专利名称：动态双电路线内加热器的制作方法
技术领域：
本发明的领域涉及线内(in-line)加热器，更具体地，涉及在饮料制备机器中使用的加热器，该饮料制备机器为例如通过将加热的流体循环穿过包含要制备的饮料的成分(典型地调味料成分)的胶囊而制备饮料的机器。为了本描述的目的，“饮料”指包括如茶、咖啡、热或者冷巧克力、牛奶、汤、婴儿食品等等的任意液体食品，“胶囊”指在任意材料以及任意形状和结构的包封封装(特别地，气密封装)内包括任意预-分份饮料成分，该封装例如为塑料、铝、可循环和/或可生物降解封装并且该任意形状和结构包括包含该成分的软杯或者刚性盒。
背景技术：
饮料制备机器已公知多年。例如,US 5，943，472公开了在浓咖啡(espresso)机的蓄水器和热水或蒸气分配室之间的水循环系统。该循环系统包括连接到一起并通过使用卡环接合的不同硅酮(silicone)软管连接到蓄水器的阀、金属加热管和泵。EP 1646305公开了一种具有加热装置的饮料制备机器，加热装置加热循环水然后水被提供给酿造(brewing)单元的入口。设置酿造单元以将加热的水传递到包含用于酿造的饮料成分的胶囊。酿造单元具有被第一部分和相对于第一部分可移动的第二部分限定的室以及用于在第一和第二部分一起从酿造单元的打开配置移动到关闭配置之前在第一和第二部分之间的中间位置中定位胶囊的导轨。用于加热循环液体(特别地，水)的线内加热器同样已公知并被例如公开在CH 593044、DE 103 22 034、DE 197 32 414、DE197 37 694、EP0485 211、EPl 380 243、FR2 799630、US4, 242，568、US4, 595，13UUS5, 019，690,US 5，392，694、US5, 943，472、US6, 393，967、US6, 889，598、US7, 286，752、W001/54551 和 W02004/006742 中。更具体地说，CH 593044和US4, 242，568公开了一种具有线内热块(thermoblock)加热器的咖啡机，线内热块加热器具有金属块体，在块体中具有电阻加热缆铸件并且具有用于循环要加热的水的导管。热块是线内加热器，通过其循环液体以用于加热。它们包括加热室，例如具体地由钢制成的一个或多个导管，延伸穿过具有用于积累热能的高热容量和在需要时用于将积累的热传导给循环穿过其中的液体的高热导率的金属，具体地由铝、钢和/或其他金属或合金，制成的(大的)金属块体。替代明显的导管，热块的导管可以是贯穿通道，其为机器加工或者在导管的体中形成的，例如在热块的块体的铸造步骤期间形成。当热块的块体由铝制成时，为健康考虑，优选提供如钢的分离导管以避免循环液体和铝之间的接触。可以由围绕导管的一个或多个装配的部分制成热块的块体。热块通常包括一个或多个电阻加热元件，例如分立的或者集成电阻器，其将电能转换成热能。这样的电阻加热元件在热块的块体之中或者之上，距离导管大于Imm,特别地2到50mm或者5到30mm的距离。热量提供给热块的块体并且通过块体提供给循环流体。加热元件可以是铸造或者容纳在金属块体中或者对着金属块体的表面安装。导管具有沿着热块的螺旋或者其它设置以最大化它/它们的长度和通过块体热传输。热块的缺点在于难于精确控制温度和优化用于使液体加热到期望的温度的所需加热能量。实际上，影响块体在预定位置的测量温度的金属块体的热惯性、块体的局部和不均匀电阻加热、从块体中的加热向块体的不同部分的动态热扩散使得精确控制热块以加热循环流体到期望的预定温度非常困难并且另外要求很长的预加热周期，典型地在浓咖啡机的情况下为I到2分钟。