Динамический двухконтурный проточный нагреватель

Авторы патента:


Динамический двухконтурный проточный нагреватель
Динамический двухконтурный проточный нагреватель
Динамический двухконтурный проточный нагреватель
Динамический двухконтурный проточный нагреватель
Динамический двухконтурный проточный нагреватель

 


Владельцы патента RU 2568709:

НЕСТЕК С.А. (CH)

Изобретение относится к бытовой технике и может использоваться в водонагревателях для приготовления напитков. Предложены динамический проточный нагреватель с двумя электрическими цепями, аппарат с таким нагревателем, а также способ работы этого аппарата. Сущность изобретения - в том, что проточный нагреватель для аппарата приготовления жидкой пищи или напитка, в котором жидкость прокачивается и затем направляется в заварочную камеру для заваривания подаваемого в нее пищевого ингредиента, содержит корпус, включающий в себя вход, выход и расположенный между ними нагревательный канал, совместно образующие сплошной канал для направления жидкости, прокачиваемой через указанный корпус; и средства нагревания, взаимодействующие с корпусом для подвода тепла в указанный нагревательный канал, средства нагревания включают в себя, по меньшей мере, два нагревательных элемента и электрические цепи управления для включения и выключения каждого нагревательного элемента независимо друг от друга. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к проточным нагревателям, в частности нагревателям, используемым в аппаратах для приготовления напитков, таких как аппараты для приготовления напитков путем прокачивания нагретой жидкости через капсулу, содержащую ингредиент, как правило, вкусоароматический ингредиент, приготавливаемого напитка.

В дальнейшем описании под термином «напиток» понимается любой жидкий пищевой продукт, такой как чай, кофе, горячий или холодный шоколад, молоко, суп, детское питание и т.д. Под термином «капсула» понимается любой предварительно расфасованный ингредиент напитка в замкнутой упаковке из любого материала, в частности, в воздухонепроницаемой упаковке, например из пластика, алюминия, биоразлагающегося или бионеразлагающегося материала, и любой формы и конструкции, включая мягкие чалды или жесткие картриджи с ингредиентом.

Уровень техники

Аппараты для приготовления напитка известны уже много лет. Например, в документе US 5943472 описана система прокачивания воды между водяным резервуаром и камерой для выдачи горячей воды или пара, используемая в кофеварке эспрессо. Система прокачивания содержит клапан, металлическую нагревательную трубку и насос, которые соединены друг с другом и с резервуаром с помощью различных шлангов из силикона, присоединенных с помощью зажимных хомутов.

В документе ЕР 1646305 описан аппарат для приготовления напитков с нагревательным устройством, нагревающим прокачиваемую воду, которая затем подается на вход заварочного блока. Заварочный блок служит для подачи нагретой воды в капсулу для заваривания содержащего в ней ингредиента напитка. Заварочный блок содержит камеру, образованную первой и перемещаемой относительно первой второй частями, и направляющую для позиционирования капсулы в промежуточном положении между первой и второй частями перед их перемещением друг относительно друга из открытого положения заварочного блока в закрытое положение.

Проточные нагреватели для нагревания прокачиваемой жидкости, в частности воды, также хорошо известны и описаны, например, в документах СН 593044, DE 1032034, DE 19732414, DE 19737694, ЕР 0485211, ЕР 1380243, FR 2799630, US 4242568, US 4595131, US 5019690, US 5392694, US 5943472, US 6393967, US 6889598, US 7286752, WO 01/54551 и WO 2004/006742.

В частности, в документах СН 593044 и US 4242568 описана кофе-машина, содержащая проточный нагреватель в виде термоблока, имеющего металлическое тело с отлитым за одно целое с ним резистивным нагревательным кабелем и каналом для прокачивания подлежащей нагреву воды.

