本发明涉及把液体连续加热到恒温的装置和方法。该装置的一个 特殊应用场合是加热到精确恒温以允许比方说制备食品。
本装置和方法特别可用于在压力下加热水以作冲咖啡之用。
已经知道用于冲咖啡的非连续水加热装置加热一给定量的水然后 用泵冲咖啡。在这类装置中，可用水量受到限制，加热时间长，不可 避免地，在每两次冲咖啡之间必须等待一段时间。此外，这些装置体 积大、价格高。
还公知有一些水连续加热装置，水在通过埋置在一均温块中的导 管或管路中时被加热，该均温块的热容量高，以确保恒温。可用水量 受该均温块的热容量的限制，无论如何，用来调节电力供应和/或输出 水量的装置无法使用经济装置获得足够温度的精确度。此外，加热时 间仍很长。
冲咖啡的这类水连续加热装置是公知的，例如来自下面的文件： EP0 307 955、EP0 676 163、EP0 771 542和FR2 683 135。
本发明的目的是提供一种把液体连续加热到恒定温度的装置的生 产，该装置在放出该液体时的温度方面，同时是经济，精确的，该装 置的加热体不需要高的热惯性，因此不需要长的加热时间。
本发明涉及一种能排除公知装置的缺点、实现上述目的的把液体 连续加热到恒温的装置和方法，本发明装置的特征见权利要求1，本 发明方法的特征见权利要求15。
附图通过图解的方法以举例的方式显示了根据本发明的加热装置 的一种实施方式。
图1为该连续加热装置的方框图。
图2为流率调节和水回流装置的纵向剖面图。
图3为流率调节器的局部放大剖面图。
图4、5和6放大示出流率调节器的决定于水的温度的三个不同 位置。
图7示出根据流率调节器的位置、从而根据水温的流率与水压之 间关系。
图8详示了流率调节器的两种可替换形式。
图9为循环装置的放大剖面图。
图10、11和12示出根据水温水回流装置的位置。
图13示出根据离开加热体的水的温度，用来调节流率和回流的 该装置的恒温元件的行程。
根据附图中举例示出的把液体连续加热到恒温的装置包括一室温 水槽1、一抽取容纳在水槽1中的水或液体的泵2和一加热体3，泵 抽取的水或液体流过该加热体，该加热体包括一装有一阀4的用水出 口。
冷水泵2具有适合于预定用途、例如冲咖啡的特性、特别是关于 其“压力-流率”特性。该泵比方说可为机电类型，其特性类似于图7 所示。
水槽1装有一止回阀5，用于防止水或液体经连接水槽与泵2的 管子6流回水槽1。
加热体3的电力适合于标称流率的待加热液体，可由与一电阻件 热连接的水或液体管构成。该部件可为一单个零件，也可用两管子装 配或连接而成，一管子用作液体管，另一管子罩住电阻件，该部件的 热容量低。管子的长度和直径主要取决于液体流率和所需电力。这类 加热体已经存在并且可以通过商业途径获得。水管的横截面适应于该 连续加热装置的标称流率，水管可用各种材料、特别是不锈钢制成， 可经处理以防止水垢的积累。
所图示的该连续加热装置还包括一个当水或液体未达到其设定温 度时调节水流率和回流的装置。
该流率/循环调节部件7包括一含有流率调节器的冷部7a和一含 有一恒温调节器和水循环装置的热部7b。该流率/循环调节部件7的 热部最好固定或装在加热体3上。泵2把冷水从流率/循环调节部件7 的冷部的进口8泵入流率调节器中后从其出口9流入加热体3的进口 10。加热体的出口11连接到该部件7的热部7b的进口12。部件7的 热部7b有两个出口，一个出口为用户热水出口13，另一个出口14为 尚未达到设定温度的循环水的出口。
用户出口13经阀4连接到比方说一冲咖啡的渗滤器15或任何其 他使用经加热液体的装置。
图2-12详细示出该流率/循环调节部件7，该部件包括两沿轴向 首尾相接装配在一起、但彼此热绝缘的圆柱部7a、7b。
包括流率调节器的冷部7a包括一轴向中心孔，一调节杆16在该 中心孔中经密封17、18、19滑动。该部件7的冷部7a在密封18与19 之间有一与冷水进口8直接连通的环形进水室20。该部件7的冷部7a 在密封17与18之间还有一与向加热体供应冷水的出口9直接连通的 环形出水室21。
