專利名稱：用于加熱液體的設(shè)備和方法以及基體結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于加熱液體的設(shè)備。本發(fā)明也涉及用在此設(shè)備中的基體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還涉及用于加熱液體的方法。
背景技術(shù)：
在序言中所提及的設(shè)備早已經(jīng)為公知的。該設(shè)備的應(yīng)用還可以具有完全不同的特性。因此，這樣的加熱設(shè)備例如已被大規(guī)模用作或者作為部件應(yīng)用于水壺、洗碗機、洗衣機、咖啡機、淋浴裝置熱水器等。例如在咖啡機中，該設(shè)備特別適于臨時地供應(yīng)熱水。為此目的，此種設(shè)備通常提供有適于將被加熱的液體通流的管狀體。在流經(jīng)該管狀體期間，液體被加熱元件加熱，該加熱元件放置在管狀體上或者相反地靠近所述管狀體放置。此種加熱液體的方法具有一些缺點。該已知設(shè)備的一個重大缺點在于，液體的加熱比較難以進行，其中的一個原因在于相對不利(低)的面積與體積比。因此，管的長度通常必需相當大以能夠?qū)崿F(xiàn)期望獲得的加熱結(jié)果。較長的管狀體的應(yīng)用通常導致該設(shè)備中的液體在一個相當長的長度中停留，需要使液體充分地并且如期望地加熱。因此，在用戶能夠獲得熱水之前通常需要花費相當長的時間。由于從加熱元件經(jīng)過管狀體到將被加熱的液體的相對低效的熱傳導，使得液體將更加難以加熱，這還對液體的相對較慢加熱有(負面)影響。此外，現(xiàn)有設(shè)備的制造成本以及使用該設(shè)備的成本(由于相對低效的加熱)相對較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種序言中所述類型的改進設(shè)備，利用該設(shè)備能夠相對有效和快速地加熱液體。
本發(fā)明基于此目的提供在序言中所述類型的設(shè)備，包括基體結(jié)構(gòu)和至少一個連接到該基體結(jié)構(gòu)上的加熱元件，其中至少一個非線性溝槽結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述基體結(jié)構(gòu)和加熱元件之間，用于將被加熱的液體的通流。所述溝槽結(jié)構(gòu)實際上是通過基體結(jié)構(gòu)和加熱元件兩者來限制和形成的。因此，熱量可被直接傳遞——不用插入另一元件——并因此相對有效地從加熱元件傳遞到將被加熱的液體。特別地，當以較高的速度驅(qū)動液體通過溝槽結(jié)構(gòu)時，能夠獲得單位時間內(nèi)液體的單位體積上的相對有效和快速的熱傳遞。這里，另外的一個優(yōu)點是在溝槽結(jié)構(gòu)內(nèi)不沉積沉淀物，例如水垢，或者至少幾乎不沉淀，結(jié)果是流量較高，這將使得維護成本較低。因為溝槽結(jié)構(gòu)不是線性的形式，加熱元件和位于溝槽結(jié)構(gòu)內(nèi)的將被加熱的液體之間的接觸表面可被最大化，除了比較快速地將液體加熱到期望的溫度，還產(chǎn)生一個比較緊湊的用于快速和有效地加熱液體的設(shè)備。此外，應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的高能效方式的設(shè)備通常會節(jié)約成本。通過應(yīng)用設(shè)置在基體結(jié)構(gòu)和加熱元件之間的溝槽結(jié)構(gòu)，該溝槽結(jié)構(gòu)的表面面積和體積比能夠以相對簡單的方式——通過例如設(shè)定溝槽結(jié)構(gòu)的溝槽為一相對平坦(淺)的形式——進一步達到最大化，由此溝槽結(jié)構(gòu)僅僅具有有限的體積，這將顯著地改善單位時間內(nèi)將被加熱的液體的溫度增加。通過顯著地改善單位時間內(nèi)的液體加熱，液體穿過所述設(shè)備的通過時間能夠相應(yīng)地減少，由此用戶能夠比較快速地使用已加熱的液體。在此，液體能以高達每秒幾米的流量被引導著穿過所述溝槽結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地，該流量在1到3米/秒之間。這樣相對高的流量是特別有利的，因為在溝槽結(jié)構(gòu)中形成的蒸汽泡通常會立即從所述設(shè)備沖出。這樣相對高的流量還能夠阻止污染物——例如石灰等——在加熱元件和/或基體結(jié)構(gòu)上的沉積。污染物在加熱元件上的沉積對于從加熱元件到將被加熱的液體之間的熱傳遞是非常不利的。需要注意的是，非線性溝槽結(jié)構(gòu)提供有一個或多個可選地互相平行、非線性的溝槽，其中將被加熱的液體流動穿過非線性的二維或三維的路徑。然而，這里非?？赡芟胂蟮氖菧喜劢Y(jié)構(gòu)的部件仍然采用線性形式，但是其中的液體以一曲折路徑流動穿過所述設(shè)備。
