JP4225693B2

JP4225693B2 - オンデマンド式電気抵抗加熱システム及び液体加熱のための方法

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Publication number: JP4225693B2
Application number: JP2000567054A
Authority: JP
Inventors: ハーリック、ジェームズ、ピー; サストリイ、サドヒア; クライド、ジーン、エフ; ウェドラル、イレーヌ、アール
Original assignee: ソシエテ・デ・プロデュイ・ネスレ・エス・アー
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2019-08-24
Also published as: US6522834B1; US6130990A; JP2002523886A; AU5784599A; EP1110430A4; EP1110430A1; WO2000011914A1

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、飲料製品を醸造したり、乾燥食品を再生するべく、それらに熱水を供給し、液体食料製品を加熱するための液体加熱器に関するものである。より具体的には、本発明は直接電気抵抗（ＤＥＲ）加熱装置を利用した液体加熱器に関するものである。
【０００２】
（背景技術）
コーヒー醸造機のような慣用的飲料メーカ（製造機）は、水を保持するための通常ステンレス鋼で作られた水貯蔵タンクと、該水貯蔵タンク内の水を加熱するための加熱ロッドとを備えている。前記加熱ロッドは砂及び熱発生フィラメントで充填されたチューブを含んでいる。前記フィラメントによって発生した熱は砂に伝達され、次に水タンク内の水に伝達され、水が加熱される。
【０００３】
他の慣用的飲料メーカは前記熱水貯蔵タンクと類似の水ボイラを含んでいるが、これは加圧下で保持されているので、水がより高い温度で加熱されるのを許容するという点が異なっている。
【０００４】
これらの慣用的飲料メーカは、しかしながら、幾つかの欠点を有している。例えば、それらは低温スタート期間が長く、その間に未加熱の水を充満した低温水タンク又はボイラが加熱される。それらは又、加熱水が分配され、未加熱水で補充されるには長い回復時間が必要とされる。加えるに、水の品質は長時間高温度に維持された時には劣化する可能性がある。
【０００５】
如上の欠点を解消するために、慣用的コーヒー醸造機の幾つかはオンディマンド式（要求時に実行する）水加熱装置を含んでいる。これらの慣用的オンディマンド式水加熱装置は要求された時にのみ水を加熱する。少量の加熱水を製造する慣用的オンディマンド式加熱装置は水パイプに結合された非直接的電気抵抗加熱器を含んでいる。他方、大量の加熱水を製造する慣用のオンディマンド式加熱装置は、加熱ブロックを含んでおり、該ブロックは金属のブロックに収納されたコイル状の水チューブとコイル状加熱ロッドとを含んでいる。前記加熱ブロックは未加熱水が該ブロック中を通過する際に要求に応じて水を加熱するための熱エネルギー貯蔵装置である。この事は、電力を加熱ブロックに常に供給する事を意味する。即ち、該ブロックをある温度に維持し、以って電気的エネルギーを無駄にし、熱的エネルギーをその周囲環境に失う事を意味する。一般的に言って、慣用のオンディマンド式水加熱器は、とりわけて、それらが非直接的抵抗加熱方法を利用しているという点で非効率的である。
【０００６】
加えるに、如上の欠点故に、慣用の加熱装置は安定した温度で加熱水を製造する事は、それがある種の高品質飲料を醸造するのに望ましい特徴であるにも拘らず不可能である。
【０００７】
如上の慣用の水加熱方法のかわりに、直接電気抵抗（ＤＥＲ）加熱方法が産業用途として開発されている。ＤＥＲ方法は又電気加熱、インライン加熱又はオーミック加熱として知られている。慣用的ＤＥＲ装置は一対の電極と、該電極に高電力を投入、添加するための電力供給器とを含んでいる。肉又は他の食品製品のような電気的に伝導性の媒体が前記電極間を通過するにつれて、電流が該媒体中を流れ、内部に熱を生成する。前記媒体はそれが抵抗器として作用するので熱を発生する。
【０００８】
幾つかの参考文献は、異なるタイプの電気的伝導体媒体を加熱するためのＤＥＲ方法を開示している。例えば、英国特許出願ＧＢ−Ａ−２３０４２６３号（「２６３」出願）は液体卵を電気加熱し、処理し、低温滅菌し、調理する方法を開示している。この電気加熱法においては、液体卵はそれが一対の電極中を通過し、電力が電極間に添加された時に低温滅菌される。この方法は、しかしながら、単に１つのタイプの伝導性媒体即ち液体卵のみを、制御された製造ラインにおいて加熱している。加えるに、この方法は、他の慣用のＤＥＲ加熱方法の場合と同様に、他の工業的強度の部品間に高電力供給器を必要とするので、非工業的用途においては比較的に高価となる傾向がある。
【０００９】
（発明の概要）
従って、本発明においては、ＤＥＲ加熱装置の一般目的液体加熱器が提供されており、該加熱器は如上の慣用のＤＥＲ加熱装置の欠点を有してないものである。
【００１０】
まず第１に、本発明のＤＥＲ加熱装置は家庭、事務所、レストラン又は食品サービス施設に通常供給されている電力取出し口からその電力を引出している。本発明のＤＥＲ加熱装置は又異なる種類の液体の種々の電気伝導度にも適応出来る。更には、本発明のＤＥＲ加熱装置の電極は剛固で、比較的不活性で、電気的に伝導性の、しかも摩耗を許容する材質、例えばグラファイトから作られている。慣用の水加熱器に対する他の利点もまた以下に記載されている。
【００１１】
加えるに、本発明の加熱装置はＤＥＲ加熱装置を利用しているので、電気エネルギーを熱エネルギーとして水内に迅速かつ効率的に伝達させる一方、如上の慣用の飲料メーカーの間接的加熱方法と関連したエネルギーロスを減少させる事が可能である。
【００１２】
より具体的には、本発明の液体加熱器は電気的に伝導性の表面を備えた第１の電極と、該第１の電極の電気的に伝導性の表面から隔置された第１の電気的伝導性の表面を備えた第２の電極とを含んでいる。前記液体加熱器は又、少なくとも部分的に、前記第１及び第２の電極の電気的に伝導性の表面によって画成された第１の加熱通路をも含んでおり、前記第１の通路は液体を加熱通路内に収納する形状とされた第１の開口を含んでいる。液体加熱器への電力は電力供給器によって提供されており、該供給器は６０Ｈｚより低いか実質的に等しい周波数を備えた交番電流を引出し、５０Ｈｚと実質的に等しいか又はそれより高い周波数を備えた交番電圧を前記第１及び第２の電極を横切って供給するような構造とされている。この構造においては、前記第１及び第２の電極は加熱通路内に受納された液体と電気的接触を行うようにされており、加熱通路内の液体は、電流が前記第１及び第２の電極並びに液体中を電流が流れる時に熱を発生させる。注目すべきは、前記電極を横切って供給される交番電圧は２０ｋＨｚから２００ｋＨｚの間の周波数を持ち得ると言う事である。
【００１３】
好適には、前記電力供給器は交番電流を直流に転換するようにされたＡＤ／ＤＣ変換器と、変換された直流の電圧レベルを調節するようにされた電圧レベルコントローラーと、変換された直流の調節された電圧レベルに基づいて、電極を横切って供給されるべき交番電圧を創成するようにされたＤＣ／ＡＣ変換器とを含む事が出来る。前記電力供給器は更に前記電極及びＤＣ／ＡＣ変換器に接続されたトランスを含む事が出来、該トランスは電極を横切って供給されるべき交番電圧を増大させる構造とされている。所望とあらば、前記電圧レベルコントローラーは更に各々がそれぞれのパルス幅を有する複数個のパルスを発生するようにされたパルス幅変調式信号発生器と、前記複数個のパルスを前記ＡＤ／ＤＣ変換器からの直流と掛合わせるようにされたデューテイ−サイクル・スイッチと、変換された直流の調節された電圧レベルを生成するためのフィルタとを含む事が出来る。やはり所望とあらば、前記第２の電極はその電気的に伝導性の表面上にパターンを備える事が出来る。前記パターンは数個の弧状溝とする事が出来る。
【００１４】
加熱液体の製造をより効率的に制御するために、本発明の液体加熱器は又加熱液体の温度を測定するようにされた温度センサと、前記電極間及び液体中を流れる電流を測定するようにされた電流計と、測定された温度及び測定された電流の少なくとも一方に基づいて電圧調節信号を発生するようにされたコントローラとを含むことが可能である。この構造によれば、前記電圧レベルコントローラは更に、変換された直流電流の電圧レベルを電圧調節信号に基づいて調節するようにされている。
