一種用於加熱液體的裝置的製作方法

2023-05-12 09:17:21

專利名稱：一種用於加熱液體的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種飲料機中的用於加熱液體的裝置。
背景技術：
一種用在一熱飲機中的液體加熱模塊是已知的。受讓人的專利申請WO 01/54551涉及一種用在一熱飲機中的液體加熱模塊，該模塊包括一金屬材料製成的中空管、一設置在該中空管內的柱狀插入件、至少一個在該管外側的第一部分上用於預熱液體的電阻以及至少另一個在該管外側的第二部分上用於調節流經該管的液體的溫度的電阻。該技術方案的問題在於，電阻並聯工作並因而有較高的能量需求，這是因為所述電阻增加了對能量的要求，當液體溫度需要較大程度的升高時，對能量的要求可以達到很高的水平。
本發明的目的也是一種在一熱飲機中的用於加熱液體的裝置，其中，功率需求的變化不太重要，能夠快速達到液體目標溫度，並能夠在所述液體到達一萃取頭或其它部件時對液體溫度進行精確的調節。

發明內容
本發明涉及一種在一熱飲機中的用於加熱液體的裝置，其包括-至少一組由至少兩個電阻組成的組件，其中，所述電阻電連接在一起以便單獨地或者與同一組的一個或多個電阻串聯地使用每組中的一個電阻，-至少一個獨立的電阻以及至少一組由至少兩個電阻組成的組件，其中，所述電阻電連接在一起以便單獨地使用一組中的第一電阻或者與同一組的後續電阻中的一個或多個串聯地使用該第一電阻，所述電阻將最大限度的能量傳遞至液體流，並且可以對液體溫度進行較精確的控制。
在該裝置的第一實施例中使用了已知的傳統電阻。在這種情況下，對使用的電阻沒有嚴格的要求可以使用本領域技術人員已知的所有可能的電阻。在第二實施例中，使用的電阻放置在一基板上。該基板可為任何類型的材料。優選地，該基板具有良好的熱傳導性和較低的熱容量。該基板優選為一金屬或陶瓷材料。
根據第二實施例，優選地將電阻製成下列形式之一電線和厚膜。厚膜技術在電子領域中是已知的並且現在用於製造電阻。該技術在一由石英、金屬、礬土或氧化鈹製成的基板上使用導電油墨(糊狀)。如前所述，優選的是一金屬基板。
電阻具有最高可達15-70Watt/cm2的功率密度。電阻的該功率密度可使水的溫度很快地從室溫上升到大約85-90℃。為使中空管具有良好的電絕緣性，優選地在所述管外側電阻下方設置瓷漆。該漆的厚度一般在100和300微米之間。最後，中空管的電阻覆蓋有一非導電材料，例如一層瓷漆或塑料。該絕緣體既可以是一管也可以是一非導電材料層。
必須在本發明裝置中加熱的液體並不是關鍵的，其可以為任何類型的液體或流體。優選地，被加熱的液體為例如用於製備茶、咖啡或其它類型的飲料的水。也可以加熱例如用於製備可可飲料的牛奶。該加熱器還可用於加熱可泵吸的流體或糊狀物，如湯或調味汁。也可以考慮產生蒸汽以便例如直接加熱一杯子中的水或用於使牛奶發泡。可以考慮將本發明的裝置用於小型機器例如咖啡機或者較大的機器例如自動售貨機。
本發明的重要特徵是利用串聯的電阻來使用本裝置，這一點很重要，因為在至少三個電阻的情況下，使用功率P並不總是單個電阻的功率相加，而是例如在n個電阻串聯的情況下為Ptotal＝(P1×P2×...Pn)/(P1+P2+...+Pn)。
效果是可以較好地適應所需功率，並且在機器的出口達到一較精確的溫度。下文將參考附圖和示例進行說明。
對於具有電阻的加熱用裝置，其構造成具有至少一組由至少兩個電阻組成的組件，並且在一咖啡機的情況下為1-5個電阻，在一自動售貨機的情況下可以為1-10個電阻。對於本發明的裝置，具有至少一個獨立的電阻以及至少一組由至少兩個電阻組成的組件，並且在一咖啡機的情況下為2-5個電阻，在一自動售貨機的情況下為1-10個電阻。所述電阻既可以設置在一管上也可以設置在一扁平基底上。
