CN103796558A - 用于加热液体的感应加热设备 - Google Patents

Abstract

一种用于加热液体的感应加热设备，所述设备包括半椭球形感应线圈和匹配的基座。

Description

用于加热液体的感应加热设备

技术领域

本发明涉及用于加热液体的感应加热设备，具体是用于加热容器中的液体，容器诸如用于婴儿食品的瓶或用于其的盖子或用于加热水的壶。

背景技术

感应加热是非接触式加热方法，其中通过电磁感应在导电铁磁物体中产生热量，所述物体位于线圈内或邻近线圈，由此在物体内通过线圈产生的电磁辐射产生涡电流，从而导致对物体的加热。所述物体通常包括布置为与要加热的物品或流体热接触的金属基座。

使用感应加热来对水进行加热以及用于加热烹饪灶具是众所周知的。这种已知的加热设备总是使用被放置在平板基座下面的平面线圈，在平板基座上放置要加热的物体。GB2,445,780是使用具有平面线圈的感应加热器的壶的示例。

电磁灶（induction hob）与传统电灶和燃气灶相比，由于其能量效率而受到称赞。对于典型的电磁炉，能量传递效率约为89%，而电灶约为71%，燃气灶约为49%。电磁灶胜于电灶和燃气灶的另一个好处是电磁灶能够加热壶或放置于其上的其它物体的速率。在工业应用中，感应加热的金属可以在几秒钟之内从冷金属到红热状态。

已知的电磁灶通常使用在平板基座下面的平面线圈布置。利用这种平面线圈和平板基座同时使含液体的容器能够被支撑在加热设备上的感应加热设备包括与感应加热的其它工业应用相比感应加热非常低效的装置，其中要加热的金属物体被放置在螺旋状线圈布置（通常称为线性线圈）内。然而，这种线性线圈布置的使用导致细长中空结构，这种结构不适于对水加热。

发明内容

根据本发明，提供了用于加热液体的感应加热设备，所述设备包括半椭球形感应线圈和匹配的基座。

基座可以被布置为与用于容纳要加热的液体的容器热接触，或可以限定用于容纳要加热的液体的容器的至少一部分。其中基座暴露于要加热的液体，其可以通过保护层例如薄塑料层涂覆或覆盖。

优选地，基座位于用于容纳要加热的液体的容器内，使得基座与容纳在其中的液体热接触。基座可以被安装在容器内，使得容纳在容器中的液体与基座的内面和外面均热接触。基座可以通过定位装置与容器的内壁隔开，定位装置优选是多个肋或柱的形式，优选在容器的内壁和基座的外壁之间延伸。可以在基座的下部区域中提供至少一个孔口，从而有助于容器内的对流。

在典型的设备是用于加热或煮沸水的壶的形式的一个实施例中，感应线圈和基座可以形成容器的一部分和/或位于容器内。

在替换实施例中，容器可以与感应线圈分开。例如，感应线圈可以被安装在基底中，容器可以可拆装地位于该基底上。

在一个实施例中，容器的至少下部区域成形为位于在设备的主体中限定的碗状凹部中，感应线圈位于碗状凹部的下方或其内。优选地，基座被提供为与容器的下部区域相邻，或在容器的下部区域内。

在替换实施例中，设备包括圆顶形主体，所述感应线圈位于所述圆顶形主体下方或其内，容器包含用于接纳所述圆顶形主体的凹部。可以在感应线圈下方提供通量集中器。通量集中器可以是陶瓷壳的形式。优选地，基座被提供为与所述容器的所述凹部相邻，或在所述容器的所述凹部内，从而位于所述圆顶形主体的上方。

