УСТРОЙСТВО И СПОСОБ НАГРЕВАНИЯ ВОДЫ В МАШИНЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И РАЗЛИВА НАПИТКОВ
DEVICE AND METHOD FOR HEATING WATER IN MACHINE FOR MAKING AND DISPENSING BEVERAGES

Область техники
Изобретение относится к устройству и способу нагревания воды в машине для приготовления и разлива напитков, таких как, например, кофе, чай, шоколад; такая машина содержит узел подачи и нагревания, приспособленный для осуществления такого способа.
Предшествующий уровень техники
Известны машины для приготовления и разлива горячих напитков, снабженные устройствами нагревания воды, которые обычно называют бойлерами или кипятильниками; такие устройства, обычно питаемые электрическим током, способны нагревать, с помощью нагревательного элемента, воду, содержащуюся в резервуаре.
Нагревательный элемент, обычно выполненный из резистивного материала, на постоянной основе погружен в воду, содержащуюся в резервуаре; к концам нагревательного элемента прикладывают разность потенциалов, далее вырабатывают электрический ток, в результате, благодаря эффекту Джоуля, энергия рассеивается в форме тепла, нагревающего воду. На практике, ту же технологию используют для нагревания воды внутри обычных водогрейных котлов.
Далее необходимо поддерживать воду, содержащуюся в устройстве нагревания, при нужной температуре, даже тогда, когда машина не работает, чтобы обеспечить разлив напитка при желаемой температуре без длительного ожидания. Далее, если машина не работает в течение долгого периода времени, то поддержание высокой температуры (обычно более 85°С) воды требует большого потребления электроэнергии.
Например, в случае бойлеров, используемых для приготовления напитков с помощью растворимых веществ, в конце каждого разлива, уровень горячей воды, содержащейся в бойлере, уменьшается, и для наполнения бойлера поступает вода при температуре окружающей среды. Таким образом, общая температура воды уменьшается и, для обеспечения того, чтобы последующий разлив напитка произошел при желаемой температуре, нужно более или менее продолжительное время ждать повторного нагревания воды; время ожидания будет зависеть от количества горячей воды, использованной в одном или нескольких предыдущих разливах.
3
Помимо температуры, важным требованием, которое нужно выполнить, является расход потребляемой горячей воды, который, помимо прочего, зависит от типа приготавливаемого напитка; например, в случае напитка, приготавливаемого с помощью растворимых веществ, требуется значительный расход горячей воды (по меньшей мере, 10 см/с); удовлетворить этому требованию не просто, фактически при высоком расходе потребляемой горячей воды будет иметь место быстрое уменьшение температуры воды, содержащейся в резервуаре, что приведет к длительному ожиданию следующего разлива или получению напитка, в котором растворимое вещество может содержать некоторое количество комков.
Основные проблемы, касающиеся нагревания воды в машинах для приготовления и разлива напитков, вызваны тепловой инерцией, с которой нагревается некоторая определенная масса воды; для быстрого нагревания воды может быть использовано явление электромагнитной индукции, когда внутри электропроводящего элемента, контактирующего с водой, подлежащей нагреванию, вырабатывают вихревые токи; вихревые токи рассеивают энергию, благодаря эффекту Джоуля, в форме теплового нагревания проводящего элемента и, следовательно, контактирующей с ним воды.
Известно, что нагреватели, использующие явление электромагнитной индукции, характеризуются быстрым нагреванием воды, текущей внутри металлической трубки, в которой индуцируются вихревые токи.
В документе US 5262621, зарегистрированном на Исследовательский институт индустриальных технологий (Industrial Technology Research Institute), показано устройство для нагревания воды, текущей внутри металлической трубки, в которой намотана обмотка для электромагнитной индукции. На обмотку подают переменное напряжение, следовательно, внутри трубки возникают вихревые токи, которые нагревают трубку, тем самым увеличивают температуру текущей внутри воды. Вода проходит через трубку под действием силы тяжести, следовательно, отсутствует разлив горячей воды с большим расходом. Также в документе DE 10350064 показано устройство нагревания воды в кофе-машине, в котором обмотка для электромагнитной индукции намотана на хромированную стальную трубку с тонкой стенкой.
Как бы там ни было, упомянутые выше нагреватели обладают следующей проблемой: внутри нагревательной трубки из-за нагревания осаждается известковый налет, содержащийся в воде; таким образом, внутри нагревательной трубки формируется внутреннее покрытие из известкового налета, которое, в начале, ограничивает теплопроводность от трубки к воде и, далее, способно запирать внутренность нагревательной трубки с соответствующим ущербом устройству или всей машине. Следовательно, чтобы избежать повреждения машины или замены нагревателя, периодически осуществляют цикл очистки посредством веществ для удаления накипи для удаления известкового налета с нагревательной трубки.
Например, в документе ЕР 2044869 показан индукционный нагреватель, снабженный ультразвуковым генератором; нагреватель содержит цилиндрический корпус, выполненный из ферромагнитного материала, на который намотана обмотка для электромагнитной индукции; внутри ферромагнитного корпуса обеспечен путь для потока подлежащей нагреванию воды, и ультразвуковой генератор встроен в один конец указанного корпуса; таким образом, формированию известкового налета внутри нагревателя препятствует ультразвуковые вибрации, порожденные ультразвуковым генератором.
