CN104010553B - 用于饮料制备机器的加热单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于饮料制备机器(1)的加热单元(100)，所述机器(1)适合于通过使饮料成分与流体混合制备饮料，所述机器包括用于使所述饮料制备流体至少从流体源经所述机器到达所述加热单元进行循环的泵，所述加热单元(100)适合于加热所述流体，并包括：限定流体加热腔室(108)的壳体(103)，和位于所述壳体(103)内并适合于加热其中的所述流体的加热元件(104)，其中，所述加热单元(100)还包括用于经所述加热单元(100)传输从所述泵接收的所述流体的预加热管(101)，所述预热管(101)包括管入口(102)和管出口(107)，管出口(107)与加热腔室(108)连接，以及其中，预加热管(101)以如下的方式至少部分地位于壳体(103)内，即加热元件(104)将在所述预加热的流体经所述出口(107)被释放到加热腔室(108)内之前至少部分地加热所述预加热管(101)中的所述流体。这样，流体、例如是水的液体在其穿过加热单元的过程中以两个阶段使用相同的加热元件被有效地加热。此外，避免了热和冷的流体或液体在相同质量的流体或液体中的混合，因为该流体或液体将在到达加热腔室之前被加热。

Description

用于饮料制备机器的加热单元
技术领域
本发明涉及一种加热单元、特别是可在用于与包括饮料制备成分的胶囊一起使用的饮料制备机器中使用的加热单元，所述胶囊设计成被***所述机器，以通过在压力下混合流体和胶囊中的所述成分来制备饮料。
背景技术
饮料制备机器在食品科学和消费品领域内是众所周知的。这种机器允许消费者在家制备给定类型的饮料，例如基于咖啡的饮料，如浓咖啡或冲煮类咖啡杯。
当今，大部分用于家庭饮料制备的饮料制备机器都包括由可容纳用于饮料制备的分份成分/配料的机器构成的***。这样的分份成分可以是软质易理包或垫，或者囊，但越来越多的***使用半硬质的或硬质的分份，例如硬质的易理包或胶囊。在下文中，将考虑饮料机器为通过硬质或半硬质胶囊工作的饮料制备机器。
所述机器优选包括用于容纳所述胶囊的容器以及用于将流体、优选水在压力下注入到所述胶囊中的流体注入***。在压力下注入到胶囊中以制备咖啡饮料的水优选是热的，也就是说处于高于70℃的温度。然而，在一些特定情形中，水也可能处于环境温度，或甚至处于制冷温度。在胶囊内含物的提取和/或溶解期间，对于溶解产品，胶囊腔室内部的压力典型地是约1bar至约8bar，而对于烘焙和研磨咖啡的提取，该压力是约2bar至约12bar。本发明还可包括特别是用于茶和咖啡的所谓的饮料制备的“冲泡”过程。冲泡涉及流体(例如热水)对成分的浸泡时间，而提取或溶解制备过程允许消费者在数秒内制备例如速溶咖啡的饮料。
通常，在下文的说明中，通过流体对成分进行的术语“冲泡”是指包括提取粉末状食用材料例如烘焙和研磨咖啡粉，或者溶解可食用的可溶材料例如可溶茶或咖啡，或者通过在非常低的相对压力下或大气压力下用浸泡流体对可食用材料浸泡比提取或溶解所需时间更长的时间，例如用热水浸泡茶叶。
在压力下提取和/或溶解封闭胶囊的内含物的原理是已知的，所述原理典型地包括：将胶囊限制在机器的容器中，通常在利用诸如安装在机器上的流体注入针的穿刺注入元件刺穿胶囊的表面以后，将一定量的加压水注入到胶囊中，从而在胶囊内部形成加压环境以提取或溶解物质，然后将所提取的或所溶解的物质从胶囊中释放。允许应用该原理的胶囊已经例如在申请人的欧洲专利EP 1 472 156 B1和EP 1 784 344 B1中描述。
允许应用所述原理的机器已经例如在专利CH 605 293和EP 242 556中描述。根据这些文献，所述机器包括用于胶囊的容器以及制造成中空针形式的穿孔和注入元件，所述穿孔和注入元件在其远侧区域内包括一个或多个液体注入孔。所述针具有双重功能：一方面其打开胶囊的顶部部分，另一方面其形成水进入胶囊的进入通道。
所述机器还包括流体罐，该流体罐用于储存用来在压力下溶解和/或浸泡和/或提取胶囊中容纳的成分的流体，在大部分情形中所述流体是水。所述机器包括例如煮器或热交换器的加热单元，该加热单元能够将其中使用的水加热到工作温度(典型地高达80-90℃的温度)。最后，所述机器包括用于使水从罐可选地经加热元件循环到胶囊的泵元件。水在机器内循环的方式例如藉由选择阀装置来选择，所述选择阀装置例如是在申请人的欧洲专利申请EP 2162653 A1中描述的类型的蠕动阀。
