KR20240004260A - 동적 유체 히터 및 세척 기기 - Google Patents

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KR20240004260A
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KR1020237032631A
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그레고리 에스. 라이언
예레미아 엠. 캘러핸
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오흐믹 인코포레이티드
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Abstract

타겟 유체를 가열하기 위한 가열 시스템(10)을 포함하는 식기세척기는 중간 액체를 유지하기 위한 중간 액체 순환 경로와 타겟 유체를 이송하기 위한 타겟 유체 유동 경로를 포함할 수 있으며, 상기 타겟 유체 유동 경로와 순환 경로는 서로 별개이지만, 열 교환기(14)를 통해 서로 열적으로 연통된다. 중간 액체는 히터(18)에 의해 가열될 수 있고, 펌프(51)에 의해 중간 액체 순환 경로에서 순환될 수 있다. 중간 액체 순환 경로의 부피에 대한 히터(18)의 최대 열 출력의 비율은 적어도 약 5 Watts/cm3일 수 있다. 중간 액체의 열 질량은 타겟 유체의 열 질량의 0.3배 이하일 수 있다.

Description

동적 유체 히터 및 세척 기기
본 출원은 2021년 2월 24일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 63/152,906의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 유체 히터 및 이를 포함하는 식기세척기와 같은 세척 기기에 관한 것이다.
식기세척기, 특히 휴대용 식기세척기에 사용되는 히터는 매우 어려운 문제를 야기한다. 식기세척기는 일반적으로 가정용 온수의 온도보다 높은 온도의 세척수를 사용한다. 식기세척기는 사용하지 않는 동안 전력을 소모하지 않는 것이 바람직하기 때문에, 가열된 물의 저장소를 원하는 세척 온도로 유지할 수 없으며, 대신 세척 사이클의 시작 시 세척수의 장전량을 신속하게 가열해야 한다. 상기 히터는, 히터에 전원을 처음 공급할 때 냉간 시작(cold start)부터 빠르게 세척수의 장전량(charge)을 가열할 수 있고, 작동 중에 세척수를 원하는 고온으로 유지할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 하나의 휴대용 식기세척기 구조에서, 히터는 바람직하게는 전원이 인가된 후, 5분 이내에, 더욱 바람직하게는 3분 이내에 1.5리터의 물의 장전량을 36℃까지 가열한다. 세척수는 일반적으로 식수로 시작되지만, 세척 사이클이 진행됨에 따라 세척 비누 및 음식 찌꺼기에서 나온 전해질로 오염된다. 따라서, 세척액의 전기 전도도는 매우 넓은 범위에 걸쳐 변화한다. 또한, 사이클이 진행됨에 따라, 세척수는 히터를 오염시킬 수 있는 미립자 물질, 및 특히 과열될 때, 히터의 요소에 침전물을 형성할 수 있는 물질로 오염될 수 있다. 또한, 휴대용 식기세척기용 히터는 바람직하게는 소형이고, 비교적 저렴하며, 내구성이 있다.
액체를 가열하기 위한 종래의 전기 저항 히터는 가열될 액체와 접촉하는 고체 가열 요소를 포함한다. 가열 요소는 일반적으로 저항 요소를 액체로부터 전기적으로 분리된 상태로 유지하기 위해 전기 절연 재료로 둘러싸인 전기 저항 요소를 포함하고, 절연체 주위에 보호 케이스를 포함할 수 있다. 저항 가열 요소에 의해 액체가 가열될 수 있는 레이트는 요소의 표면에서 허용 가능한 최대 온도에 의해 제한된다. 표면 온도가 높으면 액체의 국부적인 비등을 촉진시켜, 가열 요소로부터 액체로의 열 전달 레이트가 감소된다. 표면 온도가 높으면 액체에서 바람직하지 않은 반응이 촉진될 수도 있다. 예를 들어, 수돗물을 가열할 때, 높은 표면 온도는 스케일링(scaling), 즉 가열 요소의 표면에 오염물 막(contaminant film)의 침착을 촉진한다. 이러한 단점들은 가열 요소의 구조 및 가열 요소 주위의 액체 흐름의 불균일성으로 인한 가열 요소의 표면 온도의 불균일성에 의해 더욱 악화된다. 또한, 전기 저항 가열 요소는 상당한 질량과 열용량을 가지고 있다. 차가운 가열 요소에 처음 전원이 인가되면, 그 표면 온도가 서서히 상승된다. 가열 요소가 원하는 표면 온도에 도달할 때까지, 가열 요소는 액체를 가열한다고 하더라도 천천히 가열한다.
이러한 단점들에도 불구하고, 저항 히터는 히터가 일정한 원하는 온도에서 물로 가득 찬 탱크를 유지하는 탱크형 온수기와 같이, 히터가 정상 상태 또는 천천히 변화하는 조건에서 작동하는 애플리케이션(applications)에 성공적으로 적용될 수 있다. CN 2585119 Y 및 KR 101812263 B1에서, 탱크형 온수기의 한 변형 형태는 중간 액체에 담긴 전기 저항 히터를 사용하여 중간 액체로 가득 찬 대형 탱크를 원하는 온도로 유지한다. 파이프의 코일이 탱크의 중간 액체에 담기고 가열될 물이 코일을 통과하도록 지향되어, 중간 액체로부터 열 전달에 의해 물이 가열된다. 이러한 장치는 저항 히터를 스케일링으로부터 보호한다고 한다. EP 2177659 B1은 중간 액체를 상승된 온도로 유지하기 위해 가스 또는 전기 저항 히터를 사용한다. 중간 액체는 산업용 섬유 세탁물용 급수 탱크에 배치된 회전하는 열교환관 내에서 순환된다.
"옴(ohmic)" 히터는 타겟 액체에 노출된 복수의 전극들을 포함한다. 전력 공급 장치는 전류가 타겟 액체를 통과하여 가열하는 전극들 중 서로 다른 전극 사이에 전압을 인가하도록 배치된다. 열이 타겟 액체 내에서 생성되기 때문에, 전극은 일반적으로 타겟 액체의 평균 온도 또는 그 근처에 유지되어, 스케일링을 완화하거나 완전히 제거한다. 또한, 옴 히터들은 타겟 액체를 빠르게 가열할 수 있다. 그러나, 옴 히터에서 소비되는 전력은 타겟 액체의 전기 전도도뿐만 아니라 활성화된 전극들 사이의 타겟 액체를 통과하는 전류 경로의 길이 및 전극의 구성에 따라 달라진다. 원하는 가열 레이트(heating rate)를 제공하기 위해, 전기 회로는 전극에 인가되는 전압을 변경할 수 있고, 서로 다른 조합의 전극을 활성화된 전극으로 선택하거나, 두 가지 접근 방식을 모두 사용할 수 있다. 미국 특허 7,817,906; 및 미국 특허 출원 공개 20190271487(그 개시 내용이 원용에 의해 본 명세서에 포함됨)은, 일반적인 가정용 식수 공급 장치에서 발생하는 전도성의 넓은 변화에도 불구하고 다양한 가열 레이트를 성공적으로 제공할 수 있는 옴 히터를 교시하고 있다. 그러나, 식기세척기의 세척수의 전기 전도도는 세제 및 음식물 찌꺼기의 전해질로 인한 로딩으로 인해 훨씬 더 넓은 범위의 전도도에 따라 달라진다.
예를 들어, 공개된 국제 출원 2021/102141(이의 개시 내용이 원용에 의해 본 명세서에 포함됨)에 설명된 바와 같이, 이 문제를 처리할 수 있는 옴 히터가 개발되었지만, 여전히 추가적인 개선이 바람직할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 가열 시스템의 사시도이다.