在優(yōu)選實施方式中，溝槽結(jié)構(gòu)的至少一部分設(shè)置成凹入到基體結(jié)構(gòu)的外表面中。該溝槽結(jié)構(gòu)事先在基體結(jié)構(gòu)的制造期間已經(jīng)被設(shè)置在基體結(jié)構(gòu)內(nèi)，但是也能在隨后階段被設(shè)置在基體結(jié)構(gòu)內(nèi)。這里，基體結(jié)構(gòu)通常由塑料和/或金屬承載層形成，其中設(shè)置有一個或多個非線性溝槽。溝槽結(jié)構(gòu)能以空腔的形式設(shè)置在基體結(jié)構(gòu)內(nèi)。在另一個優(yōu)選實施方式中，溝槽結(jié)構(gòu)的至少一部分設(shè)置成凹入到加熱元件中。此種優(yōu)選實施方式是有利的，因為加熱元件和將被加熱的液體之間的接觸面積能因此增加，這通常將導致更強化以及更快速地加熱。也能夠想象在基體結(jié)構(gòu)內(nèi)部以空腔樣式設(shè)置溝槽結(jié)構(gòu)，其中加熱元件提供有相對的空腔樣式并連接到該空腔樣式。
加熱元件優(yōu)選地大致為板狀的形式。板狀加熱元件也是商業(yè)上已知的，并且通常制造相對便宜。從結(jié)構(gòu)觀點來看，采用平坦的加熱元件通常也是更有利的。該加熱元件通常由電加熱元件形成，該電加熱元件優(yōu)選地在遠離該溝槽結(jié)構(gòu)的一側(cè)提供有一軌道狀厚膜，該厚膜用于阻止電流的傳導以使得期望的熱量得以產(chǎn)生。
在另一個優(yōu)選實施方式中，溝槽結(jié)構(gòu)的溝槽長度在0.3到7米之間，特別地在0.5到5米之間，并且更特別優(yōu)選地大致上為2米。這樣的長度通常足以將液體——例如水、油等——從室溫加熱到超過攝氏90度。由于溝槽結(jié)構(gòu)具有非線性的形式，溝槽結(jié)構(gòu)的體積將會相對有限，這將會增強根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的操控。
在又一個優(yōu)選實施方式中，溝槽結(jié)構(gòu)的橫截面的面積在1到100mm2之間，特別地在2到50mm2之間。精確的面積通常依賴于該設(shè)備的特定應(yīng)用。因此，用于加熱水以泡茶或制備咖啡的設(shè)備的橫截面優(yōu)選地在2到5mm2之間。然后，對于由龍頭——通常為淋浴龍頭或沐浴龍頭流出熱水的情形，優(yōu)選地所采用的溝槽結(jié)構(gòu)具有10到60mm2之間的橫截面。例如，相同的橫截面也能被應(yīng)用于加熱炸油。
非線性溝槽結(jié)構(gòu)優(yōu)選地為至少部分有角度的形式。通過在溝槽結(jié)構(gòu)上設(shè)置一個或多個角度，可實現(xiàn)將被加熱的液體的二維或可選地三維流動前進。因此可相對有效地沿著(相對緊湊的)加熱元件導引液體，從而將液體加熱到需要的溫度。在另一優(yōu)選實施方式中，溝槽結(jié)構(gòu)至少部分為彎曲的形式。例如，通過使溝槽結(jié)構(gòu)具有大致為螺旋形的形式還能以相對緊湊和強化的方式將液體加熱到所需溫度?；w結(jié)構(gòu)優(yōu)選地為至少部分的柔性形式，其中特別地，基體結(jié)構(gòu)朝向加熱元件的一側(cè)優(yōu)選地具有柔性形式，特別地為彈性形式。為此目的，基體結(jié)構(gòu)優(yōu)選地至少部分由彈性材料制成，特別地由彈性體制成。在可選的優(yōu)選實施方式中，基體結(jié)構(gòu)包括一個金屬帶和連接到該金屬帶的絕熱層的復合條，其中該條實際上以螺旋卷繞的狀態(tài)形成溝槽結(jié)構(gòu)。為此目的，金屬帶的高度優(yōu)選地大于絕緣層的高度。絕緣層優(yōu)選地由硫化橡膠形成，以使得能夠生成溝槽結(jié)構(gòu)的除絕熱之外的介質(zhì)密封的密封。絕熱層優(yōu)選地由彈性體制成。導熱的金屬帶能夠例如由帶鋼制成。橫截面為2×2毫米的溝槽結(jié)構(gòu)能夠例如由卷起高6毫米和厚0.6毫米的帶鋼的復合條而形成，其粘附到高4毫米、厚2毫米的硫化橡膠材料上。在可選實施方式中，復合條還可由較高的條部分和相鄰的較低的條部分的一體化形成。盡管金屬條一般較硬，然而卷繞的復合條還是具有一定的柔性，因為該復合條互相連接的條部分能夠彼此相對滑動。這樣的柔性特征在使其補償加熱元件的(相當大的)變形和加熱元件在加熱期間的高度差異是特別有利的，其中所述條能以可靠和介質(zhì)密封的方式連接到加熱元件，而不管加熱元件的變形程度，由此可避免液體和從那里產(chǎn)生的蒸汽從該設(shè)備泄漏。為了能使所述條永久地連接到加熱元件并且考慮加熱元件變形的實際補償，基體結(jié)構(gòu)——特別是所述條——在偏置下受擠壓而抵靠住加熱元件，由此可避免在加熱元件和基體結(jié)構(gòu)之間形成縫隙。這里，偏置是由生成偏置的裝置實現(xiàn)的，例如膜片彈簧。這里，膜片彈簧在使得偏置均勻分布的方面是特別有利的。
