[发明专利]加热器

说明书

技术领域

本发明涉及用于加热例如水的液体，尤其是使例如水的液体沸腾的加热器。

背景技术

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。它们并非均匀地加热水体，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，其中最重要的是它们不能用于如下文所解释的那样使水沸腾。

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℃并沸腾，而主体的水相对冷。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℃。常规地，家用壶或罐会维持几秒钟的“滚沸(rolling boil)”，这使得主体的水液体能够均匀地达到非常靠近100℃的温度，但是其永远不会真正为100℃，此外，实际的沸腾点取决于其他因素，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，以及仅在只要必要时操作以传送所要求的量的水的益处。然而，消费者期望显现为几乎是瞬间的——当然不大于几秒钟的启动时间。鉴于小的家用产品，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1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℃的水)。加热器的类型以及热交换机制几乎没有影响。

当设计具有非常迅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。该热交换器设计有朝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配给。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，将水约束为在蜿蜒的狭窄通道中流动以避免停滞点。

申请人还意识到，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——通常85℃。水通道尽管小，仍然包括边界层和主体水通道；边界层中的水会经常沸腾，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，膨胀的气泡会简单地推动其前方的剩余的水。可以看到，如果此气泡例如沿通道的路径的80％发生，其实际上会导致在通道的最后20％中的所有的水猛烈地排出。除了从使用者的角度不想要的“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。尽管呈现给使用者如此景象，所排出的大部分水会显著低于沸腾点。

局部热点和喷出的问题意味着流加热器不能用于提供沸腾的水。实际上目标水温度越热，这些问题越严重。因此在实践中，流加热器限制在要求水温低于沸腾点的应用中，如淋浴加热器以及不使水沸腾的热水分配器。

发明内容

从第一方面来看，本发明提供了一种用于加热液体至沸腾的加热器，包括加热元件，由所述加热元件加热的第一加热区，用于将通过其流动的液体加热至低于沸腾点的温度，以及第二加热区，用于将所述液体加热至沸腾，所述第二区具有用于允许蒸汽与被加热的水分开地从其离开的装置。

从第二方面来看，本发明提供了一种流加热器，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温度，以及最终加热腔体，用于将所述液体加热至沸腾，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。