CN101883510A - 用于饮料制备设备的集成的加热器 - Google Patents

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Abstract

一种用于液体食物或饮料制备机器的集成的直列加热器(1，8，9)，其中液体经所述加热器循环并然后被引导到冲煮室(7)中以例如在易理包或胶囊(7”)内冲煮供应到所述冲煮室中的食物或饮料成分。冲煮室的上游部分可由加热器形成。一个或多个电气构件(5，60，70，75)可结合在加热器中并刚性连接至印刷电路板(50)。该加热器可具有相对于管状或棱柱形外部件(8)偏心的管状内芯部(9)，所述外部件和内芯部共同形成具有变化的横截面(4’，4”)的螺旋形加热室(4)。

Description

用于饮料制备设备的集成的加热器
技术领域
本发明涉及一种用于加热饮料制备机器中的液体的集成的加热器。
背景技术
多年来就已经公知用于使用厚膜技术加热循环的液体特别是水的直列(in-line)加热器。
EP 0 485 211公开了一种用于热水器、淋浴器、洗衣机、洗碗机或水壶的加热器。该加热器包括用于加热液体的容器，以及设置成加热容器的一部分的电加热元件。加热元件将厚膜电阻加热电路与包含在厚膜中的热断路器(thermal fuse)结合。该文献进一步公开了一种三端双向可控硅开关元件(triac)型功率调节器，其直接安装在用作用于该三端双向可控硅开关元件的散热装置的加热元件上。还公开了热敏电阻、形成在厚膜上的温度传感器、热断路器、用以连续调节通过加热器的流量的流量控制阀、流量控制器和温度控制器的存在。这些电气构件连接至控制单元，该控制单元可为遥控型或在靠近其中加热器的金属基底通过进入的冷水保持冷态的进口管的部位形成为厚膜的介电层的一部分。
DE 197 32 414公开了一种加热器，其具有带有进口和出口的金属贯流通道以及至少一个用于加热在该通道中循环的水的厚膜加热元件。厚膜加热元件在加热器的外表面上在进口与出口之间延伸。厚膜加热元件具有尺寸从进口至出口连续缩小的锥形横截面。厚膜的缩减截面以及因此导致的沿着通道的减少的热传递抑制了在通道端部的结垢累积。加热器可包括在进口或出口附近的形式为厚膜元件的温度传感器。DE 103 22 034中公开了同样的概念，其涉及一种具有在外壳与内管之间延伸的水循环通道的加热器，该壳和/或内管覆盖有厚膜加热元件。水循环通道可由螺旋形散热片限定。水循环通道的截面和/或厚膜的加热功率沿着流动方向减小。提供沿着管减少的热传递以避免加热器中的水蒸发。该加热器可在壳或内管结合厚膜技术中的NTC或PTC型温度传感器。DE 197 37 694中公开了另一种带有螺旋形加热管道的加热器。
还公知为热饮制备机器使用厚膜和其它电阻加热器技术。
US 5,943,472公开了一种在espresso咖啡机的水储器与热水或蒸汽分配室之间的水循环系统。该循环系统包括阀、金属加热管和泵，其经由使用夹圈(clamping collar)接合的不同硅树脂软管连接在一起并连接至储器。
WO 01/54551(在申请人名下)涉及一种用于热饮机器中的液体加热模块，其包括金属材料的中空管和位于该中空管内部的圆柱形插入部。该模块结合了在管的外侧的第一部分上用于预热液体的厚膜电阻器，以及在管的外侧的第二部分上用于调节流经管的已预热液体的温度的另一电阻器。在该模块的进口或出口结合了用于测量温度的又一电阻器。在一个实施例中，经由泵向加热模块供应水并在其出口将该加热模块连接至用于将加热的水循环至咖啡提取室的管道。
WO 2004/006742(在申请人名下)公开了又一用于饮料制备机器的管状加热装置，其具有能够以各种构型供电以调节加热的多个厚膜电阻器。该加热装置具有外中空金属管和由塑料、金属材料或陶瓷材料制成的插入部。该插入部具有用于在外管与插入部之间引导和循环水的螺旋形槽。该插入部可以是中空的并且可用于部分热水的反向流动。US 7,286,752公开了一种类似的厚膜管状加热器，其带有内部螺旋形水循环管道。
发明内容
本发明的一个优选目的是简化并改进液体食物或饮料制备机器中的加热功能的结合，以促进和容许增加机器组装的自动化、减少制造操作和成本并增加机器的可靠性。
此目的特别通过提供一种加热系统来实现，该加热系统集成了电和流体连接而无需任何用于引导电流或液体的柔性和可变形的电缆或管，以将加热功能连接至液体食物或饮料制备机器的其它功能单元，或至少限制此类柔性连接的数量。
因此，本发明涉及一种用于液体食物或饮料制备机器的直列加热器，其中使液体如水经该加热器循环并然后将其引导到冲煮(调制，brew)室以冲煮供应到该冲煮室中的食物或饮料成分。该加热器包括：结合了进口、出口和在它们之间延伸的加热室的本体，进口、出口和加热器共同形成刚性通道，特别是自由流动通道，以引导经该本体循环的该液体；以及加热装置，特别是厚膜，其与本体配合以将热量供应到该加热室中。
该本体通常由高导热性材料制成并优选具有低热惯性以避免通过加热装置产生热量与将产生的热量传输至在本体中循环的液体之间的延迟。将加热装置与在腔室中循环的液体分离的本体的材料可以是金属性的或基于金属的，诸如钢或铜。
电阻加热装置可包括金属丝和/或厚膜。如上所述，厚膜技术在本领域中是公知的，并且可使用涂布至本体的表面并且可由石英、金属、铝或氧化铍制成的油墨(类似糊状物)。厚膜通常涂布在本体的外表面上，并由本体上诸如塑性或釉质涂料的电绝缘涂层、该绝缘涂层上的一层电阻加热轨道以及可选地保护绝缘涂层和电阻加热轨道的诸如塑料层的又一层制成。
