ПАНЕЛЬНОЕ НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА ВОДЫ В БАКЕ ДЛЯ МОЮЩЕГО РАСТВОРА, СТИРАЛЬНАЯ МАШИНА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПАНЕЛЬНОГО НАГРЕВАТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
PANEL HEATING DEVICE FOR HEATING WATER IN TANK FOR WASHING SOLUTION, WASHING MACHINE AND METHOD OF PANEL HEATING DEVICE MANUFACTURE

Изобретение относится к панельному нагревательному устройству для нагревания воды или моющего раствора в баке для моющего раствора в стиральной машине с несущей пластиной малой толщины, присоединяемой к баку для моющего раствора, с выполненным в виде проводящей дорожки электронагревательным элементом, который подвергается воздействию электрической энергии и предназначен для генерирования тепла, причем тепло через несущую пластину передается воде. Кроме того, изобретение относится к стиральной машине с баком для моющего раствора и таким панельным нагревательным устройством, а также к способу изготовления панельного нагревательного устройства.
Нагревательные устройства для подогрева моющего раствора в баке для моющего раствора стиральной машины известны из уровня техники. При этом, как правило, используются трубчатые или стержневые нагревательные элементы. Однако их недостаток состоит в том, что они должны быть окружены моющим раствором со всех сторон и таким образом должны устанавливаться в установочном кармане для нагревательного элемента. Из-за этого возникает дополнительное потребление воды и электрической энергии, создается так называемый «мертвый объем раствора». Кроме того, такие трубчатые нагреватели также особенно предрасположены к образованию отложений накипи и ворсинок, что в свою очередь может приводить к локальным перегревам и таким образом в худшем случае к отказу устройства.
По этим причинам уже разрабатывались панельные нагревательные устройства. Тем не менее, у них также имеются недостатки из-за чувствительности к локальным перегревам, высокой стоимости, а также плоскостной установки. Недостатком такого панельного нагревательного устройства является, в частности, то обстоятельство, что используемый электронагревательный элемент в форме проводящей дорожки приводит к локальным перегревам при образовании отложений накипи и ворсинок в баке для моющего раствора.
Из патентного документа DE 20301108 U1 также известно панельное нагревательное устройство для нагрева воды в баке для моющего раствора стиральной машины, которое имеет несущую пластину малой толщины из нержавеющей стали и помещено в баке для моющего раствора стиральной машины. Данное панельное нагревательное устройство имеет промежуточный слой из материала, хорошо проводящего тепло, например, алюминия, соединенный с несущей пластиной и электронагревательным элементом и распределяющий тепло.
Кроме того, известны пленочные нагреватели и другие гибкие нагревательные элементы, которые, однако, не могут использоваться из-за проблем, связанных с их изоляцией, обеспечением электрического контакта, а также с их фиксацией относительно моющего устройства.
Цель настоящего изобретения - продемонстрировать такое техническое решение, которое позволяет при использовании панельного нагревательного устройства вышеуказанного типа без больших затрат осуществлять особенно надежное и безопасное в эксплуатации нагревание моющего раствора в баке для моющего раствора.
Согласно изобретению эта цель достигнута благодаря панельному нагревательному устройству, стиральной машине, а также способу с признаками согласно соответствующим независимым пунктам формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения, описания и чертежей.
Панельное нагревательное устройство согласно изобретению предназначено для нагревания воды в баке для моющего раствора стиральной машины и включает в себя несущую пластину малой толщины, выполненную с возможностью ее присоединения к баку для моющего раствора, в частности, таким образом, что несущая пластина закрывает выемку, выполненную в стене бака для моющего раствора. Панельное нагревательное устройство имеет также электронагревательный элемент, генерирующий тепло для нагревания моющего раствора, причем тепло передается воде через несущую пластину. Согласно изобретению панельное нагревательное устройство выполнено как конструкция в виде сэндвича, в которой между электронагревательным элементом и несущей пластиной расположен промежуточный слой для равномерного распределения тепла по площади, причем этот промежуточный слой образован из материала, который имеет большую теплопроводность по сравнению с несущей пластиной. В частности, панельное нагревательное устройство состоит из однородного композитного слоя несущей пластины, промежуточного слоя, электронагревательного элемента и, предпочтительно, дополнительного изолирующего слоя, причем возможно выполнение электронагревательного элемента в форме меандра.