Кроме того, упомянутые выше нагреватели обладают проблемой, заключающейся в необходимости четкого технического обслуживания нагревательной трубки. В случае, когда нагревательная трубка заперта, замена этих нагревателей является сложной и дорогостоящей операцией.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание устройства нагревания воды в машине для приготовления и разлива напитков, в котором исправлены недостатки существующего уровня техники.
Другой задачей изобретения является создание устройства быстрого нагревания воды в машине для приготовления и разлива напитков, которое является недорогим, простым в использовании, с уменьшенным потреблением электроэнергии и замена которого выполняется просто, быстро и дешево.
Эти и дополнительные задачи решаются в изобретении устройством нагревания воды в машине для приготовления и разлива напитков в соответствии с п. 1 формулы изобретения и соответствующими зависимыми пунктами формулы изобретения.
В частности, в соответствии с изобретением устройство нагревания воды в машине для приготовления и разлива напитков содержит по меньшей мере одну металлическую трубку для потока воды между входным отверстием и выходным отверстием и по меньшей мере одну обмотку для электромагнитной индукции, причем витки указанной обмотки намотаны на катушку, выполненную из электроизоляционного материала и содержащую канал, внутри которого размещена указанная металлическая трубка, при этом указанная металлическая трубка и указанная катушка, по меньшей мере, частично отделены зазором внутри указанного канала.
Фактически, характерная особенность изобретения заключается в том, что в случае неисправностей, таких как, например, уменьшение эффективности или запирание нагревательной трубки из-за известковых отложений, возможно просто и быстро заменить только такую трубку; нет необходимости в замене всего нагревателя, поскольку он выполнен таким образом, что обмотка для электромагнитной индукции и металлическая трубка являются двумя физически отделенными частями; это позволяет просто проводить техническое обслуживание отдельно электрической части (обмотка для электромагнитной индукции) и гидравлической части (нагревательная трубка).
В частности, устройство согласно изобретению содержит по меньшей мере одну цепь питания электроэнергией для указанной обмотки и, с использованием явления электромагнитной индукции внутри металлической трубки вырабатывают вихревые токи, которые нагревают такую трубку благодаря эффекту Джоуля.
3
Устройство согласно изобретению способно доводить воду до температуры, больше 75°С, а также разливать с расходом больше 10 см/с. Это получают благодаря тому, что воду нагревают практически мгновенно посредством пропускания через металлическую трубку, выполненную из электропроводящего элемента, предпочтительно, ферромагнитного материала, такой толщины и сечения, что обеспечена большая площадь контакта с водой, подлежащей нагреванию внутри указанной трубки.
Для оптимизации пространства целесообразно, чтобы трубка имела спиральную форму и предпочтительно, чтобы входное отверстие и выходное отверстие такой трубки были выполнены на одном конце, чтобы оператор мог легко провести замену нагревательного элемента.
Для дополнительного упрощения замены нагревательной трубки, обеспечены известные из уровня техники быстроразъемные фитинги, которые позволяют соединять и отсоединять нагревательную трубку от остальной части гидравлического контура без помех со стороны обмотки для электромагнитной индукции.
Другим объектом изобретения является узел подачи и нагревания воды в машине для приготовления и разлива напитков согласно п. 6 формулы изобретения и соответствующим зависимым пунктам формулы изобретения, при этом указанный узел содержит указанное выше устройство нагревания воды согласно изобретению и насос для потока воды, подлежащей нагреванию внутри нагревательной трубки, причем вода поступает, например, из независимого резервуара или основного соединения.
Узел может дополнительно содержать резервуар воды, обычно называемый «с воздушным промежутком»; такой резервуар, по существу, является камерой, которая обычно присутствует в машинах автоматического разлива или, в целом, в машинах, непосредственно соединенных с водопроводной магистралью. Камера с воздушным промежутком отделяет водопроводную магистраль от гидравлического контура машины разлива, что нужно для исключения загрязнения водопроводной магистрали бактериями или микроорганизмами, возможно присутствующими внутри гидравлического контура машины.
Отделение осуществляют с помощью слоя воздуха; в частности, камера с воздушным промежутком, здесь и далее называемая просто разделительной камерой, обычно снабжена входным отверстием для воды, поступающей непосредственно из водопроводной магистрали, и выходным отверстием, направленным в гидравлический контур машины для разлива. Входное отверстие расположено на высоте больше высоты выходного отверстия, и благодаря датчику уровня, обычно поплавку, уровень воды, содержащейся внутри разделительной камеры, не может достигнуть такого входного отверстия; таким образом, с помощью слоя воздуха внутри разделительной камеры получают отделение водопроводной магистрали и гидравлического контура машины для разлива.
