NO321813B1 - Vaeskeoppvarmingsmodul, system som omfatter modulen og en prosess for oppvarming av vaeske - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en væskeoppvarmingsmodul for bruk i en automat for varme drikkevarer. Oppfinnelsen vedrører videre et system som omfatter modulen og en prosess for oppvarming av en væske.

På området kaffemaskiner er det allerede kjent å ha en termoblokkvarmer i maskinen, hvor varmeren er permanent påskrudd og gjør det mulig å tilveiebringe varmt vann øye-blikkelig når konsumenten bestemmer seg for å aktivere maskinen for å lage kaffe. Problemene med denne løsningen er følgende: først er det en temperaturinkonsistens, dvs. at det ikke er mulig å ha en vanntemperatur permanent i et spesifikt område, slik som mellom 85 og 90°c. Dette har en negativ innvirkning på kvaliteten til den tilveiebrakte kaffen. For det andre er blokkvarmeren som brukes svært tung, hvilket ikke er hensikts-messig når kaffemaskinen skal flyttes. For det tredje er det en energi-ineffektivitet på grunn av tapet av energi hele tiden maskinen er påskrudd.

Som eksempel på kjent teknikk, kan det nevnes DE 4038462, NL 8101610, US 978808, US-2694770, US-3247359, US-3898428, US-4531046 og US-5943472.

I DE 4038462 er det beskrevet et rør med to varmeelementer i serie. Et buet parti stiger til en høyde over vannivået til en tank for å holde på vannet inntil det har nådd et bestemt temperaturnivå. Denne oppfinnelse involverer ikke en temperaturstyreinnretning tilordnet et rør med to motstander. Temperaturstyringen i denne publikasjonen blir ut-ført på forskjellig måte ved siffoneffekt. Dette systemet kan ikke selektivt og automatisk levere effekt til varmeelementet for å justere temperaturen.

Når det gjelder den nederlandske publikasjonen, omfatter denne i utførelsen på figur 1 et første og andre varmeelement i varmende inngrep med et vannrør. Dette dokumentet feiler imidlertid også i å lære en styreinnretning som er tilordnet med varmeelementene for å kunne drive det andre varmeelementet på og av for å styre temperaturen.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelsen er å minimalisere alle de tre ovenfor nevnte problemene. Den foreliggende oppfinnelsen gjør det mulig å tilveiebringe et varmesystem til konsumenten med et svært nøyaktig temperatarornråde, uten en maskin som hele tiden må stå påskrudd eller under effekt og med en svært lett varmeanordning.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en væskeoppvarmingsmodul for bruk i en maskin eller automat for varme drikkevarer, som omfatter

- et hult rør av metallisk materiale,

- minst en elektrisk motstand på en første del av utsiden av røret for forvarming av væske som strømmer gjennom det hule røret og - minst en annen elektrisk motstand på en andre del av utsiden av røret for temperaturjustering av væsken som flyter eller strømmer gjennom røret.

Væsken som skal oppvarmes i modulen i henhold til oppfinnelsen er ikke kritisk og kan være en hvilken som helst type væske. Den oppvarmede væsken er fortrinnsvis vann, for eksempel for tilberedelse av te, kaffe eller andre typer drikkevarer. Det er også mulig å varme opp melk, for eksempel for tilberedelse av kakaodrikkevarer. Generering av damp kan også vurderes, for eksempel for å varme vann direkte i en kopp eller for skumming av melk. Bruken av varmemodulen kan være for små maskiner, slik som kaffemaskiner eller større maskiner, slik som salgsautomater.

Med hensyn på den elektriske motstanden til den første delen av røret er i tilfellet en kaffemaskin en eller to motstander til stede, og i tilfellet en salgsautomat, er det mulig å ha 1 til 5 motstander. Med hensyn til de elektriske motstandene for den andre delen av røret passer det samme antallet motstander som for den første elektriske motstanden. Mer å foretrekke er det at det bare brukes en motstand.

