CN1668235A - 一种用于加热液体的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种饮料机内的用于加热液体的装置，其包括：至少一组由至少两个电阻组成的组件，其中所述电阻电连接在一起以便单独地或与同一组的一个或多个电阻串联地使用每组中的一个电阻；至少一个独立的电阻以及至少一组由至少两个电阻组成的组件，其中，所述电阻电连接在一起以便单独地使用一组中的第一电阻或者与同一组的后续电阻中的一个或多个串联地使用该第一电阻，所述电阻将最大限度的能量传递至液体流，并且可以对液体温度进行较精确的控制。

Description

一种用于加热液体的装置
技术领域
本发明涉及一种饮料机中的用于加热液体的装置。
背景技术
一种用在一热饮机中的液体加热模块是已知的。受让人的专利申请WO 01/54551涉及一种用在一热饮机中的液体加热模块，该模块包括一金属材料制成的中空管、一设置在该中空管内的柱状插入件、至少一个在该管外侧的第一部分上用于预热液体的电阻以及至少另一个在该管外侧的第二部分上用于调节流经该管的液体的温度的电阻。该技术方案的问题在于，电阻并联工作并因而有较高的能量需求，这是因为所述电阻增加了对能量的要求，当液体温度需要较大程度的升高时，对能量的要求可以达到很高的水平。
本发明的目的也是一种在一热饮机中的用于加热液体的装置，其中，功率需求的变化不太重要，能够快速达到液体目标温度，并能够在所述液体到达一萃取头或其它部件时对液体温度进行精确的调节。
发明内容
本发明涉及一种在一热饮机中的用于加热液体的装置，其包括：
-至少一组由至少两个电阻组成的组件，其中，所述电阻电连接在一起以便单独地或者与同一组的一个或多个电阻串联地使用每组中的一个电阻，
-至少一个独立的电阻以及至少一组由至少两个电阻组成的组件，其中，所述电阻电连接在一起以便单独地使用一组中的第一电阻或者与同一组的后续电阻中的一个或多个串联地使用该第一电阻，所述电阻将最大限度的能量传递至液体流，并且可以对液体温度进行较精确的控制。
在该装置的第一实施例中使用了已知的传统电阻。在这种情况下，对使用的电阻没有严格的要求：可以使用本领域技术人员已知的所有可能的电阻。在第二实施例中，使用的电阻放置在一基板上。该基板可为任何类型的材料。优选地，该基板具有良好的热传导性和较低的热容量。该基板优选为一金属或陶瓷材料。
根据第二实施例，优选地将电阻制成下列形式之一：电线和厚膜。厚膜技术在电子领域中是已知的并且现在用于制造电阻。该技术在一由石英、金属、矾土或氧化铍制成的基板上使用导电油墨(糊状)。如前所述，优选的是一金属基板。
电阻具有最高可达15-70Watt/cm2的功率密度。电阻的该功率密度可使水的温度很快地从室温上升到大约85-90℃。为使中空管具有良好的电绝缘性，优选地在所述管外侧电阻下方设置瓷漆。该漆的厚度一般在100和300微米之间。最后，中空管的电阻覆盖有一非导电材料，例如一层瓷漆或塑料。该绝缘体既可以是一管也可以是一非导电材料层。
必须在本发明装置中加热的液体并不是关键的，其可以为任何类型的液体或流体。优选地，被加热的液体为例如用于制备茶、咖啡或其它类型的饮料的水。也可以加热例如用于制备可可饮料的牛奶。该加热器还可用于加热可泵吸的流体或糊状物，如汤或调味汁。也可以考虑产生蒸汽以便例如直接加热一杯子中的水或用于使牛奶发泡。可以考虑将本发明的装置用于小型机器例如咖啡机或者较大的机器例如自动售货机。
本发明的重要特征是利用串联的电阻来使用本装置，这一点很重要，因为在至少三个电阻的情况下，使用功率P并不总是单个电阻的功率相加，而是例如在n个电阻串联的情况下为：Ptotal＝(P1×P2×...Pn)/(P1+P2+...+Pn)。
效果是可以较好地适应所需功率，并且在机器的出口达到一较精确的温度。下文将参考附图和示例进行说明。