Узел подачи и нагревания согласно одному из вариантов осуществления изобретения может содержать разделительную камеру, которая, в этом случае, снабжена двумя входными отверстиями и одним выходным отверстием; выходное отверстие разделительной камеры гидравлически соединено с входным отверстием нагревательной трубки, первое входное отверстие разделительной камеры гидравлически соединено с водопроводной магистралью, а второе входное отверстие разделительной камеры гидравлически соединено с выходным отверстием нагревательной трубки посредством трехходового электроклапана. Таким образом обеспечивают возможность отвода потока горячей воды по выбору от выходного отверстия нагревательной трубки по направлению к выходному патрубку или по направлению к разделительной камере. Таким образом, возможно осуществить один или более циклов предварительного нагревания воды, присутствующей в разделительной камере, если высоки температура и/или расход горячей воды, подлежащей нагреванию.
Другим объектом изобретения является способ согласно п. 12 формулы изобретения и соответствующим зависимым пунктам формулы изобретения для подачи и нагревания воды в машине для приготовления и разлива напитков посредством узла, содержащего устройство нагревания воды в соответствии с изобретением; такой способ позволяет нагревать и подавать воду при определенной температуре, которую может выбрать пользователь, и с определенным расходом, который является функцией типа разливаемого напитка.
Краткое описание чертежей
Дополнительные особенности и задачи изобретения будут ясны из последующего описания, поясняющего, а не ограничивающего изобретение, и приведенного со ссылками на чертежи.
На фиг. 1 показано устройство согласно варианту осуществления изобретения, вид в перспективе;
на фиг. 2 - устройство на фиг. 1 в разобранном виде;
на фиг. 3А и 3В - нагревательная трубка устройства в соответствии с двумя вариантами осуществления изобретения, виды в перспективе;
на фиг. 4 - структурная схема узла подачи и нагревания согласно варианту осуществления для осуществления способа подачи и нагревания воды в соответствии с изобретением;
на фиг. 5 - структурная схема узла подачи и нагревания согласно дополнительному варианту осуществления для осуществления способа подачи и нагревания воды в соответствии с изобретением.
Варианты осуществления изобретения
Как показано на фиг. 1 и 2, устройство 1 нагревания воды в машине для приготовления и разлива напитков содержит металлическую трубку 2 для потока воды между входным отверстием 2а и выходным отверстием 2b и обмотку 3 для электромагнитной индукции, витки которой намотаны на катушку 4, выполненную из электроизоляционного материала. Катушка 4 содержит канал 5, по существу цилиндрической формы, с осью 6 симметрии, совпадающей с осью симметрии обмотки 3. В конкретном показанном варианте металлическая трубка 2 выполнена из электропроводящего материала, предпочтительно ферромагнитного материала, и имеет форму цилиндрической спирали.
Металлическая трубка 2 расположена внутри канала 5, так что катушка 4 и металлическая трубка 2 отделены, по меньшей мере, частично некоторым зазором, следовательно, они физически отделены, так что трубка 2 может свободно перемещаться внутри канала 5.
Под термином «зазор» понимается область пространства, в которой, по существу, отсутствуют механические ограничители.
Спиральная форма выбрана для максимизации массы воды, которую может содержать металлическая трубка 2, и для формирования насколько возможно компактной структуры такой трубки 2.
Другими словами, катушка 4, выполненная из изоляционного материала, на которую намотаны витки обмотки 3 для электромагнитной индукции, и металлическая трубка 2 являются двумя физически отделенными деталями.
В частности, катушка 4 ограничена опорной структурой (не показана) машины для приготовления напитков, при этом металлическая трубка 2, которая гидравлически сообщается с гидравлическим контуром этой машины, по существу, не имеет механических ограничений в катушке 4. Кроме того, посредством отсоединения металлической трубки 2 от гидравлического контура, возможно вытянуть трубку 2 из канала 5, не изменяя оставшуюся часть системы. Например, если трубку необходимо заменить из-за неисправности или технического обслуживания, вытягивание трубки 2 из канала 5 является простой и быстрой операцией благодаря наличию известных из уровня техники быстроразъемных фитингов 18а, 18b, соединяющих соответственно входное отверстие 2а и выходное отверстие 2b трубки 2 с оставшейся частью гидравлического контура машины для приготовления напитков.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, как показано на фиг. 1 и 2, изоляционная катушка 4, канал 5 и обмотка 3 для электромагнитной индукции имеют, по существу, цилиндрические формы, оси симметрии которых совпадают с осью 6.
Как показано на фиг. 1 и 2, металлическая трубка 2 имеет свою собственную ось симметрии, которая в конкретном показанном варианте параллельна и совпадает с осью 6.
Витки обмотки 3 для электромагнитной индукции содержат электрический провод 3c, заключенный в оболочку из электроизоляционного материала и намотанный на изоляционную катушку 4. Провод 3с имеет два конца 3а и 3b, с помощью которых на обмотку 3 можно подавать электрическую энергию.
Устройство 1 в соответствии с изобретением дополнительно содержит цепь 7 питания электроэнергией, с помощью которой к концам 3а, 3b обмотки 3 подают переменное напряжение. Таким образом вырабатывают переменный ток, протекающий внутри обмотки 3 и, следовательно, также порождают переменное магнитное поле, линии которого проходят через обмотку 3 и, в частности, внутри канала 5 катушки 4, где расположена металлическая трубка 2. Для минимизации потерь из-за тепла, рассеиваемого током, текущим в витках обмотки 3, электрический провод 3c выполняют с большим поперечным сечением и насколько возможно уменьшенным значением сопротивления.
