螺旋動態(tài)流過加熱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種流過加熱器設(shè)備，其包括承載要被加熱的流體的流體管(10)、至少與所述流體管(10)部分地平行且處于熱接觸而延伸的管狀加熱元件(20)，其中，所述管狀加熱元件(20)包括成型套管(22)，和至少一個安裝在所述成型套管(22)的管狀部(24)中的加熱線圈(32)。所述成型套管(22)還包括至少一個從管狀部(24)橫向地突出并且繞所述流體管(10)卷繞的凸片部(26)，其中，所述流體管(10)和所述管狀加熱元件(20)的組件具有大致螺旋形的形狀，使得所述套管的管狀部(24)相對于所述流體管(10)的螺旋徑向的內(nèi)部定位。
【專利說明】螺旋動態(tài)流過加熱器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及例如在咖啡機或用于制備熱飲料的其他設(shè)備等中使用的流過加熱器(flow through heater)設(shè)備。特別地，本發(fā)明涉及一種具有螺旋形狀的動態(tài)流過加熱器，以及制造這樣的螺旋流過加熱器的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在例如咖啡機的熱飲料制備裝置中，具有幾百瓦到超過I或2千瓦的電功率的電加熱設(shè)備用于產(chǎn)生熱水或蒸汽以用于制備飲料。為了產(chǎn)生一定量的或一定流量的具有需要滿足預(yù)定質(zhì)量要求所必需的特定溫度的水或蒸汽，控制這樣的高加熱功率是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。一種常見類型的加熱設(shè)備包括一種電加熱的巨大熱塊，其具有例如由鋁制成的相對沉重的主體，流體被引導(dǎo)通過所述熱塊，并且其提供了高的熱慣性，從而盡管有高的電功率，但因為加熱設(shè)備緩慢的熱反應(yīng)而使得控制流體的溫度是相對容易的。當(dāng)慢轉(zhuǎn)換控制器用于控制電加熱功率時，此設(shè)備提供了均勻的熱流分布和相對恒定的流體溫度。然而，當(dāng)激活飲料制備裝置時，高的熱慣性導(dǎo)致較長的升溫周期，使得所述裝置的可用性受到影響。如果，在另一方面，所述加熱設(shè)備在待機模式下操作，以便保持預(yù)定的高溫度并縮短升溫周期，則能量被浪費掉了。此外，大量的熱能在升溫周期中被提供到熱塊上，而當(dāng)所述裝置被關(guān)閉并冷卻時，其被無用地丟失。此外，根據(jù)關(guān)于加熱功率、表面的特定的熱負(fù)荷等的要求，有必要為每種應(yīng)用設(shè)計全新的專門熱塊加熱設(shè)備。
[0003]一種電流過加熱器從DE 3542507是已知的，其具有相對小的熱慣性并包括具有兩個相鄰?fù)ǖ赖臄D壓鋁型材。一個通道接收通常的管狀加熱元件，而另一通道接收用于承載要被加熱的水的不銹鋼管。擠壓型材、管狀加熱元件和上述水管的組件被在擠壓型材橫截面的較小尺寸的方向上彎曲，并卷繞成螺旋形狀，從而使加熱管與水管被定位在同一圓柱面上。由此，提供了具有低熱慣性的相對緊湊的加熱設(shè)備，從而減少能量的浪費和升溫周期。由于它的快速熱響應(yīng)使能短的升溫周期和動態(tài)的溫度控制，此種加熱設(shè)備被稱為動態(tài)流通加熱器。
[0004]然而，制造在DE 3542507中示出的加熱設(shè)備是費力且昂貴的，因為首先必須生產(chǎn)完整的管狀加熱元件，再者加熱元件和水管必須在將組件彎曲成螺旋形狀之前滑入擠壓型材的通道內(nèi)。此外，由于熱必須穿過大量的壁和界面，從管狀加熱元件的加熱線圈到水管的熱傳遞被阻礙，所述界面即布置在從管狀加熱元件內(nèi)的熱傳導(dǎo)絕緣材料(通常為氧化鎂)到加熱元件的壁、擠壓型材的主體、水管的壁的通路上的界面。此外，管狀加熱元件與擠壓型材之間以及擠壓型材與水管之間的表面接觸被所述型材和管在彎曲成螺旋形的過程中的變形影響。因此，表面接觸以及這些部件之間的熱傳遞可能會降低。另外，在加熱或冷卻時，管狀加熱元件和水管的不同的熱膨脹導(dǎo)致運行中的扭轉(zhuǎn)機械載荷和變形，這可導(dǎo)致在擠壓型材或所述管狀加熱元件中產(chǎn)生的裂縫。為了避免由該機械負(fù)載引起的運行壽命的縮短，壁厚不得不增加，而因為熱慣性和成本也會增加，這又是不期望的。
[0005]本發(fā)明的一個目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，并提供一種動態(tài)流過加熱器設(shè)備，其具有非常低的熱慣性和小的尺寸，同時提供高的加熱功率和到被加熱流體的最優(yōu)熱傳遞。另一目的是提供一種動態(tài)流過加熱器設(shè)備，其價格低廉，易于生產(chǎn)。另一目的是提供一種動態(tài)流過加熱器設(shè)備，其在設(shè)計上可以很容易地調(diào)整尺寸，以使其適應(yīng)于不同的應(yīng)用要求。此夕卜，本發(fā)明的一個目的是提供一種以可靠且成本效益的方式制造這樣的最優(yōu)動態(tài)流過加熱器設(shè)備的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明，該目的是通過本發(fā)明的根據(jù)權(quán)利要求1的流過加熱器和根據(jù)權(quán)利要求10制造這樣的流過加熱器的方法而解決的。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的有利的進一步發(fā)展。
