NL1017238C2

NL1017238C2 - Heating element, especially for water in espresso machine, comprises inner and outer mantles acting as heat source and defining flow passages in between

Info

Publication number: NL1017238C2
Application number: NL1017238A
Authority: NL
Inventors: Simon Kaastra; Elze Sennema; Johannes Gerardus Mari Gelinck
Original assignee: Ferro Tech Bv
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2002-07-31

Abstract

The heating element comprises an outer mantle (2) and an inner mantle (1), at least one of which acts as a heat source. At least one flow passage (6) is formed between the two mantles, which are joined together. An Independent claim is also included for a method of making the heating elements, by placing an oversize outer mantle over the inner mantle and then reducing the external diameter of the outer mantle so that the two mantles become clamped together.

Description

. '. "

Verwarmingselement en werkwijze ter vervaardiging van een dergelijk verwarmingselementHeating element and method for manufacturing such a heating element

De uitvinding heeft betrekking op een verwarmingselement voor het verwarmen van een 5 stromend medium, omvattende een buitenmantel en een binnenmantel, ten minste één van welke mantels fungeert als warmtebron. De uitvinding heef t tevens betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een verwarmingselement.The invention relates to a heating element for heating a flowing medium, comprising an outer jacket and an inner jacket, at least one of which jackets functions as a heat source. The invention also relates to a method for manufacturing a heating element.

Het verwarmen van een medium zoals bijvoorbeeld water in een espressoapparaat 10 geschiedt veelal door het medium (water) door een verwarmde buis te laten stromen. De hiertoe geëigende verwarmingselementen worden gekenmerkt doordat zij niet continue warm zijn maar slechts bij vraag naar verwarm medium (water) werkzaam zijn. Voor een snelle werking is het van belang dat het te verwannen medium over een relatief groot oppervlak contact maakt met het verwarmingselement (de verwarmde buis).The heating of a medium such as, for example, water in an espresso machine 10 is often effected by having the medium (water) flow through a heated tube. The appropriate heating elements for this purpose are characterized in that they are not continuously hot, but are only effective when there is a demand for heating medium (water). For rapid operation, it is important that the medium to be heated makes contact with the heating element (the heated tube) over a relatively large surface.

15 Bovendien is het vanuit het oogpunt van doelmatige warmteoverdracht en om neerslag van vaste componenten van het medium te voorkomen gewenst een minimale doorstoomsnelheid in het verwarmingselement (de verwarmde buis) te creëren.Moreover, from the viewpoint of efficient heat transfer and to prevent precipitation of solid components of the medium, it is desirable to create a minimum flow rate in the heating element (the heated tube).

Volgens de stand der techniek is het bekend in een verwarmde buis een kem te plaatsen waardoor de vloeistof gedwongen wordt met grotere snelheid door de resterende 20 ringvormige opening tussen de buis en de kem te stromen. De kem moet zodanig zwaar worden uitgevoerd dat deze bestand is tegen een druk van ten minste 12 Bar, welke kan optreden in een espressoapparaat. Een nadeel van deze constructie is dat de totale massa van het verwarmingselement (de verwarmde buis en de kem) toeneemt hetgeen de responstijd en het energieverbruik van het verwarmingselement (vanwege de grotere 25 warmtecapaciteit van het verwarmingselement) ook doet toenemen.According to the state of the art it is known to place a core in a heated tube, whereby the liquid is forced to flow through the remaining annular opening between the tube and the core at a higher speed. The core must be so heavy that it can withstand a pressure of at least 12 Bar, which can occur in an espresso machine. A drawback of this construction is that the total mass of the heating element (the heated tube and the core) increases, which also increases the response time and the energy consumption of the heating element (due to the greater heat capacity of the heating element).

Doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een verwarmingselement van het in aanhef genoemde type waarmee op een meer doelmatige en snellere wijze dan volgens de stand der techniek een stromend medium kan worden verwarmd.The object of the present invention is to provide a heating element of the type mentioned in the preamble with which a flowing medium can be heated in a more efficient and faster manner than according to the prior art.

