KR20200020642A - 가열 디바이스 및 가열 디바이스의 동작 방법 - Google Patents

가열 디바이스 및 가열 디바이스의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

가열 디바이스를 동작시키는 방법에서, 유체는 초기에 유체 챔버 내에 도입되고, 그 후 가열 디바이스의 가열 엘리먼트들이 스위칭 온되며, 그리고 유전성 절연층을 통한 온도-의존적 전류 흐름으로서 누설 전류가 검출된다. 가열 디바이스들의 공급 전압이 측정되고, 누설 전류의 함수로서 유체 챔버에서의 온도의 평가시 그 측정된 상기 공급 전압이 고려된다. 누설 전류는 저항기에 의해 누설 전압으로 변환되고, 그 후 측정된 공급 전압으로 나누어진다. 후속하여, 공급 전압의 기본 값으로 정규화되는 정규화된 누설 신호를 획득하기 위하여, 획득된 몫이 보상 값으로 곱해진다. 유체 챔버를 더 많은 유체로 보충하고/하거나 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 가열 전력을 감소시키기 위하여, 누설 신호의 특정 절대 값이 초과되거나 또는 누설 신호의 프로파일의 특정 기울기가 초과되면, 정규화된 누설 신호가 사용된다.

Description

가열 디바이스 및 가열 디바이스의 동작 방법{HEATING DEVICE AND METHOD FOR OPERATING A HEATING DEVICE}
본 발명은 유체, 특히 물과 같은 액체를 위한 가열 디바이스, 및 특히 온도 검출 또는 온도 검출-의존적 프로세스들과 관련하여 이러한 가열 디바이스를 동작시키는 방법에 관한 것이다.
이들 종들의 가열 디바이스는 원칙적으로 DE 102013200277 A1, EP 3096585 A1 및 EP 3145273 A1 에 공지되어 있다. 이들은 적어도 하나의 가열 전도체를 갖는 가열 엘리먼트를 포함하며, 가열 엘리먼트는 확장 유전성 절연층으로 커버된다. 이 절연층은 온도-의존적 전기 저항을 가져, 소위 누설 전류 또는 그라운드 전류 또는 결함 전류가 검출될 수 있고 가열 디바이스에서의 온도의 척도로서 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어 일 위치에서의 석회화 (calcification) 에 기인한 국소 과열 및 불충분한 수위에 기인한 대면적 단기 과열과 같은 순시적 프로세스들 양쪽이 모두 확인될 수도 있다. 이어서 상황 의존적 반응이 수행될 수도 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 문제를 해결할 수 있고, 특히 가열 디바이스를 보다 정확하고 보다 안전하게 동작시킬 수 있는, 도입시 언급한 가열 디바이스 및 그 가열 디바이스에 대한 동작 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1의 특징들을 갖는 가열 디바이스 및 청구항 14 의 특징들을 갖는 방법들에 의해 달성된다. 본 발명의 유리하고 바람직한 구성들은 다른 청구항들의 청구대상이며 아래에서 보다 상세히 설명된다. 이 경우, 대부분의 특징들은 가열 디바이스에 대해서만, 또는 이것의 동작 방법에 대해서만 설명된다. 그럼에도 불구하고, 이들은 가열 디바이스 및 그 동작 방법 모두에 대해 개별적으로 그리고 독립적으로 서로 적용가능하도록 의도된다. 청구범위의 표현은 명시적인 참조에 의해 설명의 내용에 통합된다.
가열 디바이스가 유체 챔버를 포함하는 것이 제공된다. 유체 챔버는 상이한 방식으로 구성될 수도 있고, 일종의 유체 저장부 (fluid store) 로서, 또는 본질적으로 가열될 유체가 통과하는 대안으로서, 예를 들어, 채널 또는 튜브로서 구성될 수도 있다. 유리하게는 유체로부터 이격되어 대향하는 유체 챔버의 외부측에는, 적어도 하나의 가열 전도체를 갖는 적어도 하나의 가열 디바이스가 적용된다. 가열 엘리먼트는 다양한 방식으로 구성될 수 있고, 예를 들어 자체 공지된 바와 같이 병렬 및/또는 직렬로 접속된 복수의 가열 전도체들을 또한 포함할 수 있다. 가열 엘리먼트는 유체 챔버에서 유체를 증발시키기 위해 유체, 예를 들어 물을 가열하는데 사용될 수 있다.
가열 디바이스는 하나 이상의 유전성 절연층을 포함한다. 유전성 절연층은 본질적으로 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 커버하거나 대응하는 넓은 영역을 커버한다. 절연층은 가열 엘리먼트 상에 직접 적용될 수 있지만, 추가 층들이 또한 이들 사이에 배치될 수도 있다. 또한, 유전성 절연층은 온도-의존적 전기 저항을 갖는다. 절연층의 양면에는 적어도 하나의 전기 전도성 접속부가 각각 제공된다. 이러한 접속부는 예를 들어 가열 엘리먼트 또는 그 가열 전도체들 중 하나, 또는 가능하게는 유체 챔버 자체의 금속성 외부측일 수 있으며, 이는 유리하게는 가열 엘리먼트를 위한 캐리어이다. 전기 전도성 접속부들 중 적어도 하나는 유리하게는 절연 층과 거의 동일한 면적으로 확장될 수 있다. 특히, 절연층의 2 개의 면들 상의 2 개의 전기 전도성 접속부들은 넓은 영역에 걸쳐 있거나, 절연 층을 커버하거나 또는 오버랩한다.
