CN1243503C - 液体加热组件、包括所述组件的系统和加热液体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在饮料机中使用的液加热组件，包括金属材料制成的空心管(2)；圆柱形插入件(3)，该插入件插入在空心管中，沿其整个长度布置并与其基本呈轴对称；设置在管外部第一部分上的至少一个电阻器(4)，用于加热流过所述空心管的液体；以及设置在管外部第二部分上的至少另一个电阻器(5)，用于调节流过该管的液体温度。

Description

液体加热组件、包括所述组件的系统和加热液体的方法
技术领域
本发明涉及在热饮料机中使用的液体加热组件。本发明还涉及包括所述组件的系统和加热液体的方法。
背景技术
在咖啡机领域，已知有一种设在该机中的热块(thermoblock)加热器，其中所述加热器是常通电的并且当消费者决定操作该装置以制备咖啡时允许获取热水。使用这种溶液有以下问题：第一，温度不一致，即不能获得在特定范围内如85-90℃之间的恒定水温；第二，使用的块加热器非常重，在要搬动咖啡机时不方便；第三，由于该机在通电时损失能量，因此能量效率很低。
发明内容
本发明的目的在于最大程度解决上述问题。本发明为消费者提供加热系统。本发明向消费者提供具有精确温度范围的加热系统，不是常通电机而是非常轻便的加热机。
本发明涉及一种在热饮料机中使用的液体加热组件，包括
金属材料制成的空心管；
装在所述管外部的第一部分上的至少一个电阻器，用于预加热流过所述空心管的液体；
装在所述管外部的第二部分上的至少一个附加电阻器，用于调节流过所述管的液体温度；以及
温度控制器，该温度控制器与所述管相联系以测量所述管的温度，该温度控制器并与所述附加电阻器相联系以便根据所述管的温度自动地有选择地接通和断开所述与另一电阻器分离的附加电阻器的电源，从而控制液体的温度。
要在本发明的组件中加热的液体不受限制，可以是任何类型的液体。所加热的液体最好是用于配制茶、咖啡或其它类型饮料的水。还可以是用于配制可可饮料的热牛奶。还要考虑到为直接加热杯中的水或为使牛奶起泡沫而产生的蒸汽。可以考虑在小型机中如咖啡机或较大型机如售卖机中使用加热组件。
就咖啡机中的装于管第一部分的电阻器而论，使用一个或多个电阻器，可以是1个至5个电阻器。就用于管第二部分的电阻器而论，使用与第一电阻器数量相同的电阻器。此外，只使用一个电阻器更好。
空心管的材料是金属。管最好由不锈钢制成。管的尺寸可以根据使用类型而改变。例如，如果用于咖啡机，则其直径大约为6至20mm、长度大约为100至200mm。管的厚度为1至4mm。如果用于售卖机中，则管的直径大约为30至50mm、长度大约为200至400mm，管的厚度与上述管的厚度相同。
空心管长度对所述管直径之比的范围在大约5至大约40之间。
本发明的加热组件还包括圆柱形插入件，其设置在空心管内部，沿所述空心管全长并基本沿其对称轴放置。由于设置了插入件，实际上通过通电的加热部件促进了由管表面到液体的热传递。这样实现良好的能量传递和迅速的水加热。插入件由塑料或金属材料制成，该材料符合食品等级并具有良好的导热性。该插入件最好由铜或特氟隆(四氟乙烯)制成。空心管直径与插入件直径之比的范围在2至5之间。可以设置固定插入件或可以沿其对称轴旋转的插入件。如果是旋转插入件，则所述插入件与设置在插入件下部的流速计旋转轮结合，由此使其得以由流动的冷水驱动，该冷水沿正切角流向流速计螺旋桨。可旋转的圆柱形插入件包括金属丝刷。这些金属刷束在(仅在插入件的一侧上或两对称侧上)纵平面中或以螺旋方式例如1或2螺旋贯穿插入件结合成一体。它们仅设置在空心管内部的插入件部分中。该刷应该具有合适的机械张力和强度，使其能去除管内表面上的垢。刷束末端应该在90℃微微接触管内表面。应该将所有束设计成当通电以通过流速计螺旋桨旋转时可向上推动水。
插入件还可以是空心件，它可以引入反向流动的热水部分以与冷水混合并且在水被加热时促进水混合。
管的电阻器以由包括金属丝、厚膜的组中所选取的形式制成。该厚膜技术在电子领域是公知的，现在用于电阻器的制造。该技术在石英、金属、铝或氧化铍基片上使用导电油墨(如胶)。如上所述，最好为金属基片。
空心管还包括至少另一个用于温度控制的电阻器。该电阻器设置在来自管的冷/热水的入口或出口处。
