專利名稱：液體加熱裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液體加熱裝置。本發(fā)明還涉及一種液體加熱方法。
技術(shù)背景前序中所述的裝置已久為人知。該類裝置的應(yīng)用也頗為多樣。這種加熱裝置因此已大量地用作例如水壺、^;機(jī)、熱水配送機(jī)(例如用于制作 速溶湯)、咖啡沖煮機(jī)、淋浴加熱器等或用作上述設(shè)備中的部件。例如在 咖啡沖煮機(jī)中，該裝置特別適用于即時提供熱水。為實現(xiàn)上述目標(biāo)，這種 裝置通常設(shè)置有適于待加熱液體流通的管狀體。在流經(jīng)管狀體的過程中， 液體由位于管狀體上或反之靠近管狀體的加熱元件加熱。這種液體加熱方 法存在很多缺點。已知裝置的一個重大缺點是，液體加熱起來比較困難， 其中一個原因在于面積體積比相對較差(低)。因此為了獲得期望的加熱 效果，加熱管的長度或?qū)挾韧ǔＷ龅孟鄬^大。相對較長或較寬的管狀體 通常導(dǎo)致液體在加熱裝置中停留相對較長的時間，這是液體能夠獲得充分 且期望的加熱的必要條件。因此，通常用戶在獲得熱"前需要等待相當(dāng) 長時間。已知裝置的另一個缺點是，由其加熱的液體在出口處的溫度比較 難以控制，因為在4吏用之后通常仍有大量的(預(yù))加熱過的液體留存在管 狀體內(nèi)，而在長時間停用該裝置的過程中又有大量的相對較冷的液體(未 被(預(yù))加熱過的)留存在管狀體內(nèi)。由于從加熱元件經(jīng)由管狀體傳導(dǎo)至 待加熱液體的熱傳導(dǎo)效率不高，4吏得對液體的加熱進(jìn)一步變得困難，這也 (不利地)影響液體的加熱速度。此外，已知裝置的制it^L使用(因其加 熱效率不高)成本也相對較高。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種前序中所述類型的改進(jìn)裝置，能夠用該裝置 以比較高效且快速的方式加熱液體。為此目的，本發(fā)明提供一種前序中所述類型的裝置，該裝置包括基 座結(jié)構(gòu)和連接到基座結(jié)構(gòu)的至少一個加熱元件，其中至少一個非線性通道結(jié)構(gòu)設(shè)置在基座結(jié)構(gòu)和加熱元件之間，用于待加熱液體的流通，并且基座 結(jié)構(gòu)和加熱元件以機(jī)喊方式彼此相互連接。此處通道結(jié)構(gòu)實際上由基座結(jié) 構(gòu)和加熱元件界定和形成。于是熱量能夠比較高效地從加熱元件直接傳遞 到待加熱液體-沒有在其間設(shè)置另 一元件。特別是當(dāng)液體以較高速度被驅(qū) 動通過具有較小液體容積的通道結(jié)構(gòu)時，在單位體積單位時間內(nèi)可以實現(xiàn) 比較高效和快速的液體熱量傳輸。此處附加優(yōu)點是，由于液體的流率較高， 所以通道結(jié)構(gòu)中不會或很難有諸如石灰石之類的沉淀物沉積，從而導(dǎo)致裝 置的保養(yǎng)費用較低。由于通道結(jié)構(gòu)采用非線性型式，加熱元件與位于通道 結(jié)構(gòu)中的待加熱液體之間的接觸面積可以最大化，除了使液,快地加熱 到期望的溫度，這還導(dǎo)致產(chǎn)生用于快速且高效地加熱液體的比較緊湊的裝 置。此外，應(yīng)用依據(jù)本發(fā)明的裝置具有能量方面的優(yōu)勢，通常導(dǎo)致節(jié)省成 本。依據(jù)本發(fā)明的裝置的另一個重要優(yōu)點是，由于基座結(jié)構(gòu)和加熱元件之 間的實體性地(直接)、不可拆卸的連接，因而得以產(chǎn)生比較結(jié)實的組件， 其中通道結(jié)構(gòu)能夠以比較可靠、持久和牢固的方式密封。加熱元件和基座 結(jié)構(gòu)之間的相互附接因此導(dǎo)致提供一種裝置，該裝置能夠承受較高的M力(高達(dá)約35巴)，從而使液體能夠在較高壓力下被引導(dǎo)流過通道結(jié)構(gòu)。 當(dāng)加熱元件和基座結(jié)構(gòu)僅以側(cè)向可拆卸方式相互夾緊時，無法或至少4M^獲得通道結(jié)構(gòu)的這種密封可靠性；其中為了密封該裝置必須采用大量部 件，從而導(dǎo)致產(chǎn)生體積較大且價格較高的裝置。通過將基座結(jié)構(gòu)和加熱元 件彼此直接附接(連接)，可因此以比較簡單但是牢固、持久且可靠的方 式提供一種裝置，待加熱液體能夠在較高壓力(約35巴)下引導(dǎo)通過該裝置，從而能夠?qū)⒁欢?大)量的液M快地加熱至期望的溫度。依據(jù)本發(fā) 明的裝置的另一個優(yōu)點是，通過采用設(shè)置在基座結(jié)構(gòu)和加熱元件之間的通 道結(jié)構(gòu)，對既定應(yīng)用場合來說能夠以比較簡單的方式優(yōu)化通道結(jié)構(gòu)的面積 容積比，例如通過將通道結(jié)構(gòu)的單條通道或多條通道設(shè)置為相對較平(淺) 的型式，從而通道結(jié)構(gòu)獲得有限的容積，這能夠大幅度地提高待加熱液體 在單位時間內(nèi)的溫升值。由于顯著提高了單位時間內(nèi)液體的加熱速度，所 以可大幅度地減少液體流過該裝置的通流時間，從而用戶能夠較快地獲得已加熱的液體。此處液體能夠以高達(dá)每秒7米-優(yōu)選地介于每秒1到3米 之間的流率被引導(dǎo)通過通道結(jié)構(gòu)。