在又一個優(yōu)選實施方式中，基體結(jié)構(gòu)由多個單獨的、相互連接的基體模塊形成。這里，該基體模塊可具有完全不同的特性，例如可由借助墊片隔開一定距離的多個部分形成，其中基體模塊的相對方位確定了溝槽結(jié)構(gòu)。
該設(shè)備優(yōu)選地設(shè)置有泵，該泵用于泵送將被加熱的液體，使其在壓力下通過溝槽結(jié)構(gòu)。由于通過使用根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，液體可以相對快速、強化并有效地加熱，于是能夠增加流經(jīng)溝槽結(jié)構(gòu)的液體流量，一方面防止液體加熱過于強烈，另一方面增大該設(shè)備的容量。優(yōu)選地，可以調(diào)節(jié)泵的泵流量——即單位時間內(nèi)液體單位體積的數(shù)量。有利地，可以調(diào)節(jié)泵流量，從而能夠以比較簡單的方式滿足用戶的需要，例如若需要大量的液體，可(暫時)增加泵流量，以比較快速地滿足用戶的需求。在具體的優(yōu)選實施方式中，該設(shè)備設(shè)置有耦合到泵的傳感器裝置，以根據(jù)溝槽結(jié)構(gòu)中的液體溫度調(diào)節(jié)泵流量。這里，傳感器裝置優(yōu)選地設(shè)置在該設(shè)備之前，以測量較冷的液體的溫度?？紤]所期望的液體的最終溫度和加熱元件的熱傳遞能力，從而可計算并應(yīng)用最理想的泵流量，而不會在加熱系統(tǒng)中產(chǎn)生延遲，這與傳感器裝置設(shè)置在該設(shè)備之后并用于測量已加熱液體的溫度的情形形成對比。例如，通過調(diào)整泵流量，能夠避免液體在溝槽結(jié)構(gòu)中過度加熱。當超過一個或多個臨界溫度時，可增加泵流量以避免過度加熱。當溝槽結(jié)構(gòu)中的液體溫度較低時——例如若加熱元件剛剛打開——可(暫時)減小泵流量，以在一定程度上增加液體在溝槽結(jié)構(gòu)中停留的長度，從而可改善液體的加熱。
在優(yōu)選實施方式中，該加熱元件相對于該基體結(jié)構(gòu)(反之亦然)在連接到溝槽結(jié)構(gòu)的(關(guān)閉)位置和至少部分位于與溝槽結(jié)構(gòu)具有一定距離的(打開)位置之間是可移動的。通常位置一般由加熱元件連接到基體結(jié)構(gòu)的位置形成，并從而實際上限制溝槽結(jié)構(gòu)的范圍。然后，沿著加熱元件引導將被加熱的液體通過所述的溝槽結(jié)構(gòu)，并從而被加熱。通過在(一定)壓力下引導液體穿過所述溝槽結(jié)構(gòu)，能夠避免或者至少阻止溝槽結(jié)構(gòu)內(nèi)液體的蒸發(fā)。在所述打開位置，其中加熱元件至少部分地距所述溝槽結(jié)構(gòu)(從而距該基體結(jié)構(gòu))一定的距離，在該設(shè)備內(nèi)引導的液體將不再被引導穿過溝槽結(jié)構(gòu)，而是由于蒸發(fā)的結(jié)果，將在由加熱元件和基體結(jié)構(gòu)形成的范圍受限的蒸發(fā)腔室或蒸汽腔室中蔓延——其體積相對于溝槽結(jié)構(gòu)的體積而言是相當龐大的——由此將形成蒸汽，通常為水蒸汽。因此，可由單個加熱元件生成已加熱的液體以及水蒸汽。在加熱元件和基體結(jié)構(gòu)之間的相對方位的改變優(yōu)選地由電機、氣動、液動或手動的方式實現(xiàn)。為了使得加熱元件和基體結(jié)構(gòu)之間的方位可以變化，加熱元件可以具有一種形式其中該加熱元件相對于基體結(jié)構(gòu)是可樞轉(zhuǎn)的、或者可選地整體在豎直方向上是可移動的。需要注意的是，打開位置還在維護操作的情況下是有利的，因為加熱元件和基體結(jié)構(gòu)——包括溝槽結(jié)構(gòu)更容易接觸到。在具體的優(yōu)選實施方式中，泵耦連到加熱元件和/或基體結(jié)構(gòu)，以改變加熱元件和基體結(jié)構(gòu)的相對方位。除了在壓力下將液體提供給基體結(jié)構(gòu)，泵還適于將加熱元件和基體結(jié)構(gòu)按照需要地相對于彼此而移動。