【００１５】
更に、他の形状の電極を提供する事が出来る。例えば、前記第１の電極は棒状とする事が出来、円筒状形状を備える第２の電極内に配設される。所望とあらば、円筒状の形状並びに電気的に伝導性の内側及び外側表面を備えた付加的電極もまた設けることが可能である。この構造においては、前記第２の電極は更に１つの電気的に伝導性の第２の表面を含んでおり、付加的な加熱通路が、第２の電極の電気的に伝導性の第２の表面及び付加的電極中の最内側電極の内側表面によって画成され、前記付加的電極が互いに同心状に、かつまた前記第１及び第２の電極から隔置される時には、導付加的電極の電気的に伝導性の内側及び外側表面によって画成される。
【００１６】
更に別の電極構造においては、前記第１及び第２の電極は実質的に平坦な表面を備える事ができる。所望とあらば、実質的に平坦な表面を備えた付加的電極もまた設置可能である。この構造では、付加的電極が互いに平行をなし、互いに隔置された時に、同電極によって付加的な加熱通路が形成される。
【００１７】
多重加熱通路を備えた如上の種々の電極形状においては、各加熱通路は近接する加熱通路と液体導通する事によって、１つの加熱通路内で加熱された液体がその近接する加熱通路へと流れることを許容する。更には、前記電力供給器は交番極性の形状をした電圧を前記付加的電極に供給するようにされている。加えるに、前記コントローラーは更に電極の各々に添加される電圧を調節するか、又は電極の各々に添加される交番電圧を接続または遮断するような構造にされている。
【００１８】
本発明は又水を加熱して、エスプレッソ、コーヒー、ホットチョコレート及びティーのような飲料製品を作るために如上のＤＥＲ加熱装置のいずれかを使用して、家庭、事務所、レストラン及び食料サービス施設内で用いる飲料製品分配器をも提供している。本発明の飲料製品分配器は、一定した高品質の飲料製品を作製するために、加熱水の温度及び飲料製品が醸造される圧力を含む所望の抽出条件下で飲料製品を醸造している。本発明の前記ＤＥＲ加熱装置は又ソース及び液体チーズのような液体食品を加熱するのにも利用する事が可能である。
【００１９】
本発明の飲料分配器は水を加熱ユニットに供給するための水パイプ及び水源接続器を含む事が出来る。加熱ユニットは加熱通路を形成する内側及び外側電極を含んでいる。前記加熱通路に供給された水は電流が水中かつ電極中を流れた時に熱を発生する。加熱ユニットは絶縁チューブ及び流体によって取囲まれており、該流体は取入れ口及び取出し口シーラントによってシールされている。加熱された水は分配ヘッドへと開放される。前記分配ヘッドは加熱水を醸造チャンバへと開放し、該チャンバ内において加熱水は粉引きされた飲料物質と混合され、飲料製品が製造される。
【００２０】
前記飲料分配器は又１つのコントローラーを含んでおり、これは加熱ユニットに供給される水の量と電極に供給される電流の量を規制し、以って分配ヘッドにおける加熱水が最適な水温に到達する事を保証している。
【００２１】
加えるに、本発明は、乾燥食品製品を再生するか又は濃縮食品製品に熱水を混合させるべく水を加熱するのにＤＥＲ装置を使用した、家庭、事務所、レストラン及び食品サービス施設において用いる液体食品製品分配器を提供している。
【００２２】
別の実施例において、本発明はまた液体加熱の方法をも含んでおり、該方法は、第１の電極及び第２の電極間に形成された加熱通路内に未加熱の液体を供給し、該液体を加熱通路中に通過させる段階と、同時に交番電圧を前記第１及び第２の電極間に添加する段階と、以って電流が液体中を流れる時に加熱通路に提供される液体内に熱を生成せしめる段階とを含んでいる。前記方法は更に、液体中を流れる電流を測定する段階と、前記第１及び第２の電極に添加される交番電圧を測定された電流に基づいて調節し、以って加熱液体の加熱速度を効率的に制御する段階とを含んでいる。
【００２３】
所望とあらば、前記方法は更に６０Ｈｚより低いか実質的に等しい周波数を持った交番電流を直流に変換する段階と、変換された直流の電圧レベルを調節する段階と、前記変換された直流の調節レベルに基づいて、電極に供給されるべき交番電圧を発生させる段階とを含む事が可能である。変換された直流の電圧レベルを調節する段階は又、各々がそれぞれのパルス幅を持った複数個のパルスを発生させ、該複数個のパルスを前記直流と掛合わせる段階と、変換された直流の調節された電圧レベルを生成する段階とを含む事が可能である。
【００２４】
加熱液体製造を効率的に制御するために、前記方法は更に、前記電流の測定値量が所定量を超過した時には第１及び第２の電極に添加される電圧を中断するか又は加熱通路に供給される液体の伝導度を測定された電流に基づいて計算する段階を含む事が出来る。所望とあらば、前記方法は更に、加熱液体の温度を測定する段階と、加熱通路に供給される液体の量を測定された温度に基づいて調節する段階とを含む事が可能である。
【００２５】
図１を参照すると、本発明の液体加熱装置１１は少なくとも一対の電極を有するＤＥＲ加熱セル１３を含んでいる。前記ＤＥＲ加熱セル１３は加熱すべき液体をＤＥＲ加熱セルへと供給するようにされた液体ポンプ１５と、電力をＤＥＲ加熱セル１３内の電極を横切って供給するようにされた電力供給器１７と、ＤＥＲ加熱セル１３によって放出された時に液体の温度を検知するための温度センサとに接続されている。液体加熱装置１１は更に液体ポンプ１５、電力供給器１７及び温度センサ１９に接続された主コントローラ２１を含んでいる。
【００２６】
図２乃至図４に記載された実施例においては、好ましい形態のＤＥＲ加熱セル１３は内側電極１０３、外側電極１０９及び電極１０３、１０９間の間隙によって画成された加熱通路１０７を有している。内側及び外側電極１０３、１０９の各々はそれぞれ導電性表面１０５、１１１を備えている。この実施例のＤＥＲ加熱セル１０１は又、加熱すべき液体を液体ポンプ１５から受取っている取入れ口側１１７と、加熱された液体を開放する取出し口側１１９とを有している。如上のように、電力供給器１７は電力を電極１０３、１０９を横切って供給している。
【００２７】
内側電極１０３は好ましくは棒であり、外側電極１０９は前記内側電極を取り囲む円筒である。１つの代替的実施例においては、前記内側電極は中空の芯を有している。四角形、長方形、三角形又は長円形のような任意の他の形状の電極も、内側及び外側電極が加熱通路を形成する限りにおいて十分使用出来る。
【００２８】
加熱通路１０７に供給される液体は前記電極と直接の物理的及び電気的接触をなし、それにより、電力供給器１７によって電極１０３、１０９の間に電圧が添加された時に、液体を介して同電極間に電流が流れる事を許容せしめている。
【００２９】
より具体的には、ＤＥＲ加熱セル１０１の操作において、電圧が内側及び外側電極１０３、１０９間に添加され、次に、液体が加熱通路１０７へと供給された時に、電流が液体中をこれら電極間で通過する。液体は電流の流れを阻止する事によって抵抗器として作動し、かくして電流の大きさを決定する。この抵抗は液体をしてその内部に熱を誘起せしめる。かくして、液体が加熱通路の取入れ口側１１７から取出し口側１１９へと流れるに従って、液体の温度は加熱通路１０７内において、例えば１４９°Ｃ（３００°Ｆ）迄又は任意の実際的限界値迄昇温される。
【００３０】
電流が流れる事によって、電極１０３、１０９は腐食に曝される可能性がある。電極上の腐食は電流の対応する電流密度に比例する。言い換えるならば、高い電流密度に曝される電極はより低い電流密度に曝される同一の電極よりも早く腐食される。従って、内側電極１０３は外側電極１０９と比べてより高い電流密度に曝される。何故ならば、内側電極は外側電極よりも小さな導体表面を有しているからである。この事は内側電極１０３上に不釣り合いな腐食を誘起せしめる。
【００３１】
この不釣合い腐食の減少は、内側電極１０３の表面積が増大するときには改善される。図５に示される１つの実施例においては、内側電極１２１の表面積はその表面上に輪郭パターンを設ける事で増大される。前記パターンは好ましくは複数個の円弧状の溝１２３であり、該溝は内側電極１２１内へと長手方向に切込まれている。前記溝の寸法及び形状は内側及び外側電極の導電性表面上における不釣合い腐食を最小にするよう決定される。しかしながら、本発明にとって、内側電極の表面積を増大する限りにおいて、例えば長方形、三角形、長円形又は半円形のような任意のパターンを充分使用可能である。更に別の実施例において、外側電極１２７も又、図６に例示されたように、外側電極１２７の表面積を増大するべく、内側電極内に形成されたパターンと見合うパターンを有している。
