CN102458197B - 用于饮料制备机器的锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及饮料制备机器的锅炉，在锅炉中流体被带到至少8巴的压力下，所述锅炉具有：至少一个扩散器(1)，所述扩散器具有用于与待加热流体接触布置的第一壁(2)、与所述第一壁(2)相对并且配有至少一个加热元件的第二壁(3)；至少一个与所述扩散器(1)的第一壁(2)一起确定至少一个加热室的本体(5)，其中，所述加热元件是丝网印刷电阻或照相凹版印刷电阻。所述锅炉具有变形室(7)。所述锅炉被布置为使得在所述加热室中支配的压力作用下，所述扩散器(1)在所述变形室(7)中弹性变形，以至少部分地吸收压力。

Description

用于饮料制备机器的锅炉

技术领域

本发明涉及用于热饮料制备机器的锅炉，其能加热被带到较高压力的流体。本发明尤其应用于咖啡机的锅炉。

背景技术

以已知的方式，用于热饮料制备机器的锅炉具有金属装置，金属装置确定加热室，在金属装置内部埋置有电阻元件。这些锅炉的缺陷是具有很大的热惯性以及需要较长的时间来加热液体。另外，这些锅炉的获得导致大的材料成本。

为在较短的时间获得热饮料，已提出能快速提高用于制备饮料的液体的温度的锅炉。这些锅炉通常具有丝网印刷电阻类型的加热元件，丝网印刷电阻结合于扩散器。

但是，这些锅炉不用于需要将液体置于很大压力下的饮料的制备。实际上，这些锅炉不能经受大于8巴左右的较大压力而同时保持较小体积和较小成本。而某些饮料如expresso浓咖啡的制备要求将液体带到约16巴的压力，以便提取咖啡。

因此，存在这样的需求：提出用于热饮料制备机器的锅炉，其允许快速加热被带到高压的液体。

本发明旨在满足这种需求。

发明内容

为此，本发明提出一种用于饮料制备机器的锅炉，所述锅炉具有：至少一个扩散器，扩散器具有用于与待加热流体接触布置的第一壁、与第一壁相对并配有至少一个加热元件的第二壁；至少一个本体，所述至少一个本体与扩散器的第一壁一起确定至少一个加热室，其中，加热元件是丝网印刷电阻或照相凹版电阻或任何其它电阻膜。锅炉具有支承件，支承件被布置用于支承在第二壁的周界的至少一部分上。锅炉具有变形室。锅炉被布置成使得在运行时，在加热室中支配的通常在8巴至25巴之间的压力的作用下，扩散器在变形室中进行弹性变形，以至少部分地吸收压力。

由此，本发明允许在压力作用下扩散器进入变形室和在其中弹性变形。因此，压力至少不会完全地被传输给锅炉的一构件，因而避免产生一高应力区。因此，扩散器吸收很大一部分的由带压流体产生的压力。

另外，扩散器无需具有很大的刚度或很大的厚度。因此，其热惯性是有限的。

因此，本发明提出一种耐高压的、通常耐至少8巴的高压的、同时允许缩短加热时间的锅炉。

以非强制性的但有利的方式，本发明可具有以下特征中的任一特征：

-锅炉被布置成承受在加热室中易高于10巴、以及优选直至25巴的锅炉中的流体压力。

-以有利的方式，锅炉被构形成在运行时，加热室中的压力在8巴至25巴之间，以及优选地在8巴至20巴之间。

-扩散器和变形室被构形成：在压力的作用下，扩散器变形，而不会与锅炉的刚度大于扩散器刚度的一部分相互影响。为此可设置，扩散器和变形室被构形成使得：扩散器变形，而不会与锅炉的一构件相互影响。也可设置，扩散器与可压缩流体或可压缩材料如气体或弹性体接触。

-根据一可选择的方案，可设置，扩散器在第一阶段自由变形，以承受一部分压力，然后在第二阶段，扩散器接触锅炉的一部分，扩散器将一部分剩余压力传递给锅炉的该部分。

-锅炉具有至少两个扩散器，所述至少两个扩散器的第二壁是彼此相对地朝向的。

-扩散器紧围支承件。

-锅炉相对位于两个扩散器之间的中平面呈对称性。传递给支承件的压力部分在支承件处平衡。

-扩散器具有在2000平方毫米至9000平方毫米之间的、更有利地在2500平方毫米至8000平方毫米之间的面积。

-扩散器具有的厚度在0.3毫米至4毫米之间，以及更有利地在0.5毫米至2.5毫米之间。以有利的方式，为减小热惯性和提高加热速度，该厚度在0.5毫米至1.5毫米之间。