本發(fā)明還涉及用在這樣的設(shè)備中的基體結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明還涉及一種使用這樣的設(shè)備加熱液體的方法，該方法包括下列各步驟a)啟動加熱元件，和b)引導將被加熱的液體穿過在加熱元件和基體結(jié)構(gòu)之間形成的通道。該通道通常由溝槽結(jié)構(gòu)形成。然而，如前所述，還可將加熱元件設(shè)置成至少部分與溝槽結(jié)構(gòu)具有一定距離，由此可增加流動所經(jīng)過的通道的體積，從而可形成蒸汽(水蒸汽)。在此情形下，用于所產(chǎn)生的體積龐大的水蒸汽的排出口通常大于已加熱液體的排出口，從而避免妨礙該設(shè)備所產(chǎn)生的水蒸汽的排出。而步驟b)實現(xiàn)為將優(yōu)選地沿著加熱元件來引導將被加熱的液體，以確保液體可充分加熱。如步驟b)所述的引導將被加熱的液體沿著所述加熱元件流經(jīng)該溝槽結(jié)構(gòu)是在增大的壓力下進行的。該增大的壓力可以在大氣壓和高達約10巴的更高氣壓之間變化。根據(jù)本發(fā)明的該方法的另外優(yōu)點已經(jīng)在前文中詳細描述過。


下面將根據(jù)在下列附圖中示出的非限制性的示例性實施方式解釋本發(fā)明。其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第一實施方式局部剖開的透視圖；圖2a示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第二實施方式局部剖開的俯視圖；圖2b示出了沿圖2a中示出的線A-A的截面圖；圖2c示出了沿圖2a中示出的線B-B的截面圖；圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第三實施方式的截面圖；圖3b示出了沿圖3a中示出的線C-C的截面圖；圖3c示出了圖3b中示出的細節(jié)E；圖4是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一實施方式的略圖；圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第五實施方式局部剖開的俯視圖；圖5b示出了沿圖5a中示出的線E-E的截面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第六實施方式的透視圖；圖7a是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第七實施方式的局部剖開的俯視圖；圖7b示出了位于關(guān)閉位置的設(shè)備沿圖7a中示出的線F-F的截面圖；圖7c示出了位于打開位置的設(shè)備沿圖7a中示出的線F-F的截面圖；圖8a是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第八實施方式的截面圖；圖8b示出了位于關(guān)閉位置的設(shè)備沿圖8a中示出的線G-G的截面圖；以及圖8c示出了位于打開位置的設(shè)備沿圖8a中示出的線G-G的截面圖。
具體實施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備1的局部剖開的透視圖。設(shè)備1包括基體結(jié)構(gòu)2和以充分介質(zhì)密封的方式連接到該基體結(jié)構(gòu)的加熱元件4。加熱元件4和基體結(jié)構(gòu)2由夾緊裝置(未示出)夾緊到一起。在基體結(jié)構(gòu)2和加熱元件4之間、并且特別地在基體結(jié)構(gòu)2的上表面內(nèi)設(shè)置有非線性的溝槽結(jié)構(gòu)3，用于沿著加熱元件4引導將被加熱的液體。將被加熱的液體由供給口5泵送到溝槽結(jié)構(gòu)3中，并且加熱后由排出口6流出溝槽結(jié)構(gòu)3。圖1示出溝槽結(jié)構(gòu)3為Z字形，并且從一個線性溝槽部分到相鄰的線性溝槽部分還設(shè)置有多個有角度的過渡部分。顯然，由于這種有角度的非線性形式，溝槽結(jié)構(gòu)的長度包括加熱元件的多個長度，由此可相對有效并強化地加熱液體。
圖2a示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備7的第二實施方式局部剖開的俯視圖。設(shè)備7包括基體結(jié)構(gòu)14和連接到該基體結(jié)構(gòu)的加熱元件9。圖2a示出出于加熱元件9和基體結(jié)構(gòu)14之間介質(zhì)密封的目的設(shè)置有密封元件15。例如耐熱橡膠O型密封圈可用作密封元件。加熱元件9和基體結(jié)構(gòu)14由夾緊裝置(未示出)夾緊到一起?；w結(jié)構(gòu)14的凹入部分中設(shè)置有多個引導元件10、11，使得引導元件10、11一起形成液體的流動路徑12。將被加熱的液體由供給口8供給到流動路徑12，并且被加熱元件加熱后由排出口16排出。