전기 전도성 접속부들 중 적어도 하나는 유전성 절연층을 통과하는 온도-의존적 전류로서 누설 전류 또는 그라운드 전류를 검출하기 위하여 제어 유닛 또는 측정 디바이스에 접속된다. 이는 또한 상술한 종래 기술에 공지되어 있다. 이 제어 유닛은 적어도 하나의 AD 입력을 포함하는 제어기 또는 마이크로컨트롤러를 포함한다. 가열 디바이스의 공급 전압을 측정하기 위해 측정 수단이 또한 제공된다. 공급 전압은 가열 디바이스가 접속되거나 적어도 하나의 가열 엘리먼트가 동작되는 전압이다. 반드시 그런 것은 아니지만 이는 일반적으로 소위 메인 전압이다. 측정 수단은 아래 보다 상세히 설명되는 바와 같이 분압기로서 적어도 하나의 저항기 또는 저항기 네트워크를 포함할 수 있다. 측정 수단은 또한 제어기의 AD 입력에 접속되어 제어기가 공급 전압의 정확한 레벨에 대한 정보를 수신하게 한다.
따라서, 가열 디바이스 또는 유체 챔버에서의 온도가 결정될 수 있는 온도-의존적 누설 전류만이 제어 유닛 또는 제어기에서 검출되는 것이 가능하다. 이것은 그 자체가 도입부에서 언급된 종래 기술에서 실제로 공지되어 있다. 그러나, 본 발명의 범위에서, 누설 전류에 대응하여 절연 층 양단에 걸쳐 하강하는 누설 전압이 누설 전류에 대응하여 누설 전류에 직접 의존하기 때문에, 공급 전압에서의 변동들은 가열 디바이스에 매우 파괴적인 영향을 준다는 것을 알아냈다. 따라서, 누설 전류는 또한 공급 전압에 직접적으로 의존하거나 공급 전류에 따라 변한다. 제어 유닛에서, 이후, 누설 전류의 변동이 검출될 때 문제가 발생할 수 있는데, 이는 이들이 공급 전압의 변동에서 발생하는지 또는 온도 변화에서 발생하는지를 확인할 수 없기 때문이다. 이 경우, 예를 들어, 가열 디바이스가 설치된 전기 기기에서 다른 심한 전기 부하가 스위치온 되거나 스위치 오프될 때 매우 파과적인 것임이 이미 밝혀졌다. 예를 들어, 가열 디바이스가 고전력을 갖는 다른 전기 히터를 포함하는 스팀 오븐에서 증발기로서 사용되는 경우, 예를 들어 온도 유지를 위한 의도된 사이클로서 동작 동안에 제공되는 이러한 가열 디바이스의 빈번한 스위칭 온 및 오프는 공급 전압의 변동들을 초래할 수 있고 따라서 누설 전류에서의 변동을 초래할 수 있다. 이는 공급 전압이 또한 측정된다면, 이 효과가 그에 의해 소위 계산된다 말할 수 있기 때문에 본 발명에 의해 회피될 수 있다.
측정 수단이 적어도 2 개의 저항기들을 갖는 분압기를 포함하는 것이 제공될 수 있다. 이 분압기는 한편으로 이를 감소시키기 위해 공급 전압에 접속될 수 있어, AD 입력에 직접 접속될 수 있다. 이는 제어기가 공급 전압에 대한 정보를 수신할 수 있는 매우 간단한 가능성을 나타낸다.
유리하게는, 2 개의 AD 입력들이 제공되며, 특히 하나는 전압 공급을 위한 것이고 다른 하나는 누설 전류 또는 그라운드 전류 또는 대응하는 전압을 위한 것이다. 그 후, 양쪽 값들이 제어기의 AD 입력에서 모두 검출될 수 있다.
가능하게는, 분압기는 또한 분압기 네트워크로서 구성될 수 있고, 예를 들어 3 개 또는 훨씬 더 많은 저항기를 포함할 수 있다. 이 경우, 2 개의 저항기들이 직렬로 접속될 수 있고, 1 개의 저항기가 병렬로 접속될 수 있다. 당업자가 알고 있는 널리 알려진 가능성이 이를 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 유리한 제 1 구성에서, 유체 챔버는 수직 또는 수평으로 배열될 수 있는 튜브로서 구성된다. 이는 또한 경사지게 연장될 수도 있다. 유리하게는, 적어도 하나의 가열 엘리먼트는 튜브의 원주 벽에 배열되고, 가능하게는 가열 엘리먼트는 그 하부 측에 배열된다.
본 발명의 다른 구성에서, 유체 챔버는 임의적인 형상, 심지어 예를 들어 얕은 보울로서 이루어지며, 그 하부 측에만 가열 엘리먼트를 포함한다. 그후, 본 발명은 온도 모니터링과 관련하여, 더 이상 증발될 물이 존재하지 않아, 이에 따라 너무 크고 너무 급속한 온도 상승이 가열 디바이스에 손상을 줄 수 있는 것을 검출하고 회피하는 것이다.
제 1 대안에 따른 본 발명의 다른 구성에서, 적어도 하나의 가열 엘리먼트가 수직 튜브를 포함하는 유체 챔버의 외부 측에 적용될 수 있고, 유리하게는 복수의 가열 전도체를 각각 갖는 2 개의 가열 엘리먼트들이 적용될 수 있다. 이들 2 개의 가열 엘리먼트들은 개별적으로 구동될 수도 있다. 이들은 유리하게는 유체 챔버 또는 튜브의 별도의 높이 섹션에 배치되어, 높이 의존적 차등 가열이 가능하다. 이 경우, 제 2 가열 엘리먼트는 제 1 가열 엘리먼트 상에 배열될 수도 있다. 이 경우, 전술한 온도 검출은 이를 테면, 석회화에 기인하여 발생할 수 있는, 가열 엘리먼트들 중 하나에서의 국부적 과열을 설정하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 하부 제 1 가열 엘리먼트에서 발생하기 전에 먼저 상부 제 2 가열 엘리먼트에서 과도하게 높은 온도가 발생하는지의 여부를 확립하는 것이 가능하다. 이는 증발을 위해 유체 또는 물을 보충해야 한다는 표시로 해석될 수 있다. 가열 엘리먼트에 의해 발생된 열이 이후 유체 챔버에서의 유체로 더 이상 매우 잘 소산될 수 없기 때문에 수 분 또는 심지어 수 시간의 동작에 걸친 장기간 온도 증가에 의해, 대면적 석회화가 발생할 수도 있다.
