CN201045531Y - 加热液体的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于加热液体的设备，该设备包括：一个底座结构，和至少一个连接到该底座结构的加热元件，其中至少一个非线性通道结构设置在该底座结构和加热元件之间，用于流过待加热液体，并且其中该底座结构和加热元件彼此机械连接。

Description

加热液体的设备

技术领域

本实用新型涉及一种加热液体的设备。本实用新型还涉及一种加热液体的方法。

背景技术

前序部分中描述的设备已经公知很长一段时间了。该设备的应用也可多种多样。因此这种加热设备已经大规模使用在例如水壶、洗碗机、热水分配器(例如制作速溶汤)、咖啡机及淋浴热水器等之中，或者作为部件在其中使用。例如在咖啡机中，该设备特别适于即时供应热水。为此，所述设备一般设置有适于流过待加热液体的管状体。在流体流经管状体的过程中，液体由位于管状体上或相反地靠近管状体的加热元件加热。这种待加热液体的方法具有很多缺点。公知设备的一个显著的缺点在于液体相对较难加热，其中一个原因是面积体积比相对不利(较小)。因此管的长度一般必须相对较长，以能达到所需的加热效果。相对较长的管状体的应用一般导致液体在该设备内停留相对较长的时间，若要实现对流体充分的及所需的加热，这是必需的。从而，总体上而言，在用户能够得到加热的水之前需要花费相对较长的时间。此外由于加热元件借助管状体与待加热液体之间的热传导相对不充分，液体相对较难加热，这又(反过来)使得液体加热相对较慢。此外，制造公知设备的成本以及使用该设备的成本(由于相对不充分的加热)相对较高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种针对前序部分中的描述的设备类型进行了改进的设备，利用该设备液体可以相对有效率且快速地方式加热。

本实用新型为此目的提供一种前序部分中描述的设备，该设备包括：一个底座结构和至少一个连接到该底座结构的加热元件，其中至少一个非线性通道结构设置在该底座结构和加热元件之间，用于流过待加热液体，并且该底座结构和加热元件彼此机械连接。这里，所述通道结构实际上由所述底座结构和加热元件限定并形成。从而热量可直接——无需插入另一元件——传递，并因此相对高效地从加热元件传递到待加热液体。特别是当以相当高速度驱动液体经过通道结构时，单位液体体积在单位时间内可获得相对高效并迅速的热传递。这里还有一个优点是，由于液体流的相对较高的流率，沉积物——例如水垢——不会在通道结构中沉积，或者至少难以沉积，这使得设备维护成本相对较低。因为通道结构为非线性形式，在加热元件和通道结构中的待加热液体之间的接触面得以最大化，这除了相当迅速地将液体加热到所需的温度之外，还得到了快速且高效地加热液体的较为紧凑的设备。而且，应用根据本实用新型的设备——该设备的运行在能量方面较有利——一般导致成本节省。根据本实用新型的设备的另一个重要的优点在于，由于在底座结构和加热元件之间的物理的、(直接地)、不可松开的连接使得装配相对较紧，其中通道结构能以相对可靠、耐久及稳固的方式密封。因此加热元件和底座结构的相互附着使得该设备能经受相对较高的液体压力(达到约35巴)，由此液体能在相对较高的压力下被引导穿过该通道结构。当加热元件和底座结构仅以侧向可松开的方式彼此夹住时，不能实现该通道结构的可靠密封，或者至少密封具有很大难度，其中将必须应用大量的部件以密封该设备，这将导致设备体积相对较大并且较昂贵。通过使得底座结构和加热元件直接地彼此附着(连接)，从而能以相当简单但稳固、耐久且可靠的方式提供一种设备，待加热液体能以相对较高的压力(约35巴)被引导通过该设备，由此能相当快地将大量液体加热到所期望的温度。根据本实用新型的设备的另一个优点在于，通过在底座结构和加热元件之间应用该通道结构，该通道结构的面积体积比能针对确定的应用而以相对简单的方式优化，例如通过赋予该通道结构的通道较为平坦(浅)的形式，由此该通道结构仅获得有限的体积，这能极大地改善待加热液体在单位时间内升高的温度。由于显著改善了在单位时间内对液体的加热，通过该设备处理液体的时间能极大地减少，由此用户能相对较快地得到加热的液体。这里，液体能以高达数米每秒、优选地介于1～3米每秒的流率被引导流经该通道结构。这样一个相对较高的流率通常是特别有利的，因为可能在通道结构中形成的蒸汽泡将一般立即被冲出该设备。这样一个相对较高的流率还防止例如水垢等杂质在加热元件和/或底座结构上的沉积。杂质在加热元件上的沉积非常不利于从加热元件到待加热液体的热传递。需要注意的是，非线性通道结构设置有一个或多个非线性通道，这些非线形通道可选地彼此平行，其中待加热液体优选地流经非线性的、二维的、特别是螺旋形的路线。然而，这里极可能设想通道结构的一部分不管怎样都采用直线形式，但是其中液体由曲折的路线流经该设备。

