CN1414837A - 把液体连续加热到恒温的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种把液体连续加热到恒温的家用、特别是用来冲咖啡的装置，包括一室温水槽(1)、一泵(2)、其电力供应受一开关控制的一加热体(3)和预定温度液体的一用户出口(15)。该装置包括一调节由泵(2)输送给加热体(3)的冷水的流率、受从加热体(3)流出的液体的温度的控制的装置(16、22、24)和一在水未达到最小预设工作温度时使从加热体(3)流出的水循环到水槽(1)或泵(2)的进口侧的装置(16a、29、28)，该循环装置也受从加热体(3)流出的水的温度的控制。该装置在液体的用户出口(15)上有一额定阀(4)。

Description

把液体连续加热到恒温的装置和方法

本发明涉及把液体连续加热到恒温的装置和方法。该装置的一个特殊应用场合是加热到精确恒温以允许比方说制备食品。

本装置和方法特别可用于在压力下加热水以作冲咖啡之用。

已经知道用于冲咖啡的非连续水加热装置加热一给定量的水然后用泵冲咖啡。在这类装置中，可用水量受到限制，加热时间长，不可避免地，在每两次冲咖啡之间必须等待一段时间。此外，这些装置体积大、价格高。

还公知有一些水连续加热装置，水在通过埋置在一均温块中的导管或管路中时被加热，该均温块的热容量高，以确保恒温。可用水量受该均温块的热容量的限制，无论如何，用来调节电力供应和/或输出水量的装置无法使用经济装置获得足够温度的精确度。此外，加热时间仍很长。

冲咖啡的这类水连续加热装置是公知的，例如来自下面的文件：EP0 307 955、EP0 676 163、EP0 771 542和FR2 683 135。

本发明的目的是提供一种把液体连续加热到恒定温度的装置的生产，该装置在放出该液体时的温度方面，同时是经济，精确的，该装置的加热体不需要高的热惯性，因此不需要长的加热时间。

本发明涉及一种能排除公知装置的缺点、实现上述目的的把液体连续加热到恒温的装置和方法，本发明装置的特征见权利要求1，本发明方法的特征见权利要求15。

附图通过图解的方法以举例的方式显示了根据本发明的加热装置的一种实施方式。

图1为该连续加热装置的方框图。

图2为流率调节和水回流装置的纵向剖面图。

图3为流率调节器的局部放大剖面图。

图4、5和6放大示出流率调节器的决定于水的温度的三个不同位置。

图7示出根据流率调节器的位置、从而根据水温的流率与水压之间关系。

图8详示了流率调节器的两种可替换形式。

图9为循环装置的放大剖面图。

图10、11和12示出根据水温水回流装置的位置。

图13示出根据离开加热体的水的温度，用来调节流率和回流的该装置的恒温元件的行程。

根据附图中举例示出的把液体连续加热到恒温的装置包括一室温水槽1、一抽取容纳在水槽1中的水或液体的泵2和一加热体3，泵抽取的水或液体流过该加热体，该加热体包括一装有一阀4的用水出口。

冷水泵2具有适合于预定用途、例如冲咖啡的特性、特别是关于其“压力-流率”特性。该泵比方说可为机电类型，其特性类似于图7所示。

水槽1装有一止回阀5，用于防止水或液体经连接水槽与泵2的管子6流回水槽1。

加热体3的电力适合于标称流率的待加热液体，可由与一电阻件热连接的水或液体管构成。该部件可为一单个零件，也可用两管子装配或连接而成，一管子用作液体管，另一管子罩住电阻件，该部件的热容量低。管子的长度和直径主要取决于液体流率和所需电力。这类加热体已经存在并且可以通过商业途径获得。水管的横截面适应于该连续加热装置的标称流率，水管可用各种材料、特别是不锈钢制成，可经处理以防止水垢的积累。

所图示的该连续加热装置还包括一个当水或液体未达到其设定温度时调节水流率和回流的装置。

该流率/循环调节部件7包括一含有流率调节器的冷部7a和一含有一恒温调节器和水循环装置的热部7b。该流率/循环调节部件7的热部最好固定或装在加热体3上。泵2把冷水从流率/循环调节部件7的冷部的进口8泵入流率调节器中后从其出口9流入加热体3的进口10。加热体的出口11连接到该部件7的热部7b的进口12。部件7的热部7b有两个出口，一个出口为用户热水出口13，另一个出口14为尚未达到设定温度的循环水的出口。