当待制备的饮料为咖啡时，制备咖啡的一个令人感兴趣的方式是向消费者提供容纳有烘焙和研磨咖啡粉末的胶囊，该烘焙和研磨咖啡粉末待由注入到胶囊中的热水来提取。
已经开发出用于这种应用的胶囊，所述胶囊在申请人的欧洲专利EP 1 784 344B1中描述并得到保护，或在欧洲专利申请EP 2 062 831中有所描述。
简而言之，这种胶囊通常包括：
-中空的主体和注入壁，该注入壁不能渗透液体和空气并附接至所述主体且适合由例如机器的注入针刺破，
-容纳待提取的烘焙和研磨咖啡床的腔室，
-设置在胶囊底端、封闭胶囊、用于保持腔室的内部压力的铝膜，所述膜与穿刺装置相关联，该穿刺装置用于在腔室内的内部压力达到特定的预定值时在所述铝膜中刺出分配孔，
-可选地，构造成打断流体射流以降低注入到胶囊中的流体射流的速度并使流体以降低的速度在整个物质床上分配的装置。通常对于用户很重要的是知道何时机器罐中的水位太低以至于不能制备完整的饮料。
如所提到的，这种和其他的饮料制备机器包括加热单元如煮器或热交换器。一种在现有技术的饮料制备机器中常用的加热单元是水在通过若干(微小的)管时被加热的所谓的热块。热块可以由不同的材料如铝、钢、铜等制成。然而，这样的加热单元的缺点是，需要的材料量相当大，从而导致加热过程中显著的加热损失，此外也需要很长的时间来升温。
另一种常用的加热单元是传统的煮器单元。然而，煮器单元混合热水和冷水，因此具有在其出口提供冷水或不够热的水的危险，这可能在关于制备饮料、例如基于咖啡的饮料时特别有害，因为它可能大大地影响饮料的味道。
因此，本发明的一个目的是提供一种加热单元，该加热单元避免了或至少减少了常规加热单元的上述缺点。
发明内容
本发明通过用于饮料制备机器的加热单元实现上面提到的目的，所述机器适合于通过使饮料成分与流体混合来制备饮料，所述机器包括用于使所述饮料制备流体至少从流体源经所述机器到达所述加热单元进行循环的泵，加热单元(100)适合于加热所述流体，并包括：
(i)限定流体加热腔室的壳体，和
(ii)位于所述壳体内并适合于加热其中的所述流体的加热元件，
其中
-所述加热单元还包括用于经所述加热单元传输从所述泵接收的所述流体的预加热管，所述预热管包括管入口和管出口，管出口与加热腔室连接，以及
-其中，预加热管以如下方式至少部分地位于壳体内，即加热元件将在所述预加热的流体经所述出口被释放到加热腔室内之前至少部分地加热所述预加热管中的所述流体。
这样，流体、例如是水的液体在其穿过加热单元的过程中以两个阶段使用相同的加热元件被有效地加热。此外，避免了热和冷的流体或液体在相同质量的流体或液体中的混合，因为该流体或液体将在到达加热腔室之前被加热。
在一个实施例中，预加热管的至少一部分具有大致/通常圆柱形盘管的形状。
在一个实施例中，加热元件的至少一部分具有大致圆柱形盘管的形状。
在一个实施例中，加热元件的至少一部分位于预加热管的圆柱形盘管形状的内部。
在一个实施例中，加热元件的大致圆柱形盘管形状的外径小于预加热管的大致圆柱形盘管形状的内径。
在一个实施例中，加热元件的大致圆柱形盘管形状的外径小于预加热管的大致圆柱形盘管形状的内径，使得加热元件的圆柱形盘管形状紧密地配合在预加热管的大致圆柱形盘管形状内。
在一个实施例中，预加热管的至少一部分位于加热元件的圆柱形盘管形状的内部。
在一个实施例中，预加热管的大致圆柱形盘管形状的外径小于加热元件的大致圆柱形盘管形状的内径。
在一个实施例中，预加热管的大致圆柱形盘管形状的外径比加热元件的大致圆柱形盘管形状的内径小一程度，使得预加热管的圆柱形盘管形状紧密地配合在加热元件的大致圆柱形盘管形状内。
在一个实施例中，所述壳体还包括中心开口，其中所述中心开口的体积和/或形状使得能够关于加热元件优化加热腔室中的流体的体积。
在一个实施例中，中心开口具有在至少一个预定位置处的基本上圆形的横截面。
在一个实施例中，所述预加热管位于与所述加热元件相距一距离，该距离小于10mm，优选小于5mm，更优选小于1mm。
根据另一方面，本发明涉及一种饮料制备机器，该饮料制备机器包括：用于流体的储器；适于接收至少一个成分胶囊的冲煮头，所述胶囊包含至少一种饮料制备成分；泵，该泵用于将预定体积的所述流体从所述储器泵送到所述冲煮头，使得所述流体在由所述冲煮头接收时被注入所述胶囊，从而在压力下与所述成分混合并产生预定体积的饮料；加热单元，其用于在流体进入胶囊前可选地加热从所述储器泵送的所述流体，其中，所述加热单元是根据权利要求1至12中任一项所述的加热单元。
