ES2254283T3 - Unidad de calentamiento electrico, particularmente para liquidos. - Google Patents
Unidad de calentamiento electrico, particularmente para liquidos.Info
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Abstract
Unidad de calentamiento eléctrico, particularmente para líquidos, con un soporte (2, 51), sobre el cual están fijados, para constituir al menos una zona de caldeo, al menos una resistencia calentadora eléctrica (10, 58) aplicada por una técnica de conductores planos, particularmente por una técnica de capas gruesas, así como al menos un sensor de temperatura (20, 59, 60, 61) correspondiente a la zona de calentamiento y realizado para emitir señales eléctricas de temperatura, por lo cual para la conexión eléctrica de la resistencia calentadora se atribuyen al soporte unos contactos conductores electrotérmicos (19) y, para la conexión eléctrica del sensor de temperatura unos contactos sensores (24), los contactos conductores electrotérmicos y los contactos sensores estando reunidos espacialmente de manera tan estrecha en un área de conexión (26, 55), que su contacto pueda establecerse de manera conjunta por un dispositivo de conexión común (30, 65), caracterizada por el hecho de que el soporte (2, 51) presenta un centro de soporte metálico (4, 49), sobre el cual se aplica al menos una capa de aislamiento eléctrico (6, 54) para soportar la resistencia calentadora (10, 58) y eventualmente también el sensor de temperatura (20, 59, 60, 61).
Description
Unidad de calentamiento eléctrico,
particularmente para líquidos.
La invención se refiere a una unidad de
calentamiento eléctrico, particularmente para líquidos.
Para calentar líquidos en estado de reposo y/o
continuo, por ejemplo en calentadores de agua, aparatos de agua
caliente, hervidores de agua, calentadores de agua instantáneos,
lavavajillas o similares, se usan actualmente con frecuencia
calentadores eléctricos tubulares o dispositivos basados en estos
últimos. Particularmente en el caso de los hervidores de agua o
similares se emplean también unidades calentadoras eléctricas, que
comprenden por ejemplo un soporte cerámico, sobre el cual, para
formar al menos una zona de calentamiento se aplica al menos una
resistencia calentadora eléctrica por una técnica de conductores
planos, particularmente por una técnica de capas gruesas. Se
muestra un ejemplo de ello en la DE 43 41 035. Para la desconexión
y/o regulación de la temperatura se usan por regla general en
semejantes unidades de calentamiento los conmutadores bimetal
mecánicos o sensores de temperatura fijados por separado y
electrónicamente evaluables. El cableado así como el montaje de
sistemas de caldeo de este tipo es costoso debido al gran número de
conexiones eléctricas a fabricar.
Por la DE 35 45 454 A se conoce una unidad de
calentamiento eléctrico realizada como elemento calentador de
placas de cocción, en la que el soporte no sólo lleva una
resistencia calentadora eléctrica producida por una técnica de
capas gruesas, sino también un sensor de temperatura atribuido a la
zona de calentamiento, conformado para emitir una señal de
temperatura eléctrica, en forma de una pista resistiva de medición
producida igualmente por una técnica de capas gruesas. Para la
simplificación de la conexión eléctrica de la unidad de
calentamiento está previsto que los contactos del conductor
electrotérmico destinados a la conexión eléctrica de la resistencia
calentadora en una zona no recalentada en el borde del soporte
fuera de la zona de calentamiento ocupada por la resistencia
calentadora eléctrica estén fijados al soporte. Allí se puede
establecer un contacto por ejemplo por medio de un enchufe en el
borde enchufable sobre el borde del soporte. Los contactos sensores
destinados a la conexión eléctrica de las pistas de resistencia de
medida están dispuestos en una zona central no recalentada del
soporte muy cerca de un perno de fijación, que sirve para la
fijación mecánica del elemento calentador en una encimera. En la
zona de los contactos sensores están previstos en el soporte unos
aisladores continuos para los conductores eléctricos necesarios para
la conexión del sensor de temperatura, por ejemplo en forma de tubo
de cerámica. También en esta unidad de calentamiento eléctrico, la
conexión eléctrica y el montaje son relativamente complicados.
La DE 196 48 199 A presenta una placa de cocción
vitrocerámica, en cuyo lado inferior están previstos circuitos
planos eléctricos, que sirven para determinar la temperatura así
como para la medición de la capacidad. Se establece un contacto
eléctrico con los circuitos mediante lengüetas de contacto
flexibles, que se sujetan en un bloque de conexiones y que están
provistas de un cable de conexión. Estas lengüetas de contacto se
adhieren a un extremo libre de los circuitos.
La invención se basa en la tarea de crear una
unidad de calentamiento eléctrica destinada especialmente al
calentamiento de sustancias líquidas, que puedan conectarse
eléctricamente con el mínimo esfuerzo.
Para solucionar esta tarea la invención propone
una unidad de calentamiento eléctrico con las características de la
reivindicación 1. Los perfeccionamientos ventajosos están indicados
en las reivindicaciones dependientes. El texto de todas las
reivindicaciones está realizado con referencia al contenido de la
descripción.