圖2b和2c示出了分別沿圖2a中示出的線A-A和B-B的截面圖。流動路徑12實際上由在基體結(jié)構(gòu)14的凹入部分中彼此相鄰設(shè)置的引導元件10和11的不同尺寸形成。這是可實現(xiàn)的，因為引導元件10的寬度小于基體結(jié)構(gòu)14中凹入部分的寬度，并且引導元件11的高度小于基體結(jié)構(gòu)14中凹入部分的高度。通過在基體結(jié)構(gòu)中凹入部分的一側(cè)及另一側(cè)上交替地在引導元件10的寬度內(nèi)安置間隔，處于引導元件10任一側(cè)上的位于引導元件11上方的間隔互相連接。從而可得到Z字形流動路徑12，其中將被加熱的液體大致沿著垂直于加熱元件9的縱向的方向流動。這里，引導元件10和11優(yōu)選地借助連接元件13而彼此連接，該連接元件13例如可由橡膠棒形成。為了形成引導元件10、11與加熱元件9的充分介質(zhì)密封的連接，引導元件10、11放置在彈性元件17上。
圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備18的第三實施方式的截面圖。該截面圖表示沿著圖3b中示出的線D-D的視圖。設(shè)備18包括基體結(jié)構(gòu)71和連接到基體結(jié)構(gòu)71的加熱元件23。這里，基體結(jié)構(gòu)71形成用于將被加熱的液體的螺旋形溝槽20，其在一側(cè)打開。然而，在所示出的示例性實施方式中，溝槽20由相鄰的加熱元件23介質(zhì)密封地密封。為使基體結(jié)構(gòu)71穩(wěn)定、可靠并介質(zhì)密封地連接到加熱元件23，設(shè)備18包括按壓元件24，特別是膜片彈簧，用于將基體結(jié)構(gòu)71偏置地按壓到加熱元件上，以實現(xiàn)螺旋形溝槽20的可靠密封?；w結(jié)構(gòu)71實際上由卷繞成螺旋形狀的金屬——特別是帶鋼或塑料條25、以及連接到該板的相鄰的絕緣(橡膠)條26構(gòu)成。在基體結(jié)構(gòu)71的卷繞狀態(tài)下，基體結(jié)構(gòu)具有一定的柔性，盡管帶25通常具有剛性，因為基體結(jié)構(gòu)71互相相鄰的部分之間是相互可移動的，當加熱元件23由于其變熱而變形時，這是特別有利的。由此方式，可確保溝槽20的永久的和介質(zhì)密封的密封，其中可比較容易并有效地補償設(shè)備18——尤其是加熱元件23的變形?？墒┘右粋€密封件(未示出)，以防止液體可能流出溝槽20及沿著按壓元件24流動。適用于夾緊加熱元件23的環(huán)形密封件21將加熱元件23連接到設(shè)備18，并使其相對于溝槽20從而相對于按壓元件24保持在位。如前所述，按壓元件24優(yōu)選地由彈性材料制成，例如膜片彈簧，使得基體結(jié)構(gòu)71完全地并永久地連接到加熱元件23，盡管加熱元件23的平整度可能會有變化。在任意情形下，這樣的元件就所期望的壓縮長度而言一般具有略為凹入的形狀。溝槽20一側(cè)打開并適于由板狀加熱元件23完全覆蓋(參見圖3b)。這里，溝槽20設(shè)置有用于液體的供給口19和排出口22，液體優(yōu)選地在高于大氣壓的壓力下被泵送而通過溝槽20。圓柱體的按壓元件24由設(shè)備的內(nèi)壁充分介質(zhì)密封地封裝。然而，這里還可想到以其它方式在較冷的和較熱的液體之間實現(xiàn)隔離。這里圖3b示出了沿著圖3a所示出的線C-C的截面圖。液體可由供給口19運送到設(shè)備18內(nèi)，并在流經(jīng)螺旋形溝槽20后由排出口22流出該設(shè)備。在流經(jīng)溝槽20的同時，液體直接由封住溝槽20的板狀加熱元件23所加熱，即不必加入任何其它的元件。由于溝槽20的截面相當小(一般介于2到50mm2之間)，因此設(shè)備18的液體體積同樣地較小。然而，由于加熱元件23到液體的有效及強化的熱傳遞，液體將可相對快速地達到所期望的溫度。為了防止液體過熱并增大設(shè)備18的處理量，液體一般在約10巴的壓力下被泵送通過設(shè)備18。液體將優(yōu)選地覆蓋0.5、1、2、4、5或6米的溝槽長度。圖3c示出了圖3b中的細節(jié)E，并清晰地示出了溝槽20以模塊方式由卷繞成螺旋形的金屬(鋼)或塑料條25以及相鄰的絕緣(橡膠)條26形成。測試結(jié)果表明，參數(shù)a、b、c和d(參見圖3c)之間的特定比值對于液體的加熱具有有利的影響。如果a∶b∶c∶d的比值為30∶10∶1∶5，則可以優(yōu)化將液體加熱到所需溫度。為了能夠使得加熱元件23和將被加熱的液體之間的接觸面積最大，參數(shù)c最小化是特別有利的。用于形成螺旋形溝槽的基體結(jié)構(gòu)的模塊化構(gòu)造提供了高度的靈活性，因為該基體結(jié)構(gòu)可比較容易地由另一個基體結(jié)構(gòu)替換，并且可由具有不同尺寸的其它另一溝槽替換。為此目的，在所示的示例性實施方式中，帶25和/或條26將由具有不同尺寸的板和帶分別替換。