[0007]在第一方面，本發(fā)明提供了一種流過加熱器設(shè)備，其包括承載要被加熱的流體的流體管、與所述流體管至少部分地平行延伸且處于熱接觸的管狀加熱元件，其中，所述管狀加熱元件包括成型套管(profiled casing tube),以及安裝在所述成型套管的管狀部中的至少一個加熱線圈。所述成型套管還包括至少一個從管狀部橫向地突出并繞所述流體管卷繞的凸片部(tab port1n)，其中流體管和管狀加熱元件的組件具有大致螺旋形的形狀，使得所述套管的管狀部相對于所述述流體管的螺旋徑向的內(nèi)部定位。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的流過加熱器設(shè)備是動態(tài)流過加熱器，其具有超出普通加熱設(shè)備的顯著優(yōu)點，并具有非常低的熱慣性，因為存儲在所述加熱設(shè)備主體中能量的較小的量，其導(dǎo)致非常短的升溫周期、短的控制反應(yīng)時間，以及低的能量損失。因此，也沒有必要在有升高的溫度的待機模式下運行所述加熱設(shè)備，因而待機能量損失減小，同時實現(xiàn)了有短等待時間的高易用性。此外，所述設(shè)備非常緊湊，并且可以通過改變直徑和/或螺旋的長度，或通過例如提供具有諸如為橢圓形的非圓形螺旋，而很容易地適應(yīng)尺寸要求。此外，通過縮放螺旋卷繞管的長度和加熱線圈的相應(yīng)加熱功率，本發(fā)明的流過加熱器設(shè)備可以容易地適應(yīng)于關(guān)于加熱功率、流體管的加熱表面積和特定的熱區(qū)載荷的不同要求。為此，不同長度的同一基本部件可以用相同的工具(例如，用于所述成型套管的擠壓工具)生產(chǎn)，由此避免了工具或制造部件的昂貴的重新設(shè)計。使用本發(fā)明的動態(tài)流過加熱設(shè)備，例如，為了符合特定應(yīng)用的要求，限定管長度與加熱功率的最佳比例以最優(yōu)化升溫周期并避免產(chǎn)生氣泡是容易的。
[0009]使用具有一個用以直接地接納加熱單元的通道的成型套管減少了部件的數(shù)目，并改善到水管的熱傳遞，所述成型套管優(yōu)選地是具有良好熱導(dǎo)率的擠壓鋁型材，所述加熱單元包括至少一個加熱線圈。所述至少一個加熱線圈被直接地安裝在填充有熱傳導(dǎo)絕緣材料(優(yōu)選地是硅化氧化鎂)的成型套管中，使得管狀加熱元件的額外套管被省去，因而通過熱量所必須穿過的界面的數(shù)目減少，并且通過避免在管狀加熱元件的額外壁與成型套管之間的表面接觸降低而產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)降低，熱傳導(dǎo)被改善。另外，通過使用在數(shù)目減少的更容易的生產(chǎn)步驟中組裝的減少數(shù)量的組件，成本被降低。
[0010]彎曲成型套管和水管的組件，使得所述套管的管狀部相對于所述流體管螺旋徑向的內(nèi)部定位，避免了所述組件在運行中的加熱和冷卻過程中的任何扭轉(zhuǎn)變形。由此，水管和成型套管的壁厚可以減小而沒有產(chǎn)生裂紋的風(fēng)險，從而能夠延長運行壽命同時實現(xiàn)具有非常低的熱慣性的非常緊湊的動態(tài)流過加熱器。特別地，在快速加熱過程中，因為有高溫度梯度的受熱管狀套管的更快的膨脹，凸片部和定位在水管徑向內(nèi)的螺旋中的成型套管的管狀部通過快速壓縮而被機械地加載。另一方面，在緩慢的冷卻中，當(dāng)加熱線圈的電力被切斷時，成型套管被相對緩慢的拉伸載荷機械地加載。所述部件在螺旋形流過加熱器設(shè)備中的這種布置導(dǎo)致管狀加熱元件的成型套管產(chǎn)生裂紋的風(fēng)險降低，使得運行壽命被延長并且成型套管的壁厚可以減小，從而實現(xiàn)低的熱慣性并降低成本。
[0011]本發(fā)明的動態(tài)流過加熱設(shè)備可用于加熱水或用于產(chǎn)生蒸汽。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的進一步發(fā)展，流體管可以具有非圓形的橫截面，特別是橢圓形橫截面。由此，受熱的流體表面與流動的橫截面的比率可以增加。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個獨立的方面，熱傳導(dǎo)裝置可以被布置在流體管與套管之間。所述熱傳導(dǎo)裝置可包括適合于在操作過程中抗熱并通過置換位于套管與流體管之間的空氣而改善熱傳遞的任何種類的材料。這樣的熱傳導(dǎo)裝置可以包括一個高溫導(dǎo)熱膏，或者優(yōu)選地包括提供流體管道與所述套管之間的焊接連接的焊料。焊接連接提供了從套管到流體管的可靠和非常良好的熱傳遞。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一獨立方面，所述管狀部可包括在套管的長度方向上突出于凸片部的端部。由此，用于保持所述加熱線圈和熱傳導(dǎo)絕緣材料在加熱元件的管狀部內(nèi)的絕緣陶瓷墊圈(beads)，可以通過例如壓制形成端部而可靠地安裝在所述端部，同時套管與絕緣墊圈之間的連接不受套管的任何變形的影響，特別是同一套管的凸片部，所述變形在制造的稍后階段產(chǎn)生或由在加熱器設(shè)備的操作過程中的熱-機械負(fù)載引起。
