unidad 24 de control, se obtiene doble protección en virtud de la acción de fusión térmica de la propia pista de calentamiento.

Claims (8)

1. Elemento de calentamiento para un recipiente de calentamiento de líquidos, que comprende un sustrato metálico, una capa aislante prevista sobre el sustrato y una pista (4) de calentamiento conductora de la electricidad prevista sobre la capa aislante que comprende una trayectoria y que se extiende entre dos áreas (6) terminales de contacto, en el que la pista de calentamiento define regiones (8) de densidad relativamente alta de partes de pista y regiones de densidad relativamente baja de partes de pista, estando ubicadas las áreas terminales de contacto en regiones de densidad relativamente baja, y en el que la disposición de la pista de calentamiento está diseñada de modo que en el caso de sobrecalentamiento térmico del elemento, la pista de calentamiento se rompe en una de un conjunto predeterminado de ubicaciones (18, 18a, 18b, 18c, 18d), caracterizado porque el conjunto predeterminado de ubicaciones (18, 18a, 18b, 18c, 18d) está previsto en regiones (8) de alta densidad de la pista (4) de calentamien-
to.

2. Elemento de calentamiento según la reivindicación 1, en el que ubicaciones predeterminadas están alejadas de las áreas (6) terminales de contacto.

3. Elemento de calentamiento según la reivindicación 2, en el que la pista (4) de calentamiento está diseñada de modo que en el caso de que se produzca una secuencia de roturas durante el sobrecalentamiento, éstas avanzan en el tiempo hacia una parte más fría del elemento.

4. Elemento de calentamiento según la reivindicación 3, en el que las áreas (6) terminales de contacto están situadas en una parte interior del elemento de calentamiento, y las partes de la pista (4) de calentamiento que conducen directamente desde las dos áreas terminales de contacto se extienden cada una radialmente hacia fuera a través de una región de baja densidad hasta una parte exterior del elemento de calentamiento, y después siguen una trayectoria que avanza hacia el centro del elemento.

5. Elemento de calentamiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una región de densidad relativamente alta de partes de pista comprende una región en la que hay más de dos partes de pista de calentamiento muy próximas a y sustancialmente paralelas entre sí.

6. Elemento de calentamiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un elemento (24) de control acoplado a las áreas (6) terminales de contacto, y que presenta conexiones (10) de tierra al elemento, estando ubicadas las conexiones de tierra en la parte interior del elemento y en una región de baja densidad.

7. Hervidor (20) de agua eléctrico que incluye un elemento de calentamiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

8. Hervidor (20) de agua eléctrico según la reivindicación 7, que comprende un único dispositivo de control del sobrecalentamiento, proporcionando de ese modo el dispositivo de sobrecalentamiento y la pista (4) de calentamiento dos niveles de protección frente al sobrecalentamiento.