Разливочный автомат кипящей воды - RU2564231C2

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к разливочному автомату кипящей воды, содержащему вход воды, выход воды, канал потока, соединяющий вход воды с выходом воды, нагревательное устройство, выполненное с возможностью нагревания воды, протекающей через канал потока, насос, выполненный с возможностью подачи воды из входа воды в нагревательное устройство в направлении течения через упомянутый канал потока, и элемент первого ограничителя, расположенный ниже по течению нагревательного устройства в упомянутом канале потока, при этом элемент первого ограничителя выполнен с возможностью создания избыточного давления в упомянутом нагревательном устройстве.

Предшествующий уровень техники

Известны многие устройства, которые выполнены с возможностью нагревания воды и разлива нагретой или даже кипящей воды. Пример такого устройства раскрыт с помощью WO 2009/151321 A2. Система горячей воды, раскрытая в этом патентном документе, имеет резервуар, в котором нагревают воду. Эта вода может быть слита через сливную трубку, когда открыт кран. WO 2009/151321 A2 раскрывает, что резервуар его устройства выполнен с возможностью содержания в себе воды температур около 110°С при давлении, более высоком, чем атмосферное давление. После открытия крана, горячая вода начнет вытекать. Вода, вытекающая из крана, будет испытывать снижение давления до атмосферного давления. Так как температура воды находится выше атмосферной точки кипения, вытекающая вода будет проявлять признаки кипения, подобные присутствию, как жидкой, так и газообразной воды. На выходе крана это вызовет разбрызгивание горячей воды. Разбрызгивание горячей воды, вытекающей из наконечника, является проблемой устройства, раскрытого с помощью WO 2009/151321 A2, так как разбрызгивание горячей воды может быть опасным для пользователя, который держит чашку около выхода крана, например, в то время как он желает наполнить упомянутую чашку, чтобы приготовить чай, растворимый суп или другое угощение. В частности, руки, держащие упомянутую чашку, подвергаются риску пострадать от разбрызгивания горячей, кипящей воды. Это может быть причиной того, что пользователь испытает боль, или, в более серьезных ситуациях, вызвать ожоги на руках пользователя. Кроме того, разбрызгивание кипящей воды, вытекающей из крана, приводит к пустому расходу драгоценной нагретой воды. Еще, кроме того, разбрызгивание могло бы вызвать проблемы при наполнении чашки или другого типа сосуда с узким отверстием наполнения.

Дополнительный пример устройства, выполненного с возможностью нагревания воды и разлива нагретой воды, раскрыт с помощью EP 1462040 А1. Этот патентный документ раскрывает установку, предназначенную для приготовления горячей воды, содержащую проточное нагревательное устройство, в котором воду нагревают до температуры чуть ниже 100°С. Установка ЕР 1462040 А1 является открытой системой, в которой 100°С является температурой кипения воды. Следовательно, установка ЕР 1462040 А1 не может выпускать кипящую воду, а только горячую воду. С помощью нагревания воды до температуры чуть ниже 100°С не допускают, чтобы в нагревательном устройстве образовывалось большое количество пузырьков. Широко известно, что газообразная вода имеет другой коэффициент поглощения тепла, чем жидкая вода. Известно, что это различие может привести к перегреву нагревательных элементов, в которых образуется большой объем газообразной воды. Известно, что локальный перегрев может вызвать отказ нагревателя. В частности, это является проблемой, когда необходимо постоянно заставлять работать нагреватель в течение длительного времени.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является предоставить разливочный автомат кипящей воды, из которого вода вытекает без разбрызгивания.

Задачу изобретения реализуют с помощью разливочного автомата кипящей воды, как определено в пункте 1 формулы изобретения. В частности, разливочный автомат кипящей воды, в соответствии с изобретением, содержит резервуар горячей воды, находящийся ниже по течению первого ограничителя в упомянутом канале потока, причем упомянутый резервуар горячей воды выполнен с возможностью позволения газообразной воде отделяться от жидкой воды, при этом упомянутый резервуар горячей воды имеет входное отверстие резервуара горячей воды и выходное отверстие резервуара горячей воды, причем часть канала потока от выходного отверстия резервуара горячей воды до выхода воды выполнена с возможностью вызывания, во время использования, накопления некоторого количества воды в резервуаре горячей воды.

Разливочный автомат кипящей воды соединен с некоторым источником воды с помощью входа воды. Этот источник воды мог бы быть сетевым источником воды, отдельным резервуаром воды или любым другим типом источника воды, подходящим для цели подачи воды в разливочный автомат кипящей воды. Во время использования разливочного автомата кипящей воды, в соответствии с изобретением, вода будет течь в направлении течения из входа воды в выход воды через канал потока под воздействием работы насоса. Это может быть любым типом насосов, подходящих для нагнетания требуемой скорости течения. Эти типы насоса широко известны и не являются частью изобретения. Обычно температура воды на входе воды значительно ниже, чем температура воды на выходе воды. Температура воды на входе воды могла бы быть, например, от 15°С до 25°С. Также возможны другие входные величины. Во время течения из входа воды в выход воды вода проходит, находящееся ниже по течению насоса, нагревательное устройство, выполненное с возможностью нагревания упомянутой воды. Ниже по течению нагревательного устройства в канале потока находится элемент первого ограничителя. Элементы ограничителя широко известны в связи с системами подачи жидкости. Вследствие этого специалист в данной области техники выберет подходящий элемент ограничителя для рассматриваемой ситуации. Критерии должны быть дополнительно заданы ниже. Широко известно, что насос и элемент ограничителя, когда расположены последовательно, будут вызывать избыточное давление в канале потока между насосом и элементом ограничителя. В этом контексте избыточное давление следует понимать как давление, которое выше, чем давление, которое преобладало бы при отсутствии элемента ограничителя. Величина избыточного давления зависит, как от характеристик насоса, а также от характеристик элемента ограничителя. Избыточное давление, созданное между насосом и первым элементом ограничителя в разливочном автомате кипящей воды изобретения, присутствует в нагревательном устройстве, а также это устройство размещено между насосом и первым элементом ограничителя. Общеизвестно, что температура кипения или точка кипения воды и, или более широко, любой жидкости является функцией давления. Вообще говоря, температура кипения воды будет увеличиваться с увеличением давления. В результате увеличенного давления в нагревательном устройстве, вызванного с помощью комбинации насоса и элемента первого ограничителя, вода в нагревательном устройстве может быть нагрета до температур выше температуры кипения окружающей среды без того, чтобы происходило кипение. Температуру кипения окружающей среды считают равной температуре кипения воды при давлении окружающей среды, следовательно, без увеличения давления, вызванного с помощью комбинации насоса и элемента первого ограничителя.