按照本发明，加热器本体具有设置成限定冲煮室的上游部分的外表面，本体的刚性通道延伸到冲煮室中。因此，加热器的外部并非仅用来限制加热室，而且用来形成提取室的一部分。因此，代替必须提供加热元件、冲煮室的上游部分和它们之间的流体连接部件，适当成形的单个构件结合了所有这些功能，从而显著减少了零件数量、组装操作数量和由于不正确地处理这些零件和/或不正确地组装饮料制备机器而引起故障的风险。
通常，冲煮室设置成可选地将诸如粉汤(powder soup)、研磨咖啡或茶的食物或饮料成分容纳在胶囊或易理包(pod)中，并具有热液体注入其中以冲煮容纳在该腔室中的食物或饮料成分的上游部分以及通向用于引导通过冲煮产生的液体食物或饮料的出口的下游部分。
该加热器本体的外表面可包括：一个或多个突出壁，用以限定冲煮室的上游部分；和/或连接装置，用于与限定冲煮室的下游部分的部件机械连接。
在一个实施例中，加热器的本体包括覆盖有该加热装置的大致管状或棱柱形外部件，特别是热惯性低于铝的薄壁管状或棱柱形外部件，该大致管状或棱柱形外部件可选地具有形成本体的该外表面的基部。
本体可为薄壁包封件和/或进一步包括内芯部，特别是插入部，该内芯部与外部件限定加热室，内芯部可选地相对于管状或棱柱形外部件大致共同延伸和/或大致同心。插入部可由塑料、金属和/或陶瓷材料如PA、POM或钢制成。插入部可以是固定的或可旋转的，例如如EP 1 253 844和EP 1380 243中所公开。
加热室环绕芯部可以是大致螺旋形的，特别是由环绕芯部的大致螺旋形槽或凸缘形成的腔室，例如如EP 1 380 243中所公开。
特别是当本体在其螺旋形加热室沿着水平轴线或低倾斜度轴线延伸的情况下使用时，内芯部可相对于管状或棱柱形外部件大致偏心。在这种构型中，该腔室设置成使得其横截面的尺寸沿着腔室改变，以增加区域(通常是上部区域)中的流速，所述区域否则用来捕获泡沫/气泡，特别是蒸汽泡沫。这些区域中增加的液体速度通过该区域中的液体的快速流动向下“冲洗”泡沫并使其离开该区域。为了避免此类横截面缩小的区域中的过热，可减小加热器的相应部分上的加热功率，例如，通过调节这些部分上的电阻装置。
可将一个或多个电气构件固定在加热器的本体上或固定在本体中。电气构件可选自温度传感器、热断路器、流量计、电阻加热器、电流表和电源调节器以及类似构件。一个或多个电气构件可连接至印刷电路板(PCB)，该印刷电路板设置成控制该加热器并可选地控制设置成容纳该加热器的饮料制备机器的更多的功能(部件)，例如泵或电气接口。本体上的电气构件可以是机械连接至本体的分散/离散的构件和/或集成的构件，例如直接形成在电阻厚膜层中。通常，在厚膜技术中热断路器和温度传感器可与电阻加热器一起形成。
为了减少组装操作的数量，特别是在制造过程期间的人工干预，可减少柔性、可变形的电缆连接的数量。特别地，电气构件可刚性连接至该印刷电路板，例如经由刚性连接器插销(pin)或叶片，或刚性插头和插座部件。这样，电气构件，特别是与诸如加热器或甚至泵的液体循环系统接触的那些电气构件，可自动安装在印刷电路板上，并且然后可将带有这些构件的板自动组装(例如夹固)在液体循环系统上而无需板与液体循环系统之间的任何柔性、可变形的电连接器(例如，电缆)。可选地，电气构件可在第一步骤中自动安装在液体循环系统的专用部位，并且然后在第二步骤中，例如经由适当的连接器将印刷电路板组装至电气构件。还可设想通过焊接将电气构件组装至液体循环系统、特别是加热器和/或印刷电路板。
本发明的另一方面涉及一种用于液体食物或饮料制备机器的直列加热器，其中使液体经该加热器循环并然后将其引导到冲煮室以冲煮供应到该冲煮室中的食物或饮料成分。该加热器包括：结合了进口、出口和在它们之间延伸的加热室的本体，该进口、出口和加热室共同形成用于引导经该本体循环的该液体的刚性通道；加热装置，特别是诸如厚膜的电阻加热装置，其与本体配合以将热量供应到该加热室中；以及一个或多个电气构件，诸如传感器、热断路器和/或电源构件，所述电气构件固定在本体上或固定于本体中并连接至印刷电路板，该印刷电路板设置成控制该加热器并可选地控制该液体食物或饮料制备机器的更多功能。
按照本发明，一个或多个电气构件刚性连接至该印刷电路板，特别是经由刚性连接器插销或叶片，或刚性插头和插座部件。通过避免使用柔性、可变形的电缆，减少了在组装过程期间的操作数量，特别是减少了人工干预的数量。因此，相应降低了制造和组装成本，以及由于人为失误而引起故障的风险。通过避免柔性和可变形的电缆连接，可增加组装的自动化程度。
例如，这些电气构件可包括电源构件，特别是诸如厚膜的电阻加热装置，其经由刚性电源插销和刚性电源连接器刚性连接。该电源连接器具有用于接纳刚性电气插销的插座，该刚性连接器有弹性，特别是由一个或多个弹簧叶片制成，以允许插座移位而使插座环绕插销自行定位并确保插销与连接器之间的电接触。
此外，上述一个或多个特征可方便地与该直列加热器组合。
本发明还涉及一种特别是用于如上所述的加热器的电源连接器。该电源连接器包括一对隔开的插脚以与供电电路连接。各插脚连接至第一刚性弹簧部件，第一弹簧部件经由第二刚性弹簧部件连接在一起。第二部件具有用于接纳并固定刚性电气插销的插座。第一和第二弹簧部件可沿着不同方向弹性移位，特别是垂直方向，以使插座相对于所述刚性电气插销自行定位并提供容许强电流经其通过的电连接。第一弹簧部件和第二弹簧部件中的至少一个可成大致叶片形状。第一弹簧部件和第二弹簧部件可成大致M形以便允许插座基本上在单个平面中沿着两个方向移位。