Как указано выше, посредством питания обмотки 3 с помощью цепи 7 внутри канала 5 вырабатывают переменное магнитное поле, линии которого проходят через металлическую трубку 2, расположенную внутри канала 5. По закону Фарадея, изменение потока магнитного поля вырабатывает внутри металлической трубки 2 вихревые токи, так же известные как «токи Фуко», которые нагревают трубку 2 благодаря эффекту Джоуля и, следовательно, нагревают воду, текущую внутри трубки 2.
Целесообразно, чтобы трубка 2 была выполнена из ферромагнитного материала. Для трубки 2, выполненной из ферромагнитного материала, линии магнитного поля собираются больше на трубке 2 и не распространяются в пространстве между обмоткой 3 и трубкой 2 внутри канала 5, что оптимизирует выработку вихревых токов.
Цепью 7 питания электроэнергией подают на обмотку 3 определенную мощность и прикладывают переменное напряжение к концам 3a, 3a обмотки 3 с определенной частотой, которая предпочтительно больше 20 кГц. В частности, цепь 7 питания содержит вход 20, соединенный с электрической сетью, и выход 21, соединенный с концами 3a и 3b обмотки 3. В способах, известных из уровня техники, переменное напряжение, приложенное со стороны электрической сети, изменяют цепью 7 с целью увеличения частоты до значения больше 20 кГц. Другими словами, в цепи 7 берут, например, переменное напряжение при 50 Гц из электрической сети и подают на обмотку 3 определенную мощность и переменное напряжение при частоте больше 20 Гц.
Посредством питания обмотки 3 с частотами, превышающими 20 Гц, достигают двух преимуществ: вибрации, вырабатываемые устройством 1, попадают в ультразвуковую область, которая выше слышимого диапазона частот, следовательно, исключается раздражающий шум или гудение; кроме того, выработанные ультразвуковые колебания препятствуют образованию известкового налета на внутренних стенках трубки 2.
Посредством изменения частоты колебаний может быть изменена амплитуда индуцированных токов и, следовательно, может быть изменена температура трубки 2 как функция такой частоты. В частности, когда частота колебаний напряжения на концах обмотки 3 достигает некоторого конкретного значения частоты (частоты резонанса), эффективность цепи 7 максимальна и также максимальна рассеиваемая энергия, в форме тепла от трубки 2. Сопряжение обмотки 3 и трубки 2 определяет значение частоты резонанса, которое зависит от многих факторов, таких как, например, форма, размер и материал, из которого выполнена нагревательная трубка 2, а также тип обмотки 3. Следовательно, посредством подачи на обмотку 3 определенной мощности и переменного напряжения с частотой колебаний, равной значению частоты резонанса, трубка достигает максимальной температуры. Такая температура может быть уменьшена и это приведет к желаемому и определенному значению, что делают путем регулировки частоты колебаний переменного напряжения, которое подают на обмотку 3. В частности, путем подачи на обмотку 3 переменного напряжения с частотой колебаний, большей или меньшей частоты резонанса, меньше энергии рассеивается в форме тепла из трубки 2, которая достигает температуры, меньшей температуры, достигаемой при подаче на обмотку переменного напряжения с частотой колебаний, равной частоте резонанса. Следовательно, возможно довести температуру трубки 2 до некоторого конкретного желаемого значения путем регулировки частоты колебаний переменного напряжения, которое цепь 7 подает на обмотку 3.
Как показано на фиг. 3А и 3В, металлическая трубка 2 имеет входное отверстие 2а и выходное отверстие 2b для потока воды. Входное отверстие 2а и выходное отверстие 2b могут быть расположены на одном конце трубки 2, как в варианте, показанном на фиг. 3А, или на разных концах, как, например, в варианте, показанном на фиг. 3В.
В некотором предпочтительном варианте осуществления изобретения используют по меньшей мере одну металлическую трубку 2, в которой входное отверстие 2а и выходное отверстие 2b для потока воды расположены на одном конце трубки 2; например, трубка 2 в форме цилиндрической спирали, как трубка, показанная на фиг. 3В, содержит входное отверстие 2а и выходное отверстие 2b для потока воды на противоположных концах; посредством удлинения выходного отверстия 2b или входного отверстия 2а трубки 2 и пропускания этого удлинения через центр спирали, получают трубку, в которой как входное отверстие 2а, так и выходное отверстие 2b расположены на одном конце, как показано на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3А. Наличие входного отверстия 2а и выходного отверстия 2b на одном конце трубки 2 позволяет проще и быстрее заменить трубку 2 из канала 5 по сравнению с вариантом осуществления изобретения, в котором входное отверстие 2а и выходное отверстие 2b расположены на разных концах.
Например, трубка 2 согласно варианту осуществления изобретения имеет спиральную форму, такую как показано на фиг. 3А или 3В, при этом толщина стенки равна значению в диапазоне от 0,3 мм до 1,5 мм, внутренний диаметр по сечению равен значению между 3 мм и 15 мм, а вес равен значению между 30 г и 70 г.
Предпочтительно, чтобы трубка 2 была выполнена из пищевой нержавеющей стали, такой как, например, EN 1,4509, также обладающей хорошими ферромагнитными свойствами и значением частоты резонанса, составляющим примерно 25 кГц.