如上所述，由于加热元件和底座结构的物理的互相连接，根据本实用新型的设备适于经受相对较高的压力。其优点在于，与传统(运行)压力(高约16巴)相比，液体能以相对较高(测试)的压力(高达约35巴)被引导流经该设备的通道结构，由此液体能相对较快地被加热到期望的温度。为了在加热元件和底座结构之间得到稳固的直接耦连，底座结构和加热元件优选地由至少一个钎焊连接互相连接。钎焊连接的优点在于，此类连接相对较坚固且耐久。钎焊连接还是热传导的，由此由加热元件产生的热量能相对较迅速、容易且不会有太多热量损失地传递到底座结构，以使得对待加热液体的加热得以改善从而加速地加热。钎焊连接可由一个或多个焊点形成，但是也可由一个焊层形成。在这里，焊层将一般具有在数微米至数毫米之间变化的厚度。钎焊连接优选地包括至少一道钎焊焊缝。通过施加一道或多道钎焊焊缝，一方面底座结构和加热元件能彼此稳固地互相附着到一起，另一方面通道结构能大致以中等紧密程度密封，从而可防止液体从该设备泄露。钎焊焊缝优选地沿着由底座结构和加热元件形成的至少部分接触面延伸。这里甚至可设想底座结构和加热元件的整个接触面大体上都进行钎焊，以形成钎焊连接。钎焊连接一般由高熔点金属的混合物形成，例如镍基焊料，由此钎焊连接能相当简单地实现，而且还传导热。尽管一般而言应用钎焊连接将是最可行的，但是也不排除应用一个或多个熔焊连接、或可选地应用胶合连接(例如借助环氧胶)将底座结构和加热元件互相耦连。

在优选的实施方式中，至少部分通道结构凹入地设置到底座结构的外表面中，特别是朝向加热元件的一侧。通道结构可在制造底座结构时已经预置在底座结构中，但也可在后一阶段设置在底座结构中。这里，底座结构一般由塑料和/或金属承载层形成，其中设置有一个或多个非线性通道。通道结构可在底座结构中设置成一个空腔。通道结构将一般由分隔壁侧向限定在一个或多个侧部。该分隔壁优选地由钎焊焊缝连接到加热元件，同时为通道结构形成密封，以得到通道结构的最佳密封，从而防止液体泄露。在特别优选的实施方式中，底座结构包括一个底板，其上由至少一个熔焊连接设置有分隔壁。这里，熔焊连接一般由熔焊焊缝形成。由此，可提供中等紧密且相对抗压的设备，就在装配后已经针对可能的泄漏对设备进行测试，而不是仅在底座结构和加热元件由独立的(传统的)夹紧结构最终彼此夹紧之后再测试。在设备装配后，设备带有一个液体供应开口和一个排放口，优选地还有一个或多个用于容纳一个或多个(热)传感器的容纳空间。在另一优选的实施方式中，至少部分通道结构凹入地设置到加热元件中。此类优选的实施方式是有利的，因为加热元件和待加热液体之间的接触面可由此增加，这一般将导致更强且更快的加热。还可设想将通道结构在底座结构中设置成空腔样式，其中加热元件设置有连接到该空腔样式的反空腔样式。