Термоблоки представляют собой проточные нагреватели, через которые прокачивают жидкость с целью ее нагревания. Они содержат нагревательный канал, например, одну или большее число трубок, выполненных, в частности, из стали, проходящих через толщу (сплошную) металла, в частности, алюминия, железа и/или другого металла или сплава, который имеет высокую теплоемкость для аккумулирования тепловой энергии и высокую теплопроводность для передачи необходимого количества аккумулированной теплоты к жидкости, прокачиваемой через канал, во всех случаях, когда это необходимо. Вместо отдельно выполненной трубки канал термоблока может быть образован сквозным проходом, который сформирован в теле термоблока путем механической обработки или иным образом, например образован на стадии литья тела термоблока. Если термоблок изготовлен из алюминия, то с точки зрения соблюдения гигиены предпочтительно использовать отдельную трубку, например, выполненную из стали, чтобы избежать контакта между прокачиваемой жидкостью и алюминием. Тело термоблока может быть выполнено из одной или из нескольких собранных частей, расположенных вокруг канала. Обычно термоблоки содержат один или несколько резистивных нагревателей, например, отдельных дискретных или объединенных в единое целое резистивных элементов, которые преобразуют электрическую энергию в тепловую. Такие резистивные нагревательные элементы обычно размещены в теле или на теле термоблока на расстоянии более 1 мм, в частности от 2 до 50 мм или от 5 до 30 мм от канала. Теплота подводится к телу термоблока и через тело - к прокачиваемой жидкости. Нагревательные элементы могут быть сформованы внутри или размещены внутри металлического тела или зафиксированы на поверхности металлического тела. Канал (каналы) может иметь спиральную или другую конфигурацию вдоль термоблока для обеспечения его (их) максимальной длины и теплопередачи через блок.

Недостаток термоблоков заключается в трудности точного регулирования температуры и оптимизации необходимой тепловой энергии для того, чтобы довести нагреваемую жидкость до желаемой температуры. Конечно, тепловая инерция металлического тела, локализованный и неравномерный резистивный нагрев этого тела, динамичное рассеивание теплоты нагрева к различным частям тела, оказывающее влияние на измеряемую температуру тела в предварительно выбранных местах, делает точное регулирование термоблока для нагрева прокачиваемой жидкости до желательной заданной температуры довольно затруднительным и, помимо того, требует продолжительных периодов разогрева, как правило, от 1 до 2 минут для кофеварки эспрессо. Кроме того, трудно предсказать различные параметры, относящиеся к осуществляемому впоследствии повторному использованию термоблока, например температуру окружающей среды, действующее напряжение питающей сети, фактическую величину резистивного сопротивления термоблока, теплоизоляцию термоблока, начальную температуру прокачиваемой через термоблок жидкости, и т.д. Обычно термоблоки взаимодействуют с электрической цепью питания, снабженной контуром динамического управления, который ставит снабжение термоблока электрической энергией в соответствие с результатами непрерывного измерения температуры. Однако из-за того, что тепловой поток в такой системе является комбинированным, стабилизация термоблока на определенном уровне температуры, приспособленная к требуемому нагреванию потока прокачиваемой жидкости, является продолжительной, и ее все еще трудно достигнуть.

Подход, используемый для повышения точности нагревания, раскрыт в документе ЕР 1380243, в котором описано нагревательное устройство, предназначенное, в частности, для оборудования кофеварок эспрессо. Это нагревательное устройство содержит металлическую трубу, по которой может протекать нагреваемая жидкость от впускного патрубка до выпускного. Внешняя поверхность трубы на протяжении нескольких участков ее длины покрыта некоторым количеством рядов электрических резистивных элементов, расположенных последовательно. Внутри трубки проходит цилиндрическая вставка, которая вместе с внутренней стенкой трубы образует винтовой канал, через который может прокачиваться жидкость и которая создает турбулентный поток, что обеспечивает интенсивную передачу теплоты от трубы к жидкости. Перед впускным патрубком установлен расходомер. Кроме того, устройство содержит ряд датчиков температуры, распределенных вдоль трубы у входа и выхода каждого ряда резистивных элементов. Принцип, управляющий распределением тепловой энергии к жидкости в этом устройстве, основан на изменении электрической энергии, потребляемой резистивными элементами, которые могут быть включены независимо друг от друга или последовательно в соответствии с температурой воды на входе в канал. Хотя это устройство дает удовлетворительные результаты с точки зрения скорости нагрева, оно имеет относительно большие габариты, поскольку высота трубы определяется объемом нагреваемой воды. Кроме того, точность регулирования температуры жидкости ограничена, поскольку жидкость не вступает в непосредственный контакт с датчиками, которые установлены снаружи трубы. Вследствие инерционности подлежащей нагреву жидкости скорость реакции на изменения температуры также более медленная, и это уменьшает точность, с которой можно регулировать температуру. Следует также отметить, что близость датчиков температуры к рядам резистивных элементов приводит к опасности неконтролируемого влияния на результаты измерения из-за теплопередачи через стенку трубки.