另外，难以预测随后使用串联制造的热块所涉及的各种参数，例如，环境温度、干线的净电压、热块的加热电阻器的实际值、热块的热绝缘、通过热块循环的流体的初始温度等等。因此，热块通常与动态环路控制供电电路相关，该电路以温度的连续测量来调整热块的供电。然而，由于这样的系统的复杂的热流，将热块稳定在要循环的液体流的加热需要所需的确定温度水平下是漫长的并且还难以获得。在EP I 380 243中提供了一种改善加热精度的方法。此专利公开了一种旨在具体地装配咖啡机的加热装置。此加热装置包括金属管，通过其将被加热的液体可以从入口导管流向出口导管。在其长度的几部分上用多组串联电阻元件覆盖管的外表面。在管中延伸圆柱插入件以与管的内壁形成螺旋导管，流体可以通过其循环并且因此促进湍流和能量从管到流体的快速传导。还在入口导管的上游放置流量计。该装置还包括在每组电阻元件的入口和出口处沿着的管的长度分布的多个温度传感器。在此情况下，控制到液体的热能的分布的原理基于调制通过电阻元件产生的电功率，电阻元件可以互相独立切换或者根据导管的入口处的水温串联。虽然此装置就加热速度来说给出了满意的结果，但是此装置的体积相对较大，这是由于管道的高度由将被加热的水的体积确定。另外，液体温度的调节精度受这样的事实限制，S卩，液体没有与位于管道外侧的传感器直接接触。由于将被加热的液体的惯性，对不同温度差的响应速度同样很慢并且这降低了调节温度的精度。还应该注意，由于发生通过管道壁的热传导，温度传感器对串联电阻元件组的接近性，导致测量会以不可控的方式受到影响的风险。另外，DE197 11 291,EP I 634 520，US4, 700，052，US6 246 831 中旨在改善批加
热器或线内低惯性加热器的热控制的更多或者更少复杂性的尝试。仍需要提供一种在常规使用期间和在各种使用条件下用于快速预加热以精确加热通过其循环的液体的简单且可靠的加热器。
发明内容
因此本发明涉及一种线内加热器，以及包含这样的加热器的用于制备饮料的机器并且涉及用于控制这样的加热器以制备饮料的方法。用于在对应机器中制备热饮的水(热别地，浓咖啡机中的水)，被从龙头温度例如10到30°C加热到酿造温度，例如80到100°C。对消费者来讲，机器的短加热时间是一个主要优点。本发明的一个目标是提供一种加热器，具有低热质量用于降低升温时间，但是同时满足饮料例如浓咖啡饮料对水温调节的要求。另外，闪变(Flicker)标准(IEC规则)限制调节加热器的可能性。另一个目标是保持在下面三个基本要求之内:快速加热、调节品质、闪变。另一个目标是在决定低热质量的快速加热和另外决定高动态热调节的可靠调节之间提供平衡解决方案。根据独立权利要求的加热器、装置或者方法满足这些方面的一个或多个。独立权利要求还提供对这些目标和/或另外的好处的解决方案。根据第一方面，本发明涉及一种用于液体食品或者饮料制备机器的线内加热器，其中机器液体通过所述加热器循环并且随后被引入酿造室，所述酿造室用于酿造提供给所述酿造室的食品或饮料成分，其包括:体，包括入口、出口和在其间延伸的加热室，所述入口、出口和加热室一起形成用于引导所述液体循环通过所述体的刚性通道；以及加热装置，与体协作以将热提供到所述加热室中。所述加热装置包括:至少两个加热元件和用于独立地激活和去激活每个加热元件的电控制电路。每个加热元件的所述加热功率切实相同。所述体由铝制成。所述刚性通道是嵌入所述体中的不锈钢(inox)水管、在所述体中形成涂敷的液体通道。该加热装置可以包括诸如厚膜的电阻加热装置，该电阻加热装置包括适合耦合到所述电控制电路的至少两个电阻加热电路。所述厚膜可以被印刷在焊接到所述体上的不锈钢板上。