加熱液體的熱塊的制作方法
【專利摘要】一種熱塊(100)，用于加熱液體，包括：?管子(200)，其用于液體的通過，該管子設置有入口(3)和出口(4)以及設置有具有波紋裝壁(6)的至少一個節段(200)，?大質量塊(1)，其在所述管子(200)外部共同模制，使得入口(3)和出口(4)在大質量塊(1)的外部，?一個電阻元件(5)，其用于加熱大質量塊(1)。
【專利說明】加熱液體的熱塊發明領域
[0001 ]本發明涉及加熱液體的熱塊。
【背景技術】
[0002]在許多家用器具應用中，特別是在例如，但不排它地，濃咖啡機的小尺寸器具中，當分配例如咖啡的成品時，對于給定量的水在最佳的溫度下可獲得且使水溫保持恒定是必要的。
[0003]而且，考慮到家用以及因此偶爾使用，水必須被迅速加熱以減少分配成品所需的時間和兩個隨后的分配操作之間的時間間隔。為了滿足這樣的具體要求，將加熱構件維持在預定溫度將是必要的，然而，這將意味著被認為是不可接受的能量消耗。為了限制這樣的消耗，通常提供自動關閉系統，如果該家用器具持續預定的時間未使用，該自動關閉系統干預以關閉該家用器具。這與要求減少加熱時間明顯是有差別的，因為當器具被再次接通時，等待時間將必然更長。
[0004]稱為熱快的特殊類型的熱交換器的使用也是已知的以便嘗試解決上面描述的缺點。在熱塊中，水在浸沒在由高熱容和高導熱材料制成的大金屬塊中的蛇形件內流動，以便積聚可以被高效地傳輸至在該蛇形件中循環的水的大量的熱能量。熱塊具有允許加熱少量的，例如，獲得單劑量的咖啡的量所需要的水的另外的優點。然而，甚至當使用熱塊時，也存在多個缺點，包括運行溫度的不穩定從和過長的加熱時間，例如，在咖啡機的情況下長于兩分鐘。因此，產生了進一步改善該設備以便使其更加符合市場需求的要求。
[0005]發明概述
[0006]本發明的目的是提供能夠用短的加熱時間確保穩定的運行溫度在所有的情況下與特定的市場要求相容的熱塊。
[0007]本發明的另外的目的是提供在其中存在待加熱液體的合適的再混合，以便提高對液體的加熱的熱塊。
[0008]這樣的目的通過根據權利要求1的用于加熱液體的熱塊實現，該熱塊包括:
[0009]-管子，其用于所述液體的通過，該管子提供有壁、入口和出口，
[0010]-大質量塊(massiveblock)，其包含導熱材料的質量體，
[0011]-至少一個電阻元件，其用于加熱所述大質量塊，
[0012]其中，該管子布置在熱塊中，使得管子的壁被浸沒在所述大質量塊中并與所述大質量塊隔開，并使得所述入口和所述出口在大質量塊的外部，并且其中，管子具有帶有內表面不規則部的至少一個波紋狀節段，因而增加大質量塊與液體之間的熱交換。
[0013]本發明的熱塊允許增加每長度單位的熱交換表面，因而提高大質量塊與液體之間的熱交換。特別地，湍流借助于該至少一個波紋狀節段的內表面不規則部在待加熱的流體中產生，該內表面不規則部與液體接觸，因而導致液體的再混合和改善的加熱。有利地，提供了相對于用于水通過的管子的整個長度改變至少一個波紋狀節段的長度的可能性，這允許根據具體的預期應用改變交換的熱功率。當提供數個波紋狀節段時，根據具體的應用通過適當地改變管子的平滑節段和波紋狀節段的數量可以適當地調節交換的熱功率。而且，通過適當地改變波紋狀節段和平滑節段的相互位置，消散的熱功率可以以可選擇的方式在一些區域中增大而在其它區域中減少。當在管子的長度之上一個或多個波紋狀節段與一個或多個平滑的節段交替時，最高的熱交換將發生在波紋狀節段(多個波紋節段)處。然而，通過波紋在液體中產生的湍流甚至在平滑節段中可以具有再混合的效果。有利地，高的熱交換區域可以通過改變波紋狀節段的數量來選擇。波紋狀節段具有相對于管子的縱向軸線且因而相對于液體的流動方向的內部橫向不規則部，且優選地，該內部不規則部正交于管子的縱向軸線。而且，該不規則部可以在節段的整個周界之上制作，例如，在正交于管子的縱向軸線的部分或在這樣的周界的一部分之上制作。例如，如果管子具有圓形正交部分，每個不規則部可以大體上是圓形形狀或大體上成形為圓周圓弧。