도 2는 도 1의 2-2선을 따라 취한 부분 사시 단면도이다.
도 3은 도 1의 3-3선을 따라 취한 부분 사시 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 식기세척기의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 가열 시스템을 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 가열 시스템의 사시도이다.
도 7은 도 6의 가열 시스템의 분기부의 구성요소의 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 임의의 실시 형태에 따른 전극 접촉용 와이어폼(wireform)의 사시도이다.
일 실시 형태에 따른 가열 시스템(10)은 축(16)을 갖는 긴 튜브 형태의 중공 열 교환기 쉘(shell)(14)(도 2)을 형성하는 케이싱(12)을 포함하는 구조를 갖는다. 케이싱(12)은 또한 일반적으로 직사각형의 히터 챔버(heater chamber)(18)를 형성한다. 한 쌍의 엔드 플레이트들(20, 22)은 쉘의 대향 단부에서 쉘(14) 내에 장착된다. 엔드 플레이트들은 쉘의 경계를 이루는 케이싱(10)의 벽에 밀봉되게 연결되어, 엔드 플레이트와 케이싱이 협력하여 쉘 내의 밀폐된 원통형 내부 공간을 형성한다. 각각의 엔드 플레이트는 쉘의 축(16)을 중심으로 동일한 간격으로 이격된 위치에서 이를 통해 연장되는 3개의 구멍들(24)을 갖는다. 3개의 튜브들(26)(도 2 및 도 3)은 엔드 플레이트들(26)의 구멍들(24) 사이에서 연장된다. 튜브들(26)은 바람직하게는 양호한 열 전도성을 갖는 금속 또는 기타 재료로 형성된다. 각 엔드 플레이트에서, 각 튜브의 주변부는 엔드 플레이트에 밀봉되어, 튜브 내의 공간이 쉘(14)의 내부 공간과 연통되지 않는다. 2개의 튜브형 엔드 피팅들(tubular end fittings)(28, 30)은 엔드 플레이트(20, 22) 바로 외부의 케이싱에 장착되어, 각 피팅의 내부가 튜브(26) 내의 공간과 연통된다. 따라서 엔드 피팅들(28, 30)과 튜브들(26)은 타겟 유체가 가열 시스템(10)을 통과하기 위한 연속적인 유로를 형성한다.
출구 포트(32)는 엔드 플레이트(32)에 인접한 쉘(14)의 내부 공간과 연통된다. 도 3에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 구조체는 포트(34)로부터 히터 챔버(18)의 입구 개구(38)로 연장되는 통로(36)를 형성하는 피팅(34)을 더 포함한다. 도 2에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 입구 개구(38)는 히터 챔버의 한쪽 코너에 인접한 히터 챔버(18)의 단부 벽(39)을 통해 연장된다. 출구 개구(40)(도 2)는 입구 개구(38)와 대각선으로 대향하는 코너에서 히터 챔버(18)와 연통된다. 일반적으로 편평한 4개의 판형 전극들(42, 44, 46, 48)이 히터 챔버(18) 내에 배치된다. 전극들은 흑연과 같은 전기 전도성 재료로 형성되고, 전극들 사이의 공간을 가로질러 전극들의 주 표면이 서로 마주하도록 배치된다. 전극들(42 및 48)은 가열 챔버의 반대편에 배치되며, 전극들(42 및 44)은 전극들(42 및 48) 사이에 배치된다. 전극들과 가열 챔버는 히터 챔버를 통과하는 액체를 구불구불한 경로를 따라 입구 개구(38)로부터 출구 개구(40)로, 먼저 전극들(42 및 44) 사이의 공간을 통해, 그 다음 단부 벽(39)으로부터 멀리 떨어진 전극(44)의 단부 주위에, 그 다음 전극들(44, 46) 사이의 공간을 통해 그리고 단부 벽(39)에 인접한 전극(46)의 단부 주위에, 마지막으로 전극들(46, 48) 사이의 공간을 통해 출구 개구(40)로 안내하도록 배치된다.
구조체는 또한 펌프(51)를 포함한다. 펌프(51)는 중공 펌프 하우징(50)(도 2)을 포함한다. 펌프 하우징(50)은 히터 챔버의 출구 개구(40)와 정렬된 입구 개구를 갖는다. 펌프 로터(52)는 펌프 하우징 내에 배치되고 전기 모터(54)에 연결된다. 펌프 하우징(50)은 그 주변에 출구 포트(미도시)를 갖는다. 출구 포트는 펌프 출구 파이프(56)(도 1)와 연통되고, 이는 차례로 피팅(58)을 통해 입구 포트(60)에 연결된다. 입구 포트(60)는 엔드 플레이트들(20, 22)과 인접한 엔드 플레이트(20) 사이의 위치에서 쉘(14)의 내부 공간과 연통된다(도 2). 따라서, 입구 포트(60)는 출구 포트(32)로부터 쉘(14)의 대향 단부 근처에 있다. 입구 포트(62)는 또한 쉘의 축(16)의 반대측에 배치된다. 따라서, 입구 포트(60)로부터 출구 포트(32)로 쉘 내를 통과하는 액체는 튜브(26) 주위를 통과할 것이다.
따라서 구조체는 본 명세서에서 "중간(intermediate)" 액체로 지칭되는 액체의 순환을 위한 폐쇄 루프를 형성한다. 이 루프는 쉘(14)(튜브(26)의 외부), 통로(36)(도 3), 히터 챔버(18), 펌프 하우징(50) 및 출구 파이프(56) 내의 공간을 포함한다. 중간 유체는 바람직하게는 예를 들어, 알려진 농도의 전해질을 갖는 수성 액체와 같이 알려진 전기 전도도 특성을 갖는 액체이다. 중간 액체는 가열 시스템이 제작될 때 루프에 제공될 수 있거나, 시스템이 작동되기 직전에 순환 경로에 채워질 수 있다. 바람직하게는, 중간 액체가 루프 내에 위치되면 중간 액체 순환 경로가 밀봉된다. 바람직하게는, 구조체는 중간 액체가 설치된 후 중간 액체 순환 경로와 외부 사이를 연통할 수 있는 배출구 또는 오버플로 개구를 포함하지 않는다. 구조체는 예상 작동 범위에 걸쳐 중간 액체의 열팽창을 보상하기 위해 중간 액체 순환 경로의 부피가 충분히 팽창하도록 허용하는 가요성 벽(flexible wall)(미도시)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 중간 액체에 압력을 인가하면서도 중간 액체의 팽창을 허용하기 위해 롤링 다이어프램(rolling diaphragm)이 사용될 수 있다. 이러한 롤링 다이어프램은 하나 이상의 코일 압축 스프링에 의해 인가되는 힘으로 인해 피스톤이 압력을 전달하는 가요성 멤브레인(flexible membrane)을 포함할 수 있다. 유익하게도, 액체의 캐비테이션(cavitation)을 최소화하기 위해, 스프링(들)은 중간 액체의 포화 곡선을 따르도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 중간 액체에 압력을 인가함으로써, 롤링 다이어프램은 중간 액체(예를 들어, 물)가 끓는점(boiling point) 이상으로 가열되도록 할 수 있다. 이는 타겟 유체에 비교적 높은 온도가 적용되는 애플리케이션에서 특히 중요할 수 있다. 예를 들어, 뜨거운 음료(예: 커피)용 음료 분배 장치에 가열 시스템을 이용하는 것은 타겟 유체를 92~94℃로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
쉘(14)과 튜브(26)는 함께 열교환기를 형성한다. 바람직하게는, 중간 액체는 가열 시스템의 영구적인 부분을 형성한다. 즉, 중간 액체는 시스템 수리 중에 교체될 수는 있지만, 시스템 정상 작동 중에는 소모되거나 교체되지 않는다. 튜브(26)의 타겟 유체는 쉘(14)의 중간 유체와 열 전달된다. 다르게 말하면, 쉘(14)은 중간 유체 루프의 열 교환 부분을 구성하는 반면, 튜브(26)는 타겟 유체 경로의 열 교환 부분을 구성한다; 이들 열 교환 부분들은 서로 열 교환된다.
