CN108458474A - 一种液体加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液体加热装置，该液体加热装置包括内管、外管及密封端盖，内管的外周壁配置有螺旋状导流结构；外管套设在螺旋状导流结构的外部；外管的外周壁上适于安装加热组件；外管的内周壁与螺旋状导流结构之间相隔预定的径向间隙；内管与外管之间形成流道，流道的至少一端开口由密封端盖封盖；流道的腔壁上设置有进液口和出液口；密封端盖包括：环形端壁，配置于环形端壁内周边的第一翻边，和配置于环形端壁外周边的第二翻边。本发明通过采用固定在内管外周壁的不锈钢线、带加热组件的外管及密封端盖的结合设计，提高加热液体的食用安全，密封结构易于生产，降低了成本，并且增强了加热装置的耐高压性能。

Description

一种液体加热装置
技术领域
本发明涉及液体加热器的技术领域，尤其涉及一种液体加热装置。
背景技术
对液体连续加热的装置一般应用于需要连续出热水的加热电器中，比如咖啡机、饮料加热器、加热蒸汽机中的加热装置。目前，市面上常见的对液体连续加热的装置包括配合使用的内管和外管，其中的外管为不锈钢圆管厚膜发热元件，内管外表面套设有带螺纹凸起的包裹胶，使包裹胶与外管内表面之间构成流道，包裹胶的材质一般为硅胶或者橡胶。
但是，现有的对液体连续加热的装置存在以下缺陷：
(1)硅胶在热水的环境中，会被渗透入进其内部造成鼓泡，堵塞流道；橡胶材质容易产生异味，食品级橡胶生产工艺复杂、成本高，且橡胶在高温高气压环境中遇水时，会因为温度过高而产生异味、老化，使得橡胶***发黏甚至脱落，阻塞流道，导致出水量变小甚至不出水；
(2)另外，实现内管和外管之间的密封方式主要有两种，一种是在内外管之间套设密封圈，这种密封方式容易因密封圈老化出现漏水；另一种方式在内管的两端加工出外翻边，内管通过外翻边与外管密封连接，这种密封连接方式适于在承受高气压的环境中，然而内管翻边工艺较为复杂、且成本高，技术难度较高；
(3)此外，大多数用户一般采用自来水或矿泉水经过液体加热装置进行加热，自来水或矿泉水中含有钙镁离子，当水加热到70℃以上时，水中的钙镁类物质会结晶生成水垢，在高温煮沸条件下，及与水中胶体、细菌和有机物等粘性物质和碳酸盐的共同作用下，会形成和容器(或管道表面)粘附在一起的硬垢，水垢的导热系数较小，当水垢集结到一定程度仍不清理的话，会降低发热电路的传热效果，甚至因局部过热而烧坏发热元件。这种密闭的加热装置内，使用时很难发现水垢的集结程度，水垢的集结会对发热元件的寿命和安全造成严重的影响。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种液体加热装置，其通过采用固定在内管外周壁的螺旋状导流结构、带加热组件的外管及密封端盖的结合设计，可降低密封连接结构的制造难道，降低了制造成本，并且增强了加热装置的耐高温高压性能。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种液体加热装置，包括：内管，所述内管的外周壁配置有螺旋状导流结构；外管，所述外管套设在所述螺旋状导流结构的外部；所述外管的外周壁上适于安装加热组件；所述外管的内周壁与所述螺旋状导流结构之间相隔预定的径向间隙；所述内管与所述外管之间形成流道，所述流道的至少一端开口由密封端盖封盖；所述流道的腔壁上设置有进液口和出液口；所述密封端盖包括：环形端壁；配置于所述环形端壁内周边的第一翻边；和配置于所述环形端壁外周边的第二翻边；所述环形端壁盖设在所述内管和所述外管的端部上，且所述第一翻边与所述内管的内周壁焊接在一起，所述第二翻边与所述外管的外周壁焊接在一起。
进一步地，所述预定的径向间隙的范围为0.05mm-0.5mm。
进一步地，所述螺旋状导流结构由套设在所述内管上的螺旋金属丝形成。
进一步地，所述螺旋金属丝为不锈钢丝，所述不锈钢丝与所述内管的外周壁焊接在一起；并且/或者，所述螺旋金属丝的轴向截面形状为三角形或者梯形或者矩形，并且/或者，所述内管的两端与所述外管的两端分别相平齐。
进一步地，所述内管与所述外管均为不锈钢管，所述密封端盖为不锈钢端盖。
