阅读说明：本技术 用于流体的欧姆加热的系统和方法 (The system and method for Ohmic heating for fluid ) 是由 法比安·迪奇 阿列克谢·格罗莫夫 于 2018-03-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于流体的欧姆加热的系统,该系统包括用于接收流体的至少一个腔室(1)；至少两个单元(6a、6b),每个单元都包括至少一个电极(4a、4b),其中,至少一个电极中的每一个与至少一个用于电流隔离的装置(5a、5b、5c)相关联,其中,两个单元(6a、6b)中的每一个的电极(4a、4b)被彼此隔开的一定距离地设置在腔室(1)中,并且用于电流隔离的装置(5a、5b、5c)被设置在腔室(1)的外部；以及至少一个变频器(10),其电连接至至少两个电极-单元(6a、6b)以操作至少两个电极-单元(6a、6b)。(The present invention relates to a kind of system of Ohmic heating for fluid, which includes at least one chamber (1) for receiving fluid；Unit at least two (6a, 6b), each unit includes at least one electrode (4a, 4b), wherein, each of at least one electrode is associated with device (5a, 5b, 5c) that at least one is used to be galvanically isolated, wherein, it is arranged in chamber (1) to the certain distance that the electrode (4a, 4b) of each of two units (6a, 6b) is separated from each other, and the device (5a, 5b, 5c) for being galvanically isolated is arranged on the outside of chamber (1)；And at least one frequency converter (10), at least two electrodes-unit (6a, 6b) is electrically connected to operate at least two electrodes-unit (6a, 6b).)

具体实施方式

应当理解，在如实施方式所示的所有应用中，可以使用通用的电压源。

图1示出了电阻加热器(欧姆加热器)的基本原理。要加热的流体以连续流被引导通过加热腔室1。两个导电板(被设置在腔室1中的电极4a、4b)与流体接触；随后向电极4a、4b提供电压。这使流过流体(例如水)的当前流被加热。流体表示产生功率损耗或功率耗散的电阻。这种功率损耗在流体中转化为热量。因此，流体用作加热元件，并且热量直接在流体中产生。

图2A示出了本系统的基本原理。通过变频器10将市电电压斩波成多个高频部分，以便增加电压频率。电极4a、4b通过电流隔离装置5被去耦合或去连接。流体流过腔室1并随后在施加市电电压时被加热。另外，具有不同电极距离的多个这种系统可以一个接一个地级联或布置，以便覆盖通过加热腔室的流体的较大电导率范围。

在图2B的实施方式中，电流隔离装置5被设置为电容器5a、5b。电极4a、4b和电容器5a、5b分别形成电极-电容器单元6a、6b。

电流隔离装置5也可以被设置为隔离变压器5c(见图2C)。

电容器具有优于变压器的优点，因为它们更小，重量更轻，更便宜并且产生更少的功率损耗。然而，缺点是与变压器相比，电容器具有更大的漏电流(即，在接地故障的情况下流动的电流)。

根据如图2D所示的实施方式，附加元件11被布置在电极-电容器路径中。附加元件11可以是用于补偿容抗和用于增加流体中的转换功率的线圈。这使无功功率最小化。

根据如图2E所示的实施方式，附加元件11也可以被并联和串联布置。

图2F的实施方式示出了一种系统，其中，电容器连接到线圈以进行谐振耦合，而图2G的实施方式示出了一种系统，其中，变压器连接到电感器-电容器网络以进行谐振耦合。以这种方式，可以优化传递行为。

图2H的实施方式示出了表示利用具有电感L1和L2的两个感应线圈以及理想变压器T的实际变压器的行为的等效电路图。线圈的电感由实际变压器的构造和几何形状确定。夹具K1连接至变频器，夹具K2连接至加热腔室的电极。

