专利名称：用于家用电器的加热液体的装置及装有这种加热装置的家用电器的制作方法
技术领域：
本发明涉及家用电器行业。具体的说，本发明涉及要求把液体，更具体的说，涉及把水加热到低于蒸汽态温度的家用电器。属于这种家用电器的有电咖啡壶、浓咖啡制作器和饮料加热器等，它们都要求迅速产生温度在60℃到90℃之间的水。
更具体的说，本发明涉及一种用于加热液体的装置的结构，这种结构能在比现有装置短得多的时间内加热液体。
背景技术：
通常，需要连续产生热水的家用电器都具有把电阻装在加热件内的加热装置，用来把一定量的热能传递给加热件。这种加热件具有一条水流通通道，当水通过加热件时，它就接受电阻所提供的一部分热能。把流通通道和电阻布置在加热件内的结构已经提出了很多种。因此，目前一般都把电阻嵌在由金属制成(通常是铝制成)的加热件内。
为了避免用电风险，这种电阻通常包有外套，然后再嵌入、焊接或折弯后装入加热件内。
水流通通道可以通过不同的方式来形成，具体的说，例如可以通过模压成型方法把一根管子嵌在加热件内，做成一个整体。
迄今为止所有已知的装置都有很多缺陷，尤其是由于把电阻嵌在加热件内，并且必须包有外套所造成的高热惯量。因此，必须在能够保证对所通过的液体进行加热之前，经过长时间的预热，使加热件的温度提高到必要的温度。
换句话说，使用现有的装置，实际上不可能在流通运行一开始时就获得热水。
由于这种热惯量，即使在不使用阶段，也必须通过温度调节器来保证向电阻供应电力，以使加热件保持在恒定的温度，并且，为了有利于在进入新的使用阶段时也能供应足够的热水，也必须这样做。
在专利文献EP 0 345 528所描述的装置中，就可以发现这些缺点，这种装置有一个主加热件，其中嵌有带外套的电阻。这种加热件还有一个形成盖子的辅助元件，以这种方式来确定流通液体的体积。中央主体可以是扁平的，或者是圆筒形的。由于加热的电阻嵌在加热件材料的内部，所以这种装置的热惯量很大，从而带来以上提到的许多缺点。
在家用电器技术领域中，公知的对水加热的装置还有在专利文献WO99/59453中描述的热水器。这类热水器有一个圆筒形的容器，在其筒壁的下部装有定位电阻。这种丝印在容器壁上的电阻用来对容器内的液体加热。此类大容量的热水器必然不能减少热水器的预热时间，所以在装置开始运行时不可能获得温度够高的热水。此外，还建议设置一种温度控制装置，用于在供应热量的很长周期里，使热水器的温度保持在预定的规定值上。
本发明所要解决的第一个问题是，减少从开动加热装置到开始供应达到足够温度的水，或者，更普遍的说，达到足够温度的液体的时间。
本发明所要解决的另一个问题是，尽可能限制加热装置在不使用阶段的能量损耗。
本发明所要解决的另一个问题是，把为获得所要求温度的液体而供应的热能限制在最少的程度。
然而，这种加热装置的结构必须简单，制造成本要低廉。
发明内容
本发明涉及一种用于家用电器的加热液体的装置。如所周知，这种装置包括与贮液器连接的主体，并且装有覆盖在主体的一个面上的辅助元件，用于限定液体的流通容量。
按照本发明，主体的热惯量低于铝的热惯量，辅助元件具有丝印在与面对主体的表面相对表面上的加热电阻。
热惯量(Ith)应理解成主体能够储存多少热量的能力，可以通过用质量密度(ρ)乘以比热容(cp)的乘积来表示。
Ith＝ρ×cp
因此，可以认为金属体通常仅仅因为具有较高的质量密度，它的热惯量就很高。换句话说，按照本发明，由于主体是一种绝热件，它在加热阶段所吸收的热量要比正在流通的液体所吸收的热量少得多。
最好，这种主体用塑料制成。
最好，辅助元件具有很高的横向热导系数，例如，大于40。横向热导系数(Cth)可以用辅助加热元件材料的热导系数(λ)除以它的用毫米表示的厚度值(e)的比值来表示。
Cth＝λ/e换句话说，上述辅助元件能通过传导，把加热电阻的热能很快地传递给液体，无论是用厚度只有3mm，像铝这样的具有高热导系数材料的辅助元件，还是用厚度减少到1mm，像不锈钢那样的具有低热导系数材料的辅助元件。
附带说说，由于加热电阻是丝印型的，并且与良好的横向热导系数结合在一起，因而辅助加热元件的热惯量也很小，也减少了能量流失。这样，由于这种丝印型加热元件能在朝向液体的大表面上均匀加热，所以提高了加热元件总的热导效率。
换句话说，这种加热装置具有绝热性能相当好的主体，并且是用快速加热元件覆盖的。因而这种加热元件能将热量传递给在与主体隔开的空间中流动的液体。由于辅助元件传递热量的热导系数很高，因而丝印电阻散出的大部分热能传递给流动中的液体，而不是积聚在辅助加热元件中。同样，由于主加热件具有较低的热惯量，所以它只储存少量由加热元件传递过来的热量。