Размеры нагревательного устройства разливочного автомата кипящей воды задают таким образом, что воду, текущую вдоль канала потока нагревают до желаемой температуры. Такое задание размеров считают хорошо известным специалисту в данной области техники и не детализируют дополнительно, а также не рассматривают в качестве части изобретения. Нагревательное устройство могло бы содержать управляющую логику, чтобы регулировать режим работы нагревательного устройства на основе фактической температуры воды, вытекающей из нагревательного устройства и желаемой температуры воды, вытекающей из нагревательного устройства. В качестве альтернативы, или дополнительно нагревательное устройство могло бы содержать управляющую логику, регулирующую режим работы нагревательного устройства на основе температуры воды, втекающей в нагревательное устройство. В других вариантах осуществления нагревательное устройство могло бы быть сконструировано с возможностью работы без управляющей логики.

Нагретая вода, проходящая элемент первого ограничителя, будет испытывать снижение давления, благодаря первому элементу ограничителя. Следовательно, вода, прошедшая после элемента первого ограничителя, будет иметь более низкую температуру кипения. В преимущественных вариантах осуществления вода, вытекающая из нагревательного устройства, будет иметь температуру ниже точки кипения воды с учетом давления в нагревательном устройстве, но, в то же время, температуру выше температуры кипения при давлении, преобладающем после элемента первого ограничителя. Следуя общеизвестным законам физики, нагретая вода, которая прошла элемент первого ограничителя, начнет кипеть, а ее температура будет снижаться до температуры кипения воды при преобладающем давлении. Кипящая вода будет содержать смесь газообразной и жидкой воды. Кипящая вода будет течь в резервуар горячей воды. Этот резервуар горячей воды позволяет разделять газообразную и жидкую фазы кипящей воды. Часть канала потока от входного отверстия резервуара горячей воды до выхода воды выполнена с возможностью вызывания, во время использования, накопления некоторого количества воды в резервуаре горячей воды. Благодаря этому накоплению, время протекания воды от входного отверстия резервуара горячей воды до выходного отверстия резервуара горячей воды увеличивается, что позволяет, чтобы имело место более эффективное разделение газообразной и жидкой фаз воды.

В практическом варианте осуществления часть канала потока от выходного отверстия резервуара горячей воды до выхода воды может иметь больший диаметр, чем элемент первого ограничителя.

В практическом варианте осуществления элемент дополнительного ограничителя размещен между выходным отверстием резервуара горячей воды и выходом воды.

В другом практическом варианте осуществления выход воды мог бы быть расположен выше выходного отверстия резервуара горячей воды, когда видно в поле гравитации, следовательно, вода, текущая через канал потока между выходным отверстием резервуара горячей воды и выходом воды, должна преодолевать силу гравитации.

Жидкая фаза воды при температуре кипения вытекает из резервуара горячей воды в выход воды через элемент дополнительного ограничителя. Горячая вода будет вытекать из устройства разливочного автомата кипящей воды и может быть использована пользователем, например, для того, чтобы приготовить вкусный горячий напиток. Так как только жидкая фаза воды течет через выход воды, не будет происходить никакого разбрызгивания. Иначе говоря, разделение жидкой и газообразной фаз горячей воды, которое имеет место в резервуаре горячей воды, приводит к управляемому истечению воды из разливочного автомата кипящей воды, что делает разливочный автомат кипящей воды, в соответствии с изобретением, дружелюбным к пользователю и безопасным для использования. Следует понимать, что разбрызгиваемая горячая вода будет находиться при температуре кипения воды или около нее с учетом давления окружающей среды. Около температуры кипения может быть где-нибудь от 90% до 100% температуры кипения при давлении окружающей среды.

Следует понимать, что возможны различные способы работы устройства. Например, разливочный автомат кипящей воды, в соответствии с изобретением, мог бы быть приводимым в действие пользователем с помощью нажатия только одной кнопки. Упомянутая кнопка будет включать нагревательное устройство, в то время как схема управления, содержащая датчик выполнена с возможностью измерения температуры воды в нагревателе. Когда достигнута предварительно определенная температура, может быть запущен насос, чтобы начать поток воды через канал потока. В альтернативных вариантах осуществления разливочный автомат кипящей воды, в соответствии с изобретением, мог бы иметь две кнопки управления. Первая кнопка могла бы быть выполнена с возможностью разрешения пользователю включать нагревательное устройство. Вторая кнопка могла бы быть выполнена с возможностью разрешения пользователю включать насос. В таких вариантах осуществления мог бы быть предоставлен интерфейс пользователя, чтобы указывать пользователю, что вода в нагревательном устройстве достаточно нагрета, чтобы запустить насос и иметь кипящую воду, вытекающую из выходного отверстия воды. Даже дополнительные способы работы также являются возможными.