进一步地，所述加热组件包括：所述加热组件包括：配置于所述外管的外周壁上的绝缘介质层，及配置于所述绝缘介质层上的发热电路，所述发热电路包括固定于所述绝缘介质层上的多个发热电阻与电极，所述发热电阻的两端分别与所述电极电性连接。
进一步地，各所述发热电阻的延伸方向与所述外管的长度方向一致；所述进液口连接有水泵；所述发热电路还包括第一温感传感器，以及与所述第一温感传感器电连接的第一控制器；所述第一温感传感器配置于所述外管的靠近所述出液口的位置处，所述第一控制器用于根据所述第一温感传感器发出的温度信息，控制所述水泵进液的速度和/或所述发热电阻的加热功率。
进一步地，多个所述发热电阻绕所述外管的外周壁分布；该液体加热装置还包括第二温感传感器、以及与所述第二温感传感器电连接的第二控制器；所述第二温感传感器设置在所述外管上并靠近所述发热电阻设置，用于检测其所处位置的外管温度；所述第二控制器用于接收所述第二温感传感器发出的外管温度，并当所述外管温度在第一预设加热时间段内高于第一预设温度阈值时，控制所述发热电路断路并且/或者发出空烧提醒信息。
进一步地，所述第二温感传感器还靠近所述出液口设置，且靠近所述第二温感传感器的所述发热电阻的功率密度大于周向远离所述第二温感传感器的发热电阻的功率密度；所述第二控制器还用于当接收到的所述外管温度在第二预设加热时间段内高于第二预设温度阈值时，控制所述发热电路断路并且/或者发出水垢极限保护的提醒信息。
进一步地，所述进液口和所述出液口均设置在所述内管上，所述内管对应所述进液口的位置配置有进液导管，所述内管对应所述出液口的位置配置有出液导管，至少所述进液导管相对于所述内管的中心线倾斜地布置。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过密封端盖将内管与外管形成流道的端部进行密封连接，具体通过密封端盖扣合在内外管的端部后再通过其上的第一翻边及第二翻边与内外管进行焊接，将密封连接结构独立出来加工的方式，便于制造，避免了内管外翻边的复杂工艺，易于实现批量生产，降低了制造成本，且密封效果较好，提高了加热装置长期承受高温高压环境的稳定性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种液体加热装置的***结构示意图；
图2为图1的立体结构示意图；
图3为图2的俯视结构示意图；
图4为图3中A-A向的剖视图。
图中：1、内管；11、螺旋状导流结构；12、进液口；121、进液导管；13、出液口；131、出液导管；14、流道；20、加热组件；21、外管；211、绝缘介质层；22、发热电路；221、发热电阻；222、电极；223、第一温感传感器；224、第二温感传感器；3、密封端盖；31、第一翻边；32、第二翻边。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“水平”、“竖直”、“顶”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参照图1-4所示，示出了本发明实施例提供的一种液体加热装置的结构，该液体加热装置包括内管1、外管21及安装在外管21的外周壁上的加热组件20，该内管1的外周壁配置有螺旋状导流结构11，外管21套设在螺旋状导流结构11的外部，该螺旋状导流结构11与内管1的外周壁及外管21的内周壁共同围成供被加热液体通过的螺旋形的流道14。外管21的内周壁与螺旋状导流结构11之间相隔预定的径向间隙，该径向间隙的设置便于将配置有螺旋状导流结构11的内管1套入外管21内，还利于液体在流道14内的流动，便于对流动的液体进行充分加热。需要说明的是，可以理解，内管1大体居中的位于外管21内部，该径向间隙相当于外管21内周直径与螺旋状导流结构11的外径D之差值的二分之一。这样，在配置有螺旋状导流结构11的内管1与外管21之间形成流道14，该流道14的至少一端开口由密封端盖3封盖(本实施例中流道14的两端开口均由密封端盖3封盖)。并且，该流道的腔壁上设置有进液口12和出液口13。该密封端盖3包括环形端壁，配置于环形端壁的内周边的第一翻边31，以及配置于环形端壁的外周边的第二翻边32，环形端壁盖设在内管1和外管21的端部上，该第一翻边31与内管1的内周壁焊接在一起，第二翻边32与外管21的外周壁焊接在一起，也即，密封端盖3通过扣合在内管1和外管21的端部上后通过第一翻边31、第二翻边32与内管1和外管21焊接在一起，从而实现密封连接。这种将密封连接结构独立出来加工的方式，便于制造，易于批量生产，可降低制造成本，而且密封效果好，提高了加热装置长期承受高温高压环境的稳定性能。
