Нагревательное устройство

Нагревательное устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к нагревательным устройствам для нагрева (преимущественно для кипячения) жидкостей, например воды.

Уровень техники

Известны различные способы получения горячей или кипящей воды для домашнего потребления. Чтобы вскипятить требуемое количество воды, например, для приготовления горячих напитков, традиционно применяются электрочайники или аналогичные устройства.

Недавно на рынок были выпущены устройства, способные, как утверждается, очень быстро выдавать небольшие количества горячей воды. Вместо того чтобы обеспечивать равномерный нагрев заданного объема воды, эти устройства основаны на использовании проточных нагревателей, который нагревают воду, когда она проходит по узкому каналу с толстопленочным нагревательным элементом на одной его стороне. Однако подобные нагреватели имеют существенные недостатки, главный из которых состоит в том, что они неспособны (как это будет объяснено далее) довести воду до кипения.

При кипячении воды в обычном чайнике масса воды находится, по существу, при одинаковой температуре, которая постепенно повышается по мере нагрева. Только граничный слой, прилегающий к нагревающей поверхности, является значительно более горячим. Тепло передается от нагретой поверхности к граничному слою посредством теплопроводности и, по меньшей мере в начале процесса, от граничного слоя к объему воды посредством конвекции. В нагревательных устройствах с высокой температурой поверхности вода в граничном слое может достичь температуры 100°C и закипеть, когда масса воды является относительно холодной. Пузырьки пара сначала конденсируются и охлопываются в результате контакта с более холодной массой воды.

При продолжении нагрева пузырьки пара, более легкие, чем окружающая вода, поднимаются от поверхности нагревателя. Поднимаясь, пузырьки передают тепло более холодной окружающей воде, и происходящая при этом конденсация постепенно приводит к схлопыванию пузырьков. Однако когда температура массы воды приближается к температуре кипения, полной конденсации поднимающихся пузырьков уже не происходит, так что они поднимаются к поверхности и покидают воду, что обычно рассматривается как индикатор кипения. Практически на этой стадии температура основной массы воды еще не достигает 100°C. Как правило, домашние электрочайники и аналогичные устройства поддерживают "интенсивное кипение" в течение нескольких секунд, что позволяет массе жидкой воды равномерно нагреться до температуры, очень близкой к 100°C (но всегда меньше этой температуры). Кроме того, реальная температура кипения зависит от ряда факторов, таких как атмосферное давление и присутствие в воде растворенных веществ.

По сравнению с описанными устройствами преимущество проточного нагревательного устройства состоит в том, что оно способно нагревать воду по потребности и функционировать, только пока это необходимо, чтобы нагреть требуемое количество воды. Однако от таких устройств ожидают практически мгновенного (не превышающего нескольких секунд) нагрева из исходного состояния. В контексте бытовых электроприборов мощность питания ограничивается мощностью, подводимой к стенной розетке (обычно 1500-3000 Вт), и, следовательно, не может быть увеличена. В стационарном режиме расход воды должен соответствовать выходной мощности нагревательного устройства в соответствии с основными законами термодинамики (в нагревательном устройстве мощностью 3 кВт при расходе от около 0,5 л/мин до около 1 л/мин температура воды будет находиться в интервале от почти кипящей до примерно 65°C). При этом влияние типа нагревательного устройства и механизма теплообмена незначительно.

При конструировании проточных нагревательных устройств с очень быстрым нагревом важно минимизировать тепловую массу самого нагревателя и температуру, до которой она должна быть нагрета. Важно также максимизировать площадь зоны контакта между водой и нагревателем. Данные требования удовлетворялись в недавних разработках за счет применения толстопленочного нагревательного элемента, прикрепленного посредством промежуточного электрически изолирующего слоя к теплообменнику из нержавеющей стали. Теплообменник имеет камеру сложной формы, которая обращена к нагревателю, чтобы максимизировать зону контакта. Однако заявитель обнаружил, что необходимо обеспечивать правильное распределение потока воды по поверхности нагревателя. Если какая-то часть воды, контактирующая с этой поверхностью, может застаиваться, она будет быстро закипать, создавая "карман" пара, который уже не будет обеспечивать охлаждение поверхности нагревателя. В результате происходит быстрый локальный нагрев поверхности, обычно приводящий к повреждению изоляции между проводящей дорожкой нагревателя и его подложкой. Чтобы предотвратить этот эффект путем устранения застойных зон, поток воды должен направляться по узкому извилистому каналу.