[0015]此外，另一種獨立的有利選擇是，所述流體管的周緣大致完全地被套管環(huán)繞，即被管狀部和繞流體管卷繞的至少一個凸片部環(huán)繞。如果使用一個凸片部，它繞流體管卷繞，使得凸片部的邊緣被定位在或定位接近套管的管狀部。以這種方式，熱傳遞表面被最大化，并且實現(xiàn)了管狀加熱元件的套管與流體管之間的可靠連接。如果使用兩個凸片部，它們可以是對稱的，并且可以繞流體管卷繞，使得它們的邊緣彼此鄰近地定位，并且和所述套管的管狀部相對。因為熱流經(jīng)由兩個凸片部到流體管朝向遠(yuǎn)離成型套管管狀部的表面的兩個通路，這進一步改善了到流體管的熱傳遞。由此，可以實現(xiàn)在流體管的周緣上的更均勻熱流分布。在所述組件已經(jīng)被彎曲成螺旋形狀之后，可以優(yōu)選地保持在凸片部的邊緣與套管的管狀部之間或者在兩個凸片部的邊緣之間的相對小的縫隙允許在流體管與套管之間供給釬料，其用于焊接同一流體管和套管并且提供可靠且非常良好的熱傳遞。此外，這樣的縫隙有利地允許凸片部邊緣在組件的彎曲過程中相對于管狀部或者相對于另一凸片部邊緣的補償運動，由此，避免了在套管與流體管之間由在彎曲過程中的任何變形引起的表面接觸的減少。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一個獨立方面，成型套管可以包括鋁擠壓型材，而流體管可以包括不銹鋼管。鋁型材是成本效益的，并且可以以所希望的橫截面形狀制造，即例如以具有橫向突出凸片部的管狀部的形式。此外，因為它的可成形性和良好的熱傳導(dǎo)性，鋁制套管是用于制造管狀加熱元件的優(yōu)選部件。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的完全獨立的方面，提供了 U形安裝支架，其可被布置在螺旋流過加熱設(shè)備的流體管和管狀加熱元件的螺旋組件內(nèi)，并具有保持螺旋組件的至少一個線圈用于在裝置中安裝所述設(shè)備的鉤狀端部，所述裝置特別是諸如咖啡機的飲料制備裝置。所述安裝支架還可以包括至少一個保持器，所述保持器保持熱安全設(shè)備，使得其抵靠在流體管和管狀加熱元件的螺旋組件的徑向內(nèi)側(cè)上。熱安全設(shè)備可包括熱保險絲，其用于在超過預(yù)定溫度閾值的情況下中斷到加熱線圈的電力供給。熱安全設(shè)備可以預(yù)先安裝在支架上，使得所述螺旋流過加熱器設(shè)備依靠此支架在飲料制備裝置中的安裝會自動地導(dǎo)致所述必要安全設(shè)備的正確布置和可靠安裝。
[0018]根據(jù)另一個方面，本發(fā)明提供了一種飲料制備裝置，特別是咖啡機，其包括上述流過加熱器設(shè)備。
[0019]在另一方面，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)流過加熱器設(shè)備的方法，其包括的步驟有:制備特別是擠壓鋁型材的成型套管，所述成型套管具有管狀部和至少一個從管狀部橫向突出的凸片部；在套管的管狀部內(nèi)放置加熱單元，其包括至少一個加熱線圈和保持所述至少一個加熱線圈的各個端部的兩個絕緣墊圈；填充熱傳導(dǎo)性的絕緣材料到管狀部在絕緣墊圈之間的內(nèi)部體積內(nèi)，所述絕緣材料特別是一種硅化的氧化鎂粉末；形成管狀部以減少其內(nèi)部容積的橫截面面積并將所述熱傳導(dǎo)絕緣材料壓實，并且還為鄰近所述至少一個凸片部的管狀部提供外部輪廓，其部分地與用于承載要被加熱流體的流體管外部輪廓是大致互補的；接合所述流體管到所形成的管狀部的大致互補的輪廓，所述管狀部鄰近所述套管的至少一個凸片部；繞流體管卷繞所述至少一個凸片部，以大致完全地環(huán)繞流體管的周緣；以及，彎曲所形成套管和流體管的組件成大致螺旋形的形狀，使得所述套管的管狀部相對于所述流體管的螺旋徑向的內(nèi)部定位。
[0020]這種方法以數(shù)目減少的簡單步驟并且用數(shù)目減少的部件實現(xiàn)了改進的螺旋動態(tài)流過加熱器的成本效益并且簡單的生產(chǎn)。
[0021]根據(jù)獨立的進一步發(fā)展，本發(fā)明的方法可以包括在成型套管的兩個端部去除凸片部的步驟。相對于加熱單元的絕緣墊圈的安裝，這樣的和部分是有利的。
[0022]根據(jù)另一獨立方面，本發(fā)明的方法可以進一步包括彎曲成型套管的端部，使得它們的軸線從剩余套管的軸線偏離的步驟。軸線的這種偏離提供了端部從流體管離開卷繞的凸片部的更大距離，以便利于連接件到流體管和加熱單元的安裝。
[0023]根據(jù)另一獨立方面，本發(fā)明的方法可以進一步包括施加熱傳導(dǎo)裝置到流體管的外表面或套管的相應(yīng)表面上的步驟。此步驟可在接合所述流體管到所形成的套管管狀部之前實施，使得通過替換原本可能保留在部件之間并影響熱傳遞的任何空氣而提供良好的熱接觸。
[0024]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，熱傳導(dǎo)裝置可以包括與助焊劑一起施加的焊料，其中，所述方法還可以包括在彎曲步驟之后通過施加熱到套管和流體管的組件以焊接所述流體管與套管。這代表了形成流體管與套管之間的焊接連接，同時導(dǎo)致從加熱線圈到流體管的非常好的總熱傳遞的非常簡單和可靠的方法。
[0025]在另一有利且獨立的實施例中，本發(fā)明的方法可包括施加助焊劑到流體管的外表面或套管的相應(yīng)表面上的步驟，并且包括通過在彎曲步驟之后施加熱到套管和流體管的組件，并且供給焊料到保留在凸片部與套管管狀部之間的縫隙，而焊接所述流體管與套管的步驟。用這種形成流體管與套管之間的焊接連接的可選方式，能夠避免在流體管與套管之間殘留的空氣或助焊劑的氣泡，同時因為在部件上省去了預(yù)先形成的焊料層，所得到的焊料層的厚度更薄。因此，可以實現(xiàn)更好的熱傳遞。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]在下文中，所發(fā)明的方法和裝置的另外的優(yōu)點和實施例結(jié)合附圖進行描述。因此，在附圖中的表達(dá)左側(cè)、右側(cè)、下方和上方指允許參考標(biāo)號的正常判斷的附圖的指向，但除非明確說明，其不一定對制造或操作限定特征或部件的位置或取向。
