CN105358021B - 用于饮料或食品制备机的容积式加热设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于饮料制备机的容积式加热设备，所述容积式加热设备包括发射源、液体流道和隔离装置，所述发射源被设计为发射电磁辐射并向至少部分地围绕所述发射源的液体传输能量，所述隔离装置对发射频谱中的所述电磁辐射基本透射，且被设计为将所述发射源与所述液体进行电隔离。

Description

用于饮料或食品制备机的容积式加热设备

本发明涉及一种优选地应用于饮料或食品制备机中的容积式加热设备。

该容积式加热设备尤其被设计为加热液体，用于饮料或食品制备过程中，尤其是用于诸如咖啡、茶或汤自动售货机的饮料或食品分配机中。

熟知的是，可以使用微波对液体进行容积式加热。例如，液体，例如水、脂肪和其他物质在所谓的电介质加热(dielectric heating)的过程中吸收来自发射的微波的能量。很多分子(诸如水分子)是电偶极子，意味着它们在一端处具有部分正电荷，在另一端处具有部分负电荷，因此在它们试图将其自身与微波的交变电场对准时发生旋转。旋转的分子撞击其他分子，使它们发生运动，从而使能量分散。这种能量在被分散为固体和液体中的分子振动时(即，分散为原子的势能和动能两者)，就是热量。因此容积式加热与常规的加热方法和手段不同，即，能量是直接传递到液体分子的，不需要热交换器。

然而，微波加热设备通常是复杂的设备，也很昂贵。微波加热设备，例如，可以包括高电压功率源，通常是简单的变压器或电子功率转换器，其将能量传递到磁控管、连接到磁控管的高压电容器。该设备需要磁控管自身，磁控管将高压电能转换成微波辐射，且还需要磁控管控制电路(通常具有微控制器)。此外，波导(控制微波的方向)和烧煮室是必要的部件，烧煮室通常由导电材料形成，被构造成类似于法拉第笼，以防止微波离开烧煮室。

尽管客户能够以较低的价格从市场买到诸如微波炉的微波加热设备，但由于技术和安全要求，以及由于此类应用所需的空间的原因，在饮料或食品制备设备中应用常常很复杂。

继而，应用此类微波加热设备，会使通常较为简单的饮料或食品制备设备的价格显著提高。

因此，本发明的目的是为微波加热设备提供一种替代形式，该替代形式能够容易且安全地用于例如餐饮环境中，且能够在需要加热液体的饮料或食品制备机中容易实现。而且，应用本发明的加热设备所需的空间显著低于已知的加热设备。

如独立权利要求所请求保护的，本发明提供了针对这些问题的解决方案。本发明的其他有益方面基于从属权利要求。

在一个方面，本发明提供了一种用于饮料制备机的容积式加热设备，包括发射源、液体流道，以及隔离装置；所述发射源被设计为优选地以红外和/或紫外频谱发射电磁辐射并向至少部分围绕所述发射源的液体传输能量；所述隔离装置对所发射频谱中的电磁辐射基本透射，并被设计为将所述发射源与液体进行电隔离和/或热隔离。

该容积式加热设备可以被构造为向隔离装置选择性地供应液体，以将隔离装置至少部分地浸入液体中。

液体优选是水。隔离装置可以是玻璃，优选石英玻璃或硼硅酸盐玻璃。

发射源可以包括灯丝，优选曲折灯丝和/或螺旋状灯丝，例如缠绕成螺旋构型的线。

螺旋构型可以是简单螺旋、双螺旋或更高阶螺旋(higher order helix)。

灯丝优选可提供基本为线形、v形、三角形、矩形、星形或曲折形状的截面轮廓，尤其是多边形截面轮廓。灯丝优选地是条，优选金属条。

容积式加热设备可被构造为以特定厚度膜向隔离装置供应液体。

膜的厚度由待被液体吸收的能量的百分比确定，其中待被吸收的能量的百分比可以是97％到99％。

膜的厚度可以是0.5mm到6mm，优选地是1mm到4mm，更优选地是1mm到2mm。

当灯丝包封在真空中时，可以提供每cm²约5-10W/cm²的的发射功率(物理上讲，亮度)。

发射源和隔离装置可以至少部分地被覆盖装置(cover means)包围，覆盖装置以距隔离装置特定距离布置。覆盖装置可以被设计为限定要暴露于发射源的膜的厚度。覆盖装置可以至少部分地形成所述液体流道。

加热设备可以被构造为传输液体经过发射源。加热设备还可以包括泵和/或液体导流组件，用于传输液体经过发射源。加热设备可以是流经式加热设备。用于加热液体的加热设备中提供的体积，优选地是覆盖装置和隔离装置之间的体积，可以是5ml到15ml，优选是7ml到13ml或10ml。它还可以包括引导装置，在液体引导通过引导装置时，其将液体设置成旋转运动。尤其是，引导装置被构造为使通过引导装置的液体进行旋转运动。