由于流過溝槽20的液體的流量通常將是恒定的，溝槽20的尺寸——特別是長度和截面確定了熱傳遞容量，由此設(shè)備18——特別是設(shè)備18的容量可針對使用設(shè)備18的具體應(yīng)用而得以比較簡單地修改。此外，通過使用該設(shè)備，可相對經(jīng)濟并有效地傳遞熱量，因為絕熱條26防止熱量損耗，這使得熱量在將被加熱的液體中聚集。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備27的另一實施方式的略圖。這里，設(shè)備27包括泵33和連接到泵33的非線性溝槽結(jié)構(gòu)31。這里，溝槽結(jié)構(gòu)31由單個溝槽形成，該單個溝槽為既有彎曲又有角度的形式。這里溝槽結(jié)構(gòu)31連接到用于加熱流經(jīng)溝槽結(jié)構(gòu)31的液體——例如水或油——的厚膜元件(未示出)。為此，較冷的液體首先由導管34引導到泵33，隨后，較冷的液體受壓而沿溝槽結(jié)構(gòu)31的方向通過另一導管32引導。液體在溝槽結(jié)構(gòu)31中加熱。已加熱的液體可由排出導管29從設(shè)備27流出，并由用戶使用或用于其它目的。設(shè)備27還設(shè)置有溫度傳感器30，該溫度傳感器由導管28耦連到泵33，并位于溝槽結(jié)構(gòu)31的排出導管29內(nèi)或靠近排出導管29。若傳感器30檢測到液體溫度超過臨界值，傳感器30將通過耦連到傳感器的調(diào)節(jié)器(未示出)增加泵33的泵流量，使得(過度)加熱的液體將較快地從設(shè)備27流出，由此可防止進一步過熱。當液體加熱不充分時，可能出現(xiàn)類似(相反)的情形，隨后可(暫時)減小泵流量。
圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備35的又一實施方式局部剖開的俯視圖。設(shè)備35包括支撐結(jié)構(gòu)36，在該支撐結(jié)構(gòu)36的頂面提供有多個平行的非線性溝槽37，這些溝槽通過連接器39在該支撐結(jié)構(gòu)36的任一側(cè)相互耦連。溝槽37適用于液體的通流并且設(shè)置有用于液體的進入口38和排出口41。非線性溝槽37的上側(cè)由板狀電加熱元件42完全覆蓋而形成溝槽結(jié)構(gòu)。在支撐結(jié)構(gòu)36和加熱元件42之間設(shè)置有密封件40以避免或者至少阻止液體從設(shè)備35泄漏。圖5b示出了沿著圖5a中示出的線E-E的截面圖。圖5b示出了朝向支撐結(jié)構(gòu)36的加熱元件42的一側(cè)也提供有(三個)非線性、同樣的(Z字形)的溝槽43。這里支撐結(jié)構(gòu)36的溝槽37大致在整個長度上連接到加熱元件42的溝槽43。由此方式，仍然能夠在某種程度上增加設(shè)備35的溝槽體積，其中至少可保持該設(shè)備35的熱傳遞能力。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備44的第六實施方式的透視圖。設(shè)備44包括基體結(jié)構(gòu)45，其中設(shè)置有適于在第一情形下引導將被加熱的液體的溝槽結(jié)構(gòu)46。設(shè)備44還包括適于加熱供給到設(shè)備44的液體的加熱元件47。基體結(jié)構(gòu)45和加熱元件47的相對方位可以改變，其中加熱元件47可借助于耦連到加熱元件47的移動構(gòu)件50相對于基體結(jié)構(gòu)45移動，(在此示例性的實施方式中)其是靜止放置的。圖6示出了設(shè)備44位于打開位置，其中加熱元件不直接連接到溝槽結(jié)構(gòu)46。在此情形下，由設(shè)置在基體結(jié)構(gòu)45中的供給口49供給到溝槽結(jié)構(gòu)46的液體將沿形成于基體結(jié)構(gòu)45和加熱元件47之間的空隙的方向從溝槽結(jié)構(gòu)46蒸發(fā)出來，同時形成蒸汽。然后，所形成的蒸汽可由形成于基體結(jié)構(gòu)45中的排出口48排出，并被有效地使用。當加熱元件設(shè)置成抵靠住基體結(jié)構(gòu)45時，其中加熱元件47實際上在一側(cè)封住溝槽結(jié)構(gòu)46，在一定壓力下供給到溝槽結(jié)構(gòu)46的液體將只是被加熱，然后從設(shè)備44由排出口48排出，隨后可使用已加熱的液體。通過使用根據(jù)圖6的設(shè)備44，可加熱液體，或者可使用單個加熱元件47產(chǎn)生蒸汽。特別有利地，設(shè)備44可用于咖啡機中(或用于制備飲料的其它設(shè)備中)，由此還可使用蒸汽制備蒸餾咖啡等。由于根據(jù)本發(fā)明比較經(jīng)濟地構(gòu)造的且比較緊湊的設(shè)備44，咖啡機同樣也可具有比較緊湊的形式。
