УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ ПАРА, СОДЕРЖАЩЕЕ КОНТЕЙНЕР ДЛЯ НАКИПИ
DEVICE FOR FORMATION OF STEAM, CONTAINING CONTAINER FOR SCALE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к устройству образования пара, в частности, к устройству образования пара, которое позволяет собирать накипь.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Известно, что водонагревающие устройства, выполненные с возможностью существенного повышения температуры массы воды, и в некоторых случаях образования пара, склонны к отложениям накипи, образующейся на источнике тепла. Общепринятые устройства включают устройства образования пара, такие как бойлер, а также обычные водонагревающие устройства, такие как чайник.
Накипь образуется при растворении в воде твердых веществ, таких как сульфаты или карбонаты кальция и магния, откладывающихся, когда вода превращается в пар. Слои накипи создают изолирующий слой вокруг источник тепла и уменьшают эффективность использования энергии и скорость процесса нагревания воды. Кроме того, изолирующий слой накипи может вызывать накапливание избыточного тепла в источнике тепла, так что температура рабочих компонентов превышает температуру, требующуюся для безопасной и надежной работы.
Другая проблема, связанная с накипью, состоит в том, что небольшие фрагменты накипи будут отсоединяться во время образования пара и захватываться потоком пара. В примере парового утюга эти небольшие фрагменты накипи откладываются на одежде, вызывая загрязнение одежды.
Накипь обычно удаляют с источника тепла путем очистки слабой кислотой или путем физического соскабливания накипи. Обе опции влекут за собой усилия и расходы и требуют откладывания процесса образования пара.
В качестве альтернативы, образование накипи можно предотвратить путем химической обработки воды для удаления растворенных твердых веществ. Для уменьшения общих растворенных твердых веществ широко используются ионообменные способы, в которых смола, пропитанная ионами натрия, предназначена для обмена ионами натрия с ионами из растворенных твердых веществ в окружающей воде. Недостаток этого способа состоит в необходимости осуществления дополнительного процесса и вспомогательного оборудования, что может увеличивать стоимость и сложность образования пара.
Традиционные устройства образования пара требуют, чтобы нагревательный элемент был полностью погружен в источник воды таким образом, чтобы при равновесии системы нагревательный элемент и слой накипи находились при постоянной температуре. Появились более современные технологии, в которых пар образуется путем капания воды на нагретую поверхность, вызывая внезапное колебание температуры пластины и слоя накипи. Колебание температуры вызывает механическое напряжение накипи, которое при превышении предела прочности накипи вызывает разрыв накипи. Затем накипь более легко удаляется путем промывания или физического соскабливания нагретой поверхности.
Вода, капающая на нагретую поверхность, образует пленку и перемещается по поверхности вследствие состояния поверхности пластины и поверхностного натяжения воды. Эта приводит к неравномерному и непредсказуемому распределению воды и, вследствие этого, к неравномерному и непредсказуемому распределению накипи. В зонах, где скапливается или собирается вода, образуются более толстые отложениям накипи, которые разрываются тяжелее.
В US 4091551 раскрыта подошва для парового утюга. Подошва, раскрытая в документе, содержит пластину, наклоненную под углом к горизонтали, имеющую верхний и нижний конец. Подошва дополнительно содержит нагревательный элемент для нагревания подошвы, включая пластину, и приспособление для впуска воды для подачи воды на пластину. Подошва нагревается до температуры, при которой вода испаряется.
ЦЕЛЬ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель изобретения состоит в том, чтобы предложить устройство для образования пара, которое устраняет или ослабляет упомянутые выше проблемы.
Границы изобретения установлены независимыми пунктами. Зависимые пункты определяют предпочтительные варианты осуществления.
Согласно настоящему изобретению, предоставлено устройство для образования пара.
Настоящее изобретение относится к устройству для образования пара. Устройство содержит пластину, образующую поверхность, и нагревательный элемент для нагревания пластины до заданной температуры, которая по меньшей мере выше температуры испарения воды. Пластина наклонена под углом по сравнению с горизонтальным направлением с образованием верхнего конца и нижнего конца, при этом пластина частично ограничена стенкой, выполненной с возможностью направления воды по пластине в сторону нижнего конца. Устройство также содержит приспособление для впуска воды для подачи воды на пластину рядом с верхним концом, и блок управления для управления потоком воды, подаваемой на пластину. Контейнер для скапливания накипи расположен рядом с пластиной и содержит участок нижней поверхности. Блок управления выполнен с возможностью управления заданной температурой пластины так, чтобы по существу вся вода, подаваемая на пластину, испарялась перед тем, как она достигнет нижнего конца пластины.