[0027]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的流體管和管狀加熱元件的螺旋組件的側(cè)視圖；
[0028]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的流體管和管狀加熱元件的組件的橫截面；
[0029]圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的流體管和管狀加熱元件的螺旋組件的側(cè)視圖；
[0030]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的流體管和管狀加熱元件的組件的橫截面；
[0031]圖5是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的流體管和管狀加熱元件的螺旋組件的側(cè)視圖；
[0032]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的流體管和管狀加熱元件的組件的橫截面；
[0033]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的管狀加熱元件的成型套管的橫截面；
[0034]圖8是圖7的成型套管的透視圖；
[0035]圖9是根據(jù)本發(fā)明第一實施例要安裝在成型套管中的加熱單元的透視圖；
[0036]圖10是根據(jù)本發(fā)明第一實施例預(yù)先安裝的管狀加熱元件的透視圖，其以所述套管部分地剖開而示出；
[0037]圖11是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的流體管和管狀加熱元件的組件在將其彎曲成螺旋形狀之前的透視圖；
[0038]圖12是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的流體管和管狀加熱元件的組件在將其彎曲成螺旋形狀之前的透視圖；
[0039]圖13示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的管狀加熱元件的成型套管的橫截面；
[0040]圖14是圖13的成型套管的透視圖；
[0041]圖15是根據(jù)本發(fā)明第三實施例要安裝在成型套管中的加熱單元的透視圖；
[0042]圖16是根據(jù)本發(fā)明第三實施例預(yù)先安裝的管狀加熱元件的透視圖，其以所述套管部分地剖開而示出；
[0043]圖17是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的流體管和管狀加熱元件的組件在將其彎曲成螺旋形狀之前的透視圖；
[0044]圖18是根據(jù)本發(fā)明適于保持螺旋流過加熱器設(shè)備的安裝支架的透視圖；以及
[0045]圖19是有安裝連接件的本發(fā)明的第一實施例的流過加熱器的透視圖。

【具體實施方式】
[0046]如在圖19的透視圖中示出的，根據(jù)本發(fā)明的螺旋動態(tài)流過加熱器設(shè)計為例如在諸如咖啡機的飲料制備裝置中使用。必須指出的是，本發(fā)明的流過加熱器設(shè)備的長度(螺旋長度和/或螺旋線圈的數(shù)量)可以根據(jù)預(yù)期的應(yīng)用而變化。為了便于說明，附圖并不總是顯示所述部件的優(yōu)選的長度比，并且必須以說明性的方式解釋。
[0047]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的流過加熱器的流體管10和管狀加熱元件20的螺旋組件的透視圖。管狀加熱元件20，其以與流體管10接合之前的狀態(tài)更詳細(xì)地示出在圖10中，與大致螺旋形的流體管10相鄰地布置并與其處于熱接觸。
[0048]在本發(fā)明的可選實施例中，所述加熱器設(shè)備的螺旋形狀可以是圓形螺旋或橢圓形螺旋，或者因為例如對于在飲料制備裝置中安裝所述加熱器設(shè)備的可用空間所可能需要的，其甚至是具有以別的方式變形的橫截面的螺旋。
[0049]所述流體管道可以由適合于承載要加熱的諸如水或水蒸汽的流體的任何材料制成，并且優(yōu)選地是由不銹鋼制成的，因為其諸如對腐蝕性液體的耐性和對食品的中性的有利性質(zhì)，不銹鋼在食品【技術(shù)領(lǐng)域】是優(yōu)選的材料。所述流體管10可以是具有圓形橫截面的不銹鋼管，并且其直徑優(yōu)選地例如在4至8mm的范圍內(nèi)。流體管10的壁厚可以在0.3至0.6mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地例如是約0.4_。薄的壁關(guān)于要被傳遞到在流體管10內(nèi)流動的流體的熱量提供了流體管10的低熱阻，同時不銹鋼在制造(彎曲)過程中和在流過加熱器的操作中(熱膨脹負(fù)載)提供了流體管10的足夠強度和穩(wěn)定性。
