SI20844A - Modul za segrevanje tekočine, sistem, ki vključuje tak modul, in postopek za segrevanje tekočine - Google Patents

Abstract

Izum se nanaša na modul za segrevanje tekočine za uporabo v avtomatih za pripravo toplih napitkov, ki vsebuje votlo cev (2) iz kovinskega materiala, cilindrični vložek (3), ki je nameščen znotraj votle cevi vzdolž njene celotne dolžine in v bistvu vzdolž njene simetrične osi, vsaj en električni upor (4) na prvem delu na zunanjem delu cevi za predsegrevanje tekočine, ki teče skozi omenjeno votlo cev in vsaj še en drugi električni upor (5) na drugem delu na zunanjem delu cevi za prilagajanje temperature tekočine, ki teče skozi cev.ŕ

Description

Modul za segrevanje tekočine, sistem, ki vključuje tak modul, in postopek za segrevanje tekočine

Pričujoči izum se nanaša na modul za segrevanje tekočine za uporabo v aparatih za pripravo toplih napitkov. Izum se nadalje nanaša na sistem, ki vključuje tak modul, in na postopek za segrevanje tekočine.

Na področju kavnih avtomatov je znano, da je v avtomatih termoblok grelnik, pri čemer je ta grelnik stalno pod električnim tokom in zagotavlja vročo vodo takoj, ko se uporabnik odloči, da bo vključil aparat za pripravo kave. Težave s to rešitvijo so naslednje: prvič, nestalna temperatura, se pravi, da ni mogoče ohranjati temperature vode stalno v določenem razponu, denimo med 85°C in 90°C. To negativno vpliva na kakovost pripravljene kave. Drugič, uporabljeni blok grelnik je zelo težak, kar ni primerno, kadar je treba avtomat za kavo premikati. Tretjič, prisotna je neučinkovita raba energije zaradi izgube energije ves čas, ko je aparat priključen.

Cilj tega izuma je zmanjšati vse tri omenjene težave. Ta izum ponuja uporabniku sistem segrevanja z zelo natančnim razponom temperature, ne da bi bil aparat ves čas pod električnim tokom, ter zelo lahko grelno napravo.

Ta izum se nanaša na modul za segrevanje tekočine, ki še uporablja v aparatu za pripravo toplega napitka, ki vključuje:

- votlo cev iz kovinskega materiala,

- vsaj en električni upor na prvem delu zunanje strani cevi za predsegrevanje tekočine, ki teče skozi omenjeno votlo cev in

- vsaj še en električni upor na drugem delu zunanje strani cevi za reguliranje temperature tekočine, ki teče skozi cev.

Tekočina, ki jo segrevamo v modulu v smislu izuma ni bistvenega pomena in je lahko kakršnakoli tekočina. Prednostno je segrevana tekočina voda, na primer za pripravo čaja, kave ali drugih vrst napitkov. Mogoče je segrevati tudi mleko, na primer za pripravo kakava. Mogoče je tudi generiranje pare, na primer za segrevanje vode neposredno v skodelici ali za penjenje mleka. Uporaba grelnega modula je namenjena za majhne aparate, kot so kavni avtomati, ali za večje aparate, kot so prodajni avtomati.

Kar zadeva električni upor za prvi del cevi, sta v primeru kavnega avtomata prisotna eden ali dva upora, v primeru prodajnega avtomata pa imamo lahko od 1 do 5 uporov. Kar zadeva električne upore za drugi del cevi, lahko uporabimo isto število uporov kot za prvi električni upor. Prednostno uporabljamo samo en upor.

Material za votlo cev je kovina. Prednostno je cev izdelana iz nerjavnega jekla. Velikost cevi se lahko spreminja glede na tip uporabe. Na primer, če se uporablja za kavni avtomat, ima lahko premer od okrog 6 do 20 mm in je dolga od okoli 100 do 200 mm. Debelina cevi je okrog 1 do 4 mm. Če se uporablja v prodajnem avtomatu, uporabimo cev s premerom okrog 30 do 50 mm in z dolžino okrog 200 do 400 mm. Debelina cevi je ista kot v prvem primeru.