【００３２】
加えるに、図２を参照すると、液体が水の時には、電極の取出し口側１１９は内側取入れ口と比較してより高い腐食速度にさらされる可能性がある。これは水の伝導度が変化する事で誘起される。水温が増大する事により、その伝導度が増大し、電極の取出し口側１１９におけるより多くの電流の流れが許容される。かくして、電極の取出し口側は取入れ口側よりも高い電流密度に曝される事になる。
【００３３】
このような電流密度の不釣合いを減少させ、液体を均等に加熱するために、１つの実施例においては、図７に示すように、円錐状内側電極１３１が設けられている。円錐状内側電極１３１が円筒形状の外側電極１０９と組み合わされた時には、電極の取入れ口側１１７における隙間はその取出し口側１１９のそれよりも狭くなる。１つの例示的実施例においては、内側電極１３１の取入れ口及び取出し口側の間の厚味差によって形成された角度１３２は０．５〜２°の範囲にある。しかしながら、より険しい角度も本発明の範囲に含まれる。
【００３４】
かくして、水が冷たく、より低い伝導度を有している取入れ口側においては、電極間の間隙は水が加熱され、より高い電気伝導度をそなえている取出し口側の間隙よりも狭くなっている。この電極の幾何形状は流れる電流量の非平衡量の減少をもたらす。この好ましい実施例においては、任意の組合せの異なる形状の内側及び外側電極は、その組合せが電極の腐食の非平衡量を減ずる限りにおいて、本発明にとって充分使用可能である。
【００３５】
水とは反対の伝導度対温度の関係を有する液体を使用した場合には、電極の幾何形状も反転すべきである。言い換えるならば、もしも液体が温度上昇につれて低い電気伝導度を示すならば、そのような液体を加熱するための加熱ユニットは、その電極の取入れ口側及び取り出し口側における電流密度をバランスさせるために、反転した円錐状内側電極を備える事になろう。
【００３６】
次に図８を参照すると、電極間に調節自在の間隙を有するＤＥＲ加熱セルが提供されている。この実施例においては、１つの円錐状内側電極１３１と１つの円錐状外側電極１３３が設けられており、これら電極の一方の位置が調節される。電極の一方が他方の電極近くに移動されると、これら電極の間の間隙は減少し、逆の場合には増大する。別の実施例においては、両電極の位置が調節される。
【００３７】
電極の位置を調節するために１つのシフタが設けられている。１つの好ましい実施例においては、前記シフタはねじ付きロッドであり、該ロッドの一端は内側電極１３１の底部に接続され、他方の端部はＤＥＲ加熱セルから突出しており、それによってオペレータは内側電極の位置を調節する事が出来る。他の実施例においては、主コントローラによって制御され、電極の前記一方に接続されたモータが電極の位置を調節する。
【００３８】
図９、図１０を参照すると、別の実施例においては、電極間の間隙を調節出来るＤＥＲ加熱セルが提供されている。この実施例においては、前記ＤＥＲ加熱セル１３は、実質的な熱的及び電気的伝導度を持たない剛固な材料から作られた外側リング３２３と、中心電極即ち電極Ｆ３０１及び５個の同心状円筒電極を含んでいる。該電極は上方から眺めて、それぞれ円形横断面Ｆ−Ａ、３０３、３０５、３０７、３０９、３１１を有している。前記電極は互いから隔置されており、図９乃至図１０に例示されたような間隙を各対間に形成している。１つの実施例において、最外側間隙３１３、即ち間隙Ｉは最も小さな間隙寸法を有しており、最内側間隙３２１、即ち間隙Ｖは最大の間隙寸法を有し、それぞれ間隙ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶは中間の寸法を有している。以下の表は電極寸法の例示的セット及び対応する間隙寸法を示している。
【表１】

【００３９】
前記間隙の各々は加熱すべき液体を受納するような形状とされた取入れ口側と、それぞれの電極によって形成された加熱通路と、液体を排出するようにされた取出し口側とを有している。更には、各取出し口は隣接する内側間隙の取入れ口と液体導通している。例えば、加熱すべき液体は最初液体ポンプ１５によって間隙Ｉ３１３の取入れ口に供給される。液体は次に間隙Ｉ３１３中を流れる間に加熱され、その取出し口を介してそこから開放される。間隙Ｉ３１３の取出し口は間隙ＩＩ３１５の取入れ口と液体導通している。従って、間隙Ｉからの排出液は間隙ＩＩの取入れ口へと、更に間隙Ｖへと流れ、そこで加熱された液体はＤＥＲ加熱セルから排出される。上記表に具体化された間隙寸法は単に例示のためのものと理解されたい。従って、代替的実施例においては、間隙の寸法は互いに全て異なっても良いし、同一であっても良い。他の実施例においては、前記間隙は前記表と比例しても良いし、又は比例しなくても良い。更に別の実施例においては、前記間隙寸法は最内側間隙から最外側間隙まで増大しても良い。
【００４０】
前記間隙の取入れ口及び取り出し口間の流体導通は頂部３５１及び底部３７１キャップによって達成される。前記頂部及び底部キャップの各々は複数個の同心状環状割溝及び（又は）段差を備えており、これらを以って電極の諸部分を収納している。前記間隙間に液体密な流体導通を達成するために、頂部３５１及び底部キャップ上に形成された前記環状段差にはそれらの内部において、数個の溝、例えばねじ又は割溝が設けられている。より具体的には、前記頂部キャップ３５１は図１１乃至１２に示すように、２つの環状割溝即ち第１の割溝３５３及び第２の割溝並びに少なくとも３つの突出環状段差即ち第１の段差３５７、第２の段差３５９及び第3の段差３６１を含んでいる。前記第１（３５３）及び第２（３５５）の割溝はそれぞれ外側カバーリング３２３及び電極Ａ３１１の頂部側を収納している。前記第１の突出段差３５７は更に２つの半割部材即ち内側及び外側半割部材へと分割されている。前記第１の突出段差の外側半分は電極Ｂ３０９の頂部側を収納しており、内側半分は電極Ｃ３０７の頂部側を収納している。数個の溝３６３は第１の段差の内側半分内に形成されており、該溝は間隙ＩＩ及びＩＩＩ間における液体導通を許容している。第２の突出段差３５９もまた２つの半割部材即ち内側及び外側半割部材に分割されている。第２の突出段差の外側半割部は電極Ｄ３０５の頂部側を収納しており、内側半割部は電極Ｅ３０３の頂部側を収納している。第２の段差の内側半分内にも数個の溝３６５が形成されており、これらによって、間隙ＩＶ及びＶ間の液体導通が許容されている。第３の段差３６１は電極Ｆ３０１の頂部側を収納している。底部キャップ３７１は、図１３及び図１４に例示した通り、数個の環状溝即ち第１、３７３、第２、３７５及び第３、３７７の溝を含んでいる。
第１の溝３７３は外側カバーリング３２３及び電極Ａ３１１の底部側を収容している。第２の環状溝３７５は更に２つの半割部材、内側及び外側半割部材に分割されている。第２の割溝の外側半分は電極Ｂ３０９の底部側を収容しており、内側半分は電極Ｃ３０７の底部側を収容している。相２の割溝の外側半分内には数個の溝３７９が形成されており、これらは間隙Ｉ及びＩＩ間の液体導通を許容している。第３の環状割溝３７７も又２つの半割部材に分割されている。前記第３の外側半分は電極Ｄ３０５の底部側を収容しており、内側半分は電極Ｅ３０３の底部側を収容している。第３の割溝内には数個の溝３８１が形成されており、これらは間隙ＩＩＩ及びＩＶ間の液体導通を許容している。頂部及び底部キャップ内に形成された前記溝は充分に深く、広いので、液体が内部に充満し、同充満液体を一連の間隙内の次の間隙へと供給するべき実質的に充分な圧力を提供する事が出来る。
【００４１】
