CN102216723B - 流体流通管道 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于家电设备的加热装置的流体流通管道(1)，其特征在于，其包括使在管道内部空间(2)中流动的流体产生涡流的部件。其适用于具有加热装置的家电设备。

Description

流体流通管道

技术领域

本发明涉及流体流通管道。本发明尤其适用于家电设备的加热装置。这尤其包括通过如咖啡粉或细碎茶叶片的物料的浸泡或通过尤其是颗粒状的物料的溶解来制备饮品的饮品制备机器。优选应用是espresso浓缩类型咖啡的咖啡机的实施。

背景技术

在示意性的咖啡机领域中，流体，在此情况下是水，需要被加热到保证磨成粉状的咖啡的芳香物质的最佳萃取的程度。为此设置称为锅炉的装置，并且其通常具有待加热水的输送管路和尤其呈电阻形式的加热部件。水可例如从20摄氏度的输入温度过渡到在70到100摄氏度之间的输出温度。

传统锅炉的弊端之一是在管路中通过的水的温度上升所需要的时间。实际上，传统锅炉的惯性消耗大量的电力，这由于重复地开关家电设备而对家电设备的损害更大。这尤其在使用者一天内会多次关闭和重启机器的咖啡机的领域中发生。除能量消耗的问题以外，加热缓慢的传统锅炉会导致使使用者不便的等待时间。

近来已提出更完善的锅炉，其具有加热更快的加热部件，从而温度上升通常不足10秒就完成。特别地，使用丝网印刷电阻的技术保证锅炉加热部件几乎即时的反应。然而已观察到尤其在可获得的设定温度方面的技术限制。

因此存在改进对管道中流动的流体进行加热以获得最佳的加热时间/输出温度之比的加热能力的需求。

发明内容

本发明属于该范围并且为此提出一种改进的流体流通管道，其包括使在管道内部空间中流动的流体产生涡流的部件。

实际上，最近的锅炉表现出局限性，因为流体流动较快，这与强加热部件相结合，导致在流体流动中形成多个层，从而在加热区域附近的流体部分和最远的流体部分之间的温度梯度很大。

为遏制这一趋势，本发明保证至少在管道的某些部分使流动中的流体形成涡流。因而进行混合，该混合的趋势是使管道内的温度均匀化。

在用于通过浸泡制备饮品的机器的锅炉类型的装置的情形中，流体(通常是水)流通管道的截面小，因而可以想象：在该范围内实现涡流化所带来的益处并不明显，因为层流问题通常被视作是不适用于这些尺寸的。