电阻器的功率密度达到30至70W/cm2。电阻器的功率密度使水温由室温迅速上升到85-90℃左右。为了使空心管具有良好绝缘层，最好在电阻器下面的所述管外部涂上搪瓷。该涂层的厚度范围通常在100至300微米。最后，用非导电材料如塑料覆盖空心管的电阻器。该绝缘层可以是一管或一层非导电材料。
本发明的液体加热组件作为加热配制饮料液体机的组成部分。本发明还涉及加热液体的系统，包括
水源，
向液体加热组件输送所述水的泵，
如上所述的液体加热组件，其中所述各个部件全部处于液体连接中，
排出已加热液体的通道，设置在要萃取的物质之上或混合器内，以便将所述已加热液体与粉末混合。
在本发明的系统中，管是水平或垂直放置的。该管最好垂直放置。
液体加热组件是基于物质如咖啡或茶萃取的咖啡机或其它类似机的组成部分。在这种情况下，可以直接萃取物质，如一层咖啡，然后是蒸馏咖啡(espresso)机，或者在备好的盒或小皿中萃取该物质，象EP512468和EP602203中的那些盒。
根据第二实施例，本发明的系统用于售卖机，即消费者直接得到一杯茶、咖啡或可可的装置，其中就在已加热液体流入到杯中之前，将其与相应的粉末混合。
本发明系统还与其它通常设置在咖啡机或售卖机中的有用部件如阀、温度控制件、流速计结合成一体。
本发明最后还涉及加热液体的方法，其中通过如上所述的液体加热组件以范围在150至1000ml/min的流速输送所述液体，并使温度在3至10秒内达到约85至90℃，其中使管第一部分上的电阻器常通电，而根据依赖于所需最终温度的一定频率使管第二部分上的电阻器接通电源和断开电源。
可以根据本发明的方法在几秒内将水从室温加热到85-90℃，而不需要使机器常通电。电阻器的加热只在消费者要咖啡的时候进行。第一电阻器将水温从20度提高到60℃左右，第二组电阻器只需从60℃提高到85℃。因此，不需要用该第二电阻器进行常加热。在这种情况下，管第二部分上的电阻器在全通电的50至100％的时间中接通电源。
在电线电压变化和流速变化的情况下，第二电阻器在百分之几的时间内接通或断开电源，以使输出温度合适。该组电阻器的瓦数具有这样的值，即该值使得接通/断开调节不会产生闪变。
在本发明系统第一实施例的情况下，要加热水的流速范围在150至300ml/min之间。如果是售卖机，则水的流速范围在300至1000ml/min之间。
如上所述，对所加热水的温度控制是非常有用的。在这种情况下，测量管出口处的液体温度，如果温度过高，则断开管第二部分上的电阻器，如果液体温度不够高，则将电阻器继续与电源接通。
附图说明
现在参照附图详细说明本发明，其中
图1是本发明液体加热组件的示意图；
图2是装有图1所示组件的咖啡机的示意图；以及
图3是装有图1中所示组件的售卖机的示意图。
具体实施方式
加热组件(1)包括用不锈钢制成的空心管(2)、用塑料(特氟隆)制成的圆柱形插入件(3)、设置在管第一部分上的第一电阻器(4)和设置在管第二部分上的第二电阻器(5)。两个电阻器都由厚膜(thick-film)制成并连接电源(11、12)。水在空心管中流动的方向由箭头A和B所示。垂直安装空心管以便管中集聚的空气或蒸汽量达到最少。插入件两端固定在冷水盖(6)和热水盖(7)上。插入件(3)连接流速计(8)的旋转轮，使得通过流动的冷水能带动该该旋转论并使其沿箭头C旋转。此外，电阻器(9)设置在空心管的端部，用于测量和控制流出组件的热水温度。金属刷束(10)设置空心管内部的插入件上。不导电的绝缘层(13)如搪瓷涂在电阻器下面的管上。为避免过高的能量损失和保证较好安全性，绝缘层(14)覆盖空心管整个高度上的电阻器。在热水盖(7)中设置自由空间(15)，用于缓配制和收集产生的蒸汽和分离的空气。
液体加热组件以下述方式工作：当消费者决定配制饮料时，两个电阻器(4、5)均通电。在水流过空心管期间电阻器(4)保持常通电，而电阻器(5)则根据基于所要求剩余能量的一定频率来接通和切断电源，以便达到配制咖啡所必需的最终水温。例如，电阻器(4)使温度由20℃提高到65℃，电阻器(5)仅提供将水温从65℃提高到85℃的能量。水的流动使流速计(8)旋转并带动插入件(3)。插入件上的金属刷(10)避免空心管内部任何钙的沉积。