Более или менее сложные попытки улучшить регулирование температуры нагревателей, используемых для нагревания отдельных порций текучего материала, или проточных нагревателей с низкой инерционностью были предприняты и описаны в документах DE 19711291, ЕР 1634520, US 4700052, US 6246831.

В настоящее время все еще существует необходимость в создании простого и надежного нагревателя, обеспечивающего быстрый разогрев и надлежащее нагревание прокачиваемой через него жидкости при обычном использовании и в различных условиях использования.

Раскрытие изобретения

Таким образом, изобретение относится к проточному нагревателю, к аппарату для приготовления напитка, содержащему такой нагреватель, и к способу регулировки такого нагревателя.

Вода для приготовления горячих напитков в соответствующем аппарате, в частности, вода для экспресс-кофеварки должна быть нагрета от температуры, равной температуре на выходе из водопроводного крана, например, в интервале от 10 до 30°C, до температуры заваривания, например в интервале от 80 до 100°C. Короткое время разогрева аппарата является основным преимуществом для потребителя.

Задача изобретения заключается в создании нагревателя с низкой теплоемкостью для уменьшения времени разогрева, а также с возможностью регулирования температуры воды для удовлетворения требований к напитку, например, напитку кофе эспрессо. Кроме того, возможности регулирования нагревателя ограничивают нормы фликера (стандарты МЭК для колебания напряжения).

Другая задача заключается в том, чтобы остаться в рамках трех основных требований: быстрый разогрев, качество регулирования, фликер.

Другая задача заключается в создании сбалансированного решения между быстрым разогревом, определяющим низкую теплоемкость, и надежным регулированием, которое, помимо того, определяет необходимость регулирования температуры с высокой динамикой процесса. Одна или несколько этих задач решаются с помощью нагревателя, устройства или способа в соответствии с независимым пунктом (пунктами) формулы изобретения. Кроме того, решение этих задач и/или дополнительные преимущества обеспечивают зависимые пункты формулы.

Первым объектом изобретения является проточный нагреватель для аппарата приготовления жидкой пищи или напитка, в котором жидкость прокачивается через указанный нагреватель и затем направляется в заварочную камеру для заваривания пищевого ингредиента или ингредиента напитка, подаваемого в указанную заварочную камеру.

Проточный нагреватель содержит корпус, включающий в себя вход, выход и расположенный между ними нагревательный канал, совместно образующие сплошной канал для направления прокачиваемой через указанный корпус жидкости; и средства нагревания, взаимодействующие с корпусом для подачи теплоты в указанный нагревательный канал.

Средства нагревания включают в себя по меньшей мере два нагревательных элемента и электрические цепи управления для включения и выключения каждого нагревательного элемента независимо друг от друга.

Тепловые мощности нагревательных элементов могут быть практически одинаковыми. Корпус может быть выполнен из алюминия. Сплошной канал образован, например, трубкой для воды из нержавеющей стали, заделанной в корпус, или представляет собой снабженный покрытием канал для жидкости, сформированный внутри корпуса.

Средство нагревания может представлять собой средство резистивного нагрева, такое как толстая пленка, содержащее по меньшей мере две резистивные цепи нагрева, приспособленные для подключения к электрическим цепям управления. Толстая пленка может быть напечатана на пластине из нержавеющей стали, которую припаивают к корпусу.

Средство нагревания может содержать нагревательный элемент-сердцевину и нагревательный элемент в виде внешней обмотки. Средство нагревания может также содержать нагревательный элемент-сердцевину и толстопленочный нагревательный элемент.

Вторым объектом изобретения является аппарат для приготовления жидкой пищи или напитка, содержащий описанный выше нагреватель, в частности аппарат для приготовления жидкой пищи или напитка, например, супа, чая и/или кофе путем заваривания пищевого ингредиента или ингредиента напитка, который может быть помещен в капсулу или пакетик.

Третьим объектом изобретения является способ управления описанным выше нагревателем, согласно которому нагревательные элементы включают или выключают независимо посредством замыкания или размыкания электрических цепей управления для исключения одновременного включения или выключения нагревательных элементов в целях соответствия нормам фликера.