在電阻在一管上的情況下，用於中空管的材料為一金屬。優選地，該管由不鏽鋼製成。管的大小可根據應用類型而不同。例如，如果用於一咖啡機，該管直徑可為大約6-20mm且長度可為大約100-200mm。該管的厚度為大約1-4mm。在用於一自動售貨機的情況下，該管的直徑為大約30-50mm且長度為大約200-400mm。該管的厚度與前例(用於一咖啡機的管)相同。
該中空管的長度與其直徑的比值在大約5和大約40之間。
在一管上具有電阻的根據本發明的加熱模塊還包括沿中空管的整個長度並基本沿中空管的對稱軸線設置在該中空管內部的一柱狀插入件。一插入件的設置通過提高水速-這增加了傳遞係數-而增加從管表面到液體的熱傳遞。當形成一湍流時達到最佳速度。這允許良好的能量傳遞並能快速地加熱水。該插入件由食品級的塑料、金屬或陶瓷材料製成。該插入件優選地為一低熱容量及傳導率材料，例如塑料以及尤其是特氟綸(Teflon)，但也可為另一種食品級材料。中空管直徑和插入件直徑的比值在1和5之間。該插入件既可以是固定的也可以繞其對稱軸線旋轉。在一旋轉插入件的情況下，所述插入件與一設置在該插入件下部的流量計的一旋轉輪相連，從而可以由以一切線角流到流量計推進器上的流動的冷水推動。可旋轉的柱狀插入件包括一金屬絲刷。這些金屬刷束在一縱向平面內(在插入件的僅一側或兩個對稱側)或者以一螺旋方式例如1個或2個螺線集合穿過該插入件。它們只設置在中空管內的插入件部分中。該刷應具有適當的機械張力和強度以便能夠除去內管面的水垢。刷束的兩端應該以90°稍微接觸管的內表面。應該將所有刷束設計為當插入件由流量計推進器推動而旋轉時將水向上推。
該插入件也可為一空心件，這將引起部分熱水回流以便與冷水混合，並且當水被加熱時促進水的混合。
該插入件也可以在其外表面上具有螺旋槽這是一個較好的技術方案，可以迫使液體流入通道並形成一湍流，從而有利於快速加熱到所需溫度。最後，可以繞該插入件設置一彈簧。
在電阻設置在一扁平基底上的情況下，通道在一用於液體流動的結構內，所述通道沿電阻的路徑定位。在這種情況下，既可以將電阻設置在該結構的僅一側，也可以將電阻設置在該結構的兩側。用於液體流動的通道具有一減小的截面積，以使液體的速度形成一湍流。
本發明的液體加熱模塊用作為製備飲料而加熱液體的一機器的一部分。本發明還涉及一種用於加熱液體的設備，它包括-一液體供應源，-一用於供應所述液體的泵，-一如前所述的用於加熱液體的裝置，其中，所述液體從該液體供應源經所述設備中的一管或通道流動，-一用於已加熱液體的出口的通路，該通路或者通過一待萃取的物質或者在一用於混合所述已加熱液體與一粉末的混合器中。
根據第一實施例，該液體加熱模塊是一咖啡機或基於萃取如咖啡或茶等物質的另一類似機器的一部分。在這種情況下，既可以直接萃取該物質-例如一咖啡床(bed of coffee)和然後一濃縮咖啡(espresso)機，也可以在已準備好的筒或盒中萃取該物質-例如歐洲專利No.512468和No.602203中涉及的物體。
根據第二實施例，本發明的設備用於自動售貨機，在該機器處消費者可直接獲得茶杯、咖啡杯或可可杯，其中已加熱液體僅在被傳送到一杯子中之前才與相應的粉末混合。
本發明的裝置也集成有其它咖啡機或自動售貨機中具備的常用元件，例如一閥、一溫度控制器、一流量計。
本發明最後涉及一種用於上述裝置的方法，其中，控制電阻和/或電阻組中的電功率以便實時地向液體提供所需的能量，以根據能量平衡達到液體目標溫度。
根據該方法，對於一咖啡機，(液體的)流速在50-300ml/min；對於一自動售貨機，(液體的)流速在300-5000ml/min。
本發明的方法的一優點是，該機器總能即時提供在所需溫度下的熱水或蒸汽，而不會在準備階段消耗能量。例如，消費者將機器置於「on」位置的時刻和機器準備製備咖啡的時刻之間不再有等待時間。當消費者決定製備咖啡時，所述泵使水流入管內第一電阻的高度，然後泵停止工作並且第一電阻將水加熱到大約72℃。當在第一電阻下加熱水所必需的能量已經被傳遞後，泵再次起動，並使水填充所述管至第二電阻的高度。然後，該第二電阻將由第一電阻加熱的72℃的冷水加熱到大約80℃，並且同時第一電阻將新送入的室溫下的冷水加熱到72℃。泵再次起動，並使水填充所述管至第三電阻的高度，然後第二和第三電阻串聯式電連接以便將水加熱到86℃，而第一電阻將新的冷水從室溫加熱到72℃。然後，泵再次起動，並且水被連續加熱(泵不停止工作)以萃取杯中的咖啡。根據咖啡的情況，該過程大約需要20至30秒。對下一杯咖啡，重複同樣的過程。