Подача воды на расположенную под углом нагретую пластину вызывает образование тонкой пленки и более быстрое испарение, чем если бы пластина была плоской. Так как пленка воды, подаваемой на пластину, является холодной относительно нагретой поверхности, всякая накипь на пластине будет подвергаться тепловому шоку. То есть, охлаждающий эффект воды (по меньшей мере до ее испарения) и нагревающий эффект поверхности будут индуцировать тепловые напряжения и деформации накипи, которая образовалась на поверхности, и вызывать ее разрушение и удаление с поверхности. Угол наклона поверхности пластины заставляет удаляемую накипь двигаться по поверхности пластины в сторону нижнего конца пластины и, в конечном счете, в контейнер. Кроме того, угол наклона пластины помогает улучшить эффективность испарения путем преодоления эффект Лейденфроста. Эффект Лейденфроста возникает, когда капля воды нависает над нагретой поверхностью в слое пара, который образуется между водой и нагретой поверхностью. Слой пара изолирует воду, висящую выше, и препятствует движению тепла. В настоящем изобретении крутой угол поверхности пластины обеспечивает, чтобы вода постоянно двигалась над указанной поверхностью пластины под действием силы тяжести. Трение между слоем пара и поверхностью пластины вызывает утечку части пара, так что вода находится в контакте с поверхностью пластины и испаряется более быстро.
Предпочтительно, пластина имеет по меньшей мере один канал, проходящий между верхним и нижним концами.
Предпочтительно, по меньшей мере один канал содержит множество каналов, проходящих параллельные.
Когда вода подается на нагретую плоскую пластину, она образует пленку, направление движения пленки относительно пластины определяется комбинацией поверхностного натяжения воды и тяжестью. Влияние поверхностного натяжения может заставлять воду перемещаться в поперечном направлении по поверхности пластины, так что отдельные ручейки собираются и образуют более толстую пленку. Наличие каналов предотвращает перемещение воды в поперечном направлении по поверхности пластины, так как влияния поверхностного натяжения недостаточно, чтобы заставить воду покинуть канал; вместо этого вода под действием силы тяжести вынуждена двигаться по каналу и образовывать более тонкую пленку, которая будет испаряться более быстро и использовать меньше энергии, чем если позволить образоваться более толстой пленке. Кроме того, увеличенная скорость испарения означает, что расстояние между верхним концом и нижним концом нагретой пластины может быть уменьшено для любого заданного количества подаваемой воды.
Предпочтительно, часть нижней поверхности проходит вниз в плоскости, параллельной плоскости пластины.
Предпочтительно, приспособление для впуска воды содержит множество впусков воды для подачи воды во множество зон пластины рядом с указанным верхним концом.
Если вода подается во множество зон поверхности пластины, вода, подаваемая на поверхность, будет охлаждать поверхность в этих зонах, а также будет охлаждать всякую накипь, которая образовалась на поверхности в этих зонах. Вследствие этого, накипь будет охлаждаться с разными скоростями, что будет способствовать возникновению теплового шока, который будет действовать, разрушая накипь.
Предпочтительно, число впусков воды такое же, как число указанного множества каналов, и при этом каждый впуск воды обращен к одному каналу из указанного множества каналов, соответственно.
Предпочтительно, часть нижней поверхности содержит участок горизонтальной поверхности, находящийся ниже, чем указанный нижний конец.
Предпочтительно, предоставлено множество пластин, которые окружают контейнер.
Предпочтительно, контейнер образован в виде единого целого с пластиной.
Предпочтительно, пластина наклонена по меньшей мере на 45 градусов от горизонтали.
Предпочтительно, контейнер содержит множество стенок с разъемным отверстием, образованным по меньшей мере в одной из стенок, для доступа во внутреннюю часть контейнера.
Предпочтительно, согласно настоящему изобретению предоставлен парогенератор, содержащий устройство для образования пара, как описано выше.
Предпочтительно, согласно настоящему изобретению, предоставлен парогенератор, как описано выше, содержащий водяной насос для доставки воды в указанное приспособление для впуска воды, и блок управления для регулирования скорости потока воды, доставляемой в приспособление для впуска воды в зависимости от указанной заданной температуры.
Согласно еще одному аспекту изобретения предоставлен способ сбора накипи в устройстве для образования пара, при этом указанный способ включает стадии: нагревания пластины, наклоненной под углом по сравнению с горизонтальным направлением, причем пластина нагревается до заданной температуры, которая по меньшей мере выше температуры испарения воды, при этом пластина образует верхний конец и нижний конец, причем пластина частично ограничена стенкой, выполненной с возможностью направления воды по пластине в сторону нижнего конца; подачи воды на указанную пластину рядом с указанным верхним концом; регулирования потока воды, подаваемой на пластину, и температуры пластины, чтобы по существу вся вода, подаваемая на пластину, испарялась перед тем, как достигнет нижнего конца пластины; и сбора в контейнере накипи, падающей с пластины, при этом контейнер расположен рядом с указанной пластиной.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее только в виде примера будут описаны варианты осуществления изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет собой изометрическое изображение в разобранном виде первого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2 представляет собой изображение в поперечном разрезе варианта осуществления, показанного на фиг.1;
Фиг.3 представляет собой изометрическое изображение второго варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг.4 представляет собой изометрическое изображение третьего варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг.5 представляет собой вертикальный вид сбоку четвертого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг.6 представляет собой вид сверху варианта осуществления, показанного на фиг.5;
Фиг.7 представляет собой вид сбоку в поперечном разрезе пятого варианта осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Во всех вариантах осуществления настоящего изобретения, показанных на фиг.1-6, предоставлено устройство 1 для образования пара. Устройство 1 содержит:
- пластину 2, образующую плоскую поверхность,
- нагревательный элемент 3 для нагревания пластины 2 до заданной температуры, которая по меньшей мере выше температуры испарения воды,
- при этом пластина 2 наклонена под углом A0 по сравнению с горизонтальным направлением H с образованием верхнего конца 16 и нижнего конца 15,
- приспособление 4 для впуска воды для подачи воды на пластину 2 рядом с указанным верхним концом 16,
- контейнер 5, расположенный рядом с указанной пластиной 2, при этом указанный контейнер 5 содержит участок 6 нижней поверхности, проходящий по меньшей мере ниже указанного нижнего конца 15.