Проточный (с непрерывным потоком жидкости) нагреватель согласно изобретению может быть выполнен с алюминиевым корпусом и встроенным в него водяным контуром (реализованным, например, в виде формованной трубки для воды из нержавеющей стали) и содержит толстопленочный или поверхностный нагревательный элемент, который присоединен к алюминиевому корпусу. Это соединение выполнено так, чтобы обеспечить оптимальную теплопередачу, хорошую механическую стабильность и восприятие усилий, которые являются результатом различного по длине теплового расширения алюминиевого корпуса и диска с толстой пленкой. Кроме того, должна быть решена проблема коррозии. Корпус, например, из алюминия имеет достаточную теплоемкость, чтобы демпфировать колебания подводимой мощности. Эту теплоемкость, тем не менее, ограничивают, чтобы минимизировать при запуске время разогрева от комнатной или исходной температуры.

Чтобы не нарушать нормы фликера, цепи нагревания и тепловую энергию необходимо разделить на несколько частей (обычно на 2 части для кофе эспрессо, например, приготовляемого из капсулы типа Nespresso).

Нагреватель может иметь следующие характеристики:

- принцип работы - с непрерывным потоком жидкости,

- расход воды - от 0 до 3,5 мл/сек,

- максимальные перепады напора течения - 6 мл/сек2,

- температура воды на входе - 10-30°C,

- температура воды на выходе - от 80 до 95°C,

- масса воды в нагревателе - до 15 г,

- две резистивные цепи нагрева, напечатанные на диске с толстой пленкой, с общей мощностью около 1200 Вт,

- разделение энергии между цепями нагрева - от 300 Вт/900 Вт до 600 Вт/600 Вт,

- плотность теплового потока в трубке для воды из нержавеющей стали: 0,1 Вт/мм2 без образования водяного пара вплоть до температуры воды на выходе 95°C,

- двухслойная спиральная трубка для воды,

- время разогрева от 20°C до 90°C - менее 20 секунд (готовность для заваривания кофе),

- номинальная электрическая мощность для разогрева (мощность/грамм общей массы нагревателя) - более 5 Вт/г,

- точность регулирования температуры при использовании в установившемся режиме - ±2°C.

Изобретение поясняется чертежами.

Краткое описание чертежей

На фиг.1-3b показаны различные особенности конструктивного выполнения нагревателя согласно изобретению;

на фиг.4 показана хронограмма для способа регулирования нагревателя согласно изобретению.

Осуществление изобретения

Аппарат для приготовления напитка может приводиться в действие электрической энергией, как правило, от электрической сети с помощью электрического шнура.

Аппарат содержит модуль для приготовления напитка, закрытый снаружи корпусом. Модуль для приготовления напитка предназначен для удержания вкусоароматического ингредиента, в частности, предварительно расфасованного, например, в капсулу, и прокачивания жидкости через капсулу для получения напитка.

Жидкость, например вода, может храниться в резервуаре и подаваться из него в модуль для приготовления напитка. Напиток после его приготовления может быть выдан через выпускной патрубок в зону выдачи, например, в направлении подставки для чашки или кружки пользователя. В зоне выдачи может быть установлена первая подставка для чашки, например подставка для чашек для кофе эспрессо, которая может быть удалена из-под выпускного патрубка, чтобы предоставить доступ к расположенной ниже второй подставке для чашек или кружек большего размера, например, для выдачи напитков лунго или напитков значительно большего объема. Нижняя подставка для чашки может быть соединена с основанием аппарата. Подходящие съемные подставки для чашек описаны, например, в документах ЕР 1867260 и WO 2009/074557.

Кроме того, аппарат содержит генератор водяного пара и/или горячей воды, предназначенный для выдачи водяного пара и/или горячей воды через насадок трубки, например, для приготовления вспененного молока и/или чая.

Вблизи модуля для приготовления напитка в аппарате может быть расположен приемный контейнер для использованных ингредиентов, например, для молотого кофе или чая после заваривания, например, находящихся внутри капсул. Контейнер может быть расположен под модулем для приготовления напитка для сбора использованного ингредиента, выгружаемого после приготовления напитка в этот контейнер, например, под действием силы тяжести. Подходящие приемные контейнеры описаны, например, в документах WO 2009/074559 и WO 2009/135869.

Аппарат снабжен рукояткой, перемещаемой между положением подачи для загрузки в модуль ингредиента, например, содержащегося в капсуле, и/или удаления этого ингредиента из модуля; и положением прокачивания жидкости через ингредиент.