Заявителю удалось выявить и другую проблему, возникающую при использовании узкого проточного канала. Когда вода приближается к концу нагревательного устройства, ее температура будет наиболее горячей - в типичном случае 85°C. Канал для воды, даже будучи узким, содержит граничный слой и массу воды. Вода в граничном слое часто будет закипать, создавая пузырьки пара. В такой конфигурации пузырек пара, поступающий в очень маленький канал, не в состоянии отдать тепло посредством теплопроводности и конденсации, поскольку его поверхность не будет полностью окружена водой. Вместо этого расширяющийся пузырек будет просто проталкивать воду перед собой. Отсюда следует, что если пузырек образовался, например, в точке, соответствующей 80% длины канала, это приведет к резкому выбрасыванию всей воды из отрезка, соответствующего заключительным 20% длины канала. В дополнение к нежелательному эффекту "выплескивания" (как это будет представляться пользователям) уменьшение слоя воды, покрывающего концевой участок нагревательного элемента, часто может приводить к преждевременному выходу нагревателя из строя. Вопреки тому как это будет казаться пользователю, температура основной части выплескиваемой воды будет намного меньше точки кипения.

Проблемы, связанные с локальными горячими точками и выплескиванием воды, означают, что проточные нагревательные устройства не могут использоваться для получения кипящей воды. Фактически чем выше заданная температура воды, тем острее данные проблемы. Поэтому применение проточных нагревательных устройств ограничено ситуациями, требующими нагрева до температур ниже точки кипения, например в душах и диспенсерах горячей воды, не обеспечивающих ее кипячение.

Раскрытие изобретения

Согласно своему первому аспекту изобретение обеспечивает создание нагревательного устройства для нагревания жидкости до кипения, содержащего нагреватель, первую зону нагрева, нагреваемую нагревателем для нагревания текущей через нее жидкости до температуры ниже точки кипения, и вторую зону нагрева для нагревания жидкости до кипения. При этом вторая зона снабжена средством для выпуска из нее пара отдельно от нагретой воды.

В своем втором аспекте изобретение обеспечивает создание проточного нагревательного устройства, содержащего нагреваемый проточный канал для нагревания в нем жидкости до температуры ниже точки кипения и камеру завершающего нагрева для нагревания жидкости до кипения. Внутри данной камеры над поверхностью жидкости имеется пространство для обеспечения возможности выхода пара через поверхность жидкости.

Из приведенной характеристики изобретения специалистам должно быть понятно, что оно позволяет модифицировать стандартное проточное нагревательное устройство путем формирования второй зоны нагрева (камеры завершающего нагрева), в которой пар может выходить через поверхность воды без выталкивания нагретой воды, что ослабляет или устраняет явление выплескивания. Кроме того, возможность выведения пара позволяет поверхности нагревательного устройства оставаться покрытой водой, что предотвращает образование локальных горячих точек. Стандартное проточное нагревательное устройство может рассматриваться как устройство, в процессе функционирования которого возникает температурный градиент в направлении потока воды. Хотя изобретение в своих предпочтительных вариантах позволяет получать кипящую воду, кипение имеет место только во второй зоне, т.е нет необходимости нагревать до кипения все содержимое нагревательного устройства до того, как кипящая вода может быть использована (как это имеет место в случае электрочайника или подобного нагревательного устройства). Например, холодная вода с температурой 20°C, которую нужно нагреть до 90°C, в первой зоне будет иметь среднюю температуру, составляющую только 55°C.