本发明的又一方面涉及一种用于液体食物或饮料制备机器的直列加热器，其中使液体经该加热器循环并然后将其引导到冲煮室以冲煮供应到所述冲煮室中的食物或饮料成分。该加热器包括：本体，该本体具有大致管状或棱柱形外部件以及相对于管状或棱柱形外部件大致共同延伸的内芯部，管状或棱柱形外部件和内芯部共同限定在它们之间延伸并环绕内芯部的大致螺旋形加热室；以及加热装置，特别是诸如厚膜的电阻加热装置，其覆盖管状或棱柱形外部件以将热量供应到所述加热室中。
根据本发明，内芯部相对于管状或棱柱形外部件偏心使得螺旋形加热室环绕内芯部具有变化的横截面。
如上所述，特别是当本体在其螺旋形加热室沿着水平轴线或低倾斜度轴线延伸的情况下使用时，提供相对于管状或棱柱形外部件偏心的内芯部形成了设置成使得其横截面沿着其长度变化的腔室，从而增加否则可捕获泡沫特别是蒸汽泡沫的区域中的流速。因此，通过增加这些区域中的流速，通过液体的快速流动将泡沫从其“冲洗”掉。这样，插入部相对于管状或棱柱形外部件的相对定位解决了泡沫积聚的问题而不必包括将从加热器推出泡沫的复杂的可移动机械系统(例如，可旋转的插入部)。从而，为加热器提供偏心插入部减少了零件的数量和组装操作的数量以及制造的成本。
上述一个或多个特征当然可方便地与该直列加热器组合。
本发明的又一方面涉及一种包括如上所述的加热器的液体食物或饮料制备机器。该机器可适合于通过冲煮可任选地容纳在胶囊或易理包中的食物或饮料成分制备诸如汤、茶和/或咖啡的液体食物。
本发明的另一方面涉及一种液体食物或饮料制备机器，特别是如上所述的机器。该机器包括：可连接至电源的供电电路；由供电电路供电的加热器；以及与加热器热连通并与供电电路相关的热断路装置(thermal fusedevice)。该热断路装置设置成当加热器超过温度极限/界限时从电源中断供电电路。
按照本发明，热断路装置是可逆的/可重置的并包括用于当加热器超过该温度极限时自动中断供电电路的开关。该开关可由用户操作以当加热器具有已返回到所述温度极限之下时闭合供电电路。通常，断路装置包括致动器，该致动器设置成当加热器超过该温度极限时抵接在用户开关上推出销、杆或活塞以便致动用户开关并断开电路。
该饮料或液体食物机器可包括任何以上公开的特征或特征的组合。
断路装置可具有致动器，该致动器包括热力构件，该热力构件与加热器热连通并且当加热器超过温度极限时机械地致动用户开关以断开供电电路。热力构件特别是包括形状记忆元件或双金属元件。
断路装置可包括与加热器热连通的安全电气温度传感器以及机电致动器，该机电致动器当安全传感器暴露于由加热器产生的超过温度极限的温度时致动用户开关以断开供电电路。
在一个实施例中，饮料或液体食物机器具有带控制电路的印刷电路板，该控制电路用于控制加热器并可选地控制机器的更多功能，诸如泵或电气接口，该印刷电路板进一步包括安全电路，该安全电路在印刷电路板上与控制电路电分离，该安全电路连接至安全传感器，特别是刚性连接至安全传感器，并设置成控制机电致动器。
断路装置的至少一部分，特别是致动器、机电或热力致动器、用户开关和/或安全传感器(当存在时)可刚性连接至液体食物或饮料机器的印刷电路板，可选地连接在与机器的普通控制单元(例如，用于控制机器的日常操作如饮料或液体食物分配、自行清洁、用户接口等的单元)电绝缘的一部分上。因此，改善了断路装置在液体食物和饮料机器中的组装、集成和安全性。
附图说明
现将参照示意图描述本发明，图中：
-图1至3显示了根据本发明的加热器的各种细节；
-图4和5显示了根据本发明的另一加热器；
-图6显示了根据本发明的又一加热器；
-图7和8显示了按照本发明将电源构件组装至加热器和印刷电路板；
-图9和10显示了按照本发明将传感器组装至加热器和印刷电路板；
-图11显示了按照本发明的加热器与印刷电路板之间的电源连接；
-图12a和12b示出了根据图11所示的电源连接的第一方向的偏斜；以及
-图13a和13b示出了根据图11所示的电源连接的第二方向的偏斜；
-图14和15示意性地示出了带有按照本发明的可用户重置型安全断路器的饮料机器的电路的发明的两个实施例。
具体实施方式
图1至3示出了根据本发明的直列加热器，图1是加热器的前透视图，图2是该加热器的后透视图，而图3是同一加热器的分解图。该加热器适合用于液体食物或饮料制备机器，其中使液体经加热器循环并然后将其引导到冲煮室用以冲煮供应到冲煮室中的食物或饮料成分。例如，以预先包装好的形式，例如容纳在胶囊或易理包中，将饮料成分供应至机器。通常，这种液体食物或饮料机器适合制备咖啡、茶和/或其它热饮，或甚至汤等食物的制备。循环至冲煮室的液体的压力例如可达约10至20atm。
加热器具有结合了进口2、出口3和在它们之间延伸的螺旋形加热室4的本体1。进口2、出口3和加热室4共同形成用于引导经本体1循环的液体的刚性通道。
加热器进一步包括形式为电阻厚膜的加热装置5，该电阻厚膜作为两个连接器区域5’、5”之间的螺旋轨道在本体1上延伸并与本体配合将热量供应到位于厚膜5下方的加热室4中。
加热器本体1具有设置成限定冲煮室7的上游部分的外表面6，本体1的刚性通道、特别是出口3延伸到冲煮室7中。如图1和3中示意性地示出，外表面6包括用于限定冲煮室7的上游部分的环形突出壁6’。
如图1至3所示，本体1具有覆盖有加热装置5的大致管状外部件8。部件8具有由高导热性并具有低惯性的材料诸如钢制成的薄壁，以促进形成在其上的加热装置5产生的热量的传递。该大致管状外部件8与形成本体1的外表面6的基部部件配合。
外表面6被示为在管状部件8的边缘上向外围延伸。此外，限定冲煮室7的上游部分的环形壁6’与出口3大致同轴并具有小于管状部件8的直径的直径。
在一个变型中，冲煮室7的上游部分可与管状部件8一体形成和/或环形壁6’可具有与管状部件8的外表面共同延伸的最外表面以进一步简化其几何形状。此类构型在图6中示出。