然后，液体很快并几乎全部接受从丝印电阻传递过来的热量，于是液体就能在一瞬间加热。同样，主体实际上不参与液体的加热过程，所以当装置不工作时，并不需要提供大量的能量来使它保持足够高的温度。
换句话说，在过了加热阶段之后，加热装置的能量消耗为零。由此可以推出，实际上，在开始使用这种装置时，不需要很长的预热阶段，因为使加热件达到使用温度不需要接受大量的热量。
实际上，本发明的原理可以运用在各种几何形状的加热装置上。因此，在第一种实施方式中，中央主体呈圆筒形，并能让做成套筒的辅助加热元件套在它的外表面上。
另一种实施方式的中央主体是扁平的，然后把一个同样扁平的加热元件套在它外面。
为提高这种装置的效率，也可以在主体上设置凹槽，使得它能与辅助元件一起形成液体流通用的通道，从而在加热装置内部增加流通的通道，从而增大它接受热能的能力。
为达到同样目的，最好让丝印电阻的位置与液体流通通道对正。
在实际实施时，当这种装置为通常的圆筒形时，凹槽可以是螺旋形的，而当中央加热件是扁平形时，凹槽可以做成涡旋形。
同样的原理，主加热件可以是空心的，以便进一步限制其质量，因此也就限制了它的热惯量。
最好，把温度传感器布置在辅助元件上，而且这种加热装置具有电气和/或电子电路，用于把辅助元件的温度控制在设定值上，设定值的范围优选在70℃到90℃之间。
由于辅助元件具有很高的横向传导性能，并且主体和辅助元件都具有较低的热惯量，而电气和/或电子调节，具体的说是动态的，半永久的，从而能使流出去的液体温度相当稳定，而且能量的消耗最少。
通过以下结合附图对实施例的详细说明，可以更清楚实施本发明的方式，以及它的优点，在附图中图1是按照本发明的加热装置在装配之前的分解立体图。
图2是图1所示加热装置在装配后的纵向剖面图。
具体实施例方式
图1和图2描述了本发明加热装置为圆筒形时的实施例。
在本实施例中，装置(10)具有一个装在形状为圆筒形套筒的辅助加热元件(3)内部的中央主体(1)。在中央主体(1)的外表面(6)与套筒(3)的内表面(7)之间的空间，形成了用于液体流通的空心的圆筒形容积。
在上述实施例中，中央主体(1)的外表面上有一条螺旋形的凹槽(4)，这条凹槽与套筒形成了一条能让液体环绕着中央主体(1)流动的通道。不过，在其它尚未描述的实施例中，中央主体(1)的外表面可以是完整的圆筒形，以便与套筒一起形成一个沿着上述圆筒延伸的、固定厚度的流通容积。在不脱离本发明构思的前提下，也可以想象其它替代的方式。
实际上，如图2所示，中央主体(1)与冷水供应管(8)连接。这根供应管(8)，通过在外表面(6)上开口并基本上沿着径向的通道(9)，与外表面(6)连接。
通常，中央主体(1)用塑料，或者，更普遍的是用具有低热惯量Ith的材料制成，无论如何要低于铝的热惯量(2.30)，以便只储存小部分的热能。适用于生产本发明主体的材料有聚酰胺(Ith＝1.9)，聚缩醛(Ith＝2)，聚丙烯(Ith＝1.6)，聚砜(Ith＝1.4)或聚碳酸酯(Ith＝1.5)。
在图2所示的形式中，可以看到，中央加热件(1)中有一个中央空腔(5)，用于减少其重量，因而也就减小了其热惯量。
在图1和图2所示的实施例中，凹槽(4)的深度大约为3毫米，宽度大约为8毫米。凹槽(4)呈螺旋几何形状，其节距约为9毫米。换句话说，其深度小于宽度，以便以对着辅助加热元件“扩散”液体，这样有助于传热。
通常，套筒(3)都制成高横向热导性和低热惯量的形状。
套筒(3)的厚度要根据基础材料而降低到最小值，以便减小热惯量，并增大其传导性能。在导热性能上具有良好效果的材料中，可举出下列各种材料铜、不锈钢、铝或玻璃。重要的是，能在套筒(3)上沉积丝印加热电阻(2)。
用于形成传热通道的方法包括下列步骤丝印一层或多层绝缘材料层，然后按照特定的通道丝印一层传导膏，丝印一层形成接触点的导电层，最后再丝印一层或多层绝缘材料。可使用的电力大约为2000W。
这样，电阻(2)形成了一条带子，在本实施例中，这条带子布置成沿着同一条纵线移动的横向圆环。套筒的整个内表面成了一块加热板，而上述许多凹槽迫使液体紧靠着这块加热板流动。如有需要，丝印的电阻可以是螺旋形的，而且可以与由主加热件(1)上的凹槽(4)所形成的通道对正。在这种情况下，加热效率和速度都能提高。
因此，对于外径大约为45mm的不锈钢套筒来说，套筒(3)的厚度在0.5毫米到1.5毫米之间比较有利，优选在0.8毫米到1毫米之间。这样，它的横向热导系数Cth可达到60。不锈钢的优点在于它的抗腐蚀性以及在高温下更易于制成扁平的加热元件的性能。