前記頂部キャップは又１つの開口３５２を含んでおり、同開口は液体を液体ポンプから受取り、液体を間隙Ｉ内へと排出する形状とされた液体フィッティング３４１を収容している。注目すべきは、頂部キャップ３５１は１つ以上の液体フィッティングを収納するため、１つ以上の開口を含む事が出来るということである。例えば、頂部キャップは液体圧力を間隙Ｉを通って均等に分配するために、４つの液体フィッティングを収納するための４つの開口を有する事が出来る。頂部キャップ３５１と、底部キャップ３７１と、電極とが図１０に示すように例えばボルト及びナットで組立てられ、ファスナによって締結される時には、液体フィッティング３４１から受取った液体は底部キャップ３７１の第２の割溝３７５内に形成された溝３７９を介して間隙Ｉから間隙ＩＩへと流れる。液体は次に頂部キャップ３５１の第１の突出段差３５７内に形成された溝３６３を経て間隙ＩＩから間隙ＩＩＩへと流れる。次に、液体は底部キャップ３７１の第３の割溝３７７内に形成された溝３８１を経て間隙ＩＩＩから間隙ＩＶへと流れる。最後に、液体は頂部キャップ３５１の段差３５９内に形成された溝３６５を経て間隙ＩＶから間隙Ｖへと流れる。全ての５つの間隙中を流れる間に加熱された加熱液体は排出液体フィッティング３４３を介して間隙Ｖの取出し口から排出される。
【００４２】
前記頂部及び底部キャップは更に各電極を電源と接続する電気接続プラグ３４５を収納するための開口を含んでいる。各電極には交番極性の電圧が供給されている。例えば、電極Ａに一方の極性を有する電圧が供給された場合には、電極Ｂには反対極性の電流が供給される。さらにこの実施例においては、各電極に供給される電圧は個々に制御可能である。例えば、電極Ａ及びＢに供給される電圧は液体温度を所定の範囲まで増加させるのに必要ないときには遮断する事が可能である。個々の電極に対する電圧の実際の制御については後に議論する。
【００４３】
多重間隙の設置を含む前述の実施例によれば、ＤＥＲ加熱セルの全長を一対のみの電極を用いただけの実施例よりも短くする事が出来る。この特徴はＤＥＲ加熱セル１３の寸法をコンパクトなものにしている。これは、本発明の加熱セル１３の用途で得られるスペースが限られているどんな場合にも有利である。任意の数の電極及び間隙を設置可能なる事を理解されたい。
【００４４】
また、如上の頂部及び底部キャップは変更可能なる事も理解されたい。言い換えれば、１つの代替的実施例において、頂部キャップは割溝のみを備え、底部キャップは突出段差を含んでいても良い。更には、１つの間隙からの排出液体が次の間隙へと排出可能である限り、前記溝の数は１から任意の数とする事が可能である。更に別の実施例においては、頂部及び底部キャップは液体が最内側間隙から最外側間隙へと流れ得るように設計される。
【００４５】
前記頂部及び底部キャップは実質的にGEプラスチックのULTEM（商標名）ポリエーテルイミドから成形される。代替的実施例においては、ＤＳＭエンプラ製品を原料とする樹脂から製造されたポリエチレン・テレフタレート即ちＰＥＥＫ（商標名）ポリマに基づいた半結晶性熱可塑性ポリエステルであるＥＲＴＡＬＹＴＥ（商品名）ＰＥＴ−Ｐが利用される。しかしながら、本発明においては、いかなる剛固で、成形可能で、絶縁性の材料であって、且つ又熱不良導体で、食品加工用のグレードの材料ならばいずれも十分使用可能である。
【００４６】
図１５乃至図１６に記載の別の好ましい実施例においては、ＤＥＲ加熱セル１３は並列的に配置された数個の板形状の電極を含んでいても良い。より具体的には、３対の板形状電極が設けられている。第１の対４０１は例えば０．０２５４ｍｍのような小さな間隙を形成し、第２の対４０３は例えば０．０７６２ｍｍのような大きな間隙を形成し、第3の対４０５は例えば２．０３２ｍｍのような更に大きな間隙を形成している。これらの電極対間には１つの電気的絶縁器４０７が配置される。第１の対によって形成された間隙は加熱すべき液体をポンプから受取り、加熱された液体は、頂部４１１及び底部４１３片内に形成された数個の溝を介して、第１の間隙から第２の間隙へと、次に第3の間隙へと流れる。言い換えると、頂部片は第１の間隙の取出し口側を第２の間隙の取入れ口側へと接続している第１のセットの溝を含んでいる。底部片は第２の間隙の取り出し口側を第3の間隙の取入れ口側に接続している第２のセットの溝を含んでいる。図１５の実施例は3対のみの電極を例示しているが、別の代替例においては任意の数の電極対を設置する事が可能である。
【００４７】
前記頂部４１１及び底部４１３片もまた各電極を電力供給器へと接続する電気的接続部材を収納する形状とされている。如上の同心状電極の場合における如く、各電極対に供給された電力は個別的に制御可能であり、それにより電極の効率的な制御が可能となっている。板形状電極の別の付加的利点はそれらが円筒状電極と比べて製造し易いという事である。
【００４８】
如上の実施例における電極は好ましくは実質的にグラファイト材からか、カーボン及びグラファイトの組合せ材から作成される。しかしながら、任意の摩耗しにくく、食品加工用のグレードの不活性で、剛固で、電導性の材料を本発明の電極へと作り込む事が可能である。代替的実施例において、任意の適当な材料、即ち非電導性の材料を本用途に適した導電性の材質により被覆又は鍍金し、電極形成のため利用する事が可能である。例えば、例示的実施例において、プラチナのような不活性で、導電性である貴金属によって鍍金されたセラミック材を利用して電極を形成する事が可能である。他の実施例において、前記電極は加熱通路の一部のみを形成する事も可能である。言い換えると、加熱通路の諸部分を非電導性材料によって形成し、他方加熱通路の他の部分を導電性材料から形成する事が可能である。
【００４９】
例えば、液体が水の場合には、如上の実施例におけるＤＥＲ加熱セル１３は、２１°Ｃ又はそれより低い温度の水を受納して、これを好ましくは９３°Ｃ別法として１４９°Ｃにまで加熱する事が出来る。１つの好ましい実施例においては、水の温度は８６°Ｃ〜９１°Ｃになるよう昇温される。加えるに、本発明においては、毎分７．５７〜１１．３６リッタまでの水量を処理出来るＤＥＲ加熱セルが考慮されている。如上の実施例において例示したように、間隙寸法と加熱通路の長さは所要の流量並びに水の伝導度及び加熱水と未加熱水の間の温度差のような他の因子によって変動する。
【００５０】
１つの好ましい実施例によれば、１５０〜２５０ｍｌ毎分当たりの流量が必要とされるので、図２乃至図４の内側及び外側電極１０３、１０９間の間隙は、５０．８から１５２．４ｍｍの間の長さを有する加熱通路に対しては０．２５４から１２．７ｍｍの範囲内にある。別の実施例においては、１６０〜２００ｍｌの流量が必要とされるので、内側及び外側電極１０３、１０９間の間隙は、６３．５から８８．９ｍｍの間の長さを有する加熱通路に対して０．２５４から３．００ｍｍの範囲内にある。更に別の実施例においては、７．５７〜１３．２５リッタの高流量が必要とされるので、前記電極間の間隙は、２５４から３５６ｍｍの間の長さを有する加熱通路に対して６．３５から８．８９ｍｍの範囲内にある。言い換えると、本発明の液体加熱装置は間隙の寸法及び形状により毎分０．１５から１５リッタを処理する事が可能である。図９乃至図１０の同心状電極内の間隙並びに図１５乃至図１６の平行電極の間隙もまた如上のように調節が可能である。前述の実施例、特に狭い間隙を備えた実施例によると、未加熱の水を最小の初期待機時間と安定した温度を以って加熱せしめることが可能となる。狭い間隙内の水の体積が小さいので、前記初期待機時間は必要である。更には、初期待機時間中における液体の加熱は以下に述べる遅延機構により効果的に制御する事が可能である。加熱水の温度を安定的に保持する事が可能なのは、再述するが、加熱通路内の体積が小さく、水の温度を容易にモニタし、制御出来るからである。注目すべきは、他のタイプの液体も如上と類似の温度範囲および流量へと加熱可能であると言う事である。
【００５１】
再び図１を参照すると、電力供給器１７は、その電力を家庭、店舗及びレストランに通常装備されている壁取出し口２３から受取っており、該取出し口は１２０Ｖ〜４８０Ｖの交番電力を供給し、周波数は５０−６０Ｈｚ、電流値は１０−７５アンペアである。図１７を参照すると、前記電力供給器１７は交流電力を壁取り出し口から受取り、電力供給盤４２５へと供給するためのヒューズ４２１及び主リレー４２３を含んでいる。
【００５２】
ＤＥＲ加熱セル１３内で液体が昇温する速度は同セルに供給される電力に比例する。ＤＥＲ加熱セル１３に供給される電力が増大するほど、液体の昇温速度も増大する。電力は電流の瞬間電圧と瞬間電流の積に比例する。慣用の工業的ＤＥＲシステムは電極に加えられる時間、電圧及び電流の％を変更する事によって電力を制御するスイッチを採用している。これらの形状は、しかしながら、同一電源に接続された他の電気用品上にちらつき効果を誘起せしめる。この効果が生ずる理由は、前記慣用ＤＥＲシステムがより多くの電力を引き出すにつれて、例えば電球のような他の電気用品に供給される電力の供給量は少なくなるからである。トランスのオン、オフが繰り返されると、他方の電気用品におけるちらつきが誘起される。
【００５３】
本発明における電力供給器は前記ちらつき効果を最小にし、一様な電圧を引出し、ＤＥＲ加熱セル１３に供給される電圧のレベルをコントロールするような形状とされている。図１８に示す１つの好ましい実施例においては、前記電力供給盤４２５はＡＤ／ＤＣ変換器４５１、電圧制御器４５２、ＤＣ／ＡＣ変換器４５９を含んでいる。
【００５４】
前記ＡＣ／ＤＣ変換器４５１は整流器及び大型のコンデンサを含んでいる。この構成においては、壁取出し口２３からの交流は整流器によって整流され、前記大型コンデンサによって平滑化され、実質的に一様な直流が発生する。例えば、壁取出し口からの交流は１２０Ｖｒｍｓ（二乗平均）とする事が可能であり、ＡＣ／ＤＣ変換器４５１の電圧出力レベルは１５０〜１６０Ｖとする事が出来る。
【００５５】
前記電圧レベルコントローラ４５２はＡＣ／ＤＣ変換器４５１によって発生した直流の電圧レベルを調整する。電圧レベルはＤＥＲ加熱セル１３の要求量に比例する。より具体的には、より多くの電力が必要とされるに従って、電圧レベルコントローラ４５２はその出力電圧を高くする、またその逆にそれぞれ調節する。
【００５６】
１つの好ましい実施例において、電圧レベルコントローラ４５２は、図１８に示すように、パルス幅変調信号発生器４５３と、デューティサイクル・スイッチ４５５とフィルタ４５７とを含んでいる。この実施例においては、前記パルス幅変調信号発生器４５３はデューティサイクルがＤである矩形波を発生する。デューティサイクル・スイッチ４５５はパルス幅変調信号発生器４５３からの矩形波を前記ＡＣ／ＤＣ変換器からの直流電流で倍加させる。デューティサイクル・スイッチ４５５からの出力は別の矩形波となり、その電圧レベルは実質的にＡＣ／ＤＣ変換器からの直流の電圧レベル即ちＶＤＣｍａｘとなり、そのデューティサイクルは実質的にパルス幅変調信号のデューティサイクルと等しくなる。デューティサイクル・スイッチ４５５の出力は次にフィルタ４５７へと入力され、該フィルタは電圧レベルがＤ＊ＶＤＣｍａｘにある別の直流電流を発生する。この実施例においては、例えば平均化フィルタのようなフィルタ４５７は、４角形波電流を受信して、受信した４角形波電流の電力に実質的に等しい電力を有する直流電流を発生する。注目すべきは、フィルタ４５７の出力電流の電圧レベルは、Ｄ即ち変調信号を備えたパルスの値に直接比例すると言う事、即ち変調信号を備えたパルスのデューティサイクルに直接比例すると言う事である。言い換えるならば、デューティサイクルＤが増大するにつれて、フィルタ４５７の電圧レベルも増大し、反対の場合には減少すると言う事である。従って、前記Ｄ値はフィルタ４５７の出力電圧レベルを制御している。例えば、ＡＣ／ＤＣ変換器４５１の出力電圧レベルが１５０Ｖで、デューティサイクルが５０％の場合には、フィルタ４５７の出力電圧は７５Ｖとなる。従って、デューティサイクルが変化するにつれて、フィルタ４５７の出力電圧レベルは比例的に変化するであろう。
【００５７】
フィルタ４５７の出力は次にＤＣ／ＡＣ回路４５９へと供給され、該回路は周波数が２0ｋＨｚ（これは２００ｋＨｚ程度の高周波でも良い）の別の４角形波を発生し、そのピーク電圧値は実質的に±Ｄ＊ＶＤＣｍａｘに等しい。前記ＤＣ／ＡＣ転換器は次に２Ｘトランス４２７へと供給される。トランス４２７からＤＥＲ加熱セル１３へと供給される電力は一様な周波数にあり、安定な電圧をなしている。例えば、フィルタ４５７の出力電圧レベルが７５Ｖである時には、ＤＣ／ＡＣ回路４５９の出力はピーク値が＋７５Ｖと−７５Ｖである交番電圧となり、トランス４２７の出力ピーク電圧は＋１５０Ｖ及び−１５０Ｖとなろう。
【００５８】
図１７に戻ると、主コントローラ２１は液体ポンプ１５と導通するべく、ポンプリレー４２９、電極間に流れる電流を測定するようにされた電流測定装置、及び温度センサ１９によって測定された温度を発信するようにされた温度センサ・インタフェース４３１にそれぞれ接続されている。
【００５９】
主コントローラ２１は液体加熱装置１１の作動を規制し、オペレータが入れ込んだ選択値、固定及び調節可能変数、並びにフィードバックデータに基づいて、所望の温度にある加熱液体を発生させるようにされている。前記オペレータ入れ込み選択値には加熱液体の所望の温度が含まれる。前記固定変数は液体の伝導度、電極間の間隙、電極の長さを含んでいる。
【００６０】
液体の伝導度は液体源によって変動する。１つの液体源からの液体はその伝導度を高める不純物及び粒子を含んでいる可能性がある。液体の伝導度はある範囲にあるものとするか、又はオペレータが適当な値を選択する。１つの好ましい実施例においては、液体の伝導度は計算される。この計算は次のステップによって達成される。（１）電極間に小さいが既知の電圧を添加する。（２）液体中を流れる電流の量を測定する。（３）オームの法則を用いて液体の抵抗値を計算する。（４）前記抵抗値に基づいて液体の伝導度を計算する。何故ならば、伝導度は抵抗値に逆比例するからである。
【００６１】
前記調節変数は電極に添加された電圧量と、液体ポンプによってＤＥＲ加熱セルに供給される液体の量を含んでいる。前記フィードバックデータは温度センサによって測定された加熱液体の温度読み取り値を含んでいる。
【００６２】
前記主コントローラは全ての関連情報即ちオペレータ入れ込み選択値、固定変数及びフィードバックデータを受信するようにされている。受信した情報に基づいて、主コントローラは次に調節可能変数を規制する。主コントローラは又受信した情報を処理し、調節可能変数を規制するための適当な信号を送るための十分なメモリ容量と処理能力を備えている。
【００６３】
より具体的には、図１８に示された電力供給器と関連して、主コントローラ２１は信号発生器４５３によって発生されたパルス幅変調信号のデューティサイクル即ちＤを操作している。如上のように、もしもより多くの電力がＤＥＲ加熱セルへと供給される必要があるのなら、パルス幅信号のデューティサイクルが増大される。一方、もしもより少ない電力がＤＥＲ加熱セルに供給される必要がある時には、パルス幅信号のデューティサイクルは減少される。前記コントローラは好ましくは、マイクロコントローラとして実現される。代替的実施例においては、前記コントローラは、電子デジタルゲート、マイクロプロセッサ、デジタル信号処理（ＤＳＰ）チップ、用途別集積回路（ＡＳＩＣｓ）、又は当業者ならば入手可能な他の電子回路により実現出来る。例えば、前記コントローラは１つのマイクロプロセッサ又は各々が異なる機能を果たす数個のマイクロプロセッサによって実現出来る。
【００６４】
１つの好ましい実施例においては、一連の指示情報即ちプログラムが前記マイクロコントローラによって実行される。前記支持情報は好ましくはメモリ装置内に貯蔵され、支持情報の執行の際に前記マイクロコントローラにダウンロードされる。前記一連の支持情報は大きく分けて４つの作動期間へと分割される。即ち、図１９に例示するように、パワーアップ期間４７１、サイクル開始期間４７３、加熱液体製造期間４７５及びパワーダウン期間の４期間である。これらの４つの期間は好ましくは所定の量の加熱液体を生成するためのシーケンスとして繰返される。代替的な実施例においては、サイクル開始及び加熱液体製造の期間は連続的に多重回にわたって実施する事が可能である。
【００６５】
パワーアップ期間４７１中において、主コントローラ及びパワー供給器はパワーアップされ、作動準備が達成され、マイクロコントローラはその初期化作動を開始し、「サイクル開始」信号を待つ。更には、液体ポンプが瞬時にスイッチを入れられ、ＤＥＲ加熱セルが加熱すべき液体で充満される。更に、以下のパラメータがパワーアップ期間中にプログラムに取込まれる。即ち排出され、加熱される液体の所望の温度、所定の量の加熱液体製造のために通電されるべきＤＥＲ加熱セルの所望の時間長さ、最大電流限界（例えば２０〜３０アンペアであって、これを超えてＤＥＲ加熱セルを作動させてはいけない電流値）及び壁取出し口電源からのＡＣ電圧レベルである。
【００６６】
前述の段階が終了すると、「サイクル開始」信号が発生し、サイクル開始期間が始まる。サイクル開始期間中においては、以下の段階が実施される。
（ａ）電力供給器からの電圧が低レベルにおいてＤＥＲ加熱セルへと添加される。加熱すべき液体中を通過する電流は一対の電極を横切って測定され、液体の初期伝導度レベルが計算される。
（ｂ）計算された伝導度レベルに基づいて、加熱セルに添加される最大電圧レベルがマイクロコントローラによって計算される。例えば、図１８に示された電力供給器においては、マイクロコントローラはパルス幅変調信号に対する最大許容デューティサイクルを計算する。もしも測定された電流レベルが前記最大電流限界に到達したならば、システムはシャットダウンされる。
（ｃ）例えばポンプ又は弁のような液体供給システムのスイッチがオンとされる。
（ｄ）前記プロセッサはシステムを制御し、排出された液体、例えば水、ソース等の所望の温度を達成し、それを維持する。
【００６７】
加熱液体製造期間中においては次の段階が行われる。
（ａ）加熱液体中の温度及び該液体中を流れる電流は、例えば８、１６又３２ミリ秒のような所定の間隔毎に前記マイクロコントローラによって連続的に監視される。液体中を流れる電流は１つ以上の間隙が設けられる場合には、任意の間隙において測定される事が可能である。
（ｂ）前記測定値に基づいて、ＤＥＲ加熱セルに添加される電流の電圧レベルは、加熱液体を所望の温度で製造することによりより多くの又はより少ない電力が供給されるかどうかに依存して、それぞれ増大又は減少される。例えば、図１８に示した電力供給器実施例においては、パルス幅が必要な温度規制を達成するために増大又は減少させられる。
（ｃ）加熱液体の電気伝導度は再チェックされて、電力制限に対する最大許容パルス幅がマイクロコントローラによって再計算される。
【００６８】
前記シャットダウン期間中においては以下の段階が行われる。
（ａ）所定の時間が経過したか、又は流量計で測定して所定の量の加熱液体が製造された後に、内部発生されるタイマ中断信号（これは予設定パラメータである）が前記シャットダウン作動を開始する。
（ｂ）前記セルが脱勢され（即ちセルには電力が供給されない）、製品ポンプ又はソレノイドで許容される製品の流れが閉じられる。
【００６９】
１つの好ましい実施例において、前記加熱装置１１は家庭用途及び食品サービス用途の両用途におけるホット飲料分配器、ホット製品分配器又はソース分配器のような食品処理乃至調理用途において利用される。食品サービスの意味するものは、事務所や学校におけるコーヒーショップ、レストラン及びカフェテリアを含んでいる。
【００７０】
加熱装置１１を利用する例示的ホット飲料分配器には次のものが含まれる。即ち、溶解式コーヒー又はティーを用いるコーヒーメーカー及びコーヒー分配器、ティー醸造器及び分配器並びに他の飲料分配器用途が含まれる。これらにおいてはパッケージが醸造し、混合するチャンバとして機能する、濃縮液体、飲料用乾燥粉末又はタブレット、抽出式フィルタパウチコーヒー乃至ティーに対して加熱水が供給される。加熱装置１１を利用した、ホット食品分配器のための例示的用具には、準備において熱水の使用を必要とする任意の食品（例えば、乾燥スープ、濃縮液体食品、乾燥粉末又はタブレット及び取り扱いおよび配送出来る様梱包された食品製品）のための処理用具が含まれる。加熱装置１１を利用した、ソース分配器のための例示的用品には、冷温に保持されていたソース又はチーズを加熱する必要のあるソース又はチーズ分配器が含まれる。
【００７１】
前述の例示的用品は食品サービスをする事務所の飲料システム、食料サービスレストラン又は宴会飲料システム、食料サービス熱水供給システム、家庭用水供給システム及び家庭用飲料機器（コーヒーメーカ及びティーメーカ）の一部とする事が出来る。
【００７２】
ロッド形状の内側電極１５７及び円筒状外側電極１５５を含んでいる、本発明の飲料分配器１５１の１つの好ましい実施例が図２０に例示されている。代替的実施例においては、前記ＤＥＲ加熱セルは如上のＤＥＲ加熱セル実施例の任意のものである。前記ＤＥＲ加熱セルは絶縁チューブ１５３によって取囲まれている。電極１５５、１５７及び絶縁チューブ１５３は取入れ口シーラント１５９及び取出し口シーラント１６１によってしっかりと固定されており、流体シールされている。前記取入れ口シーラント１５９は、水供給規制器１７７及び水源コネクタ１７３に接続された取入れ口パイプ１７９からの水を受取っている。水源コネクタ１７３は水供給源１７１に接続されている。取出し口シーラント１６１は分配ヘッド１８５と流体導通している。遷移チューブ１８３は任意選択的には取出し口シーラント１６１と分配ヘッド１８５との間に設けられている。
【００７３】
水供給源１７１は、好ましくは、自治体の水道管である。しかしながら、びん詰め水又は井戸水のような任意の他の水源も十分本発明に使用可能である。水供給源からの水を受取るようにされた前記コネクタ１７３は、好ましくは、水道管コネクタである。代替的実施例においては、コネクタ１７３は粒子物質をろ過及び（または）水を処理したりするための沈殿物乃至カートリッジを含んでいる。前記処理作業は、例えば、伝導度を増すための水の鉱化作用とする事ができる。
【００７４】
ポンプに供給される水の導通又は遮断を行うようにされた慣用の弁１７５が任意選択的に設けられている。水供給規制器１７７は、水を加熱ユニットに配送するためのポンプ又は圧力規制器である。前記ポンプは２０ｘ１０⁵Ｎ／ｍ²に至るまでの水圧を配送可能であリ、好ましくは、イートン・プロダクト社製造のＣＰ３又はＣＰ４である。圧力規制器はパイプ内の水圧を調整するための慣用圧力規制器である。
【００７５】
取入れ口シーラント１５９中を進入する水は電極間の間隙によって形成された加熱通路（単数又は複数）中を通過する。水が加熱通路中を通過するにつれて、水は前述の熱を発生する。加熱された水は次に遷移チューブ１８１へと取出し口１６１を通って出て行く。加熱された水は次に分配ヘッド１８５へと流れる。
【００７６】
取入れ口及び取出し口シーラント１５９、１６１、遷移チューブ１８３、分配ヘッド１８５及び絶縁チューブ１５３は、やはり熱的に非伝導性で、食品用途適合で、例えば２０ｘ１０⁵Ｎ／ｍ²のような高い水圧力に耐えられる剛固で絶縁性の材質からモールド成形される。従って、シーラント及び遷移チューブ中に漏洩する電流はわずかであり、水温は保持される。例えば、前記材質は図１０乃至図１４の頂部及び底部キャップと関連して述べた材質と類似のものとする事が出来る。
【００７７】
取入れ口及び取出し口シーラント１５９、１６１の各々はそれぞれ水を受取るか又は開放する開口１９１、１９７と、複数個の同心状環状段１９３、１９５にしてそれらによって内側及び外側電極を収納する環状段とを備えている。代替的実施例においては、水を受取るか、開放して、内側及び外側電極１５５、１５７と絶縁チューブ１５３との間に電気的及び流体的シールを提供するシーラントならば本発明には十分使用可能である。
【００７８】
前記絶縁チューブは取出し口電極１５５への電気的接続部材１６３を収納する開口を備えている。取入れ口シーラント１５９は内側電極１５７への電気的接続部材１６７への開口を備えている。代替的実施例においては、前記電極への電気的接続部材は取入れ口又は取出し口シーラント中に設けられている。
【００７９】
１つの好ましい実施例においては、前記加熱ユニットは絶縁チューブ並びに取入れ口及び取出し口シーラントによって熱的及び電気的に絶縁されている。前記熱的絶縁作用は、熱エネルギーが環境に逃げ出す事を防ぎ、加熱ユニットの全体的エネルギー効率を増大させる。
【００８０】
もしも同心状乃至は板状電極が利用された場合には、同心状の頂部及び底部キャップ並びに頂部及び底部片もまた、如上のように用いられるべきであると言う事を強調したい。
【００８１】
再び図２０に戻ると、加熱された水は分配ヘッドへと流れる。１つの実施例においては、分配ヘッドと流体シールを形成して２０ｘ１０⁵Ｎ／ｍ²に至るまでの圧力に耐え、ハンドル１８８が取付けられるようにされ飲料醸造チャンバ１８６が設けられている。カプセル内に包装されるか、フィルタ上に配置された、所定の量の飲料作成用物質は、前記醸造チャンバが分配ヘッドと流体シールを形成する以前に飲料醸造チャンバの内側に提供される（１つの実施例においては、前記カプセルにはそれらに穴を穿孔するピンが設けられている。前記ピンは前記分配ヘッド上に配設する事が可能である。）分配ヘッドから分配された加熱水及び前記飲料作成物質は加圧下で混合され、次に醸造された製品が醸造チャンバの底部からカップへと分配される。
【００８２】
１つの好ましい実施例においては、加圧下において抽出されるべき飲料物質はカートリッジ（又はカプセル）内にシールされ、同カートリッジが醸造チャンバと類似のカートリッジホルダ内に提供される。前記分配ヘッドからの加熱水及び水は１０⁵〜２０ｘ１０⁵Ｎ／ｍ²、より好ましくは５ｘ１０⁵〜１５ｘ１０⁵Ｎ／ｍ²の圧力下で、抽出面を含んだカートリッジ内へと射出される。この圧力は、逃げ面に向けて、逃げ及び窪み要素を含んだカートリッジの抽出面へと誘起される。加熱水及び水が十分射出された後に、前記抽出面は前記逃げ要素又は窪み要素の諸位置において引裂かれる。その後、カートリッジ内で加圧下のもと醸造された飲料製品はカートリッジから開放され、その下方に位置するカップへと分配される。この実施例によれば飲料製品は１０⁵〜２０ｘ１０⁵Ｎ／ｍ²、より好ましくは５ｘ１０⁵〜１５ｘ１０⁵Ｎ／ｍ²の加圧下において抽出される事が可能である。
【００８３】
別の実施例においては、飲料作成物質を保持する慣用のコーヒーフィルタが前記分配ヘッドに取付けられている。さらに別の実施例においては、前記分配ヘッドは加熱水を直接カップ内へ分配しており、該カップは分配ヘッドの下方に位置し、その内部に飲料作成物質を置いている。
【００８４】
前記飲料作成物質は粉引きされたコーヒー豆、粉引きされたティー葉、濃縮液飲料、他の類似の粉引きされ、粉末化されたかタブレット状の飲料製品を含んでいる。
【００８５】
前記分配ヘッドは、（図２０には示されていないが）接地電極を含む事が出来、これは加熱ユニットから供給された加熱水と接触するように配置されている。この特徴により、前記電極から加熱水中を通って分配ヘッドへと流れる可能性のあるいかなる漏洩電流も電気的に接地される。代替的実施例において、前記加熱ユニットから供給される水は１つの容器を追加する事で物理的に分離が可能である。該容器は開閉する事で幾分の量の水を第２のチャンバ内に滴下させる事ができる。第２のチャンバは開閉する事で、電気的に中性の水を分配させる事が可能である。別の代替的実施例においては、電気的に中性の水を分配するために、インラインで用いるロータリ星型弁を用いる事、あるいは任意の他のタイプの装置を用いる事が可能である。但し、ある程度の電気を帯びるかもしれないＤＥＲ加熱セルからの熱水が、分配される完成飲料が電気的に中性であることを保証するべく再生され、分配されるところの熱水から分離出来る限りにおいてであるが、更に別の代替的実施例においては、加熱器からの水が分配すべき所望の量の水を保持した中間容器に充満されることを許容する事で電気的に中性の加熱水が得られ、充満の完了したその時点において、加熱ユニットの電力が遮断され、加熱水が分配される。
【００８６】
図２１は取出し口シーラントの別の好ましい実施例を例示しており、該シーラントは円錐状の環状取出し口２０７を備えたねじ付きキャップ２０５を例示している。前記円錐状環状取出し口２０７はその中を流れる水を加速し、そうでない場合取り出し口を詰まらせてしまう粒子及び不純物を捕捉している。
【００８７】
代替的実施例においては、ＤＥＲ加熱セル１３を図２乃至図４内の加熱通路１０７の取出し口側１１９に接続された熱水バイパスラインと組合せる事で、蒸気が製造される。前記熱水バイパスラインは、その中を通過する水圧を増大させるために減少した寸法のオリフィスを含んでおり、十分に高い水温と相俟って蒸気を製造する。１つの例示的実施例においては、エスプレッソ製造機における蒸気棒（wand）のように、熱水バイパスラインが使用地点又はその付近において設けられている。別の実施例においては、前記熱水バイパスラインはＤＥＲ加熱セル１３の付近において設けられている。ただし、この構造では鉱物が析出し、これが多年の使用後には、熱水バイパスラインをして詰まらせる。前記熱水バイパスラインは又如上の同心状又は板形状の電極加熱セル実施例に接続される事が可能であると言う事に注目されたい。
【００８８】
図２０に戻ると、遷移チューブ１８３は任意選択的には温度センサを収納する開口１８１を含んでいる。代替的実施例においては、前記温度センサはＤＥＲ加熱セル内に配置されている。温度センサがどこに位置していようと、同センサは加熱水の温度を検知する。
【００８９】
１つの飲料分配器コントローラが、同分配器の諸作用、作動を規制し、図１７乃至図１８と関連した主コントローラ２１に提供されるのと類似の情報に基づいて、即ちオペレータが打ち込む選択値、固定及び調節可能変数及びフィードバックデータに基づいて、所望の温度にある加熱水が製造される。前記飲料分配器コントローラは又、前記情報を処理し、前記調節可能変数を規制するための適当な信号を送信するために十分な記憶及び処理力を有している。
【００９０】
マイクロコントローラを装備した、飲料分配器コントローラの１つの好ましい実施例が図２２に例示されている。前記マイクロコントローラ２５３は、好ましくは、パートロー社によって製造されたＭＩＣ２０００である。前記ＭＩＣ２０００コントローラはマイクロコントローラベースの単一ループコントローラである。それはフルのＰＩＤ制御（比例、積分、微分制御）能力を以ってデュアルの４−２０ｍＡ出力を必要とするプロセスのような種々のプロセスをコントロールする。代替的実施例においては、前記飲料分配器コントローラはマイクロコントローラ、ＡＳＩＣチップ、コンピュータ、電子論理チップ、ＰＩＤコントローラ又はそれらの組合せである。
【００９１】
前記飲料分配器コントローラは又電力供給器２５１への接続部材をも含んでおり、該接続部材には任意選択的な電力変圧器２６１及びＭＩＣ２０００コントローラからの４−２０ｍＡ制御信号によってコントロールされた電力整流器２５７とが含まれている。前記電力整流器２５７は、好ましくは、シリコン・コントロール・リレー（ＳＣＲ）整流器である。前記コントローラは又調節式時間遅延リレー２５９をも含んでおり、温度センサに接続された熱伝対２７５からのフィードバックデータを受信している。電力供給器はヒューズとして作用する接地故障阻止器２６３を含む事が可能である。
【００９２】
前記時間遅延リレー２５９は分配器が長い休止期間の後に作動されるような時に利用される。分配器の使用のたび毎に、前記加熱ユニットはその加熱通路内に水を保持する。もしも分配器が連続して使用されない時には、保持された水は冷却されるので、低温スタート期間が必要とされる。この低温スタート期間においては、水供給規制器の作動が遅れるので、加熱通路内に保持された温度を上昇させるのに十分な時間が提供される。
【００９３】
如上の飲料分配器の構造と類似の構造を備えた、加熱される液体食品の分配器は、乾燥スープ、濃縮液体食品、乾燥食品粉末及びその類を加熱水で再生させる。前記液体食品分配器は如上の飲料分配器の醸造チャンバの代りに混合チャンバを含んでいる。
【００９４】
一部が図２３に例示されている、加熱液体食品製品分配器の１つの好ましい実施例は、加熱ユニット４８３、ホッパー４８５、螺旋ねじ４８７及び混合チャンバ４８９を含んでいる。加熱ユニット４８３は如上の液体加熱実施例の内の任意の１つとすれば良い。
【００９５】
加熱ユニット４８３は、好ましくは９３℃に至るまでの所定の温度へと水を加熱するための如上のＤＥＲ加熱ユニットの任意の１つとすれば良い。別の実施例においては、好ましい前記温度は１４９℃に至る温度である。より具体的には、乾燥食品を再生させるための実施例においては、加熱水の温度は７７〜８５℃とする事が出来、飲料抽出用の実施例においては、温度は８５〜９１℃とする事が出来る。
【００９６】
前記ホッパー４８５は乾燥食品製品を保持する形状とされている。前記螺旋ねじ４８７はホッパー４８５に接続され、ある量の乾燥食品を混合チャンバに分配する形状とされている。処理される乾燥食品の量は螺旋ねじ４８７が作動される時間の長さに比例している。例示的実施例においては、螺旋ねじ４８７が３秒間作動した時には、同ねじは２グラムの乾燥食品製品を分配する。
【００９７】
好ましくは加熱ユニットとは流体シールされている混合チャンバ４８９は、加熱水を加熱ユニット４８３から、乾燥食品製品を螺旋ねじ４８７からそれぞれ受取り、水及び乾燥食品製品を混合し、再生された（加熱水で元に戻された）食品製品を分配する。
【００９８】
１つの好ましい実施例において、前記混合チャンバ４８９は静的である。言い換えるならば、混合は加熱水によって達成されており、該加熱水は、この実施例においては、高圧を以って混合チャンバに供給され、水及び乾燥食品をして渦巻き運動させ、それにより水及び乾燥食品を混合せしめる。別の好ましい実施例においては、前記混合チャンバはアジテータを含んでおり、これは混合チャンバ内に渦を誘起させるためインペラ４９３を駆動するモータ４９１を含んでいる。
【００９９】
図２４を参照すると、如上の混合チャンバの代替的実施例はモータ４８２、インペラ４８６及びそれらの間のインタフェース４８４を含んでいる。インペラ４８６は混合チャンバ４８８の内側に置かれている。混合チャンバ４８８は漏斗４８８から乾燥食品を受取るような形状にされている。前記漏斗はホッパー４８５に接続されたチューブ４９４から乾燥食品を受取るような形状とされている。混合チャンバ４８８は又ＤＥＲ加熱ユニット４８３から加熱水を受取る形状とされている。受取った加熱水及び乾燥食品は混合チャンバ４８８内で混合され、ノズル４９０から排出される。
【０１００】
如上の加熱液体製品分配器の代替的実施例においては、乾燥食品製品の代りに濃縮食品製品が提供される。この代替的実施例においては、前記ホッパー及び螺旋ねじは濃縮食品製品分配器によって置換えられており、該分配器は所定量の濃縮食品製品を混合チャンバ内に分配している。
【０１０１】
如上の飲料分配器及び加熱液体食品分配器の代替的実施例においては、飲料作成物質又は食品製品は未加熱水とともにＤＥＲ加熱通路に供給してやる事が可能である。この実施例においては、ＤＥＲ加熱装置は水及び飲料作成物質又は食品製品を同時に加熱する。加えるに、分配ヘッドにはフィルタが任意選択的に設けられる。
【０１０２】
本発明の好ましい実施例を如上のように記述してきたが、本発明はコーヒー醸造器内の水加熱機構に限定されるものではないことに注意されたい。例えば、ＤＥＲは他のタイプの液体の加熱が必要とされるいかなる用途にも利用可能である。如上の使用材料及び機械的詳細部は、請求の範囲に記載の本発明に係る方法及び構成成分から離脱する事無く、本明細書に記載のものと幾分異なるか、修整したものとする事が出来る事を理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体加熱装置のブロック線図。
【図２】ＤＥＲ加熱セルの斜視図。
【図３】ＤＥＲ加熱セルの頂部横断面図。
【図４】ＤＥＲ加熱セルの側横断面図。
【図５】半円形の溝を備えた内側電極の斜視図。
【図６】半円形溝を持った内側電極及び外側電極の頂部横断面図。
【図７】円錐状の内側電極の斜視図。
【図８】円錐状の内側電極及び円錐状の外側電極の斜視図。
【図９】一群の同心状電極の頂部図。
【図１０】前記同心状電極を利用するＤＥＲ加熱セルの側横断面図。
【図１１】同心状電極を利用したＤＥＲ加熱セルの頂部キャップの側面図。
【図１２】前記同心状電極を利用したＤＥＲ加熱セルの頂部キャップの底面図。
【図１３】前記同心状電極を利用したＤＥＲ加熱セルの底部キャップの上面図。
【図１４】前記同心状電極を利用したＤＥＲ加熱セルの底部キャップの側横断面図。
【図１５】一群の平行形状の電極の頂部横断面図。
【図１６】前記平行形状の電極を利用したＤＥＲ加熱セルの側面図。
【図１７】液体加熱装置の電気部品の詳細なブロック線図。
【図１８】本発明の電力供給器のブロック線図。
【図１９】液体加熱装置の種々の特徴相をコントロールする種々の段階のフローチャート。
【図２０】飲料分配器のシステムブロック線図。
【図２１】円錐状環状開口を持つキャップを有する加熱ユニットの側横断面図。
【図２２】飲料分配器コントローラーの回路線図。
【図２３】再生飲料又は食品製品分配器の一部を示す図。
【図２４】前記再生飲料又は食品製品分配器の一部分の代替的実施例を示す図。

Claims

液体加熱器であって、
棒状形状を有し、電気的に伝導性の表面を有する第１の電極と、
円筒状形状と、電気的に伝導性の内側及び外側表面とを有し、前記第１の電極の外側に配設された第２の電極と、
少なくとも１つの付加的電極にして、それらの各々は円筒形状と、電気的に伝導性の内側及び外側表面とを有し、前記第２の電極の外側に前記第２の電極と同心状に配設された付加的電極と、
少なくとも部分的には、前記第１及び第２の電極の電気的に伝導性の表面によって画成された第１の加熱通路と、
少なくとも１つの付加的加熱通路にして、前記第２の電極の外側表面と前記付加的電極中の最も内側の電極の内側表面によって画成され、また、同付加的電極の内側及び外側表面によって画成されている付加的加熱通路と、
電力供給器にして、前記第１の加熱通路及び前記付加的加熱通路の液体に電気的に接するように配設された電気的に伝導性の前記表面の各対に電圧を供給して、電流が電気的に伝導性の前記表面の各対の間で前記第１の加熱通路及び前記付加的加熱通路の液体を通って流れ、当該液体を加熱するように構成された電力供給器と、を有し、
前記第１の加熱通路及び前記付加的加熱通路の夫々は、１つの加熱通路内で加熱された液体が近接した加熱通路へと流れるのを許容するために、近接した加熱通路に頂部又は底部にて液体導通している事を特徴とする液体加熱器。
請求項１に記載の液体加熱器において、更に、加熱通路に接続され、加熱通路から加熱された液体を受け取り、分配するように構成されている分配ヘッドが含まれている事を特徴とする液体加熱器。
請求項２に記載の液体加熱器において、更に、前記分配ヘッドと流体シールを形成し、分配ヘッドから加熱液体を受納するようにされたチャンバが含まれており、前記第１及び第２の電極がグラファイトから作られている事を特徴とする液体加熱器。
請求項３に記載の液体加熱器において、前記チャンバは、前記加熱液体と混合されるべき飲料作成物質を保持するようにされたチャンバである事を特徴とする液体加熱器。
請求項１に記載の液体加熱器において、更に前記第１及び第２の電極に供給された電力を規制して液体が所定の温度に加熱されるようにした第２のコントローラを有している事を特徴とする液体加熱器。
請求項５に記載の液体加熱器において、更に液体を加熱通路に供給するようにされた液体供給規制装置を有し、
前記第２のコントローラは、液体供給規制装置を規制して、所定の量の液体を加熱通路に供給するようにされている事を特徴とする液体加熱器。
請求項５に記載の液体加熱器において、更に
加熱液体の温度を測定するようにされた温度センサを有しており、
前記第２のコントローラは、前記測定された温度に基づいて、加熱通路に供給される電力の量を規制するようにされている事を特徴とする液体加熱器。
請求項５に記載の液体加熱器において、更に、
液体を加熱通路に供給するようにされた液体供給規制装置と、
加熱通路内に以前に供給された未加熱液体が存在している低温スタート段階において、前記液体供給規制装置の作動を遅延させるようにした遅延装置と、を有している事を特徴とする液体加熱器。
請求項1に記載の液体加熱器において、複数の前記付加的電極及び複数の前記付加的加熱通路を有している事を特徴とする液体加熱器。
請求項1に記載の液体加熱器において、前記第１の加熱通路は、液体を前記第１の加熱通路内に受納するようにされた第１の開口を含んでいる事を特徴とする液体加熱器。
請求項１に記載の液体加熱器において、前記電力供給器は更に交番極性の電圧を前記付加的電極に供給するようにされている事を特徴とする液体加熱器。
請求項１１に記載の液体加熱器において、更に前記電極の各々に加えられる電圧を調節、遮断又は付加するようにされた第３のコントローラを有している事を特徴とする液体加熱器。
前記第１の電極は円錐形状を備えており、前記第１の電極は前記第２の電極内に配設されている事を特徴とする、請求項１に記載の液体加熱器。
請求項１に記載の液体加熱器において、更に前記第１及び第２の電極を移動させて、それらの間の距離を調節するようにされた１つの電極シフタを有しており、前記第１及び第２の電極は円錐形状をしている事を特徴とする液体加熱器。
請求項１に記載の液体加熱器において、前記第１及び第２の電極の電気的に伝導性の表面の少なくとも１つがその上に複数個の弧状溝を有する１つのパターンを含んでいる事を特徴とする液体加熱器。
請求項１に記載の液体加熱器において、更に
液体を収納するための開口を備えた第１のシーラントと、
取出し口を備えた第２のシーラントを有し、前記加熱通路が第１及び第２のシーラントによって流体シールされており、前記取出し口が円錐状開口によって画成されている事を特徴とする液体加熱器。
請求項１に記載の液体加熱器において、該加熱器は更に前記加熱通路及び分配ヘッドに接続された遷移チューブを有しており、該遷移チューブは、加熱通路からの加熱液体を分配ヘッドに移送するような構成にされている事を特徴とする液体加熱器。
請求項１に記載の液体加熱器において、更に１つの液体バイパスラインが含まれており、該ラインは蒸気を発生するようにされており、加熱通路に接続されており、前記液体が水である事を特徴とする液体加熱器。