Нагретая поверхность пластины 2 наклонена под подходящим крутым углом A0 от горизонтали H. Вода попадает на нагретую поверхность в верхней части уклона и имеет возможность перемещаться по поверхности. Путем перемещения воды по поверхности управляют с помощью комбинации влияний силы тяжести и поверхностного натяжения. Сильное влияние силы тяжести вследствие крутого угла наклона поверхности увеличивает предсказуемость и равномерность распределения воды по поверхности и, вследствие этого, увеличивает равномерность толщины накипи по поверхности. Так как предотвращается скапливание воды на поверхности за счет силы тяжести, образуется тонкий и равномерный слой накипи, который более легко разрывается за счет внезапного охлаждающего эффекта последовательных капель воды.
На фиг.1 показан первый вариант осуществления изобретения, который содержит устройство (1) образования пара, содержащее корпус (14) и крышку (13). Корпус содержит пластину (2), предпочтительно наклоненную по меньшей мере на 45 градусов от горизонтали (H), когда устройство (1) образования пара находится в рабочем положении, и контейнер (5) для скапливания накипи. Предпочтительно, пластина (2) и контейнер (5) для скапливания накипи образованы в виде единого целого в качестве единственной детали. Контейнер (5) для скапливания накипи расположен рядом с пластиной (2) в нижней части наклона пластины (2).
Пластина (2) предоставляет упомянутую выше нагретую поверхность, на которую подается вода, когда устройство (1) работает. Накипь, образованная на пластине, разрушается за счет процесса образования хлопьев, так что хлопья накипи вынуждены перемещаться под уклон пластины (2), выходя с нижнего конца (15) пластины.
Пластина (2) содержит четырехстороннюю плоскую поверхность. Далее область пластины (2), которая расположена в верхней части уклона, называется верхний конец (16), тогда как область пластины (2), которая расположена в нижней части уклона, называется нижний конец (15). Пластина (2) является прямоугольной по форме и имеет две длинные стороны (17) и две короткие стороны (18). Пластина частично ограничена стенкой (19), которая проходит вокруг сторон пластины, продолжаясь от короткой стороны (18) рядом с верхним концом (16) пластины и вдоль обеих длинных сторон (17), так что пластина открывается на нижнем конце (15) для сообщения с контейнером (5) для скапливания накипи. Стенки (19) содержат участок (19a) стенки, продолжающийся вдоль короткой стороны (18), и участки (19b) стенок, продолжающиеся вдоль длинных сторон (17).
Контейнер (5) для скапливания накипи содержит плоское прямоугольное основание, которое образует стенку (6) нижней поверхности (далее нижнюю поверхность 6) и четыре боковые стенки (20), проходящие от наружных краев нижней поверхности (6) и окружающих нижнюю поверхность, чтобы обеспечить вместилище, в которое оседает накипь. Нижняя поверхность (6) расположена под нижним концом (15) пластины (2) и расположена горизонтально (H), когда устройство (1) образования пара находится в рабочем положении. Нижний конец (15) пластины (2) соединен с верхним краем боковой стенки (20), так что накипь, образующаяся хлопьями на пластине (2), может проходить по боковой стенке (20) и во вместилище. Две дополнительные боковые стенки (20) проходят согласованно со стенками (19), проходящими вдоль длинных сторон (17) пластины (2). Предпочтительно, контейнер (5) для скапливания накипи дополнительно содержит отверстие (9), образованное в поверхности контейнера (5) для скапливания накипи, для предоставления доступа во внутреннюю часть контейнера (5) для скапливания накипи, так чтобы осаждаемую в нем накипь можно было легко удалять. Следует учитывать, что это отверстие (9) может быть образовано в любой поверхности или стенке, образующей контейнер (5) для скапливания накипи, включая стенку (6) нижней поверхности и любую из четырех боковых стенок (20). В показанном варианте осуществления отверстие (9) образовано в боковой стенке (20), расположенной напротив боковой стенки (20), прилегающей к пластине (2). Например, отверстие (9) закрыто отсоединяемой крышкой (12), показанной на фиг.2. Крышка (12) выполнена с возможностью герметичного запечатывания отверстия (9), так чтобы пар и накипь собирались внутри устройства (1) образования пара, когда оно работает.