使用铝套筒也是可行的，不过，加热元件要支承在用聚酰亚胺和低焙烧温度的膏制成的支架上。例如，对于能制造丝印加热元件、厚度大约为3毫米的铝套筒来说，它的热导系数Cth大约为70。
在实际使用时，水沿着主体的外表面在通道中流通，可以依靠重力来完成，或者，也可以用一台泵来完成。
通常，把温度计(12)，例如NTC电阻温度计，紧靠在辅助加热元件上，并以下述方式连接在用于控制电阻性加热通道的电源的电子电路上，即，在水进行流通期间，使得这种套筒式加热元件保持在预定温度。
在初次启动冷的加热装置时，在水开始流通之前大约2到3秒钟，调节器控制该装置对水进行快速预热。这种非常迅速并且使用者几乎察觉不到的预热，是由于这种装置的总热惯量很小，以及它基本上只向流通通道中的水传递热量的结果。
经过多次实验室试验后证实，要在出口处获得80℃的热水，只要此后在液体流动的过程中，把辅助元件的加热温度控制在一个设定值上就足够了，这个值等于上述液体所要求的温度，简单地再加上一个恒定值，例如30℃。
当加热装置由水泵供水时，也要对水泵进行调节。实际上，如果水泵的流量过低，套筒的温度将上升到高于其设定值，将使加热元件断电，而水泵仍继续运行。另一方面，如果水泵的流量过高，套筒的温度将下降，并且会立刻控制水泵，让它停止运转。
实际上，在这种类型的加热装置中采用上述措施，使得它能够只要6到7秒钟内，就能把大约250毫升水的温度加热到70℃和80℃之间。由于水开始流动的时刻最迟是在开动加热装置后大约3秒内，所以预热阶段(可选的)非常短。
综上所述，按照本发明的装置有许多优点，特别是，它具有非常小的热惯量。因而，一当向加热电阻供电，那么流过装置内的水就能在一瞬间被加热。
当电阻断电时，加热装置便因为热惯量小而迅速冷却，从而防止加热最接近的周围环境，并且有助于控制出口温度。
与现有技术相比，利用丝印电阻还能确保加热量在一个较大的表面上均匀分布，从而能优化热传递。
或者，中央主体可以是扁平的，并在其上布置同样是扁平的加热元件。在这种情况下，在中央主体的对着加热元件的表面上，形成了涡旋形的凹槽，冷水到达中央，热水从周边流出，或者与此相反。
权利要求
1.一种用于家用电器的加热液体的装置，这种装置包括与贮液器连接并装有辅助元件(3)的主体(1)，所述辅助元件覆盖在主体(1)的表面上，用于限定液体的流通容量，其特征在于，所述主体的热惯量低于铝的热惯量，并且所述辅助元件(3)具有丝印在与需对所述主体(1)的表面相对表面上的加热电阻(2)。
2.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述主体(1)由塑料制成。
3.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，用金属材料制成的辅助元件(3)其横向热导系数(Cth)大于40。
4.如权利要求3所述的加热装置，其特征在于，所述辅助元件(3)由厚度在0.5毫米到1.5毫米之间的不锈钢制成，优选在0.8毫米到1毫米之间。
5.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述主体(1)具有凹槽，使得它能与所述辅助元件(3)一起形成液体流通用的通道(4)。
6.如权利要求5所述的加热装置，其特征在于，所述丝印电阻(2)的位置基本上与所述液体流通通道(4)对正。
7.如权利要求5所述的加热装置，其特征在于，所述主体(1)是扁平形的，而凹槽是涡旋形的。
8.如权利要求1至5中任何一项权利要求所述的加热装置，其特征在于，所述主体(1)呈圆筒形，并且套筒状的辅助元件(3)套在它的外表面上。
9.如权利要求5和8所述的加热装置，其特征在于，所述凹槽是螺旋形的。
10.如权利要求8所述的加热装置，其特征在于，所述圆筒形主体(1)是空心的。
11.如前述任何一项权利要求所述的加热装置，其特征在于，在所述辅助元件上安装了一个温度传感器(12)，并且，所述加热装置还包括与加热电阻连接的电气/电子电路，用于控制所述辅助元件主体的温度。
全文摘要
一种用于家用电器的加热液体的装置，这种装置包括与贮液器连接并装有辅助元件(3)的主体(1)，该辅助元件覆盖在主体(1)的表面上，用于限定液体的流通容量，其特征在于，该主体的热惯量低于铝的热惯量，并且该辅助元件(3)具有丝印在与面对该主体(1)的表面相对表面上的加热电阻。
文档编号A47J31/54GK1788527SQ200480012941
公开日2006年6月14日 申请日期2004年4月1日 优先权日2003年5月19日
发明者塞利·古兰德 申请人:Seb股份有限公司