Razmerje dolžine votle cevi do premera cevi je nekje med 5 in 40.

Grelni modul v smislu izuma obsega cilindrični vložek, ki je nameščen znotraj votle cevi vzdolž njene celotne dolžine in v bistvu vzdolž njene simetrične osi. Prisotnost vložka izboljša prenos toplote s površine cevi v tekočino, ko je grelni element pod električnim tokom. To omogoča dober prenos energije in hitro segrevanje vode. Vložek je iz plastike ali kovine, ki je primerna za hrano in dobro toplotno prevodna. Prednostno je vložek izdelan iz bakra ali teflona (tetra-fluoro-etilen). Razmerje med premerom votle cevi in premerom vložka je nekje med 2 in 5. Možno je imeti pritrjen vložek ali vložek, ki ga lahko vrtimo vzdolž njegove simetrične osi. V primeru vrtljivega vložka je le-ta pritrjen z vrtljivim kolesom merilnika pretoka, ki se nahaja na spodnjem delu vložka in ga lahko tako napaja tekoča hladna voda, ki teče tangentno na propeler merilnika pretoka. Vrtljivi cilindrični vložek obsega kovinsko žično krtačo. Snopi kovinske krtače so nameščeni skozi vložek v vzdolžni ravnini (samo na eni strani ali na dveh simetričnih straneh vložka) ali na spiralen način, na primer 1 ali 2 spirali. Nameščeni so samo v delu vložka znotraj votle cevi. Krtača mora imeti ustrezno mehansko trdnost in žilavost, tako da lahko odstranjuje kotlovec na notranji površini cevi. Oba konca krtače se morata lahno stikati z notranjo površino cevi pod kotom 90°. Vsi snopi morajo biti oblikovani tako, da potiskajo vodo navzgor, kadar se propeler merilnika pretoka vrti.

Vložek je lahko tudi votel predmet, kar povzroči, da se nasprotni tok enega dela vroče vode meša s hladno vodo ter tako izboljša mešanje vode, ko se le-ta segreva.

Električni upori cevi so izdelani v obliki, ki jo izberemo iz skupine, ki jo sestavljajo žice in debeli sloj. Tehnologija debelega sloja je v elektroniki znana in se sedaj uporablja za izdelavo uporov. Pri tej tehnologiji se uporabljajo prevodna črnila (kot so pasta) na substratu iz kremenjaka, kovine, aluminijevega oksida ali berilijevega oksida. Kot smo že omenili, je prednosten kovinski substrat.

Votla cev nadalje obsega vsaj še en električni upor za reguliranje temperature. Ta upor je nameščen na vhodu ali izhodu hladne/vroče vode iz cevi.

Električni upori imajo gostoto moči od 30 do 70 W/cm². Ta gostota moči uporov omogoča zelo hiter porast temperature vode s sobne temperature na okrog 85-90°C. Da bi zagotovili dobro izolacijo votle cevi, je dobro, da je zunanjost cevi pod upori prevlečena z emajlom. Debelina tega sloja je običajno med 100 in 300 mikroni. Električni upori votle cevi so pokriti z materialom, ki ne prevaja elektrike, na primer s plastiko. Ta izolacija je lahko cev ali sloj neprevodnega materiala.

Modul za segrevanje tekočine v smislu izuma se uporablja kot del aparata za segrevanje tekočine za pripravo napitkov. Ta izum se poleg tega nanaša na sistem za segrevanje tekočine, ki vključuje:

- dovod vode,

- črpalko za dovod vode v

- modul za segrevanje tekočine, kot je opisan zgoraj, pri čemer so vsi trije elementi v tekočinski povezavi,

- kanal za odtok segrete tekočine na snov za ekstrakcijo ali v mešalnik za mešanje segrete tekočine s praškom.

V sistemu v smislu izuma je cev nameščena vodoravno ali navpično. Cev je prednostno nameščena navpično.

