热水或蒸汽产生装置 本发明涉及为不同工作如准备热饮料、洗涤、熨烫或食物的烧煮提供热水和/或蒸汽的装置。本发明特别涉及例如置于过滤式或浓缩式咖啡机内的热水器或加热单元的结构及功能。其它用蒸汽工作的装置，如吸尘器、熨斗或大蒸煮锅同样属本发明涉及的范围。
人们已知，尤其是通过文献EP-A-0.432.460知道如何实施用于热饮料机的特殊形式的热水器，以较高的效率对水进行传送和加热。该文献中介绍的已有技术的热水器包括一个与水循环管热连接的加热元件。加热元件和管子基本呈U形，带有垂直输入和输出部分以及一个中间部分，中间部分相对水循环方向水平线轻微倾斜并上升。此外加热元件包括四个沿水循环管的长度分布的不同的加热区。这种设计特别可向输出部排出蒸汽气泡，避免它向管子的输入部返回。
诸如文献EP-A-0.430.460介绍的这种热水器的缺点一方面是不能用这种热水器按使用者的要求产生热水或蒸汽，另一方面是制造或实施复杂使其成本上升。
本发明的目的在于实施一种热水器，它没有已有技术的缺点，并且在获得的热温度方面以及饮料准备或蒸汽产生的速度方面提高效率。这种加热单元的目地还在于提高大部分水在热水器停留的时间，以使分配的全部热水的温度最佳化。
本发明的另一个目的在于提供一种加热单元，可按使用者的要求送出热水或蒸汽。
本发明的附加目的在于实现一种加热单元，它或者是送出热水，或者送出蒸汽，而采用有限的零件，从而降低这种装置的成本。
本发明的目的借助于一个用于家用电器的加热单元达到，加热单元由水循环管构成，管与加热元件呈热连接，并分别通过置于水箱下面的连接水柱和循环管将水箱内的水向分配机构传送，循环管呈与加热元件配合的两部分布局，第二部分向上延伸，用以将水引向分配机构，其特征在于，第一部分相对第二部分呈角度分布，它在带有止回阀的连接水柱和上述第二部分之间、顺水流方向以倾斜和下降方式延伸。
本发明的特性和优点将在下面参照作为例子的非限定性附图所作的介绍中更好地体现出来，附图中：
图1示出本发明的加热单元的完整剖视图；
图2示出本发明的加热单元的局剖剖视图；
图3示出本发明的加热单元的变型实施例。
图1示出根据本发明的加热单元的完整剖视图，并同时示出了上述加热单元的功能。加热单元包括水箱1、分配机构10、热水器20以及上述不同部分之间的连接装置。水箱1通过任何方式被安置、固定或装入例如热饮料设备内。
水箱1包括底1a，底上开有孔2，当加热单元工作时，用于排出存放在上述水箱1内的水。孔通向连接水柱3，水柱内安装有止回阀4。连接水柱3呈管状，其内径最好为10毫米左右。连接水柱3还与热水器20相通。
在图1所示的实施例中，连接水柱3通过弯管形零件3c与热水器20接通。连接水柱3还由一个垂直部分构成，其中最好有止回阀4。弯管件3c基本水平的部分固定在热水器20的一端，从而可将水箱1和连接水柱3内的水引向上述热水器20。水柱3有一个高度h，最好在90和120毫米之间。这样的高度h在止回阀4打开时，可给连接水柱3内的水一个足够的力，使其进入热水器20。当水箱1几乎排空时，工作噪音以及产生的蒸汽因此减少。高度h可通过在水箱1的底部1a处划出的水平线和由热水器20确定的轴线X-X’之间垂直测得的距离方便地确定。由高度h确定的距离位于热水器20的入口处。连接水柱3由例如硅酮软管构成。热水器20由循环管21构成，循环管与加热元件22热连接，从而可将水箱1内的水通过上述循环管21向分配机构10传送。图1和图2所示热水器20的布局可通过与其相应的第一部分A和第二部分B分别介绍。第一部分A和第二部分B沿彼此之间成角的方向延伸。
第二部分B向上伸展以将水引向分配机构10，而第一部分A在向上伸展的第二部分B和连接水柱3之间延伸。第一部分A在水流方向的相反方向，即向连接水柱3的方向轻微倾斜和升高。第一部分A沿轴线X-X’延伸，该轴线相对其水平面上的正投影有一个大于或等于4°、且最好在5°和10°之间的倾斜。在水平面上的正投影被定义成水平线。此外第二部分B相对其水平面上的正投影呈β角倾斜，例如在45°和135°之间，且最好在45°和100°之间。
