CN107076407B - 用于生成蒸汽的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于生成蒸汽的设备(1)。设备(1)包括具有开口端(3)以将水喷射到水接纳装置(4)上的水出口装置(2)。水接纳装置(4)包括限定出腔室(6)的内表面(5)，开口端(3)被布置在腔室中，使得从开口端(3)喷射的水被喷射到内表面(5)上。设备进一步包括加热元件(7)，用于将内表面(5)加热达到用于从喷射在内表面(5)上的水生成蒸汽的温度。内表面(5)由两个分离的腔(14a，14b)形成，开口端(3)包括被接纳在各腔(14a，14b)内的喷射嘴(2)使得各喷射嘴(2)将水喷射到内表面(5)的区域上，各区域由在其中接纳相应喷射嘴(2)的腔(14a，14b)限定。这允许由水出口装置(4)喷射的水更均匀地散布在内表面(5)上，导致更有效的加热并且每单位时间可以生成更多蒸汽。
Description
技术领域
本发明涉及用于生成蒸汽的设备以及生成蒸汽的相应方法。
背景技术
手持蒸汽处理器典型地在同一手柄中包括小水箱、低流量泵和较低功率的蒸汽发生单元。在大多数手持蒸汽处理器中，用于蒸汽发生的机制是闪急沸腾或流过式加热，这取决于蒸汽速率，其中根据需要通过在热表面上面泵送(即通过按剂量配给)水来产生蒸汽。附近的蒸汽喷口然后让蒸汽喷出到衣服上。归因于对于这样的产品的尺寸和重量的约束，这样的蒸汽趋向于仅产生有限量的蒸汽。
对于手持蒸汽处理器中的瞬时蒸汽发生，更难在有限的空间中实现大的蒸汽速率，因为这要求在上述有限空间内瞬时地管理大量的水和能量提取。流过式加热往往用来增加热提取表面用于水流过，这使得可以获得较高的蒸汽速率，但仍然不如锅炉或加热碗那么高。然而，只要牵涉到硬天然水，较高的蒸汽速率都会导致更多的水垢，并且流过式加热器的蒸汽速率优化的“迷宫”设计往往可能最终导致相当快地被水垢堵塞。由于这样的流过式加热器的内侧不能被访问，所以堵塞不能被去除/清洁，导致产品变得无法工作。
US 2005/169614公开了用于产生高压饱和蒸汽的设备。该设备包括水箱、泵、止回阀、雾化喷嘴、中空加热腔室和蒸汽出口。泵被连接在水箱与止回阀之间。止回阀经由雾化喷嘴与加热腔室连接。雾化喷嘴延伸到中空加热腔室中以将水喷射到腔室中。
发明内容
本发明提出一种用于生成蒸汽的设备，其可以避免和/或减轻上面提到的问题。
本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定了有利实施例。
根据本发明的一个方面，提供有一种用于生成蒸汽的设备，包括具有开口端以喷射水的水出口装置。设备还包括包围开口端的水接纳装置。水接纳装置包括限定出腔室的内表面，开口端被布置在腔室中，使得从开口端喷射的水被喷射在内表面上。设备进一步包括至少一个加热元件，用于将内表面加热达到用于从喷射在内表面上的水生成蒸汽的温度，其中内表面由两个分离的腔形成，并且开口端包括被接纳在各腔内的喷射嘴，使得各喷射嘴将水喷射到内表面的由在其中接纳相应的喷射嘴的腔限定的区域上。
通过提供包围水出口装置的开口端的水接纳装置使得水接纳装置的内表面限定出开口端被布置在其中的腔室，由水出口装置喷射的水更均匀地散布在内表面上，这可以导致更有效的加热并且每单位时间可以生成更多蒸汽。
此外，可以避免流过式加热器的“迷宫”设计的需要，因此降低了堵塞的可能性。
在优选实施例中，内表面是弯曲的。弯曲的内表面增加了水喷射在其上的表面面积，并且导致更有效的加热和蒸汽生成。可能在内表面上形成水垢。当表面被加热时(当水没有被喷射到表面上时)水垢的间歇性的膨胀和当表面被冷却时(当水被喷射到表面上时)水垢的间歇性的收缩可以引起水垢从内表面上剥落。
在优选实施例中，内表面是凹形的。
在优选实施例中，至少两个分离的腔沿着对称轴线对称地布置。
在优选实施例中，设备进一步包括与腔室流体连通的通道，通道延伸穿过水接纳装置到水接纳装置的外表面。通道允许从内表面生成的蒸汽通过到水接纳装置的外表面。