对于具有电阻的加热用装置，其构造成具有至少一组由至少两个电阻组成的组件，并且在一咖啡机的情况下为1-5个电阻，在一自动售货机的情况下可以为1-10个电阻。对于本发明的装置，具有至少一个独立的电阻以及至少一组由至少两个电阻组成的组件，并且在一咖啡机的情况下为2-5个电阻，在一自动售货机的情况下为1-10个电阻。所述电阻既可以设置在一管上也可以设置在一扁平基底上。
在电阻在一管上的情况下，用于中空管的材料为一金属。优选地，该管由不锈钢制成。管的大小可根据应用类型而不同。例如，如果用于一咖啡机，该管直径可为大约6-20mm且长度可为大约100-200mm。该管的厚度为大约1-4mm。在用于一自动售货机的情况下，该管的直径为大约30-50mm且长度为大约200-400mm。该管的厚度与前例(用于一咖啡机的管)相同。
该中空管的长度与其直径的比值在大约5和大约40之间。
在一管上具有电阻的根据本发明的加热模块还包括沿中空管的整个长度并基本沿中空管的对称轴线设置在该中空管内部的一柱状插入件。一插入件的设置通过提高水速-这增加了传递系数-而增加从管表面到液体的热传递。当形成一湍流时达到最佳速度。这允许良好的能量传递并能快速地加热水。该插入件由食品级的塑料、金属或陶瓷材料制成。该插入件优选地为一低热容量及传导率材料，例如塑料以及尤其是特氟纶(Teflon)，但也可为另一种食品级材料。中空管直径和插入件直径的比值在1和5之间。该插入件既可以是固定的也可以绕其对称轴线旋转。在一旋转插入件的情况下，所述插入件与一设置在该插入件下部的流量计的一旋转轮相连，从而可以由以一切线角流到流量计推进器上的流动的冷水推动。可旋转的柱状插入件包括一金属丝刷。这些金属刷束在一纵向平面内(在插入件的仅一侧或两个对称侧)或者以一螺旋方式例如1个或2个螺线集合穿过该插入件。它们只设置在中空管内的插入件部分中。该刷应具有适当的机械张力和强度以便能够除去内管面的水垢。刷束的两端应该以90°稍微接触管的内表面。应该将所有刷束设计为当插入件由流量计推进器推动而旋转时将水向上推。
该插入件也可为一空心件，这将引起部分热水回流以便与冷水混合，并且当水被加热时促进水的混合。
该插入件也可以在其外表面上具有螺旋槽：这是一个较好的技术方案，可以迫使液体流入通道并形成一湍流，从而有利于快速加热到所需温度。最后，可以绕该插入件设置一弹簧。
在电阻设置在一扁平基底上的情况下，通道在一用于液体流动的结构内，所述通道沿电阻的路径定位。在这种情况下，既可以将电阻设置在该结构的仅一侧，也可以将电阻设置在该结构的两侧。用于液体流动的通道具有一减小的截面积，以使液体的速度形成一湍流。
本发明的液体加热模块用作为制备饮料而加热液体的一机器的一部分。本发明还涉及一种用于加热液体的设备，它包括：
-一液体供应源，
-一用于供应所述液体的泵，
-一如前所述的用于加热液体的装置，其中，所述液体从该液体供应源经所述设备中的一管或通道流动，
-一用于已加热液体的出口的通路，该通路或者通过一待萃取的物质或者在一用于混合所述已加热液体与一粉末的混合器中。
根据第一实施例，该液体加热模块是一咖啡机或基于萃取如咖啡或茶等物质的另一类似机器的一部分。在这种情况下，既可以直接萃取该物质-例如一咖啡床(bed of coffee)和然后一浓缩咖啡(espresso)机，也可以在已准备好的筒或盒中萃取该物质-例如欧洲专利No.512468和No.602203中涉及的物体。
根据第二实施例，本发明的设备用于自动售货机，在该机器处消费者可直接获得茶杯、咖啡杯或可可杯，其中已加热液体仅在被传送到一杯子中之前才与相应的粉末混合。
本发明的装置也集成有其它咖啡机或自动售货机中具备的常用元件，例如一阀、一温度控制器、一流量计。
本发明最后涉及一种用于上述装置的方法，其中，控制电阻和/或电阻组中的电功率以便实时地向液体提供所需的能量，以根据能量平衡达到液体目标温度。
根据该方法，对于一咖啡机，(液体的)流速在50-300ml/min；对于一自动售货机，(液体的)流速在300-5000ml/min。