在另一个方面，本发明提供了一种灯，包括发射源、电连接装置，以及隔离装置；所述发射源被设计为以红外频谱发射电磁辐射，所述电连接装置适于向发射源提供电能，其中所述发射源包括灯丝，优选地是金属条，其中曲折灯丝的截面轮廓优选基本上为线形、v形、三角形、矩形、星形或曲折形状，尤其是多边形；所述隔离装置对所发射红外频谱中的电磁辐射基本透射，并且被设计为将发射进行电隔离，尤其是至少部分围绕所述发射源。

灯可以包括中空部分，其中中空部分被构造为允许至少一种液体通过。

在另一个方面，本发明提供了一种饮料或食品制备机，其被构造为供应热饮料或食品，尤其是茶或咖啡，包括上文描述的容积式加热设备和/或上文描述的灯。

现还参考附图描述本发明。具体地讲，

图1示出了容积式加热设备的基本设置；

图2a)-图2l)示出了灯丝的截面轮廓的基础例子；

图3示出了根据本发明的示例性发射源；

图4示出了示例性灯丝构型；

图5示出了根据本发明的发射源的另一个例子；

图6示出了图5的另一发射源的示意性侧视图；

图7示出了容积式加热设备的一个例子；

图8示出了容积式加热设备的另一个例子；

图9a)-图9d)示出了用于容积式加热设备的示例构型；

图10a)和图10b)示出了用于容积式加热设备的另一个示例构型；

图11示出了详细说明容积式加热设备和具有热交换器的常规加热设备之间的差异的示意图；

图12更详细示出了图5的发射源的另一个例子；

图13a)和图13b)示出了特定实施例(外梳状物)的细节；

图14a)和图14b)示出了特定实施例(内梳状物)的细节；

图15示出了发射源的示例构型；

图16示出了隔离装置的一个例子；

图17示意性地示出了发射源和隔离装置的组合；

图18示意性地示出了发射源和隔离装置的已就绪组合；

图19示出了液体导流组件(liquid channeling arrangement)的一个例子；

图20示出了根据本发明的容积式加热设备。

本发明的关键方面是，液体，尤其是水，尽管在一个频谱中，例如在人眼可见的频谱范围中看起来是透射的，但在另一个频谱中可能是不透射的。尤其是，要加热的液体在其他频谱中可能基本上为黑体。本发明利用这一原理提供一种发射源，该发射源在要被加热的液体在其中看起来基本上为黑体的频谱中发射能量，从而导致能量几乎完全被液体吸收。例如，水在人眼可见的频谱范围中是透射的，因此，这个频谱范围之外的辐射可以有效地用于向水传送能量，尤其是对其加热。

如上所述，根据本发明的容积式加热设备的原理是该容积式加热设备包括发射源，在该发射源连接到电源时，以特定频谱发射或辐射能量，以向液体传送能量，该液体在发射能量频谱中基本上构成一黑体。

图1示出了本发明的非常基础的示意图，其示出了向液体3发射由箭头表示的能量2的发射器1。

为了将发射源1与应加热的液体3分开或隔离，本发明还包括隔离装置4。隔离装置4对于发射的能量2而言是基本透射的，即，在发射能量和/或光的频谱或频谱范围中是透射的。

根据本发明，可以将要加热的液体直接施加到隔离装置上，因此，在容积式加热设备工作时，隔离装置可能至少部分地浸入要加热的液体中。

为了提供解决问题的的成本经济的方案，本发明优选地使用电磁波的红外频谱中的光。

在下文中，与以该频谱能量发射同义使用术语“红外光”(IR)。然而，如上所述，其它的频谱发射，即，不同波长的能量可用于向液体传送能量。液体，例如水的紫外频谱中的吸收可能更高。因此，根据本发明也可以使用紫外(UV)光源。然而，在本文的其余部分中不再更详细地论述它们，因为在与IR光源相比时，它们更昂贵。红外发射器的零部件可在市场上买到，且可以较低成本获得是尤其有益的。此外，尽管本发明还涉及食物制备机，但在下文中，仅使用术语“饮料制备机”。尤其是，根据本发明使用的电磁辐射优选地以约2.2μm或大于2.2μm的波长为中心。

而且，相对于上文描述的常规加热方法(例如，需要热交换器)，使用容积式加热是有益的，因为实现了显著更短的液体加热时间。由发射源发射的能量直接被液体(例如水)吸收。这还提高了总体效率，因为加热设备没有任何部分被加热到比被加热液体的温度更高的温度。

这还导致加热设备中的钙残留减少，尤其是在加热水的时候，因为钙沉淀的大部分通常发生于(常规)加热设备的最热部分处，即，比被加热液体更热的部分。由于容积式加热在液体中提供均匀的温度，因此钙在整个被加热体积内沉降。这是因为如下事实：在所提供的容积式加热设备(包括容积式加热单元)中，没有比液体自身更热的部分。然后优选地可以将钙与液体一起转移到加热液体的区域之外。