Таким образом, тепло, обеспечиваемое электронагревательным элементом посредством промежуточного слоя, очень хорошо проводящего тепло, равномерно распределяется по поверхности и передается воде от промежуточного слоя через несущую пластину. Такое панельное нагревательное устройство обеспечивает различные преимущества: с одной стороны, оно позволяет предотвращать локальные перегревы, вызванные отложением накипи и ворсинок на баке для моющего раствора, так как промежуточный слой обеспечивает равномерное распределение тепла по поверхности промежуточного слоя. Таким образом обеспечивается надежное и безопасное в эксплуатации нагревание моющего раствора в баке для моющего раствора. Кроме того, достигается экономия воды и энергии по сравнению с обычным трубчатым нагревателем, составляющая приблизительно от 6 до 8%. К тому же благодаря плоскостным геометрическим характеристикам панельного нагревательного устройства удается избегать отложения ворсинок в баке для моющего раствора. Еще одно преимущество состоит в том, что вследствие ухудшенной теплопроводности несущей пластины имеется возможность без проблем устанавливать ее на баке для моющего раствора, не отдавая тепло самому баку для моющего раствора. Передача тепла сквозь несущую пластину в моющий раствор, находящийся в баке для моющего раствора, происходит именно благодаря малой толщине несущей пластины, преимущественно в направлении, перпендикулярном несущей пластине, в то время как передача тепла в боковом направлении (в плоскости несущей пластины) минимальна вследствие плохой теплопроводности несущей пластины. Это дает преимущества относительно крепления панельного нагревательного устройства на баке для моющего раствора. А именно, имеется возможность соединять несущую пластину с баком для моющего раствора, например, посредством фрикционной сварки, в то время как другие компоненты панельного нагревательного устройства, которые обращены в сторону, противоположную внутреннему пространству бака для моющего раствора, не соприкасаются с материалом бака для моющего раствора.
Кроме того, предусматривается, что промежуточный слой имеет большую теплоемкость по сравнению с неподвижной пластиной прерывателя. Таким образом, имеется возможность аккумулировать в промежуточном слое значительно большее количество термической энергии, чем в несущей пластине, вследствие чего удается, в частности, избегать перегрева и сокращать тепловые потери.
Предпочтительным оказывается промежуточный слой, выполненный из материала, теплопроводность которого выше теплопроводности несущей пластины более чем в 5 раз, в частности более чем в 10 раз. Например, промежуточный слой, выполненный из материала, теплопроводность которого выше теплопроводности несущей пластины с коэффициентом, находящимся в диапазоне значений от 5 до 20, в частности от 10 до 20. Именно в этом случае, с одной стороны, становится возможной надежная передача тепла моющему раствору при относительно незначительной толщине несущей пластины, в то время как, с другой стороны, имеется возможность предотвращать передачу тепла в боковом направлении баку для моющего раствора.
Несущая пластина, предпочтительно, выполнена из нержавеющей стали. Этот вариант осуществления имеет преимущества в отношении срока службы панельного нагревательного устройства. Именно несущая пластина обращена к внутреннему пространству бака для моющего раствора и таким образом подвергается воздействию моющего раствора. Таким образом, при варианте осуществления несущей пластины из нержавеющей стали предотвращается коррозия панельного нагревательного устройства. Кроме того, нержавеющая сталь имеет теплопроводность, которая относительно невелика и таким образом особенно хорошо подходит для такого применения. Это позволяет надежно и эффективно передавать тепло сквозь материал несущей пластины в моющий раствор, в то время как в направлении, параллельном несущей пластине, происходит только минимальная теплопередача или, по возможности, теплопередача, по существу, не происходит.