[0050]如在圖7至10中更詳細(xì)地示出的，根據(jù)第一實施例的管狀加熱元件包括成型套管22，以及安裝在成型套管22的管狀部24中的加熱單元30。管狀部24具有優(yōu)選地在5至8mm范圍內(nèi)的內(nèi)徑。成型套管22的管狀部24和凸片部26的壁厚例如可優(yōu)選地在0.8至1.5mm的范圍內(nèi)。更薄的壁導(dǎo)致所期望的更少的熱慣性，而更厚的壁導(dǎo)致更好的熱分布，從而必須找到一個折衷?？蛇x地，管狀部24的壁厚可以與凸片部的不同。可選地，也有可能的是，管狀部24的壁厚是沿周緣變化的，或者凸片部26的壁厚從它在管狀部的根部到其邊緣是變化的。例如，管狀部24的壁厚在所述流體管接觸區(qū)域可以更薄，而凸片部26的壁厚可以從其根部到其邊緣而減少。以這種方式，有可能進一步減少流過加熱器的熱慣性，而同時最優(yōu)化繞流體管10的熱分布和到所述流體管10的熱傳遞。
[0051]加熱單元30包括由兩個絕緣墊圈34、35保持的加熱線圈32，所述絕緣墊圈具有用于將加熱線圈電連接到電源的接觸端子36、37。絕緣墊圈優(yōu)選地由陶瓷材料制成，并安裝在套管22的管狀部24的端部25內(nèi)，使得加熱線圈32布置為在管狀部24內(nèi)的密閉體積內(nèi)絕緣，所述密閉體積在絕緣墊圈34、35之間，并且填充有壓實的熱傳導(dǎo)絕緣材料38。所述熱傳導(dǎo)絕緣材料38優(yōu)選地包括在管狀加熱元件的制造中常用的硅化氧化鎂(MgO)，其提供了從加熱線圈32到套管22的良好熱傳遞。
[0052]成型套管22優(yōu)選地由擠壓鋁型材制成，其具有高的導(dǎo)熱率，并且可以容易地以所希望的形狀在低成本下生產(chǎn)。然而，其它的材料也可以適合于形成成型套管，例如銅或黃銅或其它合金。
[0053]如圖7所示，其描繪了預(yù)制套管22的橫截面，管狀加熱元件20的成型套管22包括用于接收加熱單元30的管狀部24，以及橫向地從管狀部24突出的凸片部26。凸片部26可以有意地具有對應(yīng)于流體管外半徑的略微彎曲的邊緣部分(如圖7所示)，從而使得繞流體管卷繞凸片部26是便利的。此外，凸片部26可在套管22的管狀部24的整個長度上延伸，然而，優(yōu)選的是，所述凸片部在管狀部24的端部25被除去，如圖8所示，其描繪了成型套管22的透視圖。從端部25除去凸片部26對于加熱單元30的絕緣墊圈34、35的安裝是有利的，因為所述凸片部26會阻礙繞絕緣墊圈34、35壓制形成端部25。
[0054]如圖1、圖2和圖11所示，套管22的凸片部26被繞流體管10卷繞，并固定所述流體管10到管狀加熱元件20。為了提供從所述加熱元件20到流體管10的周緣的良好熱傳遞，凸片部26長度的尺寸設(shè)置為使得它圍繞流體管10的周緣延伸，直到它到達(dá)或幾乎到達(dá)管狀部24。由此,流體管10的周緣大致被管狀加熱元件20的套管22的凸片部26和管狀部24完全環(huán)繞。以這種方式，由加熱元件20產(chǎn)生的熱量在流體管的周緣上均勻地分布，以便提供相對均勻的表面熱負(fù)荷和高的加熱性能。
[0055]如圖1所示，流體管10和管狀加熱元件20的組件的螺旋形狀被布置，使得所述加熱元件20的套管22的管狀部24相對于所述流體管10的螺旋徑向的內(nèi)部定位。換句話說，流體管10的中心線以及管狀部24的中心線各自表示螺旋直徑不同但螺距相同的螺旋線，使得管狀部24的螺旋定位在流體管10的螺旋的內(nèi)側(cè)，并且與其平行?？紤]貫穿螺旋的縱向截面，管狀部24的中心被定位在從螺旋的軸線延伸到流體管10的中心的徑向線上。由于在加熱或冷卻過程中的熱膨脹或收縮不會導(dǎo)致任何作用在套管22上的扭轉(zhuǎn)載荷和變形，這是有利的。在操作中發(fā)生的這樣反復(fù)的變形可進而引起套管22中產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致流過加熱器的使用壽命縮短。將加熱元件的管狀部24大致徑向地布置在流體管的內(nèi)側(cè)提供了，在快速升溫過程中的管狀部24的熱膨脹導(dǎo)致作用在管狀部24和凸片部26上的壓縮載荷。相比于快速的和強的拉伸載荷，快速的和強的壓縮載荷不會導(dǎo)致在管狀部24和凸片部26中產(chǎn)生裂紋，如果管狀部24徑向地定位在流體管10之外，所述拉伸載荷將在升溫過程中發(fā)生。在另一方面，當(dāng)加熱單元30被關(guān)閉而流體加熱器以相當(dāng)慢的速度冷卻時，如果有的話，只有緩慢和低的拉伸載荷可作用在管狀部24和凸片部26上。
[0056]可選地，熱傳導(dǎo)裝置可以布置在流體管與套管之間，以減小熱阻并提高從管狀加熱元件20到流體管10的熱傳遞。這種熱傳導(dǎo)裝置可以是任何種類的材料，其夾在流體管10的周緣與套管22的面向流體管10的表面部分之間，并且適合于保持就位和承受在操作中出現(xiàn)的高溫，所述材料諸如導(dǎo)熱膏。優(yōu)選地，由于流體管與套管之間的焊接連接具有優(yōu)異的耐久性并提供了非常良好的熱傳遞，而且增強了流體管10和加熱元件20的組件，焊料被用作熱傳導(dǎo)裝置。
[0057]作為本發(fā)明的螺旋動態(tài)流過加熱器的另一可選改進，如在圖8和圖11中特別地示出的，管狀部24包括在套管的長度方向上突出于凸片部26的端部25。然而，其中凸片部延伸到套管22的管狀部24的兩端的其他實施例是可行的。
