УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ПАРА
DEVICE FOR GENERATING STEAM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Это изобретение относится к устройству для генерирования пара, в частности, но не исключительно, к устройству для генерирования пара, которое может быть включено в устройство для приложения пара к изделию, такому как одежда или постельное белье.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Многие устройства используют пар для обработки одежды и других предметов для удаления морщин, для чистки или для других целей. Например, паровой утюг выпускает пар из опорной плиты на одежду для того, чтобы помочь удалить морщины. В другом примере паровой очиститель может включать в себя шланг с паровым аппликатором, который пользователь перемещает для того, чтобы направить пар на ткани, такие как шторы или обивка. Как правило, эти устройства включают в себя парогенератор, который нагревает и испаряет воду для того, чтобы произвести требуемый пар. Много других приложений также требуют пара, например пароварка для нагревания еды или паровой шкаф для стерилизации предметов. Такие устройства, как правило, проходят через периоды использования с последующими нерабочими периодами, и это вызывает регулярное нагревание, а затем охлаждение устройства.
Существует два распространенных способа испарять воду внутри таких устройств для того, чтобы произвести пар: во-первых, вода может быть накоплена и нагрета до температуры выше точки кипения для того, чтобы произвести пар; во-вторых, вода может распыляться или капать на горячую поверхность парообразования, которая испаряет водные капельки по мере того, как вода входит в контакт с поверхностью парообразования и создает состоящую из воды пленку на поверхности парообразования. В обоих случаях испарение воды приводит к накоплению накипи на поверхности парообразования, где происходит парообразование. Накипь формируется, когда вода испаряется, и примеси и другие вещества, которые были растворены в воде, остаются и формируют твердые соединения. Любая неионизированная вода будет иметь такие примеси, но накипь особенно распространена в тех областях, где водопроводная вода является жесткой водой, то есть содержит относительно высокий уровень примесей, таких как кальций и магний.
В настоящее время накипь должна удаляться из устройств для того, чтобы поддерживать их эффективность и надежность. Накопление накипи на поверхностях парообразования внутри устройства будет негативным образом влиять на эффективность нагрева устройства, поскольку накипь будет действовать как теплоизоляция для нагревательных элементов, и может также заблокировать проходы. Во многих случаях накипь будет накапливаться на нагревательном элементе, так как именно здесь происходит парообразование. Накипь может удерживаться на нагревательном элементе или поверхности парообразования, или она может отслаиваться и попадать внутрь устройства.
Кроме того, по мере того, как вода нагревается, она может реагировать с любой накопленной накипью, и это может приводить к образованию пенообразующего вещества, и горячая вода и пар могут также переносить примеси, такие как маленькие кусочки накипи. Эта пена и/или примеси, которые могут переноситься паром, могут оставлять пятна и пачкать любую одежду или другой обрабатываемый материал, а также вызывать засорение в других частях устройства.
В настоящее время накипь должна удаляться путем использования очистителя, такого как слабая кислота, или путем физического соскабливания накипи с поверхностей парообразования. Альтернативно вода может обрабатываться перед ее помещением в устройство для того, чтобы удалить примеси и другие растворенные вещества, и таким образом уменьшить или устранить проблемы накипи. Однако, все эти способы подразумевают дополнительные усилия и затраты, и являются эффективными лишь частично. Накипь в значительной степени уменьшает срок службы и эффективность парогенерирующих устройств.
Известен патент US6167643, который предлагает паровой утюг, в котором потоком воды в камеру парообразования управляют так, чтобы гарантировать, что вся вода в камере парообразования испаряется, для того, чтобы предотвратить выход капель воды из отверстий парораспределения, когда температура в камере парообразования является недостаточной для того, чтобы испарить всю воду, поданную в камеру. В патенте US6167643 накипь осаждается непосредственно внутри камеры парообразования.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является создание устройства для генерирования пара, устройства для приложения пара к изделию, включающего в себя такое устройство для генерирования пара, а также способа генерирования пара, которые существенно облегчают или преодолевают упомянутые выше проблемы. Настоящее изобретение определяется независимыми пунктами формулы изобретения; зависимые пункты формулы изобретения определяют предпочтительные варианты осуществления.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения создано устройство для генерирования пара, включающее в себя входное отверстие для воды, поверхность парообразования и нагреватель, расположенный рядом с поверхностью парообразования для того, чтобы нагревать поверхность парообразования, причем входное отверстие для воды располагается относительно поверхности парообразования так, чтобы вода подавалась на поверхность парообразования из входного отверстия и образовывала на поверхности парообразования такую пленку, которая испарялась с упомянутой поверхности парообразования, а также область сбора накипи, причем поверхность парообразования и область сбора накипи выполняются таким образом, что при использовании устройства область сбора накипи располагается ниже поверхности парообразования, и накипь, отделяющаяся от поверхности парообразования и отпадающая от упомянутой поверхности парообразования, падала в упомянутую область сбора накипи.
В одном предпочтительном варианте осуществления устройство содержит контроллер для управления потоком во входном отверстии для воды и на поверхность парообразования в зависимости от температуры поверхности парообразования таким образом, что вся, или по существу вся, вода, подаваемая на поверхность парообразования, испарялась с упомянутой поверхности парообразования без вытекания с поверхности парообразования в область сбора накипи.
Вода подается к поверхности парообразования, где она образует пленку и испаряется. Тем временем любая накипь, образующаяся за счет этого процесса парообразования, будет отпадать от поверхности парообразования. Область сбора накипи является удаленной от упомянутой поверхности парообразования, что означает, что отпавшая накипь удаляется от того места, где испаряется вода. Следовательно, накипь удаляется от поверхности парообразования к месту, которое является отдельным от процесса парообразования. Это означает, что генерируемый пар будет иметь меньше примесей, а также удастся избежать проблемы пенообразования, вызываемого накипью. Кроме того, поверхность парообразования не будет становиться изолированной или поврежденной накипью, и эффективность нагрева устройства будет сохранена на более долгий срок.
В некоторых вариантах осуществления область сбора накипи может быть, по меньшей мере, частично изолирована или расположена удаленно от нагревателя так, чтобы область сбора накипи не нагревалась или нагревалась до температуры ниже, чем температура упомянутой поверхности парообразования. Область сбора накипи может быть сформирована из материала, который имеет более низкую удельную теплопроводность, чем поверхность парообразования, и/или может быть изолирована от нагревателя. Это гарантирует, что даже когда небольшое количество воды входит в камеру сбора накипи, она не будет испаряться из камеры. Эта вода может выходить обратно из камеры сбора накипи на поверхность парообразования, откуда она будет испаряться во время работы с утюгом, то есть когда он будет помещаться на его пятку, а затем возвращаться к положению глаженья.
Поверхность парообразования может иметь сформированный профиль, чтобы усложнить прилипание накипи к поверхности парообразования, а также облегчить отпадение накипи от поверхности парообразования в направлении области сбора накипи. Сформированный или криволинейный профиль будет означать, что накипь является более восприимчивой к тепловому удару, вызываемому холодной водой и горячей поверхностью парообразования.
Испарение пленки воды с поверхности парообразования означает, что вода более быстро превращается в пар. Кроме того, любая потерянная накипь на поверхности парообразования будет проталкиваться в смежную область сбора накипи пленкой воды на поверхности парообразования и производимым паром.
Поскольку пленка воды, подаваемой на поверхность парообразования, является холодной по сравнению с поверхностью парообразования, любая накипь на поверхности парообразования будет подвергаться тепловому удару. Таким образом, охлаждающее воздействие воды (по меньшей мере, до тех пор, пока она не испарится) и тепловое воздействие поверхности парообразования будут вызывать тепловые напряжения и деформации в любой накипи, которая сформировалась на поверхности парообразования, и будет вызывать ее отламывание и отделение от поверхности парообразования перед отпадением от поверхности парообразования.
Относительно толстый слой накипи будет испытывать больший тепловой удар, потому что температурный градиент через слой накипи, создаваемый горячей поверхностью парообразования и водой, будет больше, и слой накипи будет иметь меньшую гибкость. Более тонкий слой накипи будет иметь более низкий температурный градиент и большую гибкость, что означает меньшее тепловое напряжение. Однако величина теплового напряжения может быть увеличена путем гарантирования того, что горячая поверхность парообразования поддерживается при постоянно высокой температуре. Следовательно, горячая поверхность парообразования и входное отверстие для воды могут конфигурироваться таким образом, что накипь отделяется от поверхности парообразования, как только она достигает предопределенной минимальной толщины, и до того, как она достигнет предопределенной максимальной толщины, гарантируя, что накипь не накапливается на поверхности парообразования.