Обычно рукоятка переводит держатель ингредиента с камерой для ингредиента модуля для приготовления напитка, например, заварочный блок, из положения подачи (не показано) для установки ингредиента в держатель и/или положения удаления этого ингредиента в положение прокачивания жидкости через ингредиент, находящийся в держателе, для получения напитка. Обычно держатель ингредиента, например заварочный блок, содержит две подвижные друг относительно друга части, которые разводятся для открытия держателя ингредиента в положение подачи и сводятся вместе для закрытия держателя ингредиента с переводом в положение прокачивания воды. В положении прокачивания (не показано) держатель ингредиента может герметично окружать ингредиент для обеспечения надлежащего пропускания через него жидкости.

В положении прокачивания рукоятка может опираться на верхнюю внешнюю поверхность аппарата или находится на этой поверхности. В частности, рукоятка может располагаться вровень с поверхностью корпуса.

Кроме того, аппарат содержит интерфейс пользователя, позволяющий инициировать прокачивание жидкости через вкусоароматический ингредиент, находящийся в модуле для приготовления напитка.

Модуль для приготовления напитка, как правило, включает в себя один или несколько следующих элементов:

а) держатель ингредиента, например, заварочный блок для приема вкусоароматического ингредиента напитка, в частности, заранее расфасованного и поданного внутрь капсулы, и для направления поступающего потока жидкости, такой как вода, через упомянутый ингредиент к выпускному патрубку для напитка;

б) проточный нагреватель, такой как термоблок, для нагрева потока жидкости, подаваемой в держатель ингредиента;

в) насос для подачи жидкости через проточный нагреватель;

г) по меньшей мере один гидравлический соединительный элемент для направления жидкости от ее источника, такого как резервуар с жидкостью, к выпускному патрубку для напитка;

д) электрический блок управления, в частности, содержащий печатную плату (ПП) для получения команд пользователя через интерфейс и для управления проточным нагревателем и насосом;

е) по меньшей мере один электрический датчик для регистрации по меньшей мере одного рабочего показателя из показателей работы держателя капсулы, проточного нагревателя, насоса, резервуара с жидкостью, приемного контейнера для ингредиентов, расхода жидкости, ее давления и температуры и для передачи данных (данного) показателей (показателя) в блок управления.

На фиг.1 показан проточный нагреватель согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Проточный нагреватель содержит корпус 8 с встроенным водяным контуром. Корпус 8 может быть изготовлен из алюминия. Алюминиевый корпус имеет достаточную теплоемкость для демпфирования колебаний мощности, но ограничиваемую, чтобы минимизировать при запуске время разогрева от комнатной или начальной температуры.

Водяной контур включает в себя вход 10 для жидкости, выход 12 для жидкости и канал 14 для жидкости, расположенный между входом и выходом и соединяющий их по текучей среде. Канал для воды может быть образован формованной трубкой из нержавеющей стали, заделанной в тело корпуса проточного нагревателя. Канал для воды также может представлять собой образованный в корпусе канал для жидкости, снабженный покрытием. Показанный на фиг.1 корпус имеет внешнюю форму в виде цилиндра диаметром D1, равным 75 мм, и высотой h1, равной 16 мм, при этом один из торцов корпуса покрыт поверхностным нагревательным элементом 16. Поверхностный нагревательный элемент 16, входящий в состав нагревателя, механически и термически соединен с корпусом. Как правило, поверхностный нагревательный элемент 16 представляет собой толстую пленку. В частности, такая толстая пленка может быть напечатана на диске из нержавеющей стали, который припаян к алюминиевому корпусу, полученному литьем под давлением. Такое соединение обеспечивает оптимальную теплопередачу, хорошую механическую стабильность и восприятие усилий, обусловленных различной длиной теплового расширения алюминиевого корпуса и диска с толстой пленкой.

Поверхностный нагревательный элемент 16 содержит по меньшей мере две электрические цепи нагревания. Каждая цепь нагревания имеет отдельную цепь управления, чтобы обеспечить включение/выключение каждой цепи нагревания независимо от других цепей нагревания. Каждая цепь нагревания способна подводить тепловую энергию, которая меньше тепловой энергии, которую может подвести поверхностный нагревательный элемент, поэтому тепловая энергия в целях соответствия нормам фликера может разделяться на несколько частей (обычно на 2 части для кофе эспрессо, например, приготовляемого из капсулы типа Nespresso). При разделении тепловой энергии ее распределение между двумя электрическими цепями нагревания может составлять 50% на 50%, или может быть выбрано любое распределение в пределах от 15% на 85% до 85% на 15%. Общая тепловая энергия поверхностного нагревательного элемента обычно составляет от 600 Вт до 2000 Вт.

