CN106061341A - 加热液体的热块 - Google Patents

Abstract

一种热块(100)，用于加热液体，包括：‑管子(200)，其用于液体的通过，该管子设置有入口(3)和出口(4)以及设置有具有波纹装壁(6)的至少一个节段(200)，‑大质量块(1)，其在所述管子(200)外部共同模制，使得入口(3)和出口(4)在大质量块(1)的外部，‑一个电阻元件(5)，其用于加热大质量块(1)。

Description

加热液体的热块

发明领域

本发明涉及加热液体的热块。

背景技术

在许多家用器具应用中，特别是在例如，但不排它地，浓咖啡机的小尺寸器具中，当分配例如咖啡的成品时，对于给定量的水在最佳的温度下可获得且使水温保持恒定是必要的。

而且，考虑到家用以及因此偶尔使用，水必须被迅速加热以减少分配成品所需的时间和两个随后的分配操作之间的时间间隔。为了满足这样的具体要求，将加热构件维持在预定温度将是必要的，然而，这将意味着被认为是不可接受的能量消耗。为了限制这样的消耗，通常提供自动关闭系统，如果该家用器具持续预定的时间未使用，该自动关闭系统干预以关闭该家用器具。这与要求减少加热时间明显是有差别的，因为当器具被再次接通时，等待时间将必然更长。

称为热快的特殊类型的热交换器的使用也是已知的以便尝试解决上面描述的缺点。在热块中，水在浸没在由高热容和高导热材料制成的大金属块中的蛇形件内流动，以便积聚可以被高效地传输至在该蛇形件中循环的水的大量的热能量。热块具有允许加热少量的，例如，获得单剂量的咖啡的量所需要的水的另外的优点。然而，甚至当使用热块时，也存在多个缺点，包括运行温度的不稳定从和过长的加热时间，例如，在咖啡机的情况下长于两分钟。因此，产生了进一步改善该设备以便使其更加符合市场需求的要求。

发明概述

本发明的目的是提供能够用短的加热时间确保稳定的运行温度在所有的情况下与特定的市场要求相容的热块。

本发明的另外的目的是提供在其中存在待加热液体的合适的再混合，以便提高对液体的加热的热块。

这样的目的通过根据权利要求1的用于加热液体的热块实现，该热块包括：

-管子，其用于所述液体的通过，该管子提供有壁、入口和出口，

-大质量块(massive block)，其包含导热材料的质量体，

-至少一个电阻元件，其用于加热所述大质量块，

其中，该管子布置在热块中，使得管子的壁被浸没在所述大质量块中并与所述大质量块隔开，并使得所述入口和所述出口在大质量块的外部，并且其中，管子具有带有内表面不规则部的至少一个波纹状节段，因而增加大质量块与液体之间的热交换。

本发明的热块允许增加每长度单位的热交换表面，因而提高大质量块与液体之间的热交换。特别地，湍流借助于该至少一个波纹状节段的内表面不规则部在待加热的流体中产生，该内表面不规则部与液体接触，因而导致液体的再混合和改善的加热。有利地，提供了相对于用于水通过的管子的整个长度改变至少一个波纹状节段的长度的可能性，这允许根据具体的预期应用改变交换的热功率。当提供数个波纹状节段时，根据具体的应用通过适当地改变管子的平滑节段和波纹状节段的数量可以适当地调节交换的热功率。而且，通过适当地改变波纹状节段和平滑节段的相互位置，消散的热功率可以以可选择的方式在一些区域中增大而在其它区域中减少。当在管子的长度之上一个或多个波纹状节段与一个或多个平滑的节段交替时，最高的热交换将发生在波纹状节段(多个波纹节段)处。然而，通过波纹在液体中产生的湍流甚至在平滑节段中可以具有再混合的效果。有利地，高的热交换区域可以通过改变波纹状节段的数量来选择。波纹状节段具有相对于管子的纵向轴线且因而相对于液体的流动方向的内部横向不规则部，且优选地，该内部不规则部正交于管子的纵向轴线。而且，该不规则部可以在节段的整个周界之上制作，例如，在正交于管子的纵向轴线的部分或在这样的周界的一部分之上制作。例如，如果管子具有圆形正交部分，每个不规则部可以大体上是圆形形状或大体上成形为圆周圆弧。