如果灯丝(大约1000°K)与隔离装置是热隔离的，尤其是这种情况。实现这种热隔离的最有效方式是抽空包含灯丝的隔离装置。通过这种方式，对于IR辐射/发射透射的隔离装置的隔离壁不能被这种隔离内部的导热气体加热。这对于向液体传输热能以及液体自身也是有益的。

热传导的任何贡献都将具有还加热隔离装置壁的效果并从而导致钙沉淀。当然，在使用时间短时(对于预期目的而言，约数十秒，例如1-10秒的时间)，隔离装置壁将没有时间热起来。但对于使用时间更长(或连续使用)的其他应用，即，更长的使用时间，真空隔离可能是不利的。

在容积式加热设备是流经式加热设备的情况下，钙能够与液体流一起被转移到容积式加热设备外部。然后可以在后面的步骤中过滤掉钙。对于饮料生产过程中利用料盒的饮料制备机的情况，可以通过液体通过的料盒中剩余的残余物过滤掉钙。

本发明还提供了一种低成本的红外发射源或IR灯构型的替代设计。具体地讲，该应用中使用的红外灯的发射源能够展示出特定设计，该设计被定制为在饮料制备机中使用时尤其有效。

用于设计加热设备的一个重要参数是发射源的最大发射值，该发射源的最大发射值应当匹配要加热的液体，例如水的最大吸收值。发射源，尤其是布置于隔离装置(优选为玻璃)内部的灯丝，因此被设计为在约2.2μm波长之内发射，这需要将灯丝加热到约1300℃的温度。这种关系是由维恩定律(Wien’s law)确定的。

要获得良好调适的发射谱必须要考虑的第二个约束因素来自于斯蒂芬-玻耳兹曼定律(Stefan-Boltzmann law)，该定律指出，发射/辐射所需峰值波长需要的每单位功率的发射表面随温度的四次方的倒数增加。

而且，在密封于真空中时，灯丝表面具有受限的每cm²的发射功率(亮度)。在达到或超过这个极限时，可能发生溅射，并且可能减少容积式加热设备的有效工作寿命。溅射极限来自于灯丝材料的选择和隔离装置中的残余气体压力。较高的气体压力产生较高的溅射极限，但这伴随着热灯丝和隔离装置壁之间热传导的风险提高，从而可能最终导致钙沉积。

这意味着，在2.2μm波长区域中应当发射大约1-2kW的功率时，需要大约177cm²的灯丝表面。因此，本发明旨在提供一种容积式加热设备，在该容积式加热设备中，在紧凑的灯体积中提供最大的灯丝表面。

对于水而言，吸收系数约在每cm 10^-4和10^-3之间。这意味着，围绕发射源大约0.5mm到5mm，优选地1mm到大约2mm的水膜厚度足以吸收所发射能量的99％以上。因此，容积式加热设备优选是流经式加热设备，其中发射源布置于中心位置，该中心位置与被加热液体由隔离装置分隔开。

对于本发明的装置而言，热交换器方程(heat exchanger equation)适用于温差仅取决于输入加热功率和流量的情况。因此，它与体积无关。然而，冷启动所需的时间取决于加热器容积和加热器功率。取饮料制备机中常规加热器的功率为约1250W(瓦特)以及水的比热容为4.19J/gK，可以使用以下公式确定加热时间t_hu：

在以上公式中，t_hu表示加热时间，c_W表示水的比热容量，w_W表示要加热的水体积，70℃表示水应当加热到的温度。1250W的分母表示用于加热的功率。

另一方面，从给定的流量和温差，可以计算加热器功率。

在这个公式中，T_O表示输出温度，T₀表示21℃的环境温度，1250W再次表示加热设备/电源的功率，f_W表示流量，c_W再次表示水的比温度/热容。在该情况下，流量为约5g/sec。可以看出，输出温度为约75℃到85℃，具体为约81℃(例如，80.66℃)。

当然，本发明决不限于1kW-2kW的范围。在特定应用中可能需要更多功率(例如，5kW-10kW，尤其是8kW-12kW)。例如，对于短加热时间是一个问题且流量高于例如5ml/sec或5g/sec的应用而言，就是这种情况。例如，可以以大约50ml/sec的流量和8kW使用同样的容积式加热设备，将液体从20℃加热到60℃，用于淋浴或类似的清洗应用。

这种结果与加热的体积无关。因此，可以独立于流量和温差优化加热。一般来讲，要加热的体积越小，加热时间就越短。稳定流态下的输出温度不受所选体积的影响。

在使用利用红外光的容积式加热时，液体，尤其是水的高吸收系数允许加热设备的非常紧凑的设计，且可将要加热的体积减小到大约10ml。这样允许冷启动时间为5sec到7sec，优选为3sec。

如上文已经指出，本发明的一个方面涉及为用作发射源的灯丝提供一种新结构。

为了实现液体容积式加热所需的大表面面积，本发明提出折叠或扁平条的布置，优选是由具有高电阻的金属形成的条。这种“条形灯丝”比常规基于丝的灯丝更适于能量发射。具体地讲，所述条可布置为基本上显示出曲折或多边形的截面轮廓，以提供高发射表面。