전극들(42-48)(도 2)은 옴 히터의 일부를 형성한다. 옴 히터는 전기 회로(64)(도 1)를 더 포함한다. 전기 회로는 개별 전극들 중 다른 전극을 기존 AC 유틸리티 전원 공급 장치(미도시)와 같은 전원 공급 장치의 다른 극에 연결하여 전극들의 다른 전극에 상이한 전위를 부과하도록 구성된 반도체 스위치들과 같은 전원 스위치들을 포함한다. 전위가 인가되면, 전류가 전극들 사이의 공간에서 중간 액체를 통과하여 액체를 가열한다. 가열 레이트는 전류의 제곱에 따라 달라지며, 전류는 극들 사이의 액체의 전기 저항에 반비례한다. 임의의 두 전극들 사이의 전기 저항은 전원 공급 장치의 극들에 연결된 전극들 사이의 공간 또는 공간들을 통과하는 전류 경로의 길이에 비례하며, 또한 전극들의 크기와 형상에 따라 달라진다. 이 실시 형태에서, 전극들은 동일한 크기의 플레이트들이지만, 서로 불균등하게 이격되어 있다. 전극들(42 및 44) 사이의 거리는 전극들(44 및 46) 사이의 거리보다 작으며, 이는 다시 전극들(46 및 48) 사이의 거리보다 작다. 또한, 회로는 연결된 전극들 사이에 물리적으로 배치된 하나 이상의 전극이 전원 공급 장치에 연결되지 않은 상태로 유지되도록 전극들을 전원 공급 장치에 연결할 수 있다. 예를 들어, 전극(42)을 전원 공급 장치의 한 극에 연결하고 전극(48)을 반대 극에 연결하고 전극들(44 및 46)을 전원 공급 장치에서 분리시킴으로써, 회로는 모든 공간에서 액체를 통해 그리고 분리된 전극들(44 및 46)을 통해 연장되는 단일의, 매우 긴 전류 경로를 형성한다. 회로는 바람직하게는 중간 액체의 온도와 같은 시스템의 상태를 모니터링하고 원하는 가열 레이트를 제공하는 전류 경로를 선택하기 위한 하나 이상의 센서를 포함한다. 옴 히터에 의해 공급되는 가열 레이트를 제어하기 위한 전극들 및 시스템들의 다양한 장치들은 위에서 언급된 미국 및 PCT 문서들에 설명되어 있다; 이러한 특징들은 옴 히터에 사용될 수 있다.
주어진 전류 경로를 따라 흐르는 전류는 전극들 사이에 배치된 액체의 전기 전도도에 따라 직접적으로 달라진다. 옴 히터는 일반적으로 열인 액체의 전도도가 급격하게 변하는 경우에도 원하는 가열 레이트를 선택할 수 있도록 하는 데 필요한 광범위한 전류 경로를 제공하기 위해 다수의 전극들과 다수의 스위치들을 포함한다. 그러나, 도 1 내지 도 3의 시스템에서, 중간 액체의 조성은 알려져 있다. 전도도는 온도에 따라 달라지지만, 중간 액체의 전도도의 범위는 전극들 사이에 흐르는 음용수를 직접 가열하도록 구성된 히터에서 발생하는 전도도의 범위에 비해 몇 자릿수 작으며, 식기세척기의 세척수에서 발생하는 전도도의 범위보다 크기가 작은 차수이다. 이는 옴 히터의 구조를 크게 단순화시켜, 적은 수의 전극들과 공간만으로 히터가 만족스럽게 작동될 수 있으므로, 히터를 컴팩트하게 만들고 가열 챔버의 부피를 최소화할 수 있다. 중간 액체 순환 경로의 옴 히터 및 기타 요소들은 타겟 유체와 접촉되지 않기 때문에, 이들은 오염 및 스케일링으로부터 보호된다. 또한, 중간 액체는 가열 시스템의 영구적인 부분이기 때문에, 시스템은 예를 들어, 시스템이 다양한 시장을 위해 조립될 때 단순히 순환 경로를 다양한 중간 액체로 채움으로써, 북미에서 일반적으로 공급되는 120V 또는 유럽 및 중국에서 일반적으로 공급되는 230V와 같은 다양한 유틸리티 전원 공급 전압을 사용하여 작동하도록 조정될 수 있다. 유틸리티 공급 전압이 낮은 시장에서는 전도도가 높은 액체가 사용된다. 회로 또는 전극의 구성을 수정할 필요가 없다.
전체 중간 액체 순환 경로는 바람직하게는 순환 경로를 채우는 데 필요한 중간 액체의 부피를 제한하기 위해 콤팩트하다. 이는 결국 중간 액체의 질량을 제한하며 따라서 중간 액체의 열 질량(thermal mass)과 가열 시스템 전체의 열 질량을 제한한다. 본 개시에서 요소 또는 요소들의 집합체와 관련하여 사용된 바와 같이, 용어 "열 질량"은 요소 또는 집합체를 1℃ 가열하는데 필요한 에너지의 양이다. 중간 액체와 같이, 균일한 조성의 요소의 경우, 열 질량은 단순히 요소를 구성하는 재료의 비열에 요소의 질량을 곱한 값이다. 전체 가열 시스템과 같은 요소의 집합체의 경우, 열 질량은 개별 요소의 열 질량의 합이다. 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 히터의 열 질량을 제한하면 히터의 동적 응답을 향상시키고 중간 액체가 타겟 액체의 원하는 온도보다 낮은 온도에 있는 초기 "냉간 시작" 조건에서 시작할 때 히터가 원하는 온도에서 가열된 타겟 유체를 생성하는 데 필요한 시간을 감소시킨다. 일반적으로, 중간 액체의 열 질량은 중간 액체와 접촉되는 전체 가열 시스템 부분들의 열 질량의 상당 부분을 구성하며, 가장 일반적으로 열 질량의 대부분을 구성한다. 도 1 내지 도 3에 도시된 가열 시스템의 한 형태에서, 중간 액체 순환 경로의 부피는 130cm3이고, 중간 액체(전해질의 양이 적은 물)의 질량은 0.13kg이다. 가열 시스템의 동적 응답에 대한 열 질량의 영향은 중간 액체의 열 질량에 대한 히터의 최대 가열 레이트의 비율로 특징지어질 수 있으며, 이는 본 명세서에서 가열 시스템의 "단열 중간 액체 가열 레이트"로 지칭된다. 이는 중간 액체로부터 가열 시스템의 다른 구성 요소 또는 타겟 유체로의 임의의 열 전달 없이 히터가 중간 액체를 가열할 수 있는 레이트이다. 바람직하게는, 이 비율은 적어도 약 0.5℃/sec이며, 보다 바람직하게는 적어도 1℃/sec, 더욱 더 바람직하게는 적어도 1.5℃/sec이다. 위에서 논의된 동일한 형태에서, 중간 액체의 열 질량은 550Joule/℃인 반면, 옴 히터의 최대 가열 레이트는 1500W, 즉 1500Joule/sec이다. 따라서, 단열 중간 액체 가열 레이트는 2.75℃/sec이다. 중간 액체와 접촉하는 가열 시스템의 구성 요소들은 또한 약간의 열 질량을 가지므로, 가열 시스템이 타겟 액체 없이 작동되는 경우에도 중간 액체의 실제 가열 레이트는 단열 가열 레이트보다 작을 것이다. 타겟 유체 경로의 열교환 부분을 차단하고 무시할 만한 열 질량을 갖는 공기와 같은 가스로 채워진 상태에서 측정된 중간 액체의 실제 가열 레이트를 본 명세서에서는 가열 시스템의 "무부하 중간 액체 가열 레이트"라고 지칭한다. 무부하 중간 액체 가열 레이트는 바람직하게는 적어도 1.5℃/sec이고, 더욱 바람직하게는 적어도 2℃/sec이다. 또 다른 의미 있는 파라미터는 중간 액체 순환 경로의 부피, 즉 중간 액체가 설치될 때 중간 액체가 차지하는 부피에 대한 옴 히터의 최대 가열 레이트의 비율이다. 이 비율은 바람직하게는 적어도 5 Watts/cm3, 더욱 바람직하게는 적어도 7 Watts/cm3, 더욱 더 바람직하게는 적어도10 Watts/cm3이다.