[0014]該內表面不規則部可以是內部突出部。而且，可以包括外表面不規則部，例如外部突出部，該外部突出部的內壁接觸液體。
[0015]有利地，由于管子是浸沒在大質量塊中的獨立的元件，因此在管子被結合至大質量塊中之前管子可以形變以獲得波紋狀。因此，管子可以以簡單迅速的方式，例如，通過經由合適的裝置在管子的外壁上施加壓力而形變。因此，還可以另外制作內部不規則部以便具有例如螺旋狀、盤繞狀或其它的復雜的幾何形狀。波紋狀節段的數量、不規則部的形狀以及管子的形狀因此可以根據需要容易地改變。而且，可以使用在自身上折疊的管子，使得管子的路徑在兩個或更多的疊置的平面上形成。例如，可以使用在其長度的約一半處自身折疊的成形為蜿蜒的蛇形件的管子，或可以使用這樣的管子，即，該管子自身折疊以便具有帶有或圓形或橢圓形的一個或多個重疊的彎曲部的一部分，且其中，管子的入口和出口位于不同的平面上，優選地位于平行于彼此的平面上。管子優選地包括至少兩個彎曲的節段。
[0016]另外的優點在于大質量塊和管子可以由不同的材料制成。例如，大質量塊可以由具有優良的導熱率的鋁制成，而由于不銹鋼具有良好的耐磨損性，特別是抗腐蝕性，且適合于與食品級的液體接觸，因此管子可以由不銹鋼制成。
[0017]優選地，管子的總的長度大于400mm，例如從500mm至1500mm。
[0018]優選地，管子的外徑從4_至16_，包含極端值。
[0019]其它的優點可以借助于根據從屬權利要求制成的熱塊獲得。特別地，使用用于電阻元件的波紋狀內襯護套的可能性允許提高在后者與大質量塊之間的熱交換。
[0020]根據另外的方面，本發明提供用于制造具有權利要求1中的特征的熱塊的工藝，其中，提供了具有帶有內表面不規則部的至少一個波紋狀節段的管子、至少一個電阻元件、導熱材料的質量體、適用于熔化所述導熱材料的質量體的加熱裝置、注射裝置以及模具，所述工藝包括以下步驟:
[0021 ]-將管子布置在模具中，
[0022]-將該至少一個電阻元件布置在模具中，
[0023]-通過加熱裝置熔化導熱材料的質量體以便獲得熔融質量體，
[0024]-通過注射裝置將熔融質量體注射至模具中，使得熔融質量體包圍管子和該至少一個電阻元件，
[0025]-將熔融質量體冷卻至環境溫度。
[0026]例如，模制技術可以是壓鑄、低壓殼體模制，土/砂鑄造、失蠟鑄造或其它。
[0027]根據變型，在模制操作之后電阻元件通過干涉地插入到在大質量塊中獲得凹部中而浸沒在大質量塊中。
[0028]明顯的是，大質量塊和管子可以具有任何形狀而不脫離本發明的范圍。
[0029]本發明特別地，但不排它地適用于例如家用咖啡機的小家用器具。
[0030]附圖簡述
[0031]借助附圖，按照通過非限制性示例示出的根據本發明的用于加熱液體的熱塊的優選的但不排它的實施方案的詳細描述，本發明的另外的特征和優點將更加明顯，在附圖中:
[0032]-圖1示出根據本發明的熱塊的第一實施方案的軸側視圖；
[0033]-圖2示出可以在圖1的熱塊中使用的部件的軸側視圖；
[0034]-圖2a示出圖1中的部件的一部分的縱剖面；
[0035]-圖2b示出可以在根據本發明的變型的熱塊中使用的部件的一部分的縱剖面；
[0036]-圖3示出根據第一實施方案的變型的部件的軸側視圖；
[0037]-圖4示出根據本發明的熱塊的第二實施方案的軸側視圖；
[0038]-圖5示出可以在圖4的熱塊中使用的部件的軸側視圖；
[0039]-圖5a示出圖5中的部件的變型；
[0040]相同的參考標記指代相同的部件或指代具有相同的功能性特征和/或結構性特征的部件。
[0041]本發明的詳細描述
[0042]參考圖1至圖3，根據本發明的第一實施方案，在家用器具中用于加熱液體特別是水的熱塊總體上由參考標記100表示。