图1至3的本体1进一步包括内芯部9，特别是中空管状或圆柱形插入部，带有周边突出的螺旋形引导壁91。内芯部9相对于管状外部件8大致共同延伸并同心，并与外部件8限定螺旋形加热室4。在一个变型中，可在内芯部周围提供螺旋形槽代替突出的引导壁。该槽或壁也可形成在管状外部件的内表面上。内芯部9可由金属或导热性较低的材料如塑料或陶瓷材料制成。
一个或多个电气构件，诸如传感器和/或电源元件，在本体1中固定在位于出口3周围的壳体3’中。电气构件可包括以下中的一个或多个：温度传感器、热断路器、流量计、电阻加热器和电源调节器。
壳体3’和容纳在其中的电气构件可经由刚性数据传输连接器连接至印刷电路板(未示出)。
在一个变型中，电气构件可组装在管状外部件8中。特别地，用于调节经由电阻加热装置5通过的电流的电源元件，例如三端双向可控硅开关元件，可靠近循环的液体定位在加热器中使得循环的液体可用作用于该电源构件的冷却器。
图3中还示出了插入部9上的密封装置9’，其用以防止液体在管状外部件8与插入部9之间泄漏。密封装置9’可与管状外部件8或插入部9成一体，或者是部件8与插入部9之间的分离部件9’，诸如O型圈或另一可变形的密封件，或者是通过焊接形成的接缝。
图4和5，其中相同的参考标号表示相同的元件，显示了根据本发明的另一加热器。
加热器本体1具有内芯部9，其相对于管状外部件8大致共同延伸并偏心/不同心。因此，螺旋形加热室4在内芯部9周围具有变化的横截面。特别地，沿着外部件8和插入部9的一侧，加热室4的横截面4’显著小于沿着外部件8和插入部9的相对侧的横截面4”。
因此，当加热器不在竖直位置使用时，即在其中外部件8的纵向中心轴线8a不是竖直的而是水平的或成不允许泡沫从螺旋形腔室4自发逸出至出口3的角度的位置。液体速度在螺旋形腔室4的横截面4’变窄的情况下增加容许容纳在腔室4的该上部区域中的任何泡沫涌流至带有较大横截面4”的腔室4的下部区域，直到泡沫到达出口3为止。
此外，为了避免过热并抑制在腔室4的带有变窄的横截面4’的部分中积垢，可通过在管状外部件9上截取加热元件5的想象的大致矩形部段5””在图5中表示为5’”的部分上减小加热装置5的加热功率。部分5””可在从管状部件8的中心纵向轴线8a测定的管状外部件9的约15°至90°、特别是30°至60°的圆弧上沿着管状外部件9延伸。
图6，其中相同的参考标号表示相同的元件，示意性地显示了根据本发明的加热器的另一实施例。加热器的本体1具有大致管状外钢质部件8和形式为大致管状塑料中空内芯部9的插入部，该内芯部9带有与部件8的内表面限定在进口2与出口3之间延伸的螺旋形加热室4的周边螺旋形凸缘91。凸缘91延伸至管状外部件8的内表面并有助于将插入部9适当地定位并固定在外部件8内。与图4和6所示的加热器相似，管状外部件8和内芯部9是偏心的，如通过它们相应的并排而且相互平行延伸的中心轴线8a和9a所示，使得加热室4如上所述沿着其长度具有变化的横截面4’、4”。
管状外部件8具有由突出壁6’形成的大致截头锥形外前表面6，该突出壁6’限定带有刺穿元件7’的冲煮室7的上游部分，该刺穿元件7’用于打开容纳待提取的成分、特别是饮料或食物成分的胶囊7”。出口3穿过外部件8延伸到冲煮室8的上游部分。
如图6所示，管状外部件8具有在加热室4’、4”上方和冲煮室7的上游部分基本上连续延伸的外表面8’。管状外部件8和截头锥形冲煮室7沿着轴线8a同心。通向冲煮室7的出口3的端部也沿着轴线8a与外部件8同心。
在加热室4上方，外表面8’如上所述覆盖有电阻厚膜5。
管状插入部9例如通过胶粘、螺纹连接、焊接、压紧配合或任何其它适当的组装方法固定在管状外部件8内部。如图6所示，插入部9具有配合在管状部件8中的相应凹部中的突出部92。此外，插入部9具有例如通过小的平行并排槽或并排突出部形成的外部93，其可容纳诸如胶水的粘合材料和/或可压靠在外部件8上以将插入部9固定在其中。也可通过使用结构元件94推动插入部9并使其抵靠外部件9的内表面压缩变形，该结构元件94特别是由金属或陶瓷材料或刚度大于插入部9的另一种结构材料制成，其形式例如为环，将插入部9的一部分推靠在外部件8上。
进口2形成在外部件8与插入部9之间并通向加热室4。在一个变型中，进口可仅位于外部件或插入部中。同样，在又一变型中，通向冲煮室的出口可从插入部或在插入部与管状外部件之间离开，而不是如图6所示从管状外部件8离开。
此外，进口2连接至流量计75的刚性出口。流量计的出口借助于不透水接合件76固定至进口2，该接合件通常为定位在沿着流量计的出口的内表面79延伸的相应环形槽78中的O型圈。在一个变型中，流量计可设置在加热室中或其下游，例如在加热室的出口处，特别是集成在加热器中。再一次地，通过提供构件之间、特别是加热器与流量计之间的刚性连接，而不是柔性可变形的连接，可实现系统的制造过程的整体增加的自动化。
加热器进一步包括电气构件60、70，其集成、机械固定或刚性组装至加热器本体1和印刷电路板(PCB)50，例如如以下结合图7至9更详细地说明。例如，电气构件60可以是形式为三端双向可控硅开关元件的电源构件，用于调节向电阻厚膜加热元件5供应的电流，而电气构件70可为温度传感器，用于测量由加热器加热的循环液体的温度。优选地，加热器还包括热断路器作为对避免加热器过热的保护。这些电气构件可为分离的构件或集成的构件，特别是集成到厚膜加热元件5中。
此外，流量计75和电阻加热装置5也刚性连接至印刷电路板50。换言之，它们通过无电缆连接与印刷电路板50电连接。更具体而言，电源插销(pin)11在连接器区域5’、5”组装至电阻加热装置5并与组装至印刷电路板50的连接器的插座86配合，例如如以下关于图11至13b更详细地说明。