Другим преимуществом разливочного автомата кипящей воды, в соответствии с изобретением, является то, что пользователь может достаточно точно дозировать количество нагреваемой воды. Это предупреждает нагревание излишнего количества воды, как часто происходит в традиционных чайниках для кипячения воды.

В предпочтительном варианте осуществления разливочного автомата кипящей воды, в соответствии с изобретением, элемент первого ограничения выполнен с возможностью создания избыточного давления в нагревательном устройстве, равного приблизительно 1,4 бара во время непрерывной работы. Приблизительно 1,4 бара понимают как от 1,2 бара до 1,6 бара. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что это избыточное давление может быть без труда выдержано в бытовом электрическом оборудовании без требования дорогих мер безопасности, несмотря на то, что в то же время оно вызывает существенное увеличение давления в нагревательном устройстве, чтобы позволить нагревать воду до температуры, как детально рассмотрено выше.

В разливочном автомате кипящей воды, в соответствии с изобретением, нагревательное устройство выполнено с возможностью нагревания воды до температуры, около ее температуры кипения, предпочтительно до температуры от 90% до 98%, даже более предпочтительно до температуры от 93% до 95% ее температуры кипения. В нагревательных устройствах, выполненных с возможностью нагревания воды до температуры кипения или около температуры кипения, происходит снижение передачи тепла из нагревательного устройства в воду, когда вода кипит, то есть, когда газообразная вода создается в таких количествах, что газообразная вода не может раствориться в жидкой воде. Следует заметить, что незадолго до того, как начинается это кипение, на поверхности раздела между нагревательным устройством и водой образуются небольшие пузырьки газообразной воды. Эти небольшие пузырьки быстро растворяются в воде. Как общеизвестно из физики, тепло значительно лучше передается из источника тепла в жидкую воду, чем в газообразную воду. Горячее нагревательное устройство, которое не может передавать свое тепло в воду, могло бы испытывать перегрев. Такой перегрев мог бы привести к повреждению нагревательного устройства и даже к отказу всего разливочного автомата кипящей воды. Чтобы предотвратить образование газообразной воды, изобретатели обнаружили, что выгодно нагревать воду в нагревательном устройстве до значения от 90% до 98% температуры кипения при давлении в нагревательном устройстве. Верхняя граница этого диапазона должна быть выбрана близкой к температуре кипения, в то же время, все же не позволяя, чтобы локальные изменения температуры воды в нагревательном устройстве приводили к образованию газообразной воды в объеме, который мог бы повредить нагревательное устройство. С другой стороны, нижняя граница этого диапазона должна быть выбрана таким образом, что вода будет находиться в точке кипения после прохождения элемента первого ограничителя. Было обнаружено, что может быть достигнута еще более надежная работа разливочного автомата кипящей воды, когда воду нагревают в нагревательном устройстве до температуры от 93% до 95% ее температуры кипения при давлении в нагревательном устройстве.

В предпочтительном варианте осуществления разливочного автомата кипящей воды, в соответствии с изобретением, между входным отверстием резервуара горячей воды и выходным отверстием резервуара горячей воды размещено направляющее устройство потока, причем упомянутое направляющее устройство потока выполнено с возможностью предотвращения прямого потока воды из входного отверстия резервуара горячей воды в выходное отверстие резервуара горячей воды. Это направляющее устройство потока задерживает поток воды из входного отверстия резервуара горячей воды в выходное отверстие резервуара горячей воды, таким образом, позволяя разделять газообразную и жидкую фазы кипящей воды. Это гарантирует, что только жидкая вода вытекает из выходного отверстия горячей воды, и, следовательно, также из выхода воды.

В предпочтительном варианте осуществления направляющее устройство потока является перфорированным.

В предпочтительном варианте осуществления разливочного автомата кипящей воды, в соответствии с изобретением, разливочный автомат дополнительно содержит резервуар холодной воды, причем упомянутый резервуар холодной воды соединен по текучей среде с входом воды. Резервуар холодной воды предлагает опцию, чтобы использовать разливочный автомат кипящей воды в местоположениях, в которых выходной соединитель водопроводной сети является недоступным. В большинстве домов соединитель водопроводной сети или вентиль доступен только в некоторых местоположениях. Очень благоприятно, когда разливочный автомат кипящей воды, в соответствии с изобретением, может быть использован также в других местоположениях. Это выполняют с помощью наличия резервуара холодной воды в жидкостном соединении с входом воды. Вода может быть запасена в резервуаре холодной воды до использования устройства. Резервуар холодной воды может быть прикреплен к разливочному автомату кипящей воды с возможностью отсоединения, либо прикреплен постоянно. После того, как вода запасена в резервуаре холодной воды, разливочный автомат кипящей воды может быть использован в любом местоположении, независимо от доступности соединения с водопроводной сетью.

В предпочтительном варианте осуществления разливочного автомата кипящей воды, в соответствии с изобретением, резервуар горячей воды имеет выход слива. Резервуар горячей воды расположен до элемента дополнительного ограничителя. В результате будет накопление воды около ее температуры кипения или при ее температуре кипения в резервуаре горячей воды. Аналогично вышеописанному, около температуры кипения может быть где-нибудь от 90% до 100% температуры кипения при давлении, преобладающем в резервуаре горячей воды. Когда выход воды заперт по какой-либо причине, в то время как насос работает, резервуар горячей воды будет наполняться кипящей водой. Слив резервуара горячей воды предотвращает ситуацию, когда вода в канале потока перестает течь, в то время как нагревательное устройство по-прежнему работает. Без слива резервуара горячей воды вода в нагревательном устройстве стала бы кипеть, причем газообразная вода вызывает быстрое возрастание давления в канале потока. Это быстрое возрастание давления может вызвать повреждение в одном или более элементах в канале потока. Слив резервуара горячей воды предотвращает такое возможное опасное повреждение.