在图2a)-图2k)中示出了截面轮廓的例子。当然，其他构型是可能的。具体地讲，示例性截面轮廓示出了忽略细节，像将灯丝连接到电源所需的电连接装置，以及灯丝沿基本正交于截面平面的轴的空间构型。

一般来讲，与利用基于丝的灯丝的标准方式相比，构造为条形灯丝布置的发射源能够在相同体积中提供高得多的灯丝表面，在标准方式中，采用螺旋方式缠绕丝。

图3中示出了根据本发明的使用条形灯丝31的发射源30的一个实示例。可以看出，灯丝31基本上具有星形截面轮廓，类似于图2j)和图2l)中示出的示例性截面轮廓。图3还示出了适于向灯丝31提供电能的电连接装置32、33。

图3中所示的灯丝31被设计为向内以及向外辐射能量。为了使灯丝31的欧姆电阻适应供应例如220V市电的电源(未示出)，有利地是，提供曲折成形的截面轮廓，例如，如图2l)中所示。

作为对比，图4中示出的发射源40具有基于更传统缠绕结构的灯丝41、42。这里，缠绕丝以形成双螺旋，表示再次使用螺旋缠绕的丝41以形成第二螺旋结构42。然而，更高阶的螺旋也是已知的，并被用作灯丝以获得大的灯丝表面。还示出了用于直接或间接将发射源40连接到电源的电连接装置44、45。

当然，发射源也可以被构造为显示两种方式的组合。例如，图5示出了另一种形式的发射源50，其具有缠绕成螺旋结构的条形灯丝51。还示出了电连接装置52。这种发射源基本显示出如图2k)所示的截面轮廓。

图6示出了图5中所示的发射源的侧视图，其中发射源60显示出缠绕成螺旋结构的条形灯丝61。还示出了电连接装置62、63。

然而，存在灯丝自辐射的普遍问题。自辐射表示所发射能量的部分不是向外发射的，即，不是向要加热的液体发射的，而是朝灯丝的其他部分，例如朝相邻绕组或表面发射的。

这具有如下效应：灯丝的部分被加热到比预期或计算的温度更高的温度，因此，发射源可能表现出不期望的行为。对于容积式加热情况而言，这种效应是不利的。

为了改善这种状况，可以围绕充当隔离装置的中心管布置灯丝，中心管例如由玻璃制成，尤其是石英玻璃，以加热通过管道传输的液体。图7和图8示出了用于容积式加热单元的构型的两个例子。

图7示出了容积式加热设备70，其中通过电连接装置72、73连接到电源的发射源71被要加热的一定体积的液体74例如水包围。

液体74通过入口75进入容积式加热设备。然后绕发射源71向出口76传输液体。当然，也可以向相反方向传输液体，其中入口75充当出口，而出口76充当入口。

通过某种方式确定被传输液体的体积和速度的大小，使得离开容积式加热设备的液体提供特定的期望温度。

在图7中，通过隔离装置77将发射源与液体隔离。图7还示出，使用覆盖装置78沿着发射源71引导液体。

为了减小灯丝自辐射的问题，可以将图7的设计改变成图8中所示的容积式加热设备80的设计。

这里，发射源81不仅被要加热的液体82包围，而且还分别通过发射源81和隔离装置85提供的中空部分传输液体82。具体地，液体82通过入口83进入容积式加热设备80并围绕发射源81被传输到出口84。当然，也可以向相反方向传输液体，其中入口83充当出口，而出口84充当入口。在图8中，还示出了反射性位移体(reflective displacement body)87。

通过某种方式确定被传输液体的体积和速度的大小，使得离开容积式加热设备的液体提供特定的期望温度。

在图8中，通过隔离装置85将发射源与液体隔离。图8还示出，使用覆盖装置86沿着发射源81引导液体。未示出电连接装置。

如果例如指向发射源的覆盖装置的壁由反射性材料例如镜面材料制成，就可以进一步提高容积式加热设备的效率。

一个重要的方面是，容积式加热设备的总体积由三部分构成：1)外体积；2)过渡区；和3)内体积。

关于这些体积的重新分配，应当提到两个方面：第一个方面涉及用于实现“最好效率”的容积式加热设备布置，而第二个方面涉及用于实现最短“冷启动”时间的布置(其当然也对前者有影响)。

对于“最佳效率”而言，优选设置是具有来自内体积的热出口，内体积例如是隔离装置85和反射性位移体87之间的体积，从而防止热量向外部辐射而损耗。这样能够减少(或完全消除)对容积式加热设备的外绝缘的需求，而布置外绝缘以例如始终不达到高温。在考虑人身安全时，这也可以是优点(不会有灼热部分伤害人体的风险)。对于提供来自外部的冷入口，例如，在覆盖装置上提供冷入口，或在隔离装置85和覆盖装置86之间进送体积的另一个支持理由是当可使用环氧树脂胶密封容积式加热设备时。在这种布置中，保证了由冷液体有效地冷却胶。

