CN113203198A - 一种能分离气液的加热模组和液体加热器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种能分离气液的加热模组和液体加热器，加热模组包括壳体及壳体内的发热体，所述的壳体内腔通过隔离件分割成一侧的冷液腔和另一侧的热液腔，所述隔离件的下部设置有连通冷液腔与热液腔的过液孔，所述隔离件的上部设置有连通冷液腔与热液腔的开口，所述的发热体设置在热液腔的下部，所述开口下侧的冷液腔内的壳体上设置有进液口、热液腔内的壳体上设置有出液口，所述出液口低于所述进液口，所述发热体的上端低于所述的出液口。本申请不仅能够具有实现加热模组小型化，还能够实现对蒸汽物质和能量的回收利用。

Description

一种能分离气液的加热模组和液体加热器

技术领域

本申请涉及加热装置的领域，尤其是涉及一种能分离气液的加热模组和液体加热器。

背景技术

目前的饮水机分为两种，一种是储存热水式的饮水机，一种是即热式的饮水机。

对于储存热水式的饮水机，其采用了将储存于热水箱的水加热，再通过热水箱上的阀门以向外供给热水的方案。由于热水箱体积较大，需要对存水进行一定时间的加热，并且为了使存水得到整体加热来维持均衡的温度，需要基于对流的传热时间，存在无法进行即热等迅速供给热水的问题。

对于即热式的饮水机，特别是沸腾式加热出水的即热式饮水机，当加热模组内部的蒸汽压过高时，热水中将携带有大量溶解的蒸汽，在出水过程中热液的外压发生快速降低，蒸汽将快速析出形成气泡，导致热水发生喷溅，有一定伤人的风险。常规的解决方案有两种，第一种方案是额外设置热水箱，当热水加热后排入热水箱中，此时蒸汽已经基本和热水相分离，打开热水箱中的阀门即可向外排水，但是这种方案的结构不够紧凑，且热水箱中依然留存有大量的蒸汽。第二种方案是在加热模组上设置水汽分离器和泄压阀，蒸汽在经过水汽分离器处理后经由泄压阀排出，但是这种方案将会导致水汽分离器顶部聚集着大量的蒸汽热量而无法有效利用，而且水汽分离器顶部的高热向产品的顶部及四边辐射，导致产品外壳温度上升乃至有伤人的风险。

相关技术1公开了一种即热式加热系统，其包括发热体和水箱，发热体设有发热体出水口和发热体进水口，水箱包括水汽分离腔和进水腔，进水腔设有水源进水口、水箱出水口和换气口，水箱出水口与发热器进水口连通，发热体出水口与水汽分离腔连接；水汽分离腔设有热出水口，进水腔与水汽分离腔之间隔有一竖向导热薄壁；水汽分离腔顶部通过排汽口与进水腔连通，水汽分离腔的顶面、进水腔顶面与冷水循环腔之间隔有一水平导热薄板，冷水循环腔的进口与水源进水口连通，冷水循环腔的出口与进水腔连通。水汽分离腔产生的蒸汽通过各种装置的冷却吸收后，直接流入进水腔供给发热体。

相关技术2公开了一种加热系统，其为了防止因水的温度上升并膨胀而增加储存罐的内部的压力，并防止储存罐因压力而受损，在储存罐的上部设有膨胀管或安全阀，由此排出蒸汽。

发明内容

为了实现小型化和对蒸汽物质和能量的回收利用的目的，本申请提供一种能分离气液的加热模组和液体加热器。

第一方面，本申请提供的一种能分离气液的加热模组，采用如下的技术方案：

一种能分离气液的加热模组，包括壳体及壳体内的发热体，所述的壳体内腔通过隔离件分割成一侧的冷液腔和另一侧的热液腔，所述隔离件的下部设置有连通冷液腔与热液腔的过液孔，所述隔离件的上部设置有连通冷液腔与热液腔的开口，所述的发热体设置在热液腔的下部，所述开口下侧的冷液腔内的壳体上设置有进液口、热液腔内的壳体上设置有出液口，所述出液口低于所述进液口，所述发热体的上端低于所述的出液口。

通过采用上述技术方案，壳体内部的空腔为连续的空腔，隔离件将空腔分隔成相对独立的左右两个腔室，为冷液腔和热液腔，冷液腔和热液腔通过上方的隔板开口和下方的过液孔相互连通，从而形成环形回流。在使用时，冷液从进液口流入，由重力作用向下流动。由于冷液腔和热液腔上下均连通，从而形成连通器，由连通器原理可得，冷液将经由过液孔流入热液腔中。进入热液腔内冷液在沿热液腔向上流动的过程中，被发热体所加热，整体而言，热液腔内液体的温度自下而上逐渐升高直至沸腾，沸腾的液体将产生大量的气泡。由于热液腔内液体温度均匀变化，无须利用回流即可使得出水的温度均匀。热液腔底部液体产生气泡少，而沸腾产生气泡的液体在靠近出液口的位置，因此气泡产生均匀且向上浮动的行程短，对水流的扰动性相对较小，液面较为平稳，能够在热液腔的顶部形成较为稳定的蒸汽腔。由于出液口的位置低于进液口，热液能够从出液口自然流出，从而保持液位低于隔板开口。或者通过控制进液口的进液速度和出液口的速度相同，也可以控制热液腔内的液位低于隔板开口，以保持蒸汽腔的存在，并避免热液从隔板开口进入冷液腔。