在优选实施例中，设备进一步包括用于收集从至少一个内表面落下的任何水垢的容器。容器可以被定位在内表面的下方使得从内表面上剥落的水垢由容器收集。容器可以是可从设备移除的，以使得用户易于清空收集的水垢。
在优选实施例中，水接纳装置包括提供加热元件与内表面之间的热接触的铸造材料。
在优选实施例中，设备进一步包括被配置成将水泵送到水出口装置的泵。
在优选实施例中，设备进一步包括触发机构，其被配置成当触发机构由用户启动时控制泵以将水泵送到水出口装置。
在优选实施例中，设备进一步包括与水出口装置流体连通的水箱，水箱被配置成存储由水出口装置喷射到内表面上的水。
根据本发明的另一方面，提供有一种在用于生成蒸汽的设备中生成蒸汽的方法，设备包括：水出口装置，具有开口端以喷射水；水接纳装置，包围开口端且具有限定出开口端被布置在其中的腔室的内表面；和加热元件，用于将内表面加热达到用于生成蒸汽的温度；内表面由两个分离的腔形成，并且开口端包括被接纳在各腔内的喷射嘴，方法包括如下步骤：
控制喷射嘴，使得各喷射嘴将水喷射到内表面的由在其中接纳
相应喷射嘴的腔限定的区域上。
水接纳装置的包围水出口装置的开口端的内表面的提供可以引起喷射在内表面上的水更均匀地散布在内表面上，使得水被更有效地加热以每单位生成更多的蒸汽。
有利地，方法可以进一步包括如下步骤：间歇地喷射到内表面上，使得内表面被交替地加热和冷却。喷射可以通过用户使用触发机构来触发。当内表面被加热时，沉积在内表面上的任何水垢可以膨胀。将水间歇地喷射到内表面上使内表面冷却，这可以引起水垢的收缩。水垢的重复膨胀和收缩可以诱导水垢从内表面上剥落。水垢因此被从内表面上去除，并且降低了水垢在内表面上的积聚的可能性。
有利地，方法还可以包括如下步骤：以实质上竖直的方式保持设备，使得当内表面被交替地加热和冷却时，形成在内表面上的水垢从内表面上掉落到被定位在内表面下方的容器中。从内表面剥落的水垢可以落到容器中并以相对容易的方式收集。
附图说明
现在将参照附图通过仅示例的方式来描述本发明的实施例，其中：
图1是根据本发明的实施例的设备的一部分的横截面图。
图2是根据图1中图示出的本发明的实施例的整体设备的横截面图。
图3是根据本发明的实施例的方法的流程图。
图4是根据本发明的另一实施例的方法的流程图。
具体实施方式
根据本发明的实施例的用于生成蒸汽的设备(1)被示出在图1和图2中。设备(1)呈手持蒸汽处理器的形式。
设备(1)包括具有至少一个开口端(3)以喷射水的水出口装置(2)。设备(1)还包括包围至少一个开口端(3)的水接纳装置(4)。水接纳装置(4)包括限定出腔室(6)的至少一个内表面(5)，在腔室中至少一个开口端(3)被布置成使得从至少一个开口端(3)喷射的水被喷射在至少一个内表面(5)上。设备(1)进一步包括至少一个加热元件(7)，用于将至少一个内表面(5)加热达到用于从喷射在至少一个内表面(5)上的水生成蒸汽的温度。
液体水被从水出口装置(2)通过至少一个开口端(3)喷射到水接纳装置(4)的至少一个内表面(5)上。至少一个内表面(5)由至少一个加热元件(7)加热，所以液体水被蒸发成蒸汽。液体水被利用闪急沸腾蒸发成蒸汽。用于生成蒸汽的温度可以例如是在范围从约100℃至约250℃、例如约100℃至约200℃、例如约100℃至约180℃、例如约100℃至约130℃内的任何值。然而，用于生成蒸汽的温度可以可选地为该范围之外的值。实际温度取决于诸如压力等的因素。
至少一个内表面(5)是弯曲的、例如以凹形方式弯曲。与平坦表面相比，弯曲表面提供更大的表面面积。水出口装置(2)可以包括诸如喷射嘴(2)等的喷嘴。喷射嘴(2)被配置成将液体水喷射到至少一个内表面(5)的多个区域上。至少一个内表面(5)可以形成至少两个分离的腔(14a，14b)，其中每个腔接纳所述至少一个开口端(3)中的一个开口端。图1中图示出的设备(1)示出了被定位在第一腔(14a)内的第一喷射嘴(2)和被定位在第二腔(14b)内的第二喷射嘴。至少两个分离的腔(14a，14b)沿着对称轴线(L1)对称地布置。如可以从图1看出的，水出口装置(2)和水接纳装置(2)可以以同轴的方式布置。水出口装置(2)的所述至少一个开口端(3)中的每一个被布置在内表面(5)的沿着实质上平行于设备(1)的几何对称轴线(L1)的相应的直线(L2)的相应的第一点(p1)与内表面(5)的沿着相应的直线(L2)的相应的第二点(p2)之间。相应的第二点(p2)与相应的第一点(p1)相隔一段距离。