Поскольку отделившаяся накипь, которая отпала от поверхности парообразования, собирается в области сбора накипи, накипь накапливается в месте вдали от поверхности парообразования, и это позволяет избежать ранее описанных проблем испарения воды в присутствии накопленной накипи. Кроме того, область сбора накипи может быть выполнена с возможностью удерживать определенный объем отделившейся накипи, что равно определенному сроку службы или интервалу сервисного обслуживания продукта.
Элемент парообразования и область сбора накипи могут быть устроены таким образом, чтобы поверхность парообразования была наклонена к области сбора накипи.
Эта наклонная поверхность обеспечивает более легкое отпадание отделившейся накипи от поверхности парообразования в область сбора накипи. Накипь будет перемещаться в область сбора накипи силой тяжести, пленкой воды, которая будет течь вниз по наклонной поверхности до тех пор, пока она не испарится, и силой пара, производимого путем испарения воды.
Устройство может дополнительно включать в себя корпус, который образует паровую камеру, причем поверхность парообразования образована на элементе парообразования, который выступает в паровую камеру из одной стороны корпуса, а область сбора накипи сформирована внутри паровой камеры рядом с элементом парообразования. Таким образом, область сбора накипи и поверхность парообразования образованы внутри корпуса, который может использоваться для того, чтобы удерживать пар под давлением или направлять его к аппликатору или подобному элементу. Накипь будет накапливаться в области сбора накипи внутри камеры, и эта область может быть спроектирована с объемом, достаточным для того, чтобы обеспечить накопление накипи, не препятствуя процессу парообразования.
Входное отверстие для воды может быть выполнено с возможностью подачи воды на две или более частей поверхности парообразования. Вода, подаваемая на поверхность парообразования, будет охлаждать поверхность парообразования в этом месте, а также будет охлаждать любую накипь, которая образовалась на поверхности парообразования в этом месте. Следовательно, подача воды к двум или более частям поверхности парообразования будет приводить к различным скоростям охлаждения накипи, и это будет вызывать тепловой удар, который будет разбивать накипь, так что она сможет падать в область сбора накипи.
Входное отверстие для воды может быть выполнено с возможностью попеременной подачи воды на две или более частей поверхности парообразования. Попеременная подача воды на две или более части поверхности парообразования позволяет температуре поверхности парообразования увеличиваться во время периода, когда вода не подается на одну часть поверхности парообразования. Таким образом, температура этой части поверхности парообразования будет увеличиваться, чтобы вызвать тепловой удар на любой накипи, когда вода будет затем подана на эту часть поверхности парообразования. Следовательно, входное отверстие для воды может непрерывно подавать воду на поверхность парообразования, потому что всегда есть, по меньшей мере, одна часть поверхности парообразования, которая находится при достаточно высокой температуре для того, чтобы создать тепловой удар в любой накипи. Такой вариант осуществления гарантирует, что тепловой удар, определяемый температурой поверхности парообразования, будет всегда находиться внутри предопределенных минимальной и максимальной величин, независимо от любой вариации в использовании устройства.
Входное отверстие для воды может быть выполнено с возможностью одновременной подачи воды на две или более частей поверхности парообразования. Одновременная подача воды на две или более части поверхности парообразования, например путем распыления воды на поверхность парообразования, будет приводить к различным скоростям охлаждения в различных частях поверхности парообразования и в любой накипи, которая сформировалась на поверхности парообразования. Это будет вызывать разрушение и отделение накипи так, чтобы она могла отпасть от поверхности парообразования.
Профиль поверхности парообразования может быть искривленным. Требуемая кривизна поверхности парообразования является функцией площади пленки воды, которая зависит от заданной производительности устройства по пару. Слой накипи будет формироваться на той области поверхности парообразования, на которой формируется пленка воды, и меньшая площадь поверхности парообразования для испарения воды будет требовать меньшей кривизны, в то время как большая площадь поверхности парообразования для испарения воды будет требовать большей кривизны для облегчения эффективного разрушения накипи. Кроме того, отделившаяся накипь легко может перемещаться по искривленной поверхности парообразования для того, чтобы отпасть от поверхности парообразования.
Поверхность парообразования может представлять собой куполообразный профиль. Куполообразный профиль означает, что вода, подаваемая к поверхности парообразования, будет течь по существу равномерно по всем частям поверхности парообразования так, чтобы равномерная пленка воды формировалась и испарялась. Кроме того, куполообразный профиль означает, что отделившаяся накипь будет проталкиваться вниз по куполу пленкой воды и любым паром, производимым поверхностью парообразования, по мере того, как пар отходит от поверхности парообразования. Следовательно, куполообразная форма поверхности парообразования, вода и пар будут действовать так, чтобы проталкивать любую отделившуюся накипь так, чтобы она отпала от поверхности парообразования.
Поверхность парообразования может включать в себя одну или более областей с углублениями. Поверхность парообразования может быть снабжена углубленными областями, такими как канавки или впадины, которые будут мешать любому смещению в направлении, в котором вода течет по поверхности парообразования. Выгодным является формировать тонкую пленку воды на максимально большой поверхности парообразования, поскольку это гарантирует, что вода быстро испаряется, вызывает максимальный тепловой удар в любой накипи на поверхности парообразования и препятствует тому, чтобы вода достигла области сбора накипи. За счет снабжения поверхности парообразования одной или более углубленными областями поток воды будет более распределенным, и любой преобладающий поток будет нарушаться и распределяться более равномерно.
Область сбора накипи может располагаться вокруг периферии поверхности парообразования. Следовательно, отделившаяся накипь перемещается за пределы поверхности парообразования и прочь от места парообразования воды.
Устройство может дополнительно включать в себя встроенный нагревательный элемент, расположенный рядом с поверхностью парообразования. За счет встраивания нагревательного элемента рядом с поверхностью парообразования временная задержка между включением нагревателя и достижением поверхностью парообразования заданной температуры уменьшается, что позволяет устройству быстро реагировать на охлаждение поверхности парообразования и поддерживать достаточно высокую температуру. Кроме того, близость встроенного нагревателя к поверхности парообразования будет увеличивать тепловой удар, воздействующий на любую накипь, которая находится на поверхности парообразования. Это будет помогать разрушению и отделению этой накипи так, чтобы она могла отпасть от поверхности парообразования.
Устройство может дополнительно включать в себя чувствительный элемент для определения температуры поверхности парообразования, а также контроллер, выполненный с возможностью управления нагревательным элементом в зависимости от определенной температуры поверхности парообразования. Следовательно, устройство в состоянии поддерживать достаточно высокую температуру поверхности парообразования и испарять воду с желаемой скоростью, а также вызывать тепловой удар в любой накипи на поверхности парообразования. Кроме того, поддержание достаточно высокой температуры гарантирует, что по существу вся вода, подаваемая к поверхности парообразования, испаряется на поверхности парообразования и не достигает области сбора накипи, где накапливается накипь.
Поверхность парообразования может включать в себя стенку, имеющую переменную толщину, так что, когда поверхность парообразования нагревается или охлаждается во время использования, тепловое расширение будет вызывать изменение размера и/или формы поверхности парообразования нерегулярным образом для того, чтобы отделить накипь от поверхности парообразования. Таким образом, расширение и сжатие поверхности парообразования будет вызывать разрушение и отделение накипи, образовавшейся на поверхности парообразования, так, чтобы она могла отпадать от поверхности парообразования.
Устройство может дополнительно включать в себя камеру сбора накипи и канал, расположенный таким образом, что когда устройство поворачивается из рабочего положения, в котором вода подается к поверхности парообразования, в положение покоя, в котором вода не подается к поверхности парообразования, накипь, отделившаяся от поверхности парообразования, будет проходить вдоль упомянутого канала в упомянутую камеру сбора накипи, которая выполнена с возможностью удерживать упомянутую накипь. Таким образом, отделившаяся накипь может быть перемещена от поверхности парообразования и собрана в камере сбора накипи, которая может находиться дальше от поверхности парообразования, где имеет место парообразование. Накипь может быть перемещена во время использования устройства, и перемещение накипи будет дополнительно уменьшать любое взаимодействие между водой и паром и накопленной накипью.
Канал может дополнительно включать в себя наклонный элемент, расположенный таким образом, что накипь, перемещающаяся по каналу, может двигаться в направлении прочь от поверхности парообразования к камере сбора накипи по первой поверхности парообразования наклонного элемента, и перемещение накипи из камеры сбора накипи обратно к поверхности парообразования предотвращается второй поверхностью парообразования наклонного элемента. Наклонный элемент будет удерживать накопленную накипь в камере сбора накипи и поэтому отделять ее от поверхности парообразования и процесса парообразования. Следовательно, взаимодействие между водой и паром и накопленной накипью уменьшается, и ранее описанные проблемы дополнительно преодолеваются.