此外，蒸汽腔由于位于热液腔的顶部，蒸汽通过隔板的开口自由流动并进入到冷液腔中。蒸汽与冷液具有较大的温差，蒸汽在进入冷液腔后将快速被冷液吸收，蒸汽压降低。一方面实现了蒸汽热能回收和水汽回收，避免了蒸汽外排导致的能源资源浪费，另一方面在壳体内维持较低且稳定的蒸汽压，使得热液保持较小的蒸汽溶解度，促使热液中的气泡快速析出并上浮溢出，减小热液被气泡扰动发生紊流的现象，出液较为稳定。利用冷液腔和热液腔并排设置并连通以吸收蒸汽，无需额外设置气液分离装置，也无需设置热水箱贮存热水分离蒸汽，结构紧凑，在设计于饮水机等装置时相对更节约空间。

可选的，所述隔离件由上隔板、中横板和下隔板依次连接形成，所述中横板高于发热体顶端、低于出液口。

通过采用上述技术方案，中横板位于发热体顶端且低于出液口，缓解了上升的热流挟带气泡直接涌入出液口而使得出液带有蒸汽泡的现象，使得出液更为均匀。

可选的，所述上隔板、中横板和下隔板依次连接形成台阶，所述出液口位于台阶上。

通过采用上述技术方案，热液腔带有发热体的一段为液体加热区，液体加热区中液体的温度自下而上逐渐升高，上隔板和下隔板将冷液腔和热液腔相互隔离，台阶的设置，使得从液体加热区向上流动的热液与出液口相错开，此外，气泡所受到的浮力向上，且气泡在向上浮动的过程中体积逐渐变大，浮力增大。由上文论述可知，由于蒸汽腔的设置和蒸汽回收功能的实现，热液上升过程相对稳定，热液被气泡扰动和发生紊流的现象不明显，因此，气泡受到紊流产生的侧向偏转力相对于浮力而言很小，加上侧向到出液口具有一定行程，即使气泡发生横向漂移，也仅能漂移到出液口的上方。出液口上方热液中的泡继续上浮，与气泡分离的热液向下补充回流到台阶处，直至从出液口流出。通过台阶的设置，能够明显地降低出液中的蒸汽含量，从而使得出液更为稳定顺滑，不易发生溅射的现象。

顺带一提，气泡大部分是由沸腾的热液继续吸收热量而发生剧烈汽化所产生的，热液在脱离发热体后自发发生汽化的程度很小，因此可以视为气泡均为在液体加热区所产生的。故当出液口上方的热液与蒸汽泡相分离后，热液新产生的蒸汽泡很少，难以对输出的热液发生扰动，更难以使得输出的热液发生喷溅。

可选的，所述中横板相对于上隔板和下隔板朝向热液腔内突出，所述出液口位于中横板上方。

通过采用上述技术方案，中横板对流出液体加热区的热液起到限位作用，防止挟带气泡的热液直接经过出液口而被排出。实际中横板在自身上方和上隔板配合形成了一个台阶，出液口位于该台阶上，从而产生上述效果。为了实现更好的效果，出液口可紧挨着中横板和上隔板设置，以增大气泡抵达出液口处所需的横向漂移行程和横向漂移速度。

可选的，所述中横板的上部与上隔离件之间的区域形成出液稳流区，所述出液口位于出液稳流区内；所述发热体上部的区域形成气泡上升区，所述出液稳流区和气泡上升区的位置并排。

通过采用上述技术方案，气泡上升区位于发热体的上部，由于热液受到发热体的加热时在接触的界面上产生大量的蒸汽泡，在稳定的液流中，蒸汽泡将在上浮作用和液流的推动下进入气泡上升区并在气泡上升区中稳定上浮，直至在热液腔的顶部脱离液面。出液稳流区中的液体向下回流，这部分液体移动方向由于与气泡浮力方向相反，因此蒸汽含量少，该部分热液在出液时较为稳定，不易发生喷溅。

可选的，当所述壳体内加入液体后，所述壳体内在出液口之上的液位线以上的空间形成蒸汽腔，所述冷液腔和热液腔内的蒸汽腔通过隔板上的开口连通。

通过采用上述技术方案，液体在壳体内液位的高度受到进液速度和出液速度的影响，可以通过控制以将液位控制在出液口之上，进液口之下。在液位之上的空间即成为液面抖动的缓冲区，液面的抖动是由气泡的冒出所造成，液面的抖动使得部分液体的动能转变为其它能量比如热能，从而避免液体向上运动受到阻碍而使得液体内部发生紊流。此外，蒸汽穿过隔板开口向冷液腔内运动，从而被冷液吸收，相比于使用泄压阀的方案，实现了液体物质和液体能量的双重回收，同时避免了外排蒸汽伤人的风险。