附图说明
本发明的附加特征和优点在下文参考附图描述的当前优选实施例的说明中给出并从该说明变得显而易见，在附图中：
图1是有利地包括如别处所描述的加热单元的饮料制备机器的示意图；
图2是根据现有技术的胶囊在液体开始注入胶囊时的示意性轮廓剖视图；
图3是根据一方面的加热单元的示意性透视图；
图4是图3的加热单元的示意性分解图；
图5是图3的加热单元的示意性俯视图；
图6是图3的加热单元的示意性仰视图；
图7是另一替代的加热单元的示意性俯视图。
具体实施方式
图1是有利地包括如别处所描述的加热单元的饮料制备机器的示意图。所示出的是饮料制备机器1，该饮料制备机器1包括：用于流体(优选为水的液体)的储器2；冲煮头3，该冲煮头3适于接收包括至少一种饮料制备成分(未示出；见例如图2中的204)的至少一个成分胶囊(未示出；见图2中的例如200)；和用于从储器2向冲煮头3泵送预定体积的流体的泵(未示出)，如压力泵或相应的单元，使得流体可以被注入胶囊从而在压力下与成分混合，并因此产生预定体积的饮料，然后该饮料被分配至例如放置在托盘4等装置上的例如杯子或其它容器(未示出)中。
饮料制备机器1还包括用于在从储器2泵送的流体进入胶囊之前可选地和选择性地加热该流体的加热单元(未示出；见例如图3-7中的100)，以及能够接收来自用户操作的控制面板或类似装置5的输入和致动饮料制备机器1的各部件例如泵、加热元件、控制面板和/或冲煮头3等的操作的电子控制***(未示出)。控制面板或类似装置5可以例如包括一个或多个用户选择元件，如物理的和/或屏幕上的按钮11，和/或用于向用户显示文本和/或图形信息7的显示9。
饮料制备机器1还包括胶囊保持器8，其用于将一个或多个胶囊加载到饮料制备机器中并将所加载的胶囊放置在冲煮头3内以供饮料制备机器1使用。
将结合图3-7更详细地讨论加热元件的不同实施例。
图2是根据现有技术的胶囊在液体开始注入胶囊时的示意性轮廓剖视图。所示出的是包括注入壁或膜201(称为顶膜)的胶囊200，所述注入壁或膜由饮料制备机器(未示出，见例如图1中的1)的流体注入针202刺穿。当液体被注入胶囊腔室203中时，压力累积，其作为用于提取容纳在胶囊内部的成分204的提取装置，如上所述的。
在胶囊200容纳待提取的可溶成分的情况下，胶囊腔室203通常包括一个单一部分，而剩余的流体压力在整个腔室体积上分布。
胶囊腔室203可被划分成多个部分，例如，如图2所示。在这种情况下，胶囊200包括顶部部分206，该顶部部分在***时容纳所述流体注入针202，待提取的成分204——通常是烘焙和研磨咖啡“RG”——容纳在胶囊的中央部分207处，顶部部分206被布置在该中央部分207上方。此外，另一部分208设置在中央部分207下方，并且包括另一个膜209(称为底膜)，该底膜封闭胶囊，被提取或溶解物质通过该胶囊被释放。
图3是根据本发明的一方面的加热单元的示意性透视图。所示出的是例如用于饮料制备机器(未示出；见例如图1中的1)的加热单元100，该加热单元包括：外套或壳体103(下面仅标识为壳体)；加热元件104；用于接收例如从流体储器(未示出；见例如图1中的2)泵送的流体、优选为液体如水的预加热管101。该预加热管包括终止于或连接至壳体103中的加热腔室108的管入口102和管出口107。该加热元件104的至少一部分(即，有效部分)位于加热室108中，并且适于加热其中的液体。壳体103还包括连接至加热室108的液体出口105，在液体通过加热元件104被加热之后在该液体出口处离开壳体103。壳体103还包括壳体部分109中的中心孔或开口106。预加热管101至少部分地位于壳体103内，并且以这样的方式：当液体从管入口102到管出口107通过预加热管101时，加热元件104将加热预加热管101内的液体。
这样，使用相同的加热元件104在两个阶段有效地加热液体：首先在液体进入加热单元100之后藉由预加热管101移动时，然后再第二次，当液体在加热腔室108中被接收并穿过加热腔室108至液体出口105时。这为加热液体提供了非常有效的方式。此外，避免了例如在当前的煮器式加热器中完成的、在相同质量的液体或水内混合热和冷的液体或水的问题，因为液体或水将在到达加热腔室108之前被加热。此外，用于提供足够的加热水所需的启动时间也减少了。
