JP4272151B2 - 液体加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、飲料調製機械（ｂｅｖｅｒａｇｅ ｍａｃｈｉｎｅ）内における液体加熱装置に関する。

温飲料調製機械内に使用される液体加熱モジュールを有することは既知である。譲受人の名前での国際公開第０１／５４５５１号は、温飲料調製機械内に使用される液体加熱モジュールに関する。それは、金属材料の中空管、その中空管内部に配設されている円筒形インサート、管の外面の第１の部分上にある液体を予熱するための少なくとも１つの電気抵抗体、及び管の外面の第２の部分上にある管を貫流する液体の温度調整のための少なくとも１つの別の電気抵抗体を備える。この解決策に関する問題は、抵抗体が並列で動作し、したがってエネルギー要求量が高いことである。というのも、液体温度の急激な上昇が望まれるとき、前記抵抗体がそれらのエネルギー必要量を加え、それによって高いレベルが達成され得るからである。

本発明の目的は、電力の要求量の変動はさほど重要でなく、液体の目標温度が迅速に達成され、前記液体が抽出ヘッドなどに到達するときの液体温度の微調整ができる、温飲料調製機械内における液体加熱装置も有することである。

本発明は、飲料調製機械内における液体加熱装置に関し、装置は、
−少なくとも１組の少なくとも２つの抵抗体であって、各組の１つの抵抗体が単独に又は同じ組の抵抗体の１つ又は複数と直列に使用されるように、互いに電気的に結合されている、抵抗体
−少なくとも１つの単独の抵抗体及び少なくとも１組の少なくとも２つの抵抗体であって、一組の第１の抵抗体が単独に又は同じ組のそれに続く抵抗体の１つ又は複数と直列に使用されるように、互いに電気的に結合されており、液体の流れに最大のエネルギーを伝達し液体温度のよりきめ細かい制御を可能にする、抵抗体
を備える。

装置の第１の実施形態において、それ自体が既知である従来の抵抗体が使用される。この場合、使用される抵抗体について重要なことはなく、当業者に既知であるすべての可能な抵抗体を使用することができる。第２の実施形態において、使用される抵抗体は、基板上に被着される。基板は、どんなタイプの材料のものでもよい。基板は、熱伝導性に優れ、熱容量が小さいことが好ましい。この基板は、金属又はセラミック材料のものであることが好ましい。

第２の実施形態によれば、電気抵抗体は、好ましくは、ワイヤ及び厚膜からなるグループから選ばれた形に造られる。厚膜技術は、電子分野では既知であり、ここでは抵抗体の製造に使用される。この技術では、石英、金属、アルミナ又は酸化ベリリウムの基板上に（ペーストのような）導電性インキが使用される。上記で述べたように、金属基板が好ましい。

電気抵抗体は、１５〜７０Ｗ／ｃｍ^２までの電力密度を有する。抵抗体のこの電力密度により、水温の室温から約８５〜９０℃までの非常に急速な上昇が可能にされる。中空管の電気絶縁を良くするために、抵抗体の下の前記管の外面にエナメル塗装を有することが好ましい。この塗装の厚さは、通常、１００〜３００ミクロンである。最後に、中空管の電気抵抗体は、例えばエナメル塗装又はプラスチックの層である、非導電性材料で覆われている。この絶縁は、非導電性材料の管又は層であってよい。

本発明の装置において加熱すべき液体は重要ではなく、どんなタイプの液体又は流体でもよい。加熱される液体は、例えば茶、コーヒー又は他のタイプの飲料を調製するための水が好ましい。例えばココア飲料を調製するために、ミルクを加熱することもできる。加熱器は、スープ又はソースのようなポンプ輸送可能な流体又はペーストの加熱に使用することもできる。例えばカップ内の水を直接加熱する又はミルクを泡立てるために、蒸気を発生させることも考えられる。本発明の装置は、コーヒー調製機のような小型の機械、又は自動販売機のようなより大型の機械に使用されることが考えられる。