用户出口13经阀4连接到比方说一冲咖啡的渗滤器15或任何其他使用经加热液体的装置。

图2-12详细示出该流率/循环调节部件7，该部件包括两沿轴向首尾相接装配在一起、但彼此热绝缘的圆柱部7a、7b。

包括流率调节器的冷部7a包括一轴向中心孔，一调节杆16在该中心孔中经密封17、18、19滑动。该部件7的冷部7a在密封18与19之间有一与冷水进口8直接连通的环形进水室20。该部件7的冷部7a在密封17与18之间还有一与向加热体供应冷水的出口9直接连通的环形出水室21。

流率调节器由一导流管构成，该导流管的水道横截面可随杆16的轴向位置变动。该导流管由一形成在杆16中、在其圆周面上开口的径向狭槽22构成，使得进水室20按照杆16的轴向位置经一从最小横截面变动到最大横截面的管道与部件7的冷部7a的出水室21连接。如图8所示，径向狭槽22的形状可呈连续斜坡形或阶梯形。因此可通过选择狭槽22的横截面形状实现水的流率随杆16在冷部7a中的轴向位置而变的功能。

部件7的热部7b包括一直径比冷部7a的孔的直径大的孔，杆16的头部16a在该孔中经密封23滑动。一恒温元件24用一环形物25固定在部件7的热部7b上。该恒温元件24的活塞26抵靠形成在杆16的头部16a中的孔的封闭端。

该部件7的该热部7b包括第一室27，热水从加热体3的出口11经该热部的进口12流入该室27中。第一室27与该热部向阀4和渗滤器15供应热水的出口13直接连通。

杆16的头部16a的圆周面在其部分长度上有一径向铣削开口28，使得第一室27可按照杆16的位置与部件7的循环出口14连通。该循环出口14与连接水槽1与泵2的管道6连通。

一弹簧30使得杆16保持在向热部7a移置的静止位置上，在该位置上，由导流管22调节的冷水流率最小，水循环出口14与部件7的热部7b的第一室27连通。

流率调节器和循环装置由本身受到热敏元件24的作用的杆16操纵。该热敏元件24可为蜡盒型、液体汽化型或具有形状记忆功能的金属型或高膨胀系数金属型等。

本申请寻求的特征主要是能对于一精确温度在负载下产生一位移。滞后现象、精度、速度和成本这些标准意味着蜡盒型元件在该装置中特别适合于调节水的流率和循环。蜡盒型恒温元件的特性比方说如图13所示。

该连续加热装置的工作情况如下。

在“off”位置，杆16在弹簧30的作用下处于向左移置的静止位置，从而冷水进水室20由导流管22的小横截面与流率调节器的出水室21连通。因此冷水流率低。在该静止位置上，热部7b的第一室27由铣削开口28与热部7b的循环出口14连通。

当用户开动该加热装置时，加热体3通电。由于加热体的热惯性小，温度迅速上升。达到预热温度时，一固定在加热体上的恒温开关29自动或手动开动水泵2。该泵从而在低流率下向加热体3供应冷水，此时流率调节器处于最小流率位置。加热体流出的水流到循环装置的第一室27中激活恒温元件24。只要未达到工作温度，杆16在恒温元件作用下的位移不足以隔离室27与循环出口14，泵入的所有水循环到泵2与冷水混合。事实上，只要室27中未确立起足够高的水压即比阀4的保持力高的水压，水无法流向渗滤器。

随着流入室27的水的温度逐渐上升，杆16向右边移动，导流管22的水道横截面增加，导流管28的横截面减小。

因此，举例说，如热部7b的第一室27中的水的温度等于或小于86℃，则流率调节器的位置如图4所示，循环装置的位置如图10所示，工作点为图7和13的A点。

当达到水可使用的最低温度以上时，热敏元件24的活塞26移动杆16，冷水流率提高到其标称值，循环导流管28的横截面减小。在该标称温度、比方说90°下，导流管22和28的位置如图5和11所示，工作点为图7和13中的B点。循环导流管28关闭，室27中的水压上升并超过阀4的保持力，水供应给渗滤器。

如温度上升到该保持值以上，杆16继续向右移动，导流管22的横截面进一步增加，流率变得比标称流率大得多(图6、12)，工作点位于C(图7和13)，从而流入室27的水的温度自动下降，加热体的电力不足以把流率大大高于标称流率的水加热到所需温度。因此杆16向左移动，冷水流率再次下降。