Более конкретно, нагреватель может иметь следующие характеристики:

- принцип работы - с непрерывным потоком жидкости,

- расход воды - от 0 до 3,5 мл/сек,

- максимальные перепады напора течения - 6 мл/сек2,

- температура воды на входе - 10-30°C,

- температура воды на выходе - от 80 до 95°C,

- масса воды в нагревателе - до 15 г,

- две резистивные цепи нагрева, напечатанные на диске с толстой пленкой, с общей мощностью около 1200 Вт,

- разделение энергии между цепями нагрева - от 300 Вт/900 Вт до 600 Вт/600 Вт,

- плотность теплового потока в трубке для воды из нержавеющей стали: 0,1 Вт/мм2 без образования водяного пара вплоть до температуры воды на выходе 95°C,

- двухслойная спиральная трубка для воды,

- время разогрева от 20°C до 90°C - менее 20 секунд (готовность для заваривания кофе),

- номинальная электрическая мощность для разогрева (мощность/грамм общей массы нагревателя) - более 5 Вт/г,

точность регулирования температуры при использовании в установившемся режиме - ±2°C.

На фиг.2 представлен проточный нагреватель согласно другому варианту осуществления изобретения. Этот проточный нагреватель содержит корпус 28 с встроенным водяным контуром. Корпус 28 может быть изготовлен из алюминия. Алюминиевый корпус имеет достаточную теплоемкость для демпфирования колебаний мощности, но ограничиваемую, чтобы минимизировать при запуске время разогрева от комнатной или начальной температуры.

Водяной контур включает в себя вход 20 для жидкости, выход 22 для жидкости и канал 24 для жидкости, расположенный между входом и выходом и соединяющий их по текучей среде. Обычно канал для жидкости имеет форму спирали. Канал для воды может быть образован формованной трубкой из нержавеющей стали, заделанной в тело корпуса нагревателя. Канал для воды также может представлять собой образованный в корпусе канал для жидкости, снабженный покрытием. Показанный на фиг.2 корпус имеет внешнюю форму в виде цилиндра с высотой Н2, равной 65 мм, и внешним диаметром d5, равным 50 мм (d2=20 мм, d3=30 мм, d4=42 мм). Нагреватель содержит нагревательный блок 29, включающий в себя цилиндрический нагревательный элемент-сердцевину 29а и нагревательный элемент 29b в виде внешней обмотки.

Указанные нагревательные элементы 29а и 29b управляются посредством двух электрических цепей так, чтобы обеспечить независимое включение/выключение цилиндрического нагревательного элемента-сердцевины 29а и нагревательного элемента 29b в виде внешней обмотки. Цилиндрический нагревательный элемент-сердцевина 29а управляется первой электрической цепью 23а, 23b, а нагревательный элемент 29b в виде обмотки управляется второй цепью 23c, 23b. При этом указанные две цепи имеют общий опорный потенциал/нейтраль 23c. Каждый нагревательный элемент 29а, 29b способен подводить тепловую энергию, меньшую тепловой энергии, которую способен подвести нагревательный блок. Таким образом, тепловая энергия может быть разделена на несколько частей (как правило, на 2 части для приготовленного кофе-эспрессо, например, из капсулы типа Nespresso), чтобы соответствовать нормам фликера. При разделении тепловой энергии ее распределение между двумя электрическими цепями нагревания может составлять 50% на 50%, или может быть выбрано любое распределение в пределах от 15% на 85% до 85% на 15%. Общая тепловая энергия нагревательного блока обычно составляет от 600 Вт до 2000 Вт.

На фиг.3а и 3b представлены проточные нагреватели согласно другим вариантам осуществления изобретения. Проточный нагреватель содержит корпус 38 со встроенным водяным контуром. Корпус 38 может быть изготовлен из алюминия, поскольку алюминиевый корпус имеет достаточную теплоемкость для демпфирования колебаний мощности, которую ограничивают для того, чтобы минимизировать при запуске время разогрева от комнатной или начальной температуры.

