CN101304718B - 蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

一种蒸汽发生器(例如用于桑拿浴)，其包括水箱(2)，用于使水箱内的水蒸发的加热元件(5)，以及一个位于水箱外面、与水箱的壁之间存在传热连接以对水箱内的水位进行监测的温度传感器。加热元件(5)通过热导体(1)以导热方式连接到带有温度传感器的恒温器(3)上，该热导体与水箱(2)的外壁相分离。通过本发明，可以利用传感器对水箱壁的温度进行监测而避免水箱内的水烧干，该温度取决于水位的位置。

Description

蒸汽发生器

本发明涉及一种蒸汽发生器(steam generator)，其包括水箱，用于使水箱内的水蒸发的加热元件，以及一个位于水箱外面、与水箱的壁之间存在传热连接以对水箱内的水位进行监测的温度传感器。

本文所介绍的蒸汽发生器主要用于桑拿浴，但也能应用在家庭里需要热蒸汽的应用场合中，例如蒸汽熨斗。

防止蒸汽发生器的水箱烧干已经成为蒸汽发生器制造商的最重要的问题之一。已经有一些尝试，通过放置在水箱内的、已知的机械水位传感器和电子水位传感器来监测水位，然而，这些传感器都有一些缺点，即，类似于水箱内所产生的水垢等的沉淀物会干扰传感器的功能并使机械装置的运行变复杂。例如，这些沉淀物可能会包覆住电子传感器，从而完全妨碍其起作用。

另一个解决方案是，允许蒸汽发生器在水箱为空的时候继续运行直至底部的恒温器(thermostat)切断加热元件的运行。然而，这会对加热元件造成损伤并缩短其寿命，因为其部件处于非常高的温度之下。此外，烧干的水箱可能会向周围环境发出令人不悦的气味。

众所周知，可以使用温度传感器来确定水箱内的水位是否下降到一定的平面以下。传感器的这种用法是以以下事实为基础的，即，对传感器所在位置处的水箱部分进行加热时，其温度取决于加热点是在水位之上(较高温度)还是在水位之下(较低温度)，因为水所带走的汽化热使温度保持平稳。例如，在美国专利5881207、欧洲专利193863以及美国专利4881493中都公开了基于这一原理而运行的解决方案。

美国专利5881207和相应的欧洲专利772000公开了一种管(30)，其沉入在水箱内、位于所期望的水位位置处，这种管包括温度传感器(12)和通过电流加热的电阻(13)。虽然沉淀物不能直接影响该传感器，但若电阻发生损坏，则加热过程无法进行，当水位下降到管的下方时，温度不会升高且不会接收到烧干警告。另外，还存在一个结构性缺点，即传感器管必须下沉。

欧洲专利EP-193863也公开了一种蒸汽发生器，其中，加热电阻(5，6，7)放置于水箱壁外合适的高度上。温度传感器(16，17，18)也放置于相同的高度上，且它们用于监测壁的温度，而该温度取决于水位的位置。因此，热电阻的设置取决于所期望的水位，而这会对蒸汽发生器的设计造成限制。通常希望能将热电阻放置于水箱之下。

美国专利4881493同样公开了与上述相似的结构和工作原理，其中，热电阻(9)以螺旋线的形式绕在圆柱形水箱的外表面上，温度传感器也绕在电阻上半部所在位置处，且与电阻平行。

本发明的目的在于公开一种简单的解决方案，其无需在温度传感器旁进行单独的加热且加热元件的布置不取决于所需监测平面所在位置。为达到该目的，根据本发明的蒸汽发生器具有以下基本特征，即加热元件通过热导体以导热方式连接到温度传感器上，该热导体与水箱的壁相分离。在某种程度上，该热导体构成一座桥梁，其将热量传递到水箱壁上所希望的高度处(需监测的水位所在位置处)，温度传感器同样也位于该高度上。这样，加热元件就能设置在水箱之下，依附在其底部上，而这通常是个有利的位置。

根据本发明的解决方案不受水箱内沉淀物或分开的加热单元可能出现的故障的影响，因为热量通过水箱外的导体从加热元件处传递到水箱外，而正是通过这相同的加热元件，蒸发所需的热量才传递到水箱内的。

