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DE102004020166A1 - A method for manufacturing a glass tube liquid heating cartridge has a metal oxide external surface coating endowed with fluorine or antimony - Google Patents

A method for manufacturing a glass tube liquid heating cartridge has a metal oxide external surface coating endowed with fluorine or antimony Download PDF

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DE102004020166A1
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Germany
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glass tube
antimony
fluorine
manufacturing
metal oxide
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DE200410020166
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German (de)
Inventor
Patrik Schober
Stefan Hubert
Christian Henn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schott AG
Original Assignee
Schott AG
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Publication date
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Abstract

The borosilicate glass tube (12) has an electrically conductive tin oxide coating (10) by which water is heated as it flows through the tube. Copper terminal bands ((14) conduct the electrical energy to the coating which is enhanced by the addition of white fluorine or antimony.

Description

Die Erfindung betrifft eine Glasrohrheizeinrichtung mit einem an der Außenseite mit einer Zinnoxid-Beschichtung versehenen Glasrohr, welches mit zumindest einem elektrisch leitfähigen, das Glasrohr umgreifenden Kontaktelement verbunden ist.The The invention relates to a Glasrohrheizeinrichtung with an on the outside with a tin oxide-coated glass tube, which with at least an electrically conductive, the glass tube encompassing contact element is connected.

Derartige Glasrohrheizeinrichtungen können beispielsweise bei Geschirrspülmaschinen, Waschmaschinen oder Kaffeemaschinen zum Einsatz kommen.such Glass tube heaters may, for example for dishwashers, Washing machines or coffee machines are used.

Aus der DE 198 21 580 A1 ist ein Durchlauferhitzer bekannt, welcher ein am Außenumfang mit undotiertem Zinnoxid beschichtetes Glasrohr zur Wärmeerzeugung in einem durchströmenden Fluid aufweist. In die Außenfläche des Glasrohrs sind mindesten zwei Kontaktstreifen aus Silber eingebracht. Die Kontaktstreifen werden beim Herstellungsprozess bei 400–600°C in den zinnoxidbeschichteten Glaskörper eingebrannt. Für die Versorgung mit Gleich-, Wechsel- oder Drehstrom ist vorgesehen, an die Kontaktstreifen Kontaktstecker oder Kabelzuführungen anzulöten.From the DE 198 21 580 A1 a continuous flow heater is known, which has a coated on the outer circumference with undoped tin oxide glass tube for heat generation in a flowing fluid. In the outer surface of the glass tube at least two contact strips made of silver are introduced. The contact strips are baked in the production process at 400-600 ° C in the tin oxide-coated glass body. For the supply of direct, alternating or three-phase current is provided to solder contact plugs or cable feeders to the contact strips.

Mit einer derartigen Anordnung lässt sich eine Leistungsaufnahme von bis zu 10 W/cm2 erreichen, wobei ein Betrieb bei Temperaturen bis zu 400°C möglich ist. Eine Leistungsdichte von 10 W/cm2 reicht jedoch nicht aus, um eine ausreichend gute Aufheizrate von durchströmenden Fluiden zu bewirken, wie sie beispielsweise in Waschmaschinen, Spülmaschinen, usw. erforderlich ist.With such an arrangement, a power consumption of up to 10 W / cm 2 can be achieved, with an operation at temperatures up to 400 ° C is possible. However, a power density of 10 W / cm 2 is not sufficient to effect a sufficiently good heating rate of fluids flowing through, as required for example in washing machines, dishwashers, etc.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Glasrohrheizeinrichtung anzugeben, welche eine ausreichend hohe Leistungsdichte aufweist, um beispielsweise bei der Verwendung in Haushaltsgeräten eine ausreichend hohe Aufheizrate des durchströmenden Fluids, insbesondere Wasser, zu bewirken.It The object of the invention is to provide a glass tube heating device, which has a sufficiently high power density, for example, at of use in household appliances a sufficiently high heating rate of the fluid flowing through, in particular Water, to effect.

Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils in den Unteransprüchen beschrieben.These The object of the invention is solved by the features of claim 1. advantageous Further developments are each described in the subclaims.

Demgemäss ist vorgesehen, die SnO2-Beschichtung derart zu dotieren, dass eine Leistungsdichte von 15–25 W/cm2, vorzugsweise 18–22 W/cm2 erreicht wird.Accordingly, it is envisaged to dope the SnO 2 coating such that a power density of 15-25 W / cm 2 , preferably 18-22 W / cm 2 is achieved.

Als Dotierung eignet sich in besonders vorteilhafter Weise Fluor oder Antimon.When Doping is particularly preferably fluorine or Antimony.