流率调节器由一导流管构成，该导流管的水道横截面可随杆16 的轴向位置变动。该导流管由一形成在杆16中、在其圆周面上开口 的径向狭槽22构成，使得进水室20按照杆16的轴向位置经一从最 小横截面变动到最大横截面的管道与部件7的冷部7a的出水室21连 接。如图8所示，径向狭槽22的形状可呈连续斜坡形或阶梯形。因 此可通过选择狭槽22的横截面形状实现水的流率随杆16在冷部7a 中的轴向位置而变的功能。
部件7的热部7b包括一直径比冷部7a的孔的直径大的孔，杆16 的头部16a在该孔中经密封23滑动。一恒温元件24用一环形物25 固定在部件7的热部7b上。该恒温元件24的活塞26抵靠形成在杆16 的头部16a中的孔的封闭端。
该部件7的该热部7b包括第一室27，热水从加热体3的出口11 经该热部的进口12流入该室27中。第一室27与该热部向阀4和渗 滤器15供应热水的出口13直接连通。
杆16的头部16a的圆周面在其部分长度上有一径向铣削开口28， 使得第一室27可按照杆16的位置与部件7的循环出口14连通。该 循环出口14与连接水槽1与泵2的管道6连通。
一弹簧30使得杆16保持在向热部7a移置的静止位置上，在该 位置上，由导流管22调节的冷水流率最小，水循环出口14与部件7 的热部7b的第一室27连通。
流率调节器和循环装置由本身受到热敏元件24的作用的杆16操 纵。该热敏元件24可为蜡盒型、液体汽化型或具有形状记忆功能的 金属型或高膨胀系数金属型等。
本申请寻求的特征主要是能对于一精确温度在负载下产生一位 移。滞后现象、精度、速度和成本这些标准意味着蜡盒型元件在该装 置中特别适合于调节水的流率和循环。蜡盒型恒温元件的特性比方说 如图13所示。
该连续加热装置的工作情况如下。
在“off”位置，杆16在弹簧30的作用下处于向左移置的静止位 置，从而冷水进水室20由导流管22的小横截面与流率调节器的出水 室21连通。因此冷水流率低。在该静止位置上，热部7b的第一室27 由铣削开口28与热部7b的循环出口14连通。
当用户开动该加热装置时，加热体3通电。由于加热体的热惯性 小，温度迅速上升。达到预热温度时，一固定在加热体上的恒温开关 29自动或手动开动水泵2。该泵从而在低流率下向加热体3供应冷水， 此时流率调节器处于最小流率位置。加热体流出的水流到循环装置的 第一室27中激活恒温元件24。只要未达到工作温度，杆16在恒温元 件作用下的位移不足以隔离室27与循环出口14，泵入的所有水循环 到泵2与冷水混合。事实上，只要室27中未确立起足够高的水压即 比阀4的保持力高的水压，水无法流向渗滤器。
随着流入室27的水的温度逐渐上升，杆16向右边移动，导流管 22的水道横截面增加，导流管28的横截面减小。
因此，举例说，如热部7b的第一室27中的水的温度等于或小于 86℃，则流率调节器的位置如图4所示，循环装置的位置如图10所 示，工作点为图7和13的A点。
当达到水可使用的最低温度以上时，热敏元件24的活塞26移动 杆16，冷水流率提高到其标称值，循环导流管28的横截面减小。在 该标称温度、比方说90°下，导流管22和28的位置如图5和11所示， 工作点为图7和13中的B点。循环导流管28关闭，室27中的水压 上升并超过阀4的保持力，水供应给渗滤器。
如温度上升到该保持值以上，杆16继续向右移动，导流管22的 横截面进一步增加，流率变得比标称流率大得多(图6、12)，工作点 位于C(图7和13)，从而流入室27的水的温度自动下降，加热体的 电力不足以把流率大大高于标称流率的水加热到所需温度。因此杆16 向左移动，冷水流率再次下降。
只要该加热装置输出热水，流出的热水温度如此自动调节到其预 定标称使用值。
当用户关闭该加热装置的电源开关时，泵2和加热体的供电就被 切断。
上述加热装置有如下几方面的好处和优点。
·只要水未达到预定温度，该加热装置就不会出水；
·使用热水前的等待时间缩短，因为只要未达到标称温度，待加
热的水的流率始终很低；
·温度低于预定使用温度的水流回泵与冷水混合，因此减少形成
水垢；