Materialet i det hule røret er et metall. Røret er fortrinnsvis laget av rustfritt stål. Størrelsen til røret kan variere i avhengighet av typen bruk. Dersom for eksempel det brukes i en kaffemaskin, kan det ha en diameter på omtrent 6 til 20 mm og en lengde på omtrent 100 til 200 mm. Tykkelsen til røret er rundt 1 til 4 mm. I tilfellet ved bruk i en salgsautomat har røret en diameter på omtrent 30 til 50 mm og en lengde på omtrent 200 til 400 mm. Tykkelsen til røret er den samme som tidligere.

Forholdet mellom lengden av det hule røret og diameteren av røret ligger mellom omtrent 5 og omtrent 40.

Varmemodulen i henhold til oppfinnelsen omfatter videre en sylindrisk innsats, som er anordnet inne i det hule røret langs hele dets lengde og i hovedsaken langs dets symmetriakse. Det faktum at en innsats er til stede øker varmeoverføring fra røroverflaten til væsken med varmeelementet tilført effekt. Dette tillater en god energioverføring og en hurtig oppvarming av vannet. Innsatsen er laget av plast eller metallisk materiale, med en kvalitet som tillater tilberedning av mat og kan ha god termisk konduktivitet. Innsatsen er fortrinnsvis laget av kobber eller teflon (tetra-fluor-etylen). Forholdet mellom diameteren til det hule røret og diameteren til innsatsen ligger mellom 2 og 5. Det er mulig å ha enten en fast innsats eller en innsats som kan roteres langs dens symmetriakse. I tilfellet med en roterende innsats er innsatsen forbundet med et roterende hjul på et strømningsmeter anordnet ved den nedre delen av innsatsen og det kan så drives av det strømmende kalde vannet, som flyter eller strømmer i en tangentvinkel på strørnningsmeterpropellen. Den roterbare sylindriske innsatsen omfatter en metalltrådbørste. Disse metallbørstebuntene er integrert via innsatsen i et longitudinalt plan (på bare en side eller to symmetriske sider av innsatsen) eller på en spiralmåte, for eksempel 1 eller 2 spiraler. De er bare bygd inn i innsatsdelen inne i det hule røret. Børsten må ha passende mekanisk strekkbarhet og styrke slik at den kan deskallere den indre røroverflaten. Begge børstebuntendene bør være litt i kontakt med den indre overflaten av røret ved 90°C. Bunthelheten skulle være designet til å skyve vann oppover når den drives til å rotere av strørnningsmeterpropellen.

Innsatsen kan også være et hult objekt som innfører en reversert strømning i en del av det varme vannet slik at den blandes med det kalde vannet for derved å Øke vannblandingen når vannet blir oppvarmet.

De elektriske motstandene til røret er laget i en form valgt fra gruppen som består av ledninger og tykkfilm. Tykkfilmteknologien er kjent på det elektroniske området og blir nå brukt i produksjonen av motstander. Teknologien bruker ledende blekk (slik som pasta) over et substrat av kvarts, metall, aluminiumoksid eller berylliumoksid. Som nevnt tidligere foretrekkes et metallisk substrat.

Det hule røret omfatter videre minst en annen elektrisk motstand for temperaturkontrollen eller styringen. Denne motstanden er anordnet i innløpet eller utløpet av det kalde/varme vannet fra røret.

De elektriske motstandene har en effekttetthet på opp til 30 til 70 watt/cm<2>. Denne effekttettheten til motstandene tillater en svært hurtig økning av temperaturen til vannet fra romtemperatur til rundt 85-90°C. For å kunne ha en god isolasjon av det hule røret, foretrekkes å ha en emaljemaling på utsiden av røret under motstandene. Tykkelsen til denne malingen ligger normalt mellom 100 og 300 u,. Sluttlig blir de elektriske motstandene til det hule røret dekket med elektrisk ikke-ledende materiale, for eksempel en plast. Denne isolasjonen kan være enten et rør eller et lag eller et sjikt av et ikke-ledende materiale.

Væskevarmemodulen i henhold til oppfinnelsen blir brukt som en del av en maskin for oppvarming av en væske for tilberedelse av en drikkevare. Den foreliggende oppfinnelsen vedrører videre et system for oppvarmingen av en væske omfattende

- en vannforsyning,

- en pumpe for å levere vannet til

- en væskeoppvarmingsmodul som beskrevet tidligere, hvor alle de tre elementene er i fluidforbindelse, - en kanal for utslipp av oppvarmet væske, enten på en substans som skal trekkes eller i en blander for å blande den oppvarmede væsken med et pulver.