该内表面不规则部可以是内部突出部。而且，可以包括外表面不规则部，例如外部突出部，该外部突出部的内壁接触液体。

有利地，由于管子是浸没在大质量块中的独立的元件，因此在管子被结合至大质量块中之前管子可以形变以获得波纹状。因此，管子可以以简单迅速的方式，例如，通过经由合适的装置在管子的外壁上施加压力而形变。因此，还可以另外制作内部不规则部以便具有例如螺旋状、盘绕状或其它的复杂的几何形状。波纹状节段的数量、不规则部的形状以及管子的形状因此可以根据需要容易地改变。而且，可以使用在自身上折叠的管子，使得管子的路径在两个或更多的叠置的平面上形成。例如，可以使用在其长度的约一半处自身折叠的成形为蜿蜒的蛇形件的管子，或可以使用这样的管子，即，该管子自身折叠以便具有带有或圆形或椭圆形的一个或多个重叠的弯曲部的一部分，且其中，管子的入口和出口位于不同的平面上，优选地位于平行于彼此的平面上。管子优选地包括至少两个弯曲的节段。

另外的优点在于大质量块和管子可以由不同的材料制成。例如，大质量块可以由具有优良的导热率的铝制成，而由于不锈钢具有良好的耐磨损性，特别是抗腐蚀性，且适合于与食品级的液体接触，因此管子可以由不锈钢制成。

优选地，管子的总的长度大于400mm，例如从500mm至1500mm。

优选地，管子的外径从4mm至16mm，包含极端值。

其它的优点可以借助于根据从属权利要求制成的热块获得。特别地，使用用于电阻元件的波纹状内衬护套的可能性允许提高在后者与大质量块之间的热交换。

根据另外的方面，本发明提供用于制造具有权利要求1中的特征的热块的工艺，其中，提供了具有带有内表面不规则部的至少一个波纹状节段的管子、至少一个电阻元件、导热材料的质量体、适用于熔化所述导热材料的质量体的加热装置、注射装置以及模具，所述工艺包括以下步骤：

