CZ300739B6 - Modul pro zahrívání kapaliny, zpusob pro zahrívání kapaliny v zarízení s tímto modulem, stroj pro prípravu kávy a prodejní automat, obsahující tento modul - Google Patents

Abstract

Modul (1) pro zahrívání kapaliny pro použití ve stroji pro prípravu horkých nápoju obsahuje dutou trubici (2) z kovového materiálu, válcovou vložku (3), která je uložena uvnitr duté trubice (2) po celé její délce, a v podstate podél její osy symetrie, pro zvýšení prenosu tepla z vyhrívané trubice (2) do kapaliny, alespon jeden elektrický odpor (4) na první cásti vnejšího povrchu trubice pro predehrívání kapaliny protékající skrz dutou trubici (2), a alespon jeden další elektrický odpor (5) na druhé cásti vnejšího povrchu trubice (2) pro rízení teploty kapaliny protékající trubicí (2). Rešení se dále týká zpusobu zahrívání kapaliny v zarízení, obsahujícím zásobník vody a cerpadlo pro dodávání vody pro modul (1) pro zahrívání kapaliny, stroje pro prípravu kávy, obsahujícího modul (1) pro zahrívání kapaliny a prodejního automatu, obsahujícího modul (1) pro zahrívání kapaliny.

Description

Oblast techniky

Předkládaný vynález se týká modulu pro zahřívání kapaliny pro použití ve stroji pro přípravu horkých nápojů. Vynález se dále týká způsobu zahřívání kapaliny.

Dosavadní stav techniky

V oblasti strojů pro přípravu kávy se využívá známého principu ohřívače ve formě tepelného bloku ve stroji, kde tento ohřívač je trvale napájen energií a umožňuje získání horké vody v okamžiku, kdy se zákazník rozhodne spustit stroj pro přípravu kávy. Problémy s tímto řešením jsou následující: za prvé zde dochází k nestejnoměmosti teploty, tj. není možné udržovat teplotu vody trvale ve specifikovaném rozmezí, jako např. mezi 85 a 90 °C. To má negativní vliv na kvalitu získané kávy. Ohřívač ve formě blokuje dále velmi těžký, což je nevýhodné, jestliže se má stroj pro přípravu kávy přemisťovat. Za třetí má toto řešení malou energetickou účinnost v důsledku ztrát energie po celou dobu, kdy je stroj připojen ke zdroji energie.

Cílem předkládaného vynálezu je minimalizovat všechny tyto tři výše uvedené problémy. Předkládaný vynález umožní poskytnout zákazníkovi systém zahřívání umožňující dosáhnout velmi přesného rozmezí teplot, aniž by byl stroj po celou dobu připojen ke zdroji energie, přičemž zaří25 zení je velmi lehké.

Podstata vynálezu

Předkládaný vynález se týká modulu pro zahřívání kapaliny pro použití ve stroji pro přípravu horkých nápojů, který obsahuje

- dutou trubici z kovového materiálu,

- alespoň jeden elektrický odpor na první části vnějšího povrchu duté trubice pro předehřívání kapaliny protékající skrz tuto dutou trubici, a

- alespoň jeden jiný elektrický odpor na druhé části vnějšího povrchu duté trubice pro nastavení teploty kapaliny protékající dutou trubicí.

Kapalina, která se má zahřívat v modulu pro zahřívání kapaliny podle vynálezu, není kritická a může jít o jakýkoli typ kapaliny. Zahřívanou kapalinou je s výhodou voda, např. pro přípravu čaje, kávy nebo jiných typů nápojů. Je také možné zahřívat mléko, např. pro přípravu kakao vých nápojů. Je také možno vytvářet páru, např. pro přímé ohřívání vody v šálku nebo pro pěnění mléka. Použití ohřívacího modulu je vhodné pro malé stroje, jako jsou stroje pro přípravu kávy, nebo větší stroje, jako jsou prodejní automaty.

Co se týče elektrického odporu pro první část trubice, v případě stroje pro přípravu kávy je přítomen jeden nebo dva elektrické odpory, v případě prodejního automatu je možné použít jeden až pět elektrických odporů. Co se týče elektrických odporů jako v případě prvního elektrického odporu. Výhodněji se používá pouze jeden odpor.