这样，待加热液体从进液口12处进入由螺旋状导流结构11与内管1的外周壁及外管21的内周壁形成的流道14内后，待加热液体沿着流道14流动的同时，安装在外管21的外周壁上的加热组件20会对流动的液体进行加热，该加热组件20产生的热量通过外管21后与流道14内的液体进行热量交换，以实现对液体的连续加热，而且密封端盖3均通过焊接的方式封闭了由内管1与外管21形成的流道14，使得该液体加热装置能承受高温高压的环境。最后，经加热后的液体从出液口13流出。优选地，进液口12处会配置有水泵，以向螺旋形的流道14内不断地输送加压液体。
作为优选的实施方式，外管21的内周壁与螺旋状导流结构11之间预定的径向间隙的范围设置为0.05mm-0.5mm，在便于将配置有螺旋状导流结构11的内管1轻松套入外管21内的同时，还避免了因径向间隙过大而导致液体直接通过该径向间隙沿着内管1的长度方向流至出液口13，而不通过内管1外周壁上的螺旋状导流结构11进行导流，对液体不能充分加热；或者因径向间隙太小，造成液体在螺旋状导流结构11内停滞不前，并且接受加热组件20的持续加热，造成局部过热，结果会导致该处停滞不前的液体发生汽化产生蒸汽排出，进而造成出液口13的出液不连续并夹杂着大量气泡排出。本发明提供的实施例经过大量实验证明，当将该径向间隙设置在0.05mm-0.5mm的范围内时，既能实现液体的充分加热，加热效果良好，还能避免液体过加热的同时保证液体的流动顺畅，避免产生大的气泡。
优选地，该螺旋状导流结构11由套设在内管1上的螺旋金属丝形成，螺旋金属丝直接裸露与液体接触，可以理解，该螺旋金属丝应选不易生锈且对人体无害的金属材质。避免了例如硅胶材质的包裹胶因受热老化鼓泡，阻塞流道的现象，提高了加热装置的使用寿命，并且还提高了食用安全。
作为优选的实施方式，螺旋金属丝配置为不锈钢丝，不锈钢丝与内管1的外周壁焊接在一起，避免在流道内晃动产生噪音。并且/或者，螺旋金属丝的轴向截面形状为三角形或者梯形或者矩形，将三角形或者梯形的底边焊接在内管1的外周壁上，这样形成的流道结构简单，便于生产，而且导流性能更稳定。并且，内管1和外管21的两端分别平齐，便于密封端盖3的第一翻边31和第二翻边32分别与内管1的内周壁和外管21的外周壁进行焊接
优选地，为进一步提高食用的安全性，内管1与外管21均设置为不锈钢管，密封端盖3设置为不锈钢端盖。
另外，如图2所示，加热组件20包括配置于外管21的外周壁上的绝缘介质层211及配置于绝缘介质层211上的发热电路22，在外管21的外周壁上印烧绝缘介质层211，该发热电路22产生的热量用于对螺旋形流道14内流动的液体进行热交换。优选地，外管21的壁厚范围为0.5mm-1mm，内管1的壁厚范围为0.3mm-1mm。
优选地，该发热电路22包括固定于绝缘介质层211上的多个发热电阻221与电极222，发热电阻221的两端分别与电极222电性连接，这样，在电极222处接入电源，供该发热电阻221产生热量。
优选地，各发热电阻221的延伸方向与外管21的长度方向一致，进液口12连接有水泵(图中未示出)。该液体加热装置还包括第一温感传感器223，以及与第一温感传感器223电连接的第一控制器(例如本实施例中采用PCB板控制)，该第一温感传感器223配置于外管的靠近出液口13的位置处。由图中可以看出，本实施例中出液口13开设在内管1上，该第一温感传感器223为尽量靠近出液口13，可以设置在外管21的离出液口13最近的径向位置处。第一温感传感器223通过检测靠近出液口13的外管21的筒壁温度，即可近似检测出液口13的液体温度，该PCB板根据第一温感传感器223发出的温度信息，控制水泵进液的速度和/或发热电阻221的加热功率。优选地，该第一温感传感器223设置在靠近出液口13的位置的同时并且尽量在轴向上远离发热电阻221，以便于准确检测出液口13液体的温度。这样，该第一温感传感器223用于检测出液的温度并反馈至PCB板，该PCB板根据实测的出液温度数据与用户设定出液所需温度进行比较，以自动调节发热电阻221的加热功率，或者通过控制水泵以调节进入流道14内液体的流速，进而实现对出液温度的准确控制。