另一技術方案為(使水)以一降低的流速(例如通過改變泵的頻率)填充至最後一個電阻的高度，並且一旦到達該最後一個電阻(的高度)便以最高流速開始(流動)。
下面參考一示例對本發明進行詳細說明。
示例在本示例中有三個電阻，其中R1＝750W，R2＝660W和R3＝1300W。在本實施例中R1是獨立的，R2可以是獨立的或者與R3串聯。這意味著可以得到下列功率輸出R1 750WR2 660WR1 R2 1410W
R2+R3438WR1，R2+R31188W計算是根據上述公式進行的。如該表中清楚所示，根據本發明不能將這三個電阻相加，這意味可以較好地適應溫度而無需較大的功率需求。該管為一直徑為20mm且長度為170mm的不生鏽的中空管。所述插入件由特氟綸製成，其直徑為16mm且長度與中空管相同。水以50-200ml/min的流速流動。在4秒內達到所需溫度。


下面參考附圖對本發明進行詳細說明，其中圖1是一種根據示例1的一用於萃取封閉筒的咖啡機中的加熱液體用裝置的示意圖；圖2是第一實施例中的加熱用裝置的示意圖；圖3是圖2的放大示意圖；圖4是第二實施例中的加熱用裝置的示意圖。
具體實施例方式
根據圖1，該咖啡機包括一通過一管2連接到一流量計3以及一將冷水傳送至用於加熱水的裝置5的泵4上的冷水箱1。該裝置5有三部分一獨立的第一電阻R1以及兩個串聯連接的電阻R2、R3。這些電阻通過(電線)6、7連接到電源上。在裝置5的出口處，熱水流經一導管8並經過(導管)11到達一容納烘焙及研磨咖啡的筒9中。該筒為根據歐洲專利No.512468的在壓力下打開的一密封筒。用於飲用的咖啡流入一杯10中。該咖啡機還包括一冷水溫度傳感器12、一熱水溫度傳感器13以及分別設置在電阻R1、R2之間和R2、R3之間的傳感器14、15。根據本發明還可在該加熱裝置的出口設置一用於產生蒸汽的導管16。在電路中，開關S1、S2、S3是操作咖啡機所必需的。
該咖啡機如下操作消費者放置一筒9並啟動機器。泵4使冷水從冷水箱1經由管2流動以到達(電阻)R1的高度，然後泵4停止工作。此時，只有開關S1閉合，(電阻)R1處於電壓下並將水加熱到大約72℃。當必需的能量已從該第一電阻傳遞給水以後(通過能量平衡計算)，泵再次運轉並使水流至(電阻)R2的高度，泵再次停止工作並且開關S1、S2閉合。當在第二電阻下加熱水所必需的能量已通過所述第二電阻傳遞以達到大約80℃，而且在第一電阻下加熱水所必需的能量已通過所述第一電阻傳遞以達到72℃時，泵再次運轉並使水流至第三電阻的高度。然後，開關S1、S3閉合而(開關)S2打開，以使得這三個電阻可將能量傳遞給水以便在裝置的出口處將水加熱到大約86℃。泵的操作和加熱連續進行，從而將熱水送到萃取頭。
圖2和圖3給出了一管子形式的加熱器的較詳細的視圖。該加熱器20具有一入水口21和一出水口22。一插入件23位於該管內並在其外側具有螺旋槽25因此迫使水通過通路26。在該管的外側24上設置有電阻R1、R2和R3(未示出)，這些電阻根據上述方法對水進行加熱。
圖4顯示了一扁平狀的加熱器30。其中有一入水口31和一出水口32。水流經通道33。根據本實施例，可在該加熱器的一個或兩個表面上設置1至5個電阻(未示出)。
權利要求
1.一種飲料機內的用於加熱液體的裝置，包括-至少一組由至少兩個電阻組成的組件，其中，所述電阻電連接在一起以便單獨地或者與同一組的一個或多個電阻串聯地使用每組中的一個電阻；-至少一個獨立的電阻和至少一組由至少兩個電阻組成的組件，其中，所述電阻電連接在一起以便單獨地使用一組中的第一電阻或者與同一組的後續電阻中的一個或多個串聯地使用該第一電阻，所述電阻將最大限度的能量傳遞至液體流，並且可以對液體溫度進行較精確的控制。