圖7a示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備51的第七實施方式的局部剖開俯視圖。設(shè)備51包括設(shè)置有流動路徑55的基體結(jié)構(gòu)56、和由鉸鏈元件53鉸接到基體結(jié)構(gòu)56的加熱元件54?？捎晒┙o口52將液體供給到流動路徑55。當加熱元件54由密封元件57連接到基體結(jié)構(gòu)56時，提供給設(shè)備51的液體將在流動路徑55中由加熱元件54加熱，隨后已加熱的液體將從設(shè)備51由排出口58排出，然后可用于特定的目的。當加熱元件54沿遠離基體結(jié)構(gòu)56的方向樞轉(zhuǎn)時，將清晰地看到流動路徑55的大部分，由此使得供給到設(shè)備51的液體可以蒸發(fā)，從而在設(shè)備51中形成蒸汽。
圖7b示出了位于關(guān)閉位置的設(shè)備51沿著圖7a示出的線F-F的截面圖。在圖7a-7c中示出的設(shè)備51與圖2a-2c中示出的設(shè)備7結(jié)構(gòu)上幾乎相同，其中基體結(jié)構(gòu)56設(shè)置有由多個借助連接元件59互相耦連的引導元件68、70組成的組件，該組件支撐在設(shè)置在基體結(jié)構(gòu)56中的彈性元件60上。與圖2a-2c中示出的實施方式的不同在于，加熱元件54在一側(cè)由鉸鏈53鉸接到基體結(jié)構(gòu)56。在所示出的情形中，加熱元件54封閉流動路徑55，由此可防止或至少阻止在流動路徑55中形成蒸汽，并且液體將僅被加熱到所期望的溫度。圖7c示出了位于打開位置的設(shè)備沿圖7a中示出的線F-F的截面圖。在該打開情形下，蒸汽將形成于基體結(jié)構(gòu)56或至少引導元件68、70和加熱元件54之間，然后該蒸汽可被有效地使用，例如用于制備飲料、清潔表面等。
圖8a示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備61的第八實施方式的截面圖。設(shè)備61結(jié)構(gòu)上類似于圖3a-3c中示出的設(shè)備18的實施方式。設(shè)備61包括螺旋形的溝槽63，該溝槽設(shè)置有供給口62和排出口64。溝槽63可由連接到溝槽63的按壓元件66推動著抵靠住板狀加熱元件67，以使得供給到溝槽63的液體可以被比較有效地加熱。這里加熱元件67由環(huán)形密封件65保持在靜止位置。按壓元件66以及與其一起的溝槽63可如上所述地被按壓著在第一(關(guān)閉)位置(參見圖8b)抵靠住加熱元件67，但可沿遠離加熱元件67的方向移動到(打開的)第二位置，由此可實現(xiàn)在形成于溝槽63和加熱元件67(參見圖8c)的蒸汽腔室69中形成蒸汽。所形成的蒸汽然后可從設(shè)備61由排出口64排出。從而可通過改變(單個)加熱元件67和溝槽63的相對方位而相對經(jīng)濟、有效地加熱液體或產(chǎn)生蒸汽或者至少蒸發(fā)。
顯然本發(fā)明不限于這里所示出及描述的示例性實施方式，而是在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)可有多種變化形式，這些變化形式對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是不證自明的。
權(quán)利要求
1.用于加熱液體的設(shè)備，包括-基體結(jié)構(gòu)，和-至少一個連接到該基體結(jié)構(gòu)的加熱元件，其中至少一個非線性的溝槽結(jié)構(gòu)設(shè)置在該基體結(jié)構(gòu)和加熱元件之間，以用于將被加熱的液體的通流。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，至少一部分溝槽設(shè)置成凹入到所述基體結(jié)構(gòu)的外表面中。
3.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于，至少一部分溝槽設(shè)置成凹入到所述加熱元件中。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述加熱元件為大致板狀的形式。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述溝槽結(jié)構(gòu)的溝槽長度在0.3和7米之間，特別地在0.5和5米之間。
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述溝槽結(jié)構(gòu)的截面的表面積在1和100mm2之間，特別地在2和50mm2之間。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述溝槽結(jié)構(gòu)具有至少部分有角度的形式。