Una unidad de calentamiento eléctrico según la
invención tiene por consiguiente un soporte, al que está fijada al
menos una resistencia calentadora eléctrica para producir al menos
una zona de calentamiento por una técnica de conductores planos,
particularmente por una técnica de capas gruesas. Al soporte además
está fijado al menos un sensor de temperatura atribuido a la zona
de calentamiento, que está realizado para emitir señales eléctricos
de temperatura, de modo que las señales del sensor de temperatura
son electrónicamente evaluables. Al soporte están asociados unos
contactos conductores electrotérmicos para la conexión eléctrica de
la resistencia calentadora y contactos sensores para la conexión
eléctrica del sensor de temperatura y los contactos conductores
electrotérmicos y contactos sensores son reunidos en una zona de
conexión tan estrecha que pueda establecerse un contacto por un
sólo dispositivo de conexión común.
Esto es suficiente para la conexión completa de
la unidad de calentamiento eléctrico, para fijar el dispositivo de
conexión adaptado adecuadamente a la unidad de calentamiento, para
tanto conectar el suministro de potencia eléctrico para el o los
conductor(es) electrotérmico(s), como también crear
una comunicación por conducción de señales del sensor de
temperatura con un dispositivo de evaluación para la señal de
temperatura. El área de conexión, situada preferiblemente en la
parte marginal del soporte en una zona sin resistencia calentadora,
tiene ventajosamente una expansión lateral máxima de unos pocos
centímetros, por ejemplo menos de 5 cm o 4 cm, de modo que todos
los contactos fijos del soporte puedan contactarse juntos y en su
caso manualmente en una operación o de manera mecánica mediante un
dispositivo de conexión adecuado y manipulable ya sea manualmente o
mecánicamente. De este modo es posible la conexión eléctrica
completa de la unidad de calentamiento a través de un único
contacto de conexión común de grupos, minimizando así los gastos en
contactar la unidad de calentamiento.
Preferiblemente al menos un sensor de temperatura
está fijado sobre el soporte, igualmente por una técnica de
conductores planos, particularmente por una técnica de capas
gruesas, pudiendo realizar una construcción especialmente plana. Se
puede tratar en este caso particularmente de una resistencia de
medida, es decir de un conductor termosensible con coeficiente de
temperatura de la resistencia eléctrica bastante negativo (NTC) o
bastante positivo (PTC). Así pueden generarse señales de
temperatura unívocas fáciles de evaluar electrónicamente.
El soporte es realizado preferiblemente para
establecer un contacto directo con la sustancia a calentar y
conforme a ello tiene una o varias superficies de calentamiento,
con las cuales puede hacer contacto superficial con la sustancia a
calentar. Aquel puede adoptar cualquier forma adecuada y estar
formado por ejemplo por una placa o disco de cerámica, sobre su
material no eléctricamente conductivo puede ser aplicada
directamente la resistencia calentadora y el sensor de temperatura.
En un perfeccionamiento, que permite la fabricación económica del
soporte en diversas formas, presenta este último un núcleo de
soporte preferiblemente en forma de placa metálica, por ejemplo de
acero inoxidable, que está montada sobre al menos una capa aislante,
que lleva la resistencia calentadora y eventualmente el sensor de
temperatura. La capa aislante particularmente puede ser aplicada por
el método de capas gruesas, por ejemplo por serigrafía. Su espesor
puede estar en el orden de p. ej. 20 \mum hasta 250 \mum, por
ejemplo entre 50 \mum y 100 \mum. También las superficies
externas del centro del soporte, apartadas de la resistencia
calentadora, pueden estar provistas parcial o completamente de un
revestimiento aplicado por ejemplo por un método de capas gruesas,
para aislar el soporte eléctricamente y/o para protegerlo contra la
corrosión por la sustancia a calentar.
Especialmente en formas de realización con
soporte parcialmente metálico está previsto según un
perfeccionamiento preferido, que al menos un contacto a tierra esté
destinado a la zona de conexión, es decir junto a los contactos
conductores electrotérmicos y los contactos sensores, para la puesta
a tierra del dispositivo calentador. De este modo puede llevarse a
cabo adicionalmente, además de la alimentación de la red y la
conexión del sensor, la conexión para la puesta a tierra de la
unidad de calentamiento a través de un dispositivo de conexión
común. En formas de realización con centro de soporte metálico y
capa aislante puede preverse que esta última esté dotada de al
menos una escotadura o interrupción en la zona de conexión para
establecer el contacto eléctrico del centro de soporte o para la
conexión de un contacto a tierra con el centro de soporte. Puesto
que el centro de soporte es directamente accesible a la zona de las
escotaduras de capa aislante, esta zona puede aprovecharse
eventualmente también para fijar al soporte de manera segura a la
tracción un dispositivo de conexión separado, p. ej. por
soldadura.
Los contactos conductores electrotérmicos y
contactos sensores superficiales, así como eventualmente al menos
un contacto a tierra fijados al soporte pueden contactarse durante
la conexión del elemento calentador de una manera, que los hilos,
elementos de contacto o similares sean estañados o soldados
directamente a las superficies de contacto o que sean unidos de otra
manera por conducción eléctrica con las superficies de contacto.