Modul za segrevanje tekočine je del avtomata za kavo ali drugega podobnega aparata, ki temelji na ekstrakciji snovi, kot sta kava ali čaj. V tem primeru je mogoče imeti snov za ekstrahiranje neposredno, na primer plast kave, in potem aparat za espresso, ali pa snovi za ekstrahiranje v že pripravljenih kartušah ali kapsulah, kot je opisano v evropskih patentnih št. 512'468 in 602'203.

Po drugem izvedbenem primeru se sistem v smislu izuma uporablja za prodajne avtomate, se pravi aparate, kjer uporabnik dobi neposredno skodelico čaja ali kave ali kakava, pri čemer se segreta tekočina zmeša v skodelici z ustreznim praškom tik preden jo uporabnik dobi.

Sistem v smislu izuma vključuje tudi druge običajne elemente, ki so običajno prisotni v avtomatih za kavo ali v prodajnih avtomatih, kot so ventil, regulator temperature, merilnik pretoka.

Na koncu zadeva ta izum postopek za segrevanje tekočine, pri čemer se tekočina dovaja skozi modul za segrevanje tekočine, kot je bilo opisano zgoraj, pri pretoku od 150 do 1000 ml/min in segreje na temperature do 85-90°C'v 3 do 10 sekundah in pri čemer je električni upor na prvem delu cevi stalno priključen na električni tok in električni upor drugega dela cevi je priključen na električni tok ali ne, odvisno od določene frekvence, ki je odvisna od želene končne temperature.

Po postopku v smislu izuma je mogoče segreti vodo v nekaj sekundah s sobne temperature na 85-90°C, ne da bi moral biti aparat ves čas priključen. Do segrevanja električnih uporov pride le, ko uporabnik želi kavo. Prvi električni upor na primer zviša temperaturo vode z 20°C na okoli 60°C, druga skupina električnih uporov pa mora dvigniti temperaturo samo s 60°C na 85°C. Zato segrevanja na tem drugem električnem uporu ne potrebujete ves čas. V tem primeru je električni upor na drugem delu cevi priključen na električni tok 50 do 100% časa celotnega obratovanja.

Drugi upor vklapljamo in izklapljamo v določenem odstotku časa, tako da je izhodna temperatura prava v primeru spreminjanja električne napetosti in stopnje pretoka. Mo'č te skupine uporov je v takih vrednostih, da vklapljanje/izklapljanje ne povzroča iskrenja.

V prvem izvedbenem primeru sistema v smislu izuma, se pravi v primeru avtomata za kavo, je stopnja pretoka vode, ki jo želimo segreti, med 150 in 300 ml/min. V primeru prodajnega avtomata pa je pretok vode med 300 in 1000 ml/min.

Kot smo že omenili, je koristno nadzirati temperaturo segrevane vode. V tem primeru merimo temperaturo tekočine ob izhodu iz cevi, tako da v primeru previsoke temperature električni upor na drugem delu cevi izključimo, če pa temperatura tekočine ni dovolj visoka, pustimo ta električni upor priključen na električni tok.

Izum bo sedaj podrobneje opisan s sklicevanjem na slike, pri čemer sl. 1 predstavlja shematski pogled modula za segrevanje tekočine v smislu izuma sl. 2 predstavlja shematski pogled avtomata za kavo, ki vsebuje modul iz slike 1 in sl. 3 predstavlja shematski pogled prodajnega avtomata, ki vsebuje modul iz slike 1.

«r

Modul (1) za segrevanje obsega votlo cev (2) izdelano iz nerjavnega jekla, cilindrični vložek (3), izdelan iz plastike (Teflon), prvi električni upor (4) na prvem delu cevi in drugi električni upor (5) na drugem delu cevi. Oba električna upora sta izdelana iz debelega sloja in priključena na električni tok (11, 12). Smer toka vode v votlo cev je prikazana s puščicama A in B. Votla cev je nameščena navpično, kar zmanjša nabiranje zraka ali pare znotraj cevi. Oba konca vložka sta pritrjena na pokrov (6) s hladno vodo in na pokrov (7) z vročo vodo. Vložek (3) je priključen na vrtljivo kolo merilnika pretoka (8) in ga lahko poganja tekoča hladna voda in se vrti v smeri puščice C. Še en upor (9) je poleg tega nameščen na koncu votle cevi za merjenje in nadziranje temperature vroče vode, ki zapušča modul. Snopi (10) kovinske krtače so nameščeni na vložek znotraj votle cevi. Bielektrična izolacija (13), kot je emajl, je nanesena na cev pod upori. Da bi se ognili preveliki izgubi energije in zagotovili boljšo varnost, pokriva upore po vsej višini votle cevi izolacija (14). Pred pokrovom (7) z vročo vodo je prazen prostor (15) za odbijanje in zbiranje generirane pare in ločenega zraka.