通道结构优选地包括一个大致二维几何形状，以得到该设备相对平坦的实施方式，可期望将该设备设置到一个特定设备诸如咖啡机中。制造具有二维几何形状的设备还是相对简单的。但是还是可以设想为该通道结构提供三维几何形状，因为由此可以制造较为紧凑的设备，尽管由于其制造方法相对昂贵一般很少推荐这种通道结构。通道结构优选地至少部分为弯曲的特别是螺旋状的设计。通道结构螺旋状行进大致上较为有利，因为待加热液体和加热元件(及底座结构)之间的接触面能最大化，这能显著地改善了单位时间内的热传递。在通道结构施加有大致上为螺旋状、之字形或等同的行进方式的情形下，该通道结构将仅由单个(等同地弯曲的)分隔壁而侧向限定。通过将该分隔壁由钎焊连接附着到加热元件上，可获得一个大致中等紧密的通道结构，从而获得该设备，其中液体能以相对有效且效率高地方式加热。

加热元件优选地大致为板状形式。板状加热元件商业上已公知，并且一般能够相对廉价地制得。从结构的观点来看使用平坦的加热元件通常更为有利。在此情形下，加热元件一般由电加热元件形成，其优选地设置在远离设置有用于强制传导电流的轨迹状(track-like)厚膜的通道结构一侧，以产生所需的热量。

在另一优选的实施方式中，通道结构的通道长度位于0.3～7m之间，特别地介于0.5～5m之间，更优选地为大约2m。所述长度一般足以将例如水或油等液体从室温加热到高于90摄氏度的温度。由于通道结构为非线性形式，由通道结构占据的空间将相对有限，这增加了根据本实用新型的设备的处理能力。

在另一优选的实施方式中，通道结构横截面的面积介于1～100mm²之间，特别地介于2～50mm²。确切面积一般取决于该设备的特定应用。用于加热水来泡茶或冲咖啡的设备从而优选地具有2～5mm²的截面积。为了加热水并接着从水龙头——通常为淋浴水龙头或沐浴水龙头——放出热水，优选地该通道结构的截面积介于10～60mm²之间。例如加热食用油时也可应用同样的截面。

非线性通道结构优选地设定为至少部分有拐角的形式。通过在通道结构中设置一个或多个拐角可实现待加热液体的二维的或可选的三维的向前流动。液体从而能沿着(相当紧凑的)加热元件被相对高效地引导，从而加热到所需的温度。在另一优选的实施方式中，通道结构被赋予至少部分弯曲的形式。通过使得通道结构具有大致螺旋的形状，液体可例如同样以相当紧凑且密集地方式被加热到所需的温度。在一个优选实施方式中，底座结构包括一个较高的金属带和连接到该较高的金属带的较低的金属带的组合带，其中以螺旋形式卷绕的组合带实际上形成了通道结构。热传导的金属带可例如由带钢形成。截面为2×2mm的通道结构可例如通过将附着到另一高为4mm厚为2mm的带钢的高为6mm厚约为0.6mm的带钢的组合带卷起而形成。在一可选的实施方式中，该组合带也可具有由较高带部分和相邻的较低带部分形成的整体构造。尽管金属带一般相对较刚，卷绕的组合带还是具有一定的柔性，因为带的互相邻接的带部分可彼此相对滑动。该柔性特性特别有利，因为其可补偿加热元件的(较大的)变形，从而在加热元件加热时产生高度差，其中该带能永久、可靠且中等紧密地连接到加热元件，而不用考虑加热元件的变形度，由此可防止液体及从液体中蒸发的气体从设备中的泄露。为了允许将该带永久地连接到加热元件上并且允许实际上补偿加热元件的变形，底座结构、尤其是该带，通过钎焊连接到加热元件，由此可防止在加热元件和底座结构之间形成缝隙。

在另一优选的实施方式中，底座结构由多个分隔且互相连接的底部模块形成。在此底部模块可多种多样，并且可例如由隔离片保持相互距离的分区而形成，其中底部模块的相对取向确定了通道结构。