También es posible prever un dispositivo de conexión insertable,
que esté formado de tal modo que quede sujetado al soporte tras su
inserción y que por ejemplo sus elementos de contacto flexibles
establezcan contacto con las superficies de contacto fijadas al
soporte. Especialmente preferidas son aquellas formas de
realización, en las que esté previsto un dispositivo de contacto
enchufable fijado mecánicamente al soporte con contactos
enchufables, que estén eléctricamente comunicados con los contactos
conductores electrotérmicos, los contactos sensores y eventualmente
los contactos a tierra. Un dispositivo de grupos de contactos
enchufables de este tipo convenientemente está formado por un único
componente del soporte que se puede fabricar por separado, que, una
vez acabado, se fijará al soporte y, provisto de sus componentes
eléctricamente activos, sirve como componente de una conexión por
enchufe eléctrica desmontable, que permite una conexión eléctrica
especialmente cómoda durante el montaje. Los contactos enchufables
metálicos pueden ser unidos de cualquier manera adecuada con los
respectivos contactos asociados y fijados al soporte o superficies
de contacto, estableciendo una unión mecánica permanente y
eléctricamente conductiva, particularmente conforme a una unión por
soldadura, por estaño y/o una unión por apriete (que se pueda
establecer sin medios auxiliares y eventualmente en frío).
Los contactos enchufables son realizados
preferiblemente como lengüetas de enchufe planas paralelas,
dispuestas en una cámara de enchufe formada en una carcasa del
dispositivo de contactos enchufables. Se hallan en este caso
preferiblemente según una trama predeterminada a una distancia
predeterminada el uno del otro o un múltiplo de ésta, en paralelo el
uno respecto al otro y, en serie, el uno al lado del otro en la
cámara de enchufe. Debido a que varias conexiones de enchufe planas
correspondientes a un conductor de entrada o salida o mazo de
cableado de entrada y salida están dispuestos en el interior de una
cámara de enchufe, se encuentran completamente protegidas, es decir
tanto de influencias contra la seguridad mecánica como también la
seguridad eléctrica. Las conexiones pueden preverse en una trama
muy estrecha, por ejemplo de 5 mm, sin que se tuviesen que temer
cortocircuitos o sobrecalentamientos.
El dispositivo de contactos enchufables
preferiblemente está provisto de una codificación mecánica, que
sirve para asegurar que un acoplamiento del dispositivo de
contactos enchufables fijado al soporte sea seguro y sin
confusiones, con una hembrilla complementaria prevista en un
conductor de conexión. De este modo puede descartarse un potencial
de error esencial durante el montaje y en una reparación
eventualmente necesaria de la unidad de calentamiento, puesto que
se excluyen contactos deficientes. La codificación mecánica puede
comprender por ejemplo escotaduras y/o salientes que se extiendan
en paralelo en la dirección de enchufe, variando en relación a su
número, dimensión y/o posición con respecto a la cámara de enchufe
en dispositivos de enchufe a conectar de diferente manera.
La señal de temperatura eléctrica emitida por el
sensor de temperatura puede utilizarse para la indicación y/o la
regulación o el control de la temperatura del elemento calentador.
Especialmente puede detectarse una sobretemperatura con ayuda del
sensor de temperatura en caso de uso impropio del elemento
calentador, por ejemplo en caso de funcionamiento sin reducción del
calor, y el elemento calentador puede desconectarse a través de la
regulación electrónica conectada y así protegerse de daños. La
unidad de calentamiento comprende preferiblemente un limitador de
carga integrado, que puede proteger el elemento calentador de una
sobrecarga y eventualmente del deterioro independientemente de una
evaluación semejante de la señal de temperatura y por consiguiente
puede servir eventualmente como una segunda seguridad integrada. El
limitador de carga puede ser realizado especialmente en forma de al
menos una vulnerabilidad, a modo de fusible, que esté dispuesto en
la extensión del conductor entre los contactos conductores
electrotérmicos. En este caso puede tratarse por ejemplo de una
resistencia impresa, que tenga una resistencia eléctrica más baja
que el conductor electrotérmico, por ejemplo con sólo 1% a 2% de la
resistencia del conductor electrotérmico y que se halle en serie,
en un conductor alimentador de la tensión de alimentación, sobre el
soporte. La potencia de superficie de la resistencia adicional
convenientemente se elige más alta en estado frío que la potencia
de superficie del conductor electrotérmico, de modo que en caso de
un funcionamiento impropio, por ejemplo en caso de funcionamiento en
seco de la unidad de calentamiento, se destruya esta resistencia y
se desconecte el calentamiento. La vulnerabilidad puede estar
formada también por un estrechamiento de la pista conductora en la
extensión de la resistencia calentadora.
La forma del soporte y la correspondiente
colocación de la resistencia calentadora y del sensor de
temperatura puede elegirse conforme a la aplicación prevista. Así
están previstos esencialmente los discos de soporte planos,
particularmente redondos, por ejemplo para hervidores de huevos,
calentadores de agua o similares. En su caso un soporte puede
presentar al menos en un punto un refuerzo producido
preferiblemente por deformación del soporte contra oscilaciones,
especialmente en forma de una sección marginal desdoblada. De este
modo puede reforzarse el soporte tanto contra las fuerzas de
oscilación introducidas desde fuera, por los dispositivos
funcionales eléctricos fijados al mismo, como el conductor
electrotérmico y el sensor de temperatura no sufran daños a causa
de las oscilaciones.
