CN1213257C - 水流加热元件 - Google Patents

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Abstract

一种水流加热元件，它有一个提供固定功率的第一加热元件(20)，一个可调的第二加热元件(30)，一个检测热水温度的温度传感器(40，50)，和一个控制单元(22，32，80)，所述控制单元根据温度传感器(40，50)检测的温度控制第二加热元件(30)的热输出。泵(60)产生经过通道(13)的水流，保证水流量在预定范围内，所述控制单元设计成根据泵(60)的启动来启动加热元件(20，30)。结果，有固定功率的第一加热元件(20)具有比较地高的功率比，因此不会有水过热的风险。

Description

水流加热元件
技术领域
本发明涉及一种水流加热元件。
背景技术
德国专利申请DE 2837934中公开了这样一种水流加热元件。这种水流加热元件用来加热流经水流加热元件加热范围的水。第一加热元件的功率大于第二加热元件的功率，并且位于所述第二加热元件的上游。第二加热元件的下游是第三加热元件。按顺序第二加热元件比第三加热元件的功率大。温度传感器放在第二加热元件和第三加热元件下游，用来检测被加热元件加热的水温。
第一加热元件根据流过通道的最小水流量而接通，而且功率不能调节。根据通道中的所述第二加热元件下游的温度传感器检测出的水温，按10min-1的频率控制第二加热元件。根据通道中的所述第三加热元件下游的温度传感器检测出的水温，按100min-1的频率控制第三加热元件。
由于功率越大就用越低的频率控制加热元件，并且由于最大功率加热元件的控制与温度无关，因此就要限制公共电网的干扰。这种干扰特别令人讨厌，因为这种干扰会导致灯光的变化，在非常小的电压波动下已经可以用肉眼看到这种波动了，而且这种波动令人感到不愉快。
德国专利申请DE 3426046和欧洲专利EP 0630463也公开了一种水流加热器，它用连续的几个加热段将水加热，其中只根据水流加热器加热的水温专门控制一部分加热段，而对其它加热段部分的控制只与检测到的某一最小水流量有关。
这种已知水流加热器的缺点是，在小水量情况下水温经常达不到使用者期望的温度并且预测结果很差。施加到水流上的功率太高使水温也变得太高，或者因为水流量低于第一加热段断开的下限值使水温太低。第一加热段的加热功率越大，这个问题变得越严重，水流加热元件的相对控制范围越小。然而，与总功率成正比的不可调节的加热段的功率越高越有利，因为在这种情况下，只能控制比较小的功率。DE 3426046中建议根据水流量开闭某个加热段，但是，如果根据温度来控制的话，这使结构变得复杂而且增加切换操作的次数，结果使公共电网上发生电压波动。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本地执行这种控制的简单方案，比如用于咖啡壶等家用装置上。根据本发明，该目的通过制造出的水流加热元件来实现。
即提出一种用于加热水的水流加热器，它包括：一个通道，一个第一电加热元件，用来加热通道的第一加热段中的水，一个第二电加热元件，用来加热通道的第二加热段中的水，用来测量在通道中至少一个检测点的水温的装置，检测点在通道的至少一个所述加热段的下游，一个信号发生器，用来根据经过通道的水流而产生一个水流信号，和一个控制器，它与所述装置以及第二加热元件连接，用来根据所述装置感应的温度控制第二加热元件的热输出，其中所述加热元件连接到所述信号发生器，该信号发生器响应水流信号控制所述加热元件，和其中第一加热元件提供不可调节的、基本恒定的加热功率，其特征在于一个用来产生经过所述通道的水流的泵和一个驱动泵的控制部件，信号发生器的结构在于将一个连接线连接到所述控制部件，用来与泵的驱动触发信号一起产生水流信号。用一个简单方式来使用一个泵以及根据泵的驱动使加热元件工作，该泵用来产生流过通道的水流，如果有水流过通道，那么水流量至少保证一定的值并且一直保持在预定的、相对狭窄的范围内，至少在一个启动阶段之后是这样。这就可以采用一个相对较大、不可调的加热元件，而且不会出现使水温或高或低的不想有的结果。
由此也就不需要复杂而易损坏的检测水流量的检测器，而且不需要根据水流量来控制的单独加热元件。
本发明的具体优选实施例在于：包括至少一个温度传感器，该温度传感器的检测位置位于所述第一加热段的一部分的下游和所述第二加热段的一部分上游。包括第二温度传感器，该温度传感器的检测位置在通道的所述第二加热段下游，用来检测通道中的水温。控制装置逐步地控制第二加热元件的热输出。控制装置控制第二加热元件的热输出以使水温被加热到75℃到100℃。加热元件有一个总的最大功率，其中第一加热元件的功率占至少三分之二，并且最好占加热元件总最大功率的四分之三。该控制装置能够根据使用者的开/关信号先接通至少一个加热元件，并且在至少一个加热元件的某个加热时期过后接通泵。
附图说明
下面参照附图，根据本发明的一个实施例对本发明的其它方面、效果、优点和细节进行说明。
图1示意性地表示本发明的水流加热元件，和
图2示意性地表示本发明的咖啡壶。
具体实施方式
图中所示例子中的水流加热器有一个管子10，该管子具有一个入口11和一个出口12，一个通道13在管子10内延伸。该入口11与可以泵送水的泵60连通，水经过水源61被泵60送到管子10。泵60最好设计成可以泵送预定的、固定流量的水，在运行期间该流量相对于预定正常值的偏离值最好不超过20％，最好低于5％-10％。在某一时间段里使泵60保持固定流量就可以使泵送一定流量的流体成为可能。由泵60送到管子10的水然后沿箭头A所示的方向流过管子10，再经出口12流出。水流加热器设有第一加热元件20，它包围在管子10的第一加热段21上，用来加热管子10中的水，所述加热段用来在第一加热阶段加热流经管子10的水。第一加热元件20最好作成薄膜型电阻器。第一加热元件20是一个带有电源22的电路的一部分。第一加热元件20和电源22可以这样构造：第一加热元件20仅在不变的热输出下工作。这不等于说第一加热元件20消耗的功率一点儿也不受它的平均温度的影响。然而该功率是不可调的。
