(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温飲料調製機内に使用する液体加熱モジュールにおいて、
金属材料製の中空管と、
前記中空管内を貫流する液体を予熱するため、該中空管外面の第１部分に配設された少なくとも１つの電気抵抗器と、
前記中空管を貫流する液体の温度調節のため、該中空管外面の第２部分に配設された少なくとも１つの別の電気抵抗器とを含み、
回転可能な円筒形挿入部材が、前記中空管の内部に、該中空管の対称軸線に概ね沿って、加熱済み中空管から液体への熱伝達を増強するように配設されている、高温飲料調製機内に使用する液体加熱モジュール。
【請求項２】
前記円筒形挿入部材が、プラスチック材料製または金属材料製である、請求項１に記載された液体加熱モジュール。
【請求項３】
前記中空管がステンレス鋼製である、請求項１または請求項２に記載された液体加熱モジュール。
【請求項４】
前記中空管の直径対長さの比が１：５〜１：４０である、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された液体加熱モジュール。
【請求項５】
前記中空管外面に、温度の調節および制御用の少なくとも１つの別の電気抵抗器が配設されている、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された液体加熱モジュール。
【請求項６】
前記挿入部材が、その対称軸線に沿って回転可能であることを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された液体加熱モジュール。
【請求項７】
前記挿入部材が、該挿入部材の端部に接続された流量計の回転輪に接続されていることにより回転されるようになっていることを特徴とする、請求項６に記載された液体加熱モジュール。
【請求項８】
前記中空管の個々の電気抵抗器が、厚膜である、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された液体加熱モジュール。
【請求項９】
前記中空管の個々の電気抵抗器が、ワイヤである、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された液体加熱モジュール。
【請求項１０】
前記円筒形挿入部材が、回転可能であり、金属製ワイヤブラシを含む、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載された液体加熱モジュール。
【請求項１１】
前記電気抵抗器の全てが３０〜７０ワット／ｃｍ2の出力密度を有する、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載された液体加熱モジュール。
【請求項１２】
前記電気抵抗器より内側の前記中空管の外面がエナメル塗装を施されている、請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載された液体加熱モジュール。
【請求項１３】
前記電気抵抗器が、不導電性材料で被覆または絶縁されている、請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載された液体加熱モジュール。
【請求項１４】
装置内の液体を加熱する処理方法において、
前記装置が、
水を供給するタンクと、
請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載された液体加熱モジュールへ前記水を供給するためのポンプと、
を備え、
前記液体が、液体加熱モジュールを介して、１５０〜１０００ｍｌ／ｍｉｎの流量範囲で供給され、３〜１０秒で８５〜９０°Ｃの最終温度に加熱され、
前記中空管の第１部分に配設された電気抵抗器が電源に、常時、接続され、前記中空管の第２部分に配置された電気抵抗器の少なくとも１つが、前記最終温度に到達するための残りの所要エネルギーに応じて算出される周波数にしたがって、選択的に、電源に接続されるかまたは非接続とされる、液体加熱処理方法。
【請求項１５】
前記中空管の第２部分に配設された前記少なくとも１つの電気抵抗器が、所望時間の５０〜１００％の間は最大電力の電源に接続されることを特徴とする、請求項１４に記載された処理方法。
【請求項１６】
前記液体流量が、コーヒー調製機を用いる場合では１５０〜３００ｍｌ／ｍｉｎの範囲に維持され、自動販売機を用いる場合では３００〜１０００ｍｌ／ｍｉｎの範囲に維持される、請求項１４または請求項１５に記載された処理方法。
【請求項１７】