Modul za segrevanje tekočine deluje takole: ko se uporabnik odloči, da si bo pripravil napitek, vključimo oba upora (4, 5). Upor (4) je stalno pod električnim tokom med pretokom vode skozi votlo cev, medtem ko upor (5) vklapljamo in izklapljamo glede na določeno frekvenco, ki je odvisna od preostale zahtevane potrebe po energiji, da dosežemo končno temperaturo vode, ki je potrebna za pripravo kave. Na primer: upor (4) omogoča povišanje temperature z 20°C na 65°C, drugi upor (5) pa mora poskrbeti samo za povišanje temperature vode s 65°C na 85°C. Zaradi pretoka vode se merilnik pretoka (8) vrti in s sabo poganja vložek (3). Kovinska krtača (10) na vložku preprečuje nalaganje kalcija znotraj votle cevi.

Slika 2 prikazuje izvedbeni primer uporabe module (1) v avtomatu za kavo. Aparat ima rezervoar (16) za hladno vodo, ki je prek cevi (17) povezan s črpalko (18), ki dovaja hladno vodo v modul (1) za segrevanje. Pri izhodu iz modula (1) vroča voda teče skozi kanal (19) in pride na kartušo (20), ki vsebuje praženo in mleto kavo. Ta kartuša je zaprta kartuša, ki se odpre pod tlakom v skladu s patentom EP 512*468. Pripravljena kava steče v skodelico (21). Avtomat za kavo ima lahko še druge elemente, kot so ventil, elektronski krmilniki.

*

Na sliki 3 je prikazan drugi izvedbeni primer uporabe modula (1) v prodajnem avtomatu. Hladna voda iz rezervoarja (22) teče skozi cev (24) s pomočjo črpalke (23) v modul (1) za segrevanje. Pri izhodu iz modula voda doseže temperaturo okoli 85°C in teče po kanalu (25) v mešalnik (26). Hkrati s pritokom vroče vode se v mešalnik strese tudi prašek, na primer kava, iz posode (27) za prašek skozi vijak ali sveder in ta prašek se zmeša z vročo vodo in vlije v skodelico (29). Kot smo že omenili, ima lahko ta aparat tudi druge elemente, ki so običajno prisotni v tovrstnih aparatih.

Specifikacija je sedaj podana v povezavi s specifičnim primerom, ki se nanaša na modul za segrevanje za avtomat za kavo.

Primer

Uporabimo votlo cev iz nerjavnega jekla s premerom 12 mm in dolžine 160 mm. Vložek je izdelan iz plastike in ima premer 4 mm ter isto dolžino kot votla cev. Upora (4) in (5) imata vsak moč po 600 W. Cev mora prenašati tlak največ 20 barov. Voda teče s pretokom 200 ml/min. Zahtevano temperaturo dosežemo v 7 sekundah. Drugi upor je aktiven 60% časa. S tem modulom za segrevanje je temperatura zelo enakomerna ves čas in se spreminja za samo 2°C.