可选的，所述下隔板朝向发热体的侧面与壳体内壁配合在发热体和中横板之间形成液流导向区，所述液流导向区位于气泡上升区内，所述气泡上升区的上延方向对应于所述下隔板和所述壳体的上延方向。

通过采用上述技术方案，在液流导向区中，下隔板和壳体内壁对液流的运动方向进行规范导向，在新补充进热液腔液体的推动下，热液沿下隔板和壳体内壁的上延方向向上运动，从而稳定地进入气泡上升区，减少了热液中紊流导致气泡产生横向偏移的程度。

可选的，所述热液腔和/或冷液腔整体呈圆柱状。

可选的，所述发热体为柱型发热体、线圈型发热体或下部带有进液孔的管型发热体。

通过采用上述技术方案，圆柱状的热液腔和截面为圆形的发热体能够使得液体均匀受热，减少紊流的发生。

可选的，所述发热体为金属陶瓷发热体或金属发热体。

通过采用上述技术方案，金属发热体和金属陶瓷发热体均可以快速产热。对于金属发热体而言，其在固液截面存在着一个能够结垢的电化学能场，即偶电场，偶电场是由两种不同的、相对接触且各有着不同电极电位的物质形成，对于水系统管道、设备器壁电位的高低正负,受器壁材料性质和所处环境情况的影响；水的电位受器壁电位、水的温度和水中离子电荷量的影响。它们的电位差别越大,偶电层电位势差就越大,偶电层能场的能量也越大,而且总是在器壁一侧形成负极电位,当有矿物溶质离子吸附时产生结垢。从钙离子和碳酸根例子的电性符号上可以看出,当这些带电离子或离子团在水流或热扩散的带动下,进入偶电层引力范围时,偶电层的狭窄距离(10~60nm)和相对较高的电位差[(0.01~0.1)+X]伏特及约0.2伏特/立方米的电荷面密度,会使正负离子在偶电层相对,并使趋阳电性离子的电子让给一个邻近的趋阴电性离子(或分子) ,然后它们就排列成一个晶体,并逐渐形成结晶垢层。因此,结垢主要是由于水中有带电的矿物溶质离子和偶电层电位势差所形成的电化学能场的存在而产生的。结垢的导热系数的大约是不锈钢的4%~5%左右，当结垢过厚时，将会导致金属发热体的热量难以及时传递到水中，容易导致金属发热体过热损坏。

而对于由陶瓷和金属共同烧结而成的金属陶瓷发热体而言，其与液体的接触面为非金属材料制成的陶瓷，其固液截面上的偶电场电位差较小，因此结垢能力弱，在长期使用的过程中也能够保持较好洁净程度，散热效果好，无须频繁清洗。

此外，对于金属发热体而言，金属发热体的表面光滑致密，金属原子利用金属键相互联结形成较为均匀的散热面，液体在背离金属表面的方向上能够形成均匀的温度梯度，从而产生良好的对流，以实现液体的均匀加热。但是对于金属陶瓷发热体而言，在微观下，陶瓷的表面具有大量的孔洞，使得陶瓷的表比面积远大于金属发热体（这也是陶瓷常用于过滤器的原因），由于液体在进入孔洞后将会被陶瓷结构所包围，与陶瓷进行热交换而发生快速升温。但是由于这些液体分子位于孔洞内，难以与外界的液流形成良好的对流，因此只能通过加快孔洞外液流的流速，以提高孔洞内外的液体分子的换热速率和交换速率。当孔洞外液流速度较慢时，或发生滞流时，孔洞内的液体由于快速吸热且热交换不及时而迅速沸腾，在金属陶瓷发热体的表面快速汽化，从而产生大量的蒸汽。当蒸汽无法快速排出时，如果冷液腔和热液腔的上部和下部不连通，也就是没有形成连通器的话，过量的蒸汽不仅会使得壳体内部压强过大，在出液口关闭时，还会将内流腔的液体回流入进液口，使得内流腔液位降低，进一步加剧内流腔中陶瓷金属发热体的干烧。

在本方案中，冷液腔和热液腔形成了连通器，金属陶瓷发热体设置于出液口的下方，也就是说，无论出液口和进液口是否关闭，壳体内均会保留有一定的液位，且一半为冷液一半为热液。当发生干烧时，产生的大量蒸汽将会经过上隔板的开口进入到冷液腔中被冷液吸收，降低壳体内部蒸汽压的快速上升而发生爆炸的风险，同时，当出液口或进液口意外关闭时，冷液能够通过过液孔与热液进行热交换，减缓发热体由于热惯性造成的干烧现象。

在一些相关加热装置中，通常会使用泄压阀对产生的蒸汽进行处理，当这类加热装置内的蒸汽到达一定压力时，泄压阀将会将蒸汽排泄出，避免内部压力过高而发生危险。但是，本方案使用的是陶瓷金属发热体，对于陶瓷而言，循环的加压和泄压对陶瓷内部微观结构具有破坏性，而且陶瓷材料在损坏时毫无征兆，会瞬间破碎，因此在壳体上设置泄压阀的方法将会使得金属陶瓷发热体由于循环加压泄压而导致使用寿命下降。因此，在壳体内设置蒸汽腔将会使得壳体内部的压力平缓变化；同时，蒸汽被冷液回收利用，也避免了壳体内部的蒸汽压突变，并将蒸汽压保持在较低的程度。综上，利用冷液腔吸收蒸汽的设计能够在发热体为金属陶瓷发热体的情况下良好地保护发热体，避免频繁的压力变化导致金属陶瓷发热体使用寿命降低。