此外，印刷电路板50与微控制器或处理器53和石英钟54关联，以基于通过流量计75测定的循环液体的流速和通过温度传感器70测定的已加热液体的温度控制通过电阻加热元件5的电流的强度。为了增加温度控制的准确度，可将一个或多个另外的温度传感器结合在加热器和/或冲煮室中，特别是结合在加热器上游或在加热器的进口2处。控制器或处理器53还可控制加热器位于其中的饮料制备机器的更多功能，诸如泵、供应储池中的液位检测器、阀、用户接口、电源管理装置、自动饮料成分供应装置如集成的咖啡研磨装置或成分胶囊或易理包的自动供应装置等。
在使用期间，例如通过使用泵使待加热的液体经由流量计75和进口2螺旋地通过插入部9周围的加热室4循环，如弧形箭头15所示。已加热液体然后经由出口3沿着穿过胶囊7”的刺穿元件7’被引导到冲煮室7中，以冲煮容纳在其中的成分。控制器53设置成基于借助于流量计75对液体流量的测量和借助于温度传感器70对已加热液体的温度的测量控制三端双向可控硅开关元件，以调节经由插座86和电源插销11通向加热元件5的加热电流。
图7和8示出了根据本发明将形式为三端双向可控硅开关元件60的分离的电源构件组装在加热器本体1和印刷电路板50上。不过图7以分解透视图显示了组装，图8以横截面图揭示了组装。
加热器本体1，其一部分在图7和8中示出，具有用于接纳电源构件60的凹部101。形成在突出壁102之间的凹部101与弹簧元件103关联，该弹簧元件103的形状例如为弹簧片，例如经由螺钉104组装在本体1上。当然可使用其它弹簧和组装系统，例如，弹簧片可与本体1成一体或焊接在其上以便减少零件数量。当构件60插入凹部101中时，弹簧元件103将电源构件60推靠在本体1中的凹部101的壁102上，以将构件60固定在本体1中并提供本体1与构件60之间的最佳接触。
电源构件60具有一个或多个刚性电连接器插销61，例如图7和8所示的用于三端双向可控硅开关元件的三个插销，其刚性连接至印刷电路板50。此外，电源构件覆盖有可协助将电源构件50固定在凹部101中的例如由硅制成的可选的罩盖62，以及在其连接器插销61周围的可选的不导电套盒(sleeve)63，该套盒将电源构件60的主体与印刷电路板60隔开并保护插销61免受环境影响。罩盖62和套盒63在电源构件60周围提供电绝缘。
因此，加热器通过在使用期间经由加热器本体1并可选地经由经加热器循环的液体排出电源构件产生的热量而起到用于电源构件60的散热装置的作用。为此，加热器由允许沿着穿过加热器的排热通路从电源构件最佳地排出热量的材料、特别是金属制成。
电源构件60可为开关或调节元件，例如如上所述的三端双向可控硅开关元件，用以调节向电阻装置如厚膜供应的所需要的电功率，以在加热器中产生期望的热量，从而将循环的液体加热至适当的温度。
图9和10示出了将分离的电子元件70刚性组装在加热器1中以及印刷电路板50上。该电子元件可为诸如温度传感器的传感器、流量计、热断路器或另一类似的构件，诸如用于提供通过电阻加热装置的电流的反馈的电流表。为了进行说明，公开了用于控制通向加热装置的电流和调节所产生的热量的热传感器。该热传感器例如可位于加热器的进口、出口或它们之间。可使用若干热传感器以允许更精确地控制经由加热器通过的液体的加热。
加热器本体1，其一部分在图9和10中示出，具有用于接纳电子元件70的凹部111。凹部111形成在突出的壁112之间并在加热器本体1的表面下方延伸。
传感器70具有连接器插座71，传感器元件72经该插座与插座71的相对侧上的扁平电连接器(未示出)接合。传感器的连接插销与印刷电路板50的扁平连接器插销51接触，图10中示出了扁平连接器插销51中的一个。插销51穿过连接器插座71机械地连接在其上的板50的插头部件52延伸到插座71中以接触传感器70的相应连接插销。当在本体1的壁112之间推动连接器插座71时，传感器元件72位于加热器本体1的凹部111中。
当传感器70为温度传感器时，传感器元件72的电气性能将取决于凹部111中的温度，该温度将被用于在间接评估程序中评估加热器在该部位的温度并且可选地还评估附近的循环液体的温度。
传感器元件72例如可为NTC(负温度系数)电阻器或PTC(正温度系数)电阻器。
此类传感器构型容许可靠地测量加热器的相应部位中的温度，快速反应(低惯性)，并提供优异和可靠的电接触系统。
传感器70可预组装在例如由热塑性材料制成的插座71中，并在全自动程序中自动组装在加热器中和印刷电路板上。可使用例如环氧化合物将传感器70胶粘在加热器中。然后可通过以连接至传感器元件72的方式将插座的扁平连接器压合在插座71的连接狭缝(未示出)中来连接预组装的传感器70。然后经由插头52和连接器插销51将印刷电路板50安装在插座70上。
因此，加热器和印刷电路板的组装本身并不需要处理任何柔性零件，并且因此可自动执行组装而不需要任何人工干预。此外，传感器本身的组装仅需要低成本的构件。因此，传感器在加热器上的组装及其在印刷电路板上的连接显著节省了成本。
在一个变型中，诸如温度传感器的电气构件可通过厚膜技术直接形成在加热器中。当加热装置基于厚膜技术时这对于减少制造步骤和成本来说是特别有利的。
图11是用于将加热器连接至印刷电路板50并用于向加热器的电阻加热装置供应或从该加热装置获取加热电流的自行定位的刚性电源连接器80在xyz正交坐标(基准线，referential)——如与图11至13b相关的相应箭头所示——中的透视图。图12a和12b在一方面而图13a和13b在另一方面分别示意性地显示了电源连接器80在y方向和x方向上的自行定位。