В предпочтительном варианте осуществления разливочного автомата кипящей воды, в соответствии с изобретением, выход слива резервуара горячей воды соединен по текучей среде с резервуаром холодной воды. Потенциально вода, вытекающая из слива резервуара горячей воды, находится при ее температуре кипения или около нее. Вода этой температуры является потенциально опасной для пользователя, так как она может привести к серьезным ожогам. Поэтому должно быть предотвращено, чтобы вода, выходящая из резервуара горячей воды через слив, могла вступить в контакт с пользователем. С помощью соединения слива резервуара горячей воды с резервуаром холодной воды способом закрытого канала потока создают канал потока, который предотвращает, чтобы горячая вода выходила из разливочного автомата кипящей воды в другом местоположении, отличном от выхода воды.

В предпочтительном варианте осуществления разливочного автомата кипящей воды, в соответствии с изобретением, резервуар горячей воды имеет, по меньшей мере, частично полупрозрачный или прозрачный корпус такой, что за водой можно наблюдать снаружи разливочного автомата. В альтернативных вариантах осуществления резервуар горячей воды имеет, по меньшей мере, частично прозрачный корпус. С помощью наблюдения за водой в резервуаре горячей воды пользователь может без труда контролировать правильную работу разливочного автомата кипящей воды. Так как вода, вытекающая из выхода воды, не содержит пузырьков или других следов газообразной воды, типичных для кипения воды, пользователь не сможет оценить правильное функционирование разливочного автомата кипящей воды. Как объяснено выше, после первого ограничителя вода будет содержать смесь, как газообразной, так и жидкой формы воды, типичную для кипения. Эта смесь втекает в резервуар горячей воды. При разрешении пользователю наблюдать за водой в резервуаре горячей воды пользователь может наблюдать за смесью газообразной и жидкой воды и убеждаться в правильном функционировании разливочного автомата кипящей воды, в том смысле, что вода, втекающая в резервуар горячей воды, действительно кипит.

В предпочтительном варианте осуществления разливочного автомата кипящей воды, в соответствии с изобретением, разливочный автомат кипящей воды дополнительно содержит источник света, причем упомянутый источник света выполнен с возможностью освещения резервуара горячей воды. Свет из источника света еще более облегчает пользователю наблюдать за смесью газообразной и жидкой воды в резервуаре горячей воды. Это повышает удобство использования разливочного автомата кипящей воды.

В предпочтительном варианте осуществления разливочного автомата кипящей воды, в соответствии с изобретением, нагревательное устройство является проточным нагревателем. Применение проточного нагревателя существенно уменьшает ограничения конструирования, связанные с объемом или размером разливочного автомата кипящей воды.

В предпочтительном варианте осуществления разливочного автомата кипящей воды, в соответствии с изобретением, разливочный автомат выполнен с возможностью выливания теплой воды после использования. Пользователю, начинающему управление разливочным автоматом кипящей воды, должна быть подана вода ожидаемой температуры сразу с момента, когда разливочный автомат начнет разливать воду. Так как нагревательное устройство не находится в конце канала потока, а между насосом и элементом первого ограничителя, никакая вода, которая присутствует в канале потока между нагревательным устройством и отверстием вытекания воды до начала работы разливочного автомата, не будет нагрета с помощью нагревательного устройства и будет ниже желаемой температуры при вытекании из отверстия вытекания воды. Поэтому выгодно, если воду, присутствующую в канале потока после нагревательного устройства, выливают из разливочного автомата кипящей воды после использования.

В предпочтительном варианте осуществления разливочного автомата кипящей воды, в соответствии с изобретением, резервуар горячей воды содержит открытое соединение с атмосферой окружающей среды, такое, что в резервуаре горячей воды не может существовать разрежение. Это является очень дешевым и удобным способом, чтобы реализовать слив воды из разливочного автомата кипящей воды после использования.

В предпочтительном варианте осуществления разливочного автомата кипящей воды, в соответствии с изобретением, высота резервуара горячей воды является большей, чем высота воды в равновесии в упомянутом резервуаре во время использования. Благодаря элементу дополнительного ограничителя, объем воды в резервуаре горячей воды будет увеличиваться от начала работы разливочного автомата кипящей воды. Наличие резервуара воды достаточной высоты предотвратит потери существенных объемов кипящей воды через слив резервуара горячей воды или не даст резервуару горячей воды без слива стать полностью наполненным, что вызывает опасные ситуации. В таких полностью наполненных ситуациях, канал потока будет прегражден, и вода в нагревательном устройстве стала бы кипеть. Газообразная вода, вызванная с помощью этого кипения, приводит к быстрому повышению давления в канале потока. Это быстрое повышение давления может вызвать повреждение в одном или более элементах в канале потока. Резервуар горячей воды достаточной высоты, который является резервуаром горячей воды, являющимся выше, чем высота воды в равновесии, будет гарантировать безопасную и эффективную работу разливочного автомата кипящей воды.