Um gegen die auftretenden thermischen Belastungen resistent sowie gegen Laugen und Säuren beständig zu sein, kann das Glasrohr aus einem Borosilikatglas, vorzugsweise aus DURAN® von SCHOTT bestehen.In order to be resistant to the occurring thermal stresses as well as resistant to alkalis and acids, the glass tube made of a borosilicate glass may preferably consist of DURAN ® from SCHOTT.

Für die geforderte Leistungsdichte ist eine sehr hohe Uniformität der Schichtdicke und damit des elektrischen Widerstandes notwendig. Dies ist Voraussetzung für ein funktionierendes Glasrohrheizsystem. Deshalb sollte die Uniformität des Flä chenwiderstandes in Längs- und Radialausrichtung des beschichteten Glasrohres < 10% sein.For the required Power density is a very high uniformity of the layer thickness and thus of electrical resistance necessary. This is a requirement for a functioning glass tube heating system. Therefore the uniformity of the surface resistance should be in longitudinal and radial orientation of the coated glass tube <10%.

Der Flächenwiderstand kann dabei 20–40 Ω/⧠, vorzugsweise 28–32 Ω/⧠ betragen, wohingegen die Dicke der dotierten SnO2-Beschichtung 200–400 nm, vorzugsweise 280–320 nm betragen kann.The sheet resistance may be 20-40 Ω / □, preferably 28-32 Ω / □, whereas the thickness of the doped SnO 2 coating may be 200-400 nm, preferably 280-320 nm.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.following the invention will be described with reference to a preferred embodiment on the attached Drawings closer explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 in schematischer Draufsicht und im Schnitt ein dotiertes zinnoxidbeschichtetes Glasrohr einer Glasrohrheizeinrichtung, welches mit zwei elektrisch leitfähigen, das Glasrohr umgreifenden Klebebändern als Kontaktelemente versehen ist; und 1 in a schematic plan view and in section, a doped tin oxide coated glass tube of a Glasrohrheizeinrichtung which is provided with two electrically conductive, the glass tube embracing adhesive tapes as contact elements; and

2 als Diagramm die Aufheizcharakteristik einer Glasrohrheizeinrichtung zum Aufheizen von Wasser. 2 a diagram of the heating characteristics of a glass tube heater for heating water.

1 zeigt in schematischer Draufsicht und im Schnitt ein an der Außenseite mit einer dotierten Zinnoxid-Beschichtung 10 versehenes Glasrohr 12 einer Glasrohrheizeinrichtung, welches an gegenüberliegenden Enden mit zwei elektrisch leitfähigen, das Glasrohr 12 umgreifenden Kontaktelementen 14.1 und 14.2 versehen ist. Die Kontaktelemente 14.1 und 14.2 sind aus elektrisch leitfähigem Metall, beispielsweise Kupfer ausgebildet. 1 shows in schematic plan view and in section one on the outside with a doped tin oxide coating 10 provided glass tube 12 a Glasrohrheizeinrichtung, which at opposite ends with two electrically conductive, the glass tube 12 encompassing contact elements 14.1 and 14.2 is provided. The contact elements 14.1 and 14.2 are made of electrically conductive metal, such as copper.

Die Kontaktelemente 14.1 und 14.2 können als aufgeschrumpfte Metallringe, Klebebänder aus leitfähigem Material oder als mechanische Klemmeinheiten, beispielsweise Schellen, ausgebildet sein. Auch andersartig ausgebildete Kontaktelemente können vorgesehen sein.The contact elements 14.1 and 14.2 can be designed as shrunk-on metal rings, adhesive tapes of conductive material or as mechanical clamping units, such as clamps. Also differently designed contact elements can be provided.

Die Kontaktelemente 14.1 und 14.2 lassen sich jeweils mit einem (nicht gezeigten) Kontakt- oder Anschlussteil zum elektrischen Anschließen eines Anschlusskabels versehen.The contact elements 14.1 and 14.2 can each be provided with a (not shown) contact or connecting part for the electrical connection of a connecting cable.

Das Material des Glasrohres 12 ist ein Borosilikatglas von SCHOTT, z.B. DURAN®. Dieses Glasmaterial zeichnet sich durch seine hohe thermische Belastbarkeit und Beständigkeit gegen Laugen und Säuren aus. Speziell bei der Verwendung in Haushaltsgeräten, beispielsweise bei Geschirrspülmaschinen, ist eine derartige Resistenz gegenüber aggressiven Reinigungsmitteln erwünscht. Die Verwendung anderer geeigneter Gläser ist selbstverständlich auch möglich.The material of the glass tube 12 is a borosilicate glass from SCHOTT, eg DURAN ® . This glass Material is characterized by its high thermal resistance and resistance to alkalis and acids. Especially when used in household appliances, for example in dishwashers, such a resistance to aggressive cleaning agents is desired. The use of other suitable glasses is of course also possible.