可选的，所述外壳为陶瓷外壳或金属外壳。

可选的，所述壳体向内凹陷并抵接于发热体上，所述壳体的外侧面在凹陷处安装有温度开关，所述温度开关基于凹陷处的温度是否超过温度阈值以控制发热体通断电。

通过采用上述技术方案，当液体流入内流腔时，液体与发热段进行热交换，由于金属陶瓷发热体具有较高的热惯性，也就是说温度的变化相比于电流的变化具有滞后性，因此通常不采用控制电流改变发热温度的方法。由于热交换速率与温度差相关，因此当内流腔中液体流速越高时，液流的平均换热速率就越快，因此可以发热段保持额定的发热功率，再通过改变内流腔中液流的流速以实现对出液温度的调节。在本方案中，采用 或金属这类高熔点、高传热效率的材料制成耐高温传热外壳，由于凹陷处与金属陶瓷发热体和温度开关同时抵接，能够快速将热量传递到温度开关，使得温度开关能够高灵敏地被触发以使得金属陶瓷发热体断电，从而防止金属陶瓷发热体过热干烧。

可选的，所述壳体包括上端盖、下端盖和壳壁，所述壳壁的两端外扩形成台阶，所述上端盖和下端盖分别安装于壳壁两端的台阶内。

通过采用上述技术方案，上端盖和下端盖能够装配在壳壁的两端，从而方便后期打开端盖以对内部结构进行检修。

可选的，所述壳体在液流导向区安装有温度传感器，所述发热体基于温度传感器检测到的温度与预设阈值的相对大小通断电。

通过采用上述技术方案，预设阈值通常会设置为一个在所使用液体的沸点以下的值，根据当地的情况而定，如当地水沸点为100°C时，则预设阈值设置为99°C。由于水在脱离发热体后即开始降温，因此水温将会低于100°C。当发生干烧时，水温将会达到一百度，且处于气液混合状态，此时温度传感器将会检测到液体能量过盈，从而控制发热体断电，阻止进一步干烧的发生。

可选的，所述上端盖安装有液位传感器，所述液位传感器位于冷液腔内，所述发热体基于液位传感器检测到液面高度信息通断电。

通过采用上述技术方案，热液腔中的液面会发生一定的抖动，而冷液腔中的液体较为平缓，因此将液位传感器设置在冷液腔中能够更为准确地测得当前液位。当进水意外停止而发热体继续工作时，冷液腔的液位将会降低直至与出液口平齐，在出液口和进液口之间设置一高度阈值，当液位传感器检测到的液位低于该高度阈值时，即控制发热体进行断电，以避免干烧的进一步发生。

第二方面，本申请提供的一种液体加热器，采用如下的技术方案：

一种液体加热器，带有如上述的加热模组，还包括有连于进液口的进液阀、连于出液口的出液阀、以及控制进液阀和出液阀的电控系统，所述电控系统还连于发热体并控制发热体的通电或断电。

附图说明

图1是本申请实施例1中一种能分离气液的加热模组的整体示意图；

图2是本申请实施例1中一种能分离气液的加热模组的爆炸图；

图3是本申请实施例1中壳壁的剖面图；

图4是本申请实施例1中一种能分离气液的加热模组的一种结构示意图；

图5是本申请实施例1中一种能分离气液的加热模组的另一种结构示意图；

图6是本申请实施例1中加热模组正常工作时用于表现液面和气泡情况的示意图；

图7是本申请实施例2中一种能分离气液的加热模组的结构示意图。

附图标记说明：

1、壳体；11、进液口；12、出液口；13、上端盖；14、下端盖；15、壳壁；2、发热体；21、进液孔；3、隔离件；31、上隔板；32、中横板；33、下隔板；34、过液孔；35、开口；4、温度开关；5、温度传感器；6、液位传感器；7、冷液腔；71、冷液面；8、热液腔；81、热液面。

具体实施方式

以下结合附图1-7，对本申请作进一步详细说明。需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

实施例1：

目前，饮水前将水煮沸是一种良好生活习惯，饮水机也是一种各种公共场所常见的电器设备。对于饮水机，常见的有即热式饮水机和水箱式饮水机，其内部均包含有加热模组，两者之间的区别在于，水箱式饮水机的加热模组的功率通常较低，通常需要提前加热好热水并储存于热水箱中，当人们需要使用热水时打开热水箱的出水阀即可，但是这种结构的管线和组件较多，尤其是其水箱体积较大，整体难以做到小型化。而对于即热式饮水机，其加热模组的功率通常较高，能够实现冷水即入热水即出，整体相对容易实现小型化，但是其加热模组由于发热功率高，容易快速煮沸液体产生较大的蒸汽压，人们在打开出水阀时，热水由于受到的外压变小，热水内蒸汽快速析出形成气泡，热水混杂有大量蒸汽向外喷溅，对使用者的安全造成不良影响。