该设备优选地设置有用于泵吸在压力下通过通道结构的待加热液体的泵。因为通过使用根据本实用新型的设备，液体能被相对快速、密集且有效地加热，于是液体流过通道结构的流率得以增大，从而一方面防止过分密集地加热液体，另一方面增大该设备的生产量。优选地可调节泵的泵流率，即单位时间内单位流体体积的数值。可有利地调节泵流率从而相对简单地满足用户的需求。例如若需要大量具有所需最终温度的液体，能(暂时)调节泵流率以能较快地满足用户的需求。在特别优选的实施方式中，设备设置有耦合到泵的传感装置，以能够根据通道结构中的液体温度调节泵流率。这里，传感装置优选地位于该设备之前以测量较冷液体的温度。除了所期望的液体的最终温度以及加热元件的传热能力之外，还因此可计算并应用最理想的泵流率，而不会在加热系统中出现任何延迟，后一点与传感装置设置在该设备之后的情形刚好相反，并且适于探测加热的液体的温度。通过调整泵流率，例如可防止液体在通道结构中变得过热。当超过一个或多个临界温度时，可增加泵流率，从而可防止过热。在通道结构中的液体温度相对较低的情形下——例如若加热元件刚好打开，泵流率可(暂时)减小以在某种程度上增加液体在通道结构内的停留时间，由此可改善对流体的加热。需要注意的是，在此方面，该设备还能连接到传统的总水管，该总水管又起到泵的作用。泵流率也能通过施加一个水龙头或其它控制件而控制。在特别优选的实施方式中，该设备包括至少一个用于探测供应到该设备的液体温度的入口传感器，以及至少一个用于探测从该设备导出的液体温度的出口传感器，由此可测量液体在通道结构中的温度变化。结合测量由设备供应到液体的功率，接着可确定所供应的加热的液体的体积，这可特别用于在确定温度下需要确定体积的液体的情形。其一个应用例如以确定温度分发(大量的)例如热饮。

本实用新型还涉及到一种使用根据本实用新型的设备加热的方法，包括以下步骤：a)启动加热元件，及b)引导待加热液体通过通道结构。根据步骤b)引导待加热液体通过通道结构优选发生在增加的压力下。该压力可增加到约35巴。在前面已经详尽地描述了根据本实用新型的方法的其它优点。

附图说明

将基于在附图中示出的非限制性的示例实施方式而解释本实用新型。这里：

图1示出了根据本实用新型的设备的局部立体剖视图；

图2a示出了根据本实用新型的设备的第二实施方式的截面图；

图2b示出了沿图2a中A-A线的截面图；

图3示出了根据本实用新型的设备的另一实施方式的示意图；

图4a示出了根据本实用新型的设备的另外一个实施方式的局部剖视俯视图；

图4b示出了沿图4a中C-C线的截面图。

具体实施方式

图1示出了根据本实用新型的设备1的局部立体剖视图。设备1包括底座结构2及大致中等紧密地连接到其上的加热元件4。在底座结构2和加热元件4之间，具体地是在底座结构2的上表面，设置有非线性的二维通道结构3，以沿着加热元件4引导待加热液体。待加热液体由供应口5泵送到通道结构3中，在加热后由排放口6离开通道结构3。图1示出通道结构3为之字形并还设置有多个从一个线性通道部分过渡到相邻的线性通道部分的拐角过渡部分。由于非线性通道结构3，待加热液体能沿着加热元件4的相对较大的加热面被相对快速地引导，由此液体能以相对有效率且密集地方式被加热。根据图1的设备1的加热元件4和底座结构2借助钎焊连接7而稳固、耐久并大致中等紧密地互相连接。在所示的实施方式中，钎焊连接限制为形成于底座结构2和加热元件4之间的(外周)钎焊焊缝。