考虑例如图8所示的布置，可以假设灯丝发射能量的一半进入内部，而另一半到达外部。这当然可能不是严格真实的，但可以作为近似。在充满液体的容积式加热设备通过“冷启动”循环时，在热出口处的液体达到目标温度的时间仅取决于内体积。

这一事实允许通过使内体积尽可能小而独立优化这一特征。实现这一目的的手段是通过反射性位移体87。例如，如果总体积为约13ml，而内体积减小到约3ml，则冷启动时间将显著降低：由1250瓦加热13ml仅花费约3秒，但由600瓦加热3ml则少于1.5秒。

然而在稳定流态中，不会有任何变化，因为输出温度仅取决于流量。

具有小的内体积意味着，对于稳定流动工况(即在稳定流态中)而言，单位体积的液体将更迅速地经过内体积，因此将在过渡区中被加速。对于这样的加热设备体积重新分配，应当指出的是，过渡区应当尽可能小(对加热没有影响)，并用于对液体流加速。

实际要求起因于零部件公差：相关零部件的直径公差可能危险地接近水膜厚度。因此，有利地是，提供旋转液体运动，例如，绕容积式加热设备的主轴的旋转运动，这样做的效果是消除掉诸如灯丝发射功率和覆盖装置直径和壁厚的尺度变化的所有种类的不均匀性或公差。

图9a)-图9d)示出了根据本发明的加热设备的示例构型。尽管图9a)-图9d)全部示意性示出了隔离装置内部螺旋缠绕的灯丝92、92'、92”、92”'，但应当理解，灯丝可为如上文所述的不同的形式。

在图9a)-图9d)中，实线箭头表示液体沿发射源90、90'、90”、90”'的可能流动。在图9)和图9d)中，由点线和虚线箭头表示示例性替代流动方向。

就图9a)的情况而言，液体沿着发射源90的外表面流动，发射源90通过隔离装置91与液体分开。

图9b)示出了图9a)的构型的替代方案，其中沿着包含灯丝92'的发射源90'的隔离装置表面91'传递液体，但还通过发射源90'中形成的中空部分93'传递液体。当然，也是在中空部分93'中，发射源与液体通过隔离装置分开，该隔离装置可以由与隔离装置91'相同或不相同的材料制成。

如上所述，实线箭头表示液体沿发射源90'采取的可能方向，而点线和虚线箭头则表示液体采取的替代方向。具体地，尽管可以在一个方向上沿着由隔离装置91'形成的外表面/通过发射源90'的中空部分93'传输液体，但可以向相反方向上通过中空部分93'/沿由发射源90'的隔离装置91'形成的外表面传输液体。具体地，可以使用覆盖装置94”偏转液体和/或改变液体的传输方向。

图9c)示出了另外的替代方式，其中仅沿由隔离装置91”形成的发射源90”的外表面传输液体。发射源90”由隔离装置91”与液体分隔，但在覆盖装置94”内部通过。因此，要加热的液体的体积95”是由覆盖装置94”到隔离装置91”的距离限定的。

图9d)示出了一种构型，其中通过中空部分93”'以及沿由发射源90”'的隔离装置91”'形成的外表面传递液体。图9d)中的发射源90”'还示出了覆盖装置94”'，覆盖装置94”'至少部分围绕发射源90”'。

如上所述，实线箭头表示液体沿发射源90”'采取的可能方向，而点线和虚线箭头表示液体方向采取的替代路径。具体地，尽管可以在一个方向上沿着由发射源90”'的隔离装置91”'形成的外表面/通过发射源90”'的中空部分93”'传输液体，但可以向相反方向上通过中空部分93”'/沿由隔离装置91”'形成的外表面传输液体。具体地，可以使用覆盖装置94”'偏转液体和/或改变液体的传输方向。

同样，也仅沿由隔离装置91”'形成的发射源90”'的外表面传输液体，隔离装置91”'还将液体与发射源90”'分开，但在覆盖装置94”'内部。因此，覆盖装置94”'和由隔离装置91”'形成的发射源90”'的外表面之间要加热的液体体积95”'是由覆盖装置94”'到隔离装置91”'的距离限定的。

当然，图9a)-图9d)的所有构型仅示意性地示出了可以如何构造容积式加热设备。一般来讲，尽管可以自由设计液体流，但优选地是，保持冷液体在容积式加热单元的外部流动，例如，参考图8，在覆盖装置86和隔离装置85之间流动，而加热液体在容积式加热单元内部流动，例如，也参考图8，在隔离装置85和反射性位移体87之间流动。

对应于图9a)和图9b)中所示的构型，图10a)和10b)中示出了发射源具有星形截面轮廓的构型，其中示出了发射源100、100'。灯丝101、101'也设置为具有星形截面轮廓。