3030

De uitvinding verschaft daartoe een verwarmingselement van het in aanhef genoemde type, waarbij de binnenmantel en de buitenmantel op elkaar aansluiten en waarbij tussen de mantels ten minste één doorvoer is bepaald. Door het op elkaar aansluiten van de binnenmantel en de buitenmantel steunen de mantels op elkaar af, hetgeen de stevigheid 1 0 1 723 00210B5.nl.wpd t i -2- van het samenstel vergroot. Door de vergrote stevigheid kan het samenstel minder zwaar worden uitgevoerd dan volgens de stand der techniek. Een minder zware constructie van de binnenmantel en/of de buitenmantel betekend dat één of beide mantels lichter kunnen worden uitgevoerd. De lichtere constructie van ten minste één 5 van de mantels betekent dat het samenstel van de mantels sneller en met minder energie tot een werktemperatuur kan worden gebracht doordat er minder wannteaccumulatie plaatsvindt in de mantels. Nog een voordeel is dat het mantelsamenstel, en een apparaat waarvan het mantelsamenstel deel uitmaakt lichter, compacter en goedkoper kan worden uitgevoerd.To this end, the invention provides a heating element of the type mentioned in the preamble, wherein the inner jacket and the outer jacket connect to each other and wherein at least one bushing is determined between the jackets. By connecting the inner jacket and the outer jacket to each other, the jackets support each other, which increases the firmness of the assembly. Due to the increased rigidity, the assembly can be of less heavy design than according to the prior art. A less heavy construction of the inner jacket and / or the outer jacket means that one or both jackets can be made lighter. The lighter construction of at least one of the jackets means that the assembly of the jackets can be brought to a working temperature faster and with less energy because less heat accumulation takes place in the jackets. Another advantage is that the casing assembly, and a device of which the casing assembly forms a part, can be made lighter, more compact and cheaper.

1010

In een voorkeursuitvoering heeft het verwarmingselement een doorvoer die een lengte heeft die groter is dan de lengte waarover de mantels op elkaar aansluiten. Dit kan bijvoorbeeld worden gerealiseerd doordat de buitenzijde van de binnenmantel van een geprofileerd oppervlak is voorzien en/of doordat de binnenzijde van de buitenmantel 15 van een geprofileerd oppervlak is voorzien. Zo kan het geprofileerde oppervlak zijn voorzien van ten minste één spiraalvormige ril. Door de relatief lange doorvoer (langer dan de lengte waarover de mantel aansluiten) kan het contactoppervlak van het medium met ten minste één van de mantels relatief groot worden uitgevoerd waarbij gelijktijdig het te verwarmen medium met grotere stoomsnelheden door de doorvoer kan worden 20 verplaatst en de gewenste temperatuur van het medium kan worden bereikt. Door een profilering van de binnen- en/of de buitenmantel, bijvoorbeeld in de vorm van een enkele of meervoudige spiraalvormige ril, wordt bij een klempassing van de binnenmantel in de buitenmantel zo een langere doorvoer tussen de mantels bepaald, die in het geval van een oppervlak met een spiraalvormige ril spiraalvormig is.In a preferred embodiment, the heating element has a lead-through that has a length that is greater than the length over which the jackets connect to each other. This can for instance be realized in that the outside of the inner jacket is provided with a profiled surface and / or in that the inside of the outer jacket 15 is provided with a profiled surface. The profiled surface can thus be provided with at least one spiral groove. Due to the relatively long throughput (longer than the length over which the jacket connects), the contact surface of the medium with at least one of the jackets can be made relatively large, while at the same time the medium to be heated can be moved through the throughput at greater steam speeds and the desired temperature of the medium can be achieved. By profiling the inner and / or outer casing, for example in the form of a single or multiple spiral groove, a longer passage between the casings is thus determined during a clamping fit of the inner casing in the outer casing, which in the case of a surface with a spiral groove is spiral.

2525

In een andere voorkeursuitvoering van het verwarmingselement sluiten de binnenmantel en de buitenmantel op elkaar aan onder tussenkomst van een scheidingselement. Een dergelijk element kan bijvoorbeeld worden gevormd door een spiraal of helix, maar het is ook mogelijk hiervoor een rond de binnenmantel gewikkelde draad te gebmiken. Met 30 zo een scheidingselement kan een vergelijkbare functionaliteit worden gecreëerd als met een mantel met een geprofileerd oppervlak. Het scheidingselement sluit bij voorkeur met een klempassing aan op zowel de binnen- als de buitenmantel om aldus de 1017238¾ „ r -3- verlengde doorvoer tussen de mantels te bepalen waarmee de voordelen kunnen worden gerealiseerd zoals reeds bovengaand beschreven.In another preferred embodiment of the heating element, the inner jacket and the outer jacket connect to each other through the intermediary of a separating element. Such an element can for instance be formed by a spiral or helix, but it is also possible to use a wire wound around the inner jacket for this purpose. With such a separation element, comparable functionality can be created as with a jacket with a profiled surface. The separating element preferably connects to both the inner and the outer jacket with a clamp fit so as to determine the extended passage between the jackets with which the advantages can be realized as already described above.