本发明的方法的一优点是，该机器总能即时提供在所需温度下的热水或蒸汽，而不会在准备阶段消耗能量。例如，消费者将机器置于“on”位置的时刻和机器准备制备咖啡的时刻之间不再有等待时间。当消费者决定制备咖啡时，所述泵使水流入管内第一电阻的高度，然后泵停止工作并且第一电阻将水加热到大约72℃。当在第一电阻下加热水所必需的能量已经被传递后，泵再次起动，并使水填充所述管至第二电阻的高度。然后，该第二电阻将由第一电阻加热的72℃的冷水加热到大约80℃，并且同时第一电阻将新送入的室温下的冷水加热到72℃。泵再次起动，并使水填充所述管至第三电阻的高度，然后第二和第三电阻串联式电连接以便将水加热到86℃，而第一电阻将新的冷水从室温加热到72℃。然后，泵再次起动，并且水被连续加热(泵不停止工作)以萃取杯中的咖啡。根据咖啡的情况，该过程大约需要20至30秒。对下一杯咖啡，重复同样的过程。
另一技术方案为(使水)以一降低的流速(例如通过改变泵的频率)填充至最后一个电阻的高度，并且一旦到达该最后一个电阻(的高度)便以最高流速开始(流动)。
下面参考一示例对本发明进行详细说明。
示例
在本示例中有三个电阻，其中R1＝750W，R2＝660W和R3＝1300W。在本实施例中R1是独立的，R2可以是独立的或者与R3串联。这意味着可以得到下列功率输出：
R1                     750W
R2                     660W
R1 R2                  1410W
R2+R3                    438W
R1，R2+R3                1188W
计算是根据上述公式进行的。如该表中清楚所示，根据本发明不能将这三个电阻相加，这意味可以较好地适应温度而无需较大的功率需求。该管为一直径为20mm且长度为170mm的不生锈的中空管。所述插入件由特氟纶制成，其直径为16mm且长度与中空管相同。水以50-200ml/min的流速流动。在4秒内达到所需温度。
附图说明
下面参考附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是一种根据示例1的一用于萃取封闭筒的咖啡机中的加热液体用装置的示意图；
图2是第一实施例中的加热用装置的示意图；
图3是图2的放大示意图；
图4是第二实施例中的加热用装置的示意图。
具体实施方式
根据图1，该咖啡机包括一通过一管2连接到一流量计3以及一将冷水传送至用于加热水的装置5的泵4上的冷水箱1。该装置5有三部分：一独立的第一电阻R1以及两个串联连接的电阻R2、R3。这些电阻通过(电线)6、7连接到电源上。在装置5的出口处，热水流经一导管8并经过(导管)11到达一容纳烘焙及研磨咖啡的筒9中。该筒为根据欧洲专利No.512468的在压力下打开的一密封筒。用于饮用的咖啡流入一杯10中。该咖啡机还包括一冷水温度传感器12、一热水温度传感器13以及分别设置在电阻R1、R2之间和R2、R3之间的传感器14、15。根据本发明还可在该加热装置的出口设置一用于产生蒸汽的导管16。在电路中，开关S1、S2、S3是操作咖啡机所必需的。
该咖啡机如下操作：消费者放置一筒9并启动机器。泵4使冷水从冷水箱1经由管2流动以到达(电阻)R1的高度，然后泵4停止工作。此时，只有开关S1闭合，(电阻)R1处于电压下并将水加热到大约72℃。当必需的能量已从该第一电阻传递给水以后(通过能量平衡计算)，泵再次运转并使水流至(电阻)R2的高度，泵再次停止工作并且开关S1、S2闭合。当在第二电阻下加热水所必需的能量已通过所述第二电阻传递以达到大约80℃，而且在第一电阻下加热水所必需的能量已通过所述第一电阻传递以达到72℃时，泵再次运转并使水流至第三电阻的高度。然后，开关S1、S3闭合而(开关)S2打开，以使得这三个电阻可将能量传递给水以便在装置的出口处将水加热到大约86℃。泵的操作和加热连续进行，从而将热水送到萃取头。
图2和图3给出了一管子形式的加热器的较详细的视图。该加热器20具有一入水口21和一出水口22。一插入件23位于该管内并在其外侧具有螺旋槽25：因此迫使水通过通路26。在该管的外侧24上设置有电阻R1、R2和R3(未示出)，这些电阻根据上述方法对水进行加热。