Камера сбора накипи может открываться для того, чтобы позволить пользователю удалить накипь из камеры сбора накипи. Следовательно, пользователь может удалять накопленную накипь из камеры сбора накипи и дополнительно увеличить срок службы устройства и уменьшить взаимодействие между паром и накопленной накипью.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения также предлагается устройство для приложения пара к изделию, включающее в себя устройство для генерирования пара в соответствии с настоящим изобретением.
Настоящее изобретение также предлагает способ генерирования пара, соответствующий первому аспекту настоящего изобретения, согласно которому производят устройство, имеющее входное отверстие для воды, поверхность парообразования и нагреватель, расположенный рядом с поверхностью парообразования, для нагрева поверхности парообразования, причем входное отверстие для воды располагается относительно поверхности парообразования так, чтобы вода подавалась на поверхность парообразования из входного отверстия для воды и образовывала на поверхности парообразования такую пленку, которая испарялась с упомянутой поверхности парообразования, и располагают область сбора накипи так, чтобы при использовании устройства она находилась ниже поверхности парообразования, и накипь, отделенная от поверхности парообразования и падающая с упомянутой поверхности парообразования, попадала в упомянутую область сбора накипи.
Предпочтительно согласно способу управляют скоростью потока воды через входное отверстие для воды на поверхность парообразования в зависимости от температуры поверхности парообразования таким образом, чтобы по существу вся вода, подаваемая на поверхность парообразования, была испарена с упомянутой поверхности парообразования, не стекая с поверхности парообразования в область сбора накипи.
Эти и другие аспекты настоящего изобретения станут очевидными и будут объяснены со ссылками на варианты осуществления, описанные далее в настоящем описании.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения, посредством лишь примеров и со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 показывает устройство для генерации пара, которое известно из патентного документа US5613309;
Фиг. 2 показывает поперечное сечение устройства для генерации пара в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг. 3 показывает вид сверху части устройства, изображенного на Фиг. 2;
Фиг. 4a показывает поперечное сечение одного варианта осуществления устройства для генерации пара, имеющего поверхность парообразования с углубленной областью;
Фиг. 4a показывает поперечное сечение одного варианта осуществления устройства для генерации пара, имеющего поверхность парообразования со множеством углубленных областей;
Фиг. 5a показывает поперечное сечение парового утюга, имеющего устройство, изображенное на Фиг. 2 и Фиг. 3, расположенного в рабочем положении;
Фиг. 5b показывает паровой утюг, изображенный на Фиг. 4, расположенный в положении покоя.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг. 1 показывает паровой утюг 1, который известен из патентного документа US5613309. Паровой утюг 1 включает в себя опорную плиту 2 с рядом отверстий 3, через которые пар может проходить для применения к разглаживаемой одежде. Паровой утюг 1 имеет камеру 4 генерации пара, располагающуюся центрально над опорной плитой 2, и паровой канал 5, который проходит вокруг опорной плиты 2 и соединяет камеру 4 генерации пара с отверстиями 3. Нагревательный элемент 6 проходит вокруг бокового края 7 камеры 4 генерации пара для испарения воды в камере 4 генерации пара.
Камера 4 генерации пара включает в себя устройство 8 капельной выдачи воды, которое подает капельки воды из резервуара для воды в камеру 4 генерации пара, где вода испаряется. Камера 4 генерации пара также включает в себя дефлекторное устройство 9, которое для наглядности показано расположенным внутри камеры 4 генерации пара, а также удаленным из парового утюга 1. Дефлекторное устройство 9 имеет две противоположные наклонные поверхности 10, 11 парообразования, соединяющиеся у ребра 12, которое помещается ниже устройства 8 капельной выдачи воды. Дефлекторное устройство 9 отделяет капельки воды по существу равномерно, так, чтобы вода стекала вниз по обеим наклонным поверхностям 10, 11 парообразования дефлекторного устройства 9 и накапливалась внутри камеры 4 генерации пара у основания дефлекторного устройства 9, напротив бокового края 7 камеры 4 генерации пара, где располагается нагреватель 6. Следовательно, вода превращается в пар на наклонных поверхностях 10, 11 парообразования дефлекторного устройства 9, а также из лужиц, образующихся у основания наклонных поверхностей 10,11 парообразования напротив бокового края 7 камеры 4 и нагревательного элемента 6.
Однако, поскольку вода испаряется на наклонных поверхностях 10, 11 парообразования дефлекторного устройства 9 и в лужицах, образующихся у основания камеры 4 генерации пара, напротив нагревательного элемента 6, накипь будет образовываться и накапливаться в этих областях. По мере того, как накипь накапливается, скорость парообразования устройства будет падать, поскольку накипь действует как теплоизоляция нагревательного элемента 6 и уменьшает коэффициент теплопередачи от нагревательного элемента 6 к наклонным поверхностям 10,11 парообразования и впоследствии к воде. В конечном счете, если его не чистить и не обслуживать, устройство прекратит работать, поскольку нагревательный элемент 6 перегреется или будет не в состоянии передавать достаточно тепловой энергии, чтобы испарить воду и произвести пар. Кроме того, поскольку накипь будет накапливаться в том же самом месте, в котором вода кипит и испаряется, образующийся пар будет уносить частицы, и пена будет образовываться водой и паром, реагирующими с накопленной накипью, как было объяснено ранее.
Срок службы устройства, описанного со ссылкой на Фиг. 1, будет ограничиваться накипью, которая будет накапливаться на горячих поверхностях парообразования внутри камеры 4 генерации пара.
Фиг. 2 показывает один пример устройства 13 для генерации пара в соответствии с настоящим изобретением. Устройство 13 включает в себя корпус, сформированный из первой части 14 и второй части 15, которые соединяются друг с другом болтами, которые проходят через фланец 16 на внешнем краю каждой части 14, 15 с тем, чтобы сформировать внутреннюю паровую камеру 17. В этом примере первая и вторая части 14, 15 корпуса являются круглыми по форме и соединяются вокруг кругового фланца 16, хотя очевидно, что корпус 14, 15 и паровая камера 17 могут иметь любую форму, например корпус может быть квадратным, треугольным или любой другой формы. Соединение между первой и второй частями 14, 15 корпуса может включать в себя резиновое уплотнение 18 или прокладку, которая помещается между фланцами 16 каждой из первой и второй частей 14, 15 так, чтобы паровая камера 17 была герметизирована. Пар генерируется внутри паровой камеры 17, и это может приводить к среднему или высокому давлению пара, в зависимости от применения устройства. Следовательно, корпус должен быть сделан из подходящего материала и соответственно спроектирован. Например, первая и вторая части 14, 15 корпуса могут быть сделаны из полимерного материала или из металла, такого как алюминий. Альтернативно первая и вторая части 14, 15 корпуса могут быть сделаны из различных материалов, например первая часть 14 может представлять собой литой и механически обработанный алюминий, а вторая часть 15 может быть сделана из полимерного материала. В любом случае, материалы должны быть подходящими для того, чтобы безопасно выдерживать температуру и давление, связанные с применением устройства генерации пара.
Как показано на Фиг. 2, вторая часть 15 корпуса, которая является по существу покрытием или крышкой, включает в себя входное отверстие 19 для воды, которое подает воду в паровую камеру 17, как будет более подробно описано в дальнейшем. Вторая часть 15 корпуса может также включить в себя предохранительный клапан 20 и выходное отверстие 21 для пара. Предохранительный клапан 20 является важной особенностью, обеспечивающей безопасность, и выполнен с возможностью открываться, когда давление внутри паровой камеры 17 превышает предопределенный безопасный уровень. Следует иметь в виду, что предохранительный клапан 20 альтернативно может быть включен в выходное отверстие 21 для пара или предусмотрен в первой части 14 корпуса.
Выходное отверстие 21 для пара может быть соединено с любым устройством, шлангом, трубой, трубкой или другими средствами для применения, использующими или передающими пар. Например, выходное отверстие 21 для пара может передавать пар из паровой камеры 17 к паровому проходу опорной плиты парового утюга, аналогичного описанному со ссылкой на Фиг. 1. Альтернативно выходное отверстие 21 для пара может передавать пар из паровой камеры 17 в шланг, соединенный с паровым аппликатором, таким как головка распределения пара, для применения пара к одежде или другим изделиям. Следует иметь в виду, что выходное отверстие 21 для пара альтернативно может быть предусмотрено в первой части 14 корпуса. Кроме того, устройство может опционально включать в себя множество выходных отверстий для пара для подачи пара к множеству устройств или аппликаторов.