灯丝101、101'被隔离装置102、102'围绕，沿隔离装置102、102'的外表面液体能够通过。还示出了电连接装置103、104、103'、104'。

图10b)的构型对应于图9b)的构型，其中灯丝102'被外隔离装置101'围绕。还示出了用于将灯丝电连接到电源的连接装置103'、104'。这种构型还示出了中空部分105'，该中空部分被里面的隔离装置106'从发射源/灯丝分隔开。当然，隔离装置101'、106'不必由一种材料一体形成或形成为一个部件，而是可由若干零部件构成，且这些零部件也可由不同的材料形成。然而，所述材料应当对于发射的能量是基本透射或半透射的。

图11示出了容积式加热设备(上)与具有热交换器的常规加热设备(下)相比的好处。水被用作示例液体。可以看出，加热时间显著更短。减少了将水加热到约91℃的温度的加热时间(在填充要加热的体积之后(腔填充))，因为没有产生过高的温度(参见常规加热设备的图)。特别地，不需要将热交换器加热到比液体更高的温度来加热液体到达期望的温度。

因此，容积式加热设备的总功耗大大低于常规加热设备所需的功率。特别地，与利用热交换器的常规加热设备相关联的指数温度曲线相比，容积式加热设备的温度线性升高。

综上，本发明允许在小体积发射源中提供最大灯丝表面，还允许向发射源有效地提供要加热的液体，因为液体更适宜地从所有侧面围绕发射源，因此更好地完全吸收发射的辐射。

可以通过将反射性材料应用到覆盖装置来提高发射源的效率。也可在中空部分中布置反射性装置，例如，在穿过中空部分的杆或管上布置反射性装置，其具有的截面轮廓优选地追随隔离装置/发射源的截面轮廓。

有利地是，本发明的发射源布置于饮料制备机中，形成为包括隔离装置的中心灯，并浸入要加热的液体中。灯可提供中空部分/孔，通过中空部分/孔传递/传输要加热的液体。灯丝可以是缠绕成螺旋的丝，但也可以使用多螺旋结构，例如，可以使用缠绕成螺旋形式的很多丝，例如，双螺旋或更高阶螺旋，以提供更大发射表面。当然，可以用平的金属片将发射源形成为灯丝形式。而且，可以在灯中使用本文所述灯丝的组合，以进一步提高灯的效率。

可以由泵或由任何其他液体传质装置来传输液体。

现在脱离图5中所示的实施例描述本发明的特定实施例，并在图12中更详细地解释。

图12再次示出了发射源120的其他形式，该形式具有缠绕成螺旋结构的条形灯丝121。灯丝121的直径优选是30mm到50mm，更优选是40mm，而灯丝绕组布置成具有1.5mm到3.5mm的螺距，优选是2.5mm。

灯丝121展示出约160cm²到180cm²的表面，优选约170cm²或171cm²。在一个例子中，本发明展示出双股灯丝。在使用例如230V电源时，灯丝的额定功率在1.15kW到1.25kW的范围中，优选是1.25kW。优选地，灯丝由Kanthal AE形成，这是一种具有良好形式稳定性和使用寿命的铁素体铁铬铝合金(FeCrAl合金)。其适于在高达1300℃的温度下使用，尤其是具有0.05mm到0.15mm的宽度，特别是0.1mm的宽度。

还示出了电连接装置122。图12还至少示出了用于容纳灯丝121的绕组的外结构，以便将该绕组保持就位并在灯丝绕组之间保持期望的空间。

由于其设计的原因，将外结构称为“外梳状物”123。外梳状物123在一侧附接到桥接板124，并可以连接到基板125。桥接板124优选地由不锈钢形成，并通过点焊连接到灯丝。桥接板的优选材料厚度为0.2mm到0.4mm，更优选为0.3mm。在双股设置中，灯丝121实际可以由两个灯丝部分形成。重新参考图6，第一灯丝部分连接到第一电连接装置62，而第二灯丝连接到第二电连接装置63。然后两个灯丝部分都引至桥接板124，桥接板124形成所述灯丝部分之间的导电连接。

图13a)示出了外梳状物122的侧视图，而图13b)示出了带有两个连接的外梳状物123的桥接板124。基本上，图13b)所示的布置对应于图12的布置，在基板125之后，去除了灯丝121和电连接装置122。

外梳状物优选地由不导电材料，例如陶瓷材料形成，并展示出0.5mm到1.1mm的厚度，优选0.8mm的厚度。外梳状物提供了多个宽度为0.40mm到0.50mm，优选为0.45mm的齿。齿相互之间可以间隔1.95mm到2.15mm，优选2.05mm。当然，例如可以提供多于两个内梳状物，以提高灯丝的稳定性。可以通过卡扣式连接/连接器将内梳状物附接到桥接板。

图12看不清楚但也存在的至少是一种内结构，其也用于容纳灯丝121的绕组，以便将绕组保持就位并在灯丝绕组之间保持期望的空间。由于其形式，下文中将这种内结构称为“内梳状物”。