본 발명의 다른 구성에서, 유체가 유체 챔버 내에 펌핑될 수 있는 펌프를 가열 디바이스가 포함할 수 있는 것이 제공된다. 이 펌프는 제어 유닛에 의해 구동될 수 있는데, 특히 가열에 필요한 유체가 더 이상 없고 온도가 너무 상승하기 때문에 예상치 못한 온도 상승이 있는 것으로 확인된 전술한 경우에 그러하다. 이러한 펌프에 대한 대안으로서, 유체 챔버 내에 더 많은 유체를 도입하기 위해 제어 유닛에 의해 구동되는 밸브를 구비한 유체 챔버로의 전달 라인을 갖는 보다 고도로 위치된 유체 탱크가 제공될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 방법의 하나의 가능성은 유체를 유체 챔버로 도입시키거나 유체 챔버 내에 충분한 양으로 유체를 유지하는 것이다. 이는 흐르는 동안 정적으로 또는 대안적으로 수행될 수 있다. 그 후, 유체 챔버들 중 적어도 하나는 유체 및 유체 챔버를 가열하기 위해 스위칭 온된다. 유리하게는, 가열 디바이스의 모든 가열 엘리먼트들이 스위칭 온될 수 있다. 누설 전류는 유전성 절연층을 통한 온도-의존적 전류 흐름으로서 검출된다. 이는 원칙적으로 임의의 원하는 방식으로 수행될 수 있지만, 유리하게는 누설 전압으로서 저항기에 의해 도입될 수 있는데, 그 이유는 이는 도입부에서 언급된 제어기의 AD 접속부에 보다 용이하게 전달될 수 있기 때문이다. 마지막으로, 가열 디바이스의 공급 전압이 측정되고 이 측정된 공급 전압은 누설 전류에 의존하는 온도의 평가에서 고려된다. 그러므로, 이 공급 전압의 변동의 영향은 가능한 한 감소되거나 제거될 수 있다.
유리하게, 정규화된 누설 신호는 측정된 공급 전압 및 검출된 누설 전류에 기초하여 제어 유닛에서 또는 제어 유닛의 제어기에서 계산될 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 유체로 유체 챔버를 보충하는 것이 영향을 받을 수 있다. 가열 엘리먼트들의 구동도 마찬가지로 특히 전력 감소 또는 적어도 부분적인 스위칭 오프와 함께 고려될 수 있다.
절대 레벨 및/또는 그 기울기와 관련하여 누설 전류를 평가함으로써 온도가 모니터링될 수 있다. 따라서 단기 및 장기 프로파일 측면에서 평가될 수 있다. 이는 또한 그 자체가 도입부에서 언급된 종래 기술에서 공지되어 있다.
본 발명의 유리한 구성에서, 누설 전류가 저항기에 의해 누설 전압으로 변환될 수 있다. 이 누설 전압은 추가 프로세싱을 위하여 제어부의 AD 입력으로 직접 전달될 수 있다. 제어 유닛 또는 AD 입력을 갖는 제어기에서, 변환된 누설 전압은 측정된 공급 전압으로 나누어지며, 이는 마찬가지로 전술한 방식으로 제어기에 전달될 수 있다. 획득된 몫은 유리하게는 정규화된 누설 신호를 얻기 위해 보상 값으로 곱해질 수 있지만, 이것이 반드시 본 발명의 일부일 필요가 있는 것은 아니다. 그 후, 공급 전압의 기본 값으로 정규화된다. 보상 값은, 예를 들어 230 V 의 기본 공급 전압의 경우 230 일 수 있다. 더 많은 유체로 유체 챔버를 보충하고/하거나 가열 엘리먼트들의 가열 전력을 감소시키고/시키거나 또는 유체 챔버에서의 석회화도를 식별하기 위해, 누설 신호의 특정 절대 값이 초과되거나 누설 신호의 프로파일의 특정 기울기가 초과되면, 상기 언급된 몫 또는 정규화된 누설 신호가 사용될 수 있다. 따라서, 계산 프로세스는 감소된 비용으로 쉽게 수행될 수 있다.
본 발명의 하나의 가능성에서, 정규화된 누설 신호가 지나치게 높은 온도의 표시로서 제 1 한계값을 초과하는 경우, 유체 챔버는 더 많은 유체로 보충될 수 있다. 이 보충은 정규화된 누설 전류가 제 1 한계값 아래로 복귀될 때 정지될 수 있다. 보충된 유체로 인해 온도가 특정 임계 온도에 대응하는 한계값 아래로 복귀된다.
유사한 방식으로, 정규화된 누설 신호의 프로파일의 기울기가 제 2 한계값을 초과하는 경우, 이는 과도한 온도 상승의 표시로 해석될 수 있다. 그 후, 유체 챔버는 마찬가지로 더 많은 유체로 보충된다. 여기서 다시, 정규화된 누설 신호의 프로파일의 기울기가 제 2 한계값 아래로 복귀하면 보충이 정지된다. 따라서, EP 3145273 A1 에 대응하는 가열 디바이스로서 증발기에서 물의 보충이 잘 제어될 수 있다.
이들 및 다른 특징들은 청구 범위 뿐만 아니라 상세한 설명 및 도면들에서도 개시되고, 개별 특징들은 각각의 경우에 본 발명의 실시형태에서 그리고 다른 분야들에서 하위 조합들의 형태로 개별적으로 또는 각자 구현될 수도 있고, 그리고 여기에 보호가 주장되는 유리하고 독립적으로 보호가능한 실시형태들이 청구된다. 애플리케이션의 개별 섹션들 및 부제목들로의 세분화는, 그들의 일반 용도의 관점에서 진술들을 제한하지 않는다.