Первая часть 14 корпуса включает в себя испарительный элемент 22, который нагревает и испаряет воду, подаваемую в паровую камеру 17 и в область 23 сбора накипи, как будет более подробно описано ниже со ссылкой на Фиг. 2.
Как показано на Фиг. 2, первая часть 14 корпуса включает в себя испарительный элемент 22, который окружен областью 23 сбора накипи. В частности, первая часть 14 корпуса включает в себя центральный выступ, который проходит в паровую камеру 17 в направлении к входному отверстию 19 для воды, сформированному во второй части 15 корпуса. Этот выступ формирует испарительный элемент 22 и выполнен с возможностью испарения воды, подаваемой в паровую камеру 17 входным отверстием 19 для воды. Остаток первой части 14 корпуса формирует кольцевую область вокруг выступающего испарительного элемента 22, которая является областью 23 сбора накипи. В этом примере входное отверстие 19 для воды формируется в центре круглой второй части 15 корпуса, а испарительный элемент 22 формируется в центре внутри первой части 14 корпуса, с кольцевой областью 23 сбора накипи, которая является смежной с испарительным элементом 22 и окружает его. Однако следует понимать, что входное отверстие 19 для воды и испарительный элемент 22 могут быть сформированы в любом месте внутри паровой камеры 17, и область 23 сбора накипи будет занимать пространство, смежное с испарительным элементом 22 и/или окружающее его с любой стороны.
Испарительный элемент 22, который выступает из первой части 14 корпуса в паровую камеру 17, включает в себя искривленную поверхность 24 парообразования, которая направлена к входному отверстию 19 для воды таким образом, что вода 25, подаваемая в паровую камеру 17, падает на поверхность 24 парообразования. Таким образом, поверхность 24 парообразования располагается на уровне, отличном от уровня области 23 сбора накипи. Поверхность 24 парообразования нагревается, и вода 25 образует пленку на этой горячей поверхности 24 парообразования, которая испаряется с образованием пара. В частности, входное отверстие 19 для воды помещается непосредственно над поверхностью 24 парообразования так, чтобы вода падала под действием силы тяжести и/или давления из отверстия 19 для воды на поверхность 24 парообразования.
Входное отверстие 19 для воды может быть выполнено с возможностью капельной подачи воды 25 на поверхность 24 парообразования с постоянной скоростью. Альтернативно входное отверстие 19 для воды может быть выполнено с возможностью подачи постоянного потока воды 25 на поверхность 24 парообразования. Альтернативно входное отверстие 19 для воды может быть выполнено с возможностью распыления воды 25 на поверхность 24 парообразования испарительного элемента 22 так, чтобы вода 25 одновременно подавалась к поверхности 24 парообразования во множестве мест. Альтернативно может быть более одного входного отверстия для подачи воды 25 к множеству мест на поверхности 24 парообразования. Альтернативно может быть одно входное отверстие, которое является подвижным таким образом, что оно может быть перепозиционировано для подачи воды 25 к различным положениям на поверхности 24 парообразования. В любом случае вода 25 подается в паровую камеру 17 таким образом, что пленка воды формируется на поверхности 24 парообразования испарительного элемента 22, и эта пленка воды нагревается и испаряется. Таким образом, по существу вся вода 25, подаваемая в паровую камеру 17, испаряется на поверхности 24 парообразования испарительного элемента 22 и не течет в смежную область 23 сбора накипи. Следовательно, вода по существу не попадает в область 23 сбора накипи, и таким образом вода не может реагировать с накопленной накипью и создавать пену и загрязненный пар.
В некоторых из вышеописанных примеров вода 25 подается к поверхности 24 парообразования во множестве мест на поверхности 24 парообразования. Таким образом, множество капелек воды или множество потоков воды контактируют с поверхностью парообразования в различных положениях. Это может быть достигнуто за счет распыления или за счет наличия множества входных отверстий для воды. Это может происходить одновременно, например если входное отверстие 19 для воды распыляет воду на поверхность 24 парообразования, то тогда множество капелек воды будут одновременно подаваться к поверхности 24 парообразования. С другой стороны, вода 25 может подаваться ко множеству положений на поверхности 24 парообразования последовательным образом. Альтернативно вода может подаваться к одной отдельной области поверхности парообразования. При подаче воды к одной или более отдельным областям поверхности парообразования вода 25 будет охлаждать различные области поверхности 24 парообразования, а также накипь на поверхности 24 парообразования, с различными скоростями и в различных количествах. Таким образом, те области поверхности 24 парообразования, на которые непосредственно подается вода, будут охлаждаться более быстро, чем другие области поверхности 24 парообразования, что заставит накипь на поверхности 24 парообразования охлаждаться с различными скоростями. Это дифференциальное охлаждение и нагревание будет приводить к напряжениям и деформациям внутри накипи, что будет заставлять накипь отламываться, отделяться от поверхности 24 парообразования и падать в область 23 сбора накипи.
Входное отверстие 19 для воды соединено с резервуаром 39 для воды, который обеспечивает воду для генерации пара. Входное отверстие 19 для воды может быть сформировано внутри резервуара 39 для воды, который помещается непосредственно над второй частью 15 корпуса. Альтернативно, как показано на Фиг. 2, резервуар 39 для воды может быть удален от корпуса, и труба или трубка 40 может соединять резервуар 39 для воды с входным отверстием 19 для воды. Насос 41 может быть опционально предусмотрен для перемещения воды из резервуара 39 для воды к входному отверстию 19 для воды. Насос 41 также может быть выполнен с возможностью дозировать или нагнетать воду таким образом, чтобы скорость потока воды через входное отверстие 19 для воды являлась подходящей для устройства. Опционально клапан или другое средство управления скоростью потока воды через входное отверстие 19 для воды может быть предусмотрен в трубке 40, или во входном отверстии 19 для воды, или в резервуаре 39 для воды, или в любом другом подходящем месте.
В соответствии с любым вариантом осуществления настоящего изобретения устройство снабжается контроллером 50. Контроллер 50 может управлять работой насоса 41 и/или клапана так, чтобы управлять скоростью и/или количеством воды, подаваемой через входное отверстие 19 для воды к поверхности 24 парообразования, в зависимости от температуры поверхности 24 парообразования, для того, чтобы гарантировать, что вся вода, которая входит в контакт с поверхностью 24 парообразования, испаряется, и что она не вытекает или по существу не вытекает с поверхности 24 парообразования в область 23 сбора накипи. Например, клапаном может управлять термовыключатель, чувствительный к температуре поверхности 24 парообразования, который изменяет скорость потока через клапан в зависимости от температуры упомянутой поверхности 24 парообразования. Количество и/или скорость потока воды, которая будет испаряться на поверхности 24 парообразования, когда поверхность 24 парообразования имеет заданную температуру, могут быть предопределенными, и клапан и термовыключатель могут быть спроектированы соответствующим образом.
Размер и площадь поверхности 24 парообразования на испарительном элементе 22 выбираются так, чтобы обеспечить подходящую скорость парообразования. Требуемая скорость парообразования будет зависеть от конкретного применения устройства, ограничений корпуса по давлению, максимальной скорости подачи воды и размера устройства. Однако, в качестве ориентира, эксперименты показали, что для того, чтобы произвести пар при скорости подачи воды, равной 30 г/мин, требуется круглая поверхность парообразования, имеющая диаметр 49 мм, нагретая до температуры 180 градусов Цельсия, или имеющая диаметр 70 мм и нагретая до температуры 150 градусов Цельсия. Поверхность 24 парообразования имеет достаточный размер и температуру, чтобы испарить по существу всю воду 25, которая подается на поверхность 24 парообразования так чтобы в область 23 сбора накипи, окружающую испарительный элемент 22, вода совсем не попадает, либо попадает лишь малое ее количество.
Испарительный элемент 22, в частности поверхность 24 парообразования, на которую вода 25 подается входным отверстием 19 для воды, нагревается электронагревателем. В этом примере электрический нагревательный элемент 26 является встроенным в испарительный элемент 22 таким образом, что поверхность 24 парообразования нагревается для испарения воды, подаваемой в паровую камеру 17 через входное отверстие 19 для воды. Температурный датчик 27 также может быть предусмотрен для измерения температуры испарительного элемента 22, и в частности температуры поверхности 24 парообразования. Температурный датчик 27 может быть расположен на внешней поверхности парообразования первой части 14 корпуса и может быть учтен градиент уменьшения температуры между поверхностью 24 парообразования и внешней поверхностью парообразования. Альтернативно температурный датчик 27 может быть расположен таким образом, чтобы он напрямую считывал температуру испарительного элемента непосредственно под поверхностью 24 парообразования или на самой поверхности 24 парообразования. Температурный датчик 27 может быть соединен с контроллером 50 так, чтобы контроллер 50 управлял количеством и скоростью потока воды в зависимости от температуры, считанной температурным датчиком 27, так, чтобы вся вода, подаваемая на поверхность 24 парообразования, испарялась на поверхности 24 парообразования, не попадая в область 23 сбора накипи.