I systemet i henhold til oppfinnelsen er røret enten anordnet horisontalt eller vertikalt. Røret er fortrinnsvis anordnet vertikalt.

Væskeoppvarmingsmodulen er del av en kaffemaskin eller en annen tilsvarende maskin basert på uttrekket av en substans, slik som kaffe eller te. I dette tilfellet er det mulig å ha substansen som skal trekkes enten direkte, slik som en kaffeseng, og så en espressomaskin, eller substansen som skal trekkes i allerede tilveiebrakte porsjoner eller kapsler, slik som de som er formålet for de europeiske patentene nr. 512.468 og 602.203.

Ifølge en andre utførelse blir systemet i henhold til oppfinnelsen brukt i salgsautomater, dvs. en maskin hvor konsumenten får direkte tekoppen eller kaffekoppen eller kakao, hvor den oppvarmede væsken blir blandet like før den leveres i en kopp med det korresponderende pulveret.

Systemet i henhold til oppfinnelsen integrerer også andre vanlige elementer som normalt er til stede i kaffe- eller salgsautomater, slik som en ventil, en temperaturkontroll, et strømningsmeter.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører sluttlig en prosess for å oppvarme en væske, hvor væsken blir matet gjennom væskeoppvarmingsmodulen som beskrevet tidligere i en strømningshastighet som ligger i området fra 150 til 1000 ml/min. og blir brakt til en temperatur på omtrent 85 til 90°C på 3 til 10 sekunder og hvor den elektriske motstanden på den første delen av røret er permanent tilkoblet effekt og den elektriske motstanden på den andre delen av røret er tilkoblet effekt og ikke tilkoblet effekt ifølge en viss frekvens i avhengighet av den krevde sluttemperaturen.

Ifølge prosessen i henhold til oppfinnelsen er det mulig å varme opp vannet fra romtemperatur til 85-90°C på noen få sekunder, uten behovet for at maskinen er permanent påskrudd. Oppvarmingen av de elektriske motstandene finner bare sted når konsumentene ber om en kaffe. Den første elektriske motstanden øker for eksempel temperaturen til vannet fra 20 til rundt 60°C, og den andre gruppen av elektrisk motstand behøver bare å øke fra 60 til 85°C. Man behøver således ikke å ha permanent oppvarming av denne andre elektriske motstanden. I dette tilfellet er den elektriske motstanden på den andre delen av røret tilkoblet effekt under omtrent 50 til 100% av tiden med full effekt.

Den andre motstanden blir skrudd på og av i en prosentdel av tiden slik at utløpstemperaturen er korrekt, i tilfellet variasjon av den elektriske linjespenningen og strømningshastighet. Vattforbruket til denne gruppen motstander er slike verdier at på/avskruingen ikke genererer flimring.

I tilfellet med den første utførelsen av systemet i henhold til oppfinnelsen, dvs. en kaffemaskin, er strømningshastigheten til vannet som skal oppvarmes mellom 150 og 300 ml/min. I tilfellet med en salgsautomat er strømningshastigheten til vann mellom 300 og 1000 ml/min.

Som allerede nevnt, er det nyttig å ha kontroll over temperaturen til det oppvarmede vannet. I dette tilfellet blir temperaturen til væsken på utløpet av røret målt slik at dersom temperaturen er for høy, blir den elektriske motstanden på den andre delen av røret stoppet eller skrudd av, og dersom temperaturen til væsken ikke er høy nok, fortsetter denne elektriske motstanden å være forbundet med effekt.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i patentkravene angitte trekk.