图2示出了组件(1)使用在咖啡机中的实施例。该机包括冷水容器(16)，该容器通过管(17)连接将冷水输送到加热组件(1)的泵(18)。在组件(1)的出口处，热水流过导管(19)而到达放有焙炒和碾磨(roast and ground)咖啡的盒件(20)。根据EP512468专利，该盒件是在压力作用下打开的密封盒件。准备饮用的咖啡流入杯(21)中。咖啡机可以装有其它部件，如阀、电控制件。
图3示出了组件(1)使用于售卖机中的的实施例。容器(22)中的冷水借助加热组件(1)中的泵(23)流过管(24)。在所述组件的出口处，水温达到85℃左右，并通过导管(25)流到混合器(26)。同时，通过螺旋体或推进加料器(28)使粉末如咖啡与到达的热水一起由粉末储罐(27)流入混合器，所述粉末与热水混合并流入到杯(29)中。如上所述，本机还可以装有其它通常装在这种机中的部件。
现在说明与用于咖啡机的加热组件有关的特别实施例。
实施例
使用直径为12mm、长度为160mm的不锈钢空心管。插入件由塑料制成，其直径为4mm，其长度与空心管相同。电阻器(4)和(5)的电源为600W。管必须承受的最大压力为20bar。水的流速为200ml/min。7秒内达到所需温度。在60％的该时间中接通第二电阻器。由于具有该加热器，因此温度随时间保持非常恒定，其变化仅为2℃左右。

Claims (17)

1.一种在热饮料机中使用的液体加热组件，包括金属材料制成的空心管；
装在所述管外部的第一部分上的至少一个电阻器，用于预加热流过所述空心管的液体；
装在所述管外部的第二部分上的至少一个附加电阻器，用于调节流过所述管的液体温度；以及
温度控制器，该温度控制器与所述管相联系以测量所述管的温度，该温度控制器并与所述附加电阻器相联系以便根据所述管的温度自动地有选择地接通和断开所述与另一电阻器分离的附加电阻器的电源，从而控制液体的温度。
2.根据权利要求1所述的液体加热组件，其特征在于，还包括圆柱形插入件，其设置在空心管内部，沿所述空心管全长并沿其对称轴放置。
3.根据权利要求1或2所述的液体加热组件，其特征在于，所述圆柱形插入件由塑料或金属材料制成。
4.根据权利要求1所述的液体加热组件，其特征在于，空心管由不锈钢制成。
5.根据权利要求1所述的液体加热组件，其特征在于，所述管的长度对直径之比在5至40之间。
6.根据权利要求1所述的液体加热组件，其特征在于，空心管的外部包括至少一个用于温度测量和控制的电阻器。
7.根据权利要求1所述的液体加热组件，其特征在于，插入件沿其对称轴固定或者能绕其对称轴转动。
8.根据权利要求7所述的液体加热组件，其特征在于，插入件由于与设置在所述插入件下部的流速计旋转轮结合因而可旋转。
9.根据权利要求1所述的液体加热组件，其特征在于，所述管的不同电阻器以由包括金属丝、厚膜的组中所选取的形式制成。
10.根据权利要求8所述的液体加热组件，其特征在于，可旋转的圆柱形插入件包括金属丝刷。
11.根据权利要求1所述的液体加热组件，其特征在于，所有电阻器的功率密度达到30-70w/cm2。
12.根据权利要求1所述的液体加热组件，其特征在于，空心管包括涂在其外部的、电阻器之下的搪瓷。
13.根据权利要求1所述的液体加热组件，其特征在于，电阻器覆盖有非导电材料或采用非导电材料绝缘。
14.一种用于液体加热的系统，包括
水源，
输送所述水的泵，
根据权利要求1所述的液体加热组件，其中所述各个部件全部以液体连通，
排出已加热液体的通道，设置在要萃取的物质之上或混合器内，以便将所述已加热液体与粉末混合。
15.一种用于加热液体的方法，其中以范围在150至1000ml/min的流速通过根据权利要求1所述的液体加热组件输送所述液体，并使温度在3至10秒内达到85至90℃，其中使管第一部分上电阻器常通电，而根据依赖所需最终温度的一定频率使所述管第二部分上的电阻器接通电源和断开电源。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述管第二部分上的电阻器在50至100％的全电力时间中接通电源。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中咖啡机的流速范围在150和300ml/min之间，售卖机的流速范围在300至1000ml/min之间。
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