为了降低出水喷溅伤人的风险，在相关技术中通常采用泄压阀或水汽分离器以对蒸汽进行处理，或设置一个冷水箱并将蒸汽回流至冷水箱中。对于泄压阀而言，容易导致水汽从产品的顶部及四边辐射，导致产品外壳温度上升乃至有伤人的风险。在加热模组的顶部设置有水汽分离器的方案中，水汽分离器上方将会聚集大量的蒸汽热量，无法有效利用，而且水汽分离器的结构相对复杂，生产成本高且后期维护不便。对于设置冷水箱吸收蒸汽的方案，一方面继承了水箱式饮水机的特点，即由于管线和组件较多，难以做到小型化；在另一方面，冷水箱负责对加热模组进行供水，在实际使用中蒸汽的产生难以稳定控制，在通过管道将蒸汽导入冷水箱中时，将会导致冷水箱的压力发生变化，从而导致加热模组的进水速度发生变化，过快将导致出水温度降低，过慢将导致加热模组发生干烧。为了解决这个问题，需要对冷水箱的压力进行检测和控制，或对进水泵进行更为准确的电控，这无疑增加了设计成本，复杂的方案也容易导致整个系统工作不稳定。

因此，本申请实施例公开一种能分离气液的加热模组，该加热模组可以对水、油、乙醇等液体进行加热，但凡在加热时能够稳定产生蒸汽，不发生剧烈分解或爆炸的液体均可，在本实施例中的说明以水为例，但其并不构成对该加热模组加热对象种类的限制。此外，该加热模组的使用范围并不局限用于饮水机，诸如热水器，洗碗机等需要热液的设备均可使用。

图1为该加热模组组装好后的整体示意图，但需要注意的是，该示意图并不对加热模组内各组件的形状、尺寸等产生限制。参照图1，该加热模组包括壳体1及壳体1内的发热体2。壳体1可以由陶瓷材料、金属材料或耐高温塑料或其它材料制成，但凡为耐高温的无毒材料制成即可，在本实施例中，采用陶瓷材料制成，陶瓷材料具有良好的导热性和耐热性，受到高温不会释放有毒物质，是一种优秀的食品级材料。同时，陶瓷壳体1在长期使用过程中，其内壁不容易凝结水垢，水垢是一种会降低物体导热能力的物质，因此陶瓷壳体1具有无须频繁清洗的优点。壳体1的外形可以根据实际需求进行设计，可以为方柱状、椭柱状、圆柱状或其它形状，但凡具有足够的结构强度以支持内部的液压和气压即可，在本实施例中壳体1采用一种横截面为腰形的柱状壳体1。

图2为该加热模组将各组件爆炸后的示意图。参照图1和图2，壳体1包括上端盖13、下端盖14和壳壁15，壳体1可以由上端盖13、下端盖14和壳壁15一体成型而成，也可以由上端盖13、下端盖14和壳壁15分体设计后上下封盖组装而成。在本实施例中，壳壁15的两端外扩形成台阶，上端盖13和下端盖14分别安装于壳壁15两端的台阶内。上端盖13和下端盖14可以粘接固定在壳壁15上，也可以通过螺栓打孔固定在壳壁15上，也可以通过抱箍之类的固定件可拆卸地固定在壳壁15上。当上端盖13和下端盖14设计为可拆卸式时，可以在台阶处安装密封圈以增强端盖和壳壁15台阶之间的密封性，这种设计能够方便人打开开上端盖13或下端盖14对壳体1内壁及内部组件进行清洁，举个例子，当该加热模组用于煮沸咖啡之用时，咖啡内可能会带有一定的不溶物，在使用一段时间后，可以拆卸该加热模组以进行清洁，从而符合食品安全。

图3为将壳壁15沿纵向剖开的局部剖视图，其中剖面经过壳体1的横截面长轴。参照图3，壳体1内腔通过隔离件3分割成一侧的冷液腔7和另一侧的热液腔8，隔离件3的上部设置有连通冷液腔7与热液腔8的开口35，隔离件3的下部设置有连通冷液腔7与热液腔8的过液孔34，从而使得冷液腔7和热液腔8形成一个连通器，当壳体1内部添加有液体时，冷液腔7和热液腔8将通过过液孔34交换液体。参照图1和图2，开口35下侧的冷液腔7内的壳体1上设置有进液口11，开口35下侧的热液腔8内的壳体1上设置有出液口12，且出液口12低于进液口11，这种设置使得进液口11停止向加热模组输液时，发热体2基于安全设计将会被强制断电，此时冷液腔7内的液位高于热液腔8的液位，冷液腔7内的液体补充进热液腔8直至两者液位相同。发热体2由于具有一定的热惯性，将会在断电后对热液腔8内液体继续加热一段时间，导致液体持续沸腾汽化，冷液腔7补充进热液腔8内的冷液将会吸收热量，且冷液腔7内的液体能够吸收热液腔8液体的热量，从而避免发热体2发生干烧。另一方面，热液腔8内液体剧烈汽化，将会使得热液腔8内热液减少，蒸汽通过隔离件3上的开口35进入冷液腔7中被冷液吸收，减小了壳体1内蒸汽压过大而发生爆炸的风险。

