流加热器制造技术

一种流加热器，其包括加热元件(48；248)和第一加热区(18，20；218，220)，该第一加热区(18，20；218，220)由加热元件(48；248)加热，用于将流过其的液体加热至低于沸腾点的第一温度。该流加热器还包括第二加热区(22；222)，用于将所述液体加热至低于沸腾点的第二温度。该第二区(22；222)具有用于允许蒸汽与被加热的液体分离地从其离开的装置(25；225)。该流加热器不能操作为使得在第二区(22；222)中发生所述液体的主体沸腾。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于加热例如水的液体的流加热器。
技术介绍
已知为家用消费提供热的或 沸腾的水的多种方法。传统地，电壶或罐用于使一定量的水沸腾，例如用于制作热饮料。最近，已有允许非常迅速地提供少量热水的产品上市。它们并非批量地加热水体，而是基于流加热器，该流加热器在水通过一侧上带有厚膜印刷元件的狭窄通路时加热这些水。然而这种技术具有显著的缺点。这些缺点中的一个是，与用其能够加热水且限制效率的常规的批量加热器相比有较大的加热元件过热的风险。在使常规的壶中的水沸腾的过程中，水的主体处于大致相同的温度，其在加热进行时逐渐上升。仅靠近被加热表面的边界层显著较热。热量通过传导从被加热的表面传递至边界层，并且至少最初通过对流从边界层传递至主体。在具有高表面温度的加热器中，边界层中的水能够达到100°C并沸腾，而主体水相对冷。蒸汽气泡由于与较冷的主体的水接触而开始冷凝并塌陷。随着加热的继续，比周围的水轻的蒸汽气泡从加热器表面上升。随着气泡上升，它们将热量传导至周围较冷的水，并且所造成的冷凝最终导致该气泡塌陷。然而，随着水的主体接近沸腾温度，其不再导致上升的气泡的完全冷凝，并且它们上升至表面并自由破裂，这一般认为是指示水在沸腾。在实践中，在这个阶段，主体的水的温度并非真正在100°c。常规地，家用罐或壶会维持几秒钟的“滚沸(rolling boil) ”,这使得主体的水液体能够均勻地达到非常靠近100°C的温度，但是其永远不会真正为100°C，此外，实际的沸腾点取决于其他因素，诸如大气压力和水中溶解的物质的存在。相比之下，流加热器具有能够根据要求加热水，以及仅操作必需的时长以传送所需要的量的水的益处。然而，消费者期望显现为几乎是瞬间的——当然不长于几秒钟的启动时间。在小的家用产品的情况下，功率的量由可从墙上的插座获得的功率(通常1500W至3000W)确定，并且不能增大。在稳定的状态的条件下，根据热力学基本规律，水的流量将与加热器的输出功率相匹配(对于3kW的加热器，大约0. 5升/分钟直至I升/分钟的流量会提供温度范围为从邻近沸腾向下至大约65°C的水)。加热器的类型以及热交换机制几乎没有影响。当设计具有非常快速的启动的流加热器时，将加热器本身的热质量以及其需要加热至的温度最小化是重要的。将水和加热器之间的接触面积最大化也是重要的。在近来的现有技术中，这些要求已通过使用经由中间电绝缘层结合至不锈钢热交换器的厚膜加热器而解决。该热交换器设计有面向加热器的复杂的腔体，以将接触面积最大化。然而，申请人意识到必须注意水流在加热器表面上的分布。如果允许与表面接触的水的任何部分停滞，其会迅速沸腾，产生蒸汽包。蒸汽包不会再向元件表面提供冷却。此现象的效果是表面的快速局部加热，以及常常为加热器轨道和加热器基片表面之间的绝缘的失效。因此，为了避免此现象，将水约束为在婉蜒的狭窄通道中流动以避免停滞点。申请人:还了解到，随着狭窄水通道的使用出现了另一个问题。当水接近加热器的端部时，其会处于最热——例如85°C。水通道尽管小，仍然包括边界层和主体水通道；边界层中的水将经常沸腾，产生蒸汽气泡。在此构造中，出现在该非常小的通道中的蒸汽气泡不能通过传导和冷凝而传递热量，因为其不能将其表面区域暴露至周围的水，替代地，膨胀的气泡将简单地推动其前方的剩余的水。可以看到，如果此气泡例如在沿通道的长度的80%中发生，其实际上将导致在通道的最后20%中的所有的水猛烈地排出。除了从使用者的角度不期望的“喷出”(spitting)效果之外，覆盖在加热器的端部部分的水的消耗经常能够引起过早的元件失效。局部热点和喷出的问题约束了流加热器设计能够优化到的程度，该优化是为了将加热器表面积与所需要的液体体积之间的比率最大化以将加热 时间最小化。此外，对元件温度提供足够的感测以预防过热的需要也拖累了加热器的设计。