前記中空管の出口で液体温度が測定され、それにより温度が高すぎる場合には、前記中空管の第２部分に配設された前記電気抵抗器が切られ、液体温度が不足の場合には、該電気抵抗器が通電され続ける、請求項１５または請求項１６に記載された処理方法。
【請求項１８】
請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載された液体加熱モジュールを備える、コーヒー調製機。
【請求項１９】
請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載された液体加熱モジュールを備える、自動販売機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、高温飲料調製機内に使用される液体加熱モジュールに関するものである。本発明は、更に前記モジュールを含む装置と液体加熱処理方法とに関するものである。
コーヒー調製機の分野では、調製機内にサーモブロック加熱器を備えることは既に公知であり、該加熱器は、常時、通電されており、消費者が調製機を操作してコーヒーを調製しようとする時に、温水を得ることができる。この解決策は、次の点が問題である：  すなわち、第１に、温度が一定していない、つまり、ほぼ８５〜９０°Ｃの特定範囲の湯温を維持することができない。このことは、得られたコーヒーの品質に悪影響を与える。第２に、使用されるブロック加熱器が極めて重いため、コーヒー調製機を移動させるのに不便である。第３に、調製機に、常時、通電されているため、エネルギー効率が悪い。
【０００２】
本発明の目的は、前記３つの問題点のすべてを最小にすることである。本発明により、消費者に提供される加熱装置は、極めて正確な温度範囲を有していながら、調製機に、常時、通電しておく必要がなく、かつまた極めて軽量の加熱器を備えている。
本発明は、高温飲料調製機内に使用するための液体加熱モジュールに関し、該モジュールが、
金属材料製の中空管と、
前記中空管内を貫流する液体を予熱するため、該中空管外面の第１部分に配設された少なくとも１つの電気抵抗器と、
前記中空管を貫流する液体の温度調節のため、該中空管外面の第２部分に配設された少なくとも１つの別の電気抵抗器とを含んでいる。
【０００３】
本発明のモジュール内で加熱される液体は、臨界的なものではなく、どのような種類の液体でもよい。加熱される液体は、例えば、茶、コーヒー、その他の種類の飲料を調製するための水であるのが好ましい。また、例えば、ココア飲料を調製するためのミルクを温めることもできる。また例えば、コップ内の水を、直接、温めたり、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。この加熱モジュールは、コーヒー調製機のような小型の機械、または自動販売機のような大型の機械に使用することが考えられる。
中空管の第１部分の電気抵抗器に関しては、コーヒー調製機の場合、１つまたは２つの抵抗器が用いられ、自動販売機の場合は、１つ〜５つの抵抗器を用いることができる。中空管の第２部分の電気抵抗器に関しては、第１部分の抵抗器と同数の抵抗器が用いられる。より好ましくは、１つだけの電気抵抗器が用いられる。
【０００４】
中空管用の材料は金属である。中空管は、好ましくはステンレス鋼製である。中空管の寸法は、用途に応じて変更できる。例えばコーヒー調製機に使用する場合は、直径約６〜２０ｍｍ、長さ約１００〜２００ｍｍでよい。中空管の厚さは、約１〜４ｍｍである。自動販売機用の場合は、中空管の直径は約３０〜５０ｍｍ、長さは約２００〜４００ｍｍである。厚さは、前記厚さと同じである。
前記中空管の長さ直径比は約５〜約４０である。
【０００５】
本発明による加熱モジュールは、更に円筒形挿入部材を含み、該挿入部材が、中空管全長にわたり、概ねその対称軸線に沿って中空管内部に配置されている。通電される加熱素子による中空管表面から液体への熱伝達は、挿入部材が存在することで増強される。これによって、エネルギー伝達が改善され、水を迅速に加熱することができる。挿入部材は、プラスチック材料製または金属材料製であり、食品用銘柄であり、良好な熱伝導性を有している。挿入部材は、好ましくは銅製またはテフロン（登録商標）（テトラフルオロエチレン）製である。挿入部材の直径に対する中空管直径の比は２〜５である。固定挿入部材か、またはその対称軸線を中心として回転可能な挿入部材を備えることができる。回転する挿入部材の場合は、該挿入部材は、挿入部材下部に配置された流量計の回転輪と接続され、流量計のプロペラに対し接線方向の角度で流れる冷水流によって動力を供給される。回転可能な円筒形挿入部材は、金属ワイヤブラシを含んでいる。これらの金属ブラシ束は、挿入部材を介して長手平面に（挿入部材の一方の側または対称的な両側に）集められるか、または螺旋状に、例えば、１条又は２条の螺旋状に集められる。これらの金属ブラシ束は、中空管内の挿入部材部分にのみ形成されている。ブラシは、中空管内面のスケールを除去できるように、適切な機械的な張力と強さとを有していなければならない。ブラシ束両端部は、両方とも９０°で中空管内面と僅かに接触していなければならない。ブラシ束全体は、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、水を上向きに押し上げるように設計されている。