這種較高的流率是特別有利的，因為以 這種方式可以避免或者至少抵消蒸汽氣泡的產(chǎn)生。在通道結(jié)構(gòu)內(nèi)形成的少 量蒸汽氣泡通常會迅速地被沖出該裝置。這種較高的流率還防止諸如石灰 石之類的污染物在加熱元件和/或基座結(jié)構(gòu)上沉積。加熱元件上的污染物沉積特別不利于熱量從加熱元件到待加熱液體的傳遞。需指出的是，非線 性通道結(jié)構(gòu)設(shè)置有一條或多條非線性通道，這些通道可以選擇性地設(shè)置成 相互平行的，其中待加熱液體優(yōu)選地流過非線性的、二維的-特別是螺旋 形的路徑。然而還可以構(gòu)想到通道結(jié)構(gòu)的若干部分采用線性型式的情況， 但是其中液體便經(jīng)由迷宮式的路徑流過該裝置。如上所述，由于加熱元件和基座結(jié)構(gòu)彼此實體連接，所以依據(jù)本發(fā)明 的裝置適于承受較高的壓力。此點帶來的優(yōu)勢是，與(操作)壓力(約達(dá)16巴)相比，液體能夠在較高的(測試)壓力(約達(dá)35巴)下被引導(dǎo)通 過該裝置的通道結(jié)構(gòu)，從而液體能夠較快地被加熱至期望溫度。為了在加 熱元件和基座結(jié)構(gòu)之間生成牢固且直接的聯(lián)接，基座結(jié)構(gòu)和加熱元件優(yōu)選 地通過至少一個軟釬焊和/或硬釬焊連接件(soldered and/or brazed connection)相互連接。釆用軟釬焊和硬釬焊連接的共同優(yōu)點是，這種連 接比較結(jié)實耐用并且允許采用較薄的分隔壁來界定通道結(jié)構(gòu)。由于軟釬焊 或硬釬焊連接件一般比較長(通常達(dá)10米)，故采用由通過軟釬焊或硬釬 焊連接到加熱元件的一條或多條較薄的分隔壁界定的通道結(jié)構(gòu)對于加熱 裝置的成本來說是有利的。優(yōu)選地，分隔壁的厚度在O.l至0.8mm之間， 特別是在0.1至0.5 mm之間。實踐中，可以預(yù)期0.1至0.5 mm的壁厚足 以承受該裝置停用及運轉(zhuǎn)的過程中的液體壓力。在本文中須指出的是，硬 釬焊定義為通過將材料加熱至硬釬焊溫度并且采用熔點溫度高于840° F (450。 C)的焊料(4fflO來使材料產(chǎn)生結(jié)合的一組聯(lián)接工藝；而軟釬焊 定義為通過將材料加熱至軟釬焊溫度并且采用熔點溫度低于840。 F (450 。C)的焊料(釬料)來使材料產(chǎn)生結(jié)合的一組聯(lián)接工藝。而且軟釬焊連 接件是導(dǎo)熱的，從而由加熱元件產(chǎn)生的熱量能夠較快、較容易且沒有太多 熱量損失地傳遞至基座結(jié)構(gòu)以便能夠以改進(jìn)的和加速的方式加熱待加熱 液體。軟釬焊連接件可由一個或多個軟釬焊點形成，但是也可由軟釬焊層 形成。在這種情況下，軟釬焊層的厚度通常在幾微米到幾亳米之間變化。 軟釬焊連接件優(yōu)選地包括至少一條軟釬焊縫。通過釆用一條或多條軟釬焊 縫， 一方面基座結(jié)構(gòu)和加熱元件可以牢固的方式相互附接，另一方面通道 結(jié)構(gòu)可以大體上介質(zhì)密封的方式被密封，從而能夠防止液體從該裝置中漏 出。軟釬焊縫優(yōu)選地沿著由基座結(jié)構(gòu)和加熱元件形成的接觸表面的至少一 部分延伸。甚至可以構(gòu)想到，為了實現(xiàn)形成軟釬焊連接件的目的，基座結(jié) 構(gòu)和加熱元件的整個接觸表面都設(shè)置有釬料。軟釬焊連接件通常由高熔點金屬的混合物—例如鎳基##形成，因而軟釬焊連接件能夠以較為簡單的 方式形成并且具有導(dǎo)熱性。盡管采用軟釬焊連接件通常是最實用的，但是 也不排除釆用一個或多個焊接連接件、或者選擇性地采用膠接件(如通過環(huán)IL^) ^^座結(jié)構(gòu)和加熱元件相互聯(lián)接。在焊接中，通過融化基座結(jié)構(gòu) 和加熱元件來進(jìn)行熔接，其中可選擇性地使用焊料。在一個優(yōu)選實施例中，通道結(jié)構(gòu)的至少一部分i殳置成凹4座結(jié)構(gòu)的 外表面-特別U座結(jié)構(gòu)的朝向加熱元件的側(cè)面。通道結(jié)構(gòu)既可以在基座 結(jié)構(gòu)的制造過程中預(yù)先設(shè)置在基座結(jié)構(gòu)中，也可以在后續(xù)階段i殳置到基座 結(jié)構(gòu)中。此處基座結(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 或多個非線性通道。通道結(jié)構(gòu)可設(shè)置成基座結(jié)構(gòu)中的空腔。通道結(jié)構(gòu)通常 由分隔壁在一個或多個側(cè)面沿側(cè)向界定。分隔壁優(yōu)選地通過軟釬焊縫連接 到加熱元件，同時形成用于通道結(jié)構(gòu)的密封件以便能夠以最佳方式密封通 道結(jié)構(gòu)并因此防止液體泄漏。在一個特定的優(yōu)選實施例中，基座結(jié)構(gòu)包括 基板，分隔壁通過至少一個焊接連接件設(shè)置在141上。此處焊接連接件通 常由焊接縫形成。以這種方式，能夠提供一種介質(zhì)密封并且具有較高抗壓 能力的裝置，在裝配之后即能對該裝置進(jìn)行泄漏測試，而不僅僅是在通過 獨立的(傳統(tǒng)的)夾緊構(gòu)造將基座結(jié)構(gòu)和加熱元件相互夾緊之后再進(jìn)行測 試。