在第一加热段21的下游有一个第一温度传感器40，它可以在测量位置41测量流经管子10的水温。第二加热元件30位于第一加热段21和温度传感器40的下游，它用来加热流经管子10的第二加热段31的水。加热元件30由电源32供电。电源32与控制装置80连接并与之一起控制第二加热元件30，使该控制装置连接在加热元件的输出端，使其功率在最小备用功率到具有32个步骤的满功率之间。这里的每一个控制步骤最好表示使管子10流出的水温增加或降低约2℃。第二加热元件30最好也是薄膜式电阻器的形式。在第二加热元件30下游靠近出口12处有一个温度传感器50，它在第二加热元件30下游的第二测量位置51区域处测量流过管子10的水的温度，并且提供表示第二温度传感器50温度的信号。
控制装置80连接到第一温度传感器40、第二温度传感器50、第一加热元件20的电源22和第二加热元件30的电源32上，并且通过连线64连接到开关63上，开关63用来控制泵60的控制连线62。控制装置80还为用户设有一个控制板70，该控制板比如可以包括一个通/断开关。
运行时，控制装置80根据控制板比如通/断开关发出的信号使运行开关63接通，从而使泵60工作。
由管线61提供的水被泵60泵送经过入口11流过管子10。提供的水可以是比如从咖啡壶的储水箱来的自来水，水温根据环境温度通常为10℃到30℃。控制装置也使加热元件20，30的电源22，32在满负荷下工作。流过管子的水因此被加热，直到温度传感器51处的热水温度达到预定的最大温度值为止，比如75℃到100℃。这时，第二电源32供给第二加热元件30的电功率逐渐减小。在本示例中，第二加热元件30的电源32的功率可以被控制在所述32个步骤中。温度控制分辨力最好是2℃。因此64℃的控制范围可以在所述32个步骤内实现。为了预热，根据接收到的来自控制板70的接通信号，控制装置80最好首先接通一个或两个加热元件。要求的预热周期过后，就使泵60工作。对于预热过的加热元件可以获得较好的控制。
控制装置80还可以记录来自第一温度传感器40的温度信号。如果该温度突然升高或者降低，控制装置80通过减小或增加施加到第二加热元件30的功率而对此作出反应。
泵60保证流过管子10的水流量在一个比较小的带宽内。结果是第一加热元件可以有比较大的功率，只对第二加热元件进行很小的功率控制即可。因此可以用相当简单的方式逐步控制该功率，如果需要的话可以采用高控制频率，而不会对装置产生不需要的干扰，因为其中非常小的干扰已经导致光输出产生波动，这种波动使肉眼感到不愉快。为了使功率被控制在限定范围内，第一加热元件20的固定功率最好至少是两个加热元件20，30最大功率之和的三分之二到四分之三。
由于在第二加热步骤之前测量热水的温度，而且也根据该测量结果控制该第二加热步骤，因此能够快速反应地控制水的终温。对于因供电电压波动引起的对第一加热元件热输出的变量补偿，以及在接通后快速实现第二加热元件功率的准确调节，这一点尤为重要。根据第二加热步骤后测量的温度而产生的反馈，也可以保证在较长周期内精确的控制终温。
与第一加热段21上游的水温检测相比，它有以下优点，即既可以探测第一加热元件20的热输出之差，也可以通过控制第二加热元件30的功率对此进行补偿。
由于加热段31至少部分地位于通道的第一加热段21的下游，加热段31内的可控制加热元件30是有源的，第一加热段21内提供的功率是固定的，因此控制第二加热元件30可以迅速对第一加热元件20的效率变化起反应。然而可选择地，可以将其中的可控制加热元件为有源的通道加热段放在其中加热元件功率为固定的加热段的上游，或者使这两部分全部或部分合并起来。
如果要将水加热到75℃到100℃，这里提出的控制尤为有益，因为在缓慢控制的情况下，水容易被局部加热到沸点，这将使加热元件上的热负荷过大并且加速形成水垢。
第二温度传感器50的位置非常靠近第二加热元件30，这样如果不供水的话，后者将变得极热。第二温度传感器50达到一个第二高温时，控制装置根据该温度断开供给两个加热元件的电流，直到通过接线64再次接收到接通信号为止。当需要加热并保存在供给水槽中的水经过水流加热元件时，水流加热元件可以自动接通-断开，从而防止水流加热元件过热。
图2示出一个根据本发明的用来制备饮料的咖啡壶100形式的装置。咖啡壶100有一个外壳110，外壳有一个放杯子102的支座101。外壳110内还有一个储水池103，储水池中装有水并且有一个出口61。外壳内有一个对应于上述加热装置的加热装置1。加热装置1设有一个如第一个实施例的控制系统。该控制装置80连接到第一温度传感器40、第二温度传感器50、第一加热元件20的电源22、第二加热元件30的电源32并且通过导线64连接到开关63上，该开关63切换泵60。电源22和32可以共同放在一个部件中。泵60与出口61连通从而泵送来自水池的水。控制装置80还为用户配备一个控制板，该板包括一个通/断开关71。加热装置1的出口12正好位于支座101上的杯子102的上方。挨着出口12的是咖啡分配器90的出口91，这样出口91也正好位于支座101上的杯子102的上方。咖啡分配器90与控制装置80连接，并且设计成可以配给一定数量的咖啡提取物。该分配器本身是日常生活中常见的。
操作时，使用者将杯子102放在支座101上并按下通/断开关71。然后控制装置80按照上述方式控制加热装置1和泵60，从而预定数量的热水经过出口12进入杯子102中。控制装置还启动分配器90以便将定量咖啡提取物送到杯子102内。杯子102中的热水和咖啡提取物混合成为咖啡。分配器90不限于分配咖啡提取物；分配器90可以为饮料制备装置供给其他提取物，比如茶，热巧克力和汤。
本领域技术人员应当清楚，咖啡壶可以是过滤系统型式和压力室系统(浓咖啡)型式，过滤系统式中的热水滴落到过滤器中的咖啡床上，压力室系统式中的水在流进杯子102之前在压力作用下先被迫经过封闭腔中的咖啡。
本领域技术人员从上面可以清楚，在本发明的范围内可以有更多的变形和实施例。也可以采用几个不可调的和/或可控制的加热元件。