Водяной контур включает в себя вход 30 для жидкости, выход 32 для жидкости и канал 34 для жидкости, расположенный между входом и выходом и соединяющий их по текучей среде. Обычно канал 34 для жидкости формируют в корпусе 38. В частности, канал 34 для жидкости снабжен покрытием. Показанный на фиг.3а и 3b корпус имеет форму цилиндра с высотой H3, равной 65 мм. Для варианта, показанного на фиг.3а, внешний диаметр d7 корпуса составляет 40 мм (d6=20 мм, d7=36 мм). Для варианта, представленного на фиг.3b, внешний диаметр d8 корпуса составляет 50 мм (d6=20 мм, d7=36 мм).

Нагреватель содержит нагревательный блок 39, включающий в себя цилиндрический нагревательный элемент-сердцевину 39а.

Нагревательный блок 39 согласно варианту, представленному на фиг.3b, содержит нагревательный элемент 39b в виде толстой пленки, которая термически и механически соединена с корпусом. Толстая пленка может быть напечатана на стальном цилиндре, который устанавливается на корпусе.

Цилиндрический нагревательный элемент-сердцевина 39а и нагревательная толстая пленка 39b управляются с помощью двух электрических цепей так, чтобы обеспечить независимое включение/выключение цилиндрического нагревательного элемента 39а и нагревательной толстой пленки 39b. Цилиндрическим нагревательным элементом-сердцевиной 39а управляют посредством первой электрической цепи 33а, 33b, а нагревательная толстая пленка 39b управляется посредством второй цепи 33c, 33b. Указанные две цепи имеют общий опорный потенциал/нейтраль 33c. Каждый нагревательный элемент 39а, 39b способен подводить тепловую энергию, которая меньше тепловой энергии, которую способен подвести нагревательный блок. Таким образом, тепловая энергия может быть разделена на несколько частей (как правило, на 2 части для приготовленного кофе эспрессо, например, из капсулы типа Nespresso), чтобы соответствовать нормам фликера. При разделении тепловой энергии ее распределение между двумя электрическими цепями нагревания может составлять 50% на 50%, или может быть выбрано любое распределение в пределах от 15% на 85% до 85% на 15%. Общая тепловая энергия нагревательного блока обычно составляет от 600 Вт до 2000 Вт.

Нагревательный блок 39 согласно варианту осуществления изобретения, показанному на фиг.3b, содержит нагревательный элемент 39c в виде обмотки. Нагревательный элемент 39c в виде внешней обмотки может быть отлит за одно целое с металлическим цилиндром, размещенным вокруг корпуса нагревателя. Цилиндрический нагревательный элемент-сердцевина 39а и нагревательный элемент 39c в виде обмотки управляются с помощью двух электрических цепей так, чтобы обеспечить независимое включение/выключение цилиндрического нагревательного элемента-сердцевины 39а и нагревательного элемента 39c в виде обмотки. Цилиндрический нагревательный элемент 39а управляется посредством первой электрической цепи 33а, 33b, а нагревательный элемент 39c в виде обмотки управляется посредством второй электрической цепи 33c, 33b. Указанные две цепи имеют общий опорный потенциал/нейтраль 33c. Каждый нагревательный элемент 39а, 39b способен подводить тепловую энергию, которая меньше тепловой энергии, которую способен подвести нагревательный блок. Таким образом, тепловая энергия может быть разделена на несколько частей (как правило, на 2 части для приготовленного кофе эспрессо, например, из капсулы типа Nespresso), чтобы соответствовать нормам фликера. При разделении тепловой энергии ее распределение между двумя электрическими цепями нагревания может составлять 50% на 50%, или может быть выбрано любое распределение в пределах от 15% на 85% до 85% на 15%.

Общая тепловая энергия нагревательного блока обычно составляет от 600 Вт до 2000 Вт.

Регулирование температуры:

Тепловая энергия перераспределяется посредством подключения и отключения двух электрических цепей нагревателя, выполненного в соответствии с изобретением, как показано на фиг.1-3b.

Для нагревателя с двумя различными электрическими цепями, например, с мощностью 400 Вт и 800 Вт приемлемы различные варианты управления.

Чтобы определить, какой из вариантов управления является самым лучшим для конкретного расхода и температуры воды на выходе из термоблока, предварительно необходимо произвести расчет необходимой мощности для нагревания:

Необходимая мощность = расход воды ×(Твых-Твх)× теплоемкость воды.

С помощью такого предварительного расчета может быть установлен оптимальный алгоритм управления температурой, и может быть достигнуто плавное и точное ее регулирование.

Для соответствия нормам фликера следует избегать одновременного включения или выключения обеих цепей.