옴 히터의 사용은 밀봉된 중간 액체 순환 경로를 갖는 구조체의 설계를 크게 단순화시킨다. 옴 히터는 액체에 열을 전달하는 대신 중간 액체에서 열을 발생시키기 때문에, 히터 표면에서 중간 액체의 국부적인 비등(boiling)을 야기하지 않는다. 따라서, 중간 액체의 평균온도를 모니터링하고 제어함으로써 중간 액체 순환 경로 내의 압력을 안전하게 제어할 수 있다. 대조적으로, 고체 저항 히터는 액체의 벌크 온도(bulk temperature)가 액체의 비등 온도보다 훨씬 낮은 경우에도 가열 요소의 표면에서 액체의 국부적인 비등을 유발할 수 있으므로, 압력 릴리프 밸브가 일반적으로 저항 히터에 의해 가열되는 용기에 통합되어야 한다.
타겟 액체의 신속한 가열을 용이하게 하는 또 다른 요인은 타겟 유체 경로의 열 교환 부분 내, 즉 튜브(26)(도 2 및 도 3) 내에서 타겟 액체의 낮은 홀드업(holdup)이다. 바람직하게는, 타겟 유체 경로의 열교환 부분의 내부 부피는 중간 액체 순환 경로의 전체 부피보다 작거나 같고, 보다 바람직하게는 타겟 유체 경로의 열교환 부분의 내부 부피는 중간 액체 순환 경로의 전체 부피의 절반보다 작다.
펌프(51)는 바람직하게는 중간 액체를 쉘(14)을 통해 빠른 레이트로 밀어 넣어, 튜브(26) 주위에 중간 액체의 난류 흐름을 제공하도록 배치된다. 이는 중간 액체와 튜브의 외부 표면 사이의 신속한 열 전달을 촉진한다. 또한, 흐르는 중간 액체가 지속적으로 혼합되므로, 튜브 벽의 국부적인 가열을 억제하는 데 도움이 된다. 바람직하게는, 타겟 유체는 또한 튜브 내의 난류 흐름을 보장하는 레이트로 유동하여, 튜브 벽으로부터 타겟 유체로의 열 전달을 향상시키고 튜브 벽의 국부적인 가열을 추가로 억제한다.
본 발명의 추가 실시 형태에 따른 식기세척기(100)는 중공 세척 챔버(104)를 형성하는 하우징(102) 및 다른 구성요소들을 위한 공간(106)을 포함한다. 하우징은 세척 챔버에 접근할 수 있도록 개방 가능한 도어(미도시) 또는 제거 가능한 부분(미도시)을 포함할 수 있다. 세척 챔버 내부에는 세척될 식기(D)를 담을 수 있는 랙(rack)(108)이 배치된다. 하우징(102)은 세척 챔버의 바닥을 형성하는 벽(110)을 갖는다. 작동 섬프(operational sump)(112)와 폐수 배수 섬프(waste water drain sump)(114)는 세척 챔버로 개방되어 있고 세척 챔버의 바닥으로부터 아래쪽으로 연장되어 있다. 작동 섬프는 워터 펌프(118)의 입구에 연결된다. 담수 저장소(120)는 담수 제어 밸브(122)를 통해 펌프(118)의 입구 및 작동 섬프에 연결된다. 폐수 배수 섬프는 폐수 제어 밸브(127)를 통해 폐수 저장소(124)에 연결된다. 폐수 저장소는 하우징(102)에 제거 가능하게 장착된다. 펌프(118)의 출구는 다수의 개구를 갖는 회전 가능한 암(rotatable arm)과 같은 스프레이 장치(spray device)(126)에 연결된다. 스프레이 장치는 랙(108)을 통해 세척 챔버 내에서 위쪽으로 물을 분사하여 분사된 물이 접시(D)에 충돌되도록 구성된다. 전술한 특징들은 공개된 국제 출원 WO 2020/142411에 기술된 바와 같을 수 있으며, 그 개시 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
도 4의 식기세척기는 도 1 내지 도 3을 참조하여 전술한 바와 같은 가열 시스템(10)을 더 포함한다. 히터의 타겟 유체 경로는 펌프(118)의 출구와 스프레이 장치(126) 사이에 연결된다. 예를 들어, 워터 펌프(118)의 출구는 피팅(fitting)(30)(도 2)에 연결될 수 있는 반면, 스프레이 장치(126)는 피팅(28)에 연결될 수 있다. 이러한 구성에서, 펌프(118)에 의해 추진된 물은 도 2에 도시된 바와 같이 일반적으로 우측 방향으로, 일반적으로 쉘(14) 내의 중간 액체 흐름에 대해 역류로 튜브(26)를 통과할 것이다.
식기세척기는 또한 예를 들어 표준 유틸리티 전원 콘센트에 맞게 조정된 플러그(130)를 통해, 유틸리티 회로로부터 전력을 인출하도록 배치된 전원 및 제어 회로(128)를 포함한다. 회로(128)는 식기세척기의 다양한 요소들을 작동시키기 위해 전력을 공급하고, 아래에 논의되는 기능들을 수행하기 위해 그 작동을 제어하도록 배치된다.
작동 중에, 사용자는 세척될 물품들을 랙(108) 상에 놓고 세척 챔버 내에 물의 장전량을 붓는다. 이때 담수 제어 밸브(122)는 열린 상태로 유지되고 폐수 밸브(127)는 닫힌 상태로 유지되어, 물의 장전량은 섬프(112)를 통해 담수 저장소 내로 배수되어 담수 저장소(120)를 채운다. 세재는 사용자에 의해 또는 세제 디스펜서(미도시)에 의해 세척 챔버 내에 투입되고 세척 챔버는 닫힌다. 그 다음 제어 회로는 워터 펌프(118)를 작동시켜 담수 저장소(120)로부터 물을 인출하고, 물 장전량의 미리 결정된 제 1 부분이 저장소(120)로부터 인출될 때까지 가열 시스템(10)의 타겟 유체 경로를 통해 그리고 스프레이 장치(126)를 통해 세척 챔버 내로 물을 밀어 넣고, 그 결과 담수 밸브(122)가 닫힌다. 워터 펌프는 계속 작동하여 저장소로부터 인출된 물이 세척 챔버로부터 워터 펌프와 가열 시스템을 통해 지속적으로 재순환된다.