为了允许该设备用于加热在现有瓶或其它容器中所容纳的水，容器可以适于耦合到现有瓶或其它液体容器的颈部。优选地，容器包括具有用于将容器耦合到瓶的颈部的耦合装置的颈部部分。在一个实施例中，耦合装置包括被接纳在瓶的颈部内或上方的弹性密封件。弹性密封件优选包括在容器的颈部部分周围提供的环状主体，环状主体的外面被锥形化朝向容器的颈部部分的开口端，从而可被插入到瓶的颈部中。可以设想的是，耦合装置可能包括在容器和瓶的各自颈部上提供的协同操作的螺纹部分。

半椭球形感应线圈和基座的提供具有在线性线圈布置中固有的效率提高的优势，但是还增加了能够与要加热的液体接触的基座表面面积。当被放置在已知的平面电磁炉上时，与同一直径的平底锅相比，这个布置将表面面积增加了65%。

在一个实施例中，感应加热器可以适于加热容器中的液体，例如从而定义了壶。基座可以被置于与被布置为保持要加热的液体的容器热接触，或可以位于该容器内以便与容纳在其中的液体接触。感应线圈和基座可以内置于诸如壶的容器中，并且被布置为在容器底部中限定碗状区域。替换地，感应线圈和/或基座可以与容器分开，例如一旦容器的物质已经被加热，则感应线圈和/或基座能够从容器拆卸。容器可以适于位于由感应线圈和/或基座限定的碗状凹部中。替换地，容器可以包含用于接纳限定所述感应线圈和/或基座的圆顶形主体的凹部。

在替换实施例中，感应加热器可以适于加热瓶中的液体，例如婴儿瓶中的牛奶或婴儿食品，或可附连到瓶或其它液体容器的颈部的容器中的液体。在一个实施例中，感应线圈可以被倒转并且安装在基底中，优选地在所述基底的圆顶形部分中。可以在线圈下方提供通量集中器，其可以体现为陶瓷壳形式。在替换实施例中，感应线圈可以被提供在碗状凹部中，容器具有结合所述基座的碗状下部区域，由此容器可以被接纳在所述碗状凹部内。容器可以适于配合到瓶的颈部，使得瓶可以被倒转以便将其中的任何液体转移到所述容器中，使得液体可以在容器内被加热，之后通过倒转容器，将液体返回到瓶，之后将瓶从容器移除。容器可以是可附连到瓶的盖子的形式。

从将容器支撑在感应加热器上这方面来说，椭球形线圈和基座的使用提供了平面线圈的好处，但还极大增加了可以与容器接触和/或与要加热的液体热接触的基座表面面积。

基座可以由高透磁率的金属合金制成，诸如放射性4550、EFI合金50、EFI合金79或HyMu80，从而进一步增加加热设备的效率。同样可以设想的是，可以使用其它材料，诸如石墨、钼、碳化硅，或石墨烯或其它纳米金属。

透磁率是磁感应输出与产生感应的磁场强度输入的比率。透磁率性越高，磁性能越好。

根据本发明的另一方面，提供了控制电子设备（特别是用于加热容器中的液体的感应加热设备）的方法，其包括：提供基底，在基底内要加热的容器被接纳在其底座内或底座上；在容器的表面上提供标记；在基底上提供响应于所述标记的传感器，该方法包括通过相对于基底移动或以其他方式操纵容器，使得标记相对于传感器的位置被改变，从而向电子设备提供控制输入。

优选地，所述标记被提供有沿着其长度的可变厚度，操纵所述容器，使得标记暴露于传感器的部分被调整，从而向电子设备提供所述控制输入。优选地，容器的移动或操纵包括相对于基底旋转容器，优选地围绕容器的旋转对称轴。

根据本发明的另一方面，提供了具有相对于第二部分可移动的第一部分的电子设备，所述第一部分在其上具有标记，而所述第二部分具有用于检测所述标记属性的传感器，由此通过相对于第一部分移动第二部分，使得传感器检测到的所述标记的属性被改变，从而将控制输入提供给设备。在一个实施例中，所述标记包括沿着其长度具有可变厚度的细长标记，所述传感器适于检测在传感器位置处的标记宽度。优选地，所述第二部分相对于所述第一部分是可旋转的，优选地围绕第二部分的旋转对称轴。优选地，电子设备包括感应加热设备，所述第一部分包括基底而所述第二部分包括容器，在容器内可以加热液体，所述容器被接纳在基底上提供的底座内或底座上。在一个实施例中，传感器包括红外收发机。替换地，传感器可包括光学传感器。