Oppfinnelsen skal nå beskrives mer detaljert med tilknytning til tegningene, hvor

Fig. 1 representerer et skjematisk riss av væskeoppvarmingsmodulen i henhold til oppfinnelsen,

fig. 2 representerer et skjematisk riss av en kaffemaskin som omfatter modulen på fig. 1, og

fig. 3 representerer et skjematisk riss av en salgsautomat som omfatter modulen på fig. 1. oppvarmingsmodulen 1 omfatter et hult rør 2 laget av rustfritt stål, en sylindrisk innsats 3 laget av plast (teflon), en første elektrisk motstand 4 på den første delen av røret og en andre elektrisk motstand 5 på den andre delen av røret. Begge disse elektriske motstandene er laget av en tykkfilm og er forbundet med effekt eller kraftforsyning 11, 12. Strømningsretningen til vann i det hule røret er vist med piler A og B. Det hule røret er installert vertikalt for å minimalisere luft eller dampakkumulering inne i røret. Begge ender av innsatsen er faste på kaldtvannshetten 6 og varmtvannshetten 7. Innsatsen 3 er forbundet med det roterende hjulet til strømningsmeteret 8 slik at den kan drives av strømmen av kaldt vann og roterer som antydet med pilen C. En motstand 9 er videre anordnet ved enden av det hule røret for å måle og kontrollere eller styre temperaturen til det varme vannet som forlater modulen. Metallbørstebunter 10 er bygget på innsatsen inne i det hule røret. En dielektrisk isolasjon 13, slik som emalje, er malt på røret under motstandene. For å unngå for høyt energitap og garantere en bedre sikkerhet dekker en isolasjon 14 motstandene på hele lengden av det hule røret. Et fritt rom 15 er tilveiebrakt i varmtvannshetten 7 til buffringsformål og samling av generert damp og separert luft.

Væskeoppvarmingsmodulen virker som følger: når konsumenten bestemmer seg for å lage en drikk, er begge motstandene 4,5 under effekt. Motstanden 4 forblir permanent under effekt under strømningen av vann gjennom det hule røret, mens motstanden 5 blir svitsjet på og svitsjet av i samsvar med en viss frekvens basert på energibehovet for å nå sluttemperaturen til vannet som er nødvendig for tilberedelsen av kaffe. Motstanden 4 tillater for eksempel en temperaturøkning fra 20 til 65°C og den andre motstanden 5 må da bare tilveiebringe energien for å øke vanntemperaturen fra 65 til 85°C. På grunn av vannstrømmen roterer strømningsmeteret 8 og driver med dette innsatsen 3. Den metalliske børsten 10 på innsatsen besørger at det unngås avsetning av kalsium på innsiden av det hule røret.

Fig. 2 viser en utførelse ved bruken av modulen 1 i en kaffemaskin. Maskinen omfatter en kaldtvannstank 16 tilkoblet via et rør 17 til en pumpe 18 som leverer det kalde vannet til oppvarmingsmodulen 1. Ved utløpet av modulen 1 strømmer det varme vannet gjennom en ledning 19 og ankommer på en patron 20 som inneholder brent og klargjort kaffe. Denne patronen er en forseglet patronåpning under trykk i samsvar med EP-patent nr. 512.468. Kaffen klar til å drikkes strømmer inn i en kopp 21.

Kaffemaskinen kan integrere ytterligere elementer, slik som eri ventil, elektroniske kontroller.

Fig. 3 viser en andre utførelse av broken av modulen 1 i en salgsautomat. Det kalde vannet i tanken 22 strømmer gjennom et rør 24 med hjelpen av en pumpe 23 i oppvarmingsmodulen 1. På utløpet av modulen når vannet en temperatur på omtrent 85°C og strømmer gjennom ledningen 25 til en blander 26. Samtidig med ankomsten av varmt vann, blir pulver, slik som kaffepulver, matet inn i blanderen fra et pulverlager 27 ved hjelp av en skrue eller naver 28 og pulveret blir blandet med det varme vannet og levert i en kopp 29. Som allerede nevnt, kan den foreliggende maskinen også integrere ytterligere elementer som normalt er til stede i slike typer maskiner.

Spesifikasjonen er nå gjort i relasjon til et spesifikt eksempel relatert til en oppvarmingsmodul for en kaffemaskin.

EKSEMPEL

Et hult rustfritt stålrør med en diameter på 12 mm og en lengde på 160 mm brukes. Innsatsen er laget av plast og har en diameter på 4 mm og den samme lengden som det hule røret. Motstandene 4 og 5 har hver en ytelse på 600 watt. Røret må tåle et trykk på maksimalt 20 bar. Vannet strømmer med en strømningshastighet på 200 ml/min. Den nødvendige temperaturen nås i løpet av 7 sekunder. Og den andre motstanden er på under 60% av tiden. Med denne oppvarmingsmodulen er temperaturen svært konstant over tid og har bare en variasjon på rundt 2X.