本発明の重要な特徴は、装置が、直列関係にある抵抗体とともに使用されることである。これは、少なくとも３つの抵抗体がある場合、使用電力Ｐは、必ずしも各抵抗体の電力の加算にはならないが、例えばｎ個の抵抗体が直列にある場合、
Ｐ_{ｔｏｔａｌ}＝（ｐ_１×ｐ_２×．．．ｐ_ｎ）／（ｐ_１＋ｐ_２＋．．．Ｐ_ｎ）
となるので、重要である。

この結果、必要電力についてのよりきめ細かい適合、機械の出口におけるよりきめ細かい温度の達成が可能になる。図及び実施例に関して以下に説明する。

少なくとも１組の少なくとも２つの抵抗体で構成される電気抵抗体を有する加熱装置に関して、コーヒー調製機の場合、１〜５個の抵抗体を有し、自動販売機の場合、１〜１０個の抵抗体を有することができる。少なくとも１つの単独の抵抗体及び少なくとも１組の少なくとも２つの抵抗体を有する本発明の装置について、コーヒー調製機の場合、２〜５個の抵抗体を有し、自動販売機の場合、１〜１０個の電気抵抗体を有することができる。抵抗体は、管上に又は平らな基部上に配設される。

管上に抵抗体がある場合、中空管の材料は金属である。好ましくは、管はステンレス鋼製である。管の寸法は、用途に応じて変えることができる。例えばコーヒー調製機に使用する場合、管は、直径約６〜２０ｍｍ、長さ約１００〜２００ｍｍとすることができる。管の厚さは、約１〜４ｍｍである。自動販売機に使用する場合、管は、直径約３０〜５０ｍｍ、長さ約２００〜４００ｍｍとすることができる。管の厚さは、上記と同じである。

中空管の長さと直径の比は、約５〜４０である。

本発明による加熱モジュールは、抵抗体が管上にある場合、円筒形インサートをさらに備える。円筒形インサートは、中空管内部に、その全長に沿ってほぼその対称軸に沿って配設されている。インサートがあることにより、熱伝達係数を増大させる水の速度の増大によって、管の表面から液体への熱伝達が促進される。最も良い速度は、乱流に達するときの速度である。これにより、エネルギー伝達が良くされ、水が急速に加熱されるようになる。インサートは、プラスチック製、金属製又はセラミック材料製であり、食品用銘柄である。インサートは、好ましくは、プラスチック特にテフロン（登録商標）（テトラフルオロエチレン）のような熱容量が小さい伝導性材料であるが、他の食品用銘柄の材料であってもよい。インサートの直径に対する中空管の直径の比は、１〜５である。固定インサート又はその対称軸に沿って回転可能なインサートを有することができる。回転インサートの場合、前記インサートは、インサートの下側部分に配設されている流量計の回転輪に連結され、流量計のプロペラに対して接線方向の角度で流れる冷水の流れによって動力が供給されることができる。回転可能円筒形インサートは、金属製ワイヤ・ブラシを備える。それらの金属製ブラシ束は、インサートを介して縦断面（インサートの片側だけ又は対称的な両側）にまとめられる、又はらせん状、例えば１条又は２条のらせん状にまとめられる。それらは、中空管内部のインサート部分にのみ形成されている。ブラシは、管の内側表面から湯あかを除去することができるように、適切な機械的張力及び強度のものでなければならない。ブラシ束の両端は、９０°で管の内側表面にわずかに接触していなければならない。束全体は、流量計のプロペラによって動力を与えられて回転するとき、水を上方に押し上げるように設計されなければならない。

インサートは、中空物体であってもよく、それによって温水の一部の逆の流れが導入されて冷水と混合され、水が加熱されるとき水の混合が促進される。

インサートには、その外側表面上にらせん状の溝があってもよい。これは、液体を流路に流入させ乱流にさせる優れた解決策であり、したがって所望温度に向けた急速な加熱に有利である。最後に、インサートまわりにばねを配設することが可能である。

抵抗体が平らな基部上に配設される場合、流路は、流体の流れのための構造の内部にあり、抵抗体トラックに沿って位置決めさている。この場合、構造の片側のみ又は両側に抵抗体を有することが可能である。液体の流れのための流路は、縮小された部分域を有し、それによって液体の速度が乱流に到達される。