En otras formas de realización utilizables por
ejemplo para la estructuración de calentadores de agua
instantáneos, el soporte es realizado como tubo de soporte, al que
están fijados preferiblemente en su lado exterior, el conductor
electrotérmico o la resistencia calentadora y al menos un sensor de
temperatura. En este caso puede ocurrir particularmente, que al
menos un sensor de temperatura esté colocado en dirección
longitudinal del tubo, a ambos lados de una zona de calentamiento
calentada, por medio del o los conductor(es)
electrotérmico(s). Así se puede medir en el lado de entrada y
en el lado de salida la temperatura de la sustancia a calentar, que
fluye por el tubo. Mediante una evaluación de estas señales de
temperatura se puede averiguar por ejemplo el caudal.
En todas las unidades de calentamiento según la
invención es posible aplicar el calentamiento al soporte aislante
en un sistema sencillo de circuitos o en varios circuitos de
calentamiento. En sistemas de varios circuitos puede distribuirse
la potencia a voluntad sobre los circuitos de potencia. El o los
condu-
ctor(es) electrotérmico(s) pueden estar dispuestos entonces en serie o en paralelo, por lo cual preferiblemente se elige una disposición paralela, un circuito de calentamiento funcional en este caso en serie, para que en caso de una avería de un conductor electrotérmico siga funcionando la unidad de calentamiento como tal. Mediante la selección adecuada de los circuitos de calentamiento pueden conmutarse también diversas variantes de tensión.
ctor(es) electrotérmico(s) pueden estar dispuestos entonces en serie o en paralelo, por lo cual preferiblemente se elige una disposición paralela, un circuito de calentamiento funcional en este caso en serie, para que en caso de una avería de un conductor electrotérmico siga funcionando la unidad de calentamiento como tal. Mediante la selección adecuada de los circuitos de calentamiento pueden conmutarse también diversas variantes de tensión.
Estas y otras características se deducen además
de las reivindicaciones también de la descripción y de los dibujos,
pudiendo ser realizadas cada una de las características
individualmente o varias en forma de combinaciones alternativas en
una forma de realización de la invención y en otros campos y
pudiendo representar formas de realización ventajosas así como
indicadas para su protección.
Los ejemplos de realización de la invención están
representados en los dibujos y se describen detalladamente a
continuación. En los dibujos muestran:
Fig. 1 una vista en perspectiva caballera del
lado inferior de una unidad de calentamiento eléctrico según la
invención, utilizable como fondo para un hervidor de agua, con un
dispositivo de contactos enchufables fijado permanentemente al
soporte de la unidad de calentamiento;
Fig. 2 una sección a lo largo de la línea
II-II de la figura 1 y
Fig. 3 una representación esquemática de un
desarrollo de una unidad de calentamiento eléctrico en forma de un
calentador de agua continuo.
La representación en perspectiva caballera de la
figura 1 muestra una sección del lado inferior de una unidad de
calentamiento eléctrico 1, que puede formar por ejemplo el fondo de
un hervidor de agua. La unidad de calentamiento comprende un
soporte 2 circular, plano, cuya cara superior 3 forma una
superficie de calentamiento, que puede hacer contacto directo con el
líquido a calentar. El soporte tiene un núcleo de soporte 4
metálico en forma de una placa de acero inoxidable circular,
provista de un radio de curvatura o un borde 5 circular, dirigido
hacia arriba, por un proceso de conformado, que entre otras cosas
sirve de refuerzo del soporte contra fuerzas de oscilación
introducidas desde fuera.
Sobre el lado inferior plano del centro del
soporte 4 se ha aplicado una capa aislante 6 por un procedimiento
de serigrafía, que presenta fases vitrosas y cerámicas y que ha
sido producida por tratamiento térmico de una correspondiente pasta
en capa gruesa. La capa aislante adherente aplicada sobre el lado
inferior del cuerpo de soporte 4 tiene un espesor esencialmente
uniforme de aprox. 80 \mum y cubre todo el lado inferior plano,
con excepción de dos escotaduras 7, 8 esencialmente rectangulares,
cuyo tamaño respectivo es de aprox. 1/2 cm^{2} y en cuya zona
está descubierto el lado inferior metálico del centro del soporte
4.
En la superficie libre esencialmente plana de la
capa aislante 6, apartada del cuerpo de soporte, se adhiere una
resistencia calentadora eléctrica 10 fija por contacto superficial.