Теплопроводность несущей пластины, предпочтительно, ниже, чем 20 Вт/(м⋅К).
Промежуточный слой предпочтительно образован из материала, теплопроводность которого выше, чем 150 Вт/(м⋅К), в частности выше, чем 200 Вт/(м⋅К). Это обеспечивает равномерное распределение тепла по всей площади промежуточного слоя и таким образом эффективную и надежную, а также равномерную относительно площади теплоотдачу в моющий раствор, находящийся в баке для моющего раствора.
Предпочтительным показал себя промежуточный слой, выполненный из алюминия. Этот вариант имеет преимущества при изготовлении, так как слой алюминия может наноситься без больших затрат на несущую пластину, например, посредством пайки, вальцевания или сварки, в частности фрикционной сварки.
Электронагревательный элемент, предпочтительно, нанесен посредством термического напыления, в частности плазменного напыления. Это означает, что нагревательный элемент наносится в ходе плазменного процесса; это, в частности, дает преимущество, состоящее в том, что возможно использование для электронагревательного элемента материалов, имеющих относительно высокую точку плавления. Применение таких материалов в качестве электронагревательных элементов особенно предпочтительно. Кроме того, это позволяет изготавливать панельное нагревательное устройство экономичным образом благодаря известному плазменному процессу осаждения.
В одном из вариантов осуществления панельного нагревательного устройства возможно также его выполнение дугообразным или изогнутым. Таким образом создается возможность подгонки его геометрической формы к круглой форме бака для моющего раствора. В частности, если несущая пластина используется внутри выемки в баке для моющего раствора и таким образом посредством несущей пластины образована область стенки бака для моющего раствора, этим предотвращается сглаживание формы бака для моющего раствора. Кроме того, это позволяет достигать надежного и хорошо удерживаемого соединения между баком для моющего раствора и панельным нагревательным устройством.
Однако изобретение не ограничивается дугообразным вариантом осуществления панельного нагревательного устройства. Возможно также выполнение панельного нагревательного устройства ровным, то есть плоским, что предполагает в свою очередь преимущества в отношении производства панельного нагревательного устройства.
Несущая пластина, предпочтительно, имеет выдающуюся или выступающую за пределы промежуточного слоя, в частности проходящую вокруг всего периметра промежуточного слоя боковую краевую область, посредством которой несущая пластина и тем самым все панельное нагревательное устройство присоединяется к баку для моющего раствора. Это означает, что несущая пластина в целом больше, чем промежуточный слой, так что указанная краевая область выполнена свободной от промежуточного слоя. У такого варианта осуществления несущей пластины есть то преимущество, что краевая область позволяет эффективно установить панельное нагревательное устройство на баке для моющего раствора или прикрепить к нему, в то время как промежуточный слой совмещается со сплошной выемкой бака для моющего раствора и таким образом не соприкасается с баком для моющего раствора.
Между электронагревательным элементом и промежуточным слоем, кроме того, предпочтительно, предусмотрен дополнительный слой, который выполнен из электроизолирующего материала. Тогда электронагревательный элемент наносят непосредственно на этот изолирующий слой, в частности на слой изоляции, выполненный путем плазменного напыления. Таким образом электронагревательный элемент электрически изолирован от промежуточного слоя. Возможно выполнение этого изолирующего слоя, например, из оксида алюминия.
Несущая пластина, предпочтительно выполненная из нержавеющей стали, имеет, например, толщину, находящуюся в диапазоне значений от 0,3 до 1,2 мм, в частности в диапазоне значений от 0,7 до 0,9 мм.
Промежуточный слой, в частности, выполненный из алюминия, может иметь толщину в диапазоне значений от 0,2 до 1 мм, в частности от 0,4 до 0,6 мм.
Указанный изолирующий слой может иметь, например, толщину, находящуюся в диапазоне значений от 0,1 до 0,25 мм, в частности 0,2 мм.