图14a)示出了内梳状物126的侧视图，而图14b)示出了带有两个连接的内梳状物126的基板125。基本上，图14b)所示的布置对应于图12的布置，在桥接板124之后，去除了灯丝121和外梳状物123。

而且，图中示出电连接装置122连接到内梳状物126。内梳状物优选地由不导电材料，例如陶瓷材料形成，并展示出0.5mm到1.1mm的厚度，优选0.8mm的厚度。内梳状物提供了多个宽度为0.40mm到0.50mm，优选为0.45mm的齿。齿相互之间可以间隔1.95mm到2.15mm，优选2.05mm。当然，例如可以提供多于两个内梳状物，以提高灯丝的稳定性。基板125优选地由氧化铝形成。基板的优选材料厚度为1mm到3mm，优选的是2mm。

图15示出了图12布置的替代视图，其在左侧示出了具有缠绕成螺旋结构的条形灯丝121的发射源120。还示出了外梳状物123、桥接板124、基板125和内梳状物126。另外，示出了连接点127，在该处灯丝121连接到桥接板124。而且，发射源120的中空部分128清楚可见。

图15的右侧示出了类似视图，其中相同的特征由与左侧视图相同的附图标记表示。未示出灯丝121以允许更好地理解内部构型。此外，示出了反射性位移体129，下文将对其进行更详细解释。内梳状物123、基板125和外梳状物126也可由陶瓷材料形成。

图16现在示出了隔离装置160，其优选地由玻璃形成，尤其是由石英玻璃或硼硅酸盐玻璃和/或“微晶玻璃(vitroceramic)”材料形成，将发射源，尤其是灯丝，与液体进行电隔离。隔离装置160特别提供了外表面161、162以及中空部分163。

图17现在示出了如何将发射源120移动到隔离装置160中。

具体地讲，将发射源120的中空部分128移动到隔离装置内部，使得发射源120的中空部分128容纳隔离装置160的中空部分163。在该组合之后，隔离装置160将灯丝121围绕到其内部和外部。具体地讲，基板125基本上密封由隔离装置160限定的腔室164。可以由环氧树脂胶提供密封，在将外入口用作冷液体入口时环氧树脂胶是尤其优选的，可有效地冷却要密封的部分。

从图18可以更明显看出这点，图18示出了在组合发射源120和隔离装置160之后的组合装置180。腔室164现在被基板125密封，隔离装置160的外表面161、162正在形成组合设备180的外表面，但基板125形成的表面除外。

如上所述，沿着隔离装置160的表面161、162传输液体。因此，容积式加热设备可以包括移动液体的装置。因此，容积式加热设备可以提供泵，用于通过提升、位移和重力来移动液体。

另外，容积式加热设备可以包括液体导流组件，用于引导液体沿第一外表面161流到第二外表面162，或者反之亦然。因此，容积式加热设备提供了从容积式加热设备的液体入口到液体出口的液体流道。由此，液体流道至少部分由液体导流组件形成。

图19中示出了这种液体导流组件190的一个例子。该组件包括导流元件或引导装置191，导流元件或引导装置191可以由刚性或柔性材料形成，并可以基本为“扇形”，如图19中所示。优选地，引导装置由硅橡胶形成。引导装置191被连接到反射性位移体192，而反射性位移体192适于布置在图16中所示的隔离装置160的中空部分163中。因此，在一个实施例中，引导装置显示出具有叶片194的叶片构型。引导装置191尤其用于在过渡区中加速液体流动，并为其赋予扭曲，以适应公差。具体地讲，引导装置191被设计为在液体通过引导装置191时，将液体设置成旋转运动。因此，优选地将引导装置191设置为使得液体绕容积式加热设备的主对称轴旋转。

反射性位移体192(也在图15中示出为反射性位移体129)的表面193优选是反射性的，例如由镜面反射所发射能量的材料制成。反射性位移体192的表面193优选地经过抛光，尤其是由合金，例如铝合金(例如AlMgSi)制成。而且，在布置于隔离装置160的中空部分163中时，在第二外表面162和反射性位移体192的表面193之间保持有间隙，以允许液体通过。因此，在第二外表面162和反射性位移体的表面193之间传输的液体膜的厚度由间隙的尺度限定。

图19还示出了用于将引导装置191和反射性位移体192连接到基板125的连接装置195。反射性位移体192还限定引导装置191相对于连接装置195的距离和放置点。

图20示出了图18的组合装置180和图19的液体导流组件190的组合200。示出了隔离装置160的第一外表面161，还示出了引导装置191，其布置于隔离装置的与基板125相对的一侧，以及布置于隔离装置160的中空部分163中(这里未示出)的反射性位移体192。组合200还提供了密封构件201，密封构件201以后用于在将组合200最终布置于覆盖装置中时防止液体渗漏。组合200还提供了第一供应装置202，第一供应装置202可充当要加热的液体的入口或出口。