根据本发明的另一方面，提供了用于加热容器中的液体的加热设备，所述设备包括：用于以所述容器加热液体的加热装置；用于确定容器重量从而确定容器内的液体的量的装置；以及用于响应于重量确定装置的输出而控制加热装置的控制装置。

优选地，加热装置包括感应加热装置。优选地，容器包括基座，所述设备包含容器被支撑在其上的基底，所述基底包含用于在基座中产生热量的感应线圈。优选地，感应线圈和基座具有半椭球形。

所述重量确定装置可以包括适于在加热其中的液体期间支撑容器的负载单元。

附图说明

现在参考附图，仅作为示例将描述本发明的实施例，在附图中：

图1是根据壶形式的本发明的第一实施例的感应加热设备的部分剖面分解图；

图2是根据本发明的修改实施例的通过感应加热设备的下部的剖视图；

图3是根据用于加热瓶中的婴儿食品的暖瓶器形式的本发明的另一实施例的感应加热设备的部分剖面分解图；

图4是根据用于加热适于耦合到瓶的容器中的婴儿食品的本发明的第四实施例的感应加热设备的剖视分解图；

图5是配合到瓶的图4的容器的部分剖视图；

图6是可以施加到图4的设备的容器从而有助于控制设备的标记的示意图；以及

图7至图9示出根据本发明的基座可以包含到感应加热设备中的容器的不同方式。

具体实施方式

如图1所示，根据本发明第一实施例的感应加热设备包括用于煮沸水的壶。设备10包括提供为加热设备提供电源的基底12。基底12包括壳体14，壳体14容纳散热片16、风扇18以及逆变器19，在基底14的上部上提供电接触件，用于将电力提供到内置于设备10的上部20中的感应线圈22。

设备10的上部20包括限定载水容器的壳体24，壳体24具有手柄26和用于指示水在壳体中的水平的窗口28。容器的下部由半椭球形基座30限定或者包含半椭球形基座30，半椭球形基座30由铁磁材料形成，优选高透磁率金属合金，诸如磁感应输出与磁感应强度输入的比率（μ）高的放射性4550、EFI合金50、EFI合金79或HyMu80。这类材料提供更好的磁性能并且因此提供更高的加热效率，并且还提供增强的磁滞效应，从而进一步提高效率。

半椭球形感应线圈22安装在基座30下方，使得当线圈22被激励时，基座30暴露于线圈22产生的电磁场，从而加热基座30

与平面线圈和基座相比，半椭球形感应线圈22和匹配的基座30使可以用于加热水的基座表面积增加65%。因此，使用半椭球形感应线圈22和匹配的基座30使得壶的效率比已知的电壶更高，加热更快。

图2示出修改的实施例，其中基座30'被放置在容器24的内侧，优选安装在容器24'的椭球形下部的基底中。感应线圈22'被提供在容器的这个下部周围。基座30'与容器的内壁32隔开并且由肋或柱34支撑，使得容纳在其中的液体与基座30'的内表面和外表面均接触，从而等效地将热传递面积加倍。在基座30'的下部提供孔口36，从而帮助容器内的对流。

在图3中示出的根据第三实施例的感应加热设备100定义用于加热瓶中的婴儿食品/牛奶的暖瓶器。

在这种实施例中，半椭球形感应线圈122安装在设备100的基底112的对应成形的上部102中。协同操作的喂食瓶120被提供有凹入基底，该凹入基底成形为被接纳在基底112的圆顶形上部102上方，使得瓶120可以位于基底112上。