본 발명의 예시적 실시형태들은 도면에 개략적으로 예시되고 아래에 보다 자세히 설명될 것이다. 도면들에 있어서:
도 1 은 분해된 표현으로 층 구조를 가진 단일 가열 엘리먼트를 갖는 본 발명에 따른 가열 디바이스의 제 1 실시형태를 도시한다.
도 2 는 측방향 표현으로 2 개의 가열 엘리먼트들을 갖는 본 발명에 따른 가열 디바이스의 제 2 실시형태를 도시한다.
도 3 은 도 2 의 가열 디바이스의 평면도를 도시한다.
도 4 는 2 개의 가열 엘리먼트들을 갖는 수직 튜브로서 본 발명에 따른 가열 디바이스의 제 3 실시형태를 도시한다.
도 5 는 저항기들로 구성된 분압기들을 갖는 측정 디바이스의 구조체의 간략화된 표현을 도시한다.
도 6 은 본 발명 없이 도 4 의 펌프의 동작 및 메인 전압 및 누설 전압의 프로파일을 가진 도면을 도시한다.
도 7 은 본 발명을 사용하여 도 6 에 대응하는, 펌프의 동작 및 메인 전압 및 누설 전압의 프로파일을 가진 도면을 도시한다.
도 1 은 경사진 뷰에서의 분해된 표현으로 층 구조를 가진 본 발명에 따른 가열 디바이스 (11) 의 제 1 실시형태를 도시한다. 이는 전술한 DE 102013200277 A1 의 것에 대응한다. 가열 디바이스 (11) 는 캐리어 (13) 를 포함하며, 이는 이 경우에 금속 또는 스테인레스 스틸로 구성된다. 여기에 나타낸 바와 같이 이는 플랫하거나 평면일 수 있으며, 대안적으로 이는 전술한 DE 102010043727 A1 로부터 알려진 바와 같이 관형일 수도 있다 (도 4 참조). 하부측 또는 유체측에는 가열할 물이 있거나 유체로서 가열될 물이 지나간다. 캐리어 (13) 상에는, 캐리어 (13) 의 베이스 절연부로서 유리 또는 유리 세라믹으로 구성될 수 있는 절연층 (15) 이 존재한다. 이는 고온에서도 전기적으로 절연되어야 한다. 이러한 재료는 절연층들용으로 당해 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있다.
연속적으로 또는 직렬로 접속된 개별적 가열 전도체들 (17') 로 구성되는 곡류형 프로파일을 갖는 단일 가열 엘리먼트 (17) 가 제 1 절연층 (15) 상에 제공된다. 이들은 실질적으로 직선이며 곡선 섹션으로 접속된다. 그러나, 또한, 여기에 도시된 협소 가열 전도체 (17') 보다 더 상당히 넓은 단일 가열 전도체를 제공하는 것도 가능할 수 있다 (이와 관련하여 또한 도 2 참조). 가열 엘리먼트 (17) 는 종래의 재료로 이루어진 후막 가열 엘리먼트로서 구성되고 종래의 방법에 의해 제공된다. 그 양단에는 가열 전도체 접촉부들 (18) 로서 확대된 구역이 있으며, 이는 또한 다른 재료, 예를 들어 상당히 우수한 전기 전도성을 갖고 무엇보다도 보다 양호한 접촉 특성들을 갖는 후막 가열 도체에 대해 통상적인 접촉 재료로 가능하게 구성될 수도 있다.
가열 엘리먼트 (17) 위에, 유리질 또는 유리 층일 수 있는 유전성 절연층 (20) 이 넓은 영역에 걸쳐 제공된다. 말하자면, 유전성 절연층 (20) 은 가열 디바이스 (11) 를 밀봉하거나, 가열 엘리먼트 (17) 를 절연시키고 이를 밀봉시킬 뿐만 아니라 특히 유해하거나 공격적인 환경 영향에 대해 가열하여 층 구조를 밀봉한다. 가열 엘리먼트 (17) 또는 그 가열 전도체 접촉부들 (18) 에 전기적으로 접촉하기 위해, 유전성 절연층 (20) 은 자체 공지된 스루 콘택을 위하여 가열 전도체 접촉부들 (18) 위에 정확하게 윈도우 (21) 를 포함한다.
유전성 절연층 (20) 상에 전극 (24) 이 전기 전도성 접속부로서 제공되며, 특히 대면적 층의 형태로 제공된다. 여기서, 이는 정확히 캐리어 (13) 및 절연층 (15) 만큼의 크기를 갖는다. 전극 (24) 은 캐리어 (13) 및 가열 엘리먼트 (17) 상에 직접 오버랩되지 않아야 하는데 그 이유는 캐리어 (13) 및 가열 엘리먼트 (17) 로부터 절연되어야 하기 때문이다. 전극 (24) 상에는 추가적인 커버 또는 절연 층이 있을 수 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 코너에서, 이는 2 개의 컷아웃들 (25) 을 포함하는데, 이는 유전성 절연층 (20) 의 하부 윈도우 (21) 와 함께 가열 전도체 접촉부들 (18) 상에 상술한 접촉을 허용한다. 가열 엘리먼트 (17) 또는 그 가열 전도체 (17') 는 다른 또는 제 1 접속 표면을 형성한다.
가열 엘리먼트 (17) 를 위한 전원을 갖는 제어 유닛 (29) 이 또한 도시되어 있다. 한편으로 전극 접촉부 (26) 에 의해 다른 한편으로 가열 엘리먼트 (17) 에 의해 전극 (24) 에 접속되는 측정 디바이스 (30) 가 또한 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 유전성 절연층 (20) 의 유전성 또는 저항성 특성은 온도에 따라 변하고, 대응하여 측정 디바이스 (30) 에 의해 검출된 누설 전류 또는 그라운드 전류가 변하며, 즉, 이는 온도가 증가함에 따라 증가한다. 그 후, 측정 디바이스는 가열 엘리먼트 (17) 와 전극 (24) 사이의 유전성 절연층 (20) 의 특성의 이 변화를 검출한다.