Толщина проводящей дорожки в электронагревательном элементе предпочтительно находится в диапазоне значений от 10 до 30 микрон, в частности от 20 микрон.
Электронагревательный элемент, предпочтительно, представлен в виде проводящей дорожки, имеющей форму меандра, который может иметь также несколько петель меандра. Таким образом, получается выделение тепла электронагревательным элементом по плоскости. При этом весь электронагревательный элемент расположен в совмещении или наложении с промежуточным слоем и с несущей пластиной, так что в целом получается конструктивный элемент в форме сэндвича.
Кроме того, изобретение относится к стиральной машине с баком для моющего раствора и панельным нагревательным устройством согласно изобретению. Бак для моющего раствора имеет сплошную выемку, которая покрыта несущей пластиной, так что несущая пластина образует область стенки бака для моющего раствора и при этом обращена к внутреннему пространству бака для моющего раствора, в то время как электронагревательный элемент обращен в сторону, противоположную внутреннему пространству. При этом промежуточный слой и электронагревательный элемент расположены в совмещении со сплошной выемкой бака для моющего раствора.
В стиральной машине несущая пластина, предпочтительно, соединена с баком для моющего раствора путем сварки, в частности фрикционной сварки. В качестве фрикционной сварки при нагреве трением может использоваться, например, ультразвуковая сварка. Кроме того, возможно опосредованное соединение несущей пластины с баком для моющего раствора. Для этого несущая пластина, предпочтительно, соединена с крепежным элементом или адаптером посредством уплотненного соединения, причем адаптер соединен с баком для моющего раствора, например, посредством сварки при нагреве трением, причем для этого соединения адаптера также возможно использование вышеуказанных способов соединения несущей пластины. Адаптер, предпочтительно, изготовлен из пластмассы.
Тем не менее, для соединения несущей пластины или адаптера с баком для моющего раствора возможно также применение других технологий соединения, например, клеевого соединения, фиксации с защелкиванием и/или резьбового соединения. Кроме того, возможно также соединение несущей пластины или адаптера с баком для моющего раствора посредством инжекции или экструзии, в частности, производимого одновременно с литьем под давлением при изготовлении бака для моющего раствора.
Для уплотнения соединения предпочтительно применяется уплотнение, проходящее периметру.
Способ согласно изобретению служит для изготовления панельного нагревательного устройства для нагрева моющего раствора в баке для моющего раствора стиральной машины путем обеспечения несущей пластины малой толщины, которую присоединяют к баку для моющего раствора, и обеспечения электронагревательного элемента в виде проводящей дорожки, генерирующей тепло, причем тепло передается в моющий раствор через несущую пластину, при этом для равномерного распределения тепла между электронагревательным элементом и несущей пластиной выполняют промежуточный слой из материала, который имеет большую теплопроводность и большую теплоемкость по сравнению с несущей пластиной.
Возможно нанесение электронагревательного элемента методом плазменного напыления.
Соединение несущей пластины с баком для моющего раствора может производиться методом фрикционной сварки.
Предпочтительные варианты исполнения и их преимущества, представленные в отношении панельного нагревательного устройства согласно изобретению, относятся соответствующим образом к стиральной машине согласно изобретению, а также к способу согласно изобретению.
Дальнейшие признаки изобретения следуют из формулы изобретения, чертежей и описания фигур чертежей. Все указанные выше в описании признаки и сочетания признаков, а также те признаки и сочетания признаков, которые указаны в нижеследующем описании чертежей и/или показаны только на чертежах, применимы не только в соответствующей указанной комбинации, но и в других комбинациях или же по отдельности.
Далее изобретение более подробно разъясняется на основе предпочтительного варианта осуществления, а также со ссылками на прилагаемые чертежи,
где на фиг. 1 схематически изображена стиральная машина согласно одному из вариантов осуществления изобретения, и
на фиг. 2 схематически изображено в аксонометрии панельное нагревательное устройство согласно варианту осуществления изобретения.