-将管子布置在模具中，

-将该至少一个电阻元件布置在模具中，

-通过加热装置熔化导热材料的质量体以便获得熔融质量体，

-通过注射装置将熔融质量体注射至模具中，使得熔融质量体包围管子和该至少一个电阻元件，

-将熔融质量体冷却至环境温度。

例如，模制技术可以是压铸、低压壳体模制，土/砂铸造、失蜡铸造或其它。

根据变型，在模制操作之后电阻元件通过干涉地插入到在大质量块中获得凹部中而浸没在大质量块中。

明显的是，大质量块和管子可以具有任何形状而不脱离本发明的范围。

本发明特别地，但不排它地适用于例如家用咖啡机的小家用器具。

附图简述

借助附图，按照通过非限制性示例示出的根据本发明的用于加热液体的热块的优选的但不排它的实施方案的详细描述，本发明的另外的特征和优点将更加明显，在附图中：

-图1示出根据本发明的热块的第一实施方案的轴侧视图；

-图2示出可以在图1的热块中使用的部件的轴侧视图；

-图2a示出图1中的部件的一部分的纵剖面；

-图2b示出可以在根据本发明的变型的热块中使用的部件的一部分的纵剖面；

-图3示出根据第一实施方案的变型的部件的轴侧视图；

-图4示出根据本发明的热块的第二实施方案的轴侧视图；

-图5示出可以在图4的热块中使用的部件的轴侧视图；

-图5a示出图5中的部件的变型；

相同的参考标记指代相同的部件或指代具有相同的功能性特征和/或结构性特征的部件。

本发明的详细描述

参考图1至图3，根据本发明的第一实施方案，在家用器具中用于加热液体特别是水的热块总体上由参考标记100表示。

该热块大致成形为平行六面体。热块100包括用于待加热的水通过的管子200。管子200设置有用于待加热的低温水的入口3和用于加热的水的出口4。由于被用于人类饮用的水穿过，管子200由不锈钢制成。热块100包括在管子200外部共同模制的大质量块1，使得管子200的入口3和出口4在大质量块1的外部。大质量块1由材料的质量体组成，该材料能够确保高热容量，以便积聚必须被传递至水的热能，且该材料具有高导热性，以便将在大质量块1中积聚的热能传输至在管子200中循环的水。用于制造大质量块1的材料是铝，还因为该材料特别适合于模制。然而，可以使用具有类似的特征的任何其它材料，以为了本发明的目的用于制造大质量块和管子。由于热容量还取决于质量，大质量块还被方便地设定尺寸以确保所需的热容量。

可以使用任何模制技术，例如压铸、低压壳体模制，土/砂铸造、失蜡铸造或其它。

热块100包括电阻元件5，该电阻元件5用于因电流的通过而加热大质量块1。电阻元件5还通过共同模制连接至大质量块1，且电阻元件设置有相对于大质量块1突出的两个端部5a、5b。电阻元件5包括内衬护套7。根据本发明的变型(未示出)，这样的内衬是波纹状的以便增大每单位长度的热交换表面，因此提高电阻元件5与大质量块1之间的热交换。

管子200自身折叠且包括具有多个笔直的节段和多个弯曲节段的部分。换言之，管子包括蜿蜒的蛇形件，其路径在两个叠置的平面上形成。更具体地，管子200包括第一蜿蜒部分200a和第二蜿蜒部分200b，第一蜿蜒部分200a包含入口3，第二蜿蜒部分200b包含出口4且相对于所述第一部分200a串联布置。笔直节段6是波纹状的，具有朝内的突出部。特别地，每个突出部是圆形的且在正交于管子的部分，即，正交于液体的流动方向的部分的整个周界之上延伸。管子的外表面的不规则部对应于内部突出部。借助于内部突出部，在液体流中产生湍流，以便导致流体自身的再混合并因此增加大质量块1和管子200之间以及后者与在后者中流动的水之间的热交换。相反该弯曲节段是大体上平滑的，并且管子的靠近入口3与出口4两个节段也是大体上平滑的。图2b示出根据本发明的管子的波纹状的变型，其中，节段15具有部分16，其中，每个突出部大体上成形为在管子的正交节段，即，正交于流体的流动方向的节段的周界的部分之上延伸的圆周圆弧，同时节段15的另一部分17是平滑的。

大质量块1大体上成形为平行六面体，该平行六面体具有分别是上部端部和下部端部的两个相对并平行的端部基部11、12，端部基部11、12比平行六面体的其它面延伸更多。两个蜿蜒部分200a、200b放置在两个相应的叠置的平面上，该两个相应的叠置的平面分别靠近大质量块1的下部基部12和靠近上部基部11放置，且倾斜的过渡部分存在于上部基部11和下部基部12之间。入口3与出口4相对于大质量块1放置在相互地相对并大体上正交于该基部的两个各自的面上。除了为加热室提供需要的体积容量和高热交换表面外，管子200的这样的样式使得长度能相当大的扩展成为可能。

根据在图3中示出的替代在图2中示出的第一实施方案的变型，管子201是蜿蜒类型，位于单一平面上，也包括入口3与出口4，其中，单一直线的节段8具有平滑壁，同时另一个笔直节段6具有波纹状表面。同样在该例子中，靠近入口3与出口4的管子的两个节段具有平滑壁。

参考图4与图5，在第二实施方案中，在家用器具中用于加热液体，特别是水的热块总体上由参考标记101示出，并且除了下面描述的那些特征外，具有与第一实施方案的热块100相同的特征。

大质量块1在形状上大体上是圆柱形状，具有分别是上部基部和下部基部的两个圆形基部13、14。管子202的一部分依照圆柱形螺旋自身折叠，入口3和出口4放置在该螺旋的相对的端部处。