图2很好地示出了由第一部分A和第二部分B确定的垂直延伸面，但该延伸面应看成立体的。由第一部分A和第二部分B确定的延伸面相对于例如含有第一部分A的假设垂直面倾斜，倾斜角最好在0°和45°之间。
图2示出了热水器20的循环管21的最佳倾斜。这样第二部分B沿垂直轴线Y-Y’延伸，而第一部分A沿轴线X-X’延伸， X-X’相对其水平线倾斜一个角α。角α大于或等于4°，且最好在5°和10°之间。
根据本发明的加热单元的实施方式，第二部分B沿轴线Y-Y’延伸，该轴线相对其水平线倾斜45°至135°，且最好为45°至100°之间。显然加热元件22的布局和循环管21相同，从而能在整个长度上与上述循环管21呈紧密的热连接。加热元件22的端头22a和22b最好倾斜着离开循环管21，以便安装图中未示出的电气连接件。
根据图3所示的本发明的加热单元的另一种变型实施例，A或B中至少有一部分呈弯曲形状，该弯曲形至少由一曲率半径确定。加热单元还可包括几个直线段和几个弯曲形段的结合，以使其体积适合加热单元装入的设备体积。假设的直线部分可方便地按照符合本发明的最佳倾斜要求来确定。这样，在循环管21与水平面的切点处确定了点O。用循环管21的横断面中部确定的点I和J位于加热元件22两端相应位置，上述端部与循环管21直接热接触。
这样假设的OJ和OI部分分别被看作第一部分A和第二部分B。
热水器20由两根热连接的金属管构，其中一根构成用作水循环的循环管21，另一根金属管形成加热单元22的窝槽。
根据本发明的加热单元的另一个变型实施例，加热元件22可用一切已知方式、并且特别是通过焊接固定或连接在循环管21上。
循环管21最好沿轴线X-X’延伸到超出加热单元22的端头，以形成一段通过热传导加热的循环管21。因此循环管21在第二部分B以外有一段长度C，仅仅通过第二部分B的热传导加热。加热元件22最好用一个加保护罩的加热元件构成。该元件与循环管21热连接，在其整个长度上的热效率均匀。止回阀4由例如球珠4c构成，球珠在限位装置4a和4b之间移动，碰到两点时止动。当球珠4c处于上位顶住限位装置4a时，连接水柱3的水停止向热水器20流动，而当球珠4c处于下位顶住限位装置4b时，通过该限位装置4b已知的特定布局使水可流动。循环管21在其端头还有一个连接机构24，可将热水器20的水向分配机构10传送。连接机构24的内径最好与循环管21以及连接水柱3的内径相同。
加热元件22与循环管21热接触，在第一部分A内与加热元件22接触的长度比例小于加热元件22在第二部分B内与循环管21热接触的长度比例。加热元件22与循环管21之间的热传递分布在第一部分A相当于35％和45％之间，而在第二部分B则相当于55％和65％之间。
加热元件22和循环管21之间的热传递分布在第一部分A和第二部分B最好分别等于40％和60％，这种热分布尤其可使热水器20排放的水在几乎整个热水产生阶段都达到90℃的温度。
根据本发明的加热单元的变型实施例，加热单元22和循环管21之间的热传递分布在第一部分A相当于整个热传递的20％和30％之间。在该实施例中，热水器20符合本发明，并由四个区域构成，其中第一个假设水平面相当于第一部分A，而第二区相当于连接第一部分A和第二部分B的弯管部。向上升高的第二部分B相当于第三区。仅通过传导加热的长度部分C可方便地看成热水器20的第四区。在这样确定的第二和第三区内的热传递基本相当于整个热传递的70％至80％的范围。在第二区和第三区之间，该热传递分布不大。