В одном варианте осуществления клапан управляет потоком воды через входное отверстие 19 для воды на поверхность 24 парообразования и может включать в себя стержень, перемещающийся туда и обратно в коническом седле клапана для управления потоком через отверстие в седле клапана. Температурный датчик может включать в себя биметаллическую полоску, воспринимающую температуру поверхности 24 парообразования, которая деформируется в зависимости от температуры поверхности 24 парообразования, чтобы заставить стержень скользить в прямом или обратном направлении в седле клапана, изменяя таким образом поток воды через отверстие в зависимости от температуры поверхности 24 парообразования. Однако следует понимать, что возможны другие способы управления потоком воды к поверхности 24 парообразования.
Таким образом, вода по существу не достигает области 23 сбора накипи вокруг испарительного элемента 22. Кроме того, нагревательный элемент 26 располагается вблизи от поверхности 24 парообразования так, чтобы поверхность 24 парообразования нагревалась. Область 23 сбора накипи напрямую не нагревается. Однако она также может нагреваться благодаря ее близости к поверхности 24 парообразования. Область 23 сбора накипи может быть теплоизолирована от поверхности 24 парообразования путем, например, формирования области 23 сбора накипи из материала, который не является теплопроводящим или является менее теплопроводящим, чем поверхность 24 парообразования, с тем, чтобы уменьшить температуру области 23 сбора накипи. Хотя вся или по существу вся вода испаряется на поверхности 24 парообразования, не попадая в область 23 сбора накипи, любая вода, которая попадает в область 23 сбора накипи, не будет испаряться, поскольку температура области 23 сбора накипи не будет достаточно высокой. Следовательно, пар не будет генерироваться в присутствии накопленной накипи. Следует иметь в виду, что область 23 сбора накипи будет становиться более теплой, чем комнатная температура, благодаря генерации пара в паровой камере 17, но область 23 сбора накипи не нагревается напрямую нагревательным элементом 26, так что в области 23 сбора накипи испарения происходить не будет, либо будет происходить небольшое испарение.
Как было объяснено выше, по мере того, как вода 25 подается в паровую камеру 17 через входное отверстие 19 для воды, она будет падать на поверхность 24 парообразования нагретого испарительного элемента 22 и формировать пленку воды на поверхности 24 парообразования, которая будет превращаться в пар. Пар будет выходить из паровой камеры 17 через выходное отверстие 21 для пара или другие средства, предусмотренные для того, чтобы уносить пар из паровой камеры 17. Если в устройстве, изображенном на Фиг. 2, используется загрязненная вода, то накипь будет неизбежно формироваться на поверхности 24 парообразования по мере того, как вода испаряется. Однако, как будет объяснено в дальнейшем, конфигурация испарительного элемента 22 будет предотвращать накопление накипи на поверхности 24 парообразования, и поэтому ранее описанные проблемы накопления накипи будут преодолены.
В примере, показанном на Фиг. 2, поверхность 24 парообразования является куполообразной и искривленной таким образом, что она наклонена вниз в область 23 сбора накипи, располагающуюся вокруг испарительного элемента 22. Этот выпуклый, куполообразный профиль означает, что любая накипь, которая формируется и отделяется от поверхности 24 парообразования, будет падать прочь с поверхности 24 парообразования в область 23 сбора накипи. Любая свободная накипь на поверхности 24 парообразования будет проталкиваться к области 23 сбора накипи водой 25, подаваемой на поверхность 24 парообразования, паром, производимым на поверхности 24 парообразования, а также силой тяжести, которая будет тащить накипь по поверхности парообразования 22 в область 23 сбора накипи. Кроме того, искривленный, куполообразный профиль поверхности 24 парообразования будет затруднять накопление накипи на поверхности 24 парообразования, поскольку криволинейный профиль будет создавать напряжения и деформации в накипи, которые будут ее разрушать. Как только накипь отделяется от поверхности 24 парообразования, она будет падать в область 23 сбора накипи вокруг испарительного элемента 24, как описано выше.
Хотя вышеприведенное описание описывает падение свободной отделившейся накипи с поверхности 24 парообразования в область 23 сбора накипи, следует понимать, что накипь может перемещаться с поверхности парообразования в результате ее проталкивания водой и/или паром, или она может скользить по поверхности 24 парообразования в область 23 сбора накипи. В любом случае, свободная отделившаяся накипь будет падать прочь с поверхности 24 парообразования к области 23 сбора накипи.
Следует иметь в виду, что испарительный элемент 22 альтернативно может быть снабжен поверхностью парообразования, которая имеет наклонную, коническую, пирамидальную или любую другую форму. В любом случае, поверхность 24 парообразования должна быть наклонена в сторону смежной с ней области 23 сбора накипи так, чтобы отделившаяся накипь перемещалась с поверхности 24 парообразования в область 23 сбора накипи.
Также следует иметь в виду, что устройство может быть выполнено с возможностью удержания пара внутри камеры при давлении, большем чем атмосферное давление, так, чтобы пар мог быть выпущен в любое время. В этом случае входное отверстие 19 для воды может быть выполнено с возможностью открываться и подавать воду в паровую камеру, когда давление внутри него падает ниже определенного уровня. Кроме того, следует учитывать, что точка кипения воды увеличивается при увеличении давления, так что нагреватель и другие компоненты должны быть выбраны и/или спроектированы в соответствии с требуемыми давлением и температурой. Следует иметь в виду, что максимальное давление пара может регулироваться путем управления температурой поверхности 24 парообразования, а также скоростью подачи воды через входное отверстие 19 для воды.
В одном альтернативном примере входное отверстие 19 для воды может открываться всякий раз, когда устройство используется, или когда пользователь открывает входное отверстие 19 для воды для того, чтобы позволить пару вытекать из выходного отверстия для пара. Таким образом, пар делается «по требованию», и пользователь не должен ждать достижения заданного давления перед использованием устройства.
Перемещение свободной накипи с поверхности 24 парообразования в окружающую область 23 сбора накипи означает, что накопление накипи на поверхности 24 парообразования предотвращается. Вместо этого накипь собирается в области 23 сбора накипи, которая является отдельной от горячей поверхности 24 парообразования, где производится пар, и таким образом вода 25 не испаряется в присутствии накопленной накипи. Кроме того, недостаток действия накипи в качестве теплоизолирующего материала на поверхности 24 парообразования также устраняется, и производительность и эффективность нагревательного элемента 26 не уменьшаются с течением времени.
В примере, показанном на Фиг. 2, нагревательный элемент 26 является встроенным внутрь испарительного элемента 22 таким образом, что он находится в непосредственной близости от поверхности 24 парообразования. Это означает, что сама поверхность 24 парообразования поддерживается при высокой температуре, и нагревательный элемент 26 в состоянии быстро нагреть поверхность 24 парообразования, когда температура падает, что происходит, когда вода подается на поверхность 24 парообразования и испаряется. Близость нагревательного элемента 26 к поверхности 24 парообразования уменьшает задержку между включением нагревательного элемента 26 и последующим увеличением температуры поверхности 24 парообразования. Следовательно, устройство может лучше регулировать температуру поверхности 24 парообразования и поддерживать высокую температуру, позволяя поверхности 24 парообразования испарять всю воду, которая подается на поверхность 24 парообразования, и препятствовать тому, чтобы вода достигла области 23 сбора накипи, окружающей испарительный элемент 22.
Испарительный элемент 22 также может включать температурный датчик 27, который может быть встроен в испарительный элемент 22 или размещен в непосредственной близости от поверхности 24 парообразования. Температурный датчик 27 выполнен с возможностью быстро обнаруживать любое понижение температуры поверхности 24 парообразования, а контроллер выполнен с возможностью соответственно регулировать мощность нагревательного элемента 26. Нагревательный элемент 26 может быть нагревателем двухпозиционного типа, когда нагревательный элемент 26 включается при падении температуры поверхности 24 парообразования ниже предопределенной величины, и выключается при повышении температуры выше предопределенной величины. Альтернативно нагревательный элемент 26 может иметь переменную выходную мощность, так что более постоянная температура может поддерживаться на поверхности 24 парообразования. Таким образом, температура поверхности 24 парообразования испарительного элемента 22 может точно поддерживаться на достаточно высоком значении для того, чтобы испарять воду 25, подаваемую на поверхность 24 парообразования прежде, чем она достигнет области 23 сбора накипи. Следовательно, в области 23 сбора накипи вода вообще не будет накапливаться, либо будет накапливаться по меньшей мере очень небольшое количество воды.