裝配完畢之后，該裝置具有液體供給口和液體排放口，并且優(yōu)選地還 具有用于容納一個或多個(熱)傳感器的一個或多個容納空間。為了進(jìn)一 步提高該裝置的密封性，特別是通道結(jié)構(gòu)的密封性，分隔壁優(yōu)選地以一體 化方式連接到基板。以這種方式，分隔壁和^L之間就不會出現(xiàn)泄漏。更 優(yōu)選地，分隔壁至少部分地由基&的變形部分形成。依據(jù)后面的實施例， 基板通常由沖壓設(shè)備沖裁(沖壓)，a在沖壓之后其若干部分彎折從而 形成至少一個分隔壁。不難想象，由上述方法生成的分隔壁設(shè)置有一個或 多個附加的彎折部以增加分隔壁與加熱元件之間的接觸面積，這通常有助 于以M方式-特別是通過硬釬焊將分隔壁連接到加熱元件。優(yōu)選地，基 板和分隔壁(基板的之前的一部分)優(yōu)選地大體上由鋼制成，特別是不銹 鋼。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)鋼-特別是不銹鋼通常非常適用于硬釬焊到加熱元件。在采 用沖壓基板(設(shè)置有分隔壁的)的情況下，基座結(jié)構(gòu)優(yōu)選地還包括至少一 個封蓋元件，用于至少部分封蓋基座結(jié)構(gòu)。封蓋元件更優(yōu)選地連接到加熱 元件和/或基板以便獲得大體上介質(zhì)密封且比較抗壓的裝置。在另一個優(yōu)選實施例中，通道結(jié)構(gòu)的至少一部分i殳置成凹入加熱元件中。該優(yōu)選實施例的優(yōu)點是能夠增加加熱元件和待加熱液體之間的接觸面 積，這通常導(dǎo)致更集中、更快捷的加熱。還可以構(gòu)想到的是，將通道結(jié)構(gòu) 設(shè)置成基座結(jié)構(gòu)內(nèi)的空腔型，而加熱元件設(shè)置有連接到上述空腔型的對合 空腔型。通道結(jié)構(gòu)優(yōu)選地包括大體上二維的幾何形狀以便能夠獲得該裝置的較 為平展的實施例，這有利于將該裝置^諸如咖啡沖煮器之類的具體的應(yīng) 用裝置中。而且具有二維幾何形狀的裝置的制勤目對比較簡單。雖然因制 造成^艮高而不值得推薦，但是也可以構(gòu)想到釆用具有三維幾何形狀的通 道結(jié)構(gòu)，因為仍然能夠制造出比較緊湊的裝置。通道結(jié)構(gòu)優(yōu)選地具有至少 部分彎曲-特別是螺旋形的設(shè)計。通道結(jié)構(gòu)的螺旋形級進(jìn)形式通常較為有 利，因為待加熱液體和加熱元件(以M座結(jié)構(gòu))之間的接觸面積可最大化，這可以大大提高單位時間內(nèi)的熱傳導(dǎo)量。在采用大體上為螺旋形、z字形或等同級進(jìn)形式的通道結(jié)構(gòu)的情況下，通道結(jié)構(gòu)將僅被單條(以相同 方式彎曲的)分隔壁沿側(cè)向界定。通過采用軟釬焊連接件將分隔壁附接到 加熱元件，即可獲得大體上介質(zhì)密封的通道結(jié)構(gòu)并因此獲得大體上介質(zhì)密 封的裝置，從而可以較為有效且高效的方式加熱液體。加熱元件優(yōu)選地采用大體上為板狀的型式。板狀加熱元件在商業(yè)領(lǐng)域 是已知的且其制造成本通常較低。而且，從結(jié)構(gòu)角度來說，采用平展的加 熱元件通常^1有利的。在這種情況下，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(yuǎn)離通道結(jié)構(gòu)的側(cè)面上設(shè)置有用于強(qiáng)制傳導(dǎo)電流的軌道狀(track-like)厚膜，以^更能夠產(chǎn)生期望的熱量。在另 一個優(yōu)選實施例中，通道結(jié)構(gòu)的通道長度介于0.3米和7米之間， 特別是介于0.5米和5米之間，更優(yōu)選地大體上為2米。這種長度通常足 以將諸如水、油之類的液體從室溫加熱到90攝氏度以上的溫度。由于通道 結(jié)構(gòu)具有非線性型式，所以通道結(jié)構(gòu)占據(jù)的體積空間較為有限，這提高了 依據(jù)本發(fā)明的裝置的可操縱性。在再一個優(yōu)選實施例中，通道結(jié)構(gòu)的橫截面的表面面積介于1 mir^和 100 mm2之間，特別是介于2 mm和50 mm 之間。確切面積通常由該裝 置的具體應(yīng)用場合決定。因此加熱用于泡茶或沖咖啡的水的裝置優(yōu)選地具 有介于2 mm2~ 5 mii^之間的橫截面。對于加熱隨后通過水龍頭-通常是 淋浴或浴釭水龍頭放出的水來說，優(yōu)選地采用橫截面介于10 1111112和60 mm2之間的通道結(jié)構(gòu)。相同的橫截面例如也可用于加熱煎油。該非線性通道結(jié)構(gòu)優(yōu)選地具有至少部分彎角的型式。通過在通道結(jié)構(gòu) 中設(shè)置一個或多個角度，可實現(xiàn)待加熱液體的二維或選擇性地三維流動級 進(jìn)形式。于是能夠比較高效地沿(相對比較緊湊的)加熱元件引導(dǎo)液體并 因此將其加熱到期望溫度。在另一個優(yōu)選實施例中，通道結(jié)構(gòu)具有至少部 分彎曲的型式。通過將通道結(jié)構(gòu)設(shè)置為大體上呈螺旋型式，液體同樣能夠 以比較緊湊和集中的方式加熱至期望溫度。在一個優(yōu)選實施例中，基座結(jié) 構(gòu)包括由較高金屬帶和連接到其上的較低金屬帶形成的復(fù)合條，其中以螺 旋形式盤繞的所述復(fù)合條實際上形成了通道結(jié)構(gòu)。