제어 회로는 가열 시스템(10)의 옴 히터에 히터의 최대 용량으로 열을 공급하여 가열 시스템(10)의 중간 액체를 가열하여 중간 액체가 물을 가열하도록 명령한다. 전술한 바와 같이, 가열 시스템(10)은 냉간 시작으로부터 타겟 유체를 빠르게 가열할 수 있다. 가열 시스템의 낮은 열 질량이 이러한 기능에 기여한다. 가열 시스템이 워터 펌프와 동시에 시작되는 경우에도, 가열 시스템의 열 질량으로 인한 가열의 지연이 작다. 바람직하게는, 중간 액체의 열 질량은 가열될 타겟 액체의 열 질량에 비해 작다. 식기세척기에서, 타겟 액체의 열 질량은 식기세척기의 단일 작동 사이클 동안 사용되는 물의 장전량의 열 질량으로 간주될 수 있다. 도 4의 휴대용 식기세척기에서, 물의 장전량은 사용자가 식기세척기에 물을 부을 때 담수 저장소(120), 워터 펌프(118) 내에 그리고 가열 시스템(10)의 타겟 유체 경로 내에 채워지는 물의 양으로 구성된다. 바람직하게는, 장전량의 열 질량에 대한 중간 액체의 열 질량의 비는 0.3 이하, 바람직하게는 0.2 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 이하이다. 다르게 말하면, 중간 액체의 열 질량은 중간 액체와 물의 장전량의 결합된 열 질량의 비교적 작은 부분만을 추가한다. 식기세척기의 작동 중에 가열되는 총 열 질량은 물의 장전량 외에도, 세척 챔버에 배치된 식기, 식기 및 세척 챔버 자체의 벽을 유지하는 랙의 열 질량을 포함하므로, 중간 액체의 열 질량은 전체 열 질량의 훨씬 작은 부분을 구성한다.
세척수가 원하는 온도에 접근하면, 제어 시스템은 가열 시스템에 명령을 내려 중간 액체에 열이 공급되는 레이트를 줄일 수 있다. 중간 액체의 열 질량은 작기 때문에, 세척수로의 계속적인 열전달로 인해 중간 액체의 온도는 급격하게 감소된다. 제어 시스템은 중간 액체를 세척수의 원하는 온도보다 약간 높은 온도로 유지하도록 필요에 따라 가열 레이트를 조절하여 세척수에 낮은 레이트로 열을 공급하고 주변으로 손실된 열을 보상할 수 있다. 대안적으로, 제어 시스템은 단순히 히터, 또는 가열 시스템 전체를 끄도록 명령할 수 있다. 타겟 유체의 원하는 가열 레이트의 변화에 신속하게 반응하는 히터(10)의 능력은 상당한 이점을 제공한다.
워터 펌프(18)는 식기(D)를 세척하기에 충분한 시간 동안 세척수를 스프레이 장치(26)를 통해 그리고 세척 챔버를 통해 계속 재순환시킨다. 그 다음, 제어 시스템은 폐수 밸브(127)를 개방하도록 명령하여 세척수가 폐수 섬프(114)를 통해 폐수 저장소(124) 내로 배수되도록 한다. 세척수 펌프(118)는 작동 섬프(112)로 배수된 임의의 세척수를 세척 챔버로 다시 가져오도록 계속 작동하며, 여기서 세척수는 폐수 섬프(114) 내로 그리고 폐수 저장소 내로 배수될 것이다. 이는 바람직하게는 작동 섬프와 펌프가 세척수를 실질적으로 퍼지할 때까지 계속된다. 그 다음 제어 시스템은 폐수 밸브(127)를 닫고 담수 밸브(122)를 열어 담수 저장소의 남은 물이 세척수 펌프(118)에 헹굼수로서 공급되고 스프레이 장치(126), 세척 챔버 및 작동 섬프(112)를 통해 재순환된다. 이 단계 동안, 제어 시스템은 다시 가열 시스템에 순환하는 헹굼수를 가열하도록 명령한다. 다르게 말하면, 식기세척기에 처음 유입된 물의 장전량은 두 부분, 즉 세척수로 가열된 제 1 부분과 헹굼수로 가열된 제 2 부분으로 가열된다. 식기를 헹군 후, 제어 시스템은 폐수 밸브를 열어, 헹굼수가 폐수 저장소(124)로 배수되도록 한다.
선택적으로, 헹굼수가 배수된 후, 제어 시스템은 워터 펌프(118)에 작동 상태를 유지하도록 명령하여 가열 시스템(10)과 스프레이 장치(126)를 통해 그리고 세척 챔버를 통해 세척 챔버의 공기를 재순환시켜 식기를 건조시킬 수 있다. 바람직하게는 제어 시스템은, 중간 액체를 높은 온도로 유지하고 따라서 순환하는 공기를 가열하여 건조를 촉진하도록 가열 시스템에 명령한다. 이와 관련하여, 유체가 전기 전도성인지 여부에 관계없이, 가열 시스템이 본질적으로 임의의 유체를 가열하는 능력은 상당한 이점을 제공한다. 식기세척기는 식기세척기 내부로 공기를 유입시키기 위한 공기 유입구(130)와 식기세척기로부터 습한 공기를 배출하기 위한 습한 공기 배출구(132)를 포함할 수 있다. 이들 각각에는 세척 및 헹굼 작업 동안 닫혀 있는 상태로 유지된 후 열리는 밸브가 장착될 수 있다. 도시된 바와 같이, 공기 유입구는 신선한 공기를 펌프의 유입구에 직접 공급하도록 배치된다. 추가 변형 형태에서, 신선한 공기 유입구는 세척 챔버, 바람직하게는 작동 섬프 근처로 공기를 유입시켜 이 공기가 펌프 내로 흡입되도록 할 수 있다. 이 변형 형태에서, 신선한 공기가 건조 작업 중에 지속적으로 공급되고 가열 시스템(10)에 의해 가열된다. 추가 변형 형태에서, 워터 펌프와 별개인 팬(미도시)이 가열 시스템과 세척 챔버를 통해 공기를 순환시키는데 사용될 수 있다.
추가 변형 형태에서, 사이클 시작 시 세척수를 가열하기 위한 준비로서, 제어 회로는 워터 펌프를 시작하기 전에 중간 액체 가열을 시작하도록 가열 시스템을 작동시킬 수 있다. 식기를 세척하는데 필요한 작동 사이클에서 소요되는 시간을 줄이기 위해, 제어 회로는 세척 챔버가 내부의 식기와 세제로 닫히기 전에 발생할 것으로 예상되는 동작에 응답하여 가열 시스템을 시작하도록 배치될 수 있고, 다음 중 하나 이상을 포함한다: (i) 유틸리티 전원 콘센트에 플러그(130)를 삽입하는 단계; (ii) 세척 챔버를 열거나 닫는 단계; (iii) 저장소와 관련된 담수 레벨 센서(미도시)에 의해 검출되는 담수 저장소(120)를 채우기 시작하는 단계; 또는 (iv) 사용자가 세척 사이클을 시작할 계획임을 나타내는 제어 시스템에 사용자에 의해 입력하는 단계. 마찬가지로, 헹굼수를 가열하기 위한 준비로, 제어 시스템은 헹굼수를 분배하기 위해 담수 밸브를 열기 전에 가열 시스템을 다시 시작하거나 옴 히터의 가열 레이트를 높일 수 있다.
위에서 설명된 특징들의 다양한 변형 형태들과 조합이 사용될 수 있다. 예를 들어, 위에서 설명된 식기세척기는 건물 또는 차량의 배관 및 전기 유틸리티 시스템에 영구적으로 연결되는 고정식 식기세척기일 수 있다.