При использовании элементарной физики высота воды в равновесии может быть вычислена достаточно просто. Известно, что гидростатическое давление в нижнем выходном отверстии столба воды задают с помощью P=ρgh, причем ρ обозначает плотность воды, g гравитационную постоянную, а h высоту столба воды. В то же время общеизвестно, что упомянутое давление дает в результате скорость вытекания, равную

, причем эта скорость вытекания также может быть выражена как ν=Q/A, причем А является площадью поверхности отверстия вытекания, а Q - является скоростью потока. В состоянии равновесия приток и вытекание резервуара горячей воды являются равными. Этот приток непосредственно связан со скоростью потока, вызванной работой насоса и, следовательно, является известным. При объединение уравнений обнаружено, что высота в равновесии воды в резервуаре кипящей воды может быть выражена как .

В предпочтительном варианте осуществления разливочного автомата кипящей воды, в соответствии с изобретением, разливочный автомат дополнительно содержит водомер, выполненный с возможностью измерения потока воды через канал потока, и устройство управления, выполненное с возможностью управления насосом на основе, по меньшей мере, скорости потока, как измеренной с помощью водомера, причем водомер расположен в канале потока между входом воды и входным отверстием резервуара горячей воды. С помощью управления скоростью потока, вызванной с помощью насоса, гарантируют, что во время работы разливочного автомата кипящей воды фактические состояния являются подобными состояниям, допущенным во время конструирования, что приводит к еще более лучшей и более надежной работе разливочного автомата кипящей воды. Это является особенно важным по отношению к давлению в нагревательном устройстве, которое зависит от скорости потока, а также от высоты в равновесии столба воды в резервуаре горячей воды, которая также зависит от скорости потока, созданной с помощью насоса.

Со ссылкой на формулу изобретения, следует заметить, что изобретение также относится ко всем возможным комбинациям признаков и/или мер, определенных в различных пунктах формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Ниже предоставлено подробное описание изобретения. Описание предоставлено в качестве не ограничивающего примера, читаемого со ссылкой на чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает схематический вид первого варианта осуществления разливочного автомата кипящей воды, в соответствии с изобретением.

Подробное описание вариантов осуществления

Фиг.1 схематически изображает разливочный автомат 1 кипящей воды, в соответствии с изобретением. Резервуар 8 холодной воды содержит в себе некоторое количество холодной воды 9. Резервуар 8 холодный воды соединен по текучей среде с входом 2 воды. Вход 2 воды является началом последовательности элементов, соединенных по текучей среде, формирующих канал 11 потока. Этот канал 11 потока дополнительно содержит насос 3, нагревательное устройство 4, элемент 5 первого ограничителя, резервуар 15 горячей воды, элемент 6 дополнительного ограничителя и выход 7 воды. Эти элементы, начиная с входа 2 воды до выхода 7 воды, вместе формируют ядро разливочного автомата кипящей воды. Во время работы разливочного автомата 1 кипящей воды включают насос 3, чтобы качать воду вдоль канала потока по направлению к выходу 7 воды. Из выхода 7 воды кипящая вода будет течь в сосуд или чашку 13. Насосом 3 управляют с помощью устройства 10 управления, которое соединено с элементом 16 интерфейса пользователя, который может принимать входное воздействие пользователя, с водомером 19 и нагревательным устройством 4. Резервуар 15 горячей воды дополнительно содержит входное 17 отверстие и выходное 18 отверстие. Направляющее устройство 12 потока размещено между входным 17 отверстием и выходным 18 отверстием. Кроме того, резервуар 15 горячей воды имеет слив 14, который соединен по текучей среде с резервуаром 9 холодной воды.

Пользователь, желающий использовать разливочный автомат 1 кипящей воды, наполнит резервуар холодной воды водой 9. В альтернативных вариантах осуществления разливочный автомат кипящей воды мог бы не иметь резервуар холодной воды. Вместо этого разливочный автомат кипящей воды мог бы быть соединен непосредственно с водопроводной сетью. Однако разливочный автомат кипящей воды, имеющий резервуар холодной воды, является более дружелюбным к пользователю, так как он может быть использован также в местоположениях без точки соединения с водопроводной сетью. Резервуар 8 холодной воды может быть соединен с разливочным автоматом 1 кипящей воды либо постоянно, либо с возможностью отсоединения. Пользователь будет наполнять резервуар 8 холодной воды, имея в виду определенное количество необходимой кипящей воды. Однако это не является критичным, как будет объяснено позже. После наполнения резервуара 8 холодной воды количество холодной воды 9 в резервуаре 8 холодной воды будет, по меньшей мере, равно необходимому количеству кипящей воды. Однако, если количество холодной воды недостаточно, резервуар холодной воды мог бы быть повторно наполнен, а разлив кипящей воды продолжен во втором цикле работы разливочного автомата 1 кипящей воды. Как могло бы иметь место, резервуар 8 холодной воды мог бы еще содержать воду 9 от предыдущего использования разливочного автомата 1 кипящей воды, и наполнение резервуара 8 холодной воды является ненужным.