申请人惊奇地发现，本发明提供达到明显更高的设定温度的可能性。

其它的目的和优点将在接下来的以非限定性方式说明本发明多个实施方式的描述中进行展示。

在进行该详细描述前，提醒的是，本发明涉及用于家电设备的加热装置的流体流通管道，其特征在于，该管道包括使在管道内部空间中流动的流体产生涡流的部件。

根据优选的但非限定性的变型，所述管道使得：

-涡流产生部件包括在管道内壁上的隆凸表面，

-隆凸表面包括朝向管道内部空间突起的突起表面，

-突起表面包括柱块，

-柱块形状在圆柱形、截锥形、棱锥形中选择，

-隆凸表面包括在管道内壁中的凹陷表面，

-隆凸表面包括管道的截面变化，

-截面变化包括宽度和/或深度变化，

-截面变化包括一系列具有不同形状的截面，

-管道包括至少两个区域，这些区域之一比另一区域更宽和更浅，

-所述区域具有矩形截面，

-两个区域通过宽度和深度过渡部分相连接，

-所述宽度和深度过渡部分包括宽度过渡区域和深度过渡区域，

-隆凸表面沿着管道规则地相间隔开，

-隆凸表面包括斜面，

-斜面具有20°到60°之间的倾斜度，

-内壁包括能够与加热部件相配合的换热部分，并且隆凸表面在换热部分外形成，

-至少一部分所述隆凸表面被构造成使流体偏向换热部分的方向，

-换热部分呈板的形式，该板在其外表面上配有丝网印刷电阻，

-管道通过构件组装形成，所述构件包括具有凹空管道轮廓的基件和由板形成的覆盖构件，

-管道具有带弯道的蛇形的总体形状，

-装置构成用于通过浸泡制备饮品的机器的加热装置，

-管道的截面面积小于10平方毫米，

-管道的截面面积在3到6平方毫米之间。

本发明还涉及用于家电设备的流体加热装置，其包括至少一个根据本发明的管道。

附图说明

附图仅作为例子给出并且对于本发明不是限定性的。这些附图仅表示本发明的一实施方式和允许容易理解本发明，附图中：

-图1示意性地示出流体在传统管道中的流动。

-图2图示出通过实施本发明在espresso浓缩咖啡机的锅炉的应用中所获得的温度段位方面产生的技术飞跃。

-图3和4示出本发明的第一实施可能性。

-图5和6示出本发明的另一变型和图7示出其较小改变。

-图8和9示出另一实施方式。

-图10到12示出另一变型，其中管道的截面沿其长度变化。

-图13和14示出另一可能性。

-图15是包括一对根据本发明的管道的锅炉的剖视图。

-图16以纵向剖视图表示管道的另一形成可能性，而图17是管道的凹陷部分的俯视图。

-图18以透视图表示包括管道的锅炉的一部分。

具体实施方式

参照图1，表示出一种传统管道，该管道具有界定内部空间的壁，流体尤其是水在加热阶段过程中在该内部空间中流动。加热利用管道壁之一通过热能传递产生。在所示的情形中，是上壁具有该作用并且换热由略弯曲的箭头示意表示。

该图还示意表示当前观察到的流体流动的类型，其具有按管道高度从边界层(位于与管道边部相接触处的层)向速度最大的管道中心的速度梯度。申请人惊奇地观察到，尽管流动的快速性和由于猛烈加热可预料到的对流作用，但流体分层仍会产生。特别地，观察到在加热区域附近的流体层和最远的流体层之间有大约40摄氏度的温差。因此，加热流体的平均温度经受严重限制。

图2以时间/温度曲线的形式表示出一方面采用传统结构的管道(涉及曲线L1、L2、L3)和另一方面利用本发明(涉及曲线L4)所观察到的流体加热。非常清楚地注意到，传统管道在65摄氏度前达到其技术极限，而本发明则允许获得95摄氏度的平均温度。这些观察通过测取在16巴的压力于espresso浓缩咖啡机的锅炉中流动的水的温度进行，温度探测器位于具有矩形截面的管道的高度的中间。

此外，采用具有相同截面面积(6平方毫米)和相同长度(750毫米)的管道来获得这些曲线。曲线L1对应于具有最大高度和最小宽度的矩形截面S1的管道。相反地，曲线L3对应于具有最小高度和最大宽度的矩形截面S3的管道。曲线L2涉及宽度/高度之比居中的情形。曲线L4对应于具有L3的通常类型截面(截面S3)的、但带有流体涡流化部件的管道。即便管道高度的降低改善如从曲线L1、L2和L3所体现的输出温度，但仍达到在大约65℃的极限。通过L3和L4之间的温度跃变非常清楚地观察到：本发明所引起的涡流导致分层的打破和带来更好的通过流体对热能的吸收。

在本发明的范围内，术语管道意指流体管路的一部分。管道可构成整个流体管路或仅仅构成流体管路的一个或多个部分。例如，管道可位于流体最大加热区域中而不存在于管道中的流体进入和离开区域中。根据本发明的不同管道还可沿着管路分布。这些多样的可能性和其它变型均包括在本发明的范围内。

此外，管道的内部形状、外部形状和构造方式对本发明均不是限定性的。在可考虑的可能性中，可指出以下的选择：

-具有矩形或圆形内截面的管道

-通过构件组装形成的管道，例如利用：

-具有凹空管道轮廓的基件和覆盖构件如板，通过该板例如可进行热交换，尤其是利用位于和管道相对的覆盖面上的丝网印刷电阻进行该热交换。

-多于两个构件，每个构件构成一管道壁。例如四个构件可形成矩形管道的四个边沿。

-具有保证流体呈直线形流动、或利用弯道呈蛇形、呈螺旋形或甚至呈螺线形的流动的总体形状的管道。

这些例子对于本发明都不是限定性的。

为获得同样令人满意的加热效果，本发明使在流体中产生涡流。目的在于打破本申请者在现有装置上观察到的分层。

对于整个说明书，表述“隆凸表面”广义上意指适于产生几何非连续性的管道1内壁上的各种形状变化。

一优选的实施方式在于利用管道内壁上的隆凸表面来实施涡流产生部件。

第一解决方案在图3和4上示出，在这些图中，管道包括例如呈板形式的换热部分4，所述板在其外表面上配有丝网印刷电阻，流体流3在管道1的内部空间2中流动。根据这一可能性，涡流产生部件是隆凸表面和更为特别地是朝空间2内突出的突起表面。这里涉及具有三角形(这一形状不是限定性的)截面的元件，这些元件适于形成被构造成使流体流3偏向的斜面9。获得的偏向通过图3中的箭头示出。涡流的产生以箭头的形式示意出。一种有利的可能性是形成斜面9，以使得流体流3被偏移向换热部件4的方向。这一构型可增强流体流3的分层的打破，特别是在边界层处。斜面可具有介于20°到60°之间的倾斜度，尽管这种布置纯粹是示意性的。