本発明の液体加熱モジュールは、飲料を調製するために液体を加熱する機械の一部として使用される。本発明は、さらに、
−液体供給源
−前記液体を供給するポンプ
−前記液体が、機器内の液体供給源から管又は流路を通って流れる、上記で述べたような液体加熱装置、
−抽出すべき物体上に、又は加熱された液体を粉と混合する混合機内に加熱された液体を出すための通路
を備える、液体を加熱する機器に関する。

第１の実施形態によれば、液体加熱モジュールは、コーヒー調製機、又はコーヒー若しくは茶などの物の抽出に基づいた他の同様の調製機の一部である。この場合、コーヒー・ベッドなどの直接的に抽出すべき物及びエスプレッソ・マシン、又は欧州特許第５１２，４６８号及び第６０２，２０３号の対象物のような、すでに用意済みのカートリッジ若しくはカプセルに入った抽出すべき物を有することが可能である。

第２の実施形態によれば、本発明の機器は、自動販売機、つまり利用者がカップ入りの茶、コーヒー及びココアを直接手にでき、カップに送達される直前に加熱液体が該当する粉と混合される機械に使用される。

本発明の機器には、通常、コーヒー調製機又は自動販売機にある、弁、温度調節器及び流量計などの一般的な他の要素も組み込まれている。

最後に、本発明は、諸抵抗体及び／又は組になった抵抗体における電力が、液体が所望のエネルギーを与えられ同時にエネルギー収支による目標温度に到達されるように制御される、上記で述べた装置のプロセスに関する。

このプロセスによれば、流量は、コーヒー調製機の場合５０〜３００ｍｌ／分、自動販売機の場合３００〜５０００ｍｌ／分になる。

本発明のプロセスの利点の１つは、機械が、常に、スタンバイ段階中のエネルギー消費なしに所望温度の温水又は蒸気を提供する準備が即座に整うことである。例えば、利用者が調製機の「オン」の場所を押すとき、その時点で機械がコーヒーを調製する準備ができたとき、もはや待ち時間はかからない。利用者がコーヒーの調製を決めるとき、ポンプにより水が管内を第１の抵抗体の高さに流され、ポンプが止まり、第１の抵抗体が水を約７２℃に加熱する。第１の抵抗体によりその水の量を加熱するのに必要なエネルギーが送達されたとき、ポンプが再び動き出し、それによって水が第２の抵抗体の高さに管を満たすようにされる。次いで、この第２の抵抗体が、第１の抵抗体から７２℃で流れてきた冷水を約８０℃まで加熱し、同時に、第１の抵抗体が、室温で流れてくる新しい冷水を７２℃まで加熱する。ポンプが再び動き出し、第３の抵抗体の高さに管が満たされ、次いで第２及び第３の抵抗体が、電気的に直列に結合されて水を８６℃まで加熱し、第１の抵抗体が、室温で流れてくる次の冷水を７２℃まで加熱する。次いで、ポンプが再び動き出し、水が、連続的に加熱されて（いかなるポンプの停止もなく）カップ内にコーヒーを抽出する。コーヒーによるが、この工程は、約２０〜３０秒かかる。次のコーヒーについて、同じ工程が繰り返される。

もう１つの解決策には、最後の抵抗体の高さまで（例えば、ポンプの頻度を変えることによって）低減流量で満たし、最後の抵抗体に到達し次第、限度一杯の流量で開始する、ということがある。

本発明を実施例に関してより詳細に説明する。

この場合、Ｒ１＝７５０Ｗ、Ｒ２＝６６０Ｗ、Ｒ３＝１３００Ｗである３つの抵抗体がある。本実施例では、Ｒ１が単独、Ｒ２は単独又はＲ３と直列であってよい。これは、以下の出力見込み
Ｒ１ ７５０Ｗ
Ｒ２ ６６０Ｗ
Ｒ１ Ｒ２ １４１０Ｗ
Ｒ２＋Ｒ３ ４３８Ｗ
Ｒ１、Ｒ２＋Ｒ３ １１８８Ｗ
を有することができることを意味する。