8.如前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述溝槽結(jié)構(gòu)具有至少部分彎曲的形式。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述溝槽結(jié)構(gòu)具有至少部分螺旋形的形式，其中該溝槽結(jié)構(gòu)至少部分地由至少一個螺旋形卷繞帶形成。
10.如前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述基體結(jié)構(gòu)的朝向所述加熱元件的至少一部分具有至少部分柔性的形式，并且特別地至少部分地由柔性材料制成。
11.如前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括偏置產(chǎn)生裝置，以使該基體結(jié)構(gòu)能偏置地連接到所述加熱元件。
12.如前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述基體結(jié)構(gòu)由多個單獨的互相連接的基體模塊形成。
13.如前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備設(shè)置有泵，用于在壓力下泵送將被加熱的液體通過溝槽結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述泵的泵流量可被調(diào)節(jié)。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備設(shè)置有耦連到所述泵的傳感器裝置，用于根據(jù)所述溝槽結(jié)構(gòu)中的液體溫度來調(diào)節(jié)該泵流量。
16.如前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述加熱元件相對于所述基體結(jié)構(gòu)可在連接到所述溝槽結(jié)構(gòu)的位置以及與該溝槽結(jié)構(gòu)具有一定距離的位置之間移動。
17.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，所述基體結(jié)構(gòu)以及與該基體結(jié)構(gòu)之間隔開有一定距離的加熱元件圍出一個蒸發(fā)腔室。
18.如權(quán)利要求13到15中任一項及16或17所述的設(shè)備，其特征在于，所述泵耦連到所述加熱元件和/或基體結(jié)構(gòu)，以改變加熱元件和基體結(jié)構(gòu)的相對方位。
19.用在如權(quán)利要求1到18中任一項所述的設(shè)備中的基體結(jié)構(gòu)。
20.使用如權(quán)利要求1到18中任一項所述的設(shè)備加熱液體的方法，包括如下步驟a)啟動所述加熱元件，和b)引導將被加熱的液體流經(jīng)形成于所述加熱元件和基體結(jié)構(gòu)之間的通道。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中在步驟b)的執(zhí)行過程中，將被加熱的液體經(jīng)由溝槽結(jié)構(gòu)沿著所述加熱元件而被引導。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中在步驟b)的執(zhí)行過程中，將被加熱的液體沿著所述加熱元件而被引導流經(jīng)該通道，并形成蒸汽。
23.如權(quán)利要求20到22中任一項所述的方法，其特征在于，如步驟b)所述的引導將被加熱的液體流經(jīng)形成于所述加熱元件和基體結(jié)構(gòu)之間的通道在增大的壓力下進行。
全文摘要
用于加熱液體的設(shè)備早已經(jīng)為公知的。該設(shè)備的應(yīng)用還具有完全不同的特性。因此，這樣的加熱設(shè)備例如已經(jīng)大規(guī)模用作或者作為部件應(yīng)用于水壺、洗碗機、洗滌機、咖啡機、淋浴熱水器等。本發(fā)明涉及用于加熱液體的設(shè)備。本發(fā)明還涉及用在這樣的設(shè)備中的基體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還涉及用于加熱液體的方法。
文檔編號F24H1/12GK1922447SQ200580006105
公開日2007年2月28日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月25日
發(fā)明者西蒙·卡斯特拉 申請人:費羅技術(shù)控股公司