Фиг.2 показывает вариант осуществления фиг.1 в поперечном разрезе. На этом изображении варианта осуществления крышка (13) закреплена на корпусе (14), закрывая устройство (1) образования пара. Крышка (13) удерживается на месте, например, винтами, проходящими через отверстия (21), предоставленные в крышке (13) рядом с наружными краями крышки (13), в соответствующе расположенные резьбовые проушины (22). Предоставлена прокладка (23); прокладка (23) содержит тонкий лист из силиконового уплотнительного материала, вырезанный в форме, соответствующей верхнему краю корпуса (14), и расположенный между крышкой (13) и корпусом (14) и примыкающий к ним, когда крышка (13) закреплена на корпусе (13). Преимущественно, прокладка (23) обеспечивает, чтобы пар, образующийся внутри устройства (1) образования пара, заключался в нем.
Крышка (13) содержит выпуск (24) пара; выпуск (24) пара может быть связан с любым устройством, шлангом, патрубком, трубкой или другим средством для применения, использования или передачи пара. Например, выпуск (24) пара может передавать пар из внутренней части устройства (1) образования пара в проход для пара подошвы парового утюга, такого как паровой утюг, обычно применяемой для обработки одежды. В качестве альтернативы, выпуск (24) пара может передавать пар из устройства (1) образования пара в шланг, соединенный с устройством применения пара, таким как парораспределительная головка, для подачи пара на одежду или другие изделия. Следует учитывать, что в качестве альтернативы выпуск (24) пара может быть предоставлен в корпусе (14). Также, устройство (1) необязательно может содержать множество выпусков (24) пара для предоставления пара во множество устройств или устройств применения.
Крышка (13) дополнительно содержит впуск (4) воды, впуск (4) воды выполнен таким образом, чтобы подавать воду на верхний конец (16) пластины (2). Во время работы вода подается через впуск (4) воды в виде капель. Капля воды распространяется тонкой пленкой за счет поверхностного натяжения воды и воздействия силы тяжести. Следует учитывать, что эта пленка воды более тонкая и распределена более равномерно чем, если бы пластина (2) была наклонена существенно меньше. Эта тонкая пленка воды испаряется, создавая пар, вызывающий образование накипи на поверхности пластины (2). Количество накипи, образуемой в каждом случае испарения, ограничено толщиной слоя пленки воды.
Впуск (4) воды выполнен с возможностью подачи воды во множество разделенных зон (25) по ширине верхнего конца (16) пластины (2), так чтобы вода проходила по всей ширине пластины, чтобы задействовать поверхность пластины (2) целиком. В примере этого варианта осуществления впуск (4) воды содержит множество проходов (не показано) для одновременного введения на пластину (2) множества капель воды.
Нагревательный элемент (3), расположенный рядом с пластиной (2), действует с нагреванием пластины (2). В этом варианте осуществления нагревательным элементом (3) является электронный проволочный нагреватель, хотя следует учитывать, что можно применять любой другой подходящий нагреватель. Для наиболее эффективной теплопередачи между нагревательным элементом (3) и пластиной (2) нагревательный элемент (3) предпочтительно заделывают в пластину (2) (как показано на фиг.2), так чтобы пластина (2) окружала все поверхности нагревательного элемента (3), чтобы действовать, передавая тепло.
Во всех вариантах осуществления для измерения температуры пластины (2) и в частности температуры поверхности пластины (2) также предоставлено устройство измерения температуры. Как в варианте осуществления, показанном на фиг.2, датчик температуры (не показано) расположен рядом с пластиной 2 и соединен с блоком (11) управления для получения соответствующей температуры пластины 2. Блок (11) управления дополнительно выполнен с возможностью управления температурой пластины 2, например, путем регулирования (т.е. увеличения или уменьшения) энергии, подаваемой в нагревательный элемент, обеспечивая, чтобы температура пластины 2 была по меньшей мере выше температуры испарения воды. Блок (11) управления дополнительно выполнен с возможностью управления потоком воды через впуск (4) воды в зависимости от температуры пластины (2), измеренной датчиком температуры. Блок (11) управления может приводить в действие насос (10) и/или клапан (не показано) для того, чтобы управлять потоком воды, подаваемой через впуск на пластину (2) в зависимости от температуры пластины (2), измеренной датчиком температуры, с целью сделать максимальным эффект теплового шока. Поток воды также регулируется, обеспечивая, чтобы испарялась вся вода, которая контактирует с поверхностью пластины (2), и чтобы она совсем или по существу совсем не протекала с пластины (2) в контейнер (5) для скапливания накипи.
Нагревательным элементом (3) может быть нагревательный элемент (3) двухпозиционного типа, причем в этом случае нагревательный элемент (3) включается, когда температура поверхности пластины (2) падает ниже заданного значения и выключается, когда температура поднимается выше заданного значения. В качестве альтернативы, нагревательный элемент (3) может иметь переменную выходную мощность для того, чтобы на поверхности пластины (2) можно было поддерживать более постоянную температуру. Таким образом, можно поддерживать точную температуру поверхности пластины (2) с достаточно высокой температурой для испарения воды, подаваемой на поверхность пластины (2) перед достижением контейнера (5) для скапливания накипи. Вследствие этого, в контейнере (5) для скапливания накипи вода или не будет скапливаться, или будет скапливаться по меньшей мере очень немного воды.