电源连接器80通常基于金属，并且特别是可含有提供充分的导电性、机械阻力和弹性的钢、铝和/或铜合金。
电源连接器80在用于连接至印刷电路板50的一对扁平插脚81之间延伸。各插脚81连接至扁平的大致垂直弹簧部件82的底部。垂直弹簧叶片82的上部经由横向弹簧部件83连接在一起，该横向弹簧部件83包括在一对倾斜的中间部分85、85’中间的扁平中心水平部分84。垂直部件82、横向部件83的中间部分84和倾斜部分85、85’在该对插脚81上成大致M形设置。横向部件83进一步包括带有贯通通道的插座86，用于通过该贯通通道固定加热器的电连接器插销。
在图12a、12b、13a和13b中，其中相同的参考标号表示相同的元件，示意性地示出了电源连接器80经由电源插销11组装在带有进口2的加热器本体1的管状外部件8上。电源插销11在管状外部件8的开始处垂直延伸并连接至在管状外部件8上延伸的电阻加热装置(未示出)的连接区域，电阻加热装置的另一连接区域经由第二电源插销连接至第二电源连接器(未示出)。电源插销11延伸穿过横向部件83的插座86的贯通通道并固定在其中。
电源连接器80的插脚81例如通过铆钉或焊接81’或任何其它合适的组装装置电连接并固定在印刷电路板50上。加热器本体1位于印刷电路板50下方使得电源插销11经由板50中的贯通开口55穿过板50延伸至板50的另一侧并且然后固定在电源连接器80的贯通通道86中。可通过将插销11压紧配合或焊接在贯通通道86中来实现电源插销11与横向部件83之间的连续电连接。
参照与图11至13b相关的xyz坐标，电源连接器80允许贯通通道86在x方向和y方向上的小定位位移。不同的位移方向由弹性弹簧叶片部件82、83的不同的定向、特别是垂直定向提供，其容许沿相应方向的位移。
图12a和12b在一方面而图13a和13b在另一方面分别显示了组装在电源插销11上的连接器的插座86沿着y方向和x方向的位移。插座86在x和y方向上的位移分别通过垂直弹簧叶片82的小弯曲和倾斜的中间部分85、85’的小弯曲来实现。
图12a和13a显示了穿过贯通开口55的中间并穿过插座86的贯通通道延伸的电源插销11，该贯通开口和插座86的贯通通道都沿着大致相同的轴线延伸。在这种构型中，电源插销11定位成与电源连接器80成一直线，电源连接器80因此不会在其垂直弹簧叶片82和倾斜的中间部分85、85’中承受任何位移弯曲应力。
相反，图12b和13b显示了偏心地穿过贯通开口55延伸的电源插销11。与电源插销11对准的插座86的贯通通道相对于贯通开口55相等地/同样地偏心。在此情形中，印刷电路板50未精确地与加热器的电源插销11对准，并且电源连接器80通过如图13b所示的其垂直弹簧叶片82在x方向上的弯曲，或通过如图12b所示其横向弹簧部件83在y方向上的弯曲自行适应其在插座86中的贯通通道的位置，以精确地匹配插销11的位置。为了有利于将电源插销11插入插座86的贯通通道中，插座86的下部86’具有设置成接纳电源插销11的大致锥形上端的大致漏斗状或截头锥形。
插座86为适应电源插销11的位置而进行的位移可由印刷电路板50上的一对电源连接器80的相对定位相对于加热器上相应的一对电源插销11的相对定位之间的偏差(例如，制造公差或不同的温度相关的膨胀机制)所致。此外，刚性连接至印刷电路板和饮料制备机器的固定部分(特别是加热器)的其它电气构件如温度传感器和电源调节器或开关(例如图7至10所示的电气构件)的相对位置，可引起在电源连接位置的位移。
在使用中，通过电源开关或调节器，例如如图7和8所示的三端双向可控硅开关元件，控制电流经由第一电源连接器80、第一电源插销11、电阻加热装置(未示出)、第二电源插销(未示出)、第二电源连接器(未示出)的通过。
图12a和12b还示出了电源连接器80如何处理插脚81和倾斜部分85、85’在印刷电路板50上的相对定位的误差。如图所示，插脚81以及因此倾斜部分85、85’在x方向上并非精确对准而是稍微互相偏移。然而这种偏移通过横向部件83的相应弹性偏斜完全补偿而不会导致印刷电路板50或电源连接器80中过大的应力。同样，如果当电源连接器处于松弛状态时印刷电路板50上用于锚固插脚81的两个锚固部位之间的间隔大于或小于插脚81之间的间隔，则部件82的相应弹性偏斜可吸收/消减此类间隔差异而不会在电源连接器80或印刷电路板50中产生过大或有害的应力。
试验表明，在图11至13b所示类型的M形电源连接器的情形中——该电源连接器在插脚上方的总宽度和高度为约1.3cm×1cm，由具有约3mm×0.2mm或0.3mm的横截面的弯曲叶片型导电金属弹簧部分制成，其在保持用于10安培以上的电流和80℃左右的温度的良好电接触和机械接触的情况下，在所有方向上能够接受和补偿的定位偏移可在3％至8％的范围内，特别是约5％，或0.25至0.7mm，通常在0.4mm左右。
因此，利用此类允许在其连接部分86的一个或多个方向相对于其用于连接至板50的基部81的小位移的电源连接器，可补偿预组装或例如通过铸造的预成型的加热元件连接器的小位置公差，并且在高电流和升高的温度条件下仍然可提供良好的电接触性能。
因此，利用此类将其插座86自行定位在连接器插销11上的电源连接器80，可提供用于高电流的无电缆的精确和连续的接触，特别是在加热器上的电阻加热装置与在印刷电路板50的电源之间。不存在柔性电缆增加了集成度，有利于设备的制造自动化水平，降低了其生产成本，并且通过减少人为因素而增加了其可靠性。
图14和15，其中相同的参考标号大致表示相同的元件，示意性地揭示了带有用户可重置型断路装置的饮料或液体食物机器的两个可选实施例。