所述加热装置可以包括热筒(heat cartridge)和缠绕的热筒。所述加热装置可以包括热筒和厚膜加热器根据第二方面，本发明涉及一种包括根据第一方面的加热器的液体食品或饮料制备机器，更具体地，涉及一种通过酿造可选地包含在胶囊或舱(pod)中的食品或饮料成分制备诸如汤、茶和/或咖啡的液体食品或饮料的机器。根据第二方面，本发明涉及一种用于控制根据第一方面的加热器的方法，其中通过打开或关闭所述电控制电路独立激活或去激活所述加热元件，以便避免同时打开或关闭两个加热元件以符合闪变标准。本发明的流通(flow through)(线内)加热器可以由具有集成水通路(例如，以模制的不锈钢水管)的铝体和连接到铝体的厚膜或表面加热元件构成。设计该连接用于优化热传导、用于良好的机械稳定性以及用于消除(taking)从铝体和厚膜板的不同热长度扩张导致的力。另外可以解决腐蚀问题。诸如铝的体具有足够的热容量以抑制能量变化。虽然此容量被限制为最小化从室温或静止(rest)温度开始的加热时间。为了不违反闪变标准，将加热功率分割成多个(优选2个，用于浓咖啡应用，例如从雀巢胶囊的胶囊制备)并且需要热电路。加热器可以具有如下特征:流通原理(flowthrough principle)水加热器，用于从O高到3.5ml/s的水流量流量梯度，最大6ml/s2入水温度，10-30°C出水温度，80-95°C加热器中的水质量，低于15g两个电阻加热电路，印刷在厚膜板上，具有约1200W的总功率
加热电路的功率分割可在300W/900W到600W/600W之间在不锈钢水管中的热密度:0.lff/mm2 —没有蒸气的高达95°C的最大出口水温度。两层螺旋水管从20°C到90°C的低于20s的加热时间(为酿造咖啡准备)加热的功率速率(功率/整个加热器质量的克重):超过5W/g在稳定状态下使用下的热调节质量:+/_2°C
现在将参考附图描述本发明，其中:图1到图4示出了根据本发明的加热器的各种细节；图5示出了根据本发明的用于控制加热器的方法的计时图。
具体实施例方式典型地，通过干线经由电缆来供电饮料制备机器。该机器具有被外壳覆盖的内部饮料制备模块。设置饮料制备模块以在胶囊内保持调味成分，具体地，预分份成分，例如向这样的模块提供的成分，并且循环液体流过以形成饮料。诸如水的液体可以被存储在水箱中并且自水箱提供给饮料制备模块。在形成后，饮料可以通过出口分配到分配区域，例如用于保持用户的杯或者马克杯的支撑体(support)。分配区域可以包括第一杯支撑体，例如用于浓咖啡杯的支撑体，其可从出口之下移走以便为用于更大的杯或者马克杯(例如分配淡或者超大饮料)的更低的第二茶杯支撑体提供访问。更低的杯支撑体可以连接到机器基座。例如在EP 1867260和W02009/074557中公开了可合适移动的杯支撑体，在此弓I入其整个内容作为参考。该机器还包括蒸气和/或热水产生器以用于通过管道的开口传送这样的蒸气和/或热水，例如，用于起泡牛奶和/或茶的制备。邻近饮料制备模块，机器可以具有用于使用过的调味成分例如包含在胶囊中的酿造后的磨碎的咖啡或者茶的收集器。收集器可以位于饮料制备模块的下面以在制备饮料后收集例如经由重力排放到收集器的使用过的调味成分。例如，在WO 2009/074559和WO2009/135869中公开了适宜的收集器，在此引入其整个内容作为参考。该机器具有可在传递位置和循环位置之间移动的柄，该传递位置用于将例如在胶囊中成分装载入模块中和/或从模块排出这样的成分；以及该循环位置用于使液体循环穿过成分。典型地，柄通过以下位置来致动饮料制备模块的具有诸如酿造单元的成分室的成分保持器:用于将调味成分插入保持器和/或从其中排出此成分的传递位置(未示出);以及用于将液体循环穿过在成分保持器中的该成分以形成饮料的循环位置。典型地，成分保持器，例如酿造单元，具有两个可相对移动的部分，其可以移动分开用于打开成分保持器以进入传递位置以及移动到一起用于关闭成分保持器以进入循环位置。在循环位置(未示出)，成分保持器可以紧紧包封调味成分以确保适宜地引导流体穿过成分。在循环位置，柄可以停在机器顶表面之上或者之中。特别地，柄可以与外壳齐平。