Нагревательный элемент (3) заделан внутри пластины (2) так, чтобы он находился в непосредственной близости к поверхности пластины (2). Эта означает, что нагревательный элемент (3) способен быстро нагревать поверхность пластины (2) при падении температуры, которое будет происходить, когда вода подается на пластину (2) и испаряется. Близость нагревательного элемента (3) к поверхности пластины (2) уменьшает временной лаг между включением нагревательного элемента (3) и последующим повышением температуры поверхности пластины (2). Вследствие этого, устройство (1) способно лучше регулировать температуру поверхности пластины (2) и поддерживать высокую температуру, позволяющую пластине (2) испарять всю воду, которая подается на поверхность пластины (2), и предотвращать попадание воды в контейнер (5) для скапливания накипи. Разница между температурой пластины (2) перед и после подачи воды на поверхность пластины (2) (или между мокрым и сухим состояниями во время работы) может составлять по меньшей мере 30 градусов по Цельсию. Предпочтительно, разница температур может составлять по меньшей мере 60 градусов по Цельсию. Кроме того, разница температур боковых стенок (19), когда боковые стенки (19) становятся влажными и когда боковые стенки (19) сухие, может составлять по меньшей мере 30 градусов по Цельсию. Другими словами, температура пластины (2) (или боковых стенок (19)), когда пластина (2) (или стенки (19)) влажные, по меньшей мере на 30 градусов по Цельсию ниже по сравнению с сухой пластиной (2) (или стенками (19)) во время нагревания. Разница температур создает в накипи тепловой шок, имеющийся на пластине, что вызывает на ней образование хлопьев и перемещение в контейнер (5) для скапливания накипи.
Предпочтительно, вода испаряется в области, наиболее близкой к нагревательному элементу (3). Нагревательный элемент (3) может быть расположен так, чтобы главная зона нагрева находилась в середине пластины (2) и отдаленно от стенок (19). Вследствие этого, распределение воды по пластине (2) во время образования пара не достигает окружающих стенок (19). Эффективно, ширина влажной области (образования пара) предпочтительно меньше, чем расстояние между участками (19b) боковых стенок вдоль длинных сторон (17b). Место дозирования воды также расположено таким образом, чтобы распределяемая вода не достигала участка (19a) стенки вдоль короткой стороны (18). Это может помочь уменьшению или предотвращению накипи, переносимой водой, осаждаемой по стенкам (19). Окружающие стенки (19) могут представлять собой единое целое с пластиной (2) или окружающей крышкой (13).
На фиг.3 показан корпус (14) второго варианта осуществления изобретения. Как в вариантах осуществления выше, предоставлена плоская нагреваемая пластина (2). Пластина (2) содержит четырехстороннюю прямоугольную поверхность с двумя длинными сторонами (26) и двумя короткими сторонами (27). Пластина (2) имеет верхний конец (16) и нижний конец (15) рядом с длинными сторонами (26) пластины (2), соответственно. Пластина частично ограничена стенкой (19), которая проходит вокруг трех сторон пластины, продолжаясь от длинной стороны (26) рядом с верхним концом (16) пластины и вдоль обеих коротких сторон (27), так что пластина открыта на нижнем конце (15) для сообщения с контейнером (5) с целью скапливания накипи. Пластина (2) дополнительно содержит ряд стенок (28), поднимающихся перпендикулярно от поверхности пластины (2) и продолжающихся продольно от верхнего конца (16) к нижнему концу (15) пластины для того, чтобы разделить пластину на ряд параллельных каналов (7). В крышке (не показано) предоставлено множество впусков воды (не показано). Число впусков воды равно числу каналов (7), предоставленных в поверхности пластины (2), причем каждый впуск воды выполнен с обращением к соответствующему каналу (7).
В этом втором варианте осуществления изобретения контейнер (5) для скапливания накипи содержит нижнюю поверхность (6), которая расположена под пластиной (2) и проходит в плоскости, параллельной пластине (2). Как в первом варианте осуществления, контейнер (5) для скапливания накипи дополнительно содержит четыре боковых стенки (20), проходящих от наружных краев нижней поверхности (6), окружая нижнюю поверхность (6) и предоставляя вместилище, в которое оседает накипь. Нижний конец (15) пластины (2) соединен с верхним краем боковой стенки (20), так чтобы накипь, образующаяся хлопьями на пластине (2), могла проходить по боковой стенке (20) во вместилище. Две дополнительные боковые стенки (20) проходят согласованно со стенками (19), продолжающимися вдоль коротких сторон (27) пластины (2).