В соответствии с изобретением нагрев воды от температуры, при которой она покидает первую зону (напоминающую традиционное проточное нагревательное устройство), до кипения продолжается во второй зоне нагрева (камере завершающего нагрева). Для этой цели мог бы использоваться отдельный нагреватель; однако согласно предпочтительным вариантам предусматривается единственный нагреватель, который заходит во вторую зону нагрева (в камеру завершающего нагрева).

Дальнейшее описание приводится только применительно к первой и второй зонам нагрева. Однако должно быть понятно, что оно относится в равной степени и к нагреваемому проточному каналу и камере завершающего нагрева соответственно, предусмотренным вторым аспектом изобретения. Эти части не упоминаются далее исключительно из желания сократить объем описания.

Выполнение перехода между первой и второй зонами нагрева не рассматривается как критичное для изобретения, причем возможны различные варианты выполнения этого перехода. Например, первая зона нагрева может постепенно расширяться вблизи своего дальнего конца с формированием второй зоны нагрева. В этом варианте граница между первой и второй зонами нагрева может быть определена достаточно условно. Так, эта граница может быть описана в терминах размеров канала, по которому течет нагреваемая жидкость, например, как плоскость, в которой начинается увеличение поперечного сечения канала или в которой данное увеличение завершается, или как плоскость, лежащая посередине между этими двумя плоскостями. Альтернативное определение границы может быть дано в терминах линейной скорости течения жидкости, например, как точка, в которой эта скорость уменьшается до половины скорости в первой зоне. Функционально переход имеет место, когда пузырьки пара получают возможность выходить через поверхность жидкости, не перемещая жидкость. Параметром, контролируемым в первой зоне, является скорость воды (соответствующая балансу между хорошей теплопередачей при высокой скорости и приемлемым падением гидравлического давления). Во второй зоне контролируемым параметром является уровень воды, соответствующий балансу между теплопередачей, обеспечиваемой за счет того, что нагреватель покрыт водой, и минимизацией объема воды, достигаемой снижением уровня воды, насколько это возможно. Минимизация объема воды в первой и второй зонах позволяет сократить время до начала выдачи воды.

В соответствии со вторым аспектом изобретения нагреваемый проточный канал может нагреваться различными способами. В одной группе вариантов в канал помещен электрический нагревательный элемент (электронагреватель) для нагревания жидкости (аналогично тому, как это имеет место согласно первому аспекту изобретения). Однако такое выполнение не является обязательным. Например, данный канал может составлять одну из сторон теплообменника, тогда как вдоль второй стороны может проходить нагревающая жидкость или нагревающий газ.

Нагревательный элемент для первой зоны или для нагреваемого проточного канала (если он снабжен нагревательным элементом) может иметь любую приемлемую конструкцию. В группе вариантов нагревательный элемент расположен снаружи канала, образующего первую зону нагрева, так что он может представлять собой так называемый толстопленочный элемент (изготовленный методом печати). Такие элементы обычно являются плоскими, но могут наноситься и на неплоские подложки. Альтернативой является резистивный закрытый (трубчатый) нагревательный элемент, имеющий или не имеющий промежуточной металлической теплорассеивающей пластины и устанавливаемый в дне электроприбора. Такой элемент часто применяется в нагревательных устройствах для электрочайников. Преимущества в установке нагревательного элемента снаружи канала состоят в том, что он проще в изготовлении, а средства его защиты от перегрева могут быть установлены в хорошем тепловом контакте с ним, чтобы надежно отключать элемент в случае его включения при отсутствии воды в канале.