为便于对螺旋状流道14内的液体进行均匀地加热，多个发热电阻221绕外管21的外周壁分布设置，优选地可近似均匀的分布设置，使得发热电阻221正对流道14内的液体，以向流动的液体及时传递热量。另外，该液体加热装置还包括第二温感传感器224，以及与第二温感传感器224电连接的第二控制器(该第二控制器例如同样采用本实施例中上述的PCB板控制)，该第二温感传感器224设置在外管21上并靠近发热电阻设置，用于检测第二温感传感器224所在位置的外管温度，第二控制器(PCB板)用于接收第二温感传感器发出的外管温度，并当该外管温度在第一预设加热时间段内高于第一预设温度阈值时，控制发热电路22断路并且/或者发出空烧提醒信息。这是因为，当流道14内没有液体时，发热电阻221产生的热量不能通过外管壁传递给液体散热，导致外管壁在短时间内(即第一预设加热时间段内)快速升温(高于第一预设温度阈值)，PCB板即可根据第二温感传感器224发来的外管温度信息控制发热电路断路，并且/或者发出空烧提醒信息，从而实现干烧保护，避免加热组件20不被烧毁。优选地，第一温感传感器223与第二温感传感器224沿外管21的长度方向排列设置，便于烧印及激光修调工序。
作为优选的实施方式，由于出液口13处温度最高，水垢集结的速度更快，可以将第二温感传感器224相对于进液口12更靠近出液口13设置，优选地，第一温感传感器223相对于第二温感传感器224更靠近出液口13设置。为实现水垢的靶向聚集，可以使靠近第二温感传感器224的发热电阻221的功率密度大于周向远离第二温感传感器224的发热电阻的功率密度，在非干烧情况下，第二控制器(PCB板)还用于接收第二温感传感器224发出的外管温度，并当接收到的外管温度在第二预设加热时间段内高于第二预设温度阈值时，控制发热电路断路，并且/或者发出水垢极限保护的提醒信息。
具体的水垢检测原理如下所述：通过使该第二温感传感器224附近的发热电阻221的工作温度(跟功率密度有关)高于其它区域的发热电阻221，从而使得水垢首先在该第二温感传感器224的周边开始集结，并且水垢的集结量会多于其它区域的水垢集结量，当水垢集结达到一定程度后，由于水垢的热阻大，即导热系数小，在发热电阻221持续给流道14内液体传递热量的时候，会由于水垢的存在导致集结水垢处的发热电阻221所产生的热量不能通过不锈钢外管21纵向传递给液体，进而导致该处的外管21的筒壁的温度升高，于是，第二温感传感器224检测到此时的外管温度并反馈给PCB板，发出提醒用户需要清理水垢的信息，及控制发热电路断路以停止加热，有效预防了因水垢集结导致发热电阻221局部过热而导致烧毁的风险，而且水垢集结在出液口13附近，便于用户清理水垢。如图2所示，要实现发热电阻功率密度的增大，可通过减小第二温感传感器224周边发热电阻的线条宽度。这样，该第二温感传感器224具有集成检测的功能，可实现防干烧保护及水垢检测提醒的功能，优化了该液体加热装置的功能。
具体地，水垢检测极限保护的方法，如下：
S1，在液体加热装置开始加热液体后(非干烧状态下)，第二温感传感器开始检测外管温度，将该外管温度与第二控制器(例如本实施例中采用上述PCB板控制)预设的第二预设温度阈值进行比较，在外管温度达到第二预设温度阈值时产生执行命令。
S2，根据所述执行命令控制电极断开，并发出水垢极限保护的信息提醒，提醒用户清理出液口附近集结的水垢。
例如出液口13的出液温度在60～98℃时，第二温感传感器224检测到的温度为55～91℃，随着加热时间的增加，第二温感传感器224周边开始集结水垢，随着水垢的增加，当水垢集结到一定程度时，发热电阻温度升高，其产生的热量横向传递到第二温感传感器224，检测到此时外管温度并反馈给PCB板，与PCB板预设的例如100℃保护阈值进行比较，当该外管温度大于100℃时，PCB板控制断开电源并提示水垢极限保护，提醒用户需要清洗水垢。
