30]所述凸棱52螺旋设置在硅胶套5外周，其与硅胶套5外表面和外管I内壁共同围成呈螺旋状的液体流通路径7，进液通道63和出液通道62—下一上布置、分别与液体流通路径7两端连通。内管6内侧形成空腔61，空腔61中设有进液管66和出液管65分别与进液通道63和出液通道62连通。
[0031]所述发热电路包括依次印烧在外管I外壁的绝缘底层2、发热电阻3和绝缘外层，绝缘底层2上还设有与发热电阻3导电接触的加热供电输入端32。
[0032]所述发热电阻3至少由一层电阻浆烧结而成，其从上至下设有多条，各条发热电阻3相互平行，相邻两条发热电阻3之间通过导电引桥31串联，上下两端的发热电阻3分别与加热供电输入端32导电连接。
[0033]所述发热电路的绝缘底层2上还设有温控器件。
[0034]所述温控器件包括控温用感温器件41和防干烧用感温器件42，发热电路上还设有与温控器件电性连接的温度采集电极43;其中，控温用感温器件41设置在靠近出液通道62处、并尽量远离发热电阻3;防干烧用感温器件42位于发热电阻3旁。
[0035]上述实施例中:液体加热装置由一个在不锈钢内管6外表面浇注硅胶的主体20、以及一个套设在主体外的发热元件10构成，发热元件10由表面印烧有发热电路的不锈钢外管I构成，主体20和发热元件10两端焊接密封，结合硅胶套5的凸棱52，使得主体20与发热元件10之间形成螺旋形上升的液体流通路径7，水沿下方的进液管66进入液体流通路径7内做螺旋形上升运动，水在流动过程中，发热元件10产生的热量传到外管的内表面，和流动的水实现热交换后从出液管65流出。
[0036]由于内管6采用0.5至1.0mm的不锈钢管，在管内形成一个空腔61，减小不锈钢的质量，减小热惯量。同时考虑耐压50bar的承受能力，为了同外管I两端实现焊接后有一个圆环的空腔结构，将内管两端向外翻边64。上述硅胶套5的浇注厚度为0.8mm，凸棱52(螺旋线凸起的棱角)高度为2mm，凸棱52的节距为10.5mm，即液体流通路径7的深度远小于宽度，液体在液体流通路径7流动时，大面积吸收发热元件10经由外管I的内表面传递的热量。通常，夕卜管I都制成高横向热导性和低热惯量的形状，为了快速地实现横向传热，需要最可能小的厚度，但为了承受50bar的压力，在本实例中，采用0.8_的厚度不锈钢。材料的选用的原则，要能在其表面通过丝印发热电路。
[0037]发热电路的丝印:在不锈钢外管表面印烧一层绝缘介质材料(绝缘底层)，根据需要可以通过三层或四层绝缘来提高绝缘耐压，印烧电极材料，实现电连接，然后印烧发热电阻，在发热电阻的表面印烧一层或多层绝缘保护层(绝缘外层)。发热元件的功率一般在1200至2800W，根据出水流量及出水温度确定最大功率范围。
[0038]因为液体流通路径7的整个通道不是一根直线的轨道，同时根据水受热后密度减小，热水向上流动的原理，不能依靠重力推动水的流动，因为有储压的要求，需要一台储压的水栗推动水流动。
[0039]在外管I外的发热电路上集成控温用感温器件41(NTC感温器件)，控温用感温器件41通过绝缘底层2及外管I的厚度感知液体流通路径7内液体的温度，为了保证测量的准确性及时时性。控温用感温器件41布置在离发热电阻稍远的位置，避免发热电阻的温度对控温用感温器件41的干扰。
[0040]在外管I上集成防干烧用感温器件42(另一NTC感温器件)，防止在无水干烧或发热电阻正对的内表面结垢时，在最短的时间内能够检测到被干烧的或水垢的集结状况，距离靠近发热电阻，具体位置需要根据干烧的时间或阀值温度来确定。
[0041 ] 控温用感温器件41在工作时，测量液体流通路径7内液体的温度，返回给PCB控制，通过计算调节发热电阻3的功率，控制出水温度达到要求值。
[0042]当出现无水干烧或发热电阻正对外管I内表面上大量附着水垢时，发热元件上产生的热量不能被横向带走，温度急剧上升，横向传热给防干烧用感温器件42，当到达设定的阀值温度时，自动切断电源对发热元件实现过热保护。
[0043]在刚开始启动时，为保证出水温度即为要求的温度，控温用感温器件41首先测量液体流通路径7内液体的温度，根据当前温度及出水温度计算预热通电时间，当预热时间到达后，水栗工作，为了减小温度震荡周期，缩短温度平衡建立的时间，在当前一段时间内根据计算确定一个恒定的功率，计算的边界条件包括:进水温度、出水温度、流量、工作电压、装置的额定功率等。当该段时间完成后，通过测量返回的温度，控制调节发热元件的功率，形成闭环控制，直至加热时间或出水量达到后，停止工作。
[0044]在控制技术上，除了控制发热电阻2的功率外，也可以选择控制水栗的流量。预热时间达到后，当前一段时间内根据计算确定一个恒定的流量，计算的边界条件包括:进水温度、出水温度、流量、工作电压、装置的额定功率等。当该段时间完成后，通过测量返回的温度，控制调节水栗的流量，形成闭环控制，直至加热时间或出水量达到后，停止工作。