В другой группе вариантов используется погружной нагревательный элемент, находящийся внутри канала, образующего первую зону нагрева. Таким образом, в предпочтительных вариантах первая зона нагрева содержит канал для переноса по нему жидкости, а трубчатый нагревательный элемент помещен для нагревания жидкости внутрь указанного канала. Данный элемент может находиться в контакте со стенкой канала, хотя в предпочтительных вариантах он установлен внутри канала таким образом, что жидкость контактирует с ним по длине канала по всей его боковой поверхности. В группе предпочтительных вариантов первая зона нагрева содержит трубчатую оболочку, охватывающую нагревательный элемент и формирующую указанный канал с обеспечением возможности протекания жидкости между нагревательным элементом и оболочкой. Такое выполнение полезно, т.к. обеспечивает большую поверхность контакта между жидкостью и нагревательным элементом, а также способствует минимизации эффекта выплескивания воды при возникновении любых пузырьков, поскольку одиночный пузырек не может занять все поперечное сечение канала. В нормальных условиях, т.е. когда температура массы воды не превышает 85-90°C, формирование пузырьков будет приводить к повышению скорости остающегося потока воды, улучшающему теплообмен и минимизирующему вероятность роста объема пузырьков.

Оболочка может соответствовать профилю нагревательного элемента (например иметь круглое поперечное сечение при использовании нагревательного элемента с круглым поперечным сечением). Однако это требование некритично: оболочке может быть придана форма блока с внутренним каналом для размещения внутри него нагревательного элемента, обтекаемого жидкостью.

Для оболочки можно использовать практически любой материал. В одной группе предпочтительных вариантов оболочка выполнена из нержавеющей стали. Это придает конструкции нагревателя прочность и гарантирует устойчивость к перегреву, например, при работе в отсутствие контакта с жидкостью. Желательно, чтобы оболочка имела малую тепловую массу; применительно к оболочке из нержавеющей стали это означает, что она должна быть довольно тонкой, т. е толщина этой оболочки или оболочки из другого металла предпочтительно составляет менее 0,7 мм, более предпочтительно 0,5-0,6 мм. Заявитель установил, что вопреки общепринятым в отрасли оценкам стандартный погружной закрытый нагревательный элемент (например, с диаметром 6,6 мм и плотностью мощности 35 Вт/см²) с тонкой оболочкой из нержавеющей стали имеет фактически меньшую тепловую массу, чем соответствующий типичный нагреватель с толстопленочным элементом.

Описанный вариант представляется обладающим новизной и изобретательским уровнем. Соответственно, в другом своем аспекте изобретение обеспечивает создание проточного нагревательного устройства, содержащего проточный канал для жидкости и закрытый нагревательный элемент, установленный в канале таким образом, что в процессе функционирования устройства поверхность нагревательного элемента по меньшей мере частично окружена жидкостью.

Желательно, чтобы поверхность нагревательного элемента в процессе функционирования устройства была полностью окружена жидкостью. Для этого проточное нагревательное устройство согласно данному аспекту предпочтительно содержит описанную выше оболочку.

Нагревательный элемент согласно любому из рассмотренных аспектов изобретения, как и канал или оболочка (по меньшей мере ее внутренний объем), предпочтительно имеют круглое поперечное сечение. Если сечение нагревательного элемента не является круглым, поперечное сечение канала или оболочки (по меньшей мере ее внутреннего объема) предпочтительно имеет ту же форму.

Если нагревательный элемент окружен жидкостью по всей боковой поверхности, его крепежные концы также могут быть соосными с трубкой (оболочкой). Однако в некоторых вариантах оказалось целесообразным поместить между нагревательным элементом и оболочкой разделительный элемент, обеспечивающий поддержание между ними заданного расстояния. Таким разделительным элементом может быть отдельный термостойкий коаксиальный вкладыш. Однако более предпочтительно использовать для этой цели соответствующие элементы, сформированные на нагревательном элементе и/или оболочке.

Так, в одной группе полезных вариантов в наружной поверхности оболочки могут быть сделаны углубления, чтобы образовать выступы, контактирующие с нагревательным элементом и поддерживающие заданное расстояние между ним и остальной поверхностью оболочки, в то же время позволяя жидкости обтекать основную часть поверхности элемента. Выступы могут быть дискретными в продольном направлении; альтернативно, они могут образовывать протяженные продольные ребра, эффективно формирующие множество отдельных каналов, расположенных вокруг нагревательного элемента. Разумеется, дополнительно или альтернативно, такие выступы могут быть выполнены и на нагревательном элементе.