Пользователь отдаст команду разливочному автомату 1 кипящей воды, чтобы начать работу с помощью вхождения в контакт с элементом 16 интерфейса пользователя. Этот элемент 16 интерфейса пользователя может быть любым устройством, которое может принимать входное воздействие пользователя, а в некоторых вариантах осуществления, подавать информацию о работе разливочного автомата 1 кипящей воды обратно пользователю. Входное воздействие пользователя может быть принято с помощью элемента 16 интерфейса пользователя, например, с помощью регистрации срабатывания переключателя или касания сенсорной области пользователем. Элемент 16 интерфейса пользователя также мог бы быть использован пользователем для того, чтобы указывать желание закончить работу разливочного автомата 1 кипящей воды. В качестве альтернативы, работа разливочного автомата 1 кипящей воды могла бы быть завершена после того, как нагрето предварительно определенное количество воды. В некоторых вариантах осуществления пользователь мог быть выбирать количество нагреваемой воды. Элемент 16 интерфейса пользователя передает сигнал, отражающий входное воздействие, в устройство 10 управления. Устройство 10 управления подскажет насосу 3 начать подачу воды, а нагревательному устройству 4 начать нагревание. Под воздействием насоса 3 вода начнет течь из входа 2 воды в направлении выхода 7 воды вдоль канала потока. Вода будет нагрета в нагревательном устройстве 4. Элемент 5 первого ограничителя, который расположен после нагревательного устройства 4, как видно в направлении потока воды, будет вызывать избыточное давление, присутствующее между насосом 3 и элементом 5 первого ограничителя. Таким образом, это избыточное давление также будет присутствовать в нагревательном устройстве 4. Этот способ создания избыточного давления является широко известным в данной области техники. В этом варианте осуществления водомер 19 размещен до насоса 3. Водомер 19 соединен с устройством 10 управления и выполнен с возможностью передачи скорости потока воды, текущей вдоль канала 11 потока, в устройство 10 управления. Устройство 10 управления может регулировать насос 3 на основе измеренной скорости потока, чтобы получать предварительно определенную скорость потока в разливочном автомате 1 кипящей воды. С помощью управления насосом 3 скорость потока через систему является вполне определенной. Следовательно, избыточное давление между насосом 3 и элементом 5 первого ограничителя также является вполне определенным, что позволяет оптимальную работу разливочного автомата 1 кипящей воды. Как будет объяснено позже, скорость потока, созданная с помощью насоса 3, также имеет значение для задания размеров резервуара 15 горячей воды. С помощью управления насосом 3, чтобы создавать предварительно определенную скорость потока, гарантируют, что резервуар 15 воды, сконструированный для предварительно определенной скорости потока, отвечает требованиям во время фактического использования. В альтернативных вариантах осуществления водомер 9 может быть пропущен. Размеры нагревательного устройства 4 задают таким образом, что воду нагревают до температуры, более высокой, чем температура кипения воды при давлении окружающей среды, преобладающем снаружи разливочного автомата 1 кипящей воды. Так как вода в нагревательном устройстве 4 находится под некоторым более высоким давлением, как объяснено ранее, вода в нагревательном устройстве 4 испытывает избыточное давление, вызванное с помощью комбинации насоса 3 и элемента 5 первого ограничителя, температура кипения воды в нагревательном устройстве 4 будет выше. Это изменение температуры кипения подчиняется широко известным законам физики и дополнительно не детализируется. В преимущественных вариантах осуществления нагревательное устройство 4, с одной стороны, и комбинацию насоса 3 и элемента 5 первого ограничителя выбирают таким образом, что избыточное давление, преобладающее в нагревательном устройстве, приблизительно равно 1,4 бара, таким образом, абсолютное давление равно 2,4 бара. В то же время воду нагревают с помощью нагревательного устройства 4 до температуры приблизительно от 105°С до 120°С, которая немного ниже температуры кипения воды при абсолютном давлении, равном 2,4 бара, приблизительно 126°С. Следует заметить, что в некоторых вариантах осуществления могут быть реализованы другие давления и температуры без отклонения от изобретения. Также следует заметить, что в некоторых вариантах осуществления температура воды, вытекающей из нагревательного устройства 4, может зависеть от температуры воды, втекающей в нагревательное устройство. Выгодно нагревать воду до температуры ниже ее точки кипения в нагревательном устройстве. Во время кипения будет образовываться газообразная вода, которая не растворена в окружающей воде. Передача тепла между нагревательным устройством и газообразной водой является значительно меньшей, чем между нагревательным устройством и жидкой водой. Следовательно, температура на поверхности нагревательного устройства в контакте с водой будет увеличиваться. Это могло бы привести к локальному перегреву нагревательного устройства, вызывая повреждение нагревательного устройства. Также, вследствие образования газообразной воды давление в нагревательном устройстве будет увеличиваться, что приводит к прорыву воды по направлению к элементу 5 первого ограничителя. Также следует заметить, что, когда вода находится около кипения, будут образовываться небольшие пузырьки на поверхности раздела между нагревательным устройством 4 и водой. Эти небольшие пузырьки будут отделяться от этой поверхности раздела и растворяться в окружающей воде. При температуре, при которой происходит это явление, передача тепла между нагревательным устройством 4 и водой является значительно более высокой, как известно из данной области техники. Нагревательное устройство 4 является, так называемого, проточного типа. В других вариантах осуществления также могли бы быть использованы нагревательные устройства других типов. Широко известным способом, чтобы управлять потоком через нагревательное устройство, как нагревательное устройство, используемое в разливочном автомате 1 кипящей воды, является измерять температуру воды, вытекающей из нагревательного устройства, и подавать эти измерения в устройство управления, подобное устройству 10 управления. Когда температура воды, вытекающей из нагревательного устройства, увеличивается выше предварительно определенного порога, нагревательное устройство выключают, что заставляет температуру вытекающей воды снижаться. Устройство управления опять включит нагревательное устройство, когда температура воды, вытекающей из нагревательного устройства, снизится ниже дополнительно предварительно определенного порога. Следует заметить, что в других вариантах осуществления могут быть осуществлены другие стратегии управления и, что также возможны варианты осуществления без управления нагревательным устройством.