图4为将壳体1沿纵向剖开后的结构示意图，其中剖面经过壳体1的横截面长轴。图4中的虚线圆圈用于指代出液口12，由于出液口12并不位于该视角上的壳壁15，因此使用虚线圆圈标识出液口12位于壳壁15上的投影位置，以表现出液口12与隔离件3的相对位置关系。参照图3和图4，隔离件3的具体结构可以有多种，但凡能够使得壳体1内部的左右两侧相互分离，且两侧腔体的上端相连通，两侧腔体的下端相连通的结构均可。在本实施例中，隔离件3由上隔板31、中横板32和下隔板33依次连接形成，中横板32的位置高于发热体2顶端且低于出液口12。上隔板31和下隔板33可以为平板或曲板或其它形状的板，从而与壳体1内壁配合形成冷液腔7和热液腔8的形状。冷液腔7和热液腔8的空间形状可以有多种，且两者的空间形状可以相同或不同，比如热液腔8为方柱状，冷液腔7为圆柱状。在本实施例中，冷液腔7和热液腔8整体均呈圆柱状，隔离件3由陶瓷材料制成且与壳体1一体连接。

继续参照图4，发热体2设置在热液腔8的下部，且发热体2的上端低于出液口12。在本实施例中，发热体2固定安装于下端盖14，以便组装。发热体2的类型可为柱型发热体、线圈型发热体或下部带有进液孔21的管型发热体或其它形状的发热体，但凡发热体2为在热液腔8中沿过液孔34朝向隔板开口35的方向连续设置的形状即可。举个例子，发热体2可以与热液腔8同轴设置的圆柱状发热体，该圆柱状发热体自下端盖14朝向上端盖13延伸，且上端低于出液口12。在本实施例中，发热体2为下部带有进液孔21的管型发热体，该发热体2与热液腔8同轴设置且上端低于出液口12，进液孔21与过液孔34相对设置，以便于经过过液孔34的冷液直接冲入进液孔21内。发热体2的一端封闭且一端开口，开口的一端朝上设置。冷液在进入进液孔21后经由发热体内部的空间向上流动，在流动过程中被发热体2不断加热。

发热体2可为金属陶瓷发热体（MCH）、金属发热体或其它材料制成的发热体，发热体所用的材料为能够在高功率下稳定快速地发热，且不与液体发生反应的材料即可。在本实施例中，发热体2采用金属陶瓷发热体，金属陶瓷这种材料的比热容大，热惯性大，实验测得，常温水和沸水的比热容均接近为4210J/kg﹒K，金属陶瓷的比热容在22°C为7790.1 J/kg﹒K，在427°时为11482.2J/kg﹒K，在727°C时为12239.9 J/kg﹒K，显然，在高温下，金属陶瓷的比热容达到了水的数倍，在断电后金属陶瓷发热体2内部的热量继续向表面扩散，使得金属陶瓷发热体2表面温度继续往上升，按实验数据，在发热体2表温100℃时断电，表温最高会升到200℃左右；在表温200℃时断电，表温最高会升到350℃左右，因此，在使用金属陶瓷这种材料时，需要设计相应的结构以进行防干烧。上述冷液腔7和热液腔8的并排连通设置，以及出液口12进液口11高低错位设置即能够良好地应对这一点。

为了进一步提高防干烧能力，参照图1和图4，壳体1向内凹陷并抵接于发热体2上，与发热体2抵接的部分形成一个无孔接触部，壳体1在该接触部的外侧面安装有温度开关4，温度开关4基于凹陷处的温度是否超过温度阈值以控制发热体2通断电。温度阈值可以为200°C、250°C等高于液体沸点的数值，根据进出液速度和热冷液腔容量等因素而定而定。当然，在其它实施例中，也可以采用在壳体1上穿孔的设计，温度开关4穿入壳体1并直接抵接于发热体2上，以直接检测发热体2的温度。

壳体1在发热体2的上方还安装有温度传感器5，发热体2基于温度传感器5检测到的温度与预设阈值的相对大小通断电。预设阈值通常会设置为一个低于所加热液体的沸点的值，实际使用中基于当地情况而定，譬如当地水沸点为100°C时，则预设阈值可设置为99°C或99.5°C。由于水在脱离发热体2后即开始降温，因此发热体2上方的水温将会低于100°C。当发生干烧时，发热体2上方的水处于气液混合状态，蒸汽冷却放热而使得水温持续保持100°C，此时温度传感器5将会检测到液体能量过盈，发热体2相应地发生断电，阻止干烧持续。