根据图2I的实施方式，可以并行操作多个加热室。

在图2J的实施方式中，借助开关，例如机电继电器将多个电极对添加到系统中，以便更进一步地扩展其中系统可靠地操作的电导率范围。

图2K示出了具有冷却单元的系统的示例。在这里，电气组件的废热用于预加热要加热的流体。部件热连接至冷却体12，冷却体12随后由进入的流体冷却。然后，经预加热的流体流入加热室1，在加热室1中，流体被加热到所需的最终温度。

在图3A和图3B中，示出了作为变频器的全桥接布置。在这里，作为电流隔离装置(图3A)的电容器5a、5b或作为电流隔离装置(图3B)的隔离变压器5c耦接至各自的电极4a、4b，形成电极-电容器单元6a、6b或变压器-电极-对单元。

电极电容器单元6a、6b(或变压器-电极-对单元)中的每一个又由包括四个开关2的切换装置连接和控制，其中，在两个开关之间具有一个中心抽头7。开关2由控制单元3控制(参见图6)，控制单元3分别通过S1、S2、S3、S4连接至每个开关。

电路的市电电压由电压源8提供(参见图5)。通过使用二极管整流器形式的整流器9对市电电压进行整流。

在图4中，示出了作为变频器的半桥接布置。与全桥接布置相比，这种半桥接布置仅包括两个开关。中心抽头7被放置在较低电位或较高电位上，以交替进行电压和频率斩波。

示例1

根据本发明的变频器由具有四个电子开关(S1、S2、S3、S4)例如FET、IGBT等的桥接电路构成(参见图3)。桥接电路可以被实现为全桥接或半桥接。

两个开关之间有中心抽头，即开关S1与S2之间的一个中心抽头和开关S3与S4之间的第二中心抽头。

将净频率为50至60Hz的110至240V的市电电压施加到电路。通过使用二极管整流器形式的整流器对市电电压进行整流。

电子开关以电压的极性在中心抽头上交变的形式由微控制器控制。这产生与市电电压幅度相同但频率增加的电压。

通过控制微控制器可以改变频率。施加大于200kHz，优选300kHz(图6、图7)的频率fp用于欧姆加热以进行再极化以防止电解。然而，施加的频率取决于流体和加热器的性能，并且必须针对每个新装置来确定。

电极和电容器(或变压器)连接至桥接电路的中心抽头。电极可以由任何合适的材料组成，例如铝。

示例2：欧姆加热装置在咖啡机中的应用

在现有技术的咖啡机中，使用各种加热机构来加热所需的流体或产生蒸汽。这些机构包括燃气锅炉、电锅炉、蒸汽喷射或在两种不同温度下混合流体。

利用基于根据本发明的欧姆加热技术的新型连续流加热设备，现在可以替代加热各种流体，例如水、牛奶、牛奶泡沫或糖浆。为了利用单个系统产生添加牛奶的四种变化；冷/热牛奶和冷/热牛奶泡沫，可以在能够在冷态下发泡牛奶或只是输送冷牛奶的牛奶加工单元之后使用欧姆加热设备，如图8所示。

欧姆加热设备不一定必须被放置在咖啡机中并且可以被放置在牛奶加工单元之后的某处。因此，通过这种设置，可以通过打开或关闭不同组合的两个模块来生成所有四种乳制品。这提供了以下优点：所需的乳制品可以在不需要绕过加热设备的简单和流线型设置中输送，或使用现有技术解决方案所需的蒸汽注射机构。

提供咖啡机所需的各种温度的水，以提供不同类型的产品，例如咖啡、茶水、蒸汽或粉末产品；如今，使用锅炉、流加热器、热水和冷水的混合物或所提及的制备方法的组合。

利用根据本发明的欧姆加热设备，如图9和图10所示，通过在常规锅炉之后将该欧姆加热设备用作增压级或独立的连续流加热器，可以简化水制备。

使用欧姆加热设备来加热水优于当前解决方案的优点是能够设定精确的出口温度、出口温度的即时变化、无备用功率消耗以及由于加热设备的尺寸急剧减小而引起更少的维护。

利用欧姆加热设备的上述设置也可以用于通过使水过热而水被释放到大气压时变成蒸汽来产生蒸汽。