計算は、上記で述べた式に従ってなされている。この表に明確に示されているように、本発明により３つの抵抗体を加算することは不可能であり、これは、大きな電力要求量のない温度の微細適合を有することを意味する。管は、直径２０ｍｍ、長さ１７０ｍｍのステンレス製中空管である。インサートは、テフロン（登録商標）製であり、直径１６ｍｍ、長さは中空管と同じ長さである。水は、流量５０〜２００ｍｌ／分で流れる。所望の温度には４秒以内で到達する。

本発明を図面に関してより詳細に説明する。

図１によれば、コーヒー調製機は、パイプ（２）を介して流量計（３）に連結されている冷水タンク（１）、及び水を加熱する装置（５）に冷水を送達するポンプ（４）を備える。装置（５）には、３つの部分である、単独の第１の抵抗体Ｒ１、及び互いに直列に結合されている抵抗体Ｒ２、Ｒ３がある。これらの抵抗体の電源への接続は、（６、７）を介して行われる。装置（５）の出口において、温水が導管（８）を貫流し、（１１）を通って炒って挽いたコーヒーが入っているカートリッジ（９）に達する。このカートリッジは、欧州特許第５１２，４６８号による、圧力を受けて開く密閉カートリッジである。すぐ飲めるコーヒーが、カップ（１０）に注がれる。コーヒー調製機は、冷水温度センサ（１２）、温水温度センサ（１３）、及びＲ１とＲ２の間、Ｒ２とＲ３の間にそれぞれ配設されているセンサ（１４）、（１５）をさらに備える。本発明によれば、加熱装置の出口に、蒸気産出のための導管（１６）を有することも可能である。電気回路上にあるスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、コーヒー調製機の動作に不可欠である。

コーヒー調製機は、以下のように動作される。使用者が、カートリッジ（９）を置き、機械をスタートさせる。ポンプ（４）により、水がＲ１の高さに到達するように冷水がタンク（１）からパイプ（２）を通って移動され、ポンプが止まる。このとき、スイッチＳ１だけが閉じ、Ｒ１に電圧がかけられ、水が約７２℃に加熱される。（エネルギー収支計算による）必要なエネルギーが第１抵抗体から水に伝達されたとき、ポンプが再び動作し、それによって水がＲ２の高さに移動され、ポンプが再び止まり、スイッチＳ１、Ｓ２が閉じる。第２の抵抗体によって、そのもとで約８０℃に達するように水を加熱するのに必要なエネルギーが伝達され、第１の抵抗体によって、そのもとで７２℃に達するように水を加熱するのに必要なエネルギーが伝達されるとき、ポンプが再び動作し、それによって水が第３の抵抗体の高さに移動される。次いで、スイッチＳ１、Ｓ３が閉じ、Ｓ２が開き、それによって３つの抵抗体が水にエネルギーを伝達して装置の出口において約８６℃にそれを加熱することが可能になる。ポンプ及び加熱は連続的に動作され、それにより温水が抽出ヘッドまで動かされる。

図２、３は、管の形の加熱器のより詳細な図である。加熱器（２０）には、給水口（２１）及び排水口（２２）がある。インサート（２３）は、管の内部にあり、その外面上にはらせん状の溝（２５）があり、したがって水は通路（２６）を通ることを強いられる。管の外面（２４）上には、抵抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３（図示せず）があり、それによって上記で述べたプロセスによる水の加熱が可能にされる。

図４には、平形の加熱器（３０）が示されている。これには給水口（３１）及び排水口（３２）がある。水は、溝（３３）を貫流する。本実施形態によれば、加熱器の片面又は両面に、１〜５個の抵抗体（図示せず）を有することが可能である。

実施例１による、コーヒー調製機における、密閉カートリッジ抽出のための液体加熱装置の概略図である。 第１の実施例における加熱装置の概略図である。 図２の拡大概略図である。 第２の実施例における加熱装置の概略図である。

Claims (19)