[0058]優(yōu)選地，但不是必須地，沿凸片部26的長度，流體管10的周緣大致完全地被套管22的管狀部24和凸片部26環(huán)繞，所述套管貼近流體管10以最大化流體管10的被加熱表面?？蛇x地，所述凸片部26在周緣方向上可以短于流體管10，使得增加的間隙保留在凸片部26繞流體管10卷繞的縱向邊緣與管狀部24之間。在另一可選實施例中，凸片部26的縱向邊緣可觸及管狀部24，使得流體管10完全地被套管22環(huán)繞。
[0059]流體管優(yōu)選地由具有非常高的耐久性和高強度的不銹鋼制成。因為鋁具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性同時具有良好的可加工性，成型套管22優(yōu)選地是擠壓鋁型材。此外，套管22。然而，如果有利于某些應(yīng)用，其它材料，例如銅或多種金屬合金，甚至諸如耐高溫塑料的非金屬材料，可分別地用于流體管22或套管10。此外，考慮要被加熱的流體，可以使用一種流體管，其具有由有良好導(dǎo)熱性的材料制成的外壁以及由有利的特殊材料制成的薄的內(nèi)涂層。
[0060]在圖1、圖2所示的實施例中，流體管10具有圓形橫截面?？蛇x地，流體管10的其它橫截面是可能的，并且可以具有額外的優(yōu)點。例如，如圖3、圖4和圖12所示的，流體管10的橢圓形橫截面可以在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的流過加熱器中使用。橢圓形橫截面導(dǎo)致加熱表面對流動橫截面的更高比例，這對某些應(yīng)用可以是優(yōu)選的。
[0061]本發(fā)明的具有橢圓形流體管的流過加熱器設(shè)備的第二實施例的組件示于圖3、圖4和圖12中。對于此實施例，可以使用類似于在圖7中所示的成型套管22。
[0062]本發(fā)明的另一獨立和有利的發(fā)展是在圖5、圖6以及圖13至圖17中所示的第三實施例。第三實施例的成型套管122示出在圖13中，并包括從套管122的管狀部124橫向地突出的兩個凸片部126a、126b。如圖6所示，兩個凸片部126a、126b可以是對稱的，使得同一套管的邊緣在流體管與管狀部124相對的位置上彼此面對，使得流體管110的周緣大致完全地被管狀部124和兩個凸片部126a、126b所環(huán)繞。然而，凸片部的其它設(shè)計也是可行的，諸如凸片部126a、126b從它們在管狀部124處的根部到它們的邊緣具有不同的長度。此外，在圖6中所示的凸片部126a、126b的邊緣可以可選地彼此接觸，或者如果需要的話，可以留下暴露所述流體管的更大周緣部分的更大縫隙。
[0063]如在圖6中所示，第三實施例的成型套管122還包括管狀部124，其具有稍微細(xì)長的橫截面以接收具有兩個平行的加熱線圈132a、132b的加熱單元。即使這兩個特征被圖5、圖6和圖13至圖17所示的一個實施例示出，在管狀加熱元件的套管中布置2個加熱線圈是與上述提供兩個凸片部的特征完全獨立的特征。在另一可選的選擇中(未示出)，兩個加熱線圈132a、132b可以彼此同軸地布置，使得一個加熱線圈被布置在另一個內(nèi)。本發(fā)明的另一可選實施例(未示出)可以包括具有兩個相鄰管狀部的成型套管和繞流體管卷繞的兩個凸片部，所述管狀部每個接收一個單獨的加熱線圈。提供兩個加熱線圈，其可以具有相同或不同的電功率，導(dǎo)致的優(yōu)點是，加熱功率可以通過僅反復(fù)接通和斷開加熱線圈中的一個而控制，而另一加熱線圈在連續(xù)地運轉(zhuǎn)，或連續(xù)地未運轉(zhuǎn)。這降低了反復(fù)切換的功率，并且由此，減少了送回電網(wǎng)的噪聲和由高切換功率和電網(wǎng)的阻抗產(chǎn)生的閃爍問題。
[0064]圖18是示出用于在諸如咖啡機的飲料制備裝置中安裝螺旋動態(tài)流過加熱器的安裝支架50的透視圖。即使它在下面與本發(fā)明的流過加熱器的實施例連接地被描述，安裝支架50是完全獨立的設(shè)備，并且不限于與本發(fā)明的流過加熱器結(jié)合，而是可用于安裝具有大致螺旋形形狀的任何流過加熱器設(shè)備。
[0065]安裝支架50優(yōu)選地由諸如冷軋低碳鋼的金屬制成，并且包括被布置在螺旋流過加熱器設(shè)備內(nèi)部的至少一個U形條56，使得U形條56的兩個腿部鄰近螺旋的內(nèi)側(cè)。如圖18所示，安裝支架50的優(yōu)選實施例具有兩個平行的U形條。所述腿部具有鉤狀端部52、53，其環(huán)繞并夾持(保持)的螺旋加熱器設(shè)備的線圈。端部52、53可以是不同的，以便適應(yīng)于要保持的螺旋線圈的傾斜?；?8連接兩個腿的U形條，并且可以提供諸如孔59的裝置用于例如依靠螺栓(未示出)將支架50安裝到飲料制備裝置的殼體或基板。
[0066]在優(yōu)選的實施例中，安裝支架50還包括布置在U形條56的腿部的至少一個保持器54。如圖18所示，所述保持器54可連接兩個相鄰的U形條56。此外，保持器54保持諸如熱保險絲的熱安全裝置60，以使熱安全設(shè)備60抵接或者至少與所述流過加熱器設(shè)備的螺旋組件的內(nèi)側(cè)處于熱傳導(dǎo)性連接。安裝支架優(yōu)選被形成為使得所述熱安全裝置60被彈性地壓靠所述加熱設(shè)備。熱安全設(shè)備60與管狀加熱元件20的管狀部24處于熱接觸，以在過熱的情況下用來中斷電加熱電路。
[0067]本發(fā)明的安裝支架50使螺旋加熱器設(shè)備能夠簡單而快速地安裝，同時使以可靠的熱接觸關(guān)聯(lián)到螺旋加熱器設(shè)備的熱安全設(shè)備60能夠簡單和正確地放置。為此目的，在接合安裝支架50與螺旋加熱器設(shè)備之前，并且例如在將整個組件安裝在殼體中之前，熱安全設(shè)備60優(yōu)選地預(yù)安裝到安裝支架50。