优选地，如图4所示，进液口12和出液口13均设置在内管1上，内管1对应进液口12的位置配置有进液导管121，内管1对应出液口13的位置配置有出液导管131，至少进液导管121相对于内管1的中心线倾斜地布置，使得液体便于流入。另外，为便于安装进液导管121及出液导管131，该进液导管121及出液导管131安装于内管1中心形成的空腔中。
本发明实施例提供的液体加热装置，其密封连接形式结构简单，制造成本低，高温高压环境下性能稳定使用寿命长，不锈钢螺旋状流道食用安全系数高，出水温度稳定，而且增加了水垢检测，提高了加热元件的寿命，具有较高地应用推广价值。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种液体加热装置，其特征在于，包括：
内管，所述内管的外周壁配置有螺旋状导流结构；
外管，所述外管套设在所述螺旋状导流结构的外部；所述外管的外周壁上适于安装加热组件；所述外管的内周壁与所述螺旋状导流结构之间相隔预定的径向间隙；
所述内管与所述外管之间形成流道，所述流道的至少一端开口由密封端盖封盖；所述流道的腔壁上设置有进液口和出液口；
所述密封端盖包括：环形端壁；配置于所述环形端壁内周边的第一翻边；和配置于所述环形端壁外周边的第二翻边；所述环形端壁盖设于所述内管和所述外管的端部上，且所述第一翻边与所述内管的内周壁焊接在一起，所述第二翻边与所述外管的外周壁焊接在一起。
2.如权利要求1所述的液体加热装置，其特征在于，所述预定的径向间隙的范围为0.05mm-0.5mm。
3.如权利要求2所述的液体加热装置，其特征在于，所述螺旋状导流结构由套设在所述内管上的螺旋金属丝形成。
4.如权利要求3所述的液体加热装置，其特征在于，所述螺旋金属丝为不锈钢丝，所述不锈钢丝与所述内管的外周壁焊接在一起；并且/或者，所述螺旋金属丝的轴向截面形状为三角形或者梯形或者矩形，并且/或者，所述内管的两端与所述外管的两端分别相平齐。
5.如权利要求1至4中任一项所述的液体加热装置，其特征在于，所述内管与所述外管均为不锈钢管，所述密封端盖为不锈钢端盖。
6.如权利要5所述的液体加热装置，其特征在于，所述加热组件包括：配置于所述外管的外周壁上的绝缘介质层，及配置于所述绝缘介质层上的发热电路，所述发热电路包括固定于所述绝缘介质层上的多个发热电阻与电极，所述发热电阻的两端分别与所述电极电性连接。
7.如权利要求6所述的液体加热装置，其特征在于，各所述发热电阻的延伸方向与所述外管的长度方向一致；所述进液口连接有水泵；该液体加热装置还包括第一温感传感器，以及与所述第一温感传感器电连接的第一控制器；所述第一温感传感器配置于所述外管的靠近所述出液口的位置处，所述第一控制器用于根据所述第一温感传感器发出的温度信息，控制所述水泵进液的速度和/或所述发热电阻的加热功率。
8.如权利要求6所述的液体加热装置，其特征在于，多个所述发热电阻绕所述外管的外周壁分布；该液体加热装置还包括第二温感传感器、以及与所述第二温感传感器电连接的第二控制器；所述第二温感传感器设置在所述外管上并靠近所述发热电阻设置，用于检测其所处位置的外管温度；所述第二控制器用于接收所述第二温感传感器发出的外管温度，并当所述外管温度在第一预设加热时间段内高于第一预设温度阈值时，控制所述发热电路断路并且/或者发出空烧提醒信息。
9.如权利要求8所述的液体加热装置，其特征在于，所述第二温感传感器还靠近所述出液口设置，且靠近所述第二温感传感器的所述发热电阻的功率密度大于周向远离所述第二温感传感器的发热电阻的功率密度；所述第二控制器还用于当接收到的所述外管温度在第二预设加热时间段内高于第二预设温度阈值时，控制所述发热电路断路并且/或者发出水垢极限保护的提醒信息。
10.如权利要求1或2所述的液体加热装置，其特征在于，所述进液口和所述出液口均设置在所述内管上，所述内管对应所述进液口的位置配置有进液导管，所述内管对应所述出液口的位置配置有出液导管，至少所述进液导管相对于所述内管的中心线倾斜地布置。
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