Кроме того, высокая температура поверхности 24 парообразования и постоянство этой температуры означает, что накипь с меньшей вероятностью будет удерживаться на самой поверхности 24 парообразования и будет отделяться и разбиваться на чешуйки и порошок, которые будут перемещаться в область 23 сбора накипи, окружающую испарительный элемент 22. Постоянная высокая температура поверхности 24 парообразования в комбинации с относительно низкой температурой воды 25, подаваемой на поверхность 24 парообразования, означает, что появляющаяся накипь на поверхности 24 парообразования будет подвергнута сильному тепловому удару, который будет разрушать и отделять любую накипь. Накипь, образующаяся на поверхности 24 парообразования, будет иметь коэффициент теплового расширения, отличающийся от коэффициента теплового расширения материала самой поверхности 24 парообразования. Следовательно, по мере того, как вода 25 подается к поверхности 24 парообразования, накипь будет охлаждаться со скоростью, отличающейся от скорости охлаждения материала поверхности 24 парообразования, а затем будет нагреваться со скоростью, отличающейся от скорости нагревания материала поверхности 24 парообразования, по мере того, как тепловая энергия передается воде. Это будет вызывать дифференциальную скорость сжатия и расширения накипи по сравнению с поверхностью 24 парообразования, что будет вызывать напряжения и деформации в накипи, заставляя ее разрушаться на отдельные частицы и отделяться от поверхности 24 парообразования, а затем перемещаться в область 23 сбора накипи, как было объяснено ранее. Даже если материал поверхности 24 парообразования не подвергается никакому существенному сжатию, когда вода подается на поверхность 24 парообразования, любая накопленная накипь будет охлаждаться водой, и тепловой удар этого дифференциального охлаждения будет разрушать накипь и позволит ей перемещаться в область 23 сбора накипи.
Кроме того, как только трещины и зазоры образуются в слое накипи на поверхности 24 парообразования, вода 25, подаваемая на поверхность 24 парообразования, будет течь через эти трещины и зазоры на поверхность 24 парообразования. По мере того, как эта вода входит в контакт с поверхностью 24 парообразования, она будет испаряться и увеличиваться в объеме при ее превращении в пар. Это будет отталкивать накипь от поверхности 24 парообразования и обеспечит дополнительную силу, разрушающую накипь и отделяющую ее от поверхности 24 парообразования в область 23 сбора накипи.
Как было объяснено ранее, в одном примере входное отверстие 19 для воды или множество входных отверстий для воды могут быть выполнены с возможностью подачи воды к поверхности 24 парообразования во множестве мест. Это может быть достигнуто с помощью множества входных отверстий для воды, входного отверстия для воды, которое распыляет воду на поверхность парообразования, или с помощью подвижного входного отверстия для воды. Подача воды к различным положениям на поверхности парообразования будет приводить к дифференциальному охлаждению слоя накипи и поверхности 24 парообразования, дифференциальному нагреву воды и неравномерному парообразованию на поверхности 24 парообразования. Это будет увеличивать величину напряжений и деформаций, создаваемых в слое накипи, заставляя накипь разрушаться таким образом, чтобы она падала в область 23 сбора накипи.
В другом примере испарительный элемент 22, включающий в себя поверхность 24 парообразования, может быть выполнен с возможностью изменения своей формы при термическом нагревании и охлаждении. В частности, испарительный элемент 22 может быть сформирован таким образом, что когда он нагревается, тепловое расширение испарительного элемента 22 заставляет форму поверхности 24 парообразования изменяться регулярным или нерегулярным образом. В этом случае регулярное изменение формы будет происходить, если поверхность 24 парообразования будет расширяться на одинаковую величину в каждом направлении, то есть она будет подвергаться регулярному тепловому расширению и/или сжатию. С другой стороны, нерегулярное изменение формы будет происходить, если испарительный элемент 22 и поверхность 24 парообразования будут выполнены с возможностью большего расширения в одном направлении, чем в другом. Например, стенки испарительного элемента 22 и/или поверхность 24 парообразования могут иметь переменную толщину, так что некоторые области будут расширяться больше чем другие при нагревании, заставляя поверхность 24 парообразования изменять форму нерегулярным образом. В любом случае тепловое расширение и/или сжатие будут разрушать любую накипь, которая сформировалась на поверхности 24 парообразования, и она будет падать в область 23 сбора накипи.
Поверхность 24 парообразования опционально может быть снабжена некоторым покрытием или отделкой поверхности парообразования, которая препятствует связыванию накипи с поверхностью 24 парообразования, так, чтобы накипь более легко разрушалась и отделялась. Например, антипригарное покрытие, такое как политетрафторэтиленовое или керамическое покрытие, или альтернативно высококачественная полировка поверхности парообразования могут быть обеспечены для того, чтобы затруднить формирование больших частиц и чешуек накипи на поверхности 24 парообразования. Кроме того, антипригарное покрытие или отделка поверхности парообразования будут обеспечивать большее относительное перемещение между накипью и поверхностью 24 парообразования. Это будет приводить к более высоким напряжениям в накипи, которая будет более быстро разрушаться и отделяться от поверхности 24 парообразования.
Испарительный элемент 22, описанный выше со ссылкой на Фиг. 2, может также помочь улучшить испарение воды за счет преодоления эффекта Лейденфроста. Эффект Лейденфроста происходит, когда капелька жидкости плавает над нагретой поверхностью парообразования благодаря пару, образующемуся между этой поверхностью парообразования и жидкостью, при этом пар захватывается и отделяет поверхность парообразования от жидкости, что препятствует теплопередаче. Искривленная поверхность 24 парообразования испарительного элемента 22 помогает преодолеть эффект Лейденфроста, поскольку капельки воды, которые становятся подвешенными на поверхности 24 парообразования благодаря эффекту Лейденфроста, будут опускаться по криволинейной поверхности 24 парообразования благодаря действию силы тяжести. По мере того, как капелька движется по поверхности парообразования, трение будет вызывать утечку по меньшей мере части пара, и эффект Лейденфроста будет нарушен, позволяя теплу эффективно передаваться к воде для ее испарения. Кроме того, поверхность 24 парообразования с высокой температурой будет значительно увеличивать температуру воды прежде, чем она войдет в контакт с поверхностью 24 парообразования, и она будет немедленно нагревать и испарять воду. Следовательно, вода может испаряться более быстро, и у слоя пара нет никакой возможности сформироваться, что исключает проявление эффекта Лейденфроста. Это является выгодным по сравнению с испарением воды на плоской нагретой поверхности парообразования, потому что на плоской поверхности парообразования пар будет захватываться ниже воды и подвешивать воду над поверхностью парообразования, уменьшая таким образом теплопередачу. Кроме того, искривленный испарительный элемент 22 является выгодным по сравнению с наклонной плоской горячей поверхностью парообразования, такой как описанная со ссылкой на Фиг. 1, поскольку эффект Лейденфроста может проявляться в подвешивании воды над горячей поверхностью парообразования у основания наклонной поверхности парообразования, против нагревательного элемента, уменьшая таким образом перенос тепловой энергии к воде.
Компоновка испарительного элемента 22 и области 23 сбора накипи, описанная выше со ссылкой на Фиг. 2, означает, что вода не испаряется в области 23 сбора накипи. Как было объяснено, накопление накипи на горячей поверхности 24 парообразования предотвращается, так что вода испаряется на относительно чистой и свободной от накипи поверхности парообразования. Это помогает предотвратить накопление накипи, что улучшает характеристики и долговечность продукта. Кроме того, поскольку основная часть воды не может достичь области 23 сбора накипи, пенообразование и загрязнение пара, которые в противном случае вызываются нагреванием воды в присутствии накипи, уменьшаются или устраняются.
Компоновка испарительного элемента 22 и области 23 сбора накипи приводит к более хорошим характеристикам устройства генерации пара, поскольку накипь не накапливается и таким образом теплопередача от поверхности 24 парообразования к воде не уменьшается. Это также увеличивает долговечность устройства и потенциально требуемое время между процедурами очистки или обслуживания для удаления накипи.