-在扩散器最大变形的区域中，变形室具有的深度在0.3毫米至2毫米之间，以及更有利地在0.3毫米至1毫米之间。

-扩散器的在压力作用下自由变形的面积占扩散器总面积的多于60％，以及有利地多于70％，和更有利地多于80％。剩余面积由支承件保持并且确定扩散器的周界。优选地，变形室具有介于扩散器面积的60％至95％之间的面积。

-扩散器的变形是静态的。

-支承件和扩散器之间的接触以及扩散器的弹性被构形成使得：扩散器变形而不在支承件处翘起。

-装置具有支架，支架充当框架并接纳支承件。

-支承件确定支架。或者，支架与支承件区分开。

-支架具有腔，腔确定变形室。

-腔可被开孔。可选择地，腔相对于锅炉的外部是封闭的。腔可成为密封的。

-支架和支承件形成一整体件。

-锅炉具有至少两个扩散器，所述至少两个扩散器彼此相对地朝向且紧围支承件。

-根据一实施方式，加热室位于加热部件的周边，以及加热部件位于支承件的周边。根据另一实施方式，加热部件位于加热空间的周边，以及支承件位于加热部件的周边以便包围加热部件。

-扩散器基本上是平的。本发明采用这种扩散器是特别有利的，因为其耐压性能通常非常有限。根据一实施方式，加热部件具有基本柱体的形状。因此可设置，扩散器的沿柱体轴线的截面是基本圆形的，或者扩散器的沿柱体轴线的截面具有基本多边形的、以及优选方形的形状。

-支架具有至少一个第一区域和至少一个第二区域，支承件位于第一区域中，以及第一区域用于接纳扩散器，第二区域位于第一区域的周边，以及本体用于通过第二区域连接于支架。

-支架相对于中平面具有对称性。

-锅炉相对于中平面具有对称性。

-锅炉具有两个扩散器，支承件间置在各扩散器的第二壁之间。

-锅炉被布置成：带压液体位于支承件的两侧，以便液体的压力产生的作用力传输给支承件并在支承件处平衡。因此，压力所产生的作用力传递到本体。

本发明的目标还在于一种饮料制备机器，例如咖啡机，其具有根据前述特征中任一特征所述的锅炉。这种机器具有泵，泵用于在液体注入到锅炉中之前提高液体的压力。

附图说明

通过阅读下面参照作为非限制性实施例给出的附图所进行的详细说明，本发明的其它的特征、目的和优点将得到更好显示，对于附图：

-图1是根据本发明的一实施例的锅炉的剖视图，其中，扩散器没有经受大的压力。

-图2是图1所示的锅炉的剖视图，其中，扩散器经受大的压力。

具体实施方式

锅炉具有本体5和加热部件，加热部件与本体5一起形成加热空间，液体用于流入加热空间内中并在其中被加热。更特别地，加热部件具有至少一个扩散器1，扩散器具有第一壁2，第一壁用于与待加热液体相接触布置。该第一壁2用于与本体5的内表面相承靠以确定加热室。

在所示的实例中，加热空间确定蛇形的流通通道6。以剖视图看见的该通道6具有例如两个横壁和两个侧壁。第一横壁2由扩散器1的第一壁2承载，而第二横壁3由本体5的内表面承载。侧壁由本体5承载并朝扩散器1的方向延伸。在图1和2上，通道沿其长度方向剖切。