Die Zinnoxid- bzw. SnO2-Schicht, ist zur Erhöhung der Leistungsdichte beispielsweise mit Fluor oder Antimon dotiert. Die Leistungsdichte, die dadurch erreicht wird, beträgt 15–25 W/cm2, zumindest jedoch 18–22 W/cm2. Für diese Leistungsdichte ist eine sehr hohe Uniformität der Schichtdicke und damit des elektrischen Widerstandes notwendig. Die Uniformität des Flächenwiderstandes in Längs- und Radialausrichtung ist kleiner als 10%. Der Flächenwiderstand beträgt ca. 30 Ω/⧠. Der Flächenwiderstand und somit die Leistungsaufnahme des Durchflussheizers ist über die Schichtdicke und die beheizte Länge einstellbar. Die Schichtdicke beträgt typischerweise 200–400 nm, vorzugsweise 280–320 nm.The tin oxide or SnO 2 layer, for example, is doped with fluorine or antimony to increase the power density. The power density achieved thereby is 15-25 W / cm 2 , but at least 18-22 W / cm 2 . For this power density is a very high uniformity of the layer thickness and thus the electrical resistance necessary. The uniformity of the sheet resistance in longitudinal and radial orientation is less than 10%. The sheet resistance is approx. 30 Ω / ⧠. The surface resistance and thus the power consumption of the flow heater can be adjusted via the layer thickness and the heated length. The layer thickness is typically 200-400 nm, preferably 280-320 nm.

2 zeigt die Aufheizcharakteristik einer Glasrohrheizeinrichtung zum Aufheizen von Wasser. Auf der Abszisse des Diagramms ist die Zeit [min] und auf der Ordinate die Wassertemperatur [°C] aufgetragen. Die mit der erfindungsgemäßen Glasrohrheizeinrichtung erreichte Aufheizrate von durchströmendem Wasser beträgt demzufolge ca. 2,5 K/min. Dieser Wert ist vergleichbar mit Aufheizraten herkömmlicher Edelstahldurchflussheizer. 2 shows the heating characteristic of a Glasrohrheizeinrichtung for heating water. The abscissa of the diagram shows the time [min] and the ordinate the water temperature [° C]. The heating rate of water flowing through with the glass tube heating device according to the invention is therefore approximately 2.5 K / min. This value is comparable to heating rates of conventional stainless steel flow heaters.

Claims (8)

Glasrohrheizeinrichtung mit einem an der Außenseite mit einer SnO2-Beschichtung (10) versehenen Glasrohr (12), welches mit zumindest einem elektrisch leitfähigen, das Glasrohr (12) umgreifenden Kontaktelement (14.1; 14.2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die SnO2-Beschichtung (10) mit einer Dotierung versehen ist.Glass tube heating device with an outside with a SnO 2 coating ( 10 ) provided glass tube ( 12 ), which with at least one electrically conductive, the glass tube ( 12 ) encompassing contact element ( 14.1 ; 14.2 ), characterized in that the SnO 2 coating ( 10 ) is provided with a doping. Glasrohrheizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierung Fluor oder Antimon enthält.Glass tube heating device according to claim 1, characterized in that the doping contains fluorine or antimony. Glasrohrheizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasrohr (12) aus Borosilikatglas besteht.Glass tube heating device according to claim 1 or 2, characterized in that the glass tube ( 12 ) consists of borosilicate glass. Glasrohrheizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasrohr (12) aus dem Borosilikatglas DURAN® von SCHOTT besteht.Glass tube heating device according to claim 1 or 2, characterized in that the glass tube ( 12 ) consists of borosilicate glass DURAN ® from SCHOTT. Glasrohrheizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Uniformität des Flächenwiderstandes in Längs- und Radialausrichtung des beschichteten Glasrohres (12) < 10% ist.Glasrohrheizeinrichtung according to claim 1, characterized in that the uniformity of the surface resistance in the longitudinal and radial orientation of the coated glass tube ( 12 ) <10%. Glasrohrheizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächenwiderstand 20–40 Ω/⧠, vorzugsweise 28–32 Ω/⧠ beträgt.Glass tube heating device according to claim 1, characterized characterized in that the sheet resistance is 20-40 Ω / ⧠, preferably 28-32 Ω / ⧠. Glasrohrheizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der dotierten SnO2-Beschichtung (10) 200–400 nm, vorzugsweise 280–320 nm beträgt.Glasrohrheizeinrichtung according to claim 1, characterized in that the thickness of the doped SnO 2 coating ( 10 ) Is 200-400 nm, preferably 280-320 nm. Glasrohrheizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsdichte 15–25 W/cm2, vorzugsweise 18–22 W/cm2 beträgt.Glasrohrheizeinrichtung according to one of claims 1 to 7, characterized in that the power density 15-25 W / cm 2 , preferably 18-22 W / cm 2 .
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