图20的组合200在图21中现在被示出为布置于的覆盖装置210中。示出反射性位移体192任选地从覆盖装置210突出。而且，引导装置191的一部分可被提供至覆盖装置210的外部。在覆盖装置210的远端上，显示了基板125，它与密封构件(例如O型环)一起密封覆盖装置。覆盖装置210优选地由非腐蚀性材料制成，优选由金属，例如铝制成。覆盖装置还优选地表现出1MPa到3MPa(10巴到30巴)的耐压性，优选2MPa(20巴)的耐压性。图21还提供了第二供应装置211，第二供应装置211可充当要加热的液体的入口或出口。

引导装置191的目的是引导沿着第一外表面161向第二外表面162传递的液体。同样在图19中所示的例子中，引导装置191被构造为提供一种材料结构，该材料结构允许将液体引导到隔离装置160的中空部分163，以在引导装置191和反射性位移体192的表面193之间流动。

在图19中，引导装置191示例性地配备有“扇形”叶片194，在将覆盖装置210应用到容积式加热设备之后，叶片194与覆盖装置210汇合。在应用覆盖装置210之后，即，在沿隔离装置160的第一外表面161移动覆盖装置210，优选地移动到基板125之后，引导装置191的叶片194之间的间隙提供了通道，液体能够在其中朝隔离装置160和反射性位移体193之间的间隙流动。实际上，由于叶片194汇合覆盖装置内表面和隔离装置160的外表面，例如，隔离装置160的第一外表面161，因此液体不能在存在叶片194的地方流动，从而采取叶片194之间的路径。因此叶片194引导液体，尤其是为液体施加阻碍。

然而，应当理解，可以通过不同方式构造引导装置191。例如，引导装置191可以是具有通道、凹槽和/或脊的垫子，通道、凹槽和/或脊优选地从反射性位移体192径向或以螺旋形式延伸。通道和/或凹槽可以具有与引导装置的材料厚度相同的深度(“切口”)，或具有较小深度。而且，引导装置191可通常至少部分地由多孔材料或水可透过的材料制成。

图22现在示出了带有覆盖装置210和基板125的容积式加热设备220。可以看到，前面描述的电连接装置122从基板伸出，以便连接到电源。还可以看到用于将要加热的液体传输进出容积式加热设备220的第一和第二供应装置202、211。

此外，可以提供引线221以将容积式加热设备220中设置的传感器，优选温度和/或压力传感器与控制单元(未示出)连接，以便调节液体温度和/或压力，例如，调节由发射源发射的能量的量和/或传输液体的速度。

Claims (14)

1.一种用于饮料制备机的容积式加热设备，包括：

-发射源，所述发射源被设计为用于发射电磁辐射并向至少部分围绕所述发射源的液体传输能量，

-液体流道，以及

-隔离装置，所述隔离装置对发射频谱中的所述电磁辐射基本透射，且被设计为将所述发射源与所述液体进行电隔离，

其中，所述发射源包括条形灯丝，

所述容积式加热设备被构造为以特定厚度的膜向所述隔离装置供应所述液体，

所述膜的所述厚度由待被所述液体吸收的能量的百分比确定，

所述膜的所述厚度为0.5到6mm。

2.根据权利要求1所述的容积式加热设备，其中所述发射源包括曲折灯丝。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的容积式加热设备，其中所述发射源包括螺旋构型的灯丝，所述螺旋构型包括简单螺旋、双螺旋和更高阶螺旋中的至少一种。

4.根据权利要求1或2所述的容积式加热设备，其中所述灯丝提供基本上线形、三角形、矩形、星形或曲折形的截面轮廓。

5.根据权利要求1或2所述的容积式加热设备，其中所述容积式加热设备被构造为向所述隔离装置选择性地供应所述液体，以将所述隔离装置至少部分地浸入所述液体中。

6.根据权利要求1或2所述的容积式加热设备，其中所述隔离装置为玻璃，并且其中所述隔离装置被构造为将所述发射源与所述液体进行热隔离。

7.根据权利要求1或2所述的容积式加热设备，其中所述发射源和所述隔离装置都至少部分地被覆盖装置围绕，所述覆盖装置距所述隔离装置以特定距离布置，以至少部分地形成所述液体流道。

8.根据权利要求7所述的容积式加热设备，其中所述覆盖装置被设计为限定所述膜的所述厚度。

9.根据权利要求1或2所述的容积式加热设备，其中所述容积式加热设备还包括引导装置，所述引导装置被构造为使得通过所述引导装置的液体进行旋转运动。

10.根据权利要求1或2所述的容积式加热设备，其中所述发射源以中心在2.2μm或更大波长处的红外频谱发射电磁辐射。

11.根据权利要求4所述的容积式加热设备，其中所述灯丝提供v形的截面轮廓。

12.根据权利要求6所述的容积式加热设备，其中所述隔离装置为石英玻璃和/或硼硅酸盐玻璃。

13.一种饮料制备机，所述饮料制备机被构造为供应热饮料，所述饮料制备机包括根据权利要求1至权利要求12中的任一项所述的容积式加热设备。

14.根据权利要求13所述的饮料制备 机，其中所述饮料为茶或咖啡。

Images