Claims (18)

1. Patentni zahtevki

   1) Modul za segrevanje tekočine, ki se uporablja v aparatu za tople napitke, ki obsega

   - votlo cev iz kovinskega materiala,

   - vsaj en električni upor na prvem delu na zunanjem delu cevi za predsegrevanje tekočine, ki teče skozi omenjeno votlo cev in

   - vsaj še en električni upor na drugem delu na zunanjem delu cevi za prilagajanje temperature tekočine, ki teče skozi cev.
2. 2) Modul za segrevanje tekočine po zahtevku 1, ki poleg tega obsega cilindrični vložek, ki je nameščen znotraj votle cevi vzdolž njene celotne dolžine in v bistvu vzdolž njene simetrične osi.
3. 3) Modul za segrevanje tekočine po zahtevkih 1 ali 2, označen s tem, da je cilindrični vložek iz plastike ali kovinskega materiala.
4. 4) Modul za segrevanje tekočine po enem od zahtevkov 1 ali 3, označen s tem, da je votla cev iz nerjavnega jekla.
5. 5) Modul za segrevanje tekočine po enem od zahtevkov 1 do 4, označen s tem, da je razmerje med dolžino in premerom cevi med okoli 5 in okoli 40.
6. 6) Modul za segrevanje tekočine po enem od zahtevkov 1 do 5, označen s tem, da je na zunanjem delu votle cevi vsaj še en električni upor za merjenje in reguliranje temperature.
7. 7) Modul za segrevanje tekočine po enem od zahtevkov 1 do 6, označen s tem, da je vložek pritrjen ali se vrti vzdolž svoje simetrične osi.
8. 8) Modul za segrevanje tekočine po zahtevku 7, označen s tem, da se vložek vrti zaradi svoje povezave z vrtljivim kolesom merilnika pretoka, nameščenega na spodnjem delu tega vložka.
9. 9) Modul za segrevanje tekočine po enem od zahtevkov 1 do 8, označen s tem, da so različni električni upori cevi izdelani v obliki, ki jo izberemo iz skupine, ki jo sestavljajo žice, debeli sloj.
10. 10) Modul za segrevanje tekočine po zahtevkih 8 ali 9, označen s tem, da vrtljivi cilindrični vložek obsega kovinsko žično krtačo.
11. 11) Modul za segrevanje tekočine po enem od zahtevkov 1 do 10, označen s tem, da imajo vsi električni upori gostoto moči od 30 do 70 W/cm².
12. 12) Modul za segrevanje tekočine po enem od zahtevkov 1 do 11, označen s tem, da je votla cev na zunanji strani pod upori prevlečena z emajlom.
13. 13) Modul za segrevanje tekočine po enem od zahtevkov 1 do 12, označen s tem, da so električni upori pokriti ali izolirani z materialom, ki ne prevaja elektrike.
14. 14) Sistem za segrevanje tekočine, ki obsega

    - dovod vode,

    - črpalko za dovod vode v

    - modul za segrevanje tekočine po enem od zahtevkov 1 do 13, označen s tem, da so vsi trije elementi v tekočinski povezavi,

    - kanal za odtok segrete tekočine na snov za ekstrakcijo ali v mešalnik za mešanje segrete tekočine s praškom.
15. 15) Postopek za segrevanje tekočine, označen s tem, da se tekočina dovaja skozi modul za segrevanje tekočine po enem od zahtevkov 1 do 13 s pretokom od 150 do 1000 ml/min in segreje na temperaturo okoli 85°C do 90°C v 3 do 10 sekundah in pri čemer je prvi upor na prvem delu cevi stalno priključen na električni tok in drugi električni upor na drugem delu cevi je priključen na električni tok ali ne, glede na določeno frekvenco, ki je odvisna od želene končne temperature.
16. 16) Postopek po zahtevku 15, označen s tem, da je električni upor na drugem delu cevi priključen na električni tok okoli 50 do 100% časa obratovanja.

    -1010
17. 17) Postopek po enem od zahtevkov 15 ali 16, označen s tem, da je stopnja pretoka med 150 in 300 ml/min pri avtomatih za kavo in med 300 in 1000 ml/min pri prodajnih avtomatih.
18. 18) Postopek po enem od zahtevkov 15 do 17, označen s tem, da merimo temperaturo tekočine pri izhodu iz cevi, tako da v primeru previsoke temperature električni upor na drugem delu cevi izključimo in v primeru nezadostne temperature tekočine ta drugi električni upor pustimo priključen na električni tok.