另外，该机器包括用户接口以用于初始化流体穿过在饮料制备模块中的调味成分的循环。典型地，饮料制备模块包括下面部件中的一个或多个:a)成分保持器，例如酿造单元，用于接收该饮料的调味成分，特别地，在胶囊中提供的预分份成分，并且用于引导诸如水的液体流进入穿过该成分到达饮料出口 ；b)线内加热器用于加热将被提供给成分保持器的该液体流；c)泵，用于泵吸该液体穿过线内加热器；d)—个或多个流体连接构件，用于从诸如流体箱的液体源引导该液体到饮料出Π ；e)电控制单元，特别地，包括印刷线路板(PCB)，用于通过接口接收来自用户的指令并且用于控制线内加热器和泵；以及f) 一个或多个电传感器，用于感测至少一个操作特性，该至少一个特性选自成分保持器、线内加热器、泵、液体储存器、成分收集器、液体的流量、液体的压力以及此流体的温度的特性并且用于向控制单元传送这样的特性。图1中示出了根据一个实施例的线内加热器。该线内加热器包括具有集成水通路(circuit)的体8。体8可以由铝制成；铝体具有足够的热容以防止能量变化，虽然被限制为最小化从室温或静止温度开始的加热时间。水通路包括液体入口 10、液体出口 12和在液体入口和出口之间将入口流体连接到出口的液体管14。可以由嵌入体中的模制不锈钢(inox)水管形成水管。还可以通过在体中形成的涂敷的液体通道形成水管。图1示出的体的外形是圆柱形、具有75mm的直径Dl和16mm的高度hi,其一个端部被表面加热兀件16覆盖。加热器包括表面加热兀件16,其与体热耦合并且机械耦合。典型地，表面加热元件16是厚膜。特别地，厚膜被印刷在焊接到铝模铸(diecast)体上的不锈钢板上。设计该耦合用于优化热传递，用于良好的机械稳定性以及用于消除由铝体和厚膜板的不同热长度扩张导致的力。表面加热元件16包括至少两个加热电路。每个加热电路具有分离的控制电路，以便允许独立于其它加热电路而激活/去激活加热电路。每个加热电路都能提供小于表面加热元件能够提供的加热功率的加热功率。作为结果，可以得到分割为多个的加热功率(优选2个用于浓咖啡应用，例如从如雀巢胶囊的胶囊制备)以遵从闪变标准。在两个加热线圈之间的功率分割可以是在电路之间的50%/50%加热功率的重新分配或者从15%/85%到85%/15%的任意重新分配。典型地，表面加热元件的总加热功率包括在600W和2000W之间。更特别地，加热器可以具有如下特征:流通原理水加热器，用于从O高到3.5ml/s的水流量流量梯度，最大6ml/s2入水温度，10-30O出水温度，80-95°C加热器中的水质量，低于15g两个电阻加热电路，印刷在厚膜板上，具有约1200W的总功率加热电路的功率分割可以在300W/900W到600W/600W之间