La resistencia calentadora o el conductor electrotérmico 10 forma
la fuente de calor, por la que circula la corriente de la unidad de
calentamiento 1 eléctrico, y se ha aplicado sobre la capa aislante
6 o el soporte 2 eléctricamente aislante por una técnica de capas
gruesas por serigrafía y sucesivo tratamiento térmico. La
resistencia calentadora 10 comprende varios segmentos de pista de
conductor electrotérmico circulares, dispuestos de manera
concéntrica el uno respecto al otro, que calientan una zona de
calentamiento que adopta la forma de un anillo no cerrado
completamente, que está limitado en dirección radial desde fuera
por segmentos de pista de resistencia calentadora 12, 13 exteriores
y hacia el interior por un segmento de pista de resistencia
calentadora 14 interior. Alrededor del centro del soporte está
formada en el interior del segmento de pista de resistencia
calentadora 14 interior una zona 15 aproximadamente circular y
desprovista de conductor electrotérmico, a la que sigue en dirección
radial una zona radial 16, desprovista de conductor electrotérmico,
formada entre los extremos circunferenciales de los segmentos de
pista de conductor electrotérmico, en cuya zona también se hallan
las escotaduras 7, 8 dispuestas a una distancia radial la una
respecto a la otra. Los segmentos de pista de conductor
electrotérmico, dispuestos en dirección radial siempre a una
distancia de aprox. 1 mm el uno respecto al otro, están unidos entre
sí en el área de sus extremos circunferenciales, parcialmente con
tiras de unión 17 aplicadas igualmente por una técnica de capas
gruesas, de tal manera, que todos los segmentos de pista de
conductor electrotérmico estén conectados en serie. Desde los
extremos de los segmentos de pista de conductor electrotérmico 12,
13 exteriores, que están orientados el uno hacia el otro, las
pistas de alimentación 18 aplicadas sobre la capa aislante por una
técnica de capas gruesas, conducen igualmente hasta dos superficies
de contacto conductor electrotérmico, de las cuales sólo la
superficie de contacto 19 es reconocible en la figura 1. Al someter
los contactos conductores electrotérmicos 19 a una tensión de
alimentación, se calienta superficialmente toda la zona de
calentamiento mediante la resistencia calentadora 10 eléctrica y
esencialmente a una potencia distribuida uniformemente por metro
cuadrado.
En el área de la zona central 15, desprovista de
conductor electrotérmico se ha aplicado un sensor de temperatura 20
a una distancia radial de la zona de calentamiento, ocupada con
resistencias calentadoras, igualmente por el procedimiento de capas
gruesa, sobre la capa aislante 6 o el soporte 2. El sensor de
temperatura está formado esencialmente por una pista conductora 21,
en forma de meandro, de material eléctrico resistivo con un
coeficiente de temperatura fuertemente positivo de la resistencia
eléctrica (resistencia PTC) y por ejemplo puede estar fabricado
esencialmente de platino. La pista conductora del material sensor
que se desarrolla estrechamente en forma de meandro, permite que
sobre la superficie relativamente pequeña, limitada esencialmente
en perpendicular, del sensor de temperatura, esté emplazada una
pista conductora muy larga del material resistivo en un espacio tan
estrecho, que la resistencia del sensor de temperatura varíe en
total claramente y de una forma mensurable con los cambios de
temperatura. Ambos extremos de la pista conductora 21 están unidos
con las superficies de contacto del sensor, aplicadas sobre el
soporte por una técnica de capas gruesas, por medio de vías de
enlace 22, 23 aplicadas por una técnica de capas gruesas sobre la
capa aislante 6, de las cuales sólo la superficie de contacto del
sensor 24 es reconocible en la figura 1. Las vías de enlace 22, 23
pueden estar formadas tal como en las tiras de unión 17, entre los
segmentos de la pista de material de calentamiento y las pistas de
enlace 18 entre los contactos conductores electrotérmicos 19 y el
material resistivo, por un material con resistencia eléctrica
relativamente escasa, por ejemplo plata.
Para el aislamiento eléctrico hacia fuera así
como para la protección contra el deterioro mecánico y otros daños
causados por ejemplo por la corrosión, está prevista otra capa
aislante 25 aplicada por una técnica de capas gruesas, que cubre
hacia el exterior, con excepción de las superficies de contacto del
conductor electrotérmico 19, todos los elementos conductores de
corriente eléctrica del calentamiento por resistencia eléctrica y,
con excepción de las superficies de contacto del sensor 24, todos
los elementos del sensor de temperatura por donde pasa la corriente
eléctrica y sus conductores de alimentación. La capa protectora 25
se aplica de tal manera, que queden descubiertas también las zonas
de las escotaduras 7, 8 además de las superficies de contacto 19,
25, de modo que en la zona de la escotadura 7, 8 quede un acceso
eléctricamente conductivo al centro del soporte 4 metálico.
Una particularidad es que las superficies de
contacto del conductor electrotérmico 19 se hallen a poca distancia
lateral reciproca, para la conexión eléctrica de las resistencias
calentadoras a una unidad de control del dispositivo que comprende
la unidad de calentamiento 1, así como las superficies de contacto
del sensor 24 para la conexión del sensor de temperatura 20 a la
unidad de control en una zona de conexión 26 de superficie bastante
pequeña. El área de conexión se encuentra dentro de la zona 16 sin
conductor electrotérmico entre los extremos circunferenciales
opuestos de las pistas de resistencia calentadora y comprende
también las dos escotaduras 7, 8, en cuya zona puede contactarse el
núcleo de acero inoxidable 4 del soporte, para poner a tierra el
centro del soporte de acero inoxidable. En el ejemplo la zona de
conexión tiene una longitud radial de aproximadamente 4 cm y una
anchura circunferencial máxima de aprox. 3 cm. Puesto que en esta
zona están concentrados todos los contactos necesarios para la
conexión eléctrica de la unidad de calentamiento, puede tener lugar
cómodamente la conexión eléctrica total de la unidad de
calentamiento, estableciendo todas las conexiones eléctricas
necesarias en la zona de conexión 26.