图4显示了一扁平状的加热器30。其中有一入水口31和一出水口32。水流经通道33。根据本实施例，可在该加热器的一个或两个表面上设置1至5个电阻(未示出)。

Claims (19)

1.一种饮料机内的用于加热液体的装置，包括：
-至少一组由至少两个电阻组成的组件，其中，所述电阻电连接在一起以便单独地或者与同一组的一个或多个电阻串联地使用每组中的一个电阻；
-至少一个独立的电阻和至少一组由至少两个电阻组成的组件，其中，所述电阻电连接在一起以便单独地使用一组中的第一电阻或者与同一组的后续电阻中的一个或多个串联地使用该第一电阻，所述电阻将最大限度的能量传递至液体流，并且可以对液体温度进行较精确的控制。
2.一种根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电阻系统设置在一管上，所述液体在该管中流动。
3.一种根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括一沿所述管的整个长度并基本沿该管的对称轴线设置在该管内的柱状插入件。
4.一种根据权利要求2或3中的任一项所述的装置，其特征在于，所述插入件在其外表面上包含螺旋槽。
5.一种根据权利要求2至4中的任一项所述的装置，其特征在于，绕所述插入件设置有一弹簧。
6.一种根据权利要求2至5中的任一项所述的装置，其特征在于，所述管的长度和直径的比值在大约5和大约40之间。
7.一种根据权利要求3至5中的任一项所述的装置，其特征在于，所述插入件为从下列材料中选取的一绝缘材料：塑料、金属和陶瓷。
8.一种根据权利要求3、4或7中的任一项所述的装置，其特征在于，所述插入件是固定的或者可沿其对称轴线旋转。
9.一种根据权利要求3至8中的任一项所述的装置，其特征在于，所述插入件由于与一设置在该插入件下部的流量计的一旋转轮相连而旋转。
10.一种根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述可旋转的柱状插入件包含一丝刷。
11.一种根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电阻系统设置在一扁平基底上，液体流经沿电阻路径定位的通道。
12.一种根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述用于液体流动的通道具有一减小的截面积，以使液流形成一湍流。
13.一种根据权利要求1至12中的任一项所述的装置，其特征在于，不同的电阻制成下列形式之一：电线、厚膜电阻。
14.一种根据权利要求1至13中的任一项所述的装置，其特征在于，所述电阻具有最高可达15-70Watt/cm2的功率密度。
15.一种根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述中空管在其外侧电阻下方包含瓷漆。
16.一种根据权利要求1至15中的任一项所述的装置，其特征在于，所述电阻覆盖有一非导电材料或者由一非导电材料绝缘。
17.一种用于加热液体的设备，包括：
-一液体供应源，
-一用于供应所述液体的泵，
-一根据权利要求1至16中的任一项所述的用于加热液体的装置，其中，所述液体从所述液体供应源流经所述设备中的一管或通道，
-一用于已加热液体的出口的通路，该通路或者通过一待萃取的物质或者在一用于混合所述已加热液体与一粉末的混合器中。
18.一种用于加热根据权利要求17所述的系统的方法，其特征在于，控制电阻和/或电阻组中的电功率以便实时地向液体提供所需的能量，以根据能量平衡达到液体目标温度。
19.一种根据权利要求18所述的方法，其特征在于，对于一咖啡机，液体的流速在50-300ml/min，对于一自动售货机，液体的流速在300-5000ml/min。
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