Важным фактором является обеспечение соответствующего управления функционированием проточных нагревательных секций в соответствии с изобретением. Это управление направлено, в частности, на предотвращение перегрева нагревательного устройства, когда оно (по ошибке) работает без жидкости.

Разумеется, для этого можно использовать различные способы. Удобным вариантом является, например, применение закрытого погружного нагревательного элемента, часть которого припаяна к металлической "несущей" пластине, чтобы сформировать горячий поворотный участок точно так же, как это широко используется в электрочайниках с погружным нагревательным элементом. Достоинством такого выполнения является то, что оно позволяет использовать известные средства управления погружными элементами, в частности выпускаемые заявителем и пользующиеся большим успехом средства управления серии R7, обеспечивающие два уровня защиты нагревательного элемента от перегрева. Такие средства подробно описаны в GB 2181598 А. При этом желательно, чтобы данные средства находились в прямом или непрямом электрическом контакте с нагревательным элементом.

Защита от перегрева предпочтительно обеспечивается во второй зоне, в которой вода может кипеть. При этом может быть решена главная проблема защиты от сухого включения проточного нагревательного устройства, содержащего стандартный закрытый нагревательный элемент, установленный в канале и окруженный жидкостью, когда наличие такого канала физически ограничивает возможности хорошего теплового контакта между термодатчиком и элементом.

Описанные решения обладают новизной и изобретательским уровнем, так что в своем следующем аспекте изобретение обеспечивает создание проточного нагревательного устройства, содержащего первую зону с установленным в канале закрытым нагревательным элементом так, что он окружен жидкостью по всей своей длине, причем этот элемент выступает во вторую зону, в которой жидкость может быть доведена до кипения. Устройство содержит также термодатчик, находящийся в хорошем тепловом контакте с участком нагревательного элемента во второй зоне нагрева для детектирования его перегрева.

Термодатчиком может быть, например, термистор, термопара или иной электронный или термомеханический датчик, такой как металлический исполнительный элемент с памятью формы или биметаллический исполнительный элемент. Он может находиться в прямом физическом контакте с нагревательным элементом; однако предпочтительным является хороший тепловой контакт через теплопроводную стенку второй зоны, например, в описанной традиционной схеме для этого используются несущая пластина/горячий поворотный участок.

Предпочтительно часть элемента, находящаяся в хорошем тепловом контакте с термодатчиком, расположена выше остальных нагреваемых частей этого элемента.

Дополнительно или альтернативно, может оказаться желательным измерение температуры жидкости, находящейся в нагревательном устройстве или выводимой из него. Это измерение может, например, способствовать детектированию перегрева или использоваться в качестве одного из сигналов обратной связи для управления расходом воды, протекающей через нагревательное устройство. Когда требуется кипящая вода, управление расходом является целесообразным, поскольку оптимальный расход определяется точным значением мощности нагревательного устройства, характеристиками используемого насоса, напряжением питания и температурой поступающей воды. При этом первые два из названных факторов могут варьировать в пределах допусков на изготовление, тогда как последние два фактора могут изменяться в процессе использования устройства.

Далее, хотя изобретение эффективно обеспечивает получение кипящей воды из проточного нагревательного устройства, в некоторых случаях может оказаться желательным выдавать воду с более низкой температурой или предоставить пользователю возможность задавать эту температуру. Соответственно, в группе предпочтительных вариантов имеются средства управления температурой жидкости, выдаваемой нагревательным устройством.