На фиг. 4 показан узел 10 для подачи и нагревания воды в машине для приготовления напитков, содержащий насос 9 с входным отверстием 9а и выходным отверстием 9b и устройство 1 нагревания воды согласно изобретению.
Входное отверстие 9а насоса 9 гидравлически соединено с блоком подачи воды, таким как, например, независимый резервуар (не показан), с помощью трубки 15 и электроклапана 25; выходное отверстие 9b насоса 9 гидравлически соединено с входным отверстием 2а трубки 2. Предпочтительно, чтобы насос 9 имел регулируемую скоростью и им можно быть управлять таким образом, чтобы вода, закачиваемая внутрь трубки 2, характеризовалась определенным расходом, соответствующим типу приготавливаемого напитка.
Как описано выше, для облегчения и ускорения вытягивания трубки 2 из канала 5, известные из уровня техники быстроразъемные фитинги 18а, 18b соединяют входное отверстие 2а и выходное отверстие 2b трубки 2 соответственно с оставшейся частью гидравлического контура узла 10.
Узел 10 дополнительно содержит по меньшей мере один расходомер 26 объемного типа, расположенный выше по потоку относительно входного отверстия 2а трубки 2, предпочтительно, выше по потоку относительно входного отверстия 9а насоса 9, и по меньшей мере один датчик температуры, расположенный, по меньшей мере, рядом с концом 2b трубки 2 устройства 1 для нагревания воды. В конкретном варианте осуществления изобретения, как показано на фиг. 4, обеспечено два датчика 17а и 17b температуры соответственно на входном отверстии 2а и выходном отверстии 2b трубки 2. Например, по меньшей мере один из датчиков 17а, 17b температуры может быть термопарой. Обеспечены варианты осуществления, в которых узел 10 для подачи и нагревания воды содержит другое количество известных из уровня техники датчиков температуры, при этом датчики расположены в различных точках гидравлического контура, при этом по меньшей мере один датчик температуры расположен, по меньшей мере, рядом с выходным отверстием 2b трубки 2, причем упомянутые варианты осуществления изобретения остаются в пределах объема изобретения.
В целом, датчик 17а температуры, при его наличии, может быть расположен, по существу, выше по потоку относительно входного отверстия 2а нагревательной трубки 2 с целью измерения температуры воды, поступающей в трубку 2, при этом датчик 17b может быть расположен, по существу, ниже по потоку относительно выходного отверстия 2b нагревательной трубки 2 с целью измерения температуры воды, выходящей из трубки 2.
Узел 10 дополнительно содержит логический блок 19 для получения значений температуры, измеренных датчиками 17а, 17b температуры. В логическом блоке 19 обрабатывают полученные значения, измеренные датчиками 17а, 17b температуры, и определяют температуру воды, текущей внутри трубки 2.
Следовательно, логический блок 19 регулирует частоту колебаний и/или выход электрической мощности из цепи 7 питания так, чтобы температура воды, текущей внутри трубки 2, могла достичь некоторой определенной температуры, выбранной пользователем.
В частности, логический блок 19 управляет цепью 7 питания электроэнергии путем регулировки ее частоты колебаний. На основе значений температуры, измеренных датчиками 17а и 17b, логический блок 19 определяет частоту колебаний, с которой цепь 7 питания подает электропитание на обмотку 3 для электромагнитной индукции. Следовательно, в цепи 7 берут, например, переменное напряжение при 50 Гц из электрической сети и подают на обмотку 3 переменное напряжение при частоте, определенной в логическом блоке 19.
Логический блок 19 дополнительно регулирует электрическую мощность, передаваемую от цепи 7 питания на обмотку 3 известными из уровня техники способами, например, широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения цепи 7.
Кроме того, логический блок 19 управляет цепью 7 питания так, что такое напряжение, подаваемое от цепи 7 на обмотку 3, обладает определенной частотой и/или определенной электрической мощностью.
Таким образом, напряжение на концах обмотки 3 может быть равным нулю, то есть логический блок 19 управляет включением и выключением цепи 7 питания. Например, в случае, когда датчики 17а и 17b температуры определяют температуру, превосходящую определенный верхний порог, логический блок 19 управляет выключением цепи 7 питания или, наоборот, в случае, когда датчики 17а и 17b температуры определяют температуру, меньшую определенного нижнего порога, логический блок 19 управляет включением цепи 7 питания.