Claims (25)

1. Væskeoppvarmingsmodul (1) for bruk i en maskin for varme drikkevarer som omfatter: et hult metallrør (2), minst én elektrisk motstand (4) som befinner seg på en første ytre del av røret (2) for forvarming av væske som strømmer gjennom røret (2), minst én ytterligere elektrisk motstand (5) som befinner seg på en andre ytre del av røret (2) for temperaturjustering av væsken som strømmer gjennom røret (2), karakterisert ved entemperaturstyreinnretningtilordnet med røret (2) for å måle temperaturen til dette og med den ytterligere motstanden (5) for automatisk å selektivt drive og frakoble den ytterligere motstanden (5), separat fra den andre motstanden (4), i avhengighet av temperaturen til røret (2) for å styre temperaturen til væsken.

2. Væskeoppvarmingsmodul (1) ifølge krav 1, karakterisert ved at det hule røret (2) er laget av rustfritt stål.

3. Væskeoppvarmingsmodul (1) ifølge krav 1, karakterisert ved at det hule røret (2) har et forhold mellom lengde og diameter på mellom omtrent 5 og omtrent 40.

4. Væskeoppvarmingsmodul (1) ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter en sylindrisk innsats (3) som er anordnet inne i det hule røret (2), langs hovedsakelig dets hele lengde og hovedsakelig langs en symmetriakse.

5. Væskeoppvarmingsmodul (1) ifølge krav 4, karakterisert v e d at den sylindriske innsatsen (3) er laget av et plast- eller metallisk materiale.

6. Væskeoppvarmingsmodul (1) ifølge krav 5, karakterisert ved at innsatsen (3) er fastgjort i posisjon.

7. Væskeoppvarmingsmodul (1) ifølge krav 5, karakterisert ved at den sylindriske innsatsen (3) er roterbar inne i røret (2) og omfatteren me-talltrådbørste (10).

8. Væskeoppvarmingsmodul (1) ifølge krav 1, karakterisert ved at temperaturstyremekanismen omfatter minst én ytterligere elektrisk motstand (9) som befinner seg i en ytre del av det hule røret (2) for temperaturmåling og temperaturstyring av væsken.

9. Væskeoppvarmingsmodul (1) ifølge krav 1, karakterisert ved . at de elektriske motstandene (4,5) som er til stede på røret (2) omfatter en tykkfilmmotstand.

10. Væskeoppvarmingsmodul (1) ifølge krav 9, karakterisert v e d at hver elektrisk motstand (4,5) har en effekttetthet på opptil omtrent 30 til 70 Watt/cm2.

11. Væskeoppvarmingsmodul (1) ifølge krav 10, karakterisert ved det hule røret (2) innbefatter et emaljebelegg (13) på dets ytre overflate, i det minste under motstandene (4,5).

12. Væskeoppvarmingsmodul (1) ifølge krav 11, karakterisert ved at de elektriske motstandene (4, S) er isolert med et elektrisk, ikke-ledende materiale.

13. System for oppvarming av en væske som omfatter: en vannforsyning, en væskeoppvarmingsmodul (1) ifølge krav 1, karakterisert ved en pumpe (23) for å rette vann fra forsyningen til væskeoppvarmingsmodulen (1), og en kanal (28) for utløpet av oppvarmet væske, enten på en substans som skal uttrekkes eller i en blander for blanding med et pulver, og således danne en drikkevare.

14. Prosess for oppvarming av en væske som omfatter å mate en væske gjennom et rør (2) av en væskeoppvarmingsmodul (1) ved en strømningsmengde fra 150 til 1000 mlA minutt for å oppvarme væsken til en temperatur på omtrent 85 til 90°C på omtrent 3 til 10 sekunder, karakterisert ved en elektrisk motstand (4) på den første ytre delen av røret (2) som er permanent forbundet med effekt og en elektrisk motstand (5) på den andre ytre delen av røret (2) som er intermitterende forbundet med effekt i samsvar med en bestemt frekvens i avhengighet av den ønskede sluttemperaturen til væsken.