【０００６】
前記挿入部材は、また中空部材であってもよく、その場合、該中空部材は、温水の一部を逆流させ、冷水と混合し、冷水加熱時に混合を促進させる。
中空管の電気抵抗器は、ワイヤと厚膜とから成る群から選択した形式で造られている。厚膜技術は、電子分野では公知であり、ここでは電気抵抗器の製造に使用される。この技術では、クォーツ、金属、アルミナ、酸化ベリリウムの基板上の（ペーストのような）導電性インキが使用される。前述のように、基板は金属製が好ましい。
中空管は、更に、別の温度制御用の少なくとも１つの電気抵抗器を含んでいる。この電気抵抗器は、中空管の冷／温水の出口または入口に配置されている。
【０００７】
複数の電気抵抗器は、最高３０〜７０ワット／ｃｍ2の電力密度を有している。電気抵抗器のこの電力密度によって、水温は、室温から約８５〜９０°Ｃまで急速に上昇される。中空管を効果的に絶縁するために、電気抵抗器の下の中空管外面にはエナメル塗装を施すのが好ましい。この塗装の厚さは、通常、１００〜３００マイクロメートルの範囲である。最後に、中空管の電気抵抗器は、不導電性材料、例えば、プラスチックで被覆される。この絶縁は、管または不導電性材料層でよい。
【０００８】
本発明の液体加熱モジュールは、飲料調製のため液体を加熱する装置の一部として使用される。本発明は、更に液体加熱用の装置、それも、
水を供給する装置と、
前記水を供給するポンプと、
既述のような液体加熱モジュールとを含み、前記３つの部品が流体接続されており、更に
抽出される物質上へ、または加熱された液体を粉体と混合する混合機内へ、加熱された液体を放出するための流路を含む装置に関するものである。
【０００９】
本発明の上記装置では、中空管が水平方向または鉛直方向に配置されている。中空管は鉛直方向に配置されるのが好ましい。
液体加熱モジュールは、コーヒーや茶等の物質を抽出するコーヒー調製機または他の類似の調整機の一部である。その場合、例えば、コーヒーベッド等の、直接、抽出される物質とエスプレッソ装置、またはヨーロッパ特許第５１２，４６８号および第６０２，２０３号の対象となっているような既に用意済みのカートリッジあるいはカプセル入りの抽出される物質を有することができる。
第２実施例によれば、本発明の装置は、自動販売機、つまり消費者が、直接、茶やコーヒーやココアのカップを手にする販売機に使用される。その場合、相応の粉体を入れたカップ内へ加熱された液体が排出直前に混入される。
【００１０】
本発明の装置には、またコーヒー調製機や自動販売機内に、通常、用いられる他の部品、例えば、弁、温度制御装置、流量計も組み入れられている。
本発明は、最後に、液体を加熱する処理方法に関し、その場合、前記液体は、既述のように、１５０〜１０００ｍｌ／ｍｉｎの流量範囲で液体加熱モジュールを通って３〜１０秒で約８５〜９０°Ｃの温度に加熱されて供給され、しかもその場合、中空管の第１部分に配置された電気抵抗器は電源に、常時、接続されており、中空管の第２部分に配置された電気抵抗器は、所要最終温度に依存する一定周波数に応じて電源に接続されたり非接続とされる。
【００１１】
本発明の処理方法によれば、冷水を室温から８５〜９０°Ｃまで数秒で加熱でき、しかも、調製機に、常時、通電しておく必要がない。電気抵抗器の加熱は、消費者がコーヒーを求めたときにだけ行われる。第１電気抵抗器は、例えば、冷水の温度を２０°Ｃから約６０°Ｃまで上昇させ、第２群の電気抵抗器は６０°Ｃから８５°Ｃへ上昇させるだけでよい。したがって、この第２電気抵抗器を、常時、加熱しておく必要はない。その場合、中空管の第２部分に配置された電気抵抗器は、時間の約５０〜１００％の間は最大電力の電源に接続される。
【００１２】
第２電気抵抗器は、電源電圧および流量が変動した場合、出口温度が正確に維持されるように時間百分率で入切される。このグループの電気抵抗器のワット数は、入切調節（on/off adjustment）がちらつきを発生させない値である。
本発明の装置の第１実施例、つまりコーヒー調製機の場合、加熱される水の流量は、１５０〜３００ｍｌ／ｍｉｎである。自動販売機の場合は、水の流量は、３００〜１０００ｍｌ／ｍｉｎである。