После прохождения элемента 5 первого ограничителя вода будет испытывать снижение давления. При этом более низком давлении температура кипения воды также является более низкой. Вода, нагреваемая в нагревательном устройстве до температуры между приблизительно от 105°С до 110°С, будет находиться при температуре выше температуры кипения при преобладающем давлении после элемента первого ограничителя. Это заставляет воду начать кипение, в то время как ее температура снижается до температуры кипения при преобладающем давлении. Вследствие кипения воды будет присутствовать, как газообразная, так и жидкая вода. Эта смесь двух фаз воды течет далее через канал 11 потока, чтобы войти в резервуар 15 горячей воды через входное 17 отверстие резервуара горячей воды. В резервуаре 15 горячей воды две фазы воды будут разделяться, так как газообразная вода будет подниматься по направлению к верхней части резервуара 15 горячей воды, в то время как жидкая вода остается по направлению к нижней части резервуара 15 горячей воды. Жидкая вода будет вытекать из резервуара 15 горячей воды через выходное 18 отверстие резервуара горячей воды, чтобы течь вдоль канала потока по направлению к элементу 6 дополнительного ограничителя и, наконец, в выход 7 воды, где жидкая вода вытекает из разливочного автомата 1 кипящей воды, и могла бы течь в чашку 13 или другой подходящий сосуд, при условии, что пользователь может захватить горячую или кипящую воду.

В этом варианте осуществления направляющее устройство 12 потока размещено в резервуаре 15 горячей воды между входным 17 отверстием резервуара горячей воды и выходным 18 отверстием резервуара горячей воды. Также возможны варианты осуществления без направляющего устройства потока. Направляющее устройство потока будет не давать воде течь из входного отверстия резервуара горячей воды в выходное отверстие резервуара горячей воды в очень скором времени с помощью принуждения потока воды отклоняться. Следовательно, вода будет находиться в резервуаре 15 горячей воды в течение некоторого более длительного времени, чем она находилась бы без направляющего устройства 12 потока. Это несколько более длительное время позволяет двум фазам воды большее время втекать в резервуар 15 горячей воды, чтобы разделиться, что приводит к улучшенному разделению упомянутых фаз и, таким образом, объясняет хорошее разделению двух фаз воды, таким образом, что только жидкая вода вытекает из выходного отверстия 7 воды даже при высоких скоростях потока.

Благодаря элементу 6 дополнительного ограничителя, некоторое количество воды будет накапливаться в резервуаре 15 горячей воды во время работы разливочного автомата 1 кипящей воды. На фиг. 1 высота воды указана с помощью h

. В соответствии с законами физики, высота в равновесии воды в резервуаре 15 горячей воды будет достигнута примерно равной , причем h_eq обозначает значение в равновесии высоты воды h_w, Q_pump - скорость потока воды, созданного с помощью насоса 3, g - гравитационную постоянную, а А - площадь отверстия элемента 6 дополнительного ограничителя. Следует заметить, что h_eq является приближенной величиной, полученной из ситуаций теоретической модели, не учитывающих все окружающие аспекты реальной жизни разливочного автомата кипящей воды изображенного варианта осуществления. Например, верхняя часть столба воды в резервуаре 15 горячей воды будет возмущена с помощью пузырьков газообразной воды, движущихся вверх. Это делает верхнюю часть столба воды немного трудной для определения. Другие приближения в теоретической модели, приводящие к вышеупомянутой формуле, будут понятными специалисту в данной области техники. Несмотря на то, что она является приближенной, величина h_eq должна быть учтена при конструировании высоты h_γ резервуара горячей воды. В варианте осуществления фиг.1 h_γ выбрана по существу более высокой, чем значение в равновесии высоты столба воды, что гарантирует, что резервуар 15 горячей воды является достаточно большим во время обычного использования. Следует заметить, что применение элемента 6 дополнительного ограничителя является одним из многих способов, когда может быть получено накопление некоторого количества кипящей воды в резервуаре 15 горячей воды во время рабочего использования разливочного автомата 1 кипящей воды. В других вариантах осуществления могут быть осуществлены другие технические меры, чтобы реализовать накопление некоторого количества кипящей воды в резервуаре кипящей воды. Во всех таких вариантах осуществления главным является то, что поток воды через часть канала потока от выходного отверстия 18 резервуара горячей воды до выходного отверстия 7 воды при давлении, преобладающем после элемента первого ограничителя, ниже, чем скорость течения, поддерживаемая с помощью насоса 3. Это означает, что первоначально, то есть после начала работы разливочного автомата 1 кипящей воды, вода втекает в резервуар 15 горячей воды с более высокой скоростью потока, чем, когда она вытекает из резервуара 15 горячей воды. Это приводит к накоплению воды в резервуаре 15 горячей воды. Это накопление приводит к более высокому гидростатическому давлению около выходного отверстия 18 резервуара горячей воды. Как обсуждено выше, это более высокое давление будет приводить к увеличенному потоку через часть канала потока от выходного отверстия 18 резервуара горячей воды до выходного отверстия 7 воды. Альтернативные варианты осуществления могли бы, например, иметь трубу, соединяющую выходное отверстие 18 резервуара горячей воды с выходным отверстием 7 воды, меньшего диаметра, чем труба, соединяющая элемент 5 первого ограничителя и входное отверстие 17 резервуара горячей воды, или иметь трубу с другим сопротивлением внутреннему потоку. Другие альтернативы также являются возможными, например, размещение выхода воды выше выходного отверстия резервуара горячей воды таким образом, что вода, текущая через разливочный автомат кипящей воды, должна преодолевать силу гравитации в части канала потока между выходным отверстием горячей воды и выходом воды.