根据本发明的加热单元还包括一个温度调节用的恒温器30，其一个热传递和固定爪最好安装在热水器20上第一部分A和第二部分B的接合区内。此外，对应于第二部分B的加热区一直延伸至一个水平位，该水平位相应于由水箱上1的底部1a大约确定的位置。这样，一旦加热元件22通电，热水器20和长度C内所有的水都加热。当构成连接机构24的材料不是导热材料时，在加热单元工作前可能处于连接机构24内的少量的水加热较弱。
其内部伸入连接机构24的分配机构10至少有两个出口，其中一个用于热水，而另一个用于蒸汽。因此加热单元有一个装置，通过由使用者操纵的控制机构13产生和分配热水或蒸汽。这样，分配机构10包括第一个孔11，使热水靠重力流出，和第二个孔12，带有收缩口12a，可用循环管21内的水产生蒸汽。分配机构10还有控制机构13，可使连接机构24与第一个孔11或第二个孔12接通。
根据本发明的加热单元的实施例，控制机构13由一根在圆柱形壳体14内移动的例如金属杆13a构成。刚性杆13a还有两个分开的圆盘13b和13c，并在垂直于上述刚性杆13a的展开面上延伸，以形成在圆柱壳体14内移动的活塞。圆盘13c和13b的直径基本接近于圆柱壳体14的内径。圆盘13c和13b还在其整个外圈上有一个用于密封圈15的槽，使由此在圆柱壳体14内形成的不同部分密封。例如图1示出了处于使热水借助于重力从第一个孔11流出位置上的控制机构13。虚线代表当控制机构13处于使连接机构24通过圆柱外壳14内圆盘13b和13c限定的部分与第二个孔12接通位置时的圆盘13c和13b。后一种位置相当于对控制机构13进行调节以用热水器20内的水产生蒸汽。当用本发明的加热单元产生蒸汽时，圆柱外壳14还有一个安全气门16。安全气门16最好安排在圆柱外壳14产生水蒸汽压力的部位。
本发明的加热单元在将水箱1的水以及必要时热水器20的蒸汽引向分配机构10的总管路的不同管件组装区上还有卡圈3a、3b、5a、21a以及24a，以此达到密封性和抗压强度。上述卡圈3a、3b、5a、21a以及24a在管件上的组装和卡紧用任何已知方式完成。卡圈3b用以阻止止回阀4在连接水柱3内移动。
根据本发明的加热单元的另一实施例，分配机构10由阀构成，阀至少为三通阀，可使循环管21或与第一孔11接通，或与第二孔12接通。这种阀由例如带有不同孔的陶瓷圆盘构成，这些孔可相互对齐，使不同的热水或蒸汽循环管路接通。根据本发明的加热单元的实施例，第一部分A和第二部分B的尺寸分别为75毫米和100毫米。加热元件22的功率在500瓦和1200瓦之间。要产生热水，功率最好在1000瓦和1200瓦之间，而要产生蒸汽，功率最好在500瓦和600瓦之间。
因此，本发明的加热单元在产生热水或产生蒸汽时可获得一个优先功能。在启动加热单元前，即在给加热元件22供电前，水箱1内含有的一部分水在重力作用下通过止回阀4并流入热水器20。第二部分B或长度C部分或连接机构24内达到的水位通过连通器原理确定。这样，热水器20一方面带有加热元件22，加热元件的端部22b一直伸到接近水箱底1a的高度，并且还带有一段通过热传导加热的长度部分C，这种实施方式可减少甚至消除加热单元工作初期由分配机构10排出的冷水。当加热元件22通上电流时，产生初始加热，并因此在第一部分A内产生轻微的蒸发，蒸发的水蒸汽气泡向止回阀4移动。这样，在位于止回阀4下部的区域内产生一个压力，使球珠4C上升顶住限位装置4a，从而堵住水的通路并避免在热水器20内进入附加的水量。这样加热元件22的热扩散使第二部分B以及第一部分A内的水的加热越来越大，以形成有一个足够的推力，该力可使水向连接机构24上升，并通过分配机构10的第一个孔11排出。为此，第一个孔11的尺寸或直径大于循环管21的内径。第二部分B，即热水器20的上升部分可形成一个足够的推力，有助于产生温度和量更大的蒸汽气泡。当热水器20的B部分的一部分水通过第一个孔11排出时，热水器20内，尤其在止回阀4处产生轻微的减压。球珠4C被向下吸引顶住限位装置4b，从而使水箱1少量的水进入热水器20。