与图1的加热设备的基座类似，半椭球形基座130被提供在瓶120的基底中，或模制到瓶120的基底中，从而与感应线圈122协同操作，使得当瓶120安装在基底122上时，基座130匹配感应线圈122并且位于其上方。

第三实施例的感应加热设备100等效于第一和第二实施例的感应加热设备的倒转版本，其中增加了通量集中器140，其被安装在基底122中，在感应线圈122下方。加热婴儿食品的方式是通过来自提供在瓶120的基底中的、借助感应加热而被加热的基座130的热传导。

如上所述，基座112的圆顶形上部102将半椭球形感应线圈122包含在其中。协同操作的婴儿喂食瓶120被提供有下部腔体，下部腔体被布置为接纳基底112的圆顶形上部102。喂食瓶120包含由铁金属（优选是高μ合金）制成的半椭球形中空壳基座130，半椭球形中空壳基座130被模制或安装到在其基底中限定腔体中。瓶被成形为位于基底112的圆顶形上部102上。当在该位置时，瓶120的底部将与在基底112上提供的温度传感器124接触，由此可以测量瓶120的温度。

设备100可以包含控制器，控制器可以被编程从而选择预定的运行周期来实现瓶中的婴儿食品的期望温度，该温度可以由用户经由适当控制件输入。

可以通过电磁感应的非接触式加热来加热内置于瓶120中的铁金属椭球形基座130，以此实现该温度。基座可以被提供有保护涂层，例如塑料层，从而防止要加热的液体和基座表面之间直接接触。替换地，基座可以由不锈钢制成。

市场上最快且最流行的婴儿暖瓶器是Philips AVENT iQ暖瓶器，其花费高达5分钟将250ml的冷牛奶或婴儿食品加热至37℃。使用根据本发明这个实施例的感应加热设备，可以在30到60秒内将婴儿食品加热到37℃。

这种加热婴儿瓶的方式的好处是，其绕开了常规暖瓶器的基本问题，即热量从外部进入，必须穿透瓶的厚隔离壁以加热内侧的婴儿食品。这个加热仅在暖瓶器使用的水或蒸汽已经变得足够热之后才开始。

第三实施例的感应加热设备100和第一以及第二实施例的感应加热设备100之间的差异是，线圈/基座布置的使用被倒转。对于设备的设计和操作，这意味着基座在线圈的外侧。线圈的内侧是磁场最强的地方，但是该问题通过以下方式克服：在基底112中线圈122内提供陶瓷通量集中器140，从而将磁场反射出去，在那里它将被线圈外侧上的基座130吸收，并且对基座130加热。同样，婴儿暖瓶器将不需要散热器和风扇来冷却基底中的电子装置126，因为操作周期时间非常短，使得电子装置126没有时间过热，这对于该类型的电子装置是非常独特的。

根据本发明第三实施例的感应加热装置可以帮助夜间喂食，并且减少婴儿苦恼于等待被喂食的时间，因此使婴儿易于停息回到睡眠，清醒时间更少，从而有益于孩子和父母。

该单元可以位于婴儿床旁边，当花费30到60秒加热瓶时，父母可以安抚婴儿。婴儿瓶和基座的尺寸可以彼此成比例，使得当该瓶装有婴儿消耗的最少量的牛奶/婴儿食品（通常是80ml）时，基座将完全淹没在液体中。

在图4和图5中示出根据本发明的第四实施例的感应加热设备200。在这种实施例中，液体（在该例子中是婴儿食品/牛奶（其可以包括母乳））在其中被加热的容器200包括具有椭球形基底的中空主体，在该椭球形基底内安装半椭球形基座230，其类似于在第三实施例的瓶中安装的基座，容器220具有适于耦合到婴儿喂食瓶2的开放颈部232（见图5）。因此，容器220等效于限定了喂食瓶的盖子。