图2a示出了根据本实用新型的设备8的第二实施方式的截面图。该截面表示沿图2b中所示B-B线的视图。设备8包括底座结构9和连接到该底座结构9的加热元件(见图2b)。这里，底座结构9形成了待加热液体的螺旋形通道10，该通道在一侧开放。底座结构9为此包括一个底板11，其上设置有螺旋状的竖直分隔壁12。这里，分隔壁12适于侧向限定通道10。底板11和分隔壁12优选地由金属特别是不锈钢制成。分隔壁12优选地由熔焊连接——具体地由熔焊焊缝——而大致中等紧密地连接到底板11上(见图2b)。在所示的示例实施方式中通道10由相邻加热元件中等紧密地密封。为了将分隔壁12稳固、可靠且中等紧密地连接到加热元件上，该加热元件优选地借助钎焊焊缝永久地连接到分隔壁12上。在此，设备8的外周焊缝可(额外)由钎焊连接或熔焊连接密封，从而获得改善的中等紧密的设备8。通道10设置有待加热液体的供应口13和由设备8加热的液体的排放口14。为了使得加热元件借助钎焊连接相对有效地连接到底座结构9，优选地设置焊条15以使得加热元件和底座结构9之间互相对齐并互相固定。

这里，图2b示出了沿图2a中A-A线的截面图。液体可由供应口13导入设备8中并在流经螺旋通道10后由排放口14从该设备排出。在流经通道10时液体由限定到通道10的板状加热元件16直接——即无需插入其它任何元件——加热。由于通道部分10相对较小(一般介于2～50mm²之间)，设备8的液体容积也相对小。然而，由于从加热元件16到液体高效且密集的热传导，液体将可相对快速地达到所需温度。为了防止液体过热——特别是沸腾，并且增大设备的生产能力，液体一般以0.2～16巴的增加的压力和优选地介于1～3m/s的速度被泵送且经过设备8。然而，已在35巴的压力下测试过设备8。约30～35巴的压力相对较高且仅能应用于下述情形：分隔壁12在一侧由钎焊焊缝17连接到底板11并在另一侧由熔焊焊缝18连接到加热元件16。焊条15由熔焊连接19也连接到加热元件16，并由熔焊连接或钎焊连接而连接到底板11。加热元件16由外周的熔焊焊缝或钎焊焊缝20连接到底板11，以使设备8中等紧密且抗压。当液体流经通道10时，液体优选地占据0.5、1、2、4、5或6米的通道长度。由于液体流经通道10的流率通常为恒定值，通道10的尺寸——尤其是其长度和截面——确定了实际的液体流率，由此设备8——尤其是待加热液体的最终温度——可相对简单地根据该设备8的特定应用修正。通过修改通道10的尺寸和几何形状，液体的流率从而得以控制，于是得以控制传递到单位液体体积的能量值。此外，使用该设备能相当经济有效地传递热量，因为底座结构11和加热元件16的装配形成了一个热耦合及高传导的整体。为了使得便于将设备8连接到供应管和排放管，供应口13和排放口14各设置有一个耦合结构21、22。这里，各耦合结构21和22能由熔焊连接或钎焊连接固定到底座结构9的底板11上。如图2b所示，加热元件包括导电板23，其远离分隔壁12的一侧上设置有用于产生热量的厚膜24(轨迹状的电阻)。

图3示出了根据本实用新型的设备25的另一实施方式的示意图。这里，设备25包括泵26及连接到该泵26的非线性通道结构27。这里，通道结构27由单个既弯曲又有拐角的通道形成。这里，通道结构27连接到用于加热流经通道结构27的例如为水、油等液体的厚膜元件(未示出)。为此，相对较冷的液体首先通过管道28引导到泵26，之后在压力下通过另一管道29在通道结构27方向被引导。液体在通道结构27中加热。加热的液体可由排放管30从设备25排出并由用户使用或用于其它目的。设备25还设置有温度传感器32，其通过管道31耦合到泵26并位于或靠近通道结构27的排放管30处。若传感器32探测到液体温度超出临界值，传感器32将通过耦合到该传感器的控制单元(未示出)来增大泵26的泵流率，使得(过)热的液体相对快速地从设备25中流出，并且/或者将调节加热元件25的功率，由此可防止进一步的过热。这里，调节加热元件25的功率可通过施加多个单独的激活的加热迹线(未示出)而实现。当液体加热不充分时，可出现类似(相反)的情况，于是泵流率可以(暂时)减小。设备25优选地还设置有入口传感器(未示出)，由此得以测量液体在通道结构27中的温度变化。结合测量由设备25供应到液体的功率，接着可确定所供应的加热的液体的体积，这特别用于例如分发(大量)热饮的情形。