Materiál použitý na dutou trubici je kov. Dutá trubice je s výhodou vyrobena z nerezové oceli. Velikost duté trubice může být různá v závislosti na typu použití. Jestliže se například používá ústroje pro přípravu kávy, může mít průměr přibližně 6 až 20mm a délku přibližně 100 až 200 mm. Tloušťka stěny duté trubice je přibližně 1 až 4 mm. V případě použití v prodejním autoCZ 300739 B6 matu má trubice průměr přibližně 30 až 50 mm a délku přibližně 200 až 400 mm. Tloušťka stěny duté trubice je stejná jako výše.

Poměr délky duté trubice k jejímu průměru je mezi přibližně 1:5 a přibližně 1:40.

Modul pro zahřívání kapaliny podle předkládaného vynálezu obsahuje dále válcovou vložku, která je umístěna uvnitř duté trubice a v podstatě podél osy její symetrie. Přítomnost válcové vložky zvyšuje účinnost přenosu tepla z povrchu trubice do kapaliny, když je topný prvek připojen ke zdroji energie. To umožňuje dobrý přenos energie a rychlé zahřátí vody. Vložka je vyro10 bena z plastické hmoty nebo kovového materiálu pro potravinářské účely a měla by mít dobrou tepelnou vodivost. Vložka je s výhodou vyrobena z mědí nebo teflonu (tetrafluorethylen). Poměr průměru duté trubice k průměru válcové vložky je mezi 2 a 5. Je možné, aby byla válcová vložka pevná, nebo se může vložka otáčet podél své osy symetrie. V případě otáčivé vložky je vložka spojena s lopatkovým kolem průtokoměru, které je umístěno v dolní části vložky, a vložka tak může být poháněna protékající chladnou vodou, která proudí v tečném směru vzhledem ke kolu průtokoměru. Otáčivá válcová vložka obsahuje kartáč z kovových drátů. Svazky kovového kartáče jsou s vložkou spojeny v podélné rovině (pouze na jedné straně nebo na dvou symetrických stranách vložky) nebo spirálovým způsobem, např. ve formě jedné nebo dvou spirál. Jsou vestavěny pouze v části vložky, která se nachází uvnitř duté trubice. Kartáč by měl mít vhodnou mechanickou pružnost a pevnost, aby mohl seškrabávat vnitřní povrch duté trubice. Oba konce kartáče by měly být pri 90 °C v lehkém kontaktu s vnitřním povrchem duté trubice. Svazky kartáče by měly být navrženy tak, aby posouvaly vodu vzhůru, pokud se otáčejí přísunem energie lopatkovým kolem průtokoměru.

Vložka může být také dutá, což umožní obrácení toku části horké vody, která se může mísit s chladnou vodou a tak zlepšovat míchání pri zahřívání vody.

Elektrické odpory na trubici jsou vyrobeny ve formě drátových nebo tenkovrstvých odporů. Tenkovrstvá technologie je v oblasti elektroniky známá, a nyní se používá pro výrobu odporů. Tato technologie používá vodivé inkousty (podobné pastě) na substrátu z křemene, kovu, oxidu hlinitého nebo oxidu berylnatého.

Dutá trubice dále obsahuje alespoň jeden druhý elektrický odpor pro řízení teploty. Tento odpor je upraven na vstupu nebo výstupu chladné/horké vody z trubice.

Elektrické odpory mají hustotu energie až do 30 až 70 W/cm². Tato hustota energie elektrických odporů umožňuje velmi rychlé zvýšení teploty vody z teploty místnosti na přibližně 85 až 90 °C. Aby bylo možno dosáhnout dobré izolace duté trubice, je výhodné vnější povrch této trubice pod rezistory opatřit emailovým nátěrem. Tloušťka tohoto nátěru je normálně mezi 100 a 300 pm.

Elektrické odpory na duté trubici jsou konečně pokryty izolací z elektricky nevodivého materiálu, např. plastu. Tato izolace může být buď trubka nebo vrstva z nevodivého materiálu.

Modul pro zahřívání kapaliny podle vynálezu se používá pro zahřívání kapalíny jako součást stroje pro přípravu horkých nápojů.

Předkládaný vynález se také týká způsobu zahřívání kapaliny, kde uvedená kapalina se vede přes modul pro zahřívání kapaliny popisovaný výše.

Ve způsobu podle vynálezu je dutá trubice uspořádána buď horizontálně nebo vertikálně. Trubice je s výhodou uspořádána vertikálně.

Modul pro zahřívání kapaliny je část stroje pro přípravu kávy nebo dalšího podobného stroje založeného na extrakci látky jako je káva nebo čaj. V tomto případě je možné buď extrahovat látku přímo, tedy jako v zařízení espresso, neboje látka určená k extrakci již připravena v patro55 nách nebo kapslích, jak je tomu například v evropských patentech EP 0 512 468 a EP 0 602 203.