En la forma de realización mostrada, la unidad de
calentamiento 1 puede establecer un contacto eléctrico completo por
medio de una conexión por enchufe única, por lo cual, la conexión
por enchufe a establecer fácilmente p. ej. durante el montaje y que
se puede eliminar en cualquier momento por ejemplo para la
reparación, comprende todas las conexiones para la resistencia
calentadora eléctrica, todas las conexiones para el sensor de
temperatura 20 y también las conexiones para la puesta a tierra de
la unidad de calentamiento. La parte de la conexión por enchufe
fijada al soporte está formada por un dispositivo de contactos
enchufables 30, provisto de una carcasa de material sintético 31 en
forma de una caja abierta hacia el lado de conexión y cerrada en
gran parte hacia el soporte por un fondo 32. Las paredes verticales
a la superficie de soporte de la carcasa así como el fondo
encierran una cámara de enchufe, en la que están dispuestos los
contactos enchufables en forma de lengüetas de enchufe planas 34 a
38, que están alineadas en paralelo la una respecto a la otra,
separándose verticalmente del fondo 32 hacia fuera y que están
dispuestas en serie a una distancia según una trama uniforme de 5 mm
en el ejemplo. Otro contacto por enchufe plano 39 está emplazado
fuera de la cámara de enchufe en sí, dentro de una escotadura de un
revestimiento frontal 40 fijado a la carcasa. Las lengüetas de
enchufe plano 34 a 39 están formadas cada una por secciones de
cabezal de iguales dimensiones que los elementos de contacto
metálicos, que atraviesan el fondo 32, estando bien ancladas en el
fondo y presentando a su vez secciones de base 41 a 44, dispuestas y
dimensionadas de tal manera, que las secciones de base, al colocar
el dispositivo de contactos enchufables en su posición correcta, se
hallen sobre el soporte en la zona de las superficies de contacto
19 ó 24 o en la zona de las escotaduras 7, 8.
El establecimiento de un contacto eléctrico entre
los contactos de capas gruesas 19, 24 para la conexión de las
resistencias calentadoras o del sensor de temperatura y del
dispositivo de contactos enchufables, que se puede denominar
también enchufe de contactos tipo cuchilla, puede realizarse en un
procedimiento de soldadura, un procedimiento de estañado y/o un
procedimiento de apriete. Mediante este establecimiento del contacto
se crea simultáneamente también una fijación mecánica del
dispositivo de contactos enchufables al soporte.
Especialmente ventajoso en la forma de
realización mostrada es que las secciones de base 43, 44 del primer
o último contacto enchufable del enchufe de contactos tipo
cuchilla, sean fijadas por ejemplo por soldadura al núcleo de acero
inoxidable 4 del soporte 2. Así es posible por una parte una puesta
a tierra del soporte de acero inoxidable por establecimiento de
contacto de las lengüetas de enchufe planas 34 y/o 39 asociadas. A
través de la fijación a los lados opuestos se garantiza además una
descarga de las fuerzas mecánicas fiable para el enchufe de
contactos tipo cuchilla 30, de modo que se asegura que también en
caso de establecer y deshacer varias veces la conexión por enchufe
o en caso de cableado desfavorable del mazo de cables se descarte
en gran parte un deterioro en la zona del dispositivo de contactos
enchufables 30. Especialmente se descargan de fuerzas mecánicas
externas las uniones que conducen a contactos con capas gruesas 19,
24.
Otra ventaja de esta técnica de grupos de enchufe
consiste en que en la ejecución mostrada se ha creado una conexión
de enchufe inconfundible mediante formación especial de la caja de
enchufe 31, por la que se evitan cableados defectuosos. Para ello
se prevé una codificación mecánica en el dispositivo de contactos
enchufables 30, que asegura sólo la conexión de un mazo de cables o
conductor eléctrico con las correspondientes hembrillas correctas.
La codificación mecánica comprende escotaduras 46 o salientes 47
formadas en las paredes laterales alineadas verticalmente al fondo
32 o hacia la superficie de soporte de la carcasa 31, que, en caso
de diferentes dispositivos de enchufe en lo que se refiere al
número, a la dimensión y/o la posición con respecto a la cámara
enchufable, pueden estar formadas de manera tan diferente que sólo
pueda insertarse la hembrilla de inserción correcta. De esta manera
se descarta un potencial de error esencial durante el montaje y
también en una reparación eventual del aparato eléctrico que
comprende la unidad de calentamiento.
Con ayuda de la Fig. 3 se explica la estructura
de otra forma de realización de una unidad de calentamiento 50, en
la que el soporte 51 tiene la forma de un tubo cerrado en dirección
perimetral 52, a través del cual fluye el medio a calentar, por
ejemplo agua, en dirección longitudinal 53 por la unidad de
calentamiento eléctrico. La Fig. 3 muestra esquemáticamente un
fuerte desarrollo del lado externo de tal calentador de agua
continuo. El soporte consiste esencialmente en un tubo de acero
inoxidable 49, sobre su lado externo se aplicado una capa aislante
54 por una técnica de capas gruesas. Este comprende dos escotaduras
56, 57 en el área de conexión 55, en cuya zona está descubierto el
material de soporte metálico. Sobre la capa aislante 54 se ha
aplicado una resistencia calentadora eléctrica 58 por una técnica de
capas gruesas, cuya pista de conductor electrotérmico tiene una
extensión en forma de meandro con secciones largas en paralelo a la
dirección longitudinal 53 y con secciones cortas en dirección
perimetral y que calienta una zona de calentamiento, que calienta
la mayor parte de la circunferencia, por ejemplo sobre un ángulo
periférico de entre 300° y 340°.