Заявитель принял во внимание, что температура разливаемой жидкости является функцией мощности нагревательного устройства и расхода жидкости. Соответственно, можно варьировать любой из этих параметров. В некоторых вариантах средство управления температурой содержит средство для изменения расхода жидкости через нагревательное устройство. Например, заявитель определил, что в случае типичного нагревательного элемента мощностью 3 кВт температура воды на выходе может быть близка к 100°C (при начальной температуре примерно 17°C), если ее расход через нагревательное устройство составляет примерно 520 мл/мин. Если уменьшить расход примерно до 475 мл/мин, воде будет передаваться дополнительная энергия, уравновешивающая энергопотери, связанные с выходом пара без передачи его тепла окружающей воде. В результате будет обеспечен режим так называемого бурного кипения, в котором номинальную температуру кипения (в типичном случае 100°C) будет иметь вся масса воды. Альтернативно, при повышении расхода до 900 мл/мин вода будет выдаваться при температуре около 65°C.

Инициирование течения жидкости (например включением насоса или открыванием клапана) может происходить одновременно с подачей питания на нагревательный элемент. Однако в предпочтительных вариантах поток воды формируется с временной задержкой относительно активирования нагревательного элемента. Заявитель принял во внимание, что введение такой задержки позволит выводить при желаемой температуре практически всю жидкость, т.е. избежать выдачи начальной порции жидкости при более низкой температуре. Хотя задержка может быть фиксированной, она предпочтительно определяется в зависимости от температуры жидкости, находившейся в нагревательном устройстве. Так, если эта жидкость является теплой, задержка уменьшается (возможно, до нулевого и даже до отрицательного значения - т.е. насос может запускаться раньше, чем нагревательное устройство, например, если система включается после короткого перерыва, причем была задана невысокая температура на выходе).

Аналогично, поток воды может быть прерван одновременно с отключением нагревательного элемента. Однако в предпочтительных вариантах нагревательный элемент отключается до прерывания потока. Это позволяет использовать для нагревания воды часть тепла, накопленного в нагревательном элементе и в других компонентах. Такой режим не только более энергетически эффективен, но и позволяет быстрее использовать нагревательное устройство для последующего розлива жидкости при меньшей температуре.

Длительность периода, в течение которого может производиться розлив жидкости, может быть фиксированной или бесконечной, например, пока пользователь удерживает нажатой кнопку включения. В группе предпочтительных вариантов розлив жидкости производится в течение времени, заданного пользователем. Это время может задаваться непосредственно; однако желательно задавать его путем управления объемом выдаваемой жидкости. В этом случае длительность розлива будет являться функцией расхода, который, в свою очередь, может быть функцией температуры воды на выходе (как это было пояснено ранее). Осуществление розлива в течение заданного времени полезно в том отношении, что позволяет уменьшить мощность нагревательного элемента или отключить его в конце операции розлива и за счет этого использовать накопленное тепло, как это было описано выше.

Заявитель учел далее, что при розливе жидкости с температурой кипения или близкой к ней очень трудно точно измерить ее температуру, поскольку жидкость во второй зоне будет находиться в турбулентном движении и содержать множество пузырьков пара, так что любое значение температуры, выдаваемое датчиком, например термистором, может быть неточным и флуктуирующим в широких пределах. Тем не менее, заявителю удалось найти решение, обеспечивающее намного более точное и стабильное измерение температуры жидкости на выходе.

Согласно предпочтительным вариантам изобретения средства для определения температуры воды на выходе расположены в первой зоне нагрева. В соответствии с этими вариантами производится измерение температуры жидкости на участке, расположенном перед выходной зоной, а не непосредственно температуры жидкости на выходе. Это стало возможным благодаря осознанию заявителем того что существует сильная корреляция между температурой жидкости в определенной точке внутри первой зоны нагрева и температурой на выходе. При условии, что теплоемкость жидкости и тепловая мощность нагревательного элемента за точкой измерения известны, можно рассчитать выходную температуру. Преимущество измерения температуры в первой зоне состоит в том, что полное или почти полное отсутствие кипящей жидкости в этой зоне позволяет производить значительно более точные измерения температуры.