In nog een andere voorkeursuitvoering van het verwarmingselement is de buitenmantel 5 en/of de binnenmantel voorzien van een elektrisch verwarmingsspoor. Voor een doelmatige warmteoverdracht heeft het daarbij de voorkeur dat het verwarmingsspoor is aangebracht ter hoogte van de doorvoer. Elektrische verwarmingssporen kunnen op eenvoudige wijze worden gecombineerd met ten minste één van de mantels, zijn weinig onderhoudsgevoelig, kunnen eenvoudig en snel worden geactiveerd, en zij kunnen 10 worden uitgevoerd met toereikende capaciteit. Voor een goede warmteoverdracht heeft het voorts de voorkeur dat ten minste één van de mantels is vervaardigd uit een metaal. Bij toepassing van metaal voor de binnenmantel kan deze vanwege de relatief grote sterkte van het verwarmingselement een dikte hebben van maximaal 1,0 mm, bij voorkeur maximaal 0,5 mm. Het probleem dat een vrij hangende kern van een 15 dergelijke constructie in een buitenmantel is dat deze door de druk van het medium gedeeltelijk zal worden samengedrukt. Door de constructie overeenkomstig de uitvinding zal de kern niet worden samengedrukt. Bij samendrukking van de kem zal er gewoonlijk ook een deel van de wand van de kem buiten de oorspronkelijke contour van de kem worden gedrongen. Dit naar buiten wijken van een deel van de wand van de 20 kem is in de constructie overeenkomstig de uitvinding niet mogelijk; dit wordt voorkomen door de buitenwand. Aldus zal ook een kem met een relatief dunne wand niet worden samengedrukt in het verwarmingselement overeenkomstig de uitvinding.In yet another preferred embodiment of the heating element, the outer jacket 5 and / or the inner jacket is provided with an electric heating track. For efficient heat transfer, it is thereby preferred that the heating track is arranged at the level of the bushing. Electric heating traces can be combined in a simple manner with at least one of the jackets, are low in maintenance, can be activated simply and quickly, and can be designed with sufficient capacity. For a good heat transfer it is furthermore preferred that at least one of the jackets is made of a metal. When metal is used for the inner jacket, it can have a thickness of at most 1.0 mm, preferably at most 0.5 mm, because of the relatively high strength of the heating element. The problem that a free-hanging core of such a construction in an outer casing is that it will be partially compressed by the pressure of the medium. Due to the construction according to the invention, the core will not be compressed. When the core is compressed, a part of the core wall will usually also be forced outside the original contour of the core. This outward movement of a part of the wall of the core is not possible in the construction according to the invention; this is prevented by the outer wall. Thus also a core with a relatively thin wall will not be compressed in the heating element according to the invention.

De uitvinding verschaft tevens een werkwijze voor het vervaardigen van een 25 verwarmingselement zoals bovengaand beschreven, waarbij de buitenmantel met overmaat rond de binnenmantel wordt gebracht en het samenstel van buitenmantel en binnenmantel vervolgens tot een vernauwde buitenomtrek wordt temggebracht zodanig dat de mantels met een klempassing op elkaar aansluiten. De diameter van het samenstel kan bijvoorbeeld worden temggebracht door het door een treksteen te voeren. Met 30 behulp van een dergelijke werkwijze kunnen de binnen- en buitenmantel (en eventueel het scheidingselement) op eenvoudige wijze worden samengevoegd terwijl deze vervolgens toch onder een aanzienlijke voorspanning worden geplaatst. De aansluiting 1 o i i '/ -4- van binnen- en buitenmantel kan zo (op een deel van het oppervlak van de mantels) mediumdicht worden uitgevoerd.The invention also provides a method for manufacturing a heating element as described above, wherein the outer casing is excessively brought around the inner casing and the assembly of outer casing and inner casing is subsequently brought to a narrowed outer circumference such that the casings are clamped to each other to connect. The diameter of the assembly can be reduced, for example, by passing it through a draw block. With the aid of such a method, the inner and outer casing (and optionally the separating element) can be assembled in a simple manner, while these are nevertheless placed under considerable prestress. The connection of the inner and outer jacket can thus be made medium-tight (on a part of the surface of the jackets).