隆凸表面5的另一可能性在图5和6上以柱块的形式示出，这些柱块从与换热部分4相对的管道壁起向管道的内部空间2延伸。柱块仍保证适于消除流体流分层的涡流形成。在示出的情形中，柱块是圆柱形的，不过形状变型是可能的，如在图7上所示的呈半锥形凸起形式的形状。可考虑这些柱块延伸在管道的至少一半高度上。

图8到9示出另一变型，其具有呈棱锥形状的隆凸表面5。

在其它的情形中，凹陷表面6在管道1的壁的至少一部分上形成，且其一例子在图10上示出。在该图上，使凹陷部分6和突起表面5交替，以产生管道1的截面的突然变宽。图11示出截面最大的长度区域，而图12示出截面窄缩的长度区域。有利地，截面变化断续地进行，使得变宽或变窄是突然性的，从而有利于涡流。尤其可在截面变化处设置直角。

图13和14示出前面情形的一种变型，其中具有交替的锥形加宽部与在宽截面和窄缩截面之间的过渡斜面。这一构型有利于流体流在管道内部的螺旋形行进。

需要注意的是，截面变化这里以基本矩形截面的管道示出，不过这一情形不是限定性的。此外，截面变化可在宽度、高度(甚至后文称为深度)或这两者的结合方面发生。截面变化还包括一系列具有不同形状的截面。

根据一可能性，对于管道截面寻求保留一定的尺寸连续性。这对于避免沿管道的压力的过大变化或过于窄缩区域是有效的。有利地，在设有涡流产生部件的区域中具有截面尺寸大小的保持。这种保持意味着：形状变化不产生截面尺寸变化或者截面变化总体上围绕中间值在-20％到+20％之间。

涉及到用于家电的锅炉类型的加热装置，如用于浸泡制备饮品机器的锅炉，介于3平方毫米到10平方毫米之间的管道截面是有利的。优选地，截面面积为大约4到6平方毫米，特别地4.5平方毫米。这些值是这样的尺寸选择：对于这些尺寸选择，可观察到待加热流体、通常是水的温度的最佳上升。

上述尺寸与穿过espresso浓缩咖啡机的锅炉的水的流量相协调。这样确定的在管中行进的水量对应于容纳在一个杯子中的浸泡饮品量，即在10毫升到150毫升之间。这一饮品量的制备时间不超过一分钟。流量确定在每分钟100到200毫升之间，更为特别地大约150毫升/分钟。

参照图15到18，一管道构型出现在加热装置的情况中。

更为确切的说，图15示出一种锅炉类型的装置，其配有本体，本体设有通过组装部件12接合并界定中间空间的两侧板11。在所述中间空间中，安插有扁平中间部分23并且侧板11覆贴在该构件的两侧。

在示出的情形中并且非限定性地，中间部分23在每个表面上具有一个凹部，用于集成一板13。每个板13的外表面15朝向中间部分23的表面。每个板的内表面14朝向相反方向。正是在此处实施有如前所述的换热部分4。

一优选的实施方式在于给板13在其外表面15上配备丝网印刷电阻。热传导穿过板13进行，以加热管道1的内部空间。

至于管道1的空间，其在对应侧板中的凹陷产生。

在图15上可看见的组成件按中间部分23的中平面对称地安置，不过这一情形不是限定性的。

图16和17更为详细地示出管道1的凹空形状。板13的内表面14有利地由光滑平面构成，而管道1的其它壁具有适于形成涡流产生部件的形状变化。

对于接下来的描述，深度意指垂直于内表面14取向的管道1的尺度。至于长度或纵向方向，其是沿待加热流体的流动方向取向的尺度。最后，宽度对应于剩余尺度。容易理解的是，在管道长度上的给定部位，宽度和深度决定管道1的截面。

其它实施方式和参照如上所述的截面变化通常可通过管道1的宽度和/或深度的变化进行。

图15到18的实施方式示出一例子，其中宽度和深度的变化相关联。除作用于这两个尺度以优化流体流动状态的变化外，还可利用这种双重变化来限制沿管道1的截面尺寸大小变化或保持该尺寸大小恒定。

在图16和17上，宽的区域17和深的区域18沿管道1的长度交替。优选地，此外，宽的区域17比深的区域18浅，而就宽度而言却是相反的。因此，尽管存在形状变化，可实施相近或相同的截面尺寸。

根据一可能性，在区域17和18之间的过渡是突然性的。

但是，在图15到18示出的情形中，通过利用过渡区域19、20，因而所述过渡是较和缓的。更为确切的说，流体从宽的区域17离开，首先遇到有利地在管道中收缩的呈斜面形状的宽度过渡区域19。继而是深度过渡区域20，深度过渡区域有利地也是呈斜面的形式，其通到深的区域18上。已经了解，这种连串变化阻扰流体流，从而形成涡流，但在流量或压力损失方面不会造成损失。