Sobre la capa aislante 54 se aplican además tres
sensores de temperatura 59, 60, 61 por una técnica de capas
gruesas, que están distanciados el uno del otro en dirección de la
corriente continua 53. En este caso, ambos sensores de temperatura
59, 60 dispuestos a una altura axial de la zona de conexión se
encuentran en dirección de la corriente delante de la zona de
calentamiento determinada por las espiras del conductor
electrotérmico 58, mientras que el tercer sensor de temperatura 61
se encuentra detrás de la zona de calentamiento. Esta disposición
del conductor puede estar protegida y cubierta externamente por
otra capa aislante.
Un dispositivo de contactos enchufables 65 fijado
al soporte sirve análogamente al dispositivo de enchufe 30 descrito
en correspondencia con las figuras 1 y 2 para la conexión eléctrica
tanto de los tres sensores de temperatura 59, 60, 61, como también
del conductor electrotérmico 58 con un haz de conductores no
mostrado, que contiene tanto las líneas de alimentación para la
calefacción, como también las líneas de señalización para la
captación de la temperatura. El enchufe de contactos de tipo
cuchilla 65, extendido en dirección longitudinal del tubo,
dispuesto en sentido corriente arriba de la resistencia calentadora
58 en la zona de entrada del tubo, contiene nueve contactos
enchufables planos, de los cuales el par de conectores planos 66
sirve para la conexión del conductor electrotérmico, los tres pares
de conectores planos 67 sirven para la conexión del sensor de
temperatura y los contactos enchufables planos 68 para la puesta a
tierra del soporte, para lo cual el elemento de contacto que forma
la lengüeta de conexión plana 68 en la zona de la escotadura del
borde 56 de la capa aislante es soldado directamente al tubo
metálico del calentador de agua continuo 50. Así se da
simultáneamente también una fijación segura contra la tracción
mecánica junto a una correspondiente fijación en el extremo opuesto
del enchufe de contactos de tipo cuchilla 65.
Una particularidad de este elemento calentador
realizado en forma de tubo consiste en poder determinar la
temperatura de la sustancia a calentar en la entrada y en la salida
del tramo de calentamiento, gracias a la existencia de varios
sensores de temperatura, de los cuales al menos uno (sensores 59,
60) está situado en dirección longitudinal 53 delante de la zona de
calentamiento y al menos uno se encuentra detrás de la zona de
calentamiento. De estos dos valores de temperatura se puede deducir
el caudal. Según esto, la unidad de calentamiento 50, p. ej. con
los sensores de temperatura 59 y 61, comprende también un sensor
integrado para la medición del caudal o para la determinación del
caudal. Resulta conveniente en este caso que los materiales
conductivos termosensibles de los sensores de temperatura tengan una
distancia al conductor electrotérmico, que al menos corresponda al
espesor del material del soporte. Una distancia de un sensor de
temperatura previsto para determinar la temperatura de la sustancia
es preferiblemente al menos el doble del espesor del material del
soporte. De esta manera se logra que la temperatura en el lugar del
sensor sea determinada esencialmente por la temperatura del fluido
a medir, puesto que el calor producido en el conductor
electrotérmico es desviado predominantemente al fluido y
prácticamente no puede llegar directamente al sensor de
temperatura.
También es posible detectar con ayuda de uno o
varios conductores termosensibles la producción de una
sobretemperatura, para desconectarlo mediante el regulador
electrónico para asegurar el elemento calentador contra deterioros.
Para ello es oportuno que el conductor termosensible de un sensor
de temperatura previsto para este fin, p. ej. el sensor 60, tenga
una distancia al conductor electrotérmico inferior al doble del
espesor del material del soporte. De este modo pueden garantizarse
tiempos de reacción rápidos. El conductor termosensible en este
caso puede estar dispuesto p. ej. también por debajo o por encima
del conductor electrotérmico y estar aislado eléctricamente de este
por una capa aislante.
Otra particularidad de la unidad de calentamiento
50 está en que tiene un limitador de carga o fusible de
sobretemperatura independiente de la regulación del dispositivo
calentador. Para ello se prevé una resistencia fusible impresa 69,
que se conecta en serie en el conductor de alimentación de la
tensión de alimentación para el conductor electrotérmico 58 pasando
así la corriente de alimentación a través de la misma. El material
de la resistencia fusible 69 tiene un coeficiente de temperatura
positivo más alto que el material del conductor electrotérmico, de
modo que su resistencia aumenta más intensamente con la subida de
la temperatura que aquella del conductor electrotérmico. La
potencia por superficie de la resistencia adicional 69 en estado
frío preferiblemente se elige más alta que la potencia por
superficie del conductor electrotérmico. En caso de un uso impropio
de la unidad de calentamiento, por ejemplo en caso de
funcionamiento en seco, es decir en funcionamiento sin reducción
del calor, se destruirá esta resistencia y se interrumpirá la
alimentación entre el dispositivo de conexión 65 y la resistencia
calentadora 58. Naturalmente puede preverse también una
vulnerabilidad de este tipo que funcione como un fusible en las
formas de realización del tipo mostrado en la Fig. 1 y 2.