De binnenmantel en/of de buitenmantel kan van een geprofileerd oppervlak worden 5 voorzien, zoals een helix vormig uitkragende ril, door hydro-vormen. Een dergelijke bewerking is snel, eenvoudig en levert een nauwkeurig beheersbaar resultaat.The inner casing and / or the outer casing can be provided with a profiled surface, such as a helical projecting groove, by hydroforming. Such an operation is quick, easy and delivers an accurately manageable result.

De uitvinding zal verder worden verduidelijkt aan de hand van de in navolgende figuren weergegeven niet-limitatieve uitvoeringsvoorbeelden. Hierin toont: 10 figuur 1 een perspectivisch aanzicht op een verwarmingselement met aansluitkap overeenkomstig de uitvinding, figuur 2 een zijaanzicht op een binnenmantel van een verwarmingselement overeenkomstig de uitvinding, en figuur 3 een detailaanzicht van een doorsnede door een deel van een samenstel van een 15 buitenmantel en een binnenmantel.The invention will be further elucidated with reference to the non-limitative exemplary embodiments shown in the following figures. Herein: figure 1 shows a perspective view of a heating element with connecting cap according to the invention, figure 2 shows a side view of an inner jacket of a heating element according to the invention, and figure 3 shows a detail view of a section through a part of an assembly of an outer jacket and an inner jacket.

Figuur 1 toont een samenstel van een binnenmantel 1 en een buitenmantel 2 die op elkaar aansluiten. Tussen de binnenmantel 1 en de buitenmantel 2 kan een medium worden gevoerd dat daarbij wordt verwarmd. Op het samenstel van de binnenmantel 1 20 en een buitenmantel 2 wordt een medium gebracht middels een aansluitkap 3. In de aansluitkap 3 is een toevoeropening 4 aangebracht welke middels een boring 5 aansluit op een tussenruimte 6 welke de doorvoer tussen de binnenmantel 1 en een buitenmantel 2 vormt. In de aansluitkap 3 is tevens een ruimte 17 voorzien voor het opnemen van bijvoorbeeld een temperatuur-sensor 18 welke sensor 18 middels een moer 19 in de 25 ruimte 17 is geborgd. In de praktijk zal met name aan de uitloopzijde van een samenstel van een binnenmantel 1 en een buitenmantel 2 worden voorzien van een sensor 18.Figure 1 shows an assembly of an inner jacket 1 and an outer jacket 2 that connect to each other. A medium can be passed between the inner jacket 1 and the outer jacket 2, which medium is thereby heated. A medium is applied to the assembly of the inner casing 1 and an outer casing 2 by means of a connecting cap 3. In the connecting cap 3 a supply opening 4 is provided which connects via a bore 5 to an intermediate space 6 which the passage between the inner casing 1 and an outer casing 2. A space 17 is also provided in the connecting cap 3 for receiving, for example, a temperature sensor 18, which sensor 18 is secured in the space 17 by means of a nut 19. In practice, a sensor 18 will be provided in particular on the outlet side of an assembly of an inner jacket 1 and an outer jacket 2.

De binnenmantel 1 is voorzien van een helixvormige uitkragende rand 7 welke rand 7 zo goed mogelijk mediumdicht aansluit op de buitenmantel 2. Hierdoor is ook de 30 doorvoer (of tussenruimte) 6 helixvormig. Het medium dat in de doorvoer 6 wordt gebracht zal vervolgens een in hoofdzaak helixvormige weg afleggen. Voor een 1 0 1 723 8 ^ f -5- mediumdichte aansluiting van de binnenmantel 1 en een buitenmantel 2 op de aansluitkap 3 is voorzien in o-ringen 8.The inner jacket 1 is provided with a helical protruding edge 7, which edge 7 connects as well as possible medium-tight to the outer jacket 2. As a result, the lead-through (or space) 6 is also helical. The medium that is introduced into the passage 6 will then travel a substantially helical path. O-rings 8 are provided for a medium-tight connection of the inner jacket 1 and an outer jacket 2 to the connecting cap 3 for a medium-tight connection.