只要该加热装置输出热水，流出的热水温度如此自动调节到其预定标称使用值。

当用户关闭该加热装置的电源开关时，泵2和加热体的供电就被切断。

上述加热装置有如下几方面的好处和优点。

·只要水未达到预定温度，该加热装置就不会出水；

·使用热水前的等待时间缩短，因为只要未达到标称温度，待加

  热的水的流率始终很低；

·温度低于预定使用温度的水流回泵与冷水混合，因此减少形成

  水垢；

·整个流率和循环调节装置为机械装置，因此容易制造；只使用

  一个恒温元件调节冷水流率和循环温度不足以使用的水。该装

  置便于制造和使用、成本低、工作精度高。

如上所述，本发明的主要特征之一在于，在泵与加热体和渗滤器之间设置一在水未达到其标称温度时调节冷水流率和循环经加热水的装置，这两个功能同时由一热敏元件控制。

当然，也可使用用与上述不同方式生产的装置调节流率以实现冷水流入加热体后或是供应给渗滤器或是循环这一双重功能，该装置最好是机械装置，但仍通过使用传感从加热体流出的水的温度的单一传感器进行机电或电子调节。

本发明还涉及一种把液体、一般为水连续加热到恒温的方法，从而一定量的水从一冷水或室温水水槽泵出后流经一热惯性低的加热体，使得预定温度的热水可输送给一用户出口、例如一渗滤器。该方法的突出之处在于，一方面供应给加热体的冷水流率、另一方面循环到泵的进口侧的热水的比例按照从加热体流出的水的温度予以调节。按照该方法，水在达到其标称温度前并且该热水在达到预定水压前不输送到用户出口。单一温度传感器控制该冷水流率的调节，同时控制热水的循环程度。

使用这一方法，在水开始加热时，只有小流率的水输送给加热体，就使得水温迅速上升，只要水未达到最低使用温度，水就循环到泵的进口。从加热体流出的水的温度达到其标称值时水的循环才停止，造成水压提高后输送给用户热水出口。同时，输送给加热体的冷水流率提高。

如热水超过固定标称温度，输送给加热体的冷水流率进一步提高，从而造成从加热体流出的水的温度下降。

使用该方法，把从加热体流出的水的温度提高到其标称温度所需时间缩短，只要水未达到其标称温度，水就无法输送给用户出口，然后通过调节流入加热体的冷水的流率调节水的温度。

总之，上述连续加热液体的方法和装置包括：

A)通过调节由泵2输送的室温水槽中的水的流率来调节出口处的水的温度。

用由设置在从加热体3流出的热水的流道中的一热敏元件24控制的一可变导流管装置22来调节流率。

该加热体3的不变电力可视所需流率而定，无需高热容量或大量热惯性。

因此其预热时间大大缩短，可批量生产的加热体的成本降低。

由于冷水流率可调节，因此不易积水垢，这在高温水路中是很难克服的一种重要现象。

按照由恒温元件引起的位移或是逐渐或是分级改变水道的横截面即可调节流率。

只要未达到温度设定点，水的流率就比在给定加热功率下可提高到预定温度的流率低得多。

温度接近设定点时，流率接近由加热功率确定的标称流率。

当温度超过温度设定点时，流率比标称流率高得多。

B)只要未达到温度设定点，热水就返回水槽或泵的进口侧。

为降低成本，该循环装置由同一热敏元件控制。

当返回泵的进口侧时，热水与冷水的混合可防止在泵中积水垢。

此外，该流率调节和循环装置最好分为两部分：

一包括流率调节器、可用塑料制成的冷部7a，

一包括热敏元件、循环体和加热体并且用良导热材料例如铝合金制成的热部7b，

这两个部分彼此热绝缘。

这一结构可大大减小该装置的体积和各部件的质量而且能够有一个很低水量，从而预热极快。

热部的预热受机械或电子恒温元件29的控制。

达到预热温度时，恒温元件29自动开动泵或通知用户已完成预热。

从而进行如下操作：

泵2把从水槽1抽取的水从8输入流率调节器22。

其流率决定于受恒温元件24推动的控制杆16的位置的水从9流出流率调节器后从10流入加热体3。

从11流出的热水从12流入该调节器的热部7b激活恒温元件24。

只要循环装置28未被杆16的位移关闭，水就从14流回泵2的进口侧。

达到温度设定点时，恒温元件24开始移动杆16而关闭循环装置28。

水然后从13流出后经阀4流到渗滤器头15。

在所示实施例中，调节流入加热体的冷水的流率的装置和在温度未达到最小设定值时循环从加热体流出的水的装置组合成受单一热敏元件控制的单一部件。从而结构简化、成本降低、体积减小。

但是，冷水流率调节装置、水从加热体到泵进口侧或水槽的循环装置也可为独立的两装置。这两个装置最好使用同一热敏元件受从加热体流出的水的温度的控制，但这两个装置也可各由一传感器控制。