위에서 설명된 가열 시스템(10)은 다양할 수 있다. 예를 들어, 중간 액체를 순환시키는데 사용되는 펌프(51)는 전기 모터에 의해서가 아니라, 타겟 유체의 흐름에 노출되는 터빈에 의해 구동될 수도 있다. 또한, 위에서 설명된 실시 형태들에서의 펌프는 원심 펌프이지만, 본 명세서에 사용되는 "펌프"라는 단어는 중간 액체 유동 경로를 따라 중간 액체의 운동을 추진할 수 있는 임의의 장치를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 펌프는 유동 경로의 다른 구성요소들과 별개인 펌프 챔버(pump chamber)를 통합할 필요가 없다.
가열 시스템의 구성은 다양할 수 있다. 예를 들어, 중간 액체 유동 경로의 부피를 더욱 감소시키기 위해, 히터 챔버(18)(도 2)는 쉘(14) 주위를 감싸는 환상형 용기(toroidal vessel)로서 형성될 수 있다. 실제로, 쉘과 별도로 히터 챔버를 제공하는 것이 필수적인 것은 아니다. 옴 히터의 전극들은 쉘 내에 배치될 수 있다. 펌프 임펠러는 쉘 내부에 배치되어, 쉘 내부의 중간 액체를 순환시킬 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 중간 액체 유동 경로의 열 교환 부분은 쉘의 부피의 전부 또는 거의 전부를 포함할 것이다. 예를 들어, 도 5에 개략적으로 도시된 바와 같이, 본 발명의 추가 실시 형태에 따른 가열 시스템(200)은 내부에 배치된 튜브(204)를 갖는 원통형 쉘(202)을 포함한다. 옴 히터의 전극들(206)은 또한 쉘 내에 배치된다. 이 실시 형태에서, 전극들은 로드형 요소(rod-like elements)이고, 튜브와 함께 산재되어 있다. 임펠러(208)는 또한 쉘 내에 장착된다. 이 실시 형태에서, 전체 중간 액체 순환 경로는 쉘 내에 포함된다. 임펠러는 쉘의 축(210)을 중심으로 순환하는 중간 액체를 구동한다. 추가 실시 형태에서, 옴 히터의 전극들 중 하나 이상은 유동 경로의 일 부분으로서 기능할 수 있다. 예를 들어, 튜브(206)는 옴 히터의 전극들 중 일부 또는 전부로서 기능할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 위에서 설명된 실시 형태들에서, 유동 경로의 열 교환 부분은 쉘 및 튜브 열 교환기를 형성하며, 중간 액체는 쉘 내에 있고 타겟 액체는 튜브 내에 있다. 이는 역전될 수 있어서, 타겟 액체는 쉘을 통해 안내되고 중간 액체는 튜브를 통해 안내된다. 이 경우, 옴 히터의 전극들은 튜브 내에 배치될 수 있다. 튜브의 수는 다양할 수 있다. 또 다른 실시 형태들에서, 다른 유형의 열 교환기들, 예를 들어, 챔버들이 열 전도성 플레이트로 분리된 플레이트형 열 교환기 또는 튜브-튜브 열 교환기가 사용될 수 있으며, 여기서 튜브는 중간 액체 유동 경로의 일부를 형성하는 튜브 내에 배치된 타겟 액체 유동 경로의 일부를 형성한다.
가열 시스템의 다른 실시 형태들에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 전기 회로(364)의 부분들의 냉각이 제공될 수 있다. 예를 들어, 분기부(branch)(370)가 중간 액체를 위한 폐쇄 루프(closed loop)에 추가될 수 있다. 이러한 분기부는 전기 회로(364)의 하나 이상의 구성요소에 근접하여 통과할 수 있으며, 여기서 히트 싱크(heat sink)(372)가 전기 구성요소(들)로부터 분기부(370)의 액체로 열을 전달하기 위해 위치될 수 있다. 냉각될 이러한 전기 구성요소들은 작동 중에 상당히 뜨거워질 수 있는(예: 최대 150℃) 트라이액(triacs)(374)을 포함할 수 있다. 중간 액체도 상당히 뜨거울 수 있지만, 뜨거운 음료 분배 장치에서 가열 시스템을 사용하는 경우에도, 약 105℃를 초과하지 않을 수 있다. 따라서, 중간 액체는 트라이액(374)보다 온도가 낮고, 주변 공기보다 열 전도도가 높기 때문에, 중간 액체가 지속적으로 유동한다는 점에 더하여, 분기부(370)는 트라이액(374)이 과도하게 뜨거워지는 것을 적절하게 방지할 수 있다.
도 7의 분해도에 도시된 바와 같이, 히트 싱크(372)는 중간 유체를 운반하기 위해 이를 통해 종방향으로 연장되는 다중 채널들(376)(예를 들어, 19개의 채널들)을 갖는 실질적으로 평평한 플레이트형 구성요소일 수 있다. 히트 싱크(372)의 각 단부에는 히트 싱크(372)의 편평한 형상과 원통형 연결부(382) 사이에서 유체 흐름을 전환시키기 위한 어댑터(adapter)(378, 380)가 있다. 상류 어댑터(378)의 연결부(382)는 펌프(351)의 고압 출구와 연통되는 출구(384)에 연결된 튜브(미도시)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 출구(384)는 도 1에 도시된 펌프 출구 파이프(56)와 연통될 수 있다. 하류 어댑터(380)의 연결부(382)는 펌프(351)의 저압 입구 단부와 연통되는 입구(미도시)로 연장되는 튜브(미도시)에 연결될 수 있다. 트라이악(374)과 히트 싱크(372) 사이의 열 접촉의 효율을 증가시키기 위해, 각 트라이악(374)과 히트 싱크(372) 사이의 계면(interface)에 열 그리스가 위치될 수 있다. 추가적으로, 가요성 클립들(flexible clips)(386)은 트라이악(374)과 히트 싱크(372)가 긴밀한 접촉 상태를 유지하도록 압축력을 인가할 수 있다.
가열 시스템의 임의의 실시 형태들에서, 구성요소들의 제조를 단순화하고, 생산 비용을 낮추며, 그리고 밀봉을 단순화하기 위해, 도 8에 도시된 것과 같은 와이어폼(wireform)이 사용될 수 있다. 구체적으로, 편평한 플레이트형 전극들(42, 44, 46 및 48) 중 각각의 전극에 대한 전기적 연결을 제공하는 각 와이어(388)는 그들 사이에 갭(gap)(392)을 형성하는 와이어의 2개의 대향 부분들을 가짐으로써 클립(390)의 형상으로 구부러진 단부를 가질 수 있다. 이 갭(392)은 플레이트형 전극들 중 하나의 에지가 클립(390) 내로 슬라이딩될 수 있고 와이어(388)와 전극 사이의 접촉이 두 구성요소들 사이에 전기적 연결을 생성할 수 있도록 크기가 정해진다. 유익하게도, 이러한 구조는 전극들이 나중에 시스템에 조립될 수 있게 하므로, 가열 시스템의 제조를 용이하게 할 수 있으며, 여기서 이들은 각각의 와이어(388)에 용이하게 전기적으로 연결될 수 있다. 클립(390)을 갖는 단부 반대편의 와이어(388)의 단자 단부(terminal end)(394)는, 케이싱(312)의 개구를 통해 연장되고, 이 개구는 O-링(미도시)에 의해 밀봉된다. 와이어(388)가 케이싱(312) 내에 위치된 후, 와이어(388)가 연장되는 케이싱(312) 내의 캐비티(cavity)(미도시)는 또한 밀봉재(sealant)로 채워질 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 와이어들(388)의 단자 단부들(394)은 케이싱(312)의 외부로 돌출될 수 있고, 여기서 그들은 인쇄 회로 기판일 수도 있고 인쇄 회로 기판을 포함할 수도 있는 전기 회로(364)에 결합된 포크-홈 커넥터(poke-home connector)(미도시)에 용이하게 연결될 수 있다.