Точное знание температуры воды во второй зоне (например полученное измерением температуры в первой зоне) обеспечивает ряд преимуществ в отношении управления устройством. Первым и главным среди них является возможность варьирования температуры воды. Кроме того, появляется возможность учитывать неравновесные ситуации, возникающие в связи с предшествующими включениями устройства. Например, если устройство использовалось для розлива кипящей воды, после чего пользователю потребовалась более холодная вода, течение жидкости может быть начато до запитывания нагревателя, причем в некоторых случаях (зависящих от степени охлаждения воды до нового включения) такое запитывание может вообще не требоваться.

Заявитель обнаружил также, что при измерении температуры в первой зоне в некоторых случаях желательно стимулировать создание вращательного (закручивающего) компонента потока воды, направленного вокруг оси канала, поскольку при этом повышается надежность измерений в единственной точке. Такой режим измерения температуры является предпочтительным в отношении затрат по сравнению с измерениями в нескольких точках. В группе вариантов вход в канал, в котором находится первая зона, выполнен с возможностью ввода в канал жидкости вдоль направления, смещенного относительно центральной оси канала, чтобы создать желательное закручивающее (вращательное) движение, обеспечивающее перемешивание жидкости внутри канала и, следовательно, более равномерное распределение температуры. Например, вход может обеспечивать ввод жидкости с тангенциальной составляющей скорости.

В другой группе вариантов, не исключающей варианты первой группы, сам канал в первой зоне сконфигурирован с возможностью стимулирования закручивающего (спирального) течения. Для этого можно использовать различные способы. Так, в некоторых вариантах на внутренней поверхности одной или более стенок канала имеется спиральный профиль. Например, эту поверхность можно снабдить ребрами, канавками или иными выступами и/или углублениями, способствующими созданию закрученного потока. Такие элементы могут быть выполнены по всему периметру внутренней поверхности или на его части и по всей длине канала или на ее части. Данные элементы необязательно должны быть непрерывными: они могут представлять собой серию закругленных выступов или выступов иной формы.

Если в канале находится погружной нагревательный элемент, спиральные элементы могут быть сформированы, дополнительно или альтернативно, на наружной поверхности этого элемента. Другая альтернатива, также не исключающая рассмотренные варианты, состоит во введении в канал специального формирующего элемента. В особенно предпочтительных вариантах такой элемент содержит проволоку, намотанную на закрытый погружной нагревательный элемент, находящийся в канале. Такое решение является не только экономичным, но и простым в осуществлении. Аналогичное решение использует упругую спираль, помещаемую на нагревательный элемент перед его вводом в оболочку в процессе изготовления с последующим освобождением спирали, которая в результате прижимается к внутренней поверхности стенки канала. В данных вариантах толщина проволоки предпочтительно выбирается меньшей, чем величина зазора между поверхностью элемента и стенкой канала. При таком выполнении проволока не формирует отдельные спиральные каналы, а только способствует закручиванию потока за счет завихривания граничного слоя жидкости. В некоторых вариантах толщина проволоки составляет меньше трети от величины зазора в канале.

В соответствии со всеми аспектами изобретения поток жидкости может создаваться за счет гидростатического давления, создаваемого за счет расположения резервуара для жидкости над выходной частью устройства и использования клапана или крана. Однако для переноса жидкости через проточное нагревательное устройство целесообразно использовать насос. Хотя можно использовать любой приемлемый насос, в предпочтительных вариантах применяется центробежный насос. Такие насосы имеют меньшие размеры и являются более тихими, чем поршневые насосы, используемые в некоторых известных устройствах. Можно предположить, что поршневые насосы, которые обычно питаются переменным напряжением от сети, получили применение благодаря их относительной нечувствительности к флуктуациям падения давления на насосе, так что их производительность остается, по существу, неизменной в широком диапазоне давлений. В отличие от них производительность центробежных насосов сильно зависит от перепада давления. Это является проблемой для автономных диспансеров горячей воды, питаемых от статичного резервуара, поскольку входное давление и, следовательно, производительность будут зависеть от уровня воды в резервуаре. Данная проблема может решаться регулировкой скорости насоса с использованием обратной связи. Однако заявитель разработал другой вариант, особенно удобный для бытовых приборов, использующих резервуар для воды.