在一未示出的实施变型中，设置侧壁由扩散器1承载。在该实施变型中，扩散器1比前面的变型中具有更多的材料。侧壁增大扩散器1和液体之间的接触面积。因此有利于热交换。

加热部件具有至少一个加热元件，加热元件布置在扩散器1的第二壁3上，该第二壁3与第一壁2相对。有利地，该加热元件是具有高功率密度的电阻膜。电阻膜例如利用电阻油墨通过丝网印刷或照相凹版法得到。电阻膜可以是通常用表达“Thick Film(厚膜)”表示的厚膜类型，又或是印刷电路类型。此加热元件适用于FTH(Flow Through Heater即通流加热器)类型的锅炉，此类型锅炉具有的特征在于：随着流体在流通通道中流动，其加热元件将热量几乎都直接传递给流体。为清楚起见，下面的说明中将仅参考丝网印刷电阻。在下面述及的每个实施方式中，丝网印刷电阻可用照相凹版电阻替代，或由任何其它具有高功率密度的电阻膜替代。

丝网印刷电阻具有至少一个轨(piste)，轨在第二壁3上形成图纹(motif)。所述电阻具有确定所述图纹的一个丝网印刷轨或多个轨。该图纹可例如形成蛇、螺旋、一组同心的或并列的圆又或任何其它形状。

当丝网印刷电阻被供电时，其产生热，热传输给扩散器1，然后传输给占据加热室的液体。以优选的方式，加热室形成流通通道，以及本发明的目标锅炉是“通流加热器”类型，其定义在上面已经给出。

丝网印刷电阻可以例如具有包括在1300瓦至2500瓦之间的、更特别是约从1800瓦至2200瓦的热功率。扩散器1的作用是用作基体，以接纳丝网印刷电阻并确保丝网印刷电阻和液体之间的良好热扩散性。有利地，第一壁2被覆以食用级涂层。

以特别有利的方式，锅炉具有支承件8，支承件被布置用于支承在扩散器1的第二壁3上。所述支承件8趋向于保持扩散器1与本体5相接触。

以特有的方式，锅炉具有变形室7。该变形室相对于加热室位于扩散器1的第二壁3的后面。

锅炉被布置成使得在由加热室中存在的流体所产生的压力的作用下，扩散器1在变形室7中弹性变形。锅炉被构造成扩散器1的这种变形吸收全部或至少一相当大部分的压力。该变形是基本静态的。随着锅炉中的压力升高，该变形发生。然后该变形保持稳定。当压力降低时，扩散器恢复其初始形状及其初始位置。

扩散器1的变形示于图2。在该图上，扩散器1形成板，所述板弯曲进入变形室7中。

得益于扩散器1的变形，锅炉因此可接受高压，而无需特别刚硬的或具有大厚度的扩散器1。因此，本发明可限制厚度，并因此限制扩散器1的惯性。因此，本发明可用较短时间获得带压热水。锅炉的热惯性减小，此外锅炉的效率得以改善。有利地，扩散器1具有大于或等于10W/m/K的热导率，更特别地，具有介于10W/m/K到400W/m/K之间的热导率。扩散器1的这种选择能有利于电阻和液体之间的热传输。

另外，本发明允许不需要吸收作用于扩散器1的力以经受住压力的复杂和庞大的装置。因此，本发明的优越性是限制锅炉的尺寸。

将锅炉的深度调整成允许扩散器1的变形，该变形大得足以吸收至少一大部分的压力。通常所谓变形室7的深度，系指该室的沿着基本正交于扩散器1的方向的尺寸。

变形室7也被构形成当扩散器变形时，加热元件不与变形室7的壁相互影响。特别是在加热元件是其轨相对着变形室7布置的丝网印刷电阻的情况下，设置变形室7的深度，以避免任何电接触。

此外，变形室7限制扩散器1和锅炉的其它构件之间的传导热传递。因此，本发明加强扩散器1的隔热。锅炉的效率由此得到改善。

设置具有良好弹性、尤其是良好弯曲弹性和良好热扩散性的扩散器1。为此，可设置基本由金属构成的扩散器1，金属如：钢、不锈钢、铝、涂珐琅钢或基于黄铜的合金。

根据一优选实施方式，变形室7和扩散器1被构形成使得扩散器1在变形室7中自由变形，而不会与刚度大于扩散器1刚度的一锅炉部分相互影响。因此，扩散器1基本吸收全部压力。

因此，可设置，当扩散器1进入扩散室并在扩散室中进行弹性变形时，扩散器1不与锅炉的任何部分相互影响。为此，扩散室能以空气充填，空气没有被封闭在该扩散室中。因此，锅炉的热部分的隔热得到改善，总效率提高。