Фиг. 3 показывает вид сверху устройства, описанного со ссылкой на Фиг. 2, с удаленной второй частью 15 корпуса, так, чтобы внутренние особенности первой части 14 корпуса были видны. В частности, в этом примере первая часть 14 корпуса является круглой и включает в себя фланец 16 и множество крепежных отверстий 28 вокруг периферийного края первой части 14 корпуса, так, чтобы вторая часть 15 корпуса могла быть установлена на первую часть с помощью болтов, заклепок или другого крепежа для формирования паровой камеры 17. Кроме того, Фиг. 3 показывает испарительный элемент 22, который выступает в центре внутри первой части 14 корпуса в паровую камеру 17. Испарительный элемент 22 окружается областью 23 сбора накипи, которая, как было объяснено со ссылкой на Фиг. 2, располагается рядом с испарительным элементом 22 так, чтобы накипь, сформированная испарением воды на поверхности 24 парообразования, собиралась в этой области.
Также на Фиг. 3 показан электрический нагревательный элемент 26, встроенный в испарительный элемент 22, который наматывается в спиральной форме так, чтобы вся поверхность 24 парообразования испарительного элемента 22 равномерно нагревалась нагревательным элементом 26. Таким образом, нагревательный элемент 26 в состоянии быстро нагреть всю поверхность 24 парообразования, чтобы реагировать на любое изменение температуры и тем самым поддерживать постоянную высокую температуру, которая, как было объяснено ранее, помогает предотвратить накопление накипи на поверхности 24 парообразования. Альтернативно нагревательный элемент 26 может быть расположен в другом месте внутри устройства и выполнен с возможностью нагрева поверхности 24 парообразования. Предпочтительно область 23 сбора накипи изолируется или термоизолируется от нагревателя 26 так, чтобы температура области 23 сбора накипи была ниже, чем температура поверхности 24 парообразования.
Размер и объем области 23 сбора накипи, окружающей испарительный элемент 22 могут быть выполнены с возможностью определения того, как часто накипь должна удаляться из устройства для поддержания его работоспособности. Например, если продукт должен быть спроектирован со сроком службы 6 лет, тогда, основываясь на использовании 100 л/год воды с концентрацией углекислого кальция от 120 до 180 мг/л, объем образуемой накипи будет приблизительно составлять от 195 до 293 кубических сантиметров. Однако, учитывая, что чешуйки или порошковые частицы накипи не будут занимать весь объем, в котором они располагаются, может быть предусмотрена область сбора накипи, имеющая объем приблизительно 600 кубических сантиметров, так, чтобы устройство могло работать в течение 6 лет без вредного воздействия накипи на работоспособность испарительного элемента.
Следует иметь в виду, что вышеупомянутое описание является просто примером возможного объема области 23 сбора накипи, и область 23 сбора накипи может альтернативно иметь любой размер. Если, например, требуется более продолжительный или более короткий срок службы продукта, тогда объем может быть выбран соответственно. Кроме того, область 23 сбора накипи может иметь объем, который меньше ожидаемого объема накипи за весь срок службы продукта, и продукт может быть обеспечен предопределенным интервалом сервисного обслуживания или индикатором, так, чтобы потребитель знал, когда необходимо удалять накопившуюся накипь. Альтернативно, как более подробно описано в дальнейшем, устройство, имеющее описанное выше устройство, может быть обеспечено способом удаления накипи.
В другом примере поверхность 24 парообразования может быть снабжена одной или более углубленными областями, например канавкой или множеством впадин. Углубленная область (области) может быть предусмотрена для того, чтобы гарантировать, что пленка воды, формирующаяся на поверхности 24 парообразования, по существу равномерно распределена и не всегда течет в одном и том же направлении. Углубленные области будут нарушать любой преобладающий поток воды и распределять воду по большей части поверхности 24 парообразования, что приведет к лучшему испарению.
Фиг. 4a и Фиг. 4b показывают альтернативные примеры устройства для генерации пара, описанные со ссылками на Фиг. 2 и Фиг. 3. В частности, Фиг. 4a и Фиг. 4b показывают поперечные сечения вариантов осуществления устройства для генерации пара, в котором поверхность 24 парообразования снабжена одной или более областями 42, 43 с углубленными особенностями.
Как показано на Фиг. 4a, один вариант осуществления имеет поверхность 24 парообразования с единственным искривленным углублением 42, которое проходит через поверхность 24 парообразования в испарительный элемент 22. Углубление 42 искривлено вогнутым образом, так что вода, подаваемая на поверхность 24 парообразования, течет к центру поверхности 24 парообразования, формирует пленку на поверхности 24 парообразования и испаряется.
Фиг. 4b показывает один альтернативный пример, включающий в себя множество углубленных областей 43, расположенных вокруг поверхности 24 парообразования. В этом случае углубленные области 43 предотвращают образование водой, подаваемой на поверхность 24 парообразования, преобладающего направления потока, которое может препятствовать формированию равномерно распределенной пленки воды на поверхности 24 парообразования. Углубленные области 43 заставляют воду течь в различных направлениях и распределяться равномерно по поверхности 24 парообразования так, чтобы пленка воды была по существу равномерной, и испарение воды происходило на всех частях поверхности 24 парообразования.
Углубленные области 42,43 на поверхности 24 парообразования, как описано со ссылками на Фиг. 4a и Фиг. 4b, заставляют воду из входного отверстия для воды более равномерно распределяться по поверхности 24 парообразования. Это особенно важно, если устройство ориентировано таким образом, что входное отверстие для воды не находится непосредственно над поверхностью 24 парообразования, или если какое-либо перемещение устройства, например поперечное перемещение, приводит к тому, что вода из входного отверстия для воды не подается непосредственно на центр поверхности 24 парообразования. Глубина углубленных областей 42,43 должна быть такой, чтобы вода не собиралась в углубленных областях 42,43. С другой стороны, вода, подаваемая на поверхность 24 парообразования, должна быстро испаряться, в углубленных областях 42,43 или в любых других местах на поверхности 24 парообразования, без накопления воды в углубленных областях 42,43. Это гарантирует, что вода быстро испаряется и не достигает области 23 сбора накипи, а также гарантирует, что тепловой удар вызывается в накипи, которая сформировалась на поверхности парообразования.
Фиг. 5a и Фиг. 5b показывают устройство 30 парового утюга, которое включает в себя устройство 13 для генерации пара, аналогичное описанному со ссылками на Фиг. 2 и Фиг. 3. Как показано на Фиг. 5a, паровой утюг 30 имеет ручку 31, за которую держится пользователь, и опорную плиту 32, которая прижимается к одежде для того, чтобы удалить морщины. Опорная плита 32 включает в себя множество отверстий (не показаны), через которые пар может выходить для того, чтобы попадать на одежду. Также показано, что устройство 30 имеет область 33 для хранения воды, которая соединяется с входным отверстием 19 для воды (см. Фиг. 2), аналогично описанному со ссылками на Фиг. 2. Устройство 30 также включает в себя корпус 34, который формируется по существу аналогично описанному со ссылками на Фиг. 2 и Фиг. 3, и может формироваться, а может и не формироваться из двух отдельных частей, как было описано ранее. В частности, определяется герметичная паровая камера 17, и входное отверстие 19 для воды формируется наверху паровой камеры 17 над испарительным элементом 22, который располагается под входным отверстием 19 для воды, когда опорная плита 32 является горизонтально или почти горизонтально плоской напротив поверхности парообразования, что является типичным рабочим положением устройства 30. Испарительный элемент 22 выступает в паровую камеру 17, а область 23 сбора накипи формируется вокруг испарительного элемента 22 аналогично описанному со ссылками на Фиг. 2 и Фиг. 3.
Когда устройство 30 находится в рабочем положении, показанном на Фиг. 5a, вода, находящаяся в области 33 хранения воды, будет течь к основанию области 33 хранения воды, где располагается входное отверстие 19 для воды. Следовательно, в рабочем положении, с опорной плитой, расположенной горизонтально или почти горизонтально, вода может течь через входное отверстие 19 для воды в паровую камеру 17 и на поверхность 24 парообразования для того, чтобы произвести пар.
Как показано на Фиг. 5b, устройство может быть помещено в положение покоя, посредством чего устройство удерживается на торцевой поверхности 35 таким образом, что горячая опорная плита 32 повернута вверх. В этом положении покоя вода, находящаяся в области 33 хранения воды, будет течь вниз к торцевой поверхности 35 устройства и прочь от входного отверстия 19 для воды, так что вода не будет проходить через входное отверстие 19 для воды в паровую камеру 17. Следовательно, в этом положении пар не генерируется, и устройство находится в положении покоя.