所述導(dǎo)熱的金屬帶可由例如鋼條形成。橫截面為2x2毫米的通道結(jié)構(gòu)可例如通過巻繞高6毫米厚 約0.1毫米的復(fù)合鋼條而形成，該復(fù)合鋼條具有附接到其上的另一根高4 亳米厚2毫米的鋼條。在替代性實施例中，復(fù)合條也可具有包括較高^j5 分和相鄰的較低條部分的一體化構(gòu)造。盡管金屬條通常比較硬，但是由于 該盤繞復(fù)合條的相鄰條部分可相對滑動，所以該條具有一定柔性。這種彈 性特征是特別有利的，因其能夠在加熱元件的加熱過程中4M嘗加熱元件的 (相當(dāng)大的)變形以及因此所致的高度差，其中該條能夠以可靠且^ht密 封的方式永久性地連接到加熱元件，而不用考慮加熱元件的變形程度如 何，從而能夠防止液體以及從所述液體蒸發(fā)出的氣體從該裝置泄漏出去。 為了使該條能夠永久性地連接到加熱元件并且使得能夠?qū)嶋H性地補(bǔ)償加 熱元件的變形，基座結(jié)構(gòu)-特別是該條通過軟釬焊連接件連接到加熱元 件，從而能夠防止加熱元件和基座結(jié)構(gòu)之間形成間隙。在又一個優(yōu)選實施例中，基座結(jié)構(gòu)由多個獨立的、相互連接的基座模 塊形成。此處所述基座模塊可以是各種各樣的并可例如由分隔件形成，所 述分隔件由隔離件相互保持一定距離，其中所述基座模塊的相對方位決定 了通道結(jié)構(gòu)。該裝置優(yōu)選地^:置有在壓力下將待加熱液體泵送通過通道結(jié)構(gòu)的泵。因為能夠用依據(jù)本發(fā)明的裝置比較快捷、比較集中且比較高效地加熱液 體，故能夠增大液體流經(jīng)通道結(jié)構(gòu)的流率，從而一方面防止液體的過度集 中加熱，另一方面提高該裝置的工作能力。能夠優(yōu)選地調(diào)節(jié)泵的泵流率， 即單位時間內(nèi)的液體體積單位數(shù)。有利的是，調(diào)節(jié)泵流率從而能夠以比較 簡單的方式滿足用戶的要求。例如如果需要一定量的具有期望的最終溫度 的液體，則可調(diào)節(jié)泵流率(暫時性地)以便能夠較快地滿足用戶的要求。 在一個特定的優(yōu)選實施例中，該裝置設(shè)置有聯(lián)接到泵的傳感器裝置，從而能夠依照通道結(jié)構(gòu)中的液體溫度調(diào)節(jié)泵流率。此處傳感器裝置優(yōu)選地位于 該裝置前面以測量相對較冷的液體的溫度。結(jié)合液體的最終期望溫度和加 熱元件的熱傳輸能力，^t可以計算并應(yīng)用最理想的泵流率，而不會對加熱 系統(tǒng)造成任何延遲，與這種情況相反的是傳感器裝置位于該裝置之后并且 適于檢測已加熱液體的溫度。通過調(diào)節(jié)泵流率，例如可以防止通道結(jié)構(gòu)中 的液體被過度加熱。當(dāng)超過一個或多個臨界溫度時，增大泵流率從而可防 止過度加熱。然而，在接近過度加熱的情況下，通常會將加熱元件至少部 分關(guān)閉。在通道結(jié)構(gòu)中的液體溫度較低時 一例如如果加熱元件剛剛打開， 則可減小泵流率(暫時性地)以便在一定程度上延長液體在通道結(jié)構(gòu)中的 停留時間，從而獲得改善的液體加熱。在這方面應(yīng)當(dāng)指出的是，該裝置也 可連接到傳統(tǒng)的給水總管-通常為公共供水系統(tǒng)，該給水總管也可用作 泵。泵流率也可通過采用水龍頭、合適的閥門或其它控制構(gòu)件來控制。在 一個特定的優(yōu)選實施例中，該裝置包括用于檢測供應(yīng)到該裝置的液體溫度 的至少 一個入口傳感器以及用于檢測導(dǎo)出該裝置的液體溫度的至少 一個 出口傳感器，從而能夠測量通道結(jié)構(gòu)中的液體的溫度變化。結(jié)合測量該裝 置提供給液體的能量，于是便可以確定所供應(yīng)的已加熱液體的體積，特別 是在期望獲得既定體積且具有既定溫度的液體的情況下這點是相當(dāng)有用 的。此處一個應(yīng)用實例是配送(一定體積的)具有既定溫度的熱飲。優(yōu)選 地，該裝置包括控制單元，該控制單元用于根據(jù)由傳感器裝置收集的相關(guān) 溫座^信息來調(diào)節(jié)泵流率。在實際出口溫度低于期望出口溫度的情況下，可 通過控制單元來減小流率。相反地，在實際出口溫度超過期望出口溫度的 情況下，可通過控制單元來增大流率。通常，加熱元件的加熱能力(功率) 是已知的。由于通道結(jié)構(gòu)的尺寸也是已知的，故在每個流率下液體流過通 道結(jié)構(gòu)的過程中的溫升可由控制單元計算出。根據(jù)傳感器測得的或已知的 液體入口溫度以及期望的出口溫度，控制單元能夠確定最佳流率。本發(fā)明還涉及一種采用依據(jù)本發(fā)明的裝置加熱液體的方法，該方法包括下列步驟a)啟動加熱元件；b)引導(dǎo)待加熱液體通過通道結(jié)構(gòu)。如步 驟b)所述地引導(dǎo)待加熱液體通過通道結(jié)構(gòu)優(yōu)選地在壓力增大的情況下進(jìn) 行。該壓力可升至大約35巴。依據(jù)本發(fā)明的方法的其它優(yōu)點已在上文詳細(xì) 描述。在一個優(yōu)選實施例中，該方法還包括步驟c),步驟c)包括檢測通 道結(jié)構(gòu)的入口/出口處的液體溫度的步驟。在一個特定的優(yōu)選實施例中，該 方法還包括步驟d),步驟d)包括基于才艮據(jù)步驟c)檢測到的至少一個溫度來調(diào)節(jié)如步驟b)所述地引導(dǎo)通過所述通道結(jié)構(gòu)的液體的流率的步驟。 通過使得能夠調(diào)節(jié)泵流率，能夠使離開該裝置的已加熱液體的出口溫度大 體上保持在期望的出口溫度下，而無需考慮期望的出口溫JLA保持在預(yù)設(shè)的恒定溫度下或者該期望的出口溫座i^調(diào)節(jié)并因此而隨時間變化。