设想容器220的颈部232可以被螺纹化，从而接合喂食瓶的螺纹颈部，使得容器能够以盖子的方式配合到瓶。在图4和图5示出的实施例中，容器220的颈部232被提供有锥形弹性环状密封件234，该密封件被配合在容器220的颈部232周围并且优选由食品级橡胶制成，使得容器220可以被推入到喂食瓶2的颈部4中，其中容器220的颈部232被接纳在喂食瓶的颈部4内侧，锥形密封件234接合喂食瓶2的颈部4的内侧，从而在容器220和喂食瓶2之间形成防水密封，如图5中所示。密封件234的锥形形状使容器220能够被配合到具有不同直径的颈部的喂食瓶，从而使设备适于与若干不同的现有喂食瓶一起使用。

如图4中所示，设备的基底212的上部240包括椭圆形凹部242，容器220的对应形状的基底能够被插入到该凹部242中，使得容器220可以被支撑在基底212上，在基底212的凹部242内。椭圆形感应线圈222被安装在基底212的上部240中，在凹部242下方，使得当容器220被安装在基底212的凹部242中时，容器220的基座230位于线圈222内并且靠近线圈222。

在基底212的凹部242的底部中提供孔口246，当容器220处于基底212的凹部242中时，附连到负载单元250的突出部248延伸通过该孔246，从而接合容器220，使得负载单元250能够提供容器220的重量及其容量的指示。提供校准按钮252，通过基底212的底部254中的孔可接触该校准按钮252，用于将负载单元250校准到空容器220的重量，从而使得能够准确确定容器中所容纳的婴儿食品/牛奶的重量，并且因此准确确定婴儿食品/牛奶的量。

在基底212的凹部242的侧边安装温度传感器256（优选为红外传感器的形式），由此可以确定容器212的温度及其容量。

提供控制器258，用于控制设备的操作。控制器258可以从负载单元250和温度传感器256接收信号，从而允许控制器确定容器220中所存在的牛奶/婴儿食品的量，并且确定牛奶/婴儿食品的初始温度以及因此确定所需的加热量，和/或确定何时达到目标温度。

在使用中，容器220可以附连到容纳有一个量的婴儿食品或母乳的瓶2，并且瓶2可以被倒转，从而将婴儿食品转移到容器220中。替换地，可以将期望体积的牛奶/婴儿食品直接放置到容器220中。然后，将容器220放置到设备200的基底212的凹部242中，并且控制器258确定所存在的牛奶/婴儿食品的体积，并且激励感应线圈222持续预编程的间隔，从而实现针对容器中的给定量的婴儿食品的期望温度。可以在设备上提供LED260或发声器，从而指示设备何时正在操作和/或加热周期何时已经完成。控制器258可以包含用于控制设备200的操作的持续时间和/或用于控制这种操作例如在预选定时间进行初始化的计时器。

一旦加热周期已经完成，就可以将容器220从基底212移除，并且（如果容器220没有附连到喂食瓶2，则）在将容器220重新附连到喂食瓶2之后将容器220倒转，从而将加热后的牛奶/婴儿食品传递到瓶中。

基底212可以由透光材料形成并且可以由照明装置照明，优选由一个或多个LED照明，从而指示设备何时正在操作和/或加热周期何时已经完成。通过激活所述照明装置，当单元没有用于加热婴儿食品时，该设备也可以用作夜光灯。

可以在基底的凹部的侧面中提供光传感器或红外收发器262，并且容器可以被提供有标记或其它可识别的指示，由此可以通过在基底的凹部内旋转容器来控制设备操作的目标温度、加热时间或其它方面。这类标记可以包括锥形黑线270，如图6中所示，其在容器的圆周部分周围延伸，使得可以确定传感器处的黑线宽度，作为到控制器的控制输入，这个宽度随容器220相对于基底212旋转而变化。这可以避免在设备上需要外部按钮或其它控制件。