技术实现思路
从第一方面来看，本专利技术提供了一种流加热器，其包括加热元件；由所述加热元件加热的第一加热区，其用于将流过其的液体加热至低于沸腾点的第一温度；以及第二加热区，其用于将所述液体加热至低于沸腾点的第二温度，所述第二区具有用于允许蒸汽与被加热的液体分离地从其离开的装置，其中所述流加热器不能操作为使得在第二区中发生所述液体的主体沸腾。从第二方面来看，本专利技术提供了一种流加热器，其包括被加热的流导管，用于将其中的液体加热至低于沸腾点的第一温度；以及最终加热腔体，用于将所述液体加热至低于沸腾点的第二温度，其中所述加热腔体包括在液体表面之上的空间，用于允许蒸汽从该液体表面逸出，其中所述流加热器不能操作为使得在最终加热腔体中发生所述液体的主体沸腾。在本申请的情况下，流加热器限定为在液体流过并流出加热器时能够加热液体的流加热器。本领域技术人员会看出，根据本专利技术，流加热器设置有第二加热区或最终加热腔体，该第二加热区或最终加热腔体允许蒸汽从水的表面逸出而不会迫使被加热的水出去，即，减小或避免了喷出的现象。此外，用于蒸汽逸出的设施允许加热器的表面保持淹没在水中，从而避免局部热点。即使第二加热区不将液体的主体温度升高至沸腾点，如上文所解释的，微沸腾也会倾向于发生在加热器表面，导致随着主体温度升高而产生局部蒸汽。标准的流加热器能够看做是在使用中在其中沿流动方向存在温度梯度的流加热器。当本专利技术允许产生被加热的水时，仅第二区中的水达到最终温度；并不必要像在壶或其他“批量”加热器的情况中那样，将加热器的全部内容物加热至该温度。例如20°C的冷水温度在第一区中预加热至80°C，会具有仅50°C的平均温度。根据本专利技术，该第二加热区或最终加热腔体将水从水离开该第一区(例如该第一区类似传统的流加热器)的温度继续加热至更高的温度但主体并不沸腾。为此目的可以设置分离的加热器。然而在一组优选的实施例中，设置有延伸至第二加热区或最终加热腔体中的单个加热器。在下文中会分别地仅引用第一加热区和第二加热区。然而，这些引用应当理解为等同地应用至根据本专利技术的第二方面分别列举的被加热的流导管和最终加热腔体。这后两个术语的省略仅仅是为简明的原因，而不应当引出其他结论。第一加热区和第二加热区之间的过渡的形式对本专利技术来说并不认为是必要的，并且可以设想出几种可能性。例如该第一加热区可以在其下游端部逐渐打开以形成第二加热区。在这种情况下，第一加热区和第二加热区之间的过渡点可以相对任意地限定。例如，该过渡可以从被加热的液体所流过的通道的尺寸方面来限定，诸如此通道的截面开始扩大或当其完全扩大的点，或中间点。可替换地，可以设想从线性流速方面的限定，例如线性流速减小至第一区中的速度的一半的位置。从功能上来说，该过渡发生在蒸汽气泡能够从液体的表面逸出而不使剩余的液体位移时。在第一区中，受控的参数是水的速度(实现高速的良好热传递和可接受的水压压 降之间的平衡)，而在第二区中受控的参数是水位，实现通过确保加热器被覆盖所得到的热传递和通过确保水位尽可能低所得到的最小化水体积之间的平衡。将第一区和第二区中的水体积最小化将维持最快的启动时间。根据本专利技术的第二方面，该被加热的流导管可以以多种方法加热。在一组实施例中，如根据本专利技术的第一方面，其设置有电加热元件，用于加热其中的液体。然而这不是必要的。可替换地，其可以例如由热交换器的一侧提供，而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：科林·莫顿，文森特·约瑟夫·加维，郑义才，尼古拉斯·爱德华·吉布斯，
申请(专利权)人：施特里克斯有限公司，
类型：发明
国别省市：