热导体连接到水箱壁处的点决定了待监测的水位。当水位位于连接点之上时，经由热导体传来的热量将通过可导热的壁传输到水箱内部的水中，而这些水具有大量热容和汽化热。当水下降到该点以下时，连接到壁上的热导体端部和壁都迅速升温，因为在壁内的同一高度处已经没有可以吸收热量的水。在同一点上的温度传感器监测到温度快速上升超过预先设定的阈值并将其报告给监控者/用户，或者，若该温度传感器构成恒温器的一部分时，恒温器将执行自动控制动作(向水箱内供应补充水和/或切断供热)。另外，本发明的另外一个优点在于，无需在水箱内提供沉入部分或导通性连接，所有结构和功能性部件都位于水箱之外。

在优选实施例中，使用了两个恒温器，这两个恒温器具有不同的工作点，其中，若主恒温器失效，在较高温度下动作的恒温器将起紧急开关的作用。

下面将参考附图对本发明进行介绍，其中：

图1显示了蒸汽发生器的顶视图，

图2显示了蒸汽发生器的前视图，

图3显示了蒸汽发生器的侧视图(图2的右侧视图)，

图4显示了蒸汽发生器的底视图，

图5显示了蒸汽发生器沿图1中的A-A1线的截面图，

图6显示了蒸汽发生器的等轴测视图，而

图7显示了测量点处温度与水位高度的函数关系。

根据用途的不同，基于本发明的系统可以用于多种形式。下面的描述仅包含用作示例的一个实施例，而并不限制本发明。图中所公开的水箱同样还包括图中未示出的蒸汽排气管道、水供给管道和用以封闭水箱的盖子。

图1显示了用于放置热导体1的四个不同的可选方案(以参考标号1-1，1-2，1-3，1-4为标记)。热导体1是可弯曲成所希望形状的金属板或金属带，其一端能连接到加热元件5上，而另一端能连接到蒸汽发生器水箱2的侧壁上所希望的高度处，其连接方式使其能通过连接将热量从发热元件5处传输到水箱壁处。在两端之间，热导体1与水箱2分离开，在图中，两者之间存在气隙，不过也当然可以使用其它隔离方式。

下面，将参考把热导体1连接到水箱2右侧壁的解决方案(可选方案1-1)。至少一个温度传感器放置在热导体1一端与水箱2侧壁的连接点处，该温度传感器根据上面所述的原理对连接点处的温度进行监测。在连接点处，热导体1位于水箱壁上具有一定尺寸的区域内，而在该区域内，温度传感器放置在热导体1的顶部。如图所示，该传感器属于恒温器3，其构成控制热量和/或水的供给的开关。在所示实施例中，两个恒温器3、4平行地放置在连接点处的同一高度上，其中，在较低温度下工作的恒温器3形成主开关而在较高温度下工作的恒温器4形成紧急开关。因此，第二恒温器4不是必需的。

如图所示，恒温器3/恒温器3、4位于板状或带状热导体1连接到水箱2壁上的那一部分上，且与壁平行。

由导热性金属构成并充当热导体1的板或带是按照如下方式进行设计和放置的，即，在将热量从发热元件5传输到传感器或恒温器所在连接点的过程中，浪费掉的热量要尽可能少。考虑到热传递，该板或带放置在位于水箱2底部外侧的加热元件5上，以便其能覆盖元件5表面的足够大的部分，从而在图4中所示的合适长度内与长形元件5的不同部分相接触。如图所示，加热元件5可以是用电加热的常规电阻器。该板或带向上弯曲，且向上的部分与水箱2的壁隔绝开足够远的距离，使得热量无法传递到壁上。在端部连接点处，该板或带向上弯曲以形成直线部分，其位于壁上并形成将热量传递给壁的连接点。与水箱相隔一定距离的那一部分可以具有向水箱开口的字母C的形状，或如图2中可选方案所示，这样的弯曲也可以形成为锐角，以便该部分倾斜朝上地指向连接点。热导体1再次接触水箱的这一点位于距底部一定高度处(图5中的水平7)，使得即使水位下降到这一高度以下，水箱中仍留有足量的水。例如，该高度可以是所希望最低水面高度的两倍。水箱由金属构成，这样水箱壁可以很好地导热。