既述のように、加熱済みの温水温度の制御装置を備えることは有用である。その場合、中空管出口での液体温度が測定されるので、温度が高すぎれば、中空管第２部分に配置された電気抵抗器が切られ、温水温度が低ければ、該電気抵抗器は引き続き通電される。
【００１３】
本発明を図面を参照して以下にさらに詳細に説明する。
加熱モジュール１は、ステンレス鋼製の中空管２と、プラスチック（テフロン（登録商標））製の円筒形挿入部材３と、中空管第１部分に配置された第１電気抵抗器４と、中空管第２部分に配置された第２電気抵抗器５とを含んでいる。これらの電気抵抗器は、両方とも厚膜製であり、電源１１，１２に接続されている。中空管内での水流方向は、矢印Ａ，Ｂで示されている。中空管は、該中空管内での空気や蒸気の滞留を最小にするように、鉛直に設置されている。挿入部材の両端部には、冷水キャップ６と温水キャップ７がそれぞれ固定されている。挿入部材３は、流量計８の回転輪に接続されており、それにより冷水流によって駆動されて矢印Ｃ方向に回転することができる。更に、中空管端部には、モジュールを出る温水温度を測定かつ制御するための電気抵抗器９がさらに配設されている。中空管内部には、挿入部材３上に金属ブラシ束１０が配設されている。電気抵抗器の下の中空管外面には、エナメル等の誘電性絶縁体１３が塗着されている。エネルギー損失が高すぎないように、また安全性がより確実に保証されるように、絶縁体１４は、中空管の全高にわたり電気抵抗器を被覆している。発生する蒸気と分離された空気の緩衝（buffering）および回収（collecting）用に、温水キャップ７内には自由空間１５が画成されている。
【００１４】
液体加熱モジュールは以下のように操作する：
消費者が飲料を調製しようとする場合、両方の電気抵抗器４，５に通電する。電気抵抗器４は、中空管内を水が流れている間は、常時、通電されたままだが、電気抵抗器５は、コーヒーの調製に必要な最終温度に達するための残りの所要エネルギーに基づく一定の周波数に応じて入切される。例えば、電気抵抗器４により、水温は２０°Ｃから６５°Ｃへ上昇させることができ、第２電気抵抗器５は、水温を６５°Ｃから８５°Ｃへ上昇させるエネルギーを供給するだけでよい。流量計８は、水流により回転されて、それによって流量計を介して挿入部材３が駆動される。挿入部材に配設した金属製ブラシ１０により中空管内面へのカルシウム沈着が防止される。
【００１５】
図２は、コーヒー調製機内での加熱モジュール１の使用形式を示す実施例の図である。該調製機は冷水タンク１６を含み、該冷水タンクは、冷水を加熱モジュール１へ送るポンプ１８にパイプ１７を介して接続されている。加熱された温水は、加熱モジュール１の出口から導管１９を介して、炒って挽かれたコーヒー入りのカートリッジ２０へ到達する。このカートリッジは、ヨーロッパ特許ＥＰ５１２，４６８号により圧力を受けて開く密封カートリッジである。飲んでよい状態にされたコーヒーは、カップ２１内へ流入する。このコーヒー調製機には、更に弁、電子制御装置等を組み込むことができる。
【００１６】
図３は、自動販売機内での加熱モジュール１の使用形式を示す第２実施例の図である。タンク２２の冷水は、パイプ２４を介しポンプ２３によって加熱モジュール１への給送される。該加熱モジュールの出口では、温水温度は約８５°Ｃに達し、導管２５を介してミキサー２６へ流入する。温水の到着と同時に、コーヒー粉末等の粉体が、粉体貯蔵部２７からスクリューまたはオーガー（auger）２８を介してミキサーへ送給され、温水と混合されて、カップ２９へ排出される。既述のように、本自動販売機には、更にこの種の自動販売機に、通常、備えられる部材を組み込むことができる。
【００１７】
次に、本発明をコーヒー調製機用の加熱モジュールと関係する特定の例として説明する。
例
直径１２ｍｍ、長さ１６０ｍｍのステンレス鋼製中空管を使用する。挿入部材は、プラスチック製で、直径４ｍｍ、長さは中空管と同じである。抵抗器４，５は、出力６０ワットをそれぞ有している。中空管は、最大２０バールの圧力を支持しなければならない。水は流量２００ｍｌ／ｍｉｎの流れである。所要温度には７秒以内で到達する。第２抵抗器は、この時間の６０％の間だけ通電される。この加熱モジュールにより、温度は、時間の経過と共に極めて一定であり、変動は約２°Ｃのみである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の液体加熱モジュールの概略図である。
【図２】  図１の加熱モジュールを有するコーヒー調製機の概略図である。
【図３】  図１の加熱モジュールを有する自動販売機の概略図である。
【図１】
0005048192.tif 000002
【図２】
0005048192.tif 000003
【図３】
0005048192.tif 000004