下面將基于下述附圖中示出的非限制性代表實施例來詳細(xì)解釋本發(fā)明。附圖中圖1示出依據(jù)本發(fā)明的裝置的局部剖視立體圖；圖2a示出依據(jù)本發(fā)明的第二個實施例的裝置的橫截面；圖2b示出沿圖2a中所示A-A線的橫截面；圖3示出依據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的裝置的示意圖；圖4a示出依據(jù)本發(fā)明的再一個實施例的裝置的局部剖視俯視圖；圖4b示出沿圖4a中所示的C-C線的橫截面；圖5a示出依據(jù)本發(fā)明的替代性實施例的裝置的立體圖；圖5b示出圖5a中所示的裝置的基座結(jié)構(gòu)的立體圖；圖5c示出圖5b中所示的基座結(jié)構(gòu)的一部分的立體圖；圖5d示出圖5a中所示的裝置的橫截面的一部分；以及圖6示出依據(jù)本發(fā)明的再一個替代性實施例的裝置的橫截面的一部分。
具體實施方式
圖1示出依據(jù)本發(fā)明的裝置1的局部剖視立體圖。裝置1包括基座結(jié) 構(gòu)2和以大體上介質(zhì)密封的方式連接到基座結(jié)構(gòu)2的加熱元件4。在基座 結(jié)構(gòu)2和加熱元件4之間—特別U座結(jié)構(gòu)2的上表面上設(shè)置有非線性的 二維通道結(jié)構(gòu)3，用于沿加熱元件4引導(dǎo)待加熱液體。待加熱液體通過供 應(yīng)口 5泵送到通道結(jié)構(gòu)3內(nèi)并且在加熱后通過排放口 6離開通道結(jié)構(gòu)3。 圖1示出通道結(jié)構(gòu)3為Z字形，并且通道結(jié)構(gòu)3在從一個線性通道部分到 相鄰的線性通道部分之間設(shè)置有多個角度過渡部。由于通道結(jié)構(gòu)3是非線性的，所以能夠沿加熱元件4的較大的加熱表面以較高的速度引導(dǎo)待加熱 液體，從而能夠以相對高效且集中的方式加熱液體。依據(jù)圖1的裝置1的 加熱元件4和基座結(jié)構(gòu)2通過軟釬焊連接件7以堅固、持久和大體上介質(zhì) 密封的方式相互連接。在所示實施例中，軟釬焊連接件可限于形成在基座 結(jié)構(gòu)2和加熱元件4之間的(周向)軟釬焊縫。圖2a示出依據(jù)本發(fā)明的第二個實施例的裝置8的橫截面。該橫截面表 示的是沿圖2b中示出的B-B線的視圖。裝置8包括基座結(jié)構(gòu)9和連接到 基座結(jié)構(gòu)9的加熱元件(參見圖2b )。此處基座結(jié)構(gòu)9形成用于待加熱液 體的螺旋形通道IO，螺旋形通道10在一側(cè)是開口的。為此目的基座結(jié)構(gòu)9 包括基板ll，以螺旋方式定向的豎直分隔壁12設(shè)置在基felll上。此處分 隔壁12適于沿側(cè)向界定通道10?；?1和分隔壁12皆優(yōu)選地采用金屬 -特別是不銹鋼制成。分隔壁12優(yōu)選地通過焊接連接件-特別是焊縫、軟 釬焊連接件 一 特別是軟釬焊縫、和/或硬釬焊連接件 一 特別是硬釬焊縫以大 體上介質(zhì)密封的方式連接到基板11 (參見圖2b )。在所示代表性實施例中， 通道IO由相鄰的加熱元件以^^質(zhì)密封的方式密封。為了4吏分隔壁12以堅 固、可靠且介質(zhì)密封的方式連接到加熱元件，加熱元件優(yōu)選地通過軟釬焊 縫或硬釬焊縫永久性地連接到分隔壁12。此處可通過軟釬焊連接件或焊接 連接件來(附加地)密封裝置8的周向接縫從而能夠提高裝置8的介質(zhì)密 封度。通道10設(shè)置有用于待加熱液體的供應(yīng)口 13和用于被裝置8加熱的 液體的排放口 14。為了能夠通過軟釬焊連接件相對高效地將加熱元件連接 到基座結(jié)構(gòu)9，焊條15優(yōu)選地設(shè)置成使加熱元件和基座結(jié)構(gòu)9能夠相互對 準(zhǔn)(定位)并且相互固定。圖2b示出沿圖2a中示出的A-A線的橫截面。液體能夠通過供應(yīng)口 13 引入裝置8并且在流經(jīng)螺旋形通道10后通過排放口 14離開該裝置。當(dāng)流 經(jīng)通道10時，液體被界定通道10的板狀加熱元件16直接加熱，即其間沒 有設(shè)置其它任何元件。由于通道截面10很小(通常在2到50 mii^之間)， 裝置8的液體容積也相對較小。然而，由于熱量高效且集中地從加熱元件 16傳遞到液體，液體能夠相對較快地達(dá)到期望的溫度。為了防止液體過熱 —特別是沸騰并增大裝置8的容量，液體通常加壓至大約0.2到16巴并優(yōu) 選地以1到3m/s的速度泵送通過裝置8。然而，裝置8曾在大約35巴的 壓力下進(jìn)^f亍過測試。由于30-35巴的壓力相對較高，所以只有在分隔壁 12在一側(cè)通過軟釬焊縫17連接到基板11并且在相對側(cè)通過焊接或硬釬焊縫18連接到加熱元件16的情況下才可應(yīng)用。焊條15也通過焊接連接件 19連接到加熱元件16且通過焊接連接件或軟釬焊連接件連接到^L 11。 加熱元件16通過周向焊縫或軟釬焊縫20連接到基fel 11，以便使裝置8介 質(zhì)密封并且抗壓。