还可以设置，扩散器1与布置在变形室7中的可压缩体相互作用。该可压缩体可以是封闭在成为基本密封的室中的气体，或者是耐高温和/或在其与加热元件相对的面上带有隔绝涂层的弹性体类型的材料例如硅树脂或橡胶等。后面的这个变型可使压力以均匀的方式分布在扩散器1上。该变型不阻止扩散器1的变形，从而扩散器1吸收相当大一部分的压力。至于可压缩体，其吸收未被扩散器1吸收的剩余的压力部分。该变型在安全性方面具有优越性，因为避免了扩散器1超过其弹性阈值的任何变形危险。通过选用隔热和电绝缘的可压缩体，该变型有助于加强锅炉的隔绝。因此，锅炉的安全性和效率得到改善。

根据另一实施方式，锅炉被布置成使得扩散器1在变形室7内进行弹性变形——因此承受很大一部分的压力，直至扩散器与其刚度大于扩散器1刚度的刚性件接触。因此，扩散器1向该刚性件传递未被扩散器1吸收的剩余压力部分。该剩余部分大大低于扩散器1所吸收的部分。对于该刚性件，优选地选用隔热和电绝缘的材料。

对于这些实施方式中的每一个，尤其根据流体产生的压力和扩散器1的刚度，确定变形室7的深度。

锅炉被布置成使得当压力消除时，扩散器1通过弹性回复其息止位置。

以优选的方式，支承件8确定在扩散器1的第二壁3的周廓上的接触。支承件8可以在扩散器1上实行连续的接触或非连续的接触例如以在扩散器上的多个点状接触的形式。

有利地，扩散器1与支承件8接触的面积小于扩散器1总面积的40％，和有利地小于30％，以及更有利地小于20％。因此，扩散器1的自由变形以承受压力的面积，远远大于扩散器1的通过支承件8与本体5保持接触的面积。

有利地，锅炉具有周边密封圈9，其插入在本体5和扩散器1之间。该密封圈9围绕加热室，以确保加热室的密封性。为此，设置有槽，该槽制在本体5中，且密封圈9部分地容置于槽内。扩散器1安装在本体5上，支承件8确保周边密封圈9和扩散器1之间的持久接触。因此，不管施加在扩散器1上的流体压力如何，密封圈9都保持与扩散器和本体5的接触，从而连续地确保加热室的密封性。

变形室7具有加热元件。变形室与水隔离。有利地，扩散器1被构形成使得即使变形，密封圈9和扩散器1之间的接触都不中断，甚至不会受到破坏。同样，支架10和扩散器1的第一壁2之间的接触在变形时也得到保持。为此，设置足够柔性的扩散器1，以便扩散器变形同时贴合侧板4的壁和支架10的壁而不翘抬起。本体5和支架10的互补形状也被布置用于保持这种接触。尤其地，设置支承件8，支承件的尺寸足以确保对扩散器1的良好保持。另外，由槽确定的朝向变形室的凸起有助于使扩散器一方面保持贴靠在本体5的支承件8上和另一方面保持贴靠在支架10上。因此，锅炉被布置成使得即使在加热室6内支配的高压下，加热室6的隔绝和变形室7的隔绝也得以保留。因此，不管使用阶段如何，加热元件的电气构件都与流体电绝缘。

有利地，锅炉具有支架10，变形室7在支架中被确定。

有利地，支架10包括有所述支承件8。作为选择，设置支承件8独立于支架10并与支架10配合。

有利地，支承件8被布置成使得流体对扩散器1施加的压力不会传输给支承件8，或者仅仅很少地传输给支承件8。因此，大部分压力施加在扩散器1的用于变形的面积上。为此，可设置支承件8布置在扩散器1的确定加热室的表面的周边。

以优选的方式，锅炉具有力吸收装置11，其被布置用于同支承件8和本体5相配合，以确保使扩散器1在支承件8处承靠在本体5上的力的良好传输。

根据所示的实施变型，设置支架10包括有所述力吸收装置11。根据未示出的另一实施变型，本体5包括有力吸收装置11。再根据另一变型，力吸收装置11是独立于支架10和本体5的，并被布置用于同支架和本体相配合。