但是，结合宽度和深度变化的唯一过渡区域也在本发明的范围内。

参照图16和17，下面给出管道1的尺寸的优选例子。

P1：1.5mm±20％

P2：2.4mm±20％

l1：1.8mm±20％

l2：3mm±20％

L1：3mm±20％

L2：5mm±20％

L_t：0.9mm±20％

这一类型的管道1可按蛇形管路被安置在图15的装置中，在侧板11中实施的其凹陷形状在图18上是可见的。其中侧板11包括界定内部区域的组装围廓，管道1在该内部区域中形成。密封垫圈16保证密封性(见图15)。

为限制压力损失，配有涡流产生部件的管道1区域可沿管道长度局限于某些截面。此外可在管道内规则地间隔开涡流产生部件。

数字标识

1.管道

2.内部空间

3.流体流

4.换热部分

5.突起表面

6.凹陷表面

7.宽截面

8.窄截面

9.斜面

10.本体

11.侧板

12.组装部件

13.板

14.内表面

15.外表面

16.密封垫圈

17.宽的区域

18.深的区域

19.宽度过渡部

20.深度过渡部

21.弯道

22.端部

23.中间部分

Claims (19)

1.用于家电设备的流体加热装置，其包括至少一个流体流通管道（1），其特征在于，所述管道（1）包括使在该管道的内部空间（2）中流动的流体产生涡流的涡流产生部件；所述涡流产生部件包括在所述管道（1）的内壁上的隆凸表面；所述内壁包括适于与加热部件相配合的换热部分（4）；所述隆凸表面在所述换热部分（4）外形成；并且，所述隆凸表面的至少一部分被构造成使流体偏向所述换热部分（4）的方向。

2.根据权利要求1所述的用于家电设备的流体加热装置，其特征在于，所述隆凸表面包括朝向所述管道（1）的内部空间（2）突起的突起表面（5）。

3.根据权利要求2所述的用于家电设备的流体加热装置，其特征在于，所述突起表面（5）包括凸起。

4.根据权利要求3所述的用于家电设备的流体加热装置，其特征在于，所述凸起的形状在圆柱形、截锥形、棱锥形中选择。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的用于家电设备的流体加热装置，其特征在于，所述隆凸表面包括在所述管道（1）的内壁中交替的凹陷表面（6）和突起表面。

6.根据权利要求1到4中任一项所述的用于家电设备的流体加热装置，其特征在于，所述隆凸表面通过所述管道（1）的包括宽度和/或深度变化的截面变化而形成。

7.根据权利要求6所述的用于家电设备的流体加热装置，其特征在于，所述管道（1）包括至少两个区域（17，18），其中的一区域比另一区域更宽和更浅。

8.根据权利要求7所述的用于家电设备的流体加热装置，其特征在于，所述两个区域（17，18）具有矩形截面。

9.根据前述权利要求7所述的用于家电设备的流体加热装置，其特征在于，所述两个区域（17，18）通过宽度和深度过渡部分相连接。

10.根据权利要求9所述的用于家电设备的流体加热装置，其特征在于，所述宽度和深度过渡部分包括宽度过渡区域（19）和深度过渡区域（20）。

11.根据权利要求1到4中任一项所述的用于家电设备的流体加热装置，其特征在于，所述隆凸表面沿所述管道（1）规则地间隔开。

12.根据权利要求1到4中任一项所述的用于家电设备的流体加热装置，其特征在于，所述隆凸表面包括斜面（9）。

13.根据权利要求12所述的用于家电设备的流体加热装置，其特征在于，所述斜面（9）具有20°到60°之间的倾斜度。

14.根据权利要求1到4中任一项所述的用于家电设备的流体加热装置，其特征在于，所述换热部分（4）呈板（13）的形式，所述板在该板的外表面（15）上配有丝网印刷电阻。

15.根据权利要求14所述的用于家电设备的流体加热装置，其特征在于，所述管道（1）通过构件组装形成，所述构件包括具有凹空管道轮廓的基件和由所述板（13）形成的覆盖构件。

16.根据权利要求1到4中任一项所述的用于家电设备的流体加热装置，其特征在于，所述管道（1）具有带弯道（21）的蛇形的整体形状。

17.根据权利要求1到4中任一项所述的用于家电设备的流体加热装置，其特征在于，所述流体加热装置构成用于通过浸泡制备饮品的机器的加热装置。

18.根据权利要求17所述的用于家电设备的流体加热装置，其特征在于，所述管道（1）的截面面积小于10平方毫米。

19.根据权利要求18所述的用于家电设备的流体加热装置，其特征在于，所述管道（1）的截面面积在3到6平方毫米之间。

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