На фиг.4 показан корпус (14) третьего варианта осуществления изобретения, и одинаковые признаки в этом варианте осуществления содержат одинаковые ссылочные номера. Как в вариантах осуществления выше, предоставлена плоская нагреваемая пластина (2), наклоненная по меньшей мере на 45 градусов от горизонтали (H) с образованием верхнего (16) и нижнего концов (15) пластины (2). Пластина (2) имеет вытянутую форму, со сторонами (29) и криволинейными участками (30), которые разделяют верхний (16) и нижний концы (15) пластины (2), соответственно. Пластина (2) частично ограничена стенкой (19), которая проходит перпендикулярно ей и расположена вдоль сторон (29) и криволинейных участков (30). Стенка (19) содержит участок (19a) стенки вдоль верхней криволинейной стороны (30) и участки стенки (19b) вдоль сторон (29). Граница, образованная стенкой (19), открыта на нижнем конце (15) пластины (2), так чтобы пластина (2) сообщалась с контейнером (5) для скапливания накипи. В данном варианте осуществления контейнер (5) для скапливания накипи имеет нижнюю поверхность (6), которая проходит от нижнего конца (15) пластины (2) ниже и в плоскости, параллельной пластине (2), вследствие этого, когда корпус (14) находится в рабочем положении, нижняя поверхность (6) ориентирована по меньшей мере на 45 градусов от горизонтали (H). В данном варианте осуществления нижняя поверхность (6) содержит прямоугольную плоскую поверхность, которая существенно шире, чем вытянутая плоская пластина (2). Оканчивающаяся внизу (15) изогнутая сторона (30) пластины (2) перекрывает и разделяет одну сторону нижней поверхности контейнера (5) для скапливания накипи. Как в вариантах осуществления выше, контейнер (5) для скапливания накипи содержит боковые стенки (20), поднимающиеся перпендикулярно от наружных краев нижней поверхности (6) для обеспечения вместилища, в которое оседает накипь. В данном варианте осуществления боковые стенки (20) проходят вокруг наружных краев нижней поверхности (6), совпадая со стенками (19), продолжающимися вдоль длинных параллельных сторон (29) пластины (2), где пластина (2) перекрывает нижнюю поверхность (6).
Проушины (22), расположенные вокруг наружной поверхности корпуса (14), выполнены с возможностью установки корпуса (14) на винтовых зажимных приспособлениях на крышке (не показано). Каждое винтовое зажимное приспособление проходит через отверстие, образованное в крышке (не показано), которое затем входит в резьбовое зацепление с проушиной (22) с созданием герметичного пространства для образования пара. Как в вариантах осуществления выше, в крышке предоставлены впуски воды (не показано), которые выполнены с возможностью подачи воды на верхний конец (16) пластины (42).
На фиг.5 и 6 показан корпус (14) четвертого варианта осуществления изобретения. Согласно этому варианту осуществления, устройство (1) для образования пара содержит множество пластин (2), которые окружают контейнер (5). Например, четыре плоские трапециевидные нагреваемые пластины (2) выполнены с возможностью окружения контейнера (5) для скапливания накипи. Пластины (2) расположены так, что поверхности пластин (2) образуют усеченную пирамиду с открытым концом. Верхние края (31) пластин (2) образуют более большую неограничивающую поверхность формы усеченной пирамиды, с нижними краями (32) пластин (2), образующими небольшую неограничивающую поверхность формы усеченной пирамиды.
Как сказано выше, контейнер (5) для скапливания накипи содержит четырехстороннее основание, которое образует нижнюю поверхность (6) с прилегающими боковыми стенками (20), поднимающимися с каждой стороны нижней поверхности (6) с ограничением вместилища, в которое оседает накипь. Верхние края боковых стенок прилегают к нижним краям (32) пластин (2). В данном варианте осуществления, как в вариантах осуществления выше, пластины (2) и контейнер (5) для скапливания накипи, являются единым целым, образуя корпус (14).
Чтобы закрыть верхнюю часть корпуса предоставлена крышка (13), которая обеспечивает герметичные окружающие условия для образования пара. Крышка может крепиться к корпусу (14) с помощью любого подходящего средства. В крышке могут быть предоставлены впуски (4) для воды для подачи воды на пластину (2) рядом с верхними краями пластины (31).
На фиг.7 показан вид сбоку в поперечном разрезе пятого варианта осуществления изобретения. Согласно этому варианту осуществления, устройство (1) образования пара для образования пара содержит корпус (14) и крышку (13) с приспособлением (4) для впуска воды. Корпус (14) содержит пластину (2), наклоненную по меньшей мере на 10 градусов относительно горизонтали, когда устройство (1) образования пара находится в рабочем положении. Предпочтительно, пластина (2) наклонена по меньшей мере на 60 градусов относительно горизонтали, как показано на фиг.7, когда устройство (1) образования пара находится в рабочем положении. Камера генерирования пара (50) образована от области, продолжающейся между пластиной (2) и крышкой (13). Устройство (1) может иметь участок (19a) стенки вдоль короткой стороны пластины (2) и участки стенок (не показано на фиг.7) вдоль длинных сторон пластины (2).