[0068]在下文中，根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)螺旋動態(tài)流過加熱器設(shè)備的方法將關(guān)于在圖1、圖2以及圖7至圖11中示出的流過加熱器的第一實施例而描述。
[0069]在第一步驟中，如以上關(guān)于圖7示出并描述的，優(yōu)選地通過擠出具有帶管狀部24和凸片部26的所需橫截面的鋁型材而制備成型套管22。
[0070]然后，在第二步驟中，預(yù)組裝的加熱單元30(示于圖9)被放置并安裝在成型套管22的管狀部24內(nèi)，所述加熱單元30包括至少一個加熱線圈32和放置在管狀部24的端部25處的兩個絕緣墊圈34、35。所述絕緣墊圈34、35包括保持所述至少一個加熱線圈32的相應(yīng)端部的連接端子36、37。一個絕緣墊圈34具有對應(yīng)于所述管狀部24的內(nèi)輪廓(優(yōu)選為圓形)的周緣形狀。另一絕緣墊圈35具有在插入管狀部24中時留下空隙的周緣形狀。所述墊圈34、35通過繞墊圈34、35擠壓形成端部25而固定在端部25中，使得加熱線圈32自由地懸掛在管狀部24內(nèi)。
[0071]可選地，凸片部26可以在第二步驟之前從管狀部24的端部25除去，以便利于在第二步驟中執(zhí)行的壓制成形。
[0072]在第三步驟中，熱傳導(dǎo)絕緣材料38，諸如硅化氧化鎂粉末，經(jīng)由如上面提到的墊圈35留下的空隙，而填充到限定在管狀部24內(nèi)部兩個絕緣墊圈34、35之間的體積內(nèi)。然后，所述空隙例如依靠樹脂而被封閉，使得熱傳導(dǎo)性材料38被密封在管狀部24內(nèi)，并且環(huán)繞和滲透加熱線圈32。
[0073]在第四制造步驟之后制備好的管狀加熱元件20以套管部分地剖開的透視圖示出在圖10中。
[0074]在第四步驟中，管狀部24，特別是位于管狀部24的端部25之間的中間部分，是通過壓制成形而形成的，以減少管狀部24的內(nèi)部體積的橫截面面積。因此，存在于管狀部24中的熱傳導(dǎo)絕緣材料38被壓實以提高從加熱線圈32到套管22的熱傳導(dǎo)率。此外，在此成形步驟中，管狀部24設(shè)置有所希望的外輪廓，其一方面便利于套管在稍后的步驟中的彎曲，而在另一方面為相鄰的凸片部26提供了周緣輪廓部28，其與所述流體管10的外輪廓大致互補。
[0075]可選地，在上述第四步驟的成形之前或過程中，管狀部24的移除凸片部26的端部25被彎曲使得它們的軸線從所述管狀部24的剩余中間部的軸線偏離，這便利于管狀加熱元件20與流體桶10的組裝，進而提高了流體管10的端部和管狀部24的可達(dá)性，以用于安裝如圖19所示的連接件。
[0076]在第五步驟中，通過將其貼近到管狀部24的互補輪廓部分28，所述流體管10接合到制備好的管狀加熱元件20，所述互補輪廓鄰近所形成的套管22的凸片部26。
[0077]然后，在第六步驟中，管狀部26通過成形操作而繞流體管10卷繞，以通過所形成的套管22大致完全地環(huán)繞流體管10的周緣。從第六步驟得到的流體管10和成形套管22 (或成形管狀加熱元件20，分別地)的組件示于圖11中。
[0078]第七個步驟包括彎曲圖11的組件至大致螺旋形的形狀。因此，所述組件被在一個方向上彎曲，使得套管22的管狀部24被定位在螺旋的徑向內(nèi)側(cè)，而流體管被定位在螺旋的徑向外側(cè)，所述方向在由流體管10和管狀部24的平行中心線跨越的平面內(nèi)。
[0079]由第七步驟產(chǎn)生的螺旋流過加熱器設(shè)備示出在圖1中。如在圖19中所示，在通過例如安裝支架50安裝在飲料制備裝置的殼體中之前，此設(shè)備然后可以配備有連接件、熱安全設(shè)備等。
[0080]為了改善從管狀加熱元件20到流體管10的熱傳遞，在接合的第五步驟之前，熱傳導(dǎo)裝置可選地施加到流體管10的外表面和/或套管22的意在與流體管處于熱接觸的相應(yīng)表面部分上。
[0081]所述熱傳導(dǎo)裝置可包括導(dǎo)熱膏，或者優(yōu)選地包括與助焊劑一起施加的焊料。在這種優(yōu)選的情況下，本發(fā)明的方法進一步包括將熱施加到流體管10和套管22的組件的第八步驟，以便在它們之間創(chuàng)建焊接連接，因為它提供了良好的熱傳導(dǎo)和部件的可靠連接，這是特別優(yōu)選的。
[0082]根據(jù)本發(fā)明的方法的另一進一步發(fā)展的實施例，流體管10與套管22之間的焊接連接，是通過在接合它們之前將助焊劑施加到流體管10和套管22意在焊接到彼此的外表面部分而提供的，然后，在彎曲的第七步驟后，通過施加熱量到螺旋組件，并經(jīng)由保留在套管22的凸片部26與管狀部24之間的縫隙供給焊料，焊接流體管10和套管22，所述狹縫使得能夠到達(dá)流體管10。
[0083]圖13至17對應(yīng)于圖7至8，并且根據(jù)上述方法步驟示出了本發(fā)明第三實施例的螺旋動態(tài)流過加熱器設(shè)備的生產(chǎn)。
【權(quán)利要求】