同样的现象以很短的周期和少量的水重复，直至水箱1排空。每一个周期吸入的少量的水相应于热水器20排出的另一个量的水，可避免第一个工作周期后从热水器20内排出冷水或温水。这样，在第一个工作周期后吸入或允许进入热水器20的水与上述热水器20内含有的已经热的水混合在一起。这样，在工作中任何温度不足的水都不会通过加热单元进行分配。第一部分A的金属管21的倾斜可使在该第一部分A内产生的蒸汽气泡向止回阀4的方向移动，以堵住水的进入并有助于将热水器20的水排出。
当使用者决定产生蒸汽时，他通过控制机构13选择蒸汽位置，该位置对应于堵住第一个孔11，并将连接机构24与分配机构10的第二个孔12接通。第二个孔12与收缩口12a连接，收缩口有一个例如1.4毫米的排出直径。收缩口12a的直径基本与产生水蒸汽的功率大小成比例。收缩口12a是阻止热水器20内热水排放的障碍。该水流障碍使水在热水器20内的停留时间延长，并因此使上述水的加热更强。这种加热产生更大的蒸发并由此产生水蒸汽。该水蒸汽的产生使热水器20内的压力上升，从而通过止回阀4停止水箱1的新的冷水量的供给。连接水柱3的堵死一直持续到热水器20内的水几乎完全蒸发为止。热水器20内的压力可使水完全蒸发成蒸汽，并由此产生球珠4c的移动，通过减压吸入一定量的水，重新充满热水器20的循环管21的第一部分A，并至少部分进入第二部分B。水从循环管21全部排出也会产生减压，抽吸新的水量。只要水箱内有可用的水，这种循环周期就会重复。
为此，连接水柱3有一个弯管形3c，基本沿轴线X-X’倾斜，其长度满足蒸发周期的要求。实际上，弯管3c在循环管21上固定部越大，在上述循环管21内允许的水量就越多。因此产生的蒸汽量亦上升。每一个蒸发周期的长短还取决于加热元件22的功率。
根据本发明的另一个变型实施例，加热单元与一台泵连接，可提高流体压力。泵最好位于热水器20的下游，以提高被分配水的压力。图中未示出的泵或一个附加的抽吸装置对准备浓缩咖啡尤其有利。根据本发明的另一变型，加热单元安装在蒸汽喷射洗涤设备或熨斗的蒸汽发生器中。
本发明的加热单元的优点在于极其的简易性以及使用中或者可产生热水、或者可产生蒸汽。因此，它不再需要使用特殊的热水器20或其它装置来产生蒸汽，只要水箱有水，就可产生蒸汽，同时可交替产生和分配热水。
本发明的加热单元的另一优点在于热水器20的特殊布局，可在第一部分A内进行第一阶段的蒸发，而不会对未达到足够温度的热水进行初始排放。最初的蒸汽气泡向止回阀4移动，使该第一部分内可容纳热水器20内的全部水，通过与加热元件22进行热交换，使上述水达到大于90°的温度时才排放。可能会有未达到要求温度的水被分配，但这一方面仅涉及少量的水，另一方面仅涉及第一周期排放的水。循环管21在第二部分B的加热元件22端部超出的那一段还避免了上述热水器排放的水过早冷却。
本发明的加热单元的附加优点在于，产生的热水温度高于90°，因此可在获得最终饮料的咖啡机内应用，在这种情况下咖啡的温度较高。这种温度的改善可使使用者方便地将饮料与牛奶或其它环境温度的液体掺和。同时，因温度大于90℃，工作和蒸汽阶段的噪声减弱而使取水达到最佳化。
本发明的加热单元的附加优点在于，热水阶段和蒸汽阶段仅使用一个恒温器30。恒温器30的使用可在热水器温度超过某一极限时切断加热元件22的电源。这种情况通常在循环管21和水箱1内的水全部都被蒸发时遇到。这样，与过热有关的损坏被避免，尤其是在与塑料或硅酮件如软管的连接部分。
此外，未直接与加热元件22接触的长度C段对例如用硅酮做成的连接机构24构成热制动或热缓冲。
另外，产生蒸汽和加入冷水的交替进行可在热水器20内获得热冲击。这种现象特别有利于剥离或破裂沉积在循环管21内的水垢层。
本发明特别应用于电咖啡壶类的制备热饮料的设备中。