Claims (12)
1. Unidad de calentamiento eléctrico,
particularmente para líquidos, con un soporte (2, 51), sobre el
cual están fijados, para constituir al menos una zona de caldeo, al
menos una resistencia calentadora eléctrica (10, 58) aplicada por
una técnica de conductores planos, particularmente por una técnica
de capas gruesas, así como al menos un sensor de temperatura (20,
59, 60, 61) correspondiente a la zona de calentamiento y realizado
para emitir señales eléctricas de temperatura, por lo cual para la
conexión eléctrica de la resistencia calentadora se atribuyen al
soporte unos contactos conductores electrotérmicos (19) y, para la
conexión eléctrica del sensor de temperatura unos contactos
sensores (24), los contactos conductores electrotérmicos y los
contactos sensores estando reunidos espacialmente de manera tan
estrecha en un área de conexión (26, 55), que su contacto pueda
establecerse de manera conjunta por un dispositivo de conexión
común (30, 65), caracterizada por el hecho de que el soporte
(2, 51) presenta un centro de soporte metálico (4, 49), sobre el
cual se aplica al menos una capa de aislamiento eléctrico (6, 54)
para soportar la resistencia calentadora (10, 58) y eventualmente
también el sensor de temperatura (20, 59, 60, 61).
2. Unidad de calentamiento según la
reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que al menos
un sensor de temperatura (20, 59, 60, 61) , está aplicado sobre el
soporte (2, 51) por una técnica de conductores planos,
especialmente por una técnica de capas gruesas, siendo el sensor de
temperatura preferiblemente una resistencia de medida.
3. Unidad de calentamiento según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizada por el hecho de que el
centro del soporte metálico (4, 49) tiene forma de placa.
4. Unidad de calentamiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de
que se prevé en el área de conexión (26, 55) cerca de los contactos
conductores electrotérmicos (19) y de los contactos sensores (24),
al menos un contacto a tierra (7, 8, 56) para la puesta a tierra
del dispositivo calentador.
5. Unidad de calentamiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de
que se prevé un dispositivo de contactos enchufables (30, 65)
fijado al soporte (2, 51), que presenta unos contactos enchufables
(34 a 39, 66 a 68), que están conectados de manera eléctricamente
conductiva a contactos conductores electrotérmicos (19) y a
contactos sensores (24) respectivamente correspondientes y
eventualmente a un contacto de puesta a tierra (7, 8, 56).
6. Unidad de calentamiento según la
reivindicación 5, caracterizada por el hecho de que para
producir uniones mecánicamente sólidas y eléctricamente
conductivas, el dispositivo de contactos enchufables (30, 65) es
fijado por soldadura, estañado y/o mediante una unión por apriete a
contactos (19, 24, 7, 8) fijados al soporte, siendo soldado el
dispositivo de contactos enchufables (30, 65) preferiblemente en al
menos un punto, preferiblemente en dos puntos opuestos, en un
núcleo metálico de soporte (4, 49) del soporte.
7. Unidad de calentamiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de
que para formar un cortacircuitos de sobretemperatura se dispone al
menos un sensor de temperatura (60) tan cerca de una resistencia
calentadora (58), que en caso de ausencia de un fluido a calentar
se obtenga una conducción térmica rápida entre la resistencia
calentadora y el sensor de temperatura, por lo cual una distancia
entre la resistencia calentadora (58) y el sensor de temperatura
(60) preferiblemente es inferior al doble de la distancia entre el
conductor electrotérmico y el fluido a calentar y particularmente
inferior al valor doble del espesor del material del soporte.
8. Unidad de calentamiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de
que para formar un dispositivo calentador que pueda ser atravesado
por un flujo de substancia a calentar, el soporte (51) está
realizado como tubo de soporte, estando aplicados la resistencia
calentadora (58) y/o el sensor de temperatura (59, 60, 61)
preferiblemente en el lado exterior del tubo de soporte.
9. Unidad de calentamiento según la
reivindicación 8, caracterizada por el hecho de que en
dirección longitudinal (53) del tubo de soporte se dispone al menos
un sensor de temperatura (59, 61) delante de una zona de
calentamiento ocupada por una resistencia calentadora (58) y al
menos un sensor de temperatura (61) detrás de la zona de
calentamiento.
10. Unidad de calentamiento según la
reivindicación 8 ó 9, caracterizada por el hecho de que
comprende un sensor integrado para determinar el caudal del medio a
través del tubo de soporte, por lo cual el sensor comprende al
menos un sensor de temperatura (59) aplicado delante de una zona de
calentamiento en dirección continua (53) y al menos un sensor de
temperatura (61) detrás de una zona de calentamiento en dirección
continua, presentando los sensores de temperatura (59, 61) del
sensor de caudal particularmente una distancia con respecto al
conductor electrotérmico (58), que corresponde al menos al espesor
del material de soporte.
11. Unidad de calentamiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de
que para determinar la temperatura del fluido calentado se prevé al
menos un sensor de temperatura, cuya distancia de un conductor
electrotérmico supone más del doble del espesor del material de
soporte.
12. Unidad de calentamiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de
que para obtener un buen acoplamiento térmico entre la resistencia
calentadora y el sensor de temperatura, al menos un sensor de
temperatura fabricado preferiblemente por una técnica de
conductores planos está dispuesto por encima o por debajo de un
conductor electrotérmico fabricado por una técnica de conductores
planos y está eléctricamente aislado del mismo por una capa
aislante.
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