继续参照图4，热液腔8带有发热体2的一段为液体加热区，液体发热区的范围为热液腔8在发热体2底端的位置至发热体2顶端的位置，液体加热区中液体的温度自下而上逐渐升高直至沸腾。气泡大部分是由沸腾的热液继续吸收热量而发生剧烈汽化所产生的，热液在脱离发热体2后自发汽化的程度小，因此可以视为气泡均为在液体加热区中产生。故当发热体2上方的热液与发热体2相分离后，热液新产生的蒸汽泡很少。为了规范气泡的运动，在这里将热液腔8位于液体加热区上方的区域定义为气泡上升区，也就是说，发热体2上方的区域形成气泡上升区，气泡上升区的上延方向对应于下隔板33和壳体1的上延方向。在气泡上升区的下段，也就是发热体2和中横板32之间的部分，下隔板33朝向发热体2的侧面与壳体1内壁配合形成了液流导向区，壳体1和下隔板33围成液流导向区的部分沿背离下端盖14的方向设置，也就是说，液流导向区构成了气泡上升区的下部，且与液体加热区相连通。在液流导向区中，下隔板33和壳体1内壁对液流的运动方向进行规范导向，在新补充进热液腔8液体的推动下，热液沿下隔板33和壳体1内壁的上延方向向上运动，从而减轻了气泡上升区内的热液产生紊流而导致气泡发生较强横向偏移的现象。可选的，上述温度传感器5可安装于液流导向区中。

由于液体沸腾时将会产生大量的气泡，气泡随同热液从出液口12排出时，打开出水阀时热水将会混杂有大量蒸汽向外喷溅，对使用者的安全造成不良影响，因此，在本实施例中，且上隔板31、中横板32和下隔板33依次连接形成台阶，出液口12位于台阶上。中横板32可以平行于下端盖14设置（参照图4），也可以与上隔板31形成锐角（参照图5），在本实施例中，中横板32平行于下端盖14设置。

图6是加热模组正常工作时用于表现液面和气泡情况的示意图，其中，出液稳流区和气泡上升区之间的虚线为一条偏向上隔板31的弧线，实际上该弧线仅用于大致示意出液稳流区和气泡上升区之间的区别，实际上两者间并无明显或固定的界限，两个区域的区别体现于内部气泡的多寡。参照图6，台阶的设置，使得从液体加热区向上流动的热液与出液口12相错开，因此，中横板32的上部与上隔离件3之间的区域形成出液稳流区，出液稳流区和气泡上升区的位置并排，出液口12即位于出液稳流区中。此外，气泡所受到的浮力向上，且气泡在向上浮动的过程中体积逐渐变大，浮力增大。由上文论述可知，由于蒸汽回收功能的实现，热液上升过程相对稳定，热液被气泡扰动和发生紊流的现象不明显，因此，气泡受到紊流产生的侧向偏转力相对于浮力而言很小，加上侧向到出液口12具有一定行程，即使气泡发生横向漂移，也仅能漂移到出液口12的上方。出液口12上方热液中的泡继续上浮，与气泡分离的热液向下补充回流到台阶处，直至从出液口12流出。通过台阶的设置，能够明显地降低出液中的蒸汽含量，从而使得出液更为稳定顺滑，不易发生溅射的现象。

当壳体1内加入液体后，壳体1内在出液口12之上的液位线以上的空间形成蒸汽腔，冷液腔7和热液腔8内的蒸汽腔通过隔板上的开口35连通。由于液体在壳体1内液位的高度受到进液速度和出液速度的影响，通过控制可以将液位控制在出液口12往上，进液口11之下，也就是说，蒸汽腔在上下方向上的宽度与进液速度和出液速度相关。在液位之上的空间即成为液体抖动的缓冲区，液面的抖动是由气泡的冒出所造成，液面的抖动使得部分液体的动能转变为其它能量比如热能，从而避免液体向上运动受到阻碍而使得液体内部发生紊流。此外，蒸汽穿过隔板开口35向冷液腔7内运动，从而被冷液吸收，相比于使用泄压阀的方案，实现了液体物质和能量的双重回收，同时避免了外排蒸汽伤人的风险。

参照图4，上端盖13安装有液位传感器6，由于热液腔8的液面会发生一定抖动，相较而言，冷液腔7的液面更为平稳，因此液位传感器6设置于冷液腔7内，发热体2基于液位传感器6检测到液面高度信息通断电。当进水意外停止而发热体2继续工作时，冷液腔7的液位将会降低直至与出液口12平齐，设置一高度阈值对应于在出液口12和进液口11之间的某一平面，当液位传感器6检测到的液位低于该高度阈值时，即控制发热体2进行断电，以避免干烧的进一步发生。

本申请还公开一种液体加热器，这种液体加热器根据所加热液体的用途，可以是用于提供饮用水的饮水机，也可以是用于提供洗澡水的热水器，也可以是煮咖啡用的咖啡机，也可以是用于热油的热油机，这种液体加热器包括有上述的加热模组，还至少包括有进液阀、出液阀和电控系统，能够用于对通入的液体进行加热并用出液阀控制液体排出。