将各喷射嘴(2)定位在相应的腔(14a，14b)内有助于将液体水更均匀地散布在相应的腔(14a，14b)的内表面(5)上。至少一个内表面的表面面积也大大增加，用于更有效的加热。弯曲的内表面(5)可以允许手持蒸汽处理器(1)支持约40gm/min的高蒸汽速率，同时保持蒸汽处理器(1)的尺寸小。
设备(1)进一步包括与腔室(6)流体连通的通道(8)。通道(8)延伸穿过水接纳装置(4)到水接纳装置(4)的外表面(9)。设备(1)包括具有头部(12)的外壳(11)，头部具有多个开口(13)。多个开口(13)也可以称为蒸汽喷口(13)。从液体水在内表面(5)上生成的蒸汽行进穿过通道(8)到水接纳装置的外表面(9)与头部(12)之间的区域，并进一步穿过开口(13)到外部环境。当蒸汽行进穿过通道(8)时，蒸汽可以沿着该路被进一步加热。从开口(13)喷出的蒸汽用于衣服的处理。
水接纳装置(4)包括提供至少一个加热元件(7)与至少一个内表面(5)之间的热接触的铸造材料(4)。铸造材料(4)可以是具有良好导热性的材料。另外，铸造材料(4)可以优选地是相对轻重量和低质量的。铸造材料(4)的示例可以是铝。铸造材料(4)的另一示例可以是Zamak(扎马克锌基压铸合金)。Zamak是包括以锌为基础与铝、镁和铜的合金元素的合金。Zamak中的铝的组成可以是约3％至约4％。加热元件(7)可以是当电流流过线圈时归因于电阻而发热的电阻线圈。在一个实施例中，水接纳装置(4)可以是具有延伸穿过铸造材料(4)的通道(8)的单件铸造材料(4)。在可选实施例中，水接纳装置(4)可以包括布置成限定出通道(8)的铸造材料(4)的若干离散件。
在一个实施例中，至少一个内表面(5)可以亲水的，所以喷射到至少一个内表面(5)上的液体水将润湿至少一个内表面(5)，导致蒸汽的更有效的生成。至少一个内表面(5)可以包括促进蒸汽生成的涂层(未示出)。涂层可以是例如胶状蒸汽促进剂。涂层引起液体水散布在至少一个内表面(5)上使得液体水更加高效地蒸发成蒸汽。另外地，或可选地，涂层用作隔离体以防止液体水被至少一个加热元件(4)过快地加热，并因而减轻了Leidenfrost效应(莱顿弗罗斯特效应)，否则该效应会引起在液体水与至少一个内表面(5)之间形成一层水蒸气，阻止了液体水直接接触至少一个内表面(5)和液体变成蒸汽的有效蒸发。因而，涂层被配置成增加液体水变成蒸汽的蒸发速率。涂层可以是多孔的并且可以形成水接纳装置(4)的内表面(5)。
设备(1)可以进一步包括用于收集从至少一个内表面(5)落下的任何水垢的容器(10)。容器(10)可以是可从所述设备(1)拆下或移除的。设备(1)可以包括用于将容器(10)可逆地附接至所述设备(1)的附接机构(未示出)。在设备的使用前，容器(10)可以经由附接机构被附接至设备(1)。例如，容器(10)可以被卡合装配到设备(1)上。当用户希望在设备(1)的使用之后将水垢从容器(10)中清空时，用户可以简单地将容器(10)从设备(1)上拆下。当设备(1)在设备的使用期间被竖直地保持时，容器(10)被竖直地定位在至少一个内表面(5)的下方并面对该至少一个内表面(5)。这样，当设备(1)在使用期间被竖直地保持时，从至少一个内表面(5)剥落的水垢归因于重力而直接下落到容器(10)中。
泵(15)用于将水泵送到水出口装置(2)。设备(1)可以包括触发机构(16)(例如，按钮)，其被配置成当由用户启动触发机构(16)时控制水泵(15)将水泵送到水出口装置(2)。然后水被喷射到至少一个内表面(5)上。泵(15)可以被配置成使得喷射剂量、即每次启动触发机构(16)时由水出口装置(2)喷射的水被优化。剂量应该足够大以能够利用由被加热的内表面(5)提供的全部热能量高效地生成蒸汽，并且足够小以使得各剂量中的液体水能够全部被转化成蒸汽。设备进一步包括与水出口装置(2)流体连通的水箱(17)。水箱(17)被配置成存储由水出口装置(2)喷射到至少一个内表面(5)上的水。当触发机构(16)被启动时，水通过泵(15)被从水箱(17)泵送。