根据本发明的机器具有供电电路57，其可连接至电源(未示出)，诸如主电源或等效电源。供电电路57连接至印刷电路板(PCB)50，该印刷电路板承载机器的控制单元，例如微控制器、存储设备、机器中需要自动控制的各种零件如用户界面、泵、加热器1、传感器60、70等的各种接口。供电电路57具有允许用户接通和切断饮料或液体食物机器的主开关205、205’。
有利地，主开关205、205’机械地安装在PCB 50上以有利于组装并增加系统的集成度。
此外，机器包括热断路装置200，其具有在电路57上的开关205以及致动器201、201’，该致动器设置成当加热器1具有超过一温度界限(例如，在120℃至180℃、特别是140℃至160℃的范围内的温度界限)的温度时通过致动开关205断开电路57，指示加热器1或其控制单元50的故障。
热断路装置200是用户可逆的/可重置的。在通过断路装置200安全断开电路57后，开关205可由用户操作以重新连接电路57并重新建立对PCB的供电。因此，如果热断路装置200工作不正常或如果加热器1仅具有偶然的一次过热状态，则本发明的液体食物或饮料机器不需要返回进行维修来更换断路装置，这与现有的装配有一次性热断路器的饮料或液体食物机器不一样。
断路装置200具有致动器201、201’，其设置成当加热器超过所述温度界限时抵靠在用户开关如按钮型开关上推出销、杆或活塞202以便致动用户开关并断开电路57。
图14所示的实施例具有带致动器201的断路装置200，该致动器201包括可沿着箭头202’的方向移动的销202以及安装在加热器1上并与其热连通的热力构件。该热力构件可为任何适合将温度水平的通过转换成机械动作或位移的装置，诸如由记忆其形状的形状记忆合金制成的元件或双金属元件。
因此，当加热器1超过温度界限时，致动器201的热力构件被激活并且将推动销202抵靠在用户开关205上。这将使机器的电气部分从连接至电路57的电源断开。当加热器的温度下降至温度界限以下时，热力构件将返回到其正常状态，并且销202将跟随热力构件或可由致动开关205的用户推回至其正常位置以重新建立机器的动力连接。
在图14所示的实施例中，与热断路器配合的用户开关205还可用作可独立于过热状况操作以普通接通和断开饮料或液体食物机器的主开关。
相反，在图15所示的实施例中，与热断路器配合的用户开关205是与主开关205’分离的专用开关。
断路装置200包括抵接在加热器1上机械地安装并与其热连通的安全电气温度传感器203。此外，为了简化组装并进一步集成机器的电气构件，温度传感器203以与如上所述类似的方式刚性连接至PCB 50。温度传感器203监控加热器1的温度。在一个优选度较低的实施例中，此类温度传感器也可由其它装置连接至PCB，特别是以部分或完全柔性的方式。
温度传感器203与根据测定的温度经由其连接电路204控制致动器201’的供电的控制装置相关。例如，该控制装置包括在连接至温度传感器203的连接电路204上的电源开关，例如晶体管。
有利地，温度传感器203、与其相关的电源开关、用户开关205以及甚至致动器201’刚性安装在PCB 50上。优选地，这些构件安装在与饮料和液体食物机器在PCB 50上的普通控制单元电绝缘的PCB的部段50’上。因此，通过将基本上所有电子和电气零件都设置在同一PCB 50上但设置在两个不同的电路中，方便了构件的机械组装并且增加了机器的安全性。

Claims (20)

1.一种用于液体食物或饮料制备机器的直列加热器，液体在所述机器中经所述加热器循环并然后被引导到冲煮室(7)中以冲煮供应到所述冲煮室(7)中的食物或饮料成分，此类加热器包括：
-结合了进口(2)、出口(3)和在它们之间延伸的加热室(4，4’，4”)的本体(1)，所述进口、出口和加热室共同形成用于引导经所述本体循环的所述液体的刚性通道(2，3，4，4’，4”)；以及
-加热装置(5)，特别是诸如厚膜的电阻加热装置，所述加热装置与所述本体(1)配合以将热量供应到所述加热室(4，4’，4”)中，
其中，所述本体(1)具有设置成限定所述冲煮室(7)的上游部分的外表面(6)，所述本体的所述刚性通道(2，3，4，4’，4”)延伸到所述冲煮室(7)中。
2.根据权利要求1的加热器，其特征在于，所述外表面包括：一个或多个突出壁，用以限定冲煮室的上游部分；和/或连接装置，用于与限定所述冲煮室的下游部分的部件机械连接。
3.根据权利要求1或2的加热器，其特征在于，所述本体包括覆盖有所述加热装置的大致管状或棱柱形外部件，特别是热惯性低于铝的大致管状或棱柱形外部件，所述大致管状或棱柱形外部件可选地具有形成所述本体的所述外表面的基部。
4.根据权利要求3的加热器，其特征在于，所述本体还包括内芯部，特别是插入部，所述内芯部与所述外部件限定所述加热室，所述内芯部可选地相对于所述管状或棱柱形外部件大致共同延伸和/或大致同心。
5.根据权利要求4的加热器，其特征在于，所述加热室在所述芯部周围大致成螺旋形，特别是在所述芯部周围由大致螺旋形的槽或凸缘形成的腔室。
6.根据权利要求4或5的加热器，其特征在于，所述内芯部相对于所述管状或棱柱形外部件大致偏心。
7.根据任一项前述权利要求的加热器，其特征在于，一个或多个电气构件固定在所述加热器的所述本体上或固定于其中，所述电气构件特别是选自温度传感器、热断路器、流量计、电阻加热器、电流表和电源调节器。
8.根据权利要求7的加热器，其特征在于，所述一个或多个电气构件连接、特别是刚性连接至印刷电路板，所述印刷电路板设置成控制所述加热器并可选地控制设置成容纳所述加热器的饮料制备机器的更多功能，诸如泵或电气接口。