Podle druhého provedení se systém podle vynálezu používá pro prodejní stroje, kdy zákazník přímo obdrží šálek čaje, kávy nebo kakaa, kde zahřívaná kapalina se míchá těsně před dodáním do šálku s odpovídajícím práškem.

Způsob podle vynálezu integruje také všechny další prvky, které jsou normálně přítomny v automatech na kávu nebo prodejních automatech, jako je ventil, nastavení teploty a průtokoměr.

Při způsobu zahřívání kapalíny se uvedená kapalina vede přes modul pro zahřívání kapaliny popisovaný výše s průtokem od 150 do 1000 ml/min, a přivádí se na teplotu přibližně 85 až 90 °C během 3 až 10 sekund, přičemž první elektrický odpor na první části trubice je připojen ke zdroji energie trvale a druhý elektrický odpor na druhé části trubice je pripojen/není připojen ke zdroji energie s určitou střídou v závislosti na požadované konečné teplotě kapaliny.

i5 Způsobem podle vynálezu je možné zahřát kapalinu během několika sekund z teploty místnosti na 85 až 90 °C, aniž by bylo nutné udržovat stroj trvale v zapnutém stavu. K ohřívání elektrických odporů dochází pouze tehdy, kdy zákazník požádá o kávu. První elektrický odpor např. zvýší teplotu vody z 20 °C na přibližně 60 °C a druhý elektrický odpor nebo skupina odporů musí zvýšit teplotu pouze z 60 °C na 85 °C. Proto není nutné trvalé zahřívání tohoto druhého elektric20 kého odporu. V tomto případě je druhý elektrický odpor na druhé části trubice připojen ke zdroji energie při plném výkonu po dobu přibližně 50 až 100 % času.

Druhý elektrický odpor se zapíná a vypíná v takovém procentu času, aby bylo dosaženo správné výstupní teploty, i v případě změn elektrického napětí a průtoku. Příkon tohoto druhého elektric25 kého odporu nebo skupiny odporů je dimenzován tak, že jeho zapínáním a vypínáním nedochází k blikání.

V případě prvního provedení zařízení podle vynálezu, kterým je stroj pro přípravu kávy, je průtok zahřívané vody mezi 150 až 300 ml/min. V případě zařízení podle vynálezu, kterým je prodejní automat, je průtok vody mezi 300 a 1000 ml/min.

Jak již bylo uvedeno výše, je vhodné řídit teplotu ohřívané vody. V takovém případě se měří teplota kapaliny na výstupu z trubice, takže jestliže je teplota příliš vysoká, elektrický odpor na druhé části trubice se vypne, a jestliže teplota kapaliny není dostatečně vysoká, tento elektrický odpor zůstává připojen ke zdroji energie.

Vynález bude nyní podrobněji popsán na výkresech.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 je schematický pohled na modul pro zahřívání kapaliny podle vynálezu.

Obr. 2 je schematický pohled na stroj pro přípravy kávy obsahující modul podle obr. 1, a

Obr. 3 je schematický pohled na prodejní automat obsahující modul podle obr. I.

Příklady provedení vynálezu

Modul 1 pro zahřívání kapaliny obsahuje dutou trubici 2 vyrobenou z nerezové oceli, válcovou vložku 3 vyrobenou z plastu (teflon), první elektrický odpor 4 na první části trubice 2 a druhý elektrický odpor 5 na druhé části trubice 2. Oba tyto elektrické odpory jsou vyrobeny tenkovrstvou technologií a jsou připojeny ke zdrojům energie 11,12. Směr toku vody v duté trubici 2 je ukázán šipkami A a B. Dutá trubice 2 je instalována vertikálně pro minimalizaci hromadění vzduchu nebo páry uvnitř trubice. Oba konce vložky 3 jsou připevněny na víko 6 pro studenou

Cl 300739 B6 vodu a víko 7 pro horkou vodu. Vložka 3 je spojena s lopatkovým kolem 8 průtokoměru a může tak být poháněna průtokem chladné vody a otáčet se ve smyslu šipky C. Na konci duté trubice 2 je dále upraven další elektrický odpor 9 pro měření a řízení teploty horké vody opouštějící modul i pro zahřívání kapaliny. Svazky kovového kartáče 10 jsou upraveny na vložce 3 uvnitř duté trubice 2. Povrch duté trubice 2 pod rezistory 4, 5 je opatřen dielektrickou izolací _13 jako je smalt. Pro zabránění nadměrným ztrátám energie a zajištění bezpečností kryje elektrické odpory po celé výšce duté trubice 2 izolace 14. Ve víku 7 pro horkou vodu je upraven volný prostor j_5 pro vyrovnávání teploty a jímání vytvořené páry a odděleného vzduchu.