Логический блок 19 определяет, с помощью расходомера 26 объемного типа, объем воды, закачанной в трубку 2 насосом 9. Кроме того, логическим блоком 19 можно определить расход воды и, в частности, в случае насоса с постоянной скоростью подачи, логическим блоком 19 определяют значение расхода из внутреннего запоминающего устройства, в котором хранится подобное значение. В случае, когда насос 9 имеет переменную скорость подачи, то есть в котором можно регулировать скорость вращения насоса, логическим блоком 19 можно определить значение расхода на основе выбранного типа напитка и дополнительно можно регулировать скорость насоса 9 так, что воду подают из выходного патрубка 16 с определенным расходом, соответствующим типу напитка, который выбрал пользователь. Управление скоростью насоса можно осуществлять, например, с помощью напряжения сети питания насоса 9. Напряжение сети питания насоса может быть отрегулировано с помощью системы управления без обратной связи и с обратной связью. В случае системы управления без обратной связи, логический блок 19 регулирует, например, напряжение сети питания насоса 9 с помощью значений напряжения, хранящихся в запоминающем устройстве блока 19 или в запоминающем устройстве, соединенном с блоком 19, и соответствующих всем возможными значениям желаемого расхода жидкости. В случае системы управления с обратной связью, обеспечен по меньшей мере один датчик расхода (измеритель расхода), с помощью которого логический блок 19 определяет расход воды, текущей внутри трубки 2. Далее, путем сравнения такого значения расхода и желаемого значения расхода, соответствующего типу напитка, который выбрал пользователь, логический блок 19 соответствующим образом регулирует, например, напряжение сети питания насоса 9.
На фиг. 5 показан узел 10 подачи и нагревания воды в машине для приготовления напитков согласно другому варианту осуществления изобретения. По сравнению с вариантом, показанным на фиг. 4, узел 10 дополнительно содержит разделительную камеру 8, включающую в себя по меньшей мере одно входное отверстие 12, 13 и одно выходное отверстие 11 для воды и трехходовой электроклапан 14.
Как показано на фиг. 5, предпочтительно, чтобы разделительная камера 8 содержала два входных отверстия для воды: первое входное отверстие 12, гидравлически соединяющее камеру 8 с трубкой 15, соединенной с водопроводной магистралью через электроклапан 25; второе входное отверстие 13, гидравлически соединяющее камеру 8 с выходным отверстием 2b трубки 2 для нагревания воды. Таким образом, возможно поместить воду, поступающую из водопроводной магистрали 15 и/или выходного отверстия 2b нагревательной трубки 2, в разделительную камеру 8.
Выходное отверстие 11 разделительной камеры 8 гидравлически соединено с входным отверстием 9а насоса 9. Аналогично варианту, показанному на фиг. 4, выходное отверстие 9b насоса 9 гидравлически соединено с входным отверстием 2а трубки 2, и по меньшей мере один расходомер 26 объемного типа расположен выше по потоку относительно входного отверстия 2а нагревательной трубки 2, предпочтительно, выше по потоку относительно входного отверстия 9а насоса 9, более предпочтительно выше по потоку относительно первого входного отверстия 12 разделительной камеры 8.
Трехходовой электроклапан 14 содержит входное отверстие 14а, первое выходное отверстие 14b и второе выходное отверстие 14с. Входное отверстие 14а гидравлически соединено с выходным отверстием 2b трубки 2; выходное отверстие 14b гидравлически соединено с выходным патрубком 16, из которого узел 10 подает воду, нагретую в устройстве 1; выходное отверстие 14 с гидравлически соединено с входным отверстием 13 разделительной камеры 8.
Посредством переключения путей в электроклапане 14, поток нагретой воды может быть отведен от выходного отверстия 2b трубки 2 по направлению к разделительной камере 8 или выходному патрубку 16. В первом случае нагретую жидкость можно возвратить в камеру 8 для осуществления одного или более циклов предварительного нагревания, если температура воды в разделительной камере 8 слишком низка по сравнению с температурой, при которой ее нужно подавать, или если расход горячей воды, подлежащей подаче, слишком высок.
В частности, электроклапан 14 можно переключить так, чтобы исключить поток воды по направлению, по меньшей мере, к одному из двух выходных отверстий 14b, 14c. В частности, посредством управления закрыванием выходного отверстия 14с и открыванием выходного отверстия 14b, электроклапан 14 позволяет воде проходить по направлению к выходному патрубку 16 и блокировать проход воды между трубкой 2 и вторым выходным отверстием 13 разделительной камеры 8; наоборот, посредством управления открыванием выходного отверстия 14с и закрыванием выходного отверстия 14b, электроклапан 14 блокирует проход воды между выходным отверстием 2b трубки 2 и выходным патрубком 16, таким образом, воду не подают в патрубок 16, но она течет по направлению к входному отверстию 13 разделительной камеры 8.
Как выше описано для варианта, показанного на фиг. 4, логический блок 19 регулирует частоту колебаний и электрическую мощность, подаваемую из цепи 7 питания; далее, с помощью датчиков 17а и 17b температуры, логический блок 19 определяет температуру воды, текущей внутри нагревательной трубки 2 и регулирует частоту колебаний и/или электрическую мощность цепи 7 питания так, что температура воды, текущей внутри трубки 2, достигает определенной температуры, выбранной пользователем.
Логический блок 19 определяет с помощью по меньшей мере одного расходомера 26 объемного типа объем воды, закачанной в трубку 2 насосом 9. Кроме того, логическим блоком 19 можно определить расход воды и, в случае насоса 9 с переменной скоростью, логический блок 19 дополнительно регулирует скорость насоса 9 аналогично описанному выше варианту, показанному на фиг. 4, то есть таким образом, что вода, закачанная внутрь трубки 2, имеет определенный расход, соответствующий типу приготавливаемого напитка.