본 명세서에 설명된 가열 시스템은 식기세척기 이외의 장치에도 사용될 수 있다. 예를 들어, 히터는 의류 세탁기와 같은 다른 세탁 용도에도 사용될 수 있다. 임의의 세척 기기에서, 공기는 가열 시스템의 타겟 유체 유동 경로를 통과하여 중간 액체가 공기를 가열하여 세척 챔버 내 물품의 건조를 용이하게 한다. 가열 시스템은 배터리(예: 전기 자동차의 배터리)용 온도 제어 시스템과 같이 물이 타겟 유체인 다른 적용에 사용될 수 있다. 전기 자동차 배터리는 낮은 온도(예: 북부 기후의 겨울철 온도)에서는 많은 전력을 공급하지 못하며 또한 충전되기 어렵기 때문에, 배터리에 열을 공급하는데 가열 시스템이 사용될 수 있다. 따라서, 이러한 적용에서, 가열 시스템의 타겟 유체는 차량 배터리와 열 교환되는 열 교환 유체일 수 있다. 예를 들어, 이러한 열 교환 유체는 물과 에틸렌 글리콜(ethylene glycol)의 혼합물일 수 있다. 본 명세서에 개시된 가열 시스템의 또 다른 적용은 수영장, 스파 또는 온수 욕조용 온수기로서의 것이다. 전술한 바와 같이, 가열 시스템은 타겟 유체가 전기 전도성인지 여부에 관계없이, 그리고 타겟 유체가 액체인지, 기체인지, 슬러리(slurry)와 같은 다상 유체(multi-phase fluid)인지 여부에 관계없이 임의의 타겟 유체를 가열할 수 있다.
전술한 바와 같이, 개시된 가열 시스템은 음료 분배 장치(beverage dispensing device)에서 물을 가열하는 데 사용될 수 있다. 이러한 맥락에서의 사용의 일 형태에서, 중간 액체 순환 경로의 부피는 약 250 cm3일 수 있으며, 따라서 중간 액체의 질량은 약 0.25 kg일 수 있다. 이 형태에서, 중간 액체의 열 질량은 1050 Joules/℃이다. 따라서, 1500 Watts(즉, 1500 Joules/sec)의 최대 가열 레이트를 갖는 옴 히터를 사용하면, 단열 중간 액체 가열 레이트는 약 1.4 ℃/sec가 되고, 옴 히터의 최대 가열 레이트와 중간 액체 순환 경로의 부피의 비율은 약 6W/cm3이다. 위에서 설명된 바와 같이, 중간 액체의 열 질량은 가열될 타겟 액체의 열 질량에 비해 작은 것이 일반적으로 바람직하지만, 음료 분배 장치와 같은 적용에서 그 비율은 위에서 설명된 식기세척기 적용에서의 비율만큼 거의 작지 않을 수 있는데, 이는 예를 들어, 커피 한 잔에 분배되는 물의 부피가 매우 작을 수 있기 때문이다(예: 150cm3). 따라서, 중간 액체 순환 경로의 부피가 약 250 cm3인 경우, 중간 액체의 열 질량 대 타겟 유체의 열 질량의 비율은 약 1.7일 수 있다. 그러나 다수의 소량의 액체가 비교적 빠르게 연속적으로 분배될 필요가 있는 음료 상황에서, 중간 액체의 열 질량 대 타겟 유체의 열 질량의 비율이 클수록 연속적인 물 붓기에 대한 가열 시간을 줄이는 데 도움이 될 수 있다.
전술한 바와 같이, 옴 히터의 사용은 본 발명에서 중요한 이점들을 제공한다. 그러나, 일부 환경에서는 본 발명의 이점들 중 적어도 일부를 유지하면서 중간 액체를 가열하기 위해 다른 유형의 히터들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 전기 저항 히터가 중간 액체를 가열하는데 사용될 수 있다. 중간 액체는 히터 작동 중에 소모되지 않기 때문에, 위에서 설명된 저항 히터들의 단점들을 최소화하기 위해 중간 액체를 선택할 수 있다. 예를 들어, 중간 액체는 국부적인 비등 없이 저항 히터 표면에서 높은 국부적인 온도를 허용하도록, 서비스 중에 예상되는 중간 액체의 최대 벌크 온도보다 훨씬 높은 비등 온도를 갖는 액체일 수 있다.
다음의 번호가 매겨진 단락은 위에서 추가로 설명된 본 발명의 다양한 실시 형태들에 따른 특징을 설명한다.
1. 타겟 유체를 가열하기 위한 가열 시스템으로서,
(a) 중간 액체를 유지하기 위한 중간 액체 순환 경로와 상기 타겟 유체를 이송하기 위한 타겟 유체 유동 경로를 형성하는 구조체, - 상기 타겟 유체 유동 경로는 상기 순환 경로와 별개이고, 상기 순환 경로는 열교환부를 포함하고, 상기 타겟 유체 유동 경로는 열교환부를 포함하고, 상기 열교환부들은 서로 열적으로 연통되며 열교환기를 협동적으로 구성함 -;
(b) 상기 순환 경로의 중간 액체를 순환시키기 위한 중간 액체 순환 경로의 펌프; 그리고
(c) 중간 액체를 가열하도록 구성된 히터, - 상기 히터는 상기 중간 액체 순환 경로의 부피에 대한 상기 히터의 최대 열 출력의 비율이 적어도 약 5 Watts/cm3인 최대 열 출력을 가짐 -
를 포함하는, 가열 시스템.
2. 단락 1의 가열 시스템에 있어서,
상기 히터는 상기 중간 액체 순환 경로 내에 배치된 복수의 전극들 및 전류가 상기 중간 액체를 통해 흐르도록 상기 전극들 중 서로 다른 전극에 서로 다른 전위를 인가하도록 배치된 전기 회로를 포함하는 옴 히터(ohmic heater)인, 가열 시스템.
3. 단락 1 또는 2의 가열 시스템에 있어서,
상기 타겟 유체 경로의 열교환부의 부피는 상기 중간 액체 순환 경로의 부피보다 작은, 가열 시스템.
4. 단락 1 내지 3 중 어느 한 단락의 가열 시스템에 있어서,
상기 중간 액체 순환 경로 내에 배치된 중간 액체를 더 포함하는, 가열 시스템.
5. 단락 4의 가열 시스템에 있어서,
상기 중간 액체 순환 경로가 밀봉되는, 가열 시스템.
6. 단락 4 또는 5의 복수의 가열 시스템의 제조 방법으로서,
(i) 중간 액체 없이 실질적으로 동일한 복수의 가열 시스템을 제조하는 단계;
(ii) 가열 시스템의 제 1 그룹의 중간 액체 순환 경로를 제 1 전기 전도도를 갖는 제 1 중간 액체로 채우는 단계; 그리고
(iii) 가열 시스템의 제 2 그룹의 중간 액체 순환 경로를 제 1 전기 전도도보다 낮은 제 2 전기 전도도를 갖는 제 2 중간 액체로 채우는 단계, - 이에 의해 상기 가열 시스템 제 1 및 제 2 그룹이 서로 다른 전기 공급 전압으로 사용하도록 구성됨 -
를 포함하는, 방법.
7. 단락 1 내지 5 중 어느 한 단락의 가열 시스템에 있어서,
상기 열교환부는 쉘(shell) 및 상기 쉘을 통해 연장되는 하나 이상의 튜브를 포함하는, 가열 시스템.