Изобретение позволяет обеспечить следующие усовершенствования и получить следующие преимущества:

- уменьшенное время разогрева от комнатной или начальной температуры до рабочей температуры при запуске,

- регулирование температуры может быть осуществлено в соответствии со стандартами качества по температуре кофе эспрессо, которые должен обеспечивать специалист по приготовлению кофе, а также в пределах общих норм фликера,

- хорошая динамика регулирования,

- незначительная масса (общая массы нагревателя составляет менее 250 г).

Важными особенностями изобретения являются:

- две электрические цепи для нагрева, обеспечивающие высокое качество регулирования температуры,

- низкая теплоемкость, обеспечивающая короткий период разогрева,

- динамические характеристики, корректируемые путем увеличения или уменьшения массы алюминиевого корпуса;

- оригинальная методика соединения толстопленочного диска с алюминиевым корпусом нагревателя.

1. Проточный нагреватель для аппарата приготовления напитка, в котором жидкость прокачивается через указанный нагреватель и затем направляется в заварочную камеру для заваривания подаваемого в нее ингредиента напитка, содержащий корпус (8; 28; 38), включающий в себя вход (10; 20; 30) выход (12; 22; 32) и расположенный между ними нагревательный канал, совместно образующие сплошной канал (14; 24; 34) для направления жидкости, прокачиваемой через указанный корпус; и средства нагревания (16; 29; 39), взаимодействующие с корпусом для подвода тепла в указанный нагревательный канал, отличающийся тем, что средства нагревания включают в себя по меньшей мере два нагревательных элемента (16; 29а; 29b; 39а; 39b; 39с) и электрические цепи (16; 23а; 23b; 23c; 33а; 33b; 33c) управления для включения и выключения каждого нагревательного элемента независимо друг от друга.

2. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что тепловые мощности нагревательных элементов практически одинаковы.

3. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что выполнен из алюминия.

4. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что сплошной канал образован трубкой (14; 24) для воды из нержавеющей стали, заделанной в корпус.

5. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что сплошной канал представляет собой сформированный внутри корпуса канал (34) с покрытием.

6. Нагреватель по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что средство нагревания содержит средство резистивного нагрева в виде толстой пленки, содержащее по меньшей мере две резистивные цепи нагрева, приспособленные для подключения к электрическим цепям управления.

7. Нагреватель по п.6, отличающийся тем, что толстая пленка напечатана на пластине из нержавеющей стали, припаянной к корпусу.

8. Нагреватель по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что средство нагревания содержит нагревательный элемент-сердцевину (29а; 39а) и нагревательный элемент (29b; 39b) в виде обмотки.

9. Нагреватель по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что средство нагревания содержит нагревательный элемент-сердцевину (39а) и толстопленочный нагревательный элемент (39b).

10. Аппарат для приготовления напитка, содержащий нагреватель по любому из пп.1-9, в частности аппарат для приготовления напитка, такого как чай и/или кофе, путем заваривания ингредиента напитка, который может быть расположен в капсуле или пакетике.

11. Аппарат по п.10, в котором жидкая пища, такая как суп, может быть приготовлена путем заваривания пищевого ингредиента, который может быть расположен в капсуле или пакетике.

12. Способ управления нагревателем по любому из пп.1-9, согласно которому нагревательные элементы (16; 29а; 29b; 39a; 39b; 39с) включают или выключают независимо друг от друга для исключения одновременного включения или выключения обоих нагревательных элементов с целью соблюдения норм фликера, при этом нагревательные элементы включают путем подключения электрических цепей управления и выключают путем отключения электрических цепей управления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в водогрейных и паровых котлах. .

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в водогрейных котлах. .

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в водогрейных котлах. .

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано, в частности, при конструировании котлов, работающих на любых видах топлива, и для применения в жилищно-коммунальном, сельском хозяйстве и промышленности.

Изобретение относится к устройствам для обогрева бытовых помещений, в частности к водогрейным котлам с естественной тягой на газообразном и (или) твердом топливе, и может быть использовано для обогрева бытовых и производственных помещений, а также на транспорте (например, для отопления вагонов), а в сельском хозяйстве для обогрева теплиц, ферм и др.

Изобретение относится к котлам для отопления и горячего водоснабжения, которые могут быть использованы для теплоснабжения индивидуальных жилых домов, оборудованных системами отопления и горячего водоснабжения.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системе оборотного водоснабжения для нагрева воды . .
Наверх