На фиг. 1 стиральная машина 1 согласно одному варианту осуществления изобретения представлена в схематичном и максимально обобщенном изображении. Стиральная машина 1 известным образом включает в себя барабан 2 для белья, который предназначен для размещения белья и установлен с возможностью поворота, например, вокруг проходящей горизонтально оси 3 вращения. Барабан 2 для белья находится в баке 4 для моющего раствора, который также имеет цилиндрическую обшивку или цилиндрический периметр. В нижней области бака 4 для моющего раствора, обращенной к днищу 5 стиральной машины 1, в стенке бака 4 для моющего раствора выполнена не представленная более детально на фигурах сплошная выемка или сквозное отверстие, в области которого расположено панельное нагревательное устройство 6, которое накладывается на указанную выемку и закрывает ее. Выемка может представлять собой, например, прямоугольное сквозное отверстие.
В данном варианте осуществления панельное нагревательное устройство 6 выполнено дугообразным или изогнутым и таким образом подогнано к геометрической форме бака 4 для моющего раствора.
Панельное нагревательное устройство 6 подробно показано на фиг. 2. Панельное нагревательное устройство 6 содержит несущую пластину 7, выполненную, например, из нержавеющей стали, толщина которой составляет, например, от 0,7 до 0,9 мм, в типовом случае  приблизительно 0,8 мм. Несущая пластина 7 представляет собой обладающий собственной жесткостью элемент, который соединяется с (пластмассовым) баком 4 для моющего раствора путем фрикционной сварки. При этом проходящую по периметру краевую область 8 несущей пластины 7 приводят в контакт с краевой областью выемки бака 4 для моющего раствора и соединяют с ней посредством фрикционной сварки. Соединение может осуществляться также опосредованно, через непоказанный адаптер, герметично соединенный с несущей пластиной 7, причем в этом случае, например, адаптер соединяют с баком 4 для моющего раствора фрикционной сваркой. Возможно также использование других видов соединения для крепления несущей пластины 7 или ее адаптера - например, резьбового соединения, фиксирующего соединения, клеевого соединения и т.п. Дополнительно возможна также вставка уплотнения между несущей пластиной 7 и баком 4 для моющего раствора.
На несущую пластину 7, а именно на представленную на фиг. 2 переднюю сторону 9 несущей пластины 7, непосредственно нанесен промежуточный слой 10, который выполнен, например, из алюминия. Таким образом, этот промежуточный слой 10 имеет очень высокую теплопроводность по сравнению с несущей пластиной 7, в частности выше, чем 200 Вт/(м⋅К). Этот промежуточный слой 10 несколько меньше, чем несущая пластина 7, так что краевая область 8 свободна от промежуточного слоя 10. В установленном состоянии промежуточный слой 10 расположен так, что он перекрывает сплошную выемку бака 4 для моющего раствора, причем промежуточный слой 10 обращен к днищу 5 в направлении, противоположном внутреннему пространству бака 4 для моющего раствора. При этом между промежуточным слоем 10 и стенкой бака 4 для моющего раствора предпочтительно нет взаимного перекрывания.
Нанесение промежуточного слоя 10 на несущую пластину 7 возможно, например, путем пайки или накатывания. При этом промежуточный слой 10 может иметь, например, толщину от 0,4 до 0,6 мм, в типовом случае 0,5 мм.
На промежуточный слой 10 в свою очередь нанесен изолирующий слой 11, например, из оксида алюминия. Этот изолирующий слой 11 служит для электрической изоляции между промежуточным слоем 10, с одной стороны, и электронагревательным элементом 12, который в форме проводящей дорожки 13 нанесен непосредственно на изолирующий слой 11, с другой стороны. Изготовление электронагревательного элемента 12 возможно, например, с использованием плазменного процесса, когда электронагревательный элемент наносится на изолирующий слой 11 методом плазменного напыления. При этом электронагревательный элемент 12 выполнен в виде проводящей дорожки, имеющей форму меандра 13, с множеством петель 14 меандра. Кроме того, электронагревательный элемент соединен со штекером 15, через который на электронагревательный элемент 12 подается электрическое напряжение. Возможно также встраивание в электронагревательный элемент 12 опциональных предохранительных элементов 16, которые размыкают электрическую цепь при превышении заданной силы тока или заданной температуры отключения. Эти предохранительные элементы 16 могут быть выполнены, например, в виде плавких предохранителей.