在使用期间，至少一个内表面由至少一个加热元件(7)加热至用于从喷射到至少一个内表面(5)上的水生成蒸汽的温度。当水被喷射到至少一个内表面(5)上时，至少一个内表面(5)被暂时冷却。内表面(5)的重复加热和冷却可以帮助促进积聚在至少一个内表面(5)上的水垢的剥落，因为水垢遭受重复的膨胀和收缩。在剥落物积聚到一定水平之后，重复的膨胀和收缩可以造成积聚的水垢的龟裂和剥落。另外，至少一个内表面(5)的曲率和至少一个内表面(5)的归因于内表面(5)紧密接近加热元件(7)的不均匀加热也可以对剥落有贡献。当内表面(5)是弯曲的时并且当加热元件(7)与表面(5)相距约2mm时，所进行的测试已显示龟裂和剥落。剥落可以通过具有平滑的内表面(5)而被进一步增加使得用于保持水垢的可附着表面减少。例如，在平滑内表面上几乎没有与水垢接口的裂纹或凸起，这减少了水垢到内表面(5)的附着。当手持蒸汽处理器(1)被竖直地保持时，剥落的水垢然后落(作为重量的结果)到被竖直地定位在至少一个内表面(5)下方的容器(10)内。然后用户可以容易地移除容器(10)以清空收集的水垢。归因于当蒸汽处理器(1)在使用中时水垢的自动剥落，可以提高蒸汽处理器(1)的性能的一致性，并且蒸汽处理器(1)不太可能随时间的推移而快速劣化。
设备(1)可以进一步包括用于为加热机构供电的电源(未示出)。设备(1)还可以包括控制由至少一个加热元件(7)生成的热的控制机构(未示出)。在一个实施例中，设备(1)还可以包括在外壳(11)与铸造材料(4)之间的热隔离层(18)。由于铸造材料(4)可能靠近外壳(11)，所以外壳(11)在使用期间可能容易被加热。热隔离层(18)可以将外壳(11)的温度控制成约50℃或更低。隔离层可以包括任何合适的材料，诸如橡胶、聚酯毡等等。
具有～7854mm2润湿表面面积的2000W蒸汽发生器可以能够连续地支持约40gm/min的时间平均蒸汽速率。相应的平均蒸汽负载和功率密度分别为约0.010gcm-2s-1和25Wcm-2。实验指出，高达0.020gcm-2s-1的水平的蒸汽负载与高达50Wcm-2的水平的功率密度仍然导致水垢层的充分剥落和对蒸汽处理器的所支持的蒸汽性能有贡献。如果润湿表面面积近似于半球，则可能要求半径约36mm的半球，这在手持蒸汽处理器的设计约束内。半球可以占据约92,560mm3的体积。约250gm的铝可以用作铸造材料。包括诸如加热器组件和外壳等的其他部件的重量在内，总重量可以达到350gm，这仍然在手持蒸汽处理器的期望重量限度内。
设备(1)可以对应于另一手持蒸汽器具，例如蒸汽熨斗。在其他实施例中，设备(1)可以替代地是具有带有水箱的单独基部的蒸汽器具。在一个实施例中，水接纳装置(4)和水出口装置(2)被容纳在经由软管联接到基部的头部中。软管将液体水从水箱沿通道引导至水出口装置(2)。泵可以在头部或基部中。在另一实施例中，水接纳装置(4)和水出口装置(2)与水箱一起被容纳在基部中。液体水在基部中被转化成蒸汽，并且软管将蒸汽沿通道引导至蒸汽器具的头部。
本发明的另一方面涉及一种在设备中生成蒸汽的方法。该方法包括如下步骤：
-通过水出口装置(2)的至少一个开口端(3)喷射(S1)水，使得水被喷射在包围水出口装置(2)的至少一个开口端(3)的水接纳装置(4)的至少一个内表面(5)上，其中水接纳装置(2)的至少一个内表面(5)限定出腔室(6)，水出口装置(4)的至少一个开口端(3)被布置在腔室(6)内，和
-将至少一个内表面(5)加热(S2)达到用以从水生成蒸汽的温度。
有利地，方法进一步包括如下可选步骤：间歇地喷射(S3)到至少一个内表面(5)上，使得至少一个内表面(5)被交替地加热和冷却。
有利地，方法另外地或可选地进一步包括如下步骤：以实质上竖直的方式保持(S4)设备，使得当至少一个内表面(5)被交替地加热和冷却时，形成在至少一个内表面(5)上的水垢从至少一个内表面(5)上掉落到被定位在至少一个内表面(5)下方的容器(10)中。