1.流過加熱器設(shè)備，其包括 承載要被加熱的流體的流體管(10)； 至少與所述流體管(10)部分地平行且處于熱接觸而延伸的管狀加熱元件(20)； 其中，所述管狀加熱元件(20)包括成型套管(22)和至少一個安裝在所述成型套管(22)的管狀部(24)中的加熱線圈(32)； 其特征在于 所述成型套管(22)還包括至少一個從管狀部(24)橫向地突出并且繞所述流體管(10)卷繞的凸片部(26)， 其中，所述流體管(10)和所述管狀加熱元件(20)的組件具有大致螺旋形的形狀，使得所述套管的管狀部(24)相對于所述流體管(10)的螺旋徑向的內(nèi)部定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備， 其中，所述流體管(10)具有非圓形的橫截面，特別是橢圓形橫截面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備， 其中，熱傳導(dǎo)裝置被布置在所述流體管(10)與所述套管(22)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備， 其中，所述熱傳導(dǎo)裝置包括提供所述流體管(10)與所述套管(22)之間的焊接連接的焊料。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的設(shè)備， 其中，所述管狀部(24)包括在所述套管(22)的長度方向上突出于所述凸片部(26)的端部(25)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的設(shè)備， 其中，所述流體管(10)的周緣被所述套管(22)大致完全地環(huán)繞。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的設(shè)備， 其中，所述成型套管(22)包括擠壓鋁型材，而所述流體管(10)包括不銹鋼管。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的設(shè)備， 所述設(shè)備還包括U形安裝支架(50)，其被布置在所述流體管(10)和所述管狀加熱元件(20)的螺旋組件之內(nèi)，并且具有保持所述螺旋組件的至少一個線圈的鉤狀端部(52)，用于在裝置中安裝所述設(shè)備，特別是安裝在諸如咖啡機的飲料制備裝置中； 其中，所述安裝支架(50)還包括至少一個保持器(54)，其保持熱安全設(shè)備(60)，使得它抵靠在所述流體管(10)和所述管狀加熱元件(20)的螺旋組件的徑向內(nèi)側(cè)上。
9.飲料制備裝置，特別是咖啡機，其包括根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的流過加熱器設(shè)備。
10.生產(chǎn)流過加熱器設(shè)備的方法，其包括步驟: 制備特別是擠壓鋁型材的成型套管(22)，其具有管狀部(24)和至少一個從所述管狀部(24)橫向地突出的凸片部(26)； 在所述套管(22)的管狀部(24)內(nèi)放置加熱單元(30)，其包括至少一個加熱線圈(32)和保持所述至少一個加熱線圈(32)的各個端部的兩個絕緣墊圈(34、35)； 填充熱傳導(dǎo)絕緣材料(38)到管狀部(24)的在絕緣墊圈(34、35)之間的內(nèi)部體積內(nèi)，所述材料特別是硅化氧化鎂粉末； 形成管狀部(24)以減少其內(nèi)部體積的橫截面面積并將所述熱傳導(dǎo)絕緣材料(38)壓實，并且還為鄰近所述至少一個凸片部(26)的管狀部(24)提供外部輪廓，所述外部輪廓部分地與用于承載要被加熱流體的流體管(10)的外部輪廓是大致互補的； 接合所述流體管(10)到所形成的管狀部(24)的大致互補的輪廓，所述管狀部鄰近所述套管(22)的至少一個凸片部(26)； 繞所述流體管(10)卷繞所述至少一個凸片部(26)，以大致完全地環(huán)繞所述流體管(10)的周緣；以及 彎曲所形成的套管(22)和所述流體管(10)的組件至大致螺旋形的形狀，使得所述套管(22)的管狀部(24)相對于所述流體管(10)的螺旋徑向的內(nèi)部定位。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其還包括 移除在所述成型套管(22)的兩個端部(25)處的凸片部分(26)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其還包括 彎曲所述成型套管(22)的端部(25)，使得它們的軸線從剩余的成型套管的軸線偏離。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求10到12的任一項所述的方法，其還包括 施加熱傳導(dǎo)裝置到所述流體管(10)的外表面或者所述套管(22)相應(yīng)表面上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法， 其中，所述熱傳導(dǎo)裝置包括與助焊劑一起施加的焊料，并且 其中，所述方法還包括在彎曲步驟之后，通過施加熱量到所述套管(22)和所述流體管(10)的組件，來焊接所述流體管(10)與所述套管(22)。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求10到12的任一項所述的方法，其還包括 施加助焊劑到所述流體管(10)的外表面或所述套管(22)的相應(yīng)表面上，以及 在彎曲步驟之后，通過施加熱量到所述套管(22)和所述流體管(10)的組件，并且供給焊料到保留在所述套管(22)的凸片部(26)與管狀部(24)之間的縫隙，而焊接所述流體管(10)與所述套管(22)。
【文檔編號】A47J31/54GK104411218SQ201280074461
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月15日
【發(fā)明者】J.霍弗, A.普勒欣杰 申請人:布萊克曼兩合公司