Figuur 2 toont een binnenmantel 9 met een spiraalvormige uitkragende rand 10 welke 5 na plaatsing in een buitenmantel 2 daarop aansluit. Door deze aansluiting van de rand 10 op een buitenmantel 2 wordt voorkomen dat een deel van de rand 10 tot buiten de oorspronkelijke contour wordt gedrongen, hetgeen bij het op gebruikelijke wijze samendrukken van de binnenmantel 9 het geval zal zijn. Doordat de rand 10 nergens kan wijken zal de binnenmantel 9 veel grotere uitwendige drukken kunnen weerstaan 10 dan wanneer deze niet uitwendig aangrijpt op een buitenmantel 2. De weerstand tegen samendrukking neemt aldus toe door een nauwsluitend om de binnenmantel 9 geplaatste buitenmantel 2.Figure 2 shows an inner casing 9 with a spiral projecting edge 10 which, after being placed in an outer casing 2, adjoins it. This connection of the edge 10 to an outer jacket 2 prevents a part of the edge 10 from being forced out of the original contour, which will be the case when the inner jacket 9 is compressed in the usual manner. Because the edge 10 cannot move anywhere, the inner casing 9 will be able to withstand much larger external pressures than if it does not engage externally on an outer casing 2. The resistance to compression thus increases due to an outer casing 2 tightly placed around the inner casing 9.

Figuur 3 toont een doorsnede door een binnenmantel 11 en een buitenmantel 12 welke 15 op elkaar aansluiten. De binnenmantel 11 is voorzien van uitkragende delen 13 welke contact maken met de buitenmantel 12. De buitenmantel 12 is uitwendig voorzien van een emaillaag 14 waarop een elektrisch geleidend verwarmingsspoor 15 is gedrukt. Het verwarmingsspoor 15 is voor een doelmatige warmteoverdracht juist zo gepositioneerd dat het zich bevind ter hoogte van een tussenruimte 16 tussen de binnenmantel 11 en 20 een buitenmantel 12.Figure 3 shows a section through an inner jacket 11 and an outer jacket 12 which connect to each other. The inner jacket 11 is provided with protruding parts 13 which make contact with the outer jacket 12. The outer jacket 12 is externally provided with an enamel layer 14 on which an electrically conductive heating track 15 is printed. For efficient heat transfer, the heating track 15 is positioned in such a way that it is located at the height of an intermediate space 16 between the inner jacket 11 and an outer jacket 12.

10 1 72 3 o10 1 72 3 o

Claims

A heating element for heating a flowing medium, comprising an outer casing (2,12) and an inner casing (1,9,11), at least one of which casings (1,2,9,11,12) acts as heat source, wherein the inner casing (1,9,11) and the outer casing (2,12) connect to each other and at least one passage (6,16) is determined between the casings (1,2,9,11,12) .

2. Heating element as claimed in claim 1, wherein the passage (6,16) has a length that is greater than the length over which the jackets (1,2,9,11,12) connect to each other.

Heating element according to claim 1 or 2, wherein the outside of the inner jacket (1,9,11) is provided with a profiled surface.

A heating element according to any one of the preceding claims, wherein the inside of the outer jacket (2,12) is provided with a profiled surface.

5. Heating element as claimed in claim 3 or 4, wherein the profiled surface is provided with at least one spiral groove (7,13). 20

6. Heating element as claimed in any of the foregoing claims, wherein the inner jacket (1,9,11) and the outer jacket (2,12) connect to each other through the intermediary of a separating element.

7. Heating element as claimed in any of the foregoing claims, wherein the outer jacket (2,12) is provided with an electric heating track (15).

A heating element according to any one of the preceding claims, wherein the inner jacket (1,9,11) is provided with an electric heating track (15). 30

Heating element according to claim 7 or 8, wherein the heating track (15) is arranged at the height of the lead-through (6,16). q c-y * - i) V 'i. , .......... -7-

A heating element according to any one of the preceding claims, wherein at least one of the jackets (1,2,9,11,12) is made of a metal.

11. Heating element as claimed in any of the foregoing claims, wherein the inner casing (1,9,11) has a thickness of at most 1.0 mm, preferably at most 0.5 mm.

12. Method of manufacturing a heating element according to any one of the preceding claims, wherein the outer casing (2,12) is brought with excess around the inner casing (1,9,11) and the assembly of outer casing (2,12) and inner casing (1,9,11) is then reduced to a narrowed outer circumference such that the jackets (1,2,9,11,12) connect to each other with a clamp fit.

13. Method as claimed in claim 12, wherein the diameter of the assembly is reduced by passing it through a draw block.

A method according to claim 12 or 13, wherein the inner shell (1,9,11) is provided with a profiled surface by hydroforming.

A method according to any one of claims 12-14, wherein the outer jacket (2,12) is provided with a profiled surface by hydroforming. 10 1 72 3