Как показано на фиг. 5, логический блок 19 дополнительно управляет переключением электроклапана 14. Как описано выше, если горячая вода, подаваемая в патрубок 16, должна достичь высоких температур и/или расходов, возможно осуществить один или более циклов предварительного нагревания; в этом случае, логический блок 19 управляет закрыванием выходного отверстия 14b и открыванием выходного отверстия 14с. Следовательно, воду не подают немедленно из выходного патрубка 16, а она циркулирует между нагревательной трубкой 2 и разделительной камерой 8 до тех пор, пока вода, присутствующая в камере 8, не достигнет такого определенного значения температуры предварительного нагревания, что предварительно нагретую воду можно во время последующего цикла нагревания довести до желаемой температуры. Такое значение температуры определяют логическим блоком 19 на основе выбранного напитка и разности между измеренным значением температуры и желаемым значением температуры, которое должна иметь горячая вода для подачи в выходной патрубок 16. При достижении такого значения температуры, логический блок 19 управляет открыванием выходного отверстия 14b и закрыванием выходного отверстия 14c с целью осуществления цикла нагревания и подачи горячей воды в выходной патрубок 16с желаемой температурой и расходом.
Далее, в соответствии с некоторым предпочтительным вариантом осуществления изобретения, приведено описание этапов способа подачи и нагревания воды с помощью узла 10 в машине для приготовления напитков.
В начале, пользователь выбирает тип напитка и, при необходимости, температуру напитка, который должна приготовить машина; каждому типу напитка соответствует определенный объем воды и, при необходимости, определенный расход воды, который нужно подать и нагреть до выбранной температуры в узле 10. Следовательно, логический блок 19 в соответствии с типом напитка и температурой воды, которую узел 10 должен подать на выходной патрубок 16, переключает электроклапан 14 для установки надлежащего цикла нагревания.
В частности, в случае, когда необходимо осуществить длинный цикл нагревания, то есть с предварительным нагреванием воды, подлежащей нагреванию (вариант, показанный на фиг. 5), логический блок 19 переключает электроклапан 14 в конфигурацию, когда выходное отверстие 14b открыто, а выходное отверстие 14c закрыто. Логический блок 19 управляет открыванием электроклапана 25, далее вода из водопроводной магистрали поступает в разделительную камеру 8 до достижения определенного уровня, соответствующего количеству воды, необходимому для приготовления определенного напитка, выбранного пользователем.
При достижении нужного уровня, определенного, например, расходомером 26 объемного типа, логический блок 19 управляет закрыванием электроклапана 25 и включением насоса 9 так, что воду накачивают из выходного отверстия 11 разделительной камеры 8 по направлению к входному отверстию 2а трубки 2.
В случае, когда необходимо осуществить короткий цикл нагревания, то есть с прямым разливом из выходного патрубка 16, логический блок 19 управляет только открыванием электроклапана 25 и выключением насоса 9 до конца разлива. Далее, логический блок 19 определяет с помощью расходомера 26 объемного типа объем воды, закачанной в трубку 2, и останавливает разлив, когда в выходной патрубок 16 подан определенный объем воды, соответствующий конкретному типу напитка, который выбрал пользователь.
В дополнительном варианте осуществления изобретения логический блок 19 может дополнительно определять расход воды, закачанной в трубку 2 и, в случае насоса 9 с переменной скоростью, логический блок 19 дополнительно регулирует скорость насоса 9 так, что вода течет внутрь трубки 2 с расходом, подходящим к типу напитка, который выбрал пользователь. Затем, определенное количество воды с определенным расходом течет внутри трубки 2 между входным отверстием 2а и выходным отверстием 2b.
Далее воду, текущую внутри трубки 2, нагревают с помощью устройства 1. Фактически, логический блок 19 управляет включением цепи 7 питания, которая подает на обмотку 3 для электромагнитной индукции определенную мощность и переменное напряжение с частотой колебаний, равной частоте резонанса. Частоту колебаний цепи 7, подаваемую на обмотку 3, регулируют логическим блоком 19 и, путем изменения частоты колебаний цепи 7 питания, можно регулировать температуру воды, текущей внутри трубки 2. В начале, логическим блоком 19 определяют частоту резонанса и регулируют частоту колебаний цепи 7 до такой частоты.
Логический блок 19 определяет с помощью датчиков 17а и 17b температуру воды внутри трубки 2. Если значение температуры, определенное с помощью датчиков 17а и 17b, отличается от температуры, выбранной пользователем, логический блок 19 регулирует частоту колебаний цепи 7 и/или мощность, подаваемую цепью 7 питания на обмотку 3, так, чтобы вода внутри трубки могла достичь выбранной температуры. Как описано выше, частота колебаний выше 20 кГц, так что вибрации, выработанные устройством 1, попадут в ультразвуковую область, находящуюся за пределами слышимости. Логический блок 19 регулирует соответственно частоту колебаний цепи 7 в диапазоне, в котором частоты выше 20 кГц, предпочтительно выше частоты резонанса. Подобная частота резонанса, например, в одном из описанных выше вариантов осуществления изобретения, примерно равна 25 кГц. В случае, когда датчики 17а и 17b температуры определяют температуру, превосходящую определенный верхний порог, логический блок 19 управляет выключением цепи 7 питания или, наоборот, в случае, когда датчики 17а и 17b температуры определяют температуру, меньшую определенного нижнего порога, логический блок 19 управляет включением цепи 7 питания.