Корпус (14) пятого варианта осуществления настоящего изобретения дополнительно содержит контейнер (5) для скапливания накипи. Контейнер (5) для скапливания накипи расположен рядом с нижним концом (15) пластины (2). В данном варианте осуществления контейнер (5) для скапливания накипи образован из увеличенной области камеры (50) генерирования пара и расположен между пластиной (2) и крышкой (13). Корпус (14) дополнительно содержит нагревательный элемент (3) для нагревания пластины (2). Температурой пластины (2) и потоком воды на пластину (2) управляют так, чтобы по существу вся вода, подаваемая на пластину (2), испарялась перед тем, как она достигнет нижнего конца (15) пластины (2), так чтобы вода не собиралась в контейнере (5) для скапливания накипи. Температура и/или поток воды регулируются так, чтобы по существу вся вода испарялась перед поступлением в область (5) собирания накипи. В случае, когда в область (5) собирания накипи поступает некоторое количество воды, вода испаряется за счет тепла пластины (2) перед тем, как она достигнет нижнего конца (15) пластины (2), для предотвращения скапливания воды на нижнем конце (15) пластины (2).
Следует учитывать, что во всех вариантах осуществления выше в поверхности контейнера (5) для скапливания накипи может содержаться отверстие (9), такое как отверстие, показанное на фиг.1 и 2, чтобы обеспечить удаление накипи из контейнера для скапливания накипи. Однако, в пределах объема правовых притязаний изобретения предполагается, что такое отверстие (9) может быть опущено, и в таких вариантах осуществления предполагается, что контейнер (5) для скапливания накипи хранит всю накипь, которая вероятно должна удаляться за счет образования хлопьев в течение срока годности изделия. Это предоставляет преимущество, что устройство (1) образования пара способно работать без обслуживания на протяжении всего срока службы.
Кроме того, в пределах объема правовых притязаний изобретения предусмотрены варианты осуществления, в которых контейнер (5) для скапливания накипи образован не в виде единого целого с пластиной (2). Эта может допускать извлечение контейнера (5) для скапливания накипи из устройства (1) для облегчения опорожнения контейнера (5) для скапливания накипи. В этом примере размер и объем контейнера (5) для скапливания накипи подобраны для определения, насколько часто устройство скапливания накипи должно извлекаться из устройства (1) для сохранения эффективности. В одном примере, когда контейнер (5) для скапливания накипи заполняется накипью, контейнер (5) для скапливания накипи может быть извлечен и заменен новым, пустым контейнером (5) для скапливания накипи. В другом примере контейнер (5) для скапливания накипи может использоваться повторно, так чтобы при полном заполнении контейнера (5) для скапливания накипи, контейнер (5) для скапливания накипи извлекался и опорожнялся перед заменой в устройстве (1) образования пара.
При эксплуатации устройства (1) во всех вариантах осуществления, накипь, которая образуется на пластине (2), постоянно удаляется за счет процесса образования хлопьев и воздействия силы тяжести. По мере того, как накипь удаляется с поверхности пластины (2) за счет процесса образования хлопьев, свободные хлопья накипи проходят по наклоненной пластине (2) под влиянием силы тяжести, вода, протекающая по пластине (2), также помогает переносить свободные хлопья по пластине (2), так чтобы хлопья собирались в контейнере (5) для скапливания накипи.
Хотя в вариантах осуществления выше вода применяется к поверхности пластины (2) в виде капель, следует учитывать, что вода может предоставляться в устройство (1) образования пара любым путем так, чтобы обеспечивать образование на поверхности пластины (2) пленки воды. Например, впуск (4) воды может быть выполнен с возможностью стекания воды на пластину (2) каплями с правильной скоростью. В качестве альтернативы, впуск (4) воды может быть выполнен с возможностью подачи на пластину (2) постоянной струи воды. В качестве альтернативы, впуск (4) воды может быть выполнен с возможностью распыления воды на пластину (2), так чтобы вода одновременно предоставляется на пластину (2) во множестве положений. В качестве альтернативы, может быть один впуск, который может двигаться таким образом, что может перемещаться с введением на пластину (2) воды в разных положениях. Таким образом, по существу вся вода, подаваемая в устройство (1) образования пара, испаряется на пластине (2) и не протекает в соседнюю область сбора накипи. Вследствие этого, вода по существу не поступает в область сбора накипи, и поэтому вода не может вступать в реакцию с накопленной накипью с созданием пены и грязного пара.
Вода может также предоставляться во множество положений на пластине (2) в последовательном порядке. Таким образом, вода будет действовать, охлаждая разные области пластины (2) и накипь на пластине (2) с разными скоростями и разными количествами. То есть, области пластины (2), которые непосредственно снабжаются водой, будут охлаждаться быстрее, чем другие области пластины (2), что будет вызывать охлаждение накипи на пластине (2) с разными скоростями. Такое различное охлаждение и нагревание будет приводить к напряжению и деформации внутри накипи, что вызовет разрушение накипи, отделению от пластины (2) и падению в контейнер (5) для скапливания накипи.