도 2 는 매우 간략화된 측방향 표현으로 층 구조를 갖는 본 발명에 따른 가열 디바이스 (111) 의 제 2 실시형태를 도시한다. 유체 챔버로서 컨테이너를 선택적으로 형성하는 캐리어 (112), 예를 들어 튜브는 하부에 하부측으로서 유체 측 (113) 을 포함하며, 유체로서의 물 (5) 이 따라 흐르거나 또는 존재한다. 이 물 (5) 은 가열 디바이스 (111) 에 의해 가열되도록 의도된다. 캐리어 (112) 의 상부측에는 절연층으로서 베이스 절연부 (115) 가 제공된다. 가열 엘리먼트 (117) 가 이어서 그 위에 제공되며, 이 경우, 확장 가열 엘리먼트로서 또는 후막 기술로 제공된다. 유전성 절연층 (119) 은 가열 엘리먼트 (117) 상에, 구체적으로 위에서 설명되고 도 3 의 도움으로 도시된 바와 같이 다른 확장 구성으로 제공된다. 유전성 절연층 (119) 상에는, 전기 전도성 재료로 이루어진 유전성 절연층 (119) 상에 상부 접속부로서 전극 표면 (121) 이 이어서 제공된다. 그 확장 구성은 또한 가변적일 수 있다. 가열 엘리먼트 (117) 는 이 경우에 또한 전술한 바와 같이 유전성 절연층 (119) 에 대한 하부 접속부로서 사용된다.
매체 측 (113) 에는 전술한 온도의 과도한 상승 및 개별적 가열 엘리먼트 (117) 또는 가열 디바이스 (111) 의 손상 또는 심지어 파괴의 위험이 있는 가열 디바이스 (111) 의 석회화의 위험이 존재한다. 이러한 이유로, 여기에 언급된 높은 전력 밀도와 함께, 이것이 일어나지 않도록 주의해야 한다.
여기에 나타내지 않지만 후술될 제어 유닛 및 측정 디바이스는 도 1 또는 DE 102013200277 A1 에 대응하는 방식으로 가열 디바이스 (111) 에 접속된다.
도 3 의 평면도는 가열 디바이스 (111) 를 나타내며, 이는 플랫하거나 짧은 튜브일 수 있어 이 경우에 도 3 은 롤아웃된 캐리어를 도시한다 (도 4 참조). 캐리어 (112) 상에 2 개의 가열 엘리먼트들, 즉 제 1 가열 엘리먼트 (117a) 및 제 2 가열 엘리먼트 (117b) 가 제공된다. 가열 엘리먼트 (117a) 는 부분 가열 회로를 형성하고 가열 엘리먼트 (117b) 는 부분 가열 회로를 형성한다. 2 개의 가열 엘리먼트들 (117a 및 117b) 은 서로 맞물리거나 또는 서로 곡류형의 형상으로 연장되어, 이들이 개별적으로 그리고 임의의 경우에 공통의 동작에서 동작될 때 캐리어 (112) 의 동일한 영역을 궁극적으로 가열하게 한다. 이러한 식으로, 말하자면, 가열 디바이스 (111) 자체의 가열 전력의 차등 분배가 가능하다.
2 개의 가열 엘리먼트들 (117a 및 117b) 은 동일한 길이 및 각각 4 개의 종방향 섹션을 갖는다. 2 개의 가열 엘리먼트들 (117a 및 117b) 은 또한 공지된 방식으로 서로 옆에 놓인 2 개의 종방향 섹션들 상의 접촉 브리지에 의한 인터럽션부들을 포함한다. 따라서 가열 전력은 국부적으로 다소 낮아질 수 있다. 가열 엘리먼트들 (117a 및 117b) 의 전기적 접촉은 개별 접촉 구역들 (118a 및 118b) 및 공통 접촉 구역들 (118') 에 의해 수행된다. 유리하게는 EP 1152639 A2 에 따라, 접촉 구역 (118) 상에 또는 캐리어 (112) 상에 적용되는 플러그인 접속부 (122) 가 또한 개략적으로 가시가능하다.
여기에서 크로스-해칭 (cross-hatching) 으로 표시되는 적절한 재료로 형성된 하나의 확장 유전성 절연층 (119) 이 가열 엘리먼트들 (117a 및 117b) 에 제공된다. 이는 2 개의 가열 엘리먼트들 (117a 및 117b) 을 완전히 커버하고, 캐리어 (112) 의 에지까지 또는 그 바로 가까이까지 연장된다.
전기 전도성 접속부로서 전극 표면 (121) 은 이어서 유전성 절연층 (119) 상에, 구체적으로 여기에서 표면-전체 전극으로서 제공된다. 따라서 별도의 온도 검출 또는 석회화의 검출이 서로 다른 영역의 구별을 가능하게 하지 않지만, 간단한 구조가 보장된다. 영역에 따른 구별은 실제로 가열 엘리먼트 (117a 및 117b) 의 전술한 별개의 개별적인 동작에 의해 수행된다. 전극 표면 (121) 은 유리하게는 플러그인 접속부 (122) 에 의해 여기에 도시되지 않은 방식으로 전기적으로 접촉된다.