该水箱可以配备合适的外壳，通过它，还可以覆盖热导体1和传感器/恒温器。该热导体和传感器/恒温器可放置于水箱对于蒸汽发生器的设置和使用来说最合适的一侧(图1中所示的可选方案)。

图7显示了温度与水位高度的函数关系。当水位位于导体1的接触点之上(水平7)时，传感器所测得的温度为水的沸点——水在水箱内蒸发时。当水位下降到水平7以下时，温度迅速上升，而当其达到预先设定的、超过沸点的开关温度时，传感器发出信息，或者，若该传感器构成恒温器3的一部分，则恒温器自动切断供热并/或引发把别处的水进给到水箱内的过程。例如，恒温器的工作点可以是至少110℃。在较低温度下，该恒温器自动复位。

作为安全恒温器，第二恒温器4工作在较高温度下，优选地工作在比恒温器3至少高25℃的温度下。它不会自动复位，而必须手动进行复位，因为在这种情况下，主恒温器3已无法正常工作，而必须被更换。

基于传感器/恒温器3的读数的实际控制动作可以自动执行，也可以手动执行。一种可能性是，当超过预先设定的阈值(温度)时，仅发出警报，而后手工添加水，或者，超过该阈值的传感器读数自动激活补充水供应装置以向水箱内添加水。优选地，在两种情况下，传感器的读数都同时切断供热，也即，切断对加热元件的能源供应。通过现有的恒温器可很容易地实现这些功能。

本发明并不受限于上面所介绍的实施例，它可以在权利要求中所体现的发明性构思的范围之内进行修改。有可能出现这种情况，即在不同的高度上存在多于一个传感器或恒温器，其中，可能在它们中每一个所在位置上都具有来自加热元件5的、其自有的、独立的热导体1，或者，来自同一个加热元件5的热导体1可以分叉为不同的分支而终止在不同高度上。热导体的结构解决方案以及传感器/恒温器的布置可以和上面所介绍的相类似。

术语“侧壁”指的是在垂直方向上(水位变化的方向)的各种壁，而与水箱的形状无关。根据上文介绍的实施例，水箱2的水平截面为矩形，但它还可以具有其它形状。例如，水箱2还可以为圆柱形。

本发明尤其适合用于桑拿浴中的蒸汽发生器，但它同样能够应用在其它需要蒸汽的场合，尤其是家务和厨房所用的蒸汽发生器。

Claims (7)

1.一种蒸汽发生器，其包括水箱(2)，用于蒸发水箱内的水的加热元件(5)，以及位于所述水箱外、与所述水箱的外壁存在传热连接以对所述水箱内的水位进行监测的温度传感器；其特征在于，所述加热元件(5)通过与所述水箱(2)的外壁相分开的热导体(1)、以导热方式连接到所述温度传感器上，

其中，所述热导体(1)的一端连接到所述加热元件(5)上，而所述热导体(1)的另一端连接到所述水箱(2)的外壁上的预定高度处，且所述温度传感器放置在所述热导体(1)连接到所述水箱(2)的外壁的连接点处。

2.根据权利要求1所述的蒸汽发生器，其特征在于，所述加热元件(5)放置在所述水箱(2)之外、且位于所述水箱(2)的底部，并且所述热导体(1)从所述底部向上延伸至所述预定高度处。

3.根据权利要求1或2所述的蒸汽发生器，其特征在于，所述温度传感器放置在所述热导体(1)的顶部。

4.根据权利要求1或2所述的蒸汽发生器，其特征在于，所述热导体(1)由金属板或金属带构成，其弯曲成使得其两端之间的部分与所述水箱的外壁分开。

5.根据权利要求1或2所述的蒸汽发生器，其特征在于，所述温度传感器形成自动恒温器(3)的一部分。

6.根据权利要求5所述的蒸汽发生器，其特征在于，存在两个自动恒温器(3)，即主恒温器和安全恒温器。

7.根据上述权利要求中任一项所述的蒸汽发生器的用途，用于在桑拿浴中产生蒸汽。

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