可设置变形室7被封闭，成为密封的。因此，在例如所示的这种实施方式中，不可能经变形室7通到扩散器1。在另一实施方式中，变形室7可部分地或完全地开孔，从而形成用于通到扩散器1的通道。

如同所示实例上的，扩散器1可呈板的形状。对于这些类型的扩散器1来说，本发明特别有利，因为板的耐压性比较低。也可设置，扩散器1基本具有柱体形状或部分柱体的形状。因此，变形室7也可具有柱体或部分柱体的形状。

在附图上所示的非限制性实施例中，锅炉具有两个扩散器1，这两个扩散器的各第二壁3彼此相对地朝向。每个扩散器1结合于本体5。这些扩散器1确定加热室，加热室构成一公共组件，该公共组件确定同一加热空间。每个第二壁具有至少一个丝网印刷电阻。

因此，丝网印刷电阻由加热空间包围。该加热空间布置在由扩散器1形成的组件的两侧。因此，锅炉及其周围环境之间的热传递被降低，锅炉的热效率得到提高。

在图上所示的实例中，锅炉具有两个扩散器1所公用的一支架10。该支架10确定两个变形室，这两个变形室分别朝向扩散器1之一的第二壁3。有利地，支架10具有两个周边区域，这两个周边区域分别位于变形室之一的周边。这些周边区域形成支承件8，支承件8用于支承在每个扩散器1的第二壁3上，以使扩散器1贴靠着本体5。

支架10的周边区域也用于同本体5相配合，以确保本体5相对于支架10的良好定位。在所示的实例中，本体5由两个侧板4构成，每个所述侧板都用于结合于一个扩散器1，以确定加热空间。每个侧板4具有一外表面和一内表面，内表面的周廓支承在支架10的周边区域上。侧板优选用塑料制成。

锅炉具有可拆卸的固定件，固定件被布置以允许侧板4在支架10上的可拆卸的连接和拆离。

作为说明，根据前述实例描述的锅炉具有以下特征：

-扩散器约为60平方厘米，厚度为1毫米，

-扩散器用不锈钢制成，

-扩散器与支承件接触的面积为11平方厘米，

-扩散器的用于变形的面积为49平方厘米，

-扩散器的总面积为60平方厘米，

-变形室具有的面积为扩散器面积的75％至85％之间，

-变形室的深度约1毫米，

-功率约1000瓦，

-锅炉的厚度约40毫米，

-呈边长约100毫米的基本正方形的外形。

这种锅炉可易于使8立方厘米的水用不到2秒的时间从20℃提高到95℃。

扩散器1和变形室7的这些尺寸允许以很短的时间获得带压热水的良好流量。这些尺寸允许保持有限的体积，同时完全确保良好的耐压性。实际上，由于锅炉的这种结构，变形室的过大深度会减弱组件的坚固性。

支架10具有流体连接件，流体连接件被设置用于确保液体进入加热空间和液体排出到加热空间外。锅炉具有电连接件，电连接件被设置用于与连接于饮料制备机器的辅助电连接件接触，以便向锅炉供电，特别是向加热元件供电。

根据未示出的另一实施方式，本体呈柱形，具有圆形或多边形截面。扩散器容纳在本体内。扩散器基本上呈柱形，并具有与本体截面基本互补的截面。因此，本体充当围绕扩散器的套筒。加热空间位于扩散器的两侧，且包围着丝网印刷电阻。

根据未示出的一实施方式，设置锅炉具有仅一个加热室。因此，其可仅配有单一平的或弯曲的扩散器。因此，仅一个变形室就足够了。典型地，这种锅炉可基本上类似于图1和2上所示的锅炉的一半，所述一半由沿垂直于图面的、并通过所示锅炉中央的法向平面的剖面确定。

同一扩散器可接纳一个或多个丝网印刷电阻。

也可设置多个扩散器，所述多个扩散器被布置以形成一柱体。

在每个所考虑的实施方式中，通道的侧壁可由扩散器带有或由本体带有。

对于柱体形式的一扩散器，密封件具有两个密封圈，密封圈的截面与扩散器的截面基本相同，并且这两个密封圈沿柱体的轴线布置在加热室的两侧。

根据本发明的锅炉具有厚度很小的扩散器。因此，扩散器使用少量的金属。本发明因而可限制锅炉的重量，并降低由金属使用而引起的材料成本和运输成本。而在生态设计背景下，运输成本是特别高的，因为锅炉用于与设备的其余部分分开，以便在其使用寿命期间送到维护中心。另外，锅炉的热惯性是相当有限的。