Более конкретно, согласно предпочтительным вариантам предлагается бытовой прибор, содержащий нагревательное устройство описанного типа, насос для подачи жидкости к нагревательному устройству и резервуар для жидкости, а также промежуточную камеру между резервуаром и насосом и средство для заполнения промежуточной камеры до заданного уровня жидкостью из резервуара.

В соответствии с этими вариантами насос забирает жидкую воду не непосредственно из резервуара, а из промежуточной камеры. Поскольку она заполнена до заданного уровня, давление на входе насоса будет известным и, следовательно, может быть учтено в расчетах скорости насоса, его производительности и т.д. Даже с учетом того, что уровень воды в промежуточной камере может понижаться в процессе розлива, колебания давления будут ограничены небольшим интервалом.

Другое достоинство такого выполнения состоит в том, что жидкость может откачиваться насосом быстрее, чем это допустимо в случае откачки из резервуара. Это прежде всего относится к случаю, когда на выходе резервуара установлен фильтр для воды, поскольку такие фильтры обычно работают наиболее эффективно, когда расход воды через них преднамеренно ограничен (как это имеет место, например, в фильтрах Aqua Optima (RTM), производимых заявителем). Так, типичный расход воды через фильтр Aqua Optima равен примерно 400 мл/мин, хотя, как уже упоминалось, в некоторых случаях желательной является производительность до 900 мл/мин.

Данное решение обладает новизной и изобретательским уровнем. Поэтому изобретение еще в одном своем аспекте обеспечивает создание бытового прибора для розлива нагретой жидкости, содержащего проточное нагревательное устройство, насос подачи жидкости в нагревательное устройство и резервуар для запасания жидкости, а также промежуточную камеру между резервуаром и насосом, выполненную с возможностью заполнения до заданного уровня жидкостью из резервуара.

Резервуар предпочтительно расположен выше, чем промежуточная камера, которая, следовательно, заполняется жидкостью под действием силы тяжести. Объем промежуточной камеры предпочтительно меньше, чем у резервуара.

В некоторых вариантах заданный уровень может соответствовать полной камере - т.е. промежуточная камера должна заполняться до предела. В других вариантах заданный уровень соответствует лишь частичному заполнению промежуточной камеры. Могут быть использованы различные средства для частичного заполнения промежуточной камеры до заданного уровня, например электронные датчики уровня или поплавковый клапан. В некоторых предпочтительных вариантах средство для заполнения промежуточной камеры содержит вентиляционную трубку, выведенную в заполненное воздухом пространство над жидкостью в резервуаре и отходящую вниз до заданного уровня в промежуточной камере. При этом резервуар является герметичным, так что воздух, находящийся над жидкостью, может выходить из резервуара только по данной трубке. При таком выполнении промежуточная камера будет заполняться с вытеснением воздуха через вентиляционную трубку до тех пор, пока уровень жидкости не дойдет до нижнего края данной трубки. После этого воздух уже не сможет поступать в промежуточную камеру, создавая частичный вакуум в резервуаре. В результате жидкость перестанет поступать из резервуара в промежуточную камеру.

Хотя выше изобретение было описано только применительно к проточным нагревательным секциям, заявитель пришел к выводу, что вторая зона, которая может использоваться для кипячения жидкости, может быть полезной в качестве дополнения и к другим типам нагревательных устройств, которые выдают жидкость при температуре ниже точки кипения. Поэтому в следующем своем аспекте изобретение обеспечивает создание устройства для нагрева жидкости, содержащего первую зону нагрева для нагревания в нем жидкости до температуры ниже точки кипения и камеру завершающего нагрева для нагревания жидкости до кипения, внутри которой над поверхностью жидкости имеется пространство для обеспечения возможности выхода пара через поверхность жидкости.

В соответствии с изобретением возможны различные варианты реализации розлива нагретой жидкости из второй зоны. Один вариант просто использует клапан или кран, позволяющий воде в