Следует учитывать, что пар, образующийся внутри устройства (1) образования пара, может приводить к значительному положительному давлению, оказываемому на корпус (14). Градиент давления, который существует между внутренней и наружной частями устройства (1) и, вследствие этого, нагрузка под давлением, оказываемая на корпус (14), будет зависеть от использования устройства (1). Вследствие этого, корпус (14) и крышка (13) должны быть сделаны из подходящих материалов и соответственно разработаны. Также требуется, чтобы корпус проводил тепло от нагревательного элемента (3) к поверхности пластины (2). Например, корпус (14) может быть сделан из металла, такого как алюминий. Крышка может быть сделана из металла или полимерного материала. В любом случае, материалы должны быть подходящими для безопасного взаимодействия с температурой и давлением, связанными с использованием устройства (1) образования пара.
Также следует принимать во внимание, что устройство (1) образования пара может быть выполнено с возможностью удерживания пара под давлением выше атмосферного давления, так чтобы пар можно было высвобождать в любое время. В этом случае впуск (4) воды может быть выполнен с возможностью открывания и обеспечения прохождения воды в устройство (1) образования пара, когда давление внутри камеры падает ниже определенного уровня. Также необходимо учитывать, что точка кипения воды повышается, поскольку увеличивается давление, поэтому нагревательный элемент (3) и другие компоненты необходимо выбирать и/или разрабатывать в соответствии с требуемыми давлением и температурой. Следует учитывать, что максимальное давление пара можно регулировать посредством управления температурой пластины (2) и скорости подачи воды через впуск (4) воды.
Размер и площадь поверхности пластины (2) выбирают так, чтобы обеспечить соответствующую скорость образования пара. Требуемая скорость образования пара будет зависеть от использования устройства (1), ограничения давления корпуса и крышки (13) и максимальной скорости подачи воды и размера устройства (1). Поверхность пластины (2) имеет достаточный размер и температуру для испарения по существу всей воды, которая подается на поверхность пластины (2), так чтобы в контейнер (5) для скапливания накипи вода не поступала или поступала в небольшом количестве. Например, поверхность (2) пластины и поток воды, подаваемой на пластину (2), меняется пропорционально.
Согласно изобретению, поверхность пластины (2) необязательно может быть снабжена некоторым покрытием или отделкой поверхности, что также помогает предотвратить связывание с ней накипи, чтобы накипь более легко откалывалась и удалялась, когда подвергаться тепловому шоку. Например, может быть предоставлено антипригарное покрытие, такое как PTFE или керамическое покрытие, или в качестве альтернативы хорошо отполированная отделка поверхности, чтобы сделать более трудным образование накипи на поверхности пластины (2) большими частицами и хлопьями. Кроме того, в одном варианте осуществления выпуск (24) пара может быть снабжен гидрофобной поверхностью или стыковочной частью для предотвращения прилипания частиц накипи вблизи выпуска (24) пара.
Также следует принимать во внимание, что устройство (1) образования пара может дополнительно содержать элемент усиления пара. Элемент усиления пара может содержать активатор пара (не показан), выполненный для увеличения скорости пара устройства (1), или ребристую структуру (не показана). Ребристая структура может содержать ряд колонн или выступов (не показаны), которые выполнены для увеличения площади поверхности пластины (2), что увеличивает площадь поверхности, над которой тепло может перемещаться от поверхности пластины (2) к воде для увеличения скорости пара.
Предпочтительно, согласно изобретению устройство (1) образования пара дополнительно содержит резервуар для воды (не показан) для поставки воды во впуск воды.
Изобретение также относится к способу сбора накипи в устройстве для образования пара, как описано ранее. Способ содержит стадии:
- нагревания (S1) пластины (2), наклоненной под углом (A0) по сравнению с горизонтальным направлением (H), при этом пластина (2) нагревается до заданной температуры, которая по меньшей мере выше температуры испарения воды, и пластина (2) образует верхний конец (16) и нижний конец (15),
- подачи (S2) воды на указанную пластину (2) рядом с указанным верхним концом (16),
- сбора (S3) в контейнере (5) любой накипи, падающей с пластины (2), при этом контейнер (5) расположен рядом с указанной пластиной (2) и содержит участок нижней поверхности (6), продолжающийся по меньшей мере ниже указанного нижнего конца (15).
Предпочтительно, способ дополнительно включает дополнительные стадии:
- регулирования (S4) температуры указанной пластины (2),
- регулирования (S5) воды, подаваемой на указанную пластину (2) так, чтобы вода, подаваемая на пластину (2), испарялась перед тем, как вода достигнет нижнего конца (15) пластины (2).
Как описано, указанные выше варианты осуществления являются только иллюстративными, и не предназначены для ограничения технических подходов настоящего изобретения. Хотя настоящее изобретение подробно описано в отношении предпочтительных вариантов осуществления, специалистам в данной области будет понятно, что технические подходы настоящего изобретения могут быть модифицированы или в равной степени заменены без выхода за пределы правовых притязаний настоящего изобретения, которые попадают в объем защиты формулы настоящего изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или стадии, а единственное число не исключает множества. Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны истолковываться, как ограничение объема правовых притязаний.