當(dāng)液體流經(jīng)通道10時，其優(yōu)選^蓋長度為0.5、 1、 2、 4、 5或6米的通道。液體流經(jīng)通道10的實際速度(單位時間的距離)取 決于通道10的尺寸—特別是長度和橫截面以及液體的流率(單位時間的體 積)，后者由泵(未示出)確定和調(diào)節(jié)，而泵又通過控制單元(未示出) 來控制?？刂茊卧诖訜嵋后w的期望溫升和加熱元件16的加熱能力 (功率)來確定流率。由于基座結(jié)構(gòu)11和加熱元件16的組件形成熱^1接 且高傳導(dǎo)的整體，所以能夠采用本裝置使熱量以相對高效且有效的方式傳 輸。為了能夠便于將裝置8連接到供應(yīng)管和排放管，供應(yīng)口 13和排放口 14均設(shè)置有聯(lián)接結(jié)構(gòu)21、 22。此處每個聯(lián)接結(jié)構(gòu)21、 22能夠通過焊接連 接件或軟釬焊連接件固定到基座結(jié)構(gòu)9的基板11。如圖2b所示，加熱元 件16包括傳導(dǎo)板23，傳導(dǎo)板23的遠(yuǎn)離分隔壁12的側(cè)面上設(shè)置有用于產(chǎn) 生熱量的厚膜24 (軌道狀電阻)。圖3示出依據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的裝置25的示意圖。此處裝置 25包括泵26和連接到泵26的非線性通道結(jié)構(gòu)27。此處通道結(jié)構(gòu)27由具 有曲線和彎角形式的單個通道形成。此處通道結(jié)構(gòu)27連接到厚膜元件(未 示出)，該厚膜元件用于加熱流經(jīng)通道結(jié)構(gòu)27的諸如水、油之類的液體。 為此目的，相對較冷的液體首先通過管28導(dǎo)引至泵26，然后所^目對較 冷的液體通過另一根管29在壓力作用下沿通道結(jié)構(gòu)27的方向被引導(dǎo)。充 滿相對較冷的液體的管28優(yōu)選地聯(lián)接到公共供水系統(tǒng)，從而省卻獨立的儲 水箱。液體在通道結(jié)構(gòu)27中被加熱。加熱后的液體通過排放管30排出裝 置25并由用戶消費或用于其它目的。裝置25還i殳置有溫度傳感器32,溫 度傳感器32通過管31 ^!接到泵26并位于通道結(jié)構(gòu)27的排放管30中或附 近。若傳感器32檢測到液體溫度超過某臨界極限，通常加熱元件25會被 至少部分關(guān)閉，從而防止發(fā)生過熱。選擇性地，可通過fi接到傳感器的控 制單元(未示出)來調(diào)節(jié)泵26的泵流率以^f更進(jìn)一步防止過熱。此處加熱元 件25的功率調(diào)節(jié)可通過采用多個獨立啟動的加熱軌道(未示出)來實現(xiàn)。 當(dāng)液體加熱不充分時，會有相似(相反)的情況出現(xiàn)，因此可(暫時性地) 降低泵流率。裝置25也可優(yōu)選地設(shè)置有入口傳感器(未示出)，從而可測 量通道結(jié)構(gòu)27中液體的溫度變化。結(jié)合測量裝置25提供給液體的能量，于是可以確定所供應(yīng)的熱液體積，這在例如配給(一定體積的)熱飲的情 況下可能是特別有用的。圖4a示出依據(jù)本發(fā)明的再一個實施例的裝置33的局部剖視俯視圖。 裝置33包括支撐結(jié)構(gòu)34，支撐結(jié)構(gòu)34頂部設(shè)置有多個平行定向的凹狀非 線性通道35，通道35在支撐結(jié)構(gòu)34的任一側(cè)通過連接器36相互聯(lián)接。 通道35適用于液體流通并且設(shè)置有用于液體的入口 37和出口 38。另夕卜， 支撐結(jié)構(gòu)34的頂側(cè)的平坦部分適于用作軟釬焊表面39，使得板狀加熱元 件40能夠設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)上，從而以介質(zhì)密封的方式覆蓋通道35。加熱 元件40的(平坦部分)底側(cè)在此處也用作軟釬焊表面。通過在上述至少一 個軟釬焊表面上施加焊骨并加熱該軟釬焊表面，可將支撐結(jié)構(gòu)34永久性地 連接到加熱元件39。圖4b示出沿圖4a中示出的C-C線的橫截面。圖4b示出加熱元件40 的朝向支撐結(jié)構(gòu)34的一側(cè)還設(shè)置有(3條)非線性、相同的(Z字形)通 道41。此處支撐結(jié)構(gòu)34的通道35大體上在整個長度上連接到加熱元件40 的通道41。以這種方式，在至少能維持裝置33的傳熱能力的情況下，可 使裝置33的通道容積在一定程度上有所增加。該圖進(jìn)一步清楚地示出支撐 結(jié)構(gòu)34和加熱元件40的朝向彼此的側(cè)面—即兩個部件34、40的接觸表面 設(shè)置有釬料42以便實現(xiàn)部件34、 40間的相互連接。圖5a示出依據(jù)本發(fā)明的替代性實施例的裝置43的立體圖。該裝置包 括加熱元件44和連接到加熱元件的基座結(jié)構(gòu)45。加熱元件44包括介電層 46，厚膜加熱軌道47以預(yù)定型式施加到介電層46上。加熱元件44和基座 結(jié)構(gòu)45相互包圍用于流通待加熱水(或其它任何液體)的大體上呈螺旋形 的通道結(jié)構(gòu)48。加熱元件44設(shè)置有用于待加熱水的進(jìn)水口 49和用于已加 熱水的出水口 50,其中進(jìn)水口 49和出水口 50分別連接到通道結(jié)構(gòu)48的 相對端。