Как было описано ранее, когда устройство используется, с опорной плитой 32, расположенной напротив по существу горизонтальной поверхности парообразования, вода из области 33 хранения воды течет через входное отверстие 19 для воды в паровую камеру 17. Компоновка входного отверстия 19 для воды и испарительного элемента 22 означает, что вода, входящая в паровую камеру 17, подается на горячую поверхность 24 парообразования внутри паровой камеры 17. Следовательно, когда устройство находится в рабочем положении, вода подается на испарительный элемент 22, и пар производится тем же самым образом, как описано со ссылками на устройство, изображенное на Фиг. 2 и Фиг. 3. В частности, вода испаряется на испарительном элементе 22, и поэтому не может достичь области 23 сбора накипи. Кроме того, предотвращается накопление накипи на испарительном элементе 22, и свободная накипь собирается в смежной области 23 сбора накипи.
Входное отверстие 19 для воды может быть отверстием, через которое вода может проходить, когда паровой утюг 30 находится в рабочем положении, как показано на Фиг. 5a. Альтернативно входное отверстие 19 для воды может включать в себя кнопку, приводящую в действие запорную деталь, которая перемещается для того, чтобы позволить воде течь через входное отверстие 19 для воды, когда пользователь нажимает кнопку или другой пользовательский интерфейс, такой как кнопка 44, расположенная на ручке 31. Таким образом, пар может быть произведен только тогда, когда пользователь нажимает кнопку и обеспечивается течение воды в паровую камеру. Как вариант входное отверстие 19 для воды может включать в себя электронно управляемую запорную деталь, которая переключается в открытое положение, когда датчик обнаруживает недостаток пара или давления в паровой камере 17.
Пар, производимый в паровой камере 17, может вытекать непосредственно из отверстий в опорной плите 32, или альтернативно он может удерживаться внутри паровой камеры 17 до тех пор, пока пользователь не выпустит пар путем нажатия кнопки или другого пользовательского интерфейса для того, чтобы создать отверстие, через которое пар сможет выйти из паровой камеры 17.
Испарительный элемент 22 и область 23 сбора накипи конфигурируются тем же самым образом, что и устройство, описанное со ссылками на Фиг. 2 и Фиг. 3. Следовательно, любая накипь, произведенная испарением воды на поверхности 24 парообразования, будет отделяться от поверхности 24 парообразования благодаря тепловому удару, криволинейной форме поверхности 24 парообразования испарительного элемента 22, а также покрытию на поверхности 24 парообразования, как было объяснено ранее. Свободный порошок и чешуйки накипи затем движутся вниз в область сбора накипи, где они накапливаются в месте, которое является отдельным от поверхности парообразования, на которой испаряется вода.
Как показано на Фиг. 5a, когда устройство используется, с опорной плитой 32, расположенной напротив по существу горизонтальной поверхности парообразования, накипь, образуемая испарением воды на поверхности 24 парообразования, будет накапливаться в области 23 сбора накипи вокруг испарительного элемента 22, как было описано ранее. Как показано на Фиг. 5b, когда устройство перемещается в его положение покоя, с опорной плитой 32, направленной вбок или под углом, свободная накипь 36, которая собралась в области 23 сбора накипи, может падать вниз к нижнему концу паровой камеры 17, где располагается камера 37 сбора накипи. Камера 37 сбора накипи выполнена с возможностью удерживать накипь, которая входит в камеру 37 сбора накипи, и препятствовать тому, чтобы она повторно входила в паровую камеру 17. Накипь удерживается в камере 37 сбора накипи независимо от положения или ориентации устройства. Камера 37 сбора накипи может включать в себя открывающуюся дверцу или подобное средство доступа, которое позволяет пользователю открывать камеру 37 сбора накипи и удалять накопившуюся накипь. Альтернативно камера 37 сбора накипи может быть съемной с устройства 30 для удаления накопленной накипи и необходимой очистки. В одном альтернативном примере камера 37 сбора накипи может быть несъемной или неоткрываемой и может просто обеспечивать некоторый объем, в котором накипь хранится неопределенно долго. В этом примере область 23 сбора накипи, окружающая испарительный элемент 22, может быть уменьшена в размере, потому что накипь будет перемещаться в камеру 37 сбора накипи, которая отделена от испарительного элемента 22 и от производства пара так, чтобы производимый пар не подвергался воздействию накипи.
Как показано на Фиг. 5b, положение покоя устройства 30 определяется торцевой поверхностью 35 устройства 30, на которую может быть помещено устройство. В этом примере торцевая поверхность 35 конфигурируется таким образом, что устройство для генерации пара располагается так, что испарительный элемент 22 наклонен вниз. Таким образом, стороны испарительного элемента 22 наклонены вниз от области 23 сбора накипи, и свободная накипь 36 может выходить из области 32 сбора накипи, вдоль и за испарительный элемент 22 и через паровую камеру 17 к камере 37 сбора накипи. Камера 37 сбора накипи помещается близко к торцевой поверхности 35, на которую опирается устройство, так что накипь может падать в камеру 37 сбора накипи под действием силы тяжести, когда устройство находится в положении покоя.
Как показано на Фиг. 5a и Фиг. 5b, устройство 30 может опционально дополнительно включать в себя наклонную пластину 38, расположенную между главной паровой камерой 17 и камерой 37 сбора накипи. Эта пластина 38 наклонена таким образом, что когда устройство 30 находится в положении покоя, как показано на Фиг. 5b, накипь, падающая в камеру 37 сбора накипи, направляется в камеру 37 сбора накипи вдоль одной стороны наклонной пластины 38. С другой стороны, любая накипь, которая уже находится в камере 37 сбора накипи, будет захватываться и не выпускаться из камеры 37 сбора накипи противоположной стороной наклонной пластины 38. Таким образом, свободная накипь собирается в камере 37 сбора накипи во время нормального использования устройства, и может быть удалена в любое время, но не может попасть обратно в главную часть паровой камеры 17, в то время как вода испаряется во время использования.
Любая накипь, образующаяся во время использования устройства 30, описанного со ссылками на Фиг. 5a и Фиг. 5b, первоначально накапливается в области сбора накипи, которая окружает испарительный элемент 22. Как только устройство помещается в положение покоя, эта накопленная накипь может перемещаться через паровую камеру 17 в камеру 37 сбора накипи. Следовательно, накопление накипи внутри паровой камеры 17 предотвращается, и накипь хранится отдельно от поверхности 24 парообразования, где генерируется пар.
Устройство для генерации пара в устройстве, описанном со ссылками на Фиг. 5a и Фиг. 5b, требует лишь небольшой очистки или вообще не требует очистки для удаления накипи и требует лишь небольшого обслуживания или вообще не требует обслуживания для того, чтобы избежать накопления накипи. Следовательно, работоспособность и долговечность устройства улучшаются, поскольку уменьшенное накопление накипи позволяет избежать изоляции испарительного элемента и любых засоров, которые может вызвать накипь. За счет предотвращения накопления накипи на поверхности парообразования и конфигурирования устройства так, чтобы свободная накипь собиралась в положении, отдельном от поверхности парообразования, проблемы, связанные с накоплением накипи, преодолеваются.
Следует иметь в виду, что устройство для генерации пара, описанное со ссылками на Фиг. 2 и Фиг. 3, может использоваться в любой разновидности устройства, которое требует пара, а не только в устройстве парового утюга, описанном со ссылками на Фиг. 5a и Фиг. 5b. Кроме того, следует иметь в виду, что компоненты и компоновки устройства для генерации пара могут быть изменены для различных приложений без отклонения от настоящего изобретения, определяемого в пункте 1 формулы изобретения. Например, аппарат для обработки одежды паром может требовать, чтобы корпус включал в себя выходное отверстие, которое может быть присоединено к шлангу для передачи пара к головке аппликатора. Альтернативно, другой вид парогенератора может потребовать устройства для генерации пара, которое имело бы по-другому сформированный корпус.
Следует иметь в виду, что термин «включающий в себя» не исключает других элементов или стадий и что неопределенные формы единственного числа не исключают множественности. Один блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Тот факт, что некоторые меры приведены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих мер не может быть использована для получения выгоды. Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие область охвата формулы изобретения.
Хотя формула изобретения была сформулирована в настоящей заявке для конкретных комбинаций особенностей, следует понимать, что область охвата настоящего изобретения также включает в себя любые новые особенности или любые новые комбинации особенностей, раскрытых в настоящем документе явно или неявно, или любое их обобщение, относится ли оно к тому же самому изобретению, которое заявлено в любом пункте формулы изобретения, и решает ли оно любую или все из тех же самых технических проблем, что и исходное изобретение. Заявители тем самым отмечают, что новые пункты формулы изобретения могут быть сформулированы для таких особенностей и/или комбинаций особенностей во время отстаивания настоящей патентной заявки или любых дополнительных применений, вытекающих из нее.