[0043]該熱塊大致成形為平行六面體。熱塊100包括用于待加熱的水通過的管子200。管子200設置有用于待加熱的低溫水的入口 3和用于加熱的水的出口4。由于被用于人類飲用的水穿過，管子200由不銹鋼制成。熱塊100包括在管子200外部共同模制的大質量塊I，使得管子200的入口 3和出口4在大質量塊I的外部。大質量塊I由材料的質量體組成，該材料能夠確保高熱容量，以便積聚必須被傳遞至水的熱能，且該材料具有高導熱性，以便將在大質量塊I中積聚的熱能傳輸至在管子200中循環的水。用于制造大質量塊I的材料是鋁，還因為該材料特別適合于模制。然而，可以使用具有類似的特征的任何其它材料，以為了本發明的目的用于制造大質量塊和管子。由于熱容量還取決于質量，大質量塊還被方便地設定尺寸以確保所需的熱容量。
[0044]可以使用任何模制技術，例如壓鑄、低壓殼體模制，土/砂鑄造、失蠟鑄造或其它。
[0045]熱塊100包括電阻元件5，該電阻元件5用于因電流的通過而加熱大質量塊I。電阻元件5還通過共同模制連接至大質量塊I，且電阻元件設置有相對于大質量塊I突出的兩個端部5a、5b。電阻元件5包括內襯護套7。根據本發明的變型(未示出)，這樣的內襯是波紋狀的以便增大每單位長度的熱交換表面，因此提高電阻元件5與大質量塊I之間的熱交換。
[0046]管子200自身折疊且包括具有多個筆直的節段和多個彎曲節段的部分。換言之，管子包括蜿蜒的蛇形件，其路徑在兩個疊置的平面上形成。更具體地，管子200包括第一蜿蜒部分200a和第二蜿蜒部分200b，第一蜿蜒部分200a包含入口 3，第二蜿蜒部分200b包含出口4且相對于所述第一部分200a串聯布置。筆直節段6是波紋狀的，具有朝內的突出部。特別地，每個突出部是圓形的且在正交于管子的部分，即，正交于液體的流動方向的部分的整個周界之上延伸。管子的外表面的不規則部對應于內部突出部。借助于內部突出部，在液體流中產生湍流，以便導致流體自身的再混合并因此增加大質量塊I和管子200之間以及后者與在后者中流動的水之間的熱交換。相反該彎曲節段是大體上平滑的，并且管子的靠近入口 3與出口4兩個節段也是大體上平滑的。圖2b示出根據本發明的管子的波紋狀的變型，其中，節段15具有部分16，其中，每個突出部大體上成形為在管子的正交節段，S卩，正交于流體的流動方向的節段的周界的部分之上延伸的圓周圓弧，同時節段15的另一部分17是平滑的。
[0047]大質量塊I大體上成形為平行六面體，該平行六面體具有分別是上部端部和下部端部的兩個相對并平行的端部基部11、12，端部基部11、12比平行六面體的其它面延伸更多。兩個蜿蜒部分200a、200b放置在兩個相應的疊置的平面上，該兩個相應的疊置的平面分別靠近大質量塊I的下部基部12和靠近上部基部11放置，且傾斜的過渡部分存在于上部基部11和下部基部12之間。入口 3與出口4相對于大質量塊I放置在相互地相對并大體上正交于該基部的兩個各自的面上。除了為加熱室提供需要的體積容量和高熱交換表面外，管子200的這樣的樣式使得長度能相當大的擴展成為可能。
[0048]根據在圖3中示出的替代在圖2中示出的第一實施方案的變型，管子201是蜿蜒類型，位于單一平面上，也包括入口 3與出口4，其中，單一直線的節段8具有平滑壁，同時另一個筆直節段6具有波紋狀表面。同樣在該例子中，靠近入口3與出口4的管子的兩個節段具有平滑壁。
[0049]參考圖4與圖5，在第二實施方案中，在家用器具中用于加熱液體，特別是水的熱塊總體上由參考標記101示出，并且除了下面描述的那些特征外，具有與第一實施方案的熱塊100相同的特征。
[0050]大質量塊I在形狀上大體上是圓柱形狀，具有分別是上部基部和下部基部的兩個圓形基部13、14。管子202的一部分依照圓柱形螺旋自身折疊，入口3和出口4放置在該螺旋的相對的端部處。
[0051]除了靠近入口3和出口4的兩個部分，管子202是完全波紋狀的，具有內部突出部。每個突出部在正交于管子的縱向軸線的節段的周界的一部分之上，即，在相對于液體的流動方向的正交方向上延伸。根據在圖5a中示出的第二實施方案的變型，管子203是完全波紋狀的，具有在與流體的流動方向正交的管子節段的整個周界之上的表面不規則部。當管子203插入至大質量塊中時，入口 3和出口 4在大質量塊的外部。根據第二實施方案(未示出)的另外的變型，螺旋節段設置有相互交替的波紋狀節段和平滑節段，以便根據具體的應用方便地調制所交換的熱功率。