所描述的以上实施例仅是说明性的，并且不旨在限制本发明的技术途径。虽然参考优选实施例详细描述了本发明，但本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的技术途径的精神和范围的情况下，可以修改或等同替换本发明的技术途径，这也落入本发明的权利要求的保护范围内。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。权利要求中的任何参考标记不应被解释为限制范围。
Claims (13)
1.一种用于生成蒸汽的设备(1)，所述设备(1)包括：
-水出口装置(2)，具有开口端(3)以喷射水，所述开口端(3)包括第一喷射嘴和第二喷射嘴；
-包围所述开口端(3)的水接纳装置(4)，所述水接纳装置(4)包括限定出腔室(6)的内表面(5)，所述开口端(3)被接纳在所述腔室(6)中；和
-加热元件(7)，用于将所述内表面(5)加热达到用于从喷射在所述内表面(5)上的水生成蒸汽的温度；
其中所述腔室(6)由两个分离的腔(14a，14b)形成，并且所述开口端(3)被构造成将来自所述第一喷射嘴和所述第二喷射嘴的水喷射到所述内表面(5)的、由接纳相应喷射嘴的所述腔(14a，14b)限定的区域上。
2.根据权利要求1所述的设备(1)，其中所述内表面(5)是弯曲的。
3.根据权利要求1所述的设备(1)，其中所述内表面(5)是凹形的。
4.根据权利要求1所述的设备(1)，其中所述两个分离的腔(14a，14b)沿着对称轴线(L1)对称地布置。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的设备(1)，进一步包括与所述腔室(6)流体连通的通道(8)，所述通道(8)延伸穿过所述水接纳装置(4)到所述水接纳装置(4)的外表面(9)。
6.根据权利要求1-4中的任一项所述的设备(1)，进一步包括用于收集从所述内表面(5)落下的任何水垢的容器(10)。
7.根据权利要求1-4中的任一项所述的设备(1)，其中所述水接纳装置(4)包括提供所述加热元件(7)与所述内表面(5)之间的热接触的铸造材料(4)。
8.根据权利要求1-4中的任一项所述的设备(1)，进一步包括被配置成将水泵送到所述水出口装置(2)的泵。
9.根据权利要求8所述的设备(1)，进一步包括触发机构，其被配置成当所述触发机构由用户启动时控制所述泵以将水泵送到所述水出口装置(2)。
10.根据权利要求1-4和9中的任一项所述的设备(1)，进一步包括与所述水出口装置(2)流体连通的水箱，所述水箱被配置成存储由所述水出口装置(2)喷射到所述内表面(5)上的水。
11.一种在用于生成蒸汽的设备中生成蒸汽的方法，所述设备包括：水出口装置(2)，具有开口端(3)以喷射水，所述开口端(3)包括第一喷射嘴和第二喷射嘴；水接纳装置(4)，包围所述开口端(3)且具有限定出腔室(6)的内表面(5)，所述开口端(3)被接纳在所述腔室(6)中；和加热元件(7)，用于将所述内表面(5)加热达到用于生成蒸汽的温度；所述腔室(6)由两个分离的腔(14a，14b)形成，并且所述开口端(3)包括被接纳在各腔内的喷射嘴，所述方法包括如下步骤：
控制所述喷射嘴，使得将来自所述第一喷射嘴和所述第二喷射嘴的水喷射到所述内表面(5)的、由接纳相应喷射嘴的所述腔(14a，14b)限定的区域上。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括如下步骤：间歇地喷射(S3)到所述内表面(5)上，使得所述内表面(5)被交替地加热和冷却。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括如下步骤：以实质上竖直的方式保持(S4)所述设备，使得当所述内表面(5)被交替地加热和冷却时，形成在所述内表面(5)上的水垢掉落到被定位在所述内表面(5)下方的容器(10)中。
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