9.一种用于液体食物或饮料制备机器的直列加热器，液体在所述机器中经所述加热器循环并然后被引导到冲煮室(7)中以冲煮供应到所述冲煮室中的食物或饮料成分，此类加热器包括：
-结合了进口(2)、出口(3)和在它们之间延伸的加热室(4，4’，4”)的本体(1)，所述进口、出口和加热室共同形成用于引导经所述本体循环的所述液体的刚性通道(2，3，4，4’，4”)；
-一个或多个电气构件(5，60，70，75)，诸如传感器、热断路器和/或电源构件，特别是电阻加热装置，所述电气构件固定在所述本体上或固定在所述本体中并连接至印刷电路板(50)，所述印刷电路板(50)设置成控制所述加热器并可选地控制所述液体食物或饮料制备机器的更多功能，
其中，所述一个或多个电气构件(5，60，70，75)特别是经由刚性连接器插销或叶片或刚性插头和插座部件刚性连接至所述印刷电路板(50)。
10.根据权利要求9的加热器，其特征在于，所述一个或多个电气构件包括电源构件，特别是诸如厚膜的电阻加热装置，所述电源构件经由刚性电源插销和具有用于接纳所述刚性电气插销的插座的刚性电源连接器刚性连接，所述刚性连接器有弹性，特别是由一个或多个弹簧叶片制成，以允许所述插座位移而使所述插座在所述插销周围自行定位，并确保所述插销与所述连接器之间的电气接触。
11.一种用于液体食物或饮料制备机器的直列加热器，液体在所述机器中经所述加热器循环并然后被引导到冲煮室(7)中以冲煮供应到所述冲煮室中的食物或饮料成分，此类加热器包括：
-本体(1)，所述本体具有大致管状或棱柱形外部件(8)以及相对于所述管状或棱柱形外部件大致共同延伸的内芯部(9)，所述管状或棱柱形外部件以及所述内芯部共同限定在它们之间延伸并在所述内芯部周围的大致螺旋形加热室(4，4’，4”)；以及
-加热装置(5)，特别是诸如厚膜的电阻加热装置，所述加热装置覆盖所述管状或棱柱形外部件(8)以将热量供应到所述加热室(4，4’，4”)中，
其中，所述内芯部(9)相对于所述管状或棱柱形外部件(8)偏心使得所述螺旋形加热室(4)在所述内芯部(9)周围具有变化的横截面(4’，4”)。
12.根据权利要求14的加热器，其特征在于，所述管状或棱柱形外部件具有低于铝的热惯性。
13.一种包括如任一项前述权利要求所述的加热器的液体食物或饮料制备机器，特别是一种用于通过冲煮可选地容纳在胶囊或易理包中的食物或饮料成分制备液体食物或饮料如汤、茶和/或咖啡的机器。
14.一种液体食物或饮料制备机器，特别是如权利要求13所述的机器，包括：
-可连接至电源的供电电路(57)；
-由所述供电电路供电的加热器(1)；以及
-热断路装置(200)，该热断路装置与所述加热器热连通并与所述供电电路相关联，所述热断路装置设置成当所述加热器超过温度界限时从所述电源中断所述供电电路，
其中，所述热断路装置(200)是可逆的并且包括用于当所述加热器超过所述温度界限时自动中断所述供电电路的开关(205)，所述开关可由用户操作以当所述加热器具有已返回到低于所述温度界限的温度时闭合所述供电电路，所述热断路装置特别是包括致动器(201)，所述致动器设置成当所述加热器超过所述温度界限时抵靠在所述用户开关上推出销、杆或活塞(202)以便致动所述用户开关并断开所述电路(57)。
15.根据权利要求14的机器，其特征在于，所述断路装置(200)具有包括热力构件的致动器(201)，所述热力构件与所述加热器(1)热连通并且当所述加热器超过所述温度界限时机械致动所述用户开关(205)以断开所述供电电路(57)，所述热力构件特别是包括形状记忆元件或双金属元件。
16.根据权利要求14的机器，其特征在于，所述断路装置(200)包括与所述加热器(1)热连通的安全电气温度传感器(203)以及机电致动器(201’)，所述机电致动器(201’)当所述安全传感器(203)暴露于由所述加热器产生的超过所述温度界限的温度时致动所述用户开关(205)以断开所述供电电路(57)。
17.根据权利要求16的机器，所述机器包括具有控制单元的印刷电路板(50)，所述控制单元用于控制所述加热器(1)并且可选地控制此类机器的更多功能如泵或电气接口，所述印刷电路板还包括在所述印刷电路板上与所述控制电路电气分离的安全电路(50’)，所述安全电路连接至所述安全传感器(203)并设置成控制所述机电致动器(201’)。
18.根据权利要求14至17中任一项的机器，所述机器包括带有控制单元的印刷电路板(50)，所述控制单元用于控制所述加热器(1)并且可选地控制此类机器的更多功能如泵或电气接口，并且其中所述致动器(201，201’)、用户开关(205)和当存在时的安全传感器(203)中的至少一个可选地在所述印刷电路板的与所述控制单元电绝缘的部分上刚性连接至所述印刷电路板。
19.一种电源连接器(80)，特别是用于如权利要求10所述的加热器的电源连接器(80)，包括用于连接至供电电路的一对隔开的插脚(81)，每个插脚连接至第一刚性弹簧部件(82)，所述第一弹簧部件经由第二刚性弹簧部件(83)连接在一起，所述第二部件具有用于接纳和固定刚性电气插销的插座(86)，所述第一和第二弹簧部件可沿着不同的方向有弹性地位移以使所述插座相对于所述刚性电气插销自行定位，并因此提供容许强电流经其通过的电气连接。
20.根据权利要求18的电源连接器，其特征在于，所述第一弹簧部件和所述第二弹簧部件中的至少一个为大致叶片形状，并且/或者所述第一弹簧部件和所述第二弹簧部件为大致M形。
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