도 4 는 증발기로서 구성된 본 발명에 따른 가열 디바이스 (211) 의 제 3 실시형태를 도시한다. 물 (5) 이 증발되기 위해, 이는 유체 챔버에 대응하는 짧은 수직 튜브 (213) 를 포함하며, 이는 원형 단면을 갖는다. 그 직경은 높이보다 크지만 또한 상당하게 다를 수 있다. 튜브 (213) 의 외부측 또는 그 원주면측의 상단에, 제 1 가열 엘리먼트 (217a) 는 모든 주위에 또는 실질적으로 모든 주위에 배열된다. 그 아래에, 동일하게 구성된 대응하는 제 2 가열 엘리먼트 (217b) 가 배열된다. 가열 엘리먼트 (217a 및 217b) 는 수평의 평행한 프로파일을 갖는 도 3 에서와 유사한 복수의 가열 전도체들을 포함할 수 있다. 가열 엘리먼트들 (217a 및 217b) 에는 도 2 에 대응하는 층 구조가 제공되거나, 이 엘리먼트들은 튜브 (213) 상에 외부적으로 제공된다. 유전성 절연층 및 전기 전도성 접속부는 도시되지 않는다. 가열 엘리먼트 (217a 및 217b) 는 제어 유닛 (229) 에 접속된다. 유전성 절연층 (미도시) 은 측정 디바이스 (230) 에 접속되고, 이어서 측정 디바이스 (230) 는 제어 유닛 (229) 에 접속된다. 제어 유닛 (229) 은 적어도 지능형 제어 기능과 관련하여 제어기를 포함하거나 본질적으로 제어기로 구성될 수 있다. 무엇보다도, 제어 유닛 (229) 은 또한 가능하면 서로 독립적으로 가열 엘리먼트 (217a 및 217b) 의 동작을 제어한다. 이와 관련하여, 구조에 대해, EP 3278691 A1 이 참조된다. 튜브 (213) 내의 물 (5) 은 가열 엘리먼트 (217a 및 217b) 에 의해 가열 및 증발되어, 증기가 상부에서 가열 디바이스 (211) 로부터 방출될 수 있게 된다. 이 경우, 여기에 설명된 바와 같이, 온도 모니터링이 매우 중요하며, 이를 위해 달성된 정확도의 증가로 인하여 본 발명은 특히 이 경우 특히 중요한 역할을 한다.
튜브 (213) 의 내측에서, 우측 상단에는 비교적 작은 석회화 (239) 가 단순화된 방식으로 도시되어 있다. 이는 이 영역에서, 가열 엘리먼트 (217a) 가 튜브 (213) 내의 물 (5) 로 열을 충분히 잘 소산시킬 수 없어, 도입부에서 언급된 과열 또는 소위 핫스폿이 여기에서 발생할 수 있게 되는 효과를 갖는다. 이는 특히 본 발명에 따른 온도의 검출에 의해 식별될 수 있다.
도 4 에 따른 가열 디바이스 (211) 에서, 물 (5) 을 보충할 수 있는 2 개의 가능성이 구현된다. 좌측 하단에, 가열 디바이스 (211) 또는 튜브 (213) 의 유체 챔버를 물 탱크 (232) 로부터의 물 (5) 로 보충하기 위하여 제어 유닛 (239) 에 의해 구동되는 펌프 (234) 를 갖는 물 탱크 (232) 가 제공된다. 이는 주로 튜브 (213) 의 수위가 상당히 감소된 것으로 확립될 때 수행된다. 이는 상부 가열 엘리먼트 (217a) 아래에 점선으로 표시된다. 늦어도, 이 상부 가열 엘리먼트 (217a) 가 크게 과열되고, 증발의 최적 기능을 위해, 그리고 무엇보다도 과열에 의한 손상을 방지하기 위해 물을 보충해야 한다. 제어 유닛 (229) 은 상승 온도를 식별할 때마다 펌프 (234) 에 의해 이러한 물의 보충을 수행한다.
대안으로서, 물 (5) 을 내부에 갖는 추가의 물 탱크 (232') 가 가열 디바이스 (211) 의 좌측 상단에 도시되어 있다. 물이 전달 라인 (235') 을 통해 튜브 (213) 또는 유체 챔버 내에 자동적으로 흐를 수 있도록 추가의 물탱크가 튜브 (213) 위에 배열된다. 이 경우, 제어 유닛 (229) 은 전달 라인 (235') 에서 밸브 (237) 를 대응하여 개방할 수도 있다.
도 5 는 측정 디바이스 (230) 가 이어서 제어 유닛 (229) 에 또는 대응하는 제어기에 접속되는 측정 디바이스 (230) 를 자세하게 도시한다. 전압 (UN) 은 메인 전압이며 여기에 도시된 단일 가열 엘리먼트 (217) 에 인가된다. 복수의 가열 엘리먼트들이 있다면, 이들이 메인 전압 (UN) 에 서로 병렬로 적용되기 쉽다. 유전성 절연층은 또한 온도-의존적 저항 R(T) (219) 으로 표현된다. 누설 전압 (UL) 은 여기서 그라운드 N 에 대해 인가되는데, 그 이유는 이 경우에 대응하는 누설 전류가 유전성 절연층을 통해 흐르기 때문이다. 이 누설 전압을 검출하기 위해, 2 개의 저항기들 (R3, R4) 은 측정 디바이스 (230) 에 분압기로서 제공된다. 중앙 탭은 제어기의 AD 입력 (AD) 에 직접 제공된다. 이것은 실제로 도입부에서 이미 설명되었다.
위상 (L) 에서 메인 전압 (UN) 을 탭핑하고 유사한 방식으로 이를 제어 유닛 (229) 의 제어기의 입력으로 전달하기 위하여 저항기 (R1 및 R2) 로 구성된 추가의 분압기가 제공된다. 물론, 이 경우에 이에 의해 형성된 분압기 또는 분압기 네트워크 또는 저항기 네트워크가 또한 다르게 구성될 수 있음을 쉽게 생각할 수 있다.