8. 단락 7의 가열 시스템에 있어서,
상기 중간 액체 순환 경로의 열교환부는 쉘을 포함하고 상기 타겟 유체 유동 경로의 열교환부는 상기 하나 이상의 튜브를 포함하는, 가열 시스템.
9. 단락 1 내지 5 또는 단락 7 내지 8 중 어느 한 단락의 가열 시스템에 있어서,
상기 중간 액체 순환 경로는 가열 시스템의 전기 회로의 적어도 하나의 구성요소에 결합된 히트 싱크와 열 연통되는 분기부를 포함하는, 가열 시스템.
10. 단락 1 내지 5 또는 단락 7 내지 9 중 어느 한 단락의 가열 시스템에 있어서,
상기 중간 액체 순환 경로를 형성하는 구조체는 중간 액체의 부피의 팽창을 허용하는 가요성 멤브레인(flexible membrane)을 포함하는, 가열 시스템.
11. 단락 10의 가열 시스템에 있어서,
스프링은 상기 중간 액체를 가압하기 위해 가요성 멤브레인에 압력을 인가하고, 상기 스프링은 인가된 압력이 상기 중간 액체의 포화 곡선에 대응하도록 구성되는, 가열 시스템.
12. 세척 기기로서,
(a) 세척 챔버를 형성하는 하우징;
(b) 상기 세척 챔버를 통해 물을 순환시키기 위한 워터 펌프; 그리고
(d) 상기 워터 펌프와 상기 세척 챔버에 연결된 단락 4의 가열 시스템
을 포함하고,
상기 기기는 미리 결정된 부피를 갖는 물의 장전량을 사용하여 세척 사이클을 완료하도록 작동되고, 상기 장전량의 열 질량에 대한 상기 중간 액체의 열 질량의 비율은 0.3 이하인, 세척 기기.
13. 단락 12의 세척 기기에 있어서,
상기 히터는 중간 액체 순환 경로 내에 배치된 복수의 전극들 및 상기 중간 액체를 통해 전류가 흐르도록 전극들 중 서로 다른 전극에 서로 다른 전위를 인가하도록 배치된 전기 회로를 포함하는 옴 히터인, 세척 기기.
14. 타겟 유체의 장전량을 원하는 타겟 유체 온도로 가열하는 방법으로서,
(a) 원하는 타겟 유체 온도보다 낮은 시작 온도에서 원하는 타겟 유체 온도 이상의 중간 액체 온도까지 중간 액체를 가열하는 단계; 그리고
(b) 상기 가열 단계 동안, 상기 중간 액체와 타겟 유체를 열교환기를 통해 순환시켜 중간 액체 열이 타겟 유체를 가열시키는 단계
를 포함하고,
상기 중간 액체의 열 질량은 상기 타겟 유체의 열 질량의 0.3배 이하인, 방법.
전술한 특징들의 이들 및 다른 변형 형태들 및 조합들이 본 발명을 벗어나지 않고 사용될 수 있으므로, 전술한 설명은 본 발명을 제한하는 것이 아니라 예시하는 것으로 간주되어야 한다.

Claims (17)

  1. 식기세척기로서,
    (a) 세척 챔버를 형성하는 하우징;
    (b) 물 유동 경로와, 상기 물 유동 경로 및 상기 세척 챔버를 통해 물을 순환시키도록 배치되는 워터 펌프를 형성하는 구조체, - 상기 물 유동 경로는 열교환부를 포함함 -;
    (c) 상기 물 유동 경로와 별개인 중간 액체 순환 경로를 형성하는 구조체, - 상기 중간 액체 순환 경로는 상기 물 유동 경로의 열교환부와 열 연통되는 열교환부, 및 상기 중간 액체 순환 경로를 통해 중간 액체를 순환시키기 위한 중간 액체 펌프를 가짐 -; 그리고
    (d) 상기 중간 액체가 물을 가열하도록 상기 중간 액체를 가열하도록 구성되는 히터
    를 포함하는, 식기세척기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는, 상기 중간 액체 순환 경로 내에 배치된 복수의 전극들, 및 전류가 상기 중간 액체를 통과하도록 상기 전극들 중 서로 다른 전극에 서로 다른 전위를 인가하도록 배치된 전기 회로를 포함하는 옴 히터(ohmic heater)인, 식기세척기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 식기세척기가 사용되지 않을 때 작동되지 않아 상기 중간 액체는 세척 사이클의 시작 전에 냉간 시작(cold start) 조건에서 주변 온도에 있게 되고, 상기 히터 및 열교환기는 세척 사이클 동안 물의 장전량(charge)의 온도를 주변 온도보다 높은 세척 온도로 상승시키도록 작동되는, 식기세척기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    적어도 1.5℃/sec의 무부하 중간 액체 가열 레이트(rate)를 갖는, 식기세척기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    공기가 상기 중간 액체에 의해 가열되도록 상기 물 유동 경로와 상기 세척 챔버를 통해 공기를 순환시키는 수단을 더 포함하고, 이에 의해 가열된 공기는 상기 세척 챔버 내에 배치된 식기의 건조를 돕는, 식기세척기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 공기를 순환시키는 수단은 워터 펌프를 포함하는, 식기세척기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히터는, 상기 중간 액체 순환 경로의 부피에 대한 상기 히터의 최대 열 출력의 비율이 적어도 약 5 Watts/cm3인 최대 열 출력을 갖는, 식기세척기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물 유동 경로의 열교환부의 부피는 상기 중간 액체 순환 경로의 부피보다 작은, 식기세척기.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열교환부는 쉘(shell) 및 상기 쉘을 통해 연장되는 하나 이상의 튜브를 포함하는, 식기세척기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 중간 액체 순환 경로의 열교환부는 쉘을 포함하고 상기 물 유동 경로의 열교환부는 상기 하나 이상의 튜브를 포함하는, 식기세척기.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 액체 순환 경로는 상기 히터의 전기 회로의 적어도 하나의 구성요소에 결합된 히트 싱크와 열 연통되는 분기부(branch)를 포함하는, 식기세척기.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 액체 순환 경로를 형성하는 구조체는 상기 중간 액체의 부피를 팽창시킬 수 있는 가요성 멤브레인(flexible membrane)을 포함하는, 식기세척기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    스프링은 상기 중간 액체를 가압하기 위해 상기 가요성 멤브레인에 압력을 인가하고, 상기 스프링은 인가된 압력이 상기 중간 액체의 포화 곡선에 대응하도록 구성되는, 식기세척기.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 식기세척기는 미리 결정된 부피를 갖는 물의 장전량을 사용하여 세척 사이클을 완료하도록 작동되고, 상기 장전량의 열 질량에 대한 상기 중간 액체의 열 질량의 비율은 0.3 이하인, 식기세척기.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 액체 순환 경로에 배치된 중간 액체를 더 포함하는, 식기세척기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 중간 액체 순환 경로는 밀봉되는, 식기세척기.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 따른 복수의 식기세척기를 제조하는 방법으로서,
    (i) 중간 액체 없이 실질적으로 동일한 복수의 식기세척기들을 제조하는 단계;
    (ii) 상기 식기세척기의 제 1 그룹의 중간 액체 순환 경로를 제 1 전기 전도성을 갖는 제 1 중간 액체로 채우는 단계; 그리고
    (iii) 상기 식기세척기의 제 2 그룹의 중간 액체 순환 경로를 상기 제 1 전기 전도도보다 낮은 제 2 전기 전도도를 갖는 제 2 중간 액체로 채우는 단계, - 상기 제 1 그룹과 제 2 그룹의 식기세척기는 서로 다른 전기 공급 전압으로 사용되도록 구성됨 -,
    을 포함하는, 방법.
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