Claims (20)

1.把液体连续加热到恒温的家用、特别是用来冲咖啡的装置，包括一室温水槽、一泵、其电力供应受一开关控制的一加热体还包括一个用于预定温度液体的用户出口，其特征在于，该装置包括一调节由泵输送给加热体的冷水的流率并根据从加热体流出的水的温度进行控制的装置和一在水未达到最小预设工作温度时使从加热体流出的水循环到水槽或泵的进口侧的装置，该循环装置也受从加热体流出的水的温度的控制；该装置在液体的用户出口上有一额定阀。

2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，该调节输送给加热体的冷水的流率的装置和该循环装置组合成单一部件，该部件通过对从加热体流出的水的温度进行反应的单一恒温元件进行操纵。

3.按权利要求2所述的装置，其特征在于，该冷水流率调节和循环部件包括一冷部，该冷部包括一用泵泵入的水的进口和向加热体供应水的一出口，该冷部内部有一导流管，用来改变输送给所述加热体的冷水的流率。

4.按权利要求3所述的装置，其特征在于，该流率调节和循环部件包括一与所述冷部同轴地固定在所述冷部上、但与所述冷部热绝缘的热部，该热部包括一供从加热体流出的水流入该热部中的一室中的进口，该室与该装置的装有阀的用户出口直接连通并经一关闭导流管连接到一与水槽或泵进口连接的水循环出口；操纵两导流管的恒温元件位于该部件的热部的该室中。

5.按权利要求4所述的装置，其特征在于，该流率/循环调节部件包括一有一大直径头部的杆，该杆的头部在该部件的热部的一孔中滑动的同时，该杆在该部件的冷部的一孔中滑动；位于该部件的热部的该室中的恒温元件固定在该热部中，其轴向位置决定于该室中的水的温度的该恒温元件的活塞克服一复位弹簧的弹力，轴向推动该杆。

6.按权利要求5所述的装置，其特征在于，该部件的冷部包括一与从泵泵入的冷水进口连通的进水室和一与向加热体供应水的出口连通的出水室；该冷水流率调节导流管由在该杆的圆周面上开口的一径向狭槽构成，该狭槽的横截面在该杆的纵向轴线方向上变动，该狭槽使得进水室与出水室随着该杆的轴向位置的改变以横截面不同的水道连通；当该杆处于静止位置上时，所述水道横截面最小。

7.按权利要求6所述的装置，其特征在于，该部件的冷部与该杆之间的密封位于两室之间和两室的两侧面上。

8.按权利要求4-7之一所述的装置，其特征在于，该杆的头部包括沿其部分长度、在其圆周面上开口的一径向铣削开口，该铣削开口根据该杆的头部在该部件的所述热部中的轴向位置，使得该部件的热部的该室与循环出口连通或不连通。

9.按权利要求8所述的装置，其特征在于，该杆的头部与该部件的热部之间有一密封，该密封位于该室与该循环出口之间。

10.按上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，该装置包括一装在该循环装置上、控制泵的电力供应的温度传感器。

11.按上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，用户热水出口由一渗滤器构成。

12.按上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，该恒温元件为蜡盒型，液体汽化型，基于容易引起活塞轴向位移的形状记忆金属或高膨胀系数金属。

13.按上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，该加热体的热惯性低。

14.按权利要求3-13之一所述的装置，其特征在于，调节输送给加热体的冷水的流率的导流管的水道横截面连续变动或分级变动。

15.把液体、特别是水连续加热到恒温的方法，从而一定量的水从冷水水槽泵入其热惯性低的一加热体中，使得预定温度的热水输送给一用户出口，其特征在于，一方面输送给加热体的冷水的流率、另一方面返回泵的进口侧或水槽的热水的比例按照从加热体流出的水的温度予以调节。

16.按权利要求15所述的方法，其特征在于，经加热的水在达到预定温度前和该热水达到预定水压前不输送给用户出口。

17.按权利要求15或16任一项所述的方法，其特征在于，只要未达到温度设定点，冷水流率的调节值就远低于加热体给定功率下能提高到该预定温度的流率值。

18.按权利要求17所述的方法，其特征在于，当从加热体流出的水的温度超过温度设定点时，输送给加热体的冷水的流率变得高于标称流率。

19.按权利要求15-18之一所述的方法，其特征在于，只要未达到用户热水的温度设定点，从加热体流出的热水就返回水槽或泵进口。

20.按权利要求15-19之一所述的方法，其特征在于，水的循环受调节冷水流率的同一热敏元件的控制。

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