[0052]因此本發明達到了上面闡示的目的，同時實現了多個優點。特別地，相對于傳統的平滑管道解決方案，該管子的表面波紋允許:
[0053]-增加管道自身內的流體湍流并因此也增加熱傳導交換系數；
[0054]-縮短管道的長度，因此簡化管道的形狀并減小總的尺寸，且因此由于每單位長度的熱交換功率增大，減少了熱塊的成本。
[0055]-由于波紋產生的內部袋狀物的存在，容納管子的每單位長度的更高數量的水垢。
[0056]-由于管道內的湍流的增加，因而減少了水垢的沉積。
【主權項】
1.一種熱塊(100、101)，用于加熱液體，包括: -管子(200、201、202、203)，其用于所述液體的通過，所述管子設置有壁、入口(3)和出口⑷， -大質量塊(1、10)，其包含導熱材料的質量體， -至少一個電阻元件(5)，其用于加熱所述大質量塊(1、10)， 其中，所述管子(200、201、202、203)布置在所述熱塊(I 00、1I)中，使得所述管子的所述壁浸沒在所述大質量塊中并且與所述大質量塊隔開，并且使得所述入口(3)與所述出口(4)在所述大質量塊(1、10)的外部，并且 其中，所述管子(200、201、202)具有帶有內表面不規則部的至少一個波紋狀節段，據此在所述大質量塊(I)與所述液體之間的熱交換增加。2.根據權利要求1所述的熱塊(100、101)，其中，所述塊由第一材料制成并且所述管子由不同于所述第一材料的第二材料制成。3.根據權利要求2所述的熱塊(100、101)，其中，所述第一材料是鋁并且所述第二材料是不銹鋼。4.根據前述權利要求中的任一項所述的熱塊(100、101)，其中，每個內表面不規則部在所述管子的正交節段的整個周界之上延伸，或在所述周界的至少一個部分之上延伸。5.根據前述權利要求中的任一項所述的熱塊(100)，其中，所述管子包含蜿蜒蛇形件。6.根據前述權利要求中的任一項所述的熱塊，其中，所述管子在其整個長度之上是波紋狀的。7.根據前述權利要求中的任一項所述的熱塊(100)，其中，所述熱塊(100)具有帶有兩個端部基部(11、12)的平行六面體的維度，所述兩個端部基部(11、12)在尺寸上比所述平行六面體的其它維度大，并且其中，所述管子(200)包括蜿蜒蛇形件，所述蛇形件的路徑主要在靠近相應的端部基部(11、12)放置的兩個疊置的平面上形成。8.根據權利要求1至6中的任一項所述的熱塊(101)，其中，所述熱塊(101)與所述管子(202、203)具有大體上的圓柱形維度。9.根據前述權利要求中的任一項所述的熱塊，其中，所述電阻元件包括波紋狀護套，以便優化所述大質量塊與所述電阻元件之間的熱交換。10.—種咖啡機，包括根據前述權利要求中的任一項所述的熱塊。11.一種工藝，用于制造具有在權利要求1中陳述的特征的熱塊，其中，提供了具有帶有內表面不規則部的至少一個波紋節段的管子、至少一個電阻元件、導熱材料的質量體、適用于熔化所述導熱材料的質量體的加熱裝置、注射裝置以及模具，所述工藝包括以下步驟: -將所述管子布置在所述模具中， -將所述至少一個電阻元件布置在所述模具中， -經由所述加熱裝置熔化所述導熱材料的質量體以便獲得熔融質量體， -經由所述注射裝置將所述熔融質量體注射至所述模具中，使得所述熔融質量體包圍所述管子和所述至少一個電阻元件， -將所述熔融質量體冷卻至環境溫度。
【文檔編號】A47J31/54GK106061341SQ201480064098
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2014年11月25日
【發明人】斯特凡諾·韋達姆, 費德里科·佐帕斯
【申請人】I.R.C.A.（共同）股份公司工業鎧裝及類似電阻