Далее горячую воду подают в выходной патрубок 16 при температуре, выбранной пользователем, и, при необходимости, с расходом, соответствующим типу напитка, который выбрал пользователь. Логический блок 19 управления регулирует частоту колебаний цепи 7 и/или мощность, подаваемую цепью 7 на обмотку 3, до тех пор, пока вся вода из разделительной камеры 8 не будет подана в выходной патрубок 16, так что температуру воды поддерживают постоянной и равной значению, выбранному пользователем.
В случае, когда температура и расход подаваемой воды высоки, способ обеспечивает возможность осуществления одного или более циклов нагревания воды, присутствующей в разделительной камере 8. В этом случае, логический блок 19 определяет температуру воды в разделительной камере 8 с помощью датчика 17а или 17b и, если такое значение температуры меньше определенного значения температуры предварительного нагревания, логический блок 19 включает электроклапан 14 посредством управления закрыванием выходного отверстия 14b и открывания выходного отверстия 14с; далее определенное количество воды с определенным расходом течет между нагревательной трубкой 2 и разделительной камерой 8, что приводит к такой температуре предварительного нагревания, что во время последующего этапа нагревания вода может быть доведена до желаемой температуры.
Другими словами, последующий этап нагревания совпадает с таким этапом из варианта, показанного на фиг. 4, но во входное отверстие 2а трубки 2 предварительно нагретую воду закачивают при некотором конкретном значении температуры предварительного нагревания. Температуру предварительного нагревания определяют логическим блоком 19 в соответствии с типом напитка, который выбрал пользователь, и как функцию разности между значением температуры, измеренным с помощью датчика 17а или 17b, и желаемым значением температуры. При достижении водой температуры предварительного нагревания, логический блок 19 управляет открыванием выходного отверстия 14b и закрыванием выходного отверстия 14c, тем самым осуществляя цикл нагревания, в котором предварительно нагретая вода снова течет в трубку 2, нагревается и подается в выходной патрубок 16 при желаемой температуре и с желаемым расходом.
В конце подачи выключают как насос 9, так и цепь 7 питания и весь гидравлический контур узла 10 пуст, то есть без воды внутри, и он готов для начала нового цикла подачи и нагревания.
3
Целесообразно, чтобы логический блок 19 управлял выключением цепи 7 питания непосредственно перед тем, как вся вода, присутствующая в гидравлическом контуре узла 10, подана в выходной патрубок 16. Таким образом, последнюю часть потока воды (немного см) нагревают благодаря тепловой инерции трубки 2, которая охлаждается, что тоже целесообразно.
Способ также может содержать этап промывания всего гидравлического контура холодной водой в конце каждого цикла, что нужно для исключения возможного образования известкового налета внутри трубки 2.
Согласно изобретению могут быть обеспечены варианты, отличные от описанных выше и показанных на чертежах; например, что касается геометрической формы трубки 2, необходимо отметить, что вариант с прямой трубкой 2 или U-образной трубкой 2 или трубкой плоской спиральной формы находится в пределах объема правовой защиты изобретения.
Также предложен вариант осуществления изобретения, согласно которому трубка 2 имеет форму нескольких цилиндрических спиралей, одна в другой.
Дополнительные варианты осуществления изобретения с другим количеством металлических трубок 2, выполненных из различных типов материалов, также находятся в пределах объема правовой защиты изобретения.
В других вариантах осуществления изобретения тем не менее может быть обеспечена другая геометрическая форма катушки 4 и/или канала 5 и/или обмотки 3 для электромагнитной индукции. В дополнительных вариантах осуществления изобретения может быть обеспечено наличие такой металлической трубки 2, расположенной внутри канала 5, что оси симметрии изоляционной катушки 4 и/или обмотки 3 для электромагнитной индукции и/или канала 5 и/или металлической трубки 2 не совпадают, что также находится в пределах объема правовой защиты изобретения.
Геометрическая форма и симметрия всей структуры выбрана для более легкой реализации и раскрытия изобретения.
Обеспечен другой вариант осуществления изобретения, в котором трубка 2 снаружи покрыта оболочкой из некоторого изоляционного материала; в этом случае изоляционная оболочка и катушка 4 отделены, по меньшей мере, частично некоторым зазором внутри канала 5, так что такая трубка 2 с оболочкой может свободно перемещаться внутри канала 5 катушки 4. Также в этом случае, как трубка 2, так и катушка 4 отделены, по меньшей мере, частично некоторым зазором, то есть пространством, позволяющим свободно перемещаться между тепловой изоляционной оболочкой и катушкой 4.
Согласно другому варианту осуществления узла 10 может быть обеспечена разделительная камера 8, содержащая по меньшей мере один расположенный внутри нагревательный элемент для предварительного нагревания воды, поступающей из трубки 15. В этом случае, воду предварительно нагревают внутри разделительной камеры 8 до достижения определенной температуры предварительного нагревания без осуществления цикла предварительного нагревания с помощью нагревательной трубки 2.