在不锈钢水管中的热密度:0.lff/mm2允许没有蒸气的高达95°C的最大出口温度。两层螺旋水管从20°C到90°C的低于20s的加热时间(为酿造咖啡准备)加热的功率速率(功率/整个加热器质量的克重):超过5W/g在稳定状态使用下的热调节质量:+/_2°C在图2中示出了根据另一个实施例的线内加热器。该线内加热器包括具有集成水通路的体28。体28可以由铝制成:铝体具有足够的热容以防止能量变化，虽然被限制为最小化从室温或静止温度开始的加热时间。水通路包括液体入口 20、液体出口 22和在液体入口和出口之间将入口流体连接到出口的液体管24。优选液体管具有螺旋形状。可以由嵌入体中的模制的不锈钢水管形成水管。还可以通过在体中形成的涂敷的液体通道形成水管。图2示出的体的外形是圆柱形、具有65_的高度H2和50_的外径d5 (d2=20mm, d3=30mm, d4=42mm)。该加热器包括加热元件29，其包括圆柱热筒29a和缠绕的热筒29b。通过两个电路控制圆柱热筒29a和缠绕的热筒29b以便允许独立地激活/去激活圆柱热筒29a和缠绕的热筒2%。通过第一电路23a，23b控制圆柱热筒29a，然而通过第二电路23c，23b控制缠绕的热筒29b，两个电路共享公用参考电势/中性端(neutral) 23c。每个筒29a，29b都能提供小于表面加热元件能够提供的加热功率的加热功率。作为结果，可以得到分割为多个的加热功率(优选2个用于浓咖啡应用，例如从如雀巢胶囊的胶囊制备)以遵从闪变标准。在两个加热筒之间的功率分割可以是在电路之间的50%/50%的加热功率的重新分配或者从15%/85%到85%/15%的任意重新分配。典型地，表面加热元件的总加热功率包括在600W和2000W之间。图3a和3b中示出了根据其它实施例的线内加热器。该线内加热器包括具有集成水通路的体38。体28可以由铝制成:铝体具有足够的热容以防止能量变化，虽然被限制为最小化从室温或静止温度开始的加热时间。水通路循环包括液体入口 30、液体出口 32和在液体入口和出口之间将入口流体连接到出口的液体通道34。典型地，在体38中形成液体通道34。具体地，液体通道34被涂敷。在图3a/3b中示出的体的外形是圆柱体、具有65mm的高度H3。对于图3a示出的实施例，体具有40mm的外径d7 (d6=20mm, d7=36mm)。对于图3b示出的实施例，体具有50mm的外径 d8 (d6=20mm, d7=36mm)。加热器包括加热元件39，其包括圆柱热筒39a。图3b示出的实施例的加热元件39包括厚膜加热器39b，其与体热耦合并且机械耦合。厚膜可以印刷在安装在体上的钢圆主体上。通过两个电路控制圆柱热筒39a和厚膜加热器39b以便允许独立激活/去激活圆柱热筒39a和厚膜加热器39b。通过第一电路33a, 33b控制圆柱热筒39a,然而通过第二电路33c，33b控制厚膜加热器39b，两个电路共享公用参考电势/中性端23c。每个元件39a，39b都能提供小于表面加热元件能够提供的加热功率的加热功率。作为结果，可以得到分割为多个的加热功率(优选2个用于浓咖啡应用，例如从如雀巢胶囊的胶囊制备)以允许闪变标准。在两个加热元件之间的功率分割可以是在电路之间的50%/50%的加热功率的重新分配或者从15%/85%到85%/15%的任意重新分配。典型地，表面加热元件的总加热功率包括在600W和2000W之间。
图3b示出的实施例的加热元件39包括缠绕的热筒39c。缠绕的热筒39c可以模制在围绕体安装的金属圆柱体中。通过两个电路控制圆柱热筒39a和缠绕的热筒39c以便允许独立激活/去激活圆柱热筒39a和缠绕的热筒39c。通过第一电路33a，33b控制圆柱热筒39a，然而通过第二电路33c，33b控制缠绕的热筒39c，两个电路共享公用参考电势/中性端33c。每个元件39a，39b都能提供小于表面加热元件能够提供的加热功率的加热功率。作为结果，可以得到分割为多个的加热功率(优选2个用于浓咖啡应用，例如从如雀巢胶囊的胶囊制备)以遵从闪变标准。在两个加热元件之间的功率分割可以是在电路之间的50%/50%的加热功率的重新分配或者从15%/85%到85%/15%的任意重新分配。