1. 飲料調製機械内における液体加熱装置であって、
   液体がそこを横切ることによって加熱されるように配設された管または平らな基部と、
   前記管又は前記平らな基部の一部である第１の部分の上に配設され、前記管又は前記基部の当該第１の部分を横切る前記液体を第１の温度で加熱するよう配設された単一の第１の抵抗体と、
   前記管又は前記平らな基部の一部であって且つ前記液体が横切っていく方向に沿って前記第１の部分より下流に位置する第２の部分の上に配設され、前記管又は前記基部の前記第１の部分を横切った前記液体が前記管又は前記基部の前記第２の部分を横切る際、前記液体を前記第１の温度から所望の第２の温度まで加熱するよう配設された少なくとも２つの抵抗体の組と、を備え、
   前記少なくとも２つの抵抗体の組のうちの１つの抵抗体に対して単独に又は同じ組の他の抵抗体と直列に電圧をかけられるよう、前記少なくとも２つの抵抗体の組は互いに電気的に結合されており、
   前記第１の抵抗体に対し、単独に、前記少なくとも２つの抵抗体の組のうちの１つの抵抗体と並列に、又は直列に接続された前記少なくとも２つの抵抗体の組と並列に、電圧をかけられる装置。
2. 前記抵抗体のシステムが、中に液体が流れる管上に配設されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記管内部に配設され、前記管の全長に沿ってほぼその対称軸に沿って配設されている円筒形インサートをさらに備える、請求項２に記載の装置。
4. 前記インサートが、その外側表面上にらせん状の溝を備える、請求項２又は３に記載の装置。
5. ばねが、前記インサートまわりに配設されている、請求項２から４までのいずれかに記載の装置。
6. 前記管の長さと直径の比が、約５〜４０である、請求項２から５までのいずれかに記載の装置。
7. 前記インサートが、プラスチック、金属及びセラミックからなるグループから選ばれる絶縁材料である、請求項３から５までのいずれかに記載の装置。
8. 前記インサートが、固定され、その対称軸に沿って回転することができる、請求項３、４又は７のいずれかに記載の装置。
9. 前記インサートが、前記インサートの下側部分に配設されている流量計の回転輪に連結されていることにより回転される、請求項３から８までのいずれかに記載の装置。
10. 前記回転可能円筒形インサートが、ワイヤ・ブラシを備える、請求項９に記載の装置。
11. 前記抵抗体のシステムが、平らな基部上に配設され、液体が、前記抵抗体トラックに沿って位置決めされている流路を貫流する、請求項１に記載の装置。
12. 液体の流れのための前記流路が、縮小された部分域を有し、それによって液体流れが、乱流に到達される、請求項１１に記載の装置。
13. 異なる電気抵抗体が、ワイヤ及び厚膜の抵抗体からなるグループから選ばれる形に造られる、請求項１から１２までのいずれかに記載の装置。
14. 前記電気抵抗体すべてが、１５〜７０Ｗ／ｃｍ^２までの電力密度を有する、請求項１から１３までのいずれかに記載の装置。
15. 前記中空管が、前記抵抗体の下の外面にエナメル塗装を備える、請求項２に記載の装置。
16. 前記電気抵抗体が、電気的に非導電性の材料で覆われる又は絶縁されている、請求項１から１５までのいずれかに記載の装置。
17. 液体を加熱する機器であって、
    液体供給源と、
    前記液体を供給するためのポンプと、
    前記液体が前記機器内の前記水供給源から管又は流路を通って流れる、請求項１から１６までのいずれかに記載の液体加熱装置と、
    抽出すべき物体上に、又は前記加熱された液体を粉と混合する混合機内に加熱された液体を出すための通路と
    を備える、機器。
18. 前記諸抵抗体及び／又は前記組になった抵抗体における電力が、液体が所望のエネルギーを与えられ同時にエネルギー収支による目標温度に到達されるように制御される、請求項１７によるシステムを加熱するプロセス。
19. 流量が、コーヒー調製機の場合５０〜３００ｍｌ／分、自動販売機の場合３００〜５０００ｍｌ／分である、請求項１８に記載のプロセス。

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