图7至图9示出根据本发明的半椭球形基座可以结合到在感应加热设备中的容器中的不同方式。

虽然已经关于在水加热壶和暖瓶器中的用途描述了本发明，但是可以设想，根据本发明的包含半椭球形线圈和匹配的基座的感应加热设备在许多其它应用中可以被包含在许多其它加热设备中，例如与如下相关的加热设备：电磁炉、热水器、锅炉、油炸锅、浸入式加热器、餐饮瓮、熔蜡壶、冷冻保护系统、过程系统、热传递系统和其它流体加热器。

本发明不限于在此描述的实施例，而是在不背离本发明范围的情况下可以进行修正或修改。

Claims (24)

1.一种用于加热液体的感应加热设备，所述设备包括半椭球形感应线圈和匹配的基座。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述基座被布置为与用于容纳要加热的液体的容器热接触。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述基座限定用于容纳要加热的液体的容器的至少一部分。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述基座位于用于容纳要加热的液体的容器内，使得所述基座与容纳在其中的所述液体热接触。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述基座安装在所述容器内，使得容纳在所述容器中的液体与所述基座的内表面和外表面均热接触。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述基座通过定位装置与所述容器的内壁隔开。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述定位装置包括多个肋或柱。

8.根据权利要求5至7中任何一项所述的设备，其中在所述基座的下部区域中提供至少一个孔口，从而有助于所述容器内的对流。

9.根据权利要求3至8中任何一项所述的设备，其中所述感应线圈和基座形成所述容器的一部分和/或位于所述容器内。

10.根据权利要求2至8中任何一项所述的设备，其中所述容器的至少下部区域成形为位于在所述设备的主体中限定的碗状凹部中，所述感应线圈位于所述碗状凹部下方或内部。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述基座被提供为与所述容器的所述下部区域相邻，或在所述容器的所述下部区域内。

12.根据权利要求2至8中任何一项所述的设备，其中所述设备包括圆顶形主体，所述感应线圈位于所述圆顶形主体下方或内部，所述容器包含用于接纳所述圆顶形主体的凹部。

13.根据权利要求12所述的设备，其中在所述感应线圈下方提供通量集中器。

14.根据权利要求13所述的设备，其中所述通量集中器是陶瓷壳的形式。

15.根据权利要求12至14中任何一项所述的设备，其中所述基座被提供为与所述容器的所述凹部相邻，或在所述容器的所述凹部内，从而位于所述圆顶形主体的上方。

16.根据权利要求10至14中任何一项所述的设备，其进一步包括用于确定所述容器的重量从而确定所述容器内的液体的量的装置，以及用于响应于重量确定装置的输出而控制所述设备的操作的控制装置。

17.根据权利要求16所述的设备，在此所述重量确定装置包括适于在加热其中的液体期间支撑所述容器的负载单元。

18.根据权利要求16或权利要求17所述的设备，其进一步包括用于确定所述容器中的液体的温度的温度传感器，所述控制装置在控制所述设备的操作时利用来自所述温度传感器的信息。

19.根据权利要求18所述的设备，其中所述控制装置被编程为根据由所述温度传感器确定的所述容器中的液体的初始温度以及由所述重量确定装置确定的所述容器内的液体的量来控制设备的操作。

20.根据权利要求2至19中任一项所述的设备，其中所述容器适于耦合到瓶或其它液体容器的颈部。

21.根据权利要求20所述的设备，其中所述容器包括具有用于将所述容器耦合到瓶的颈部的耦合装置的颈部部分。

22.根据权利要求21所述的设备，其中所述耦合装置包括要被接纳在瓶的颈部内或上方的弹性密封件。

23.根据权利要求22所述的设备，其中所述弹性密封件包括在所述容器的颈部部分周围提供的环状主体，所述环状主体的外面被锥形化朝向所述容器的颈部部分的开口端，从而能够被插入到所述瓶的颈部中。

24.一种参考附图大致如在此描述的感应加热设备。

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