本发明不局限于所述的实施方式，而扩展至符合其构思的任何实施方式。

附图标记

1.扩散器

2.第一壁

3.第二壁

4.侧板

5.本体

6.流通通道

7.变形室

8.支承件

9.密封圈

10.支架

11.力吸收装置

Claims (19)

1.饮料制备机器用的锅炉，所述锅炉用于加热被带到至少8巴的压力下的流体，所述锅炉具有：

-至少一个扩散器（1），其具有用于与待加热流体接触布置的第一壁（2）、与所述第一壁（2）相对并配有至少一个加热元件的第二壁（3），

-至少一个本体（5），其与所述扩散器（1）的第一壁（2）一起确定至少一个加热室，所述第一壁构造成承靠所述本体（5），

所述锅炉的特征在于，所述加热元件是电阻膜；并且，所述锅炉具有变形室（7），并且所述锅炉被布置成在所述加热室中的压力的作用下，所述扩散器（1）在所述变形室（7）中弹性变形，以至少部分地吸收压力；并且，所述锅炉具有支承件（8），所述支承件被用于支承在所述第二壁（3）的周边的至少一部分上。

2.根据权利要求1所述的锅炉，其特征在于，所述扩散器（1）和所述变形室（7）被构形成：在压力的作用下，所述扩散器（1）变形，而不会与所述锅炉的刚度大于所述扩散器（1）刚度的一部分相互影响。

3.根据权利要求2所述的锅炉，其特征在于，所述变形室（7）容纳封闭在所述变形室（7）中的气体或可压缩材料。

4.根据上述权利要求中任一项所述的锅炉，其特征在于，所述锅炉具有至少两个扩散器（1），所述至少两个扩散器的第二壁（3）彼此相对地朝向。

5.根据权利要求4所述的锅炉，其特征在于，所述扩散器（1）紧围所述支承件（8）。

6.根据权利要求4所述的锅炉，其特征在于，所述锅炉相对位于两个扩散器（1）之间的中平面呈对称性。

7.根据权利要求5所述的锅炉，其特征在于，所述支承件（8）确定支架（10）或与支架配合，所述支架具有确定所述变形室（7）的腔。

8.根据权利要求7所述的锅炉，其特征在于，所述支架（10）和所述支承件（8）形成一整体件。

9.根据权利要求8所述的锅炉，其特征在于，所述扩散器（1）具有板的形状。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的锅炉，其特征在于，至少一个扩散器（1）具有柱体的形状；并且，所述加热室位于所述加热元件的周边，所述加热元件位于所述支承件（8）的周边；或者，所述加热元件位于所述加热室的周边，所述支承件（8）位于所述加热元件的周边以包围所述加热元件。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的锅炉，其特征在于，至少一个扩散器（1）具有柱体的形状。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的锅炉，其特征在于，所述扩散器（1）具有的面积在2000平方毫米至9000平方毫米之间。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的锅炉，其特征在于，所述扩散器（1）具有的厚度在0.3毫米至4毫米之间。

14.根据权利要求1至3中任一项所述的锅炉，其特征在于，所述变形室（7）在所述扩散器（1）的最大变形的区域中，具有的深度在0.3毫米至1.5毫米之间。

15.根据权利要求12所述的锅炉，其特征在于，所述扩散器（1）具有的面积在2500平方毫米至8000平方毫米之间。

16.根据权利要求13所述的锅炉，其特征在于，所述扩散器（1）具有的厚度在0.5毫米至2.5毫米之间。

17.根据权利要求13所述的锅炉，其特征在于，所述扩散器（1）具有的厚度在0.5毫米至1.5毫米之间。

18.根据权利要求14所述的锅炉，其特征在于，所述变形室（7）在所述扩散器（1）的最大变形的区域中，具有的深度在0.3毫米至1毫米之间。

19.热饮料制备机器，其具有根据上述权利要求中任一项所述的锅炉。

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