除了靠近入口3和出口4的两个部分，管子202是完全波纹状的，具有内部突出部。每个突出部在正交于管子的纵向轴线的节段的周界的一部分之上，即，在相对于液体的流动方向的正交方向上延伸。根据在图5a中示出的第二实施方案的变型，管子203是完全波纹状的，具有在与流体的流动方向正交的管子节段的整个周界之上的表面不规则部。当管子203插入至大质量块中时，入口3和出口4在大质量块的外部。根据第二实施方案(未示出)的另外的变型，螺旋节段设置有相互交替的波纹状节段和平滑节段，以便根据具体的应用方便地调制所交换的热功率。

因此本发明达到了上面阐示的目的，同时实现了多个优点。特别地，相对于传统的平滑管道解决方案，该管子的表面波纹允许：

-增加管道自身内的流体湍流并因此也增加热传导交换系数；

-缩短管道的长度，因此简化管道的形状并减小总的尺寸，且因此由于每单位长度的热交换功率增大，减少了热块的成本。

-由于波纹产生的内部袋状物的存在，容纳管子的每单位长度的更高数量的水垢。

-由于管道内的湍流的增加，因而减少了水垢的沉积。

Claims (11)

1.一种热块(100、101)，用于加热液体，包括：

-管子(200、201、202、203)，其用于所述液体的通过，所述管子设置有壁、入口(3)和出口(4)，

-大质量块(1、10)，其包含导热材料的质量体，

-至少一个电阻元件(5)，其用于加热所述大质量块(1、10)，

其中，所述管子(200、201、202、203)布置在所述热块(100、101)中，使得所述管子的所述壁浸没在所述大质量块中并且与所述大质量块隔开，并且使得所述入口(3)与所述出口(4)在所述大质量块(1、10)的外部，并且

其中，所述管子(200、201、202)具有带有内表面不规则部的至少一个波纹状节段，据此在所述大质量块(1)与所述液体之间的热交换增加。

2.根据权利要求1所述的热块(100、101)，其中，所述块由第一材料制成并且所述管子由不同于所述第一材料的第二材料制成。

3.根据权利要求2所述的热块(100、101)，其中，所述第一材料是铝并且所述第二材料是不锈钢。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的热块(100、101)，其中，每个内表面不规则部在所述管子的正交节段的整个周界之上延伸，或在所述周界的至少一个部分之上延伸。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的热块(100)，其中，所述管子包含蜿蜒蛇形件。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的热块，其中，所述管子在其整个长度之上是波纹状的。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的热块(100)，其中，所述热块(100)具有带有两个端部基部(11、12)的平行六面体的维度，所述两个端部基部(11、12)在尺寸上比所述平行六面体的其它维度大，并且其中，所述管子(200)包括蜿蜒蛇形件，所述蛇形件的路径主要在靠近相应的端部基部(11、12)放置的两个叠置的平面上形成。

8.根据权利要求1至6中的任一项所述的热块(101)，其中，所述热块(101)与所述管子(202、203)具有大体上的圆柱形维度。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的热块，其中，所述电阻元件包括波纹状护套，以便优化所述大质量块与所述电阻元件之间的热交换。

10.一种咖啡机，包括根据前述权利要求中的任一项所述的热块。

11.一种工艺，用于制造具有在权利要求1中陈述的特征的热块，其中，提供了具有带有内表面不规则部的至少一个波纹节段的管子、至少一个电阻元件、导热材料的质量体、适用于熔化所述导热材料的质量体的加热装置、注射装置以及模具，所述工艺包括以下步骤：

-将所述管子布置在所述模具中，

-将所述至少一个电阻元件布置在所述模具中，

-经由所述加热装置熔化所述导热材料的质量体以便获得熔融质量体，

-经由所述注射装置将所述熔融质量体注射至所述模具中，使得所述熔融质量体包围所述管子和所述至少一个电阻元件，

-将所述熔融质量体冷却至环境温度。