Резервуар 15 горячей воды дополнительно имеет выход 14 слива. Другие варианты осуществления являются возможными без такого выхода слива, в частности в вариантах осуществления, в которых высота резервуара горячей воды по существу является значительно большей, чем высота воды в равновесии в резервуаре горячей воды во время обычной работы. В этом варианте осуществления выход 14 слива соединен по текучей среде с резервуаром 8 холодной воды. В других вариантах осуществления это могло бы не иметь места. Когда по какой-либо причине, например, засорения выходного отверстия 7 воды, вода не может покинуть разливочный автомат кипящей воды, в то время как насос 3 продолжает нагнетать воду по направлению к выходу воды, будет иметь место накопление воды в резервуаре горячей воды. Потенциально могла бы иметь место проблема, если резервуар 15 горячей воды был бы полностью наполнен, а поток воды через устройство мог бы быть резко уменьшен или даже остановлен. Вследствие этого уменьшенного потока вода в нагревательном устройстве будет нагрета до своей температуры кипения, вызывая образование сравнительно больших количеств газообразной воды. Эти большие количества газообразной воды, в свою очередь, вызывают быстрое увеличение давления в канале потока разливочного автомата кипящей воды. Это увеличение давления могло бы привести к повреждению одного или более компонентов, например, при появлении течей. Это является потенциально опасным для пользователя и могло бы привести к полному разрушению устройства. Следовательно, выгодно иметь выход 14 слива, находящийся в жидкостном соединении с резервуаром 15 горячей воды, так как он будет продолжать позволять горячей воде втекать в резервуар 15 горячей воды, несмотря на то, что выход 7 воды засорен, или, по некоторой другой причине горячая вода не может покинуть разливочный автомат 1 кипящей воды, в то время как насос 3 и/или нагревательное устройство 4 работают. Излишней воде разрешено вытекать из резервуара 15 горячей воды через выход 14 слива резервуара горячей воды. В этом варианте осуществления выход 14 слива резервуара горячей воды находится в жидкостном соединении с резервуаром 8 холодной воды. Это не обязательно имеет место в других вариантах осуществления. Однако конфигурация, изображенная в этом варианте осуществления, не позволяет, чтобы любое количество горячей воды, втекающей в выход 14 слива резервуара горячей воды, будет покидать разливочный автомат 1 кипящей воды в любом другом местоположении, отличном от выхода 7 воды. В других вариантах осуществления выход слива резервуара горячей воды мог бы быть соединен со сточной или сбросной трубой или с отдельным резервуаром слива.

В этом варианте осуществления разливочный автомат кипящей воды имеет открытое соединение 20 с окружающей средой. Это открытое соединение 20 заставляет давление в верхней части столба воды в резервуаре 15 горячей воды быть равным давлению окружающей среды и предотвращает накопление давления внутри резервуара 15 горячей воды. Также открытое соединение 20 позволяет сливать воду из резервуара 15 горячей воды после использования разливочного автомата 1 кипящей воды, так как открытое соединение 20 также предотвращает существование недостаточного давления в резервуаре 15 горячей воды. В альтернативных вариантах осуществления открытое соединение 20 могло бы быть пропущено.

Как описано выше, в резервуаре 15 горячей воды имеет место разделение газообразной и жидкой фаз нагретой воды, что эффективно удаляет газообразную фазу из воды, которая непрерывна вдоль канала 11 потока по направлению к выходу 7 воды. Следовательно, вода, текущая из выхода 7 воды, содержит только жидкую фазу воды, или до такой степени, что пользователь испытывает, что только жидкая вода течет из выхода 7 воды. Так как фактически только жидкая вода течет из выхода 7 воды, поведение этой воды является вполне управляемым и очень предсказуемым для пользователя. Например, вода, текущая из разливочного автомата 1, кипящей воды не будет разбрызгиваться. Это делает разливочный автомат кипящей воды очень дружелюбным к пользователю и безопасным, чтобы работать для пользователя, даже если пользователь не является опытным пользователем такого типа устройств.

Несмотря на то, что изобретение проиллюстрировано и описано подробно на чертежах или в предыдущем описании, иллюстрации и описания должны быть рассмотрены как пояснительные или иллюстративные, а не ограничительные. Изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Следует заметить, что разливочный автомат кипящей воды, в соответствии с изобретением, и все его компоненты могут быть выполнены с помощью применения процессов и материалов, известных сами по себе. В множестве пунктов формулы изобретения и в описании слово “содержащий” не исключает другие элементы, а неопределенный артикль “а” или “an” не исключает множественного числа. Любые ссылочные символы в формуле изобретения не должны быть истолкованы как ограничение рамок объема. Дополнительно следует заметить, что все возможные комбинации и признаки, как определено в множестве пунктов формулы изобретения, являются частью изобретения.

Реферат

Раскрыт разливочный автомат (1) кипящей воды, содержащий вход (2) воды, выход (7) воды, между которыми существует канал (11) потока. В этом канале потока нагревательное устройство (4) выполнено с возможностью нагревания воды, текущей через канал (11) потока. Дополнительно канал потока содержит насос (3), выполненный с возможностью подачи воды из входа (2) воды в нагревательное устройство (4) в направлении течения через упомянутый канал (11) потока. Элемент (5) первого ограничителя размещен по потоку после нагревательного устройства (4) в канале (11) потока и создает избыточное давление в нагревательном устройстве (4). Также разливочный автомат (1) содержит резервуар (15) горячей воды, расположенный по потоку после элемента (5) первого ограничителя в канале (11) потока, причем резервуар (15) горячей воды выполнен с возможностью разрешения газообразной воде отделяться от жидкой воды. Резервуар (15) горячей воды имеет входное отверстие (17) резервуара горячей воды и выходное отверстие (18) резервуара горячей воды, причем часть канала (11) потока от выходного отверстия (18) резервуара горячей воды до выхода (7) воды выполнена с возможностью, при использовании, накопления воды в резервуаре (15) горячей воды. Вода, текущая из разливочного автомата (1) кипящей воды, будет вытекать из выхода (7) воды без разбрызгивания, что повышает безопасность при использовании. 14 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула