JP5793277B2 - 水流ヒーター - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の序文で定義された水流ヒーター（ｗａｔｅｒ ｆｌｏｗｈｅａｔｅｒ）に関する。

かかる水流ヒーターは、ドイツ国特許出願番号ＤＥ２８３７９３４にて既知である。前述の水流ヒーターは、水流ヒーターの加熱範囲を流れる水を温めるために設計されている。第一ヒーター要素は、第二ヒーター要素よりも高い力を有しており、前述の第二ヒーター要素の上流に位置している。第二ヒーター要素の下流には、第三ヒーター要素が存在する。第二ヒーター要素段階での第二ヒーター要素は第三ヒーター要素より大きな力を有している。温度センサーは、ヒーター要素によって加熱された水温をスキャンするために第二ヒーター要素及び第三ヒーター要素の下流に配置される。

第一ヒーター要素は、通路を通過する、ある最低量の水の流れに反応してスイッチが入り、制御されない。第二ヒーター要素は、通路での第二ヒーター要素の下流の温度センサーによって直接的に感知された水温に依存して１０ｍｉｎ^−１の周波数で制御される。第三ヒーター要素は、通路での第三ヒーター要素の下流の温度センサーによって直接的に感知された水温に依存して１００ｍｉｎ^−１の周波数で制御される。

ヒーター要素が力の増大に比例して低周波数で制御され、及び高い力のヒーター要素が温度に独立して制御されるため、パブリックメイン（ｐｕｂｌｉｃ ｍａｉｎｓ）を伴う干渉の制限が達成される。前述の変動は、非常にわずかな電圧変動で人間の目に早くから見え、不快なものとして知覚される、ランプの光の出力における変位に結びつくので、かかる干渉は特に不快である。

ドイツ国特許出願番号３４２６０４６及び欧州特許出願番号０６３０４６３はまた、水流ヒーターによって供給される水温に依存して占有的に制御される加熱領域の一部、一方で加熱領域の別の部分が水のある最低量の検出に占有的に反応して活性化される、連続している数多の加熱領域を伴う加熱するための水流ヒーターを開示している。

低い流率の場合に使用者の期待値まで水温が頻繁に上昇せずに、不正確な予測となることは既知の水流ヒーターの欠点である。水の流率のための過剰の力が供給されるために水温が高くなりすぎるか、若しくは水の流率が第一加熱領域のスイッチが切られる限度よりも低くなるために水温が低くなりすぎる。第一加熱領域が比較的より大きな力を有しているので、かかる問題は比例してより強くなり、また、水流ヒーターの相対的な制御範囲はより小さくなる。しかしながら、比較的低い力が制御されることになっている場合だけなので、全ての力に比例する制御されない加熱領域の高い力は有利である。水の流率に依存して断続的にある加熱領域を切り替えることがドイツ国特許出願番号３４２６０４６で提示されているが、しかし、これは構造を複雑にし、パブリックメインで発生する電圧変化としての結果を伴う、温度に依存する制御が行うように、切り換え操作の回数を増加させる。

本発明は、例えば、コーヒーメーカーのような小さな家庭用装置で、低コストで制御するように実行することを可能にする簡素な解決を提供することを目的とする。本発明によると、かかる目的は請求項１と一致して構成された水流ヒーターにおいて達成される。

通路の水の流れを生成するためのポンプの使用及びポンプの起動と共のヒーター要素の起動は簡素な方法で達成され、通路を通過する水の流れが存在する場合、水の流率は、少なくとも開始期間後に少なくともある値を有し、常に所定の比較的狭いバンド幅内である。これは、予期しない高いか若しくは低い水温の上昇の時々の不必要な結果を伴わない大きな制御されないヒーター要素を使用することを可能にする。

水の流率を決定するための複雑で傷み易い検出器の必要性及び水の流率に依存して制御される個別のヒーター要素の必要性は、このように避けられる。

本発明の特に有利な実施態様は、従属する請求項に記載されている。

本発明の更なる態様、効果、利点及び詳細は、図面が参照される、本発明の実施態様に関して下記に説明されるだろう。

図に示されている実施例の水流ヒーターは、チューブ１０によって通路１３が延在する入り口１１及び出口１２を伴うチューブ１０を有している。入り口１１は、チューブ１０に、水の供給６１を介してポンプ６０によって受け取られた水を注入可能なポンプ６０に接続されている。ポンプは、操作中に所定の通常値より好ましくは最大２０％以下で外れ、及び好ましくは５乃至１０％未満で外れる所定の固定された流率を伴って水を注入するために好ましく設計されている。ある時間の期間において固定された流率を伴うポンプ６０を制御することは、流体のある容積を注入することを可能にする。ポンプ６０によって注入されるチューブ１０に向かう水は、矢印Ａで示される方向でチューブ１０内に流入し、出口１２を介してチューブ１０から放出する。水流ヒーターは、チューブ１０内の水を加熱するためにチューブ１０の第一加熱セクション２１を取り囲む第一ヒーター要素２０を伴って供給され、前述のセクションは第一加熱段階でチューブ１０を通過する水の流れを加熱するために設計されている。第一ヒーター要素２０は、好ましくはフィルム状の電気抵抗器として構成される。第一ヒーター要素２０は、電気の供給２２を伴う回路の一部である。第一ヒーター要素２０及び供給２２は、第一ヒーター要素２０が実質的な固定された熱の出力を伴って占有的に操作可能であるように構成される。言うまでもないが、第一ヒーター要素２０によって消費された力は、第一ヒーター要素２０の平均操作温度にわずかでも依存しないだろうが、しかしながら、制御不能である。

第一加熱セクション２１の下流には、計測位置４１でチューブ１０を通過する水流温度の計測が可能な第一温度センサー４０が存在する。第二加熱セクション３１でチューブ１０を通過して水流を加熱するために設計された第二ヒーター要素３０は、第一加熱セクション２１及び温度センサー４０の下流に位置している。要素３０は、電気の供給３２によって供給される。電気の供給３２は、制御ユニット８０に接続され、共に制御ユニットに、３２ステップまで最小のスタンバイパワーからフルパワーまで上昇する間のヒーター要素の出熱を適応させるために設計されている第二ヒーター要素３０のための制御を形成する。各制御段階は、およそ２℃のチューブ１０から出る水温の増加若しくは減少をここで好ましく表わす。第二ヒーター要素３０はまた、フィルム型電気抵抗器として好ましく構成されている。第二ヒーター要素３０の下流、出口１２の近くに、第二ヒーター要素３０の下流の第二計測位置５１のエリアでチューブ１０を通過する水流温度を仮定して、第二温度センサー５０の温度を表す信号を供給する温度センサー５０が存在する。

制御ユニット８０は、第一温度センサー４０に、第二温度センサー５０に、第一ヒーター要素２０の供給２２に、第二ヒーター要素３０の供給３２に接続し、及び接続６４を介してポンプ６０のための制御接続６２を切り換えるための切り換え要素６３に接続している。制御ユニット８０はまた、例えば、オン／オフ切り換えスイッチからなるかもしれない、使用者のための制御パネル７０を伴って提供されている。

操作中に、制御ユニット３０は操作上のスイッチ６３を活性化し、このようにポンプ６０は、制御パネルからの、例えば、オン／オフ切り換えスイッチからの信号に反応する。

ライン６１を介する水の供給は、入り口１１を介してチューブ１０内にポンプ６０によって注入される。例えば、供給される水はコーヒーメーカーの貯水所からの通常の状態で１０乃至３０℃の温度を有する生水であるかもしれない。制御ユニットはまた、フルパワーが供給されるヒーター要素２０、３０の供給２２、３２を起動する。チューブを通過する水流は加熱され、それによって、温度センサー５１に達する加熱した水温が、例えば７５乃至１００℃までの範囲の所定の最大値に達するまで加熱された水温が温度センサー５１に届く。前述の場合、第二供給３２が第二ヒーター要素３０を供給する電力は段階的に縮減される。本実施例において、第二ヒーター要素３０の供給３２の力は、３２段階にて制御され得る。融解は好ましくは２℃である。６４℃の制御範囲は、このように３２段階で認識される。好ましくは、制御ユニット８０は、制御パネル７０からのスイッチがオンの信号を受け取る上で予熱のための一つ若しくは両ヒーター要素の第一切り換えのために設計されている。望ましい予熱期間後、次いでポンプ６０が起動する。良好な熱の制御は、予熱されたヒーター要素を伴って得られる。

次いで、制御ユニット８０はまた、第一温度センサー４０から発生する温度信号を登録する。この温度が急激に上昇若しくは下降する場合、制御ユニット８０は、第二ヒーター要素３０に供給される力を縮小するか若しくは高めることにより、それに反応するだろう。

ポンプ６０は、チューブ１０を通過する水の流率が比較的小さな帯域幅内に位置するであろうことを保証する。結果として、第一ヒーター要素は比較的大きな出力を有するかもしれないし、及び第二ヒーター要素の比較的小さな出力のみを制御する必要がある。この力は、段階的に比較的簡素な方法でこのように制御されるかもしれないし、及び高い制御周波数が必要な場合、そこにある非常に小さな干渉を人間の目によって不快なものとして経験される光の出力での変動に早期に結びつくため、高い制御周波数を伴わずに、メインにおいて不適当な干渉に結びつく。制限されて制御される力を維持するために、第一ヒーター要素２０の固定された出力は、好ましくは、２つのヒーター要素２０、３０の合計の最大出力の少なくとも三分の二から四分の三までとなる。

加熱された水の温度が第二の加熱段階に先だって計測され、及び第二加熱段階がまた計測された結果に基づいて制御されるため、水の終温度の迅速な反応制御が獲得される。これは、例えば、供給電圧の変動、及びスイッチがオンの後に第二ヒーター要素の出力の正確な調節を素早く達成するためによって引き起こされる第一ヒーター要素の出熱での変化を補うために特に重要である。第二加熱段階後に計測された温度に対応するフィードバックは次いで、さらにより長期的な期間における終温度の正確な制御を保証する。

第一加熱セクション２１の上流の水温の感知と比較すると、これは、第一ヒーター要素２０の出熱の差異がさらに登録され、及び第二ヒーター要素３０の力の制御によって補われ得る利点を提供する。

制御可能なヒーター要素３０が活発である加熱セクション３１が、固定された力が供給されている、通路の第一加熱セクション２１の下流に少なくとも部分的に位置しているため、第二ヒーター要素３０の制御は第一ヒーター要素２０の有効性の変化に迅速に反応可能である。しかしながら、制御可能なヒーター要素が固定された力のヒーター要素が位置している、加熱セクションの上流で活発な通路の加熱セクションを配置するか、若しくはこれらのセクションをすべて若しくは部分的に一致させることは、代替として可能である。

水が７５乃至１００℃まで加熱される場合、遅い制御において、水がヒーター要素上の重い熱負荷及び加速されたスケールデポジット（ｓｃａｌｅ ｄｅｐｏｓｉｔ）に結びつくであろう沸点まで容易に局所的に加熱されるかもしれないために、ここで提案された制御は特に有用である。

第二温度センサー５０は、第二ヒーター要素３０に非常に近接して位置しており、水が供給されなかった場合に後者は非常に熱くなるであろう。制御ユニットは、スイッチオン信号が接続６４を経て再び受け取られるまで、第二のより高い温度に達する第二温度センサー５０に反応する両ヒーター要素への現在の供給のスイッチを切る。過熱に対する水流ヒーターの保護が得られ、それによって、加熱されて及び供給貯蔵所に含まれている水の量が水流ヒーターにより通過された場合、自動スイッチオフを提供する。

図２は、コーヒーメーカー１００の形態で描写している、本発明による飲料調製用装置を示している。コーヒーメーカー１００は、マグ若しくはカップ１０２を保持するためのサポート１０１を伴って供給される、ハウジング１１０を有している。ハウジング１１０はまた、水で充満され、出口６１が提供される水の貯蔵所１０３を収容している。加熱装置１はハウジングに収容され、前述に記載の加熱装置に対応している。加熱装置１は、第一実施態様のような制御システムを伴って提供されている。制御ユニット８０は、第一温度センサー４０、第二温度センサー５０、第一ヒーター要素２０の供給２２、第二ヒーター要素３０の供給３２、及び接続６４を介してポンプ６０を切り換えるための切り替え要素６３に接続されている。例えば、供給２２及び３２は、単一ユニットに共に設置されている。ポンプ６０は出口６１を伴う通信であり、ポンプは貯蔵所から水を注入できる。制御ユニット８０はまた、オン／オフスイッチ７１からなる、使用者のための制御パネルを伴って提供されている。加熱装置１の出口１２は、サポート１０１上に存在するカップ１０２に注ぐように位置している。出口１２の隣に、サポート１０１上に存在するカップ１０２に注ぐコーヒー分配装置９０の出口９１が存在する。コーヒー分配装置９０は制御ユニット８０に接続されて、ある量のコーヒーの抽出を分配するために設計されている。かかる分配装置は、毎日の実行で本来周知である。

操作中において、使用者はサポート１０１上にカップ１０２を配置して、オン／オフスイッチ７１を押す。次いで、制御ユニット８０は加熱装置１及び温水の所定量が出口１２を介してカップ１０２に供給されるような前述の手法のポンプ６３を制御する。制御ユニットはまた、カップ１０２に与えられた量のコーヒーの抽出が導入されるように分配装置９０を始動させる。カップ１０２内の温水とコーヒー抽出の混合は、カップ１０２のコーヒーを生成する。分配装置９０は、コーヒー抽出の分配に制限されておらず、分配装置９０は、例えば、お茶、ココア、及びスープのような飲み物の調製用に代替の抽出を供給するために構成されるかもしれない。

コーヒーメーカーは、加熱された水がフィルター内のコーヒーベッドにドリップされるフィルターシステムタイプ及びカップ１０２へ流れる前に、水は閉じたチャンバー内のコーヒーを通過して圧力を強要される圧力チャンバーシステム（エスプレッソ）の両者であろうことが当業者によって明らかになる。

本発明の範囲内においてより多くの修正及び実施態様が可能であることは以上の記載から当業者にとって明らかである。数多の固定された及び／若しくは制御可能なヒーター要素はまた、さらに可能である。

本発明による水流ヒーターを図解的に示している。 本発明によるコーヒーメーカーを図解的に示している。

Claims (7)

1. 通路と、
   前記通路を通過する水流を生成するためのポンプと、
   前記ポンプを始動させるための切り替え要素と、
   前記通路の第一加熱セクションで水を加熱するための第一電気ヒーター要素と、
   前記通路の第二加熱セクションで水を加熱するための第二電気ヒーター要素と、
   前記通路の少なくとも一つの前記加熱セクションの下流の少なくとも一つの計測位置で
   前記通路の水温を計測するための手段と、
   前記手段に接続し、且つ前記手段によって感知された温度に応じて前記第二電気ヒータ
   ー要素からの出熱を制御するための少なくとも前記第二電気ヒーター要素に接続される制
   御ユニットと、
   前記ポンプの始動を示す前記切り替え要素のスイッチ・オン信号を前記制御ユニットに
   伝達するように、前記切り替え要素と前記制御ユニットとを接続する、接続部と、を有し
   、
   前記第一電気ヒーター要素及び第二電気ヒーター要素は、前記スイッチ・オン信号を前
   記制御ユニットが受信したことに応じて前記第一電気ヒーター要素及び第二電気ヒーター
   要素を始動するように前記制御ユニットを介して前記接続部に接続され、且つ
   前記第一電気ヒーター要素は、前記スイッチ・オン信号を前記制御ユニットが受信した
   ことに応じて固定した実質的に一定の出力を供給するように前記制御ユニットに接続され
   、
   前記手段が、計測位置が前記第一加熱セクションの少なくとも一部分の下流及び前記第
   二加熱セクションの少なくとも一部の上流に位置する少なくとも一つの第一温度センサー
   を含み、
   前記手段が、前記通路の前記第二加熱セクションの下流且つ前記第二加熱セクションに
   近接した計測位置の前記通路で水温を計測するために位置している第二温度センサーを含
   む、
   水を加熱する、水流ヒーター。
   
2. 前記制御ユニットが段階的に前記第二電気ヒーター要素からの前記出熱を制御するため
   に設計されていることを特徴とする、請求項１に記載の水流ヒーター。
   
3. 前記制御ユニットが、水が７５乃至１００℃まで加熱されるように前記第二電気ヒータ
   ー要素からの前記出熱を制御するために設計されていることを特徴とする、請求項１又は
   ２に記載の水流ヒーター。
   
4. 前記第一及び第二電気ヒーター要素が合計の最大の出力を有し、前記第一電気ヒーター
   要素が少なくとも前記第一及び第二電気ヒーター要素を共にした合計の最大の出力の３分
   の２から４分の３を有していることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一に記載の水
   流ヒーター。
   
5. 前記制御ユニットは使用者が操作するオン／オフスイッチからのオン信号に応対して、
   少なくとも一つのヒーター要素を最初にオンに切り換えるため及び少なくとも一つのヒー
   ター要素のある加熱期間の後に前記ポンプをオンに切り換えるために設計されることを特
   徴とする、請求項１乃至４の何れか一に記載の水流ヒーター。
   
6. 請求項１乃至５の何れか一に記載の水流ヒーターを伴い提供される、個々に一人分のホ
   ットドリンクを調製するための装置。
   
7. 前記装置がコーヒーメーカーであることを特徴とする、請求項６に記載の装置。

Images