Возможно также наличие в панельном нагревательном устройстве 6 одного или более датчиков 17 температуры. Такой датчик 17 температуры, в частности, термически разделенный с электронагревательным элементом, может, например, находиться на несущей пластине 7 и в контакте с ней. Тогда посредством этого датчика 17 температуры измеряются температуру моющего раствора в баке 4 для моющего раствора, при этом обеспечивают возможность в зависимости от этой измеренной температуры регулировать электрический ток, идущий через электронагревательный элемент 12, и тем самым регулировать температуру. Дополнительно или альтернативно возможно также расположение датчика температуры в области изолирующего слоя 11. Электрический контакт с датчиками 17 температуры может осуществляться через штекер 15.
Таким образом, предоставлено панельное нагревательное устройство 6, в целом выполненное в форме сэндвич-компонента, имеющего несколько слоев, а именно несущую пластину 7, промежуточный слой 10, изолирующий слой 11, а также электронагревательный элемент 12. Несущая пластина 7, предпочтительно, представляет собой однородную сплошную пластину без сквозных отверстий под промежуточным слоем 10. Это значит, что с моющим раствором контактирует исключительно несущая пластина 7 и дальнейшие слои  обращены в противоположную от моющего раствора сторону. Так как несущая пластина 7, предпочтительно, выполнена из нержавеющей стали, при эксплуатации стиральной машины 1 это не приводит к коррозии. Электронагревательный элемент 12 и дальнейшие слои находятся вне бака 4 для моющего раствора.
При нагреве моющего раствора через электронагревательный элемент 12 протекает электрический ток и таким образом он выделяет тепло. Это тепло воспринимается и аккумулируется промежуточным слоем 10 из алюминия, а также передается через материал несущей пластины 7 моющему раствору в баке 4 для моющего раствора. Теплопроводность несущей пластины 7 при этом так незначительна, в частности меньше, чем 20 Вт/(м⋅К), что теплопередача через несущую пластину 7 происходит, в принципе, исключительно в направлении, перпендикулярном несущей пластине 7, вследствие очень незначительной толщины, в то время как в направлении, параллельном несущей пластине 7, и таким образом в направлении области 8 кромки передача тепла, по существу, не происходит. Таким образом, тепло не переносится также на материал самого бака 4 для моющего раствора.
Хотя в примере согласно фиг. 2 панельное нагревательное устройство 6 выполнено дугообразным, однако, также возможно ровное, то есть плоское исполнение несущей пластины 7 и всего панельного нагревательного устройства 6.
Как было отмечено выше, несущая пластина 7 устанавливается в соответствующую выемку в нижней области стенки бака 4 для моющего раствора, причем несущая пластина 7 обращена к внутреннему пространству бака 4 для моющего раствора и таким образом соединяется с баком 4 для моющего раствора своей задней стороной 18.
В качестве опций возможно также встраивание в панельное нагревательное устройство 6 дальнейших элементов в виде слоев или в виде компонентов для поверхностного монтажа (SMD-компонентов), например, термостата или дополнительных датчиков.
Список обозначений
1
Стиральная машина
2
Барабан для белья
3
Ось вращения
4
Бак для моющего раствора
5
Днище
6
Панельное нагревательное устройство
7
Несущая пластина
8
Краевая область
9
Передняя сторона
10
Промежуточный слой
11
Изолирующий слой
12
Электронагревательный элемент
13
Проводящая дорожка
14
Петля меандра
15
Штекер
16
Предохранительный элемент
17
Датчик температуры
18
Задняя сторона