제어 유닛 (229) 에서, 이후 위에 설명된 계산이, 판독된 전압 신호의 도움으로 수행된다. 특히, 누설 전압 (UL) 은 측정된 메인 전압 (UN) 으로 나누어지고, 그 다음, 그 몫이 유리하게 보상 값으로 곱해진다. 이러한 목적으로 보상값이 230 으로서 선택되는데, 그 이유는 가열 디바이스 (211) 가 230 V 의 메인 전압 (UN) 으로 동작되도록 의도되기 때문이다. 따라서 정규화된 누설 신호가 얻어진다. 그 다음, 정규화된 누설 신호는 절대 값과 관련하여 또는 그것의 기울기와 관련하여, 즉 프로파일의 1 차 미분과 관련하여 평가될 수 있다. 이는 도 6 및 도 7 에서 아래 설명될 것이다. 이로부터 공지된 과열 사례 중 어느 것이 식별되는지에 따라, 유체 챔버는 물 (5) 로 보충될 수도 있거나 또는 가열 엘리먼트들 (217) 중 하나 또는 모든 가열 엘리먼트들의 가열 전력이 감소되거나 스위치 오프될 수도 있다.
도 6 은 시간 t 의 함수로서 메인 전압 (UN) 및 이에 의존하는 누설 전압 (UL) 이 거동하는 방식을 나타낸다. 본 발명은 이 경우 아직 구현되지 않았다. 최하단에는, 도 4 에 대응하는 펌프 (234) 의 활동 상태, 즉 물이 다시 펌핑되어야 하는지의 표현이 우측 수직축에 대응하여 존재한다.
실제로, 가열 디바이스 (211) 에 의한 증발기의 동작은 물을 보충하기 위해 약 28 초마다 펌핑이 간략하게 수행되도록 하는 것이다. 이는 750 초와 850 초 사이의 간격 뿐만 아니라 890 초 그 이상으로 도시된다. 특히 가열 디바이스가 오븐 내부의 증발기에 배치되어, 오븐의 더 강력한 가열 디바이스가 부하로서 스위칭 온 또는 오프될 때, 아직, 메인 전압 (UN) 에서 점프가 발생하기 때문에, 점프들이 무시할 수 없을 정도로 되어 결함이 발생한다. 이들 점프들은 여기에서 약 720 초와 약 860 초에서 상방으로 발생한다. 약 805 초와 950 초에서 점프들이 하방으로 발생한다. 이는 추가 부하의 스위칭 온 및 오프에 정확하게 의존한다. 펌프 (234) 는 특히 720 초보다 다소 큰 시간에서 그리고 860 초보다 다소 큰 시간에서 메인 전압 (UN) 의 상방으로의 점프 이후에 시작함이 밝혀졌다. 따라서 펌핑이 너무 일찍 발생한다. 이는 실제 필요한 것 또는 의도된 것보다 더 많은 유체가 가열 디바이스 내에 있다는 점에서 단점이 있으며, 따라서 더 많은 물이 가열될 필요가 있고 증발이 다소 손상받을 수 있다. 또한, 이들 점프에서 누설 전압 (UL) 의 비교적 규칙적인 패턴이 정확하게 인터럽트된다는 것을 알 수 있다. 이는 실제로 필요하지 않은 원치 않는 펌핑으로 정확하게 이어진다.
도 7 에서, 이때 본 발명에 따른 보상 또는 계산이 수행되었다. 메인 전압 (UN) 은 다시 변하지만 다소 다른 시간에 변한다. 그러나, 이 검출 및 고려요건에 의해, 누설 전압 (UL) 에 실제로 영향을 미치는 가열 디바이스에서의 메인 전압 (UN) 의 변동은, 펌프 (234) 에서의 펌핑이 원하는 규칙적인 간격으로 발생하도록 하는 방식으로 보상될 수 있음이 밝혀졌다. 무엇보다도, 이는 또한 누설 전압 (UL) 의 프로파일의 규칙성에서도 나타난다. 메인 전압 (UN) 에서 점프가 발생할 때, 누설 전압 (UL) 은 변하지 않는다. 따라서, 더 우수한 온도 검출이 가능하고, 따라서 가열 디바이스 (211) 가 더 우수하게 동작될 수 있다.
이 효과는 예를 들어 도 4 에 대응하는 석회화 (239) 로 인해 핫스폿 또는 국부 과열의 검출에서 마찬가지로 유리하게 고려가능할 수 있다. 이 영역에는 증가된 누설 전류가 흐르기 때문에 이 과열로 인해 누설 전압 (UL) 이 증가한다. 가열 엘리먼트가 동작되는 메인 전압 (UN) 의 갑작스런 상승, 및 이에 따른 누설 전압에서의 대응 점프도 보상될 수 있다.
느리게 증가하는 온도에 기인하여 누설 전압에서의 이 전반적인 느린 상승을 야기하는 대면적 석회화에도 동일하게 적용된다.