图4a示出了根据本实用新型的设备33的另外一个实施方式的局部剖视俯视图。设备33包括支撑结构34，该支撑结构34的上侧平行地设置有多个凹陷的非线性通道35，该通道35在支撑结构34的各侧由接头36互相连通。通道35适于流过液体并设置有液体的入口37和出口38。支撑结构34上侧的另一个平坦部适于用作钎焊面39，其允许在该支撑结构上设置板状加热元件40，从而中等紧密地覆盖该通道35。这里，加热元件40下侧(的一个平坦部)也用作钎焊面。通过将钎焊膏施加到至少其中一个钎焊面并接着加热该钎焊面，支撑结构34可永久地连接到加热元件39上。

图4b示出了沿图4a中C-C线的截面图。图4b示出加热元件40朝向支撑结构34的一侧也设置有(三个)非线性、同等(之字形)的通道41。这里，支撑结构34的通道35在加热元件40的通道41的大致全长上连接。由此，设备33的通道体积还可在某种程度上得以增大，其中设备33的热传导能力至少得以保持。图中还清楚地示出，支撑结构34和加热元件40彼此相对的侧面——即两个部件34和40的接触面——上设置有钎焊42以使得部件34和40可以互相连接。

很明显，本实用新型不限于所示的且在这里描述的示例实施方式，对于本领域技术人员而言不言而喻的多种改型可包含在所附带的权利要求的范围内。

Claims (22)

1.一种用于加热液体的设备，其特征在于包括：

一个底座结构，和

至少一个连接到该底座结构的加热元件，其中至少一个非线性通道结构设置在该底座结构和加热元件之间，用于流过待加热液体，并且该底座结构和加热元件彼此机械连接。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述底座结构和加热元件由至少一个钎焊连接互相连接。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于所述钎焊连接由至少一道钎焊焊缝形成。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于所述钎焊焊缝沿着由所述底座结构和加热元件形成的至少部分接触面而延伸。

5.如权利要求3或4所述的设备，其特征在于所述通道结构由至少一个分隔壁所限定，该分隔壁通过钎焊焊缝连接到加热元件，同时为该通道结构形成密封。

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于所述底座结构包括一个底板，其上由至少一个熔焊连接设置有分隔壁。

7.如权利要求1所述的设备，其特征在于至少部分通道结构凹入地设置到所述底座结构的一侧中。

8.如权利要求1所述的设备，其特征在于至少部分通道结构凹入地设置到所述加热元件中。

9.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述通道结构为二维几何形状。

10.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述通道结构为至少部分弯曲的形状。

11.如权利要求10所述的设备，其特征在于所述通道结构为螺旋形状。

12.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述加热元件为板状。

13.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述通道结构的通道长度介于0.3～7m之间。

14.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述通道结构的通道长度介于0.5～5m之间。

15.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述通道结构横截面的面积介于1～100mm²之间。

16.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述通道结构横截面的面积介于2～50mm²之间。

17.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述通道结构为至少部分有拐角的形式。

18.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述底座结构由多个分开且互相连接的底部模块形成。

19.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述设备设置有用于泵送在压力下通过该通道结构的待加热液体的泵。

20.如权利要求19所述的设备，其特征在于可调节所述泵的泵流率。

21.如权利要求20所述的设备，其特征在于所述设备设置有耦合到所述泵的传感装置，以根据通道结构中的液体温度调节泵流率。

22.如权利要求21所述的设备，其特征在于所述设备包括至少一个用于探测供应到该设备的液体温度的入口传感器，并且该设备包括至少一个用于探测从该设备导出的液体温度的出口传感器。

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