典型地，表面加热元件的总加热功率包括在600W和2000W之间。热调节如图1到3中示出的通过打开或关闭根据本发明的加热器的两个功率电路来分配加热功率。对具有两个不同功率(例如400W/800W)电路的加热器可以获得不同的选项。通过对所需要的加热功率的预先计算来确定哪个调节选项对于在热块的出口处的特定流量和水温目标而言是最佳的:需要的功率=水流量* (T μ-T进入)*水的热容通过此预先计算，可以预先确定最优热调节算法，并且能够获得平滑的精确的温度调节。为了符合闪变标准，必须避免同时打开或关闭两个电路。本发明可以获得如下改进并且提供如下优点:降低从室温或者静止温度到操作温度的加热时间根据barrista浓咖啡温度质量标准以及在闪变公共规则内的可能的热调节良好的调节动态低质量(总加热质量低于250g)本发明的重要特征包括:两个加热电路允许高质量热调节低热质量，允许加快加热时间；通过增加或者减少铝体的重量而可调节的动态；将厚膜板连接到铝加热器体的专门知识。
权利要求
1.一种用于液体食品或饮料制备机器的线内加热器，其中机器液体通过所述加热器循环并然后被引入酿造室，所述酿造室用于酿造提供给所述酿造室的食品或饮料成分，这样的加热器包括: 体(8 ；28 ；38 ；)，包括入口(10 ；20 ;30)、出口(12 ；22 ；32)和在其间延伸的加热室，所述入口、出口和加热室一起形成用于引导所述液体循环通过所述体的刚性通道(14 ；24 ；34);以及 加热装置(16 ；29 ;39)，与所述体协作以将热提供到所述加热室中， 其特征在于，所述加热装置包括:至少两个加热元件(16 ;29a，29b ;39a，39b，39c)和用于独立地激活和去激活每个加热元件的电控制电路(16 ;23a，23b，23c ;33a，33b，33c)。
2.根据权利要求1的加热器，其中每个加热元件的加热功率切实相同。
3.根据权利要求1到2中任意一个的加热器，其中所述体由铝制成。
4.根据权利要求1到3中任意一个的加热器，其中所述刚性通道是嵌入所述体中的不锈钢水管(14 ;24)。
5.根据权利要求1到3中任意一个的加热器，其中所述刚性通道是在所述体中形成的涂敷的液体通道(34)。
6.根据权利要求1到5中任意一个的加热器，其中所述加热装置包括诸如厚膜的电阻加热装置，所述电阻加热装置包括适合耦合到所述电控制电路的至少两个电阻加热电路。
7.根据权利要求6的加热器，其中所述厚膜被印刷在焊接到所述体的不锈钢板上。
8.根据权利要求1到5中任意一个的加热器，其中所述加热装置包括热筒(29a，39a)和缠绕的热筒(29c，39c)。
9.根据权利要求1到5中任意一个的加热器，其中所述加热装置包括热筒(39a)和厚膜加热器(39b)。
10.一种包括根据任一前述权利要求的加热器的液体食品或饮料制备机器，特别地，一种通过酿造可选地包含在胶囊或舱中的食品或饮料成分制备诸如汤、茶和/或咖啡的液体食品或饮料的机器。
11.一种用于控制根据权利要求1-9中任意一个的加热器的方法，其中通过打开或关闭所述电控制电路来独立地激活或去激活所述加热元件(16 ；29a,29b ；39a, 39b, 39c),以便避免同时打开或关闭两个加热元件以符合闪变标准。
全文摘要
公开了一种动态双电路线内加热器，以及包括该加热器的机器和操作该机器的方法。
文档编号F24H1/16GK103180673SQ201180025256
公开日2013年6月26日 申请日期2011年5月20日 优先权日2010年5月21日
发明者S·埃特尔 申请人:雀巢产品技术援助有限公司