[0045]实际上在使用这种装置，根据计算及多次实际测试，在刚开始启动时，最长时间在3S内即可出85°C的热水，温度稳定建立时间在3S内，温度稳定在+/-2 °C内。在3S内的预热时间是很短的，不需要在待机时，一直保持恒定的保持温度，避免因为待机带来的能源浪费。
[0046]综上所诉，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，当向发热元件供电时，经过很短的时间就能出热水。
[0047]水道的结构仅为一条相对密封的通道，不会因为串水导致产生蒸汽或水流断断续续，不会因为蒸汽的喷出而带来安全的风险，连续出水带给用户平稳的心情体验。
[0048]在水流通道的结构上，采用完全焊接的密封方式，能够承受最大50bar的储压，满足咖啡或饮料口感及营养的萃取。避免因为其它密封结构带来的漏液问题。
[0049]NTC温度传感器采用集成的方式，和水的热交换是无缝隙的结构，在NTC温度传感器的整个面通过很薄的绝缘层和不锈钢测量温度，热响应时间短，控温用感温器件41测温及时准确，实现精确的温度控制，防干烧用感温器件42检测灵敏，可靠地实现过热保护，无需额外的安装结构，成本低。
【主权项】
1.液体加热装置，包括分别呈筒状结构的主体(20)和发热元件(10)，发热元件(10)套在主体(20)表面外，发热元件(10)由外管(I)和印制在外管(I)外表面的发热电路构成，其特征在于，所述主体(20)由内管(6)和硅胶套(5)构成，内管(6)两端分别与外管(I)两端密封配合，外管(I)与内管(6)之间形成内腔，硅胶套(5)套设在内管(6)外、并封闭内腔中，硅胶套(5)夕卜表面设有凸棱(52)，凸棱(52)与外管(I)内壁密封配合，其中，娃胶套(5)夕卜表面、凸棱(52)和外管(I)内壁共同围成液体流通路径(7)，主体(20)对应液体流通路径(7)设有进液通道(63)和出液通道(62)。2.根据权利要求1所述液体加热装置，其特征是，所述外管(I)和内管(6)均为不锈钢圆管，内管(6)两端分别与外管(I)两端通过焊接方式密封。3.根据权利要求2所述液体加热装置，其特征是，所述外管(I)和内管(6)的壁厚分别为0.5mm 至 Imm04.根据权利要求2或3所述液体加热装置，其特征是，所述内管(6)两端分别设有外翻边(64)，外翻边(64)与外管(I)端口密封。5.根据权利要求4所述液体加热装置，其特征是，所述硅胶套(5)两端分别设有外翻挡边(54)，硅胶套(5)紧套在内管(6)外，外翻挡边(54)与内管(6)的外翻边(64)贴紧配合。6.根据权利要求1所述液体加热装置，其特征是，所述凸棱(52)螺旋设置在硅胶套(5)外周，其与硅胶套(5)外表面和外管(I)内壁共同围成呈螺旋状的液体流通路径(7)，进液通道(63)和出液通道(62)—下一上布置、分别与液体流通路径(7)两端连通。7.根据权利要求1所述液体加热装置，其特征是，所述发热电路包括依次印烧在外管(I)外壁的绝缘底层(2)、发热电阻(3)和绝缘外层，绝缘底层(2)上还设有与发热电阻(3)导电接触的加热供电输入端(32 )。8.根据权利要求7所述液体加热装置，其特征是，所述发热电阻(3)至少由一层电阻浆烧结而成，其从上至下设有多条，各条发热电阻(3)相互平行，相邻两条发热电阻(3)之间通过导电引桥(31)串联，上下两端的发热电阻(3)分别与加热供电输入端(32)导电连接。9.根据权利要求7或8所述液体加热装置，其特征是，所述发热电路的绝缘底层(2)上还设有温控器件。10.根据权利要求9所述液体加热装置，其特征是，所述温控器件包括控温用感温器件(41)和/或防干烧用感温器件(42)，发热电路上还设有与温控器件电性连接的温度采集电极(43);其中，控温用感温器件(41)设置在靠近出液通道(62)处、并尽量远离发热电阻(3);防干烧用感温器件(42)位于发热电阻(3)旁。
【专利摘要】本发明涉及一种液体加热装置，包括分别呈筒状结构的主体和发热元件，发热元件套在主体表面外，发热元件由外管和印制在外管外表面的发热电路构成，所述主体由内管和硅胶套构成，内管两端分别与外管两端密封配合，外管与内管之间形成内腔，硅胶套套设在内管外、并封闭内腔中，硅胶套外表面设有凸棱，凸棱与外管内壁密封配合，其中，硅胶套外表面、凸棱和外管内壁共同围成液体流通路径，主体对应液体流通路径设有进液通道和出液通道。此款液体加热装置具有结构简单合理、加热响应速度快、能耗低等优点。
【IPC分类】F24H1/20, F24H9/20, F24H9/18, H05B3/44
【公开号】CN105716269
【申请号】CN201610081952
【发明人】赵伟, 杨鹏
【申请人】赵伟, 杨鹏
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2016年2月5日