圖5b示出圖5a所示的裝置43的基座結(jié)構(gòu)45的立體圖。如圖所示， 基座結(jié)構(gòu)45包括設(shè)置有分隔壁52的基tl 51，分隔壁52 —體地連接到基 板51。從而分隔壁52限定螺旋形通道結(jié)構(gòu)48，可通過通道結(jié)構(gòu)48沿加熱 元件44引導(dǎo)待加熱水。螺旋形分隔壁52通過用螺旋形沖裁模(未示出) 沖壓(初始的)基板51而形成，沖壓之后M 51部分變形(彎折)從而 形成圖示的分隔壁52。在該說明性示例中，基^L51和分隔壁52皆由不銹 鋼制成?；Y(jié)構(gòu)45還包括部分包封或包^^L 51和分隔壁52的覆蓋元件53?；?1通過激光焊接或硬釬焊以機(jī)械方式連接到覆蓋元件53。隨 后，覆蓋元件53和分隔壁52的端面通常通過硬釬焊連接到加熱元件44。 如該圖所示，采用螺旋形分隔壁52作為(初始的)基H51的(之前的) 一部分具有多個主要優(yōu)點。圖5a-5d所示裝置的主要優(yōu)點是分隔壁52能夠 以預(yù)定方式相對準(zhǔn)確地進(jìn)行定位，此舉通常改進(jìn)裝置43在操作過程中的控 制。而且，能夠在單個工序步驟中相對迅速且高效地對覆蓋元件53和分隔 壁52進(jìn)行硬釬焊，其中例如可使裝置43通過釬焊爐從而使加熱元件44 與覆蓋元件53和分隔壁52以機(jī)械方式連接。以該方式，在制造如圖5a-5d 所示裝置的過程中，可實現(xiàn)相對較高的生產(chǎn)率。圖5c示出圖5b中所示的基座結(jié)構(gòu)45的一部分-特別^i4151和分 隔壁52的立體圖。該圖中清楚地示出，51和分隔壁52 —體地彼此相 互連接并且由單件(板料)材料(由初始的基板51形成的)構(gòu)成，其中分 隔壁52實際上由基板51的彎折部分形成。圖5d示出圖5a中所示的裝置 43的部分橫截面。該圖中示出，基& 51和分隔壁52由覆蓋元件53和加 熱元件44包封。如前所述，！^L52通過激光焊接或硬釬焊(見箭頭A) 連接到覆蓋元件53。覆蓋元件53和加熱元件44彼此間通過硬釬焊相互連 接(見箭頭B )。分隔壁52的端面也通過硬釬焊連接到加熱元件44 (見箭 頭C)。在該說明性示例中，裝置43的總高度H大體上為4.1 mm，通道 結(jié)構(gòu)48的高度h大體上為1.5 mm。裝置43的總直徑D大體上為82 mm， 而加熱元件44的直徑大體上為80mm。在該iJL明性示例中，通道結(jié)構(gòu)48 的寬度w大體上為3 mm。圖6示出依據(jù)本發(fā)明的再一個替代性實施例的裝置54的部分橫截面。 裝置54包括加熱元件55、連接到加熱元件的殼體56以及位于加熱元件55 和殼體56之間的分隔結(jié)構(gòu)57。分隔結(jié)構(gòu)57大體上為螺旋形并且適于在裝 置54內(nèi)形成螺旋形通道58，通道58適用于被加熱元件55加熱的水的流 通。分隔結(jié)構(gòu)57由單件不銹鋼制成(沖裁并二次彎折)，并且分隔結(jié)構(gòu)57 包括相對較大的第一凸緣59、相對較小的第二凸緣60以及位于第一凸緣 59和第二凸緣60之間的分隔壁61。第一凸緣59朝向殼體56并通過激光 焊接或硬釬焊以機(jī)械方式連接到所述殼體。第二凸緣60朝向加熱元件55 并通過硬釬焊以機(jī)械方式連接到所述加熱元件55。凸緣59、 60分別增加 了與殼體56和加熱元件55之間的接觸面面積，從而確保凸緣59、 60與裝 置54的這些部件55、 56以可靠、持久且大體上介質(zhì)密封的方式連接。第二凸緣60保持為相對較小以防止或至少抵消加熱元件55朝容置在通道結(jié) 構(gòu)58內(nèi)的水的熱傳輸效率的影響。利用該圖所示的裝置54，可以相對高 效的方式加熱水(或其它任何液體)。顯然，本發(fā)明不限于本文所示及所述的代表性實施例，對本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員而言顯而易見的各種變型可能落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種液體加熱裝置，包括基座結(jié)構(gòu)，以及至少一個加熱元件，其連接到所述基座結(jié)構(gòu)，其中至少一個非線性通道結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述基座結(jié)構(gòu)和所述加熱元件之間，用于待加熱液體的流通，并且所述基座結(jié)構(gòu)和所述加熱元件以機(jī)械方式相互連接。
2. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述基座結(jié)構(gòu)和所述加熱 元件通過至少 一個軟釬焊連接件相互連接。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述軟釬焊連接件由至少 一個軟釬焊縫形成，
4. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所迷軟釬焊縫沿著由所述 基座結(jié)構(gòu)和所述加熱元件形成的接觸表面的至少一部分延伸。
5. 如權(quán)利要求3或4所述的裝置，其特征在于，所述通道結(jié)構(gòu)由至少 一個分隔壁界定，所述分隔壁通過所述lt釬焊縫連接到所述加熱元件，同 時形成用于所述通道結(jié)構(gòu)的密封件.