io Modul 1 pro zahřívání kapaliny pracuje následujícím způsobem: když se zákazník rozhodne připravit nápoj, oba elektrické odpory 4, 5 jsou připojeny ke zdroji energie. První elektrický odpor 4 je ke zdroji energie připojen trvale po dobu průtoku vody dutou trubicí 2, zatímco druhý elektrický odpor 5 se zapíná a vypíná s určitou střídou na základě zbývající požadované energie pro dosažení konečné teploty vody nezbytné pro přípravu kávy, První elektrický odpor 4 například umožní zvýšení teploty z 20 °C na 65 °C a druhý elektrický odpor 5 proto musí poskytnout zvýšení teploty vody pouze z 65 °C na 85 °C. V důsledku průtoku vody se kolo 8 průtokoměru otáčí a pohání válcovou vložku 3. Kovový kartáč 10 na válcové vložce 3 zabrání případné tvorbě vápenatých usazenin na vnitřním povrchu duté trubice 2.

Obr. 2 ukazuje provedení, které se týká použití modulu 1 ve stroji na přípravu kávy. Stroj obsahuje zásobník 16 chladné vody spojený potrubím Γ7 s čerpadlem 18 dodávajícím chladnou vodu do modulu 1 pro zahřívání kapaliny. Na výstupu z modulu i protéká horká voda potrubím 19 a přichází do patrony 20 obsahující sítko a mletou kávu. Touto patronou je uzavřená patrona, která se otvírá tlakem, podle patentu EP 0 512 468. Káva připravená k pití teče do šálku 2b Stroj pro přípravu kávy může obsahovat také další prvky, jakoje ventil a elektronické řídící obvody.

Obr. 3 ukazuje druhé provedení použití modulu 1 v prodejním automatu. Chladná voda ze zásobníku 22 teče potrubím 24 pomocí čerpadla 23 do modulu 1 pro zahřívání kapaliny. Na výstupu z tohoto modulu voda dosahuje teploty přibližně 85 °C a protéká potrubím 25 do mísíce 26. Sou30 časně s přítokem horké vody se do mísiče 26 dávkuje prášek jako je kávový prášek ze zásobníku 27 prášku přes šnek nebo dávkovač 28 a tento prášek se mísí s horkou vodou a dodává se do šálku 29. Jak již bylo uvedeno výše, tento automat může také zahrnovat další prvky, které jsou normálně přítomny v těchto zařízeních.

Dále je uveden konkrétní příklad provedení s modulem pro zahřívání kapaliny pro stroj pro přípravu kávy:

Použije se dutá trubice 2 z nerezové oceli s průměrem 12 mm a délkou 160 mm. Válcová vložka 3 je vyrobena z plastu a má průměr 4 mm a stejnou délku jako dutá trubice 2. Elektrické odpory 4 a 5 mají každý příkon 600 W. Dutá trubice 2 musí vydržet tlak maximálně 2 MPa, Voda protéká rychlostí 200 ml/min. Požadovaná teplota se dosáhne během 7 sekund. Druhý odpor 5 je zapnut po 60 % času. Použitím tohoto modulu 1 pro zahřívání kapaliny je teplota v čase velmi stabilní a kolísání je pouze přibližně 2 °C.

Claims (19)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Modul (1) pro zahřívání kapaliny pro použití ve stroji pro přípravu horkých nápojů, obsahující

   - dutou trubici (2) z kovového materiálu,

   - alespoň jeden elektrický odpor (4) na první části vnějšího povrchu duté trubice (2) pro predeio hřívání kapaliny protékající skrz dutou trubici (2), a

   - alespoň jeden jiný elektrický odpor (5) na druhé části vnějšího povrchu duté trubice (2) pro řízení teploty kapaliny protékající dutou trubicí (2), vyznačující se tím že obsahuje válcovou vložku (3), která je umístěna uvnitř duté trubice (2) v podstatě podél její osy symetrie, pro zvýšení přenosu tepla z vyhřívané trubice (2) do

   15 kapaliny.
2. 2. Modul (1) pro zahřívání kapaliny podle nároku 1, vy zn ač uj íc í se t í m , že válcová vložka (
3. 3) je z plastu nebo kovového materiálu.