Claims (9)

1.一种用于加热水的水流加热器，它包括：
一个通道(13)，
一个第一电加热元件(20)，用来加热通道(13)的第一加热段(21)中的水，
一个第二电加热元件(30)，用来加热通道(13)的第二加热段(31)中的水，
用来测量在通道(13)中至少一个检测点(41，51)的水温的装置(40，50)，检测点在通道(13)的至少一个所述加热段的下游，
一个信号发生器(64)，用来根据经过通道(13)的水流而产生一个水流信号，和
一个控制器(22，32，80)，它与所述装置(40，50)以及第二加热元件(30)连接，用来根据所述装置(40，50)感应的温度控制第二加热元件(30)的热输出，
其中所述加热元件(20，30)连接到所述信号发生器(64)，该信号发生器响应水流信号控制所述加热元件(20，30)，和
其中第一加热元件(20)提供不可调节的、基本恒定的加热功率，
其特征在于一个用来产生经过所述通道(13)的水流的泵(60)和一个驱动泵(60)的控制部件(63)，信号发生器的结构在于将一个连接线(64)连接到所述控制部件(63)，用来与泵(60)的驱动触发信号一起产生水流信号。
2.如权利要求1所述的水流加热器，其特征在于所述装置包括至少一个温度传感器(40)，该温度传感器的检测位置(41)位于所述第一加热段(21)的一部分的下游和所述第二加热段(31)的一部分上游。
3.如权利要求2所述的水流加热器，其特征在于所述装置包括第二温度传感器(50)，该温度传感器的检测位置(51)在通道(13)的所述第二加热段(31)下游，用来检测通道(13)中的水温。
4.如权利要求1-3任一所述的水流加热器，其特征在于控制装置(22，32，80)逐步地控制第二加热元件(30)的热输出。
5.如权利要求1-3任一所述的水流加热器，其特征在于控制装置(22，32，80)控制第二加热元件(30)的热输出以使水温被加热到75℃到100℃。
6.如权利要求1-3任一所述的水流加热器，其特征在于加热元件(20，30)有一个总的最大功率，其中第一加热元件(20)的功率占至少三分之二，并且最好占加热元件(20，30)总最大功率的四分之三。
7.如权利要求1-3任一所述的水流加热器，其特征在于该控制装置能够根据使用者的开/关信号先接通至少一个加热元件，并且在至少一个加热元件的某个加热时期过后接通泵(60)。
8.一种在个人服务中制备热饮的装置，其特征在于设有如前述任一权利要求的水流加热元件。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于该装置是咖啡壶(100)。
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