2.一種根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述電阻系統設置在一管上，所述液體在該管中流動。
3.一種根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，還包括一沿所述管的整個長度並基本沿該管的對稱軸線設置在該管內的柱狀插入件。
4.一種根據權利要求2或3中的任一項所述的裝置，其特徵在於，所述插入件在其外表面上包含螺旋槽。
5.一種根據權利要求2至4中的任一項所述的裝置，其特徵在於，繞所述插入件設置有一彈簧。
6.一種根據權利要求2至5中的任一項所述的裝置，其特徵在於，所述管的長度和直徑的比值在大約5和大約40之間。
7.一種根據權利要求3至5中的任一項所述的裝置，其特徵在於，所述插入件為從下列材料中選取的一絕緣材料塑料、金屬和陶瓷。
8.一種根據權利要求3、4或7中的任一項所述的裝置，其特徵在於，所述插入件是固定的或者可沿其對稱軸線旋轉。
9.一種根據權利要求3至8中的任一項所述的裝置，其特徵在於，所述插入件由於與一設置在該插入件下部的流量計的一旋轉輪相連而旋轉。
10.一種根據權利要求9所述的裝置，其特徵在於，所述可旋轉的柱狀插入件包含一絲刷。
11.一種根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述電阻系統設置在一扁平基底上，液體流經沿電阻路徑定位的通道。
12.一種根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於，所述用於液體流動的通道具有一減小的截面積，以使液流形成一湍流。
13.一種根據權利要求1至12中的任一項所述的裝置，其特徵在於，不同的電阻製成下列形式之一電線、厚膜電阻。
14.一種根據權利要求1至13中的任一項所述的裝置，其特徵在於，所述電阻具有最高可達15-70Watt/cm2的功率密度。
15.一種根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述中空管在其外側電阻下方包含瓷漆。
16.一種根據權利要求1至15中的任一項所述的裝置，其特徵在於，所述電阻覆蓋有一非導電材料或者由一非導電材料絕緣。
17.一種用於加熱液體的設備，包括-一液體供應源，-一用於供應所述液體的泵，-一根據權利要求1至16中的任一項所述的用於加熱液體的裝置，其中，所述液體從所述液體供應源流經所述設備中的一管或通道，-一用於已加熱液體的出口的通路，該通路或者通過一待萃取的物質或者在一用於混合所述已加熱液體與一粉末的混合器中。
18.一種用於加熱根據權利要求17所述的系統的方法，其特徵在於，控制電阻和/或電阻組中的電功率以便實時地向液體提供所需的能量，以根據能量平衡達到液體目標溫度。
19.一種根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，對於一咖啡機，液體的流速在50-300ml/min，對於一自動售貨機，液體的流速在300-5000ml/min。
全文摘要
本發明涉及一種飲料機內的用於加熱液體的裝置，其包括至少一組由至少兩個電阻組成的組件，其中所述電阻電連接在一起以便單獨地或與同一組的一個或多個電阻串聯地使用每組中的一個電阻；至少一個獨立的電阻以及至少一組由至少兩個電阻組成的組件，其中，所述電阻電連接在一起以便單獨地使用一組中的第一電阻或者與同一組的後續電阻中的一個或多個串聯地使用該第一電阻，所述電阻將最大限度的能量傳遞至液體流，並且可以對液體溫度進行較精確的控制。
文檔編號H05B3/00GK1668235SQ03816575
公開日2005年9月14日 申請日期2003年7月3日 優先權日2002年7月12日
發明者C·布瑟馬特, 胡如國, J-B·普澤爾 申請人:雀巢技術公司