Claims (20)

  1. 유체들에 대한 가열 디바이스로서,
    상기 가열 디바이스는 유체 챔버를 포함하고,
    - 적어도 하나의 가열 전도체를 갖는 적어도 하나의 가열 엘리먼트는 상기 유체 챔버의 외부측에 제공되고,
    - 상기 가열 디바이스는 본질적으로 상기 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 커버하는 적어도 하나의 확장 유전성 절연층을 포함하고,
    - 상기 유전성 절연층은 온도-의존적 전기 저항을 갖고,
    - 적어도 하나의 전기 전도성 접속부는 상기 유전성 절연층의 양면에 특히 동일한 커버리지로 각각 제공되고,
    - 상기 전기 전도성 접속부들 중 적어도 하나는 상기 유전성 절연층을 통한 온도-의존적 전류 흐름으로서 누설 전류를 검출하기 위하여 제어 유닛 또는 측정 디바이스에 접속되고,
    - 상기 가열 디바이스의 상기 제어 유닛은 AD 입력을 포함하는 제어기 또는 마이크로컨트롤러를 포함하고,
    - 측정 수단은 상기 가열 디바이스의 공급 전압을 측정하기 위해 제공되고,
    - 상기 측정 수단은 상기 AD 입력에 접속되는, 유체들에 대한 가열 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 수단은 상기 AD 입력으로의 접속을 위한 상기 공급 전압을 감소시키기 위해 상기 공급 전압에 접속되는 적어도 2 개의 저항기들을 갖는 분압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체들에 대한 가열 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 분압기는, 2 개의 저항기들이 직렬로 접속되고 1 개의 저항기가 병렬로 접속되는, 3 개의 저항기들을 갖는 분압기 네트워크로서 구성되는 것을 특징하는 유체들에 대한 가열 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 챔버는 특히 튜브의 직경보다 큰 높이를 갖는 바람직하게 수직이거나, 또는 수평인 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체들에 대한 가열 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가열 엘리먼트는 상기 튜브의 원주 외부측에 제공되는 것을 특징으로 하는 유체들에 대한 가열 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 튜브의 하단부는 가열없이 하방으로의 상기 유체 챔버의 접속부로서 구성되는 것을 특징으로 하는 유체들에 대한 가열 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 챔버는 플랫한 하단부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 가열 엘리먼트는 상기 하단부의 하부측에 제공되는 것을 특징으로 하는 유체들에 대한 가열 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    복수의 가열 전도체들을 각각 갖는 적어도 2 개의 가열 엘리먼트들은 상기 유체 챔버의 외부측에 제공되며, 상기 2 개의 가열 엘리먼트들은 별개로 구동가능한 것을 특징으로 하는 유체들에 대한 가열 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 2 개의 가열 엘리먼트들은 별개로 구동가능하고 상기 유체 챔버 또는 튜브의 개별의 높이 섹션에 배열되는 것을 특징으로 하는 유체들에 대한 가열 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 디바이스는 상기 유체 챔버 내에 물을 펌핑하기 위하여 펌프를 포함하고, 상기 펌프는 상기 가열 디바이스의 제어 유닛에 의해 구동가능한 것을 특징으로 하는 유체들에 대한 가열 디바이스.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 디바이스는 상기 유체 챔버 내에 더 많은 유체를 도입하기 위하여 상기 제어 유닛에 의해 대응하여 구동가능한 밸브를 가진 상기 유체 챔버로의 전달 라인을 갖는 더 고도로 위치된 유체 탱크를 내부에 포함하고, 상기 펌프는 상기 가열 디바이스의 상기 제어 유닛에 의해 구동가능한 것을 특징으로 하는 유체들에 대한 가열 디바이스.
  12. 제 1 항에 있어서,
    스팀 배출구는 상기 유체 챔버 상에 물 챔버로서 위에 제공되는 것을 특징으로 하는 유체들에 대한 가열 디바이스.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 접속부는 전기 전도성 접속 표면인 것을 특징으로 하는 유체들에 대한 가열 디바이스.
  14. 제 1 항에 기재된 가열 디바이스를 동작시키는 방법으로서,
    하기 단계들:
    - 상기 유체 챔버 내에 유체를 도입하는 단계,
    - 상기 가열 엘리먼트들 중 하나를 스위칭 온 하는 단계,
    - 상기 유전성 절연층을 통한 온도-의존적 전류 흐름으로서 상기 누설 전류를 검출하는 단계,
    - 상기 가열 디바이스의 상기 공급 전압을 측정하는 단계,
    - 상기 누설 전류의 함수로서 상기 유체 챔버에서의 온도의 평가시, 측정된 상기 공급 전압을 고려하는 단계를 갖는, 가열 디바이스를 동작시키는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 가열 디바이스의 모든 가열 엘리먼트들은 시작시 스위칭 온 되는 것을 특징으로 하는 가열 디바이스를 동작시키는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 유체 챔버를 유체로 보충하는 것 및/또는 상기 가열 엘리먼트들을 구동하는 것이 영향을 받는 누설 신호는 상기 측정된 공급 전압 및 검출된 상기 누설 전류에 기초하여 상기 제어 유닛에서 계산되는 것을 특징으로 하는 가열 디바이스를 동작시키는 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    절대 레벨 및/또는 기울기에 대하여 상기 누설 전류를 평가하는 것에 의해 상기 유전성 절연층에서의 온도를 모니터링하는 것을 특징하는 가열 디바이스를 동작시키는 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    하기 단계들:
    - 저항기에 의해 상기 누설 전류를 누설 전압으로 변환하는 단계,
    - 변환된 상기 누설 전압이 상기 측정된 공급 전압으로 나누어지는 단계,
    - 상기 공급 전압의 기본 값으로 정규화되는 정규화된 누설 신호를 획득하기 위하여, 획득된 몫이 후속하여 보상 값으로 곱해지는 단계,
    - 상기 유체 챔버를 더 많은 유체로 보충하고/하거나 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 가열 전력을 감소시키고/시키거나 상기 유체 챔버의 벽에서의 석회화도 (degree of calcification) 를 식별하기 위하여, 상기 누설 신호의 특정 절대 값이 초과되거나 또는 상기 누설 신호의 프로파일의 특정 기울기가 초과되면, 상기 정규화된 누설 신호가 사용되는 단계를 특징으로 하는 가열 디바이스를 동작시키는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 정규화된 누설 신호가 과도하게 높은 온도의 표시로서 제 1 한계값을 초과하는 경우에, 상기 유체 챔버는 더 많은 유체로 보충되고, 상기 정규화된 누설 전류가 상기 제 1 한계값 미만으로 복귀될 때 보충이 정지되는 것을 특징으로 하는 가열 디바이스를 동작시키는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 정규화된 누설 신호의 프로파일의 기울기가 과도한 온도 상승의 표시로서 제 2 한계값을 초과하는 경우에, 상기 유체 챔버는 더 많은 유체로 보충되고, 상기 정규화된 누설 신호의 프로파일의 기울기가 상기 제 2 한계값 미만으로 복구될 때 보충이 정지되는 것을 특징으로 하는 가열 디바이스를 동작시키는 방법.
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