实施例2：

参照图7，在本实施例中，与实施例1的区别之处在于，上隔板31和下隔板33一体连接，中横板32相对于上隔板31和下隔板33朝向热液腔8内突出，出液口12位于中横板32上方。中横板32可以与上隔板31呈锐角、直角或钝角设置，在本实施例中呈直角设置。此外，在本实施例中，中横板32为方板，但并不限制中横板32上开设圆角，或设置为横截面为梯形的板状，或设置为其它形状。中横板32对流出液体加热区的热液起到限位作用，防止挟带气泡的热液直接经过出液口12而被排出。实际中横板32在自身上方和上隔板31配合形成了一个台阶，而出液口12位于该台阶上，从而产生上述效果。为了实现更好的效果，出液口12可紧挨着中横板32和上隔板31设置，以增大气泡抵达出液口12处所需的横向漂移行程和横向漂移速度。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种能分离气液的加热模组，包括壳体及壳体内的发热体，其特征在于，所述壳体(1)内腔通过隔离件(3)分割成一侧的冷液腔(7)和另一侧的热液腔(8)，所述隔离件(3)的下部设置有连通冷液腔(7)与热液腔(8)的过液孔(34)，所述隔离件(3)的上部设置有连通冷液腔(7)与热液腔(8)的开口(35)，所述的发热体(2)设置在热液腔(8)的下部，所述开口(35)下侧的冷液腔(7)内的壳体(1)上设置有进液口(11)、热液腔(8)内的壳体(1)上设置有出液口(12)，所述出液口(12)低于所述进液口(11)，所述发热体(2)的上端低于所述的出液口(12)。

2.根据权利要求1所述的能分离气液的加热模组，其特征在于，所述隔离件(3)由上隔板(31)、中横板(32)和下隔板(33)依次连接形成，所述中横板(32)高于发热体(2)顶端、低于出液口(12)。

3.根据权利要求2所述的能分离气液的加热模组，其特征在于，所述上隔板(31)、中横板(32)和下隔板(33)依次连接形成台阶，所述出液口(12)位于台阶上。

4.根据权利要求2所述的加热模组，其特征在于，所述中横板(32)相对于上隔板(31)和下隔板(33)朝向热液腔(8)内突出，所述出液口(12)位于中横板(32)上方。

5.根据权利要求2-4中任意一项所述的能分离气液的加热模组，其特征在于，所述中横板(32)的上部与上隔离件(3)之间的区域形成出液稳流区，所述出液口(12)位于出液稳流区内；所述发热体(2)上部的区域形成气泡上升区，所述出液稳流区和气泡上升区的位置并排。

6.根据权利要求1所述的能分离气液的加热模组，其特征在于，当所述壳体(1)内加入液体后，所述壳体(1)内在出液口(12)之上的液位线以上的空间形成蒸汽腔，所述冷液腔(7)和热液腔(8)内的蒸汽腔通过隔板上的开口(35)连通。

7.根据权利要求2-4中任意一项所述的能分离气液的加热模组，其特征在于，所述下隔板(33)朝向发热体(2)的侧面与壳体(1)内壁配合在发热体(2)和中横板(32)之间形成液流导向区，所述液流导向区位于气泡上升区内，所述气泡上升区的上延方向对应于所述下隔板(33)和所述壳体(1)的上延方向。

8.根据权利要求1所述的能分离气液的加热模组，其特征在于，所述热液腔(8)和/或冷液腔(7)整体呈圆柱状。

9.根据权利要求1所述的能分离气液的加热模组，其特征在于，所述发热体(2)为柱型发热体、线圈型发热体或下部带有进液孔(21)的管型发热体。

10.根据权利要求1所述的能分离气液的加热模组，其特征在于，所述发热体(2)为金属陶瓷发热体或金属发热体。

11.根据权利要求1所述的能分离气液的加热模组，其特征在于，所述壳体(1)为陶瓷壳体或金属壳体。

12.根据权利要求1所述的能分离气液的加热模组，其特征在于，所述壳体(1)向内凹陷并抵接于发热体(2)上，所述壳体(1)的外侧面在凹陷处安装有温度开关(4)，所述温度开关(4)基于凹陷处的温度是否超过温度阈值以控制发热体(2)通断电。

13.根据权利要求1所述的能分离气液的加热模组，其特征在于，所述壳体(1)包括上端盖(13)、下端盖(14)和壳壁(15)，所述壳壁(15)的两端外扩形成台阶，所述上端盖(13)和下端盖(14)分别安装于壳壁(15)两端的台阶内。

14.根据权利要求13所述的能分离气液的加热模组，其特征在于，所述上端盖(13)安装有液位传感器(6)，所述液位传感器(6)位于冷液腔(7)内，所述发热体(2)基于液位传感器(6)检测到液面高度信息通断电。

15.根据权利要求1所述的能分离气液的加热模组，其特征在于，所述壳体(1)在液流导向区安装有温度传感器(5)，所述发热体(2)基于温度传感器(5)检测到的温度与预设阈值的相对大小通断电。

16.一种液体加热器，其特征在于，带有如权利要求1~15任意一项所述的能分离气液的加热模组，还包括有连于进液口(11)的进液阀、连于出液口(12)的出液阀、以及控制进液阀和出液阀的电控系统，所述电控系统还连于发热体(2)并控制发热体(2)的通电或断电。

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