·整个流率和循环调节装置为机械装置，因此容易制造；只使用
一个恒温元件调节冷水流率和循环温度不足以使用的水。该装
置便于制造和使用、成本低、工作精度高。
如上所述，本发明的主要特征之一在于，在泵与加热体和渗滤器 之间设置一在水未达到其标称温度时调节冷水流率和循环经加热水的 装置，这两个功能同时由一热敏元件控制。
当然，也可使用用与上述不同方式生产的装置调节流率以实现冷 水流入加热体后或是供应给渗滤器或是循环这一双重功能，该装置最 好是机械装置，但仍通过使用传感从加热体流出的水的温度的单一传 感器进行机电或电子调节。
本发明还涉及一种把液体、一般为水连续加热到恒温的方法，从 而一定量的水从一冷水或室温水水槽泵出后流经一热惯性低的加热 体，使得预定温度的热水可输送给一用户出口、例如一渗滤器。该方 法的突出之处在于，一方面供应给加热体的冷水流率、另一方面循环 到泵的进口侧的热水的比例按照从加热体流出的水的温度予以调节。 按照该方法，水在达到其标称温度前并且该热水在达到预定水压前不 输送到用户出口。单一温度传感器控制该冷水流率的调节，同时控制 热水的循环程度。
使用这一方法，在水开始加热时，只有小流率的水输送给加热体， 就使得水温迅速上升，只要水未达到最低使用温度，水就循环到泵的 进口。从加热体流出的水的温度达到其标称值时水的循环才停止，造 成水压提高后输送给用户热水出口。同时，输送给加热体的冷水流率 提高。
如热水超过固定标称温度，输送给加热体的冷水流率进一步提 高，从而造成从加热体流出的水的温度下降。
使用该方法，把从加热体流出的水的温度提高到其标称温度所需 时间缩短，只要水未达到其标称温度，水就无法输送给用户出口，然 后通过调节流入加热体的冷水的流率调节水的温度。
总之，上述连续加热液体的方法和装置包括：
A)通过调节由泵2输送的室温水槽中的水的流率来调节出口处 的水的温度。
用由设置在从加热体3流出的热水的流道中的一热敏元件24控 制的一可变导流管装置22来调节流率。
该加热体3的不变电力可视所需流率而定，无需高热容量或大量 热惯性。
因此其预热时间大大缩短，可批量生产的加热体的成本降低。
由于冷水流率可调节，因此不易积水垢，这在高温水路中是很难 克服的一种重要现象。
按照由恒温元件引起的位移或是逐渐或是分级改变水道的横截面 即可调节流率。
只要未达到温度设定点，水的流率就比在给定加热功率下可提高 到预定温度的流率低得多。
温度接近设定点时，流率接近由加热功率确定的标称流率。
当温度超过温度设定点时，流率比标称流率高得多。
B)只要未达到温度设定点，热水就返回水槽或泵的进口侧。
为降低成本，该循环装置由同一热敏元件控制。
当返回泵的进口侧时，热水与冷水的混合可防止在泵中积水垢。
此外，该流率调节和循环装置最好分为两部分：
一包括流率调节器、可用塑料制成的冷部7a，
一包括热敏元件、循环体和加热体并且用良导热材料例如铝合金 制成的热部7b，
这两个部分彼此热绝缘。
这一结构可大大减小该装置的体积和各部件的质量而且能够有一 个很低水量，从而预热极快。
热部的预热受机械或电子恒温元件29的控制。
达到预热温度时，恒温元件29自动开动泵或通知用户已完成预 热。
从而进行如下操作：
泵2把从水槽1抽取的水从8输入流率调节器22。
其流率决定于受恒温元件24推动的控制杆16的位置的水从9流 出流率调节器后从10流入加热体3。
从11流出的热水从12流入该调节器的热部7b激活恒温元件24。
只要循环装置28未被杆16的位移关闭，水就从14流回泵2的 进口侧。
达到温度设定点时，恒温元件24开始移动杆16而关闭循环装置 28。
水然后从13流出后经阀4流到渗滤器头15。
在所示实施例中，调节流入加热体的冷水的流率的装置和在温度 未达到最小设定值时循环从加热体流出的水的装置组合成受单一热敏 元件控制的单一部件。从而结构简化、成本降低、体积减小。
但是，冷水流率调节装置、水从加热体到泵进口侧或水槽的循环 装置也可为独立的两装置。这两个装置最好使用同一热敏元件受从加 热体流出的水的温度的控制，但这两个装置也可各由一传感器控制。