15. Prosess ifølge krav 14, karakterisert ved at den elektriske motstanden (5) på den andre ytre delen av røret (2) er forbundet med effekt under omtrent 50 til 100% av tiden som den andre elektriske motstanden (4) har full effekt.

16. Prosess ifølge krav 14, karakterisert ved at væsken har en strømningsmengde på mellom omtrent 150 og 300 ml/minutt for en kaffemaskin og mellom omtrent 300 og 1000 ml/minutt for en salgsautomat.

17. Prosess ifølge krav 14, karakterisert ved at temperaturen til væsken ved utløpet av røret (2) blir målt, slik at dersom temperaturen er for høy blir den elektriske motstanden (5) på den andre ytre delen av røret (2) frakoblet fra effekt, mens dersom temperaturen til væsken ikke er høy nok, fortsetter denne elektriske motstanden (5) å være forbundet med effekt.

18. Maskin for varm drikke, omfattende en væskeoppvarmingsmodul (1) ifølge krav 1, karakterisert ved en tank (22) forbundet nedstrøms for motstandene (4,5) og som inneholder væsken, hvori oppvarmingsmodulen (1) er anordnet i en åpen krets mellom tanken (22) og et «leveringssted for utlevering av drikkeva-ren fra drikkevaremaskinen.

19. En vaskeoppvarmingsmodul (1) forbruk i en varmdrikkemaskin omfattende: et hult metallrør (2), minst én elektrisk motstand (4) som befinner seg på en ytre del av røret (2) for forvarming av væske som strømmer gjennom røret, karakterisert ved minst én ytterligere elektrisk motstand (5) som befinner seg på en andre ytre del av røret (2) for temperaturjustering av væsken som strømmer gjennom røret (2), og en sylindrisk innsats (3) som er anordnet inne i det hule røret (2), langs hovedsakelig dets lengde og hovedsakelig langs en symmetriakse, hvori innsatsen (3) er i stand til å rotere om hovedsakelig symmetriaksen til røret (2), og et nedre parti av innsatsen (3) er forbundet til et roterende hjul (22) av et strømningsmeter for rotasjon med dette.

20. Væskeoppvarmingsmodul (1) for en drikkevaremaskin omfattende et hult rør (2) av varmeledende materiale, karakterisert ved minst ett elektrisk oppvarmingselement (4) i ledende tilordning med røret (2) og konfigurert for forvarming av strømmende væske som strømmer gjennom røret (2), og en innsats (3) anordnet inne i det hule røret (2) og som strekker seg hovedsakelig aksialt med dette, hvori innsatsen (3) omfatter en trådbørste (10).

21. Oppvarmingsmodul (1) ifølge krav 20, karakterisert ved at den videre omfatter et roterende element (28) konfigurert for rotasjon drevet av den strømmende væsken og er drivbart forbundet med innsatsen (3) for rotasjon av innsatsen (3).

22. Oppvarmingsmodul (1) ifølge krav 21, karakterisert ved at røret (2) har en indre overflate, og trådbørsten (10) er i kontakt med den indre overflaten til røret (2).

23. Oppvarmingsmodul (1) ifølge krav 20, karakterisert ved attrådbørsten(10)eravmetall.

24. Væskeoppvarmingsmodul (1) for en drikkevaremaskin omfattende: et hult rør (2) av varmeledende materiale, minst ett elektrisk oppvanmngselement (4) i ledende tilordning med røret (2) og konfigurert for forvarming av strømmende væske som strømmer gjennom røret,karakterisert ved en innsats (3) anordnet inne i det hule røret (2) og som strekker seg hovedsakelig aksialt med dette, hvori innsatsen (3) er konfigurert for rotasjon inne i røret (2) drevet av væskestrømmen gjennom røret (2).

25. Drikkevaremaskin omfattende væskeoppvanningsmodulen (1) ifølge krav 24, karakterisert ved minst én ytterligere elektrisk motstand (5) som befinner seg på en andre ytre del av røret (2) for temperaturjustering av væsken som strømmer gjennom røret (2).