   20 3. Modul (1) pro zahřívání kapaliny podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím,že dutá trubice (2) je z nerezové oceli.
4. 4. Modul (1) pro zahřívání kapaliny podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se 11 m, že poměr průměru k délce trubice (2) je mezi přibližně 1:5 a přibližně 1:40.
5. 5. Modul (1) pro zahřívání kapaliny podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že vnější povrch duté trubice (2) obsahuje alespoň jeden další elektrický odpor (9) pro měření a řízení teploty.

   30
6. 6. Modul (1) pro zahřívání kapaliny podle některého z nároků laž5,vyznačující se t í m, že válcová vložka (3) je pevná nebo se může otáčet podél své osy symetrie.
7. 7. Modul (1) pro zahřívání kapaliny podle nároku 6, vyznačující se tím, že válcová vložka (3) se otáčí prostřednictvím spojení s lopatkovým kolem (8) průtokoměru, umístěným na

   35 konci válcové vložky (3).
8. 8. Modul (1) pro zahřívání kapalíny podle některého z nároků 1 až 7, v y z n a č u j í c í se tím, že jednotlivé elektrické odpory na trubici jsou ve formě tenkovrstvých odporů.

   40
9. 9. Modul (1) pro zahřívání kapaliny podle některého z nároků 1 až 8, vyznaču j ící se tím, že jednotlivé elektrické odpory na trubici jsou ve formě drátových odporů.
10. 10. Modul (1) pro zahřívání kapaliny podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se t í m, že otáčivá válcová vložka (3) obsahuje kartáč (10) z kovových drátů.
11. 11. Modul (1) pro zahřívání kapaliny podle některého z nároků 1 až 10, vyznačující se t í m, že všechny elektrické odpory mají hustotu energie v rozmezí 30 až 70 W/cm².
12. 12. Modul (1) pro zahřívání kapaliny podle některého z nároků I až 11,vyznačující se so t í m , že dutá trubice (2) je na vnější části pod elektrickými odpory opatřena emailovým nátěrem (13).
13. 13. Modul (1) pro zahřívání kapaliny podle některého z nároků 1 až 12, vyznačující se t í m , že elektrické odpory (4, 5) jsou překryty nebo izolovány izolací (
14. 14) z elektricky nevodivého materiálu.

    5 14, Způsob pro zahřívání kapaliny v zařízení obsahujícím

    - zásobník vody (16),

    - čerpadlo (18) pro dodávání vody pro modul (1) pro zahřívání kapaliny podle některého z nároků 1 až 13, kde všechny tyto tři prvky umožňují společný průchod kapaliny, vyznačující se tím, že kapalina se vede modulem (1) pro zahřívání kapaliny podle některého io z nároků 1 až 13 s průtokem mezi 150 a 1000 ml/min a zahřívá se na teplotu přibližně 85 °C až 90 °C v průběhu 3 až 10 s, a kde elektrický odpor (4) na první části trubice (2) je na zdroj energie připojen trvale, a alespoň jeden elektrický odpor (5) na druhé části trubice (2) je na zdroj energie připojen a od zdroje energie odpojen s určitou střídou v závislosti na požadované konečné teplotě kapaliny.
15. 15. Způsob podle nároku 14, vyznač uj ící se t í m , že alespoň jeden další elektrický odpor (5) na druhé části trubice (2) je na zdroj energie při plném výkonu připojen po dobu přibližně 50 až 100 % požadovaného času.

    20
16. 16. Způsob podle některého z nároků 14 nebo 15,vyznačuj ící se tím, že průtok tekutiny se udržuje mezi 150 a 300 ml/min pro zařízení, kterým je stroj pro přípravu kávy, a mezi 300 a 1000 ml/min pro zařízení, kterým je prodejní automat.
17. 17. Způsob podle některého z nároků 15 nebo 16, vyznačující se tím, že se měří tep25 lota kapaliny na výstupu z trubice (2), a jestliže je tato teplota příliš vysoká, elektrický odpor (5) na druhé části trubice se vypne, a jestliže teplota kapaliny není dostatečně vysoká, tento elektrický odpor (5) zůstává připojený ke zdroji energie.
18. 18. Stroj pro přípravu kávy, vyznačující se t í m , že obsahuje modul (1) pro zahřívání

    30 kapaliny podle některého z nároků t až 13.
19. 19. Prodejní automat, vyznačující se tí m , že obsahuje modul (1) pro zahřívání kapaliny podle některého z nároků 1 až 13.