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所U座結(jié)構(gòu)包括基板， 所述分隔壁通過至少一個焊接連接件設(shè)置在所述141上。
7. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述分隔壁至少部分地由 所述基仗的變形部分形成。
8. 如權(quán)利要求5-7中任一項所述的裝置，其特征在于，所述M和 所述分隔壁大體上由鋼-特別是不銹鋼制成。
9. 如權(quán)利要求5-8中任一項所述的裝置，其特征在于，所述分隔壁 的厚度介于0.1 mm和0.8 mm之間，特別是介于0.1 mm和0.5 mm之間。
10. 如前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包 括用于至少部分地封蓋所ii^座結(jié)構(gòu)的至少一個封蓋元件，所述封蓋元件 連接到所述加熱元件和/或所i^座結(jié)構(gòu)。
11. 如前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述通道結(jié)構(gòu) 的至少 一部分沒置為凹入所述基座結(jié)構(gòu)的 一側(cè)。
12. 如前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述通道結(jié)構(gòu) 的至少一部分沒置為凹入所述加熱元件。
13. 如前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述通道結(jié)構(gòu) 大體上為二維幾何形狀。
14.如前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述通道結(jié)構(gòu) 具有至少部分彎曲的型式。
15.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述通道結(jié)構(gòu)具有大體 上為螺旋形的型式。
16. 如前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述加熱元件 具有大體上為板狀的型式。
17. 如前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述通道結(jié)構(gòu) 的通道長度介于0.3米和7米之間，特別是介于0.5米和5米之間。
18. 如前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述通道結(jié)構(gòu) 的橫截面的表面面積介于l miT^和100 mn^之間，特別是介于2 1111112和 50 mm2之間。
19. 如前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述通道結(jié)構(gòu) 具有至少部分彎角的型式。
20.如前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述基座結(jié)構(gòu) 由多個獨立的、相互連接的基座模塊形成。
21.如前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述裝置設(shè)置 有泵，所述泵用于使待加熱液體在壓力下被泵送通過所述通道結(jié)構(gòu)。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于，所述泵的泵流率能夠調(diào)節(jié)。
23. 如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述裝置設(shè)置有聯(lián)接到 所述泵的傳感器裝置，所述傳感器裝置用于才艮據(jù)所述通道結(jié)構(gòu)中的液體的 溫度調(diào)節(jié)所述泵流率。
24. 如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括至少一個 入口傳感器，用于檢測供應(yīng)給所述裝置的液體的溫度；并且所述裝置包括 至少一個出口傳感器，用于檢測導(dǎo)出所述裝置的液體的溫度。
25. 如權(quán)利要求23-24中任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置 包括控制單元，所述控制單元用于根據(jù)由所述傳感器裝置收集到的相關(guān)溫 度信息來調(diào)節(jié)所述泵流率。
26. 如前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述裝置適于 將所述基座結(jié)構(gòu)聯(lián)接到給水總管。
27. —種采用權(quán)利要求1-26中任一項所述的裝置來加熱液體的方法, 包括下列步驟a) 啟動所述加熱元件；以及b) 引導(dǎo)待加熱液體通過所述通道結(jié)構(gòu)。
28. 如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，在增大壓力的情況下如 步驟b )所述地引導(dǎo)待加熱液體通過所述通道結(jié)構(gòu)。
29. 如權(quán)利要求27-28中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法 還包括步驟c)，步驟c)包括檢測所述通道結(jié)構(gòu)的入口和/或出口處的液體 溫度的步驟。
30. 如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述方法還包括步驟d), 步驟d )包括基于根據(jù)步驟c)檢測到的至少一個溫度來調(diào)節(jié)如步驟b )所 述地多1導(dǎo)通過所述通道結(jié)構(gòu)的液體的流率的步驟。
全文摘要
液體加熱裝置已久為人知。這類裝置的應(yīng)用也頗為多樣。這種加熱裝置因此已大量地用作例如水壺、洗碗機(jī)、洗滌機(jī)器、咖啡沖煮機(jī)、淋浴加熱器等或者用作上述設(shè)備中的部件。本發(fā)明涉及一種液體加熱裝置。本發(fā)明還涉及一種液體加熱方法。
文檔編號F24H1/14GK101283223SQ200680037871
公開日2008年10月8日 申請日期2006年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月24日
發(fā)明者西蒙·卡斯特拉 申請人:費羅技術(shù)控股公司