预加热管101可以是其他常规管，但其之所以这样称谓是因为其提供液体或水在进入加热腔室108之前的初始加热或预加热。
在又一实施例(如图3所示)中，预加热管101的至少一部分具有大致圆柱形盘管形状。以相同的方式，加热元件104的至少一部分也具有大致圆柱形盘管的形状并且加热元件104的至少一部分位于预加热管101的圆柱形盘管形状的内部。
在一个特定实施例中(如图3所示)，加热元件104的大致圆柱形盘管形状的外径比预加热管101的大致圆柱形盘管形状的内径小一程度，使得加热元件104的圆柱形盘管形状紧密地配合在预加热管101的大致圆柱形盘管形状内。可替代地，图3所示的构型可以反置，使得输送流体的预加热盘管102具有小于盘绕的加热元件104的直径，从而使加热元件104定位成在内侧具有加热盘管，加热元件104位于所述预加热管101外侧周围。换句话说，预加热管101的大致圆柱形盘管形状的至少一部分位于加热元件104的大致圆柱形盘管形状内。这可能是有益的，因为在加热元件的一些实施例中，有效的加热元件104可能具有最小的弯曲半径，这使得加热元件具有较大的半径，同时仍提供紧凑的加热单元100。
这提供了非常紧凑的加热单元100以及对预加热管101中的液体或水的有效加热。可以理解的是，直径的差值在某些实施例中可以更大。壳体103也可具有大致圆柱形形状，这增加了加热单元100的紧凑性。可以例如使用布置成例如靠近液体出口105的温度传感器来提供温度控制，加热元件104的加热效果可以响应于来自温度传感器的输出和从控制***等接收的所需或优选温度形式的输入来调节。
图4是图3的加热单元的示意性分解图。所示出的是加热单元100，其元件在分解视图中拆开。元件对应于例如与图3相关联示出和解释的元件。在该图中，壳体部件109更清楚地示出。壳体部件109形成壳体103的顶部件，并且具有各种的切口或孔以容纳突出到壳体103之外的元件的部分，例如像管入口102和加热元件104的一部分。
壳体部件109的中心孔或开口106在该实施例中具有类似水滴形状的横截面。中心孔或开口106的存在可用于针对所提供的加热元件优化加热腔室中的液体体积，即因此加热元件的效果被调节成针对所述液体体积，从而确保提高加热效率和/或减少加热时间。此外，该中心孔或开口106的具体形状也可以例如通过控制加热腔室中各处的流体与加热元件的各部分之间的距离优化加热元件的加热能力。这样的中心孔或开口106尤其在具有大致圆柱形盘管形状的加热元件和/或预加热管时工作良好，因为盘管形状可以“绕过”孔或开口。如从图中可以看出，类似水滴的形状使得——对于加热元件的一些布局——中心孔或开口的壁与加热元件之间的靠近避免了具有与加热元件具有相对大的距离的液体的存在。
图5是图3的加热单元的示意性俯视图。该视图便利地显示了加热单元100的该具体实施例的紧凑特性和中心孔或开口106的形状。
图6是图3的加热单元的示意性仰视图。该视图也便利地显示了加热单元100的该具体实施例的紧凑特性和中心孔或开口106的形状。
图7是另一替代加热单元的示意性俯视图。该加热单元100对应于图3的加热单元，除了本实施例中的中心孔或开口106具有圆形的横截面，而不是类似水滴的形状。中心孔或开口106在本实施例中具有与图4中提到的相同的目的，即针对所提供的加热元件调节加热腔室中的液体量并且中心孔或开口调节成较小但仍存在提供中心孔或开口的壁与加热元件之间的接近的效果。此外，具有圆形横截面的中心孔或开口更容易，从而制造成本更低。
在整个本说明书中，术语“顶膜”应被理解为由机器的流体注入针刺穿的膜，与“底膜”相反，“底膜”应被理解为位于胶囊的相对侧上的膜。该定义使得当胶囊和机器两者以工作方式接合时无论胶囊在机器内的位置如何，“顶膜”和“底膜”均这样定义。
应该理解，本领域技术人员将能显见对于本文描述的目前优选的实施方式所做的各种改变和修改。可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出这些改变和修改，并且不会减少其附带的优点。因此，这些改变和修改应被认为由所附权利要求所覆盖。

Claims (21)

1.一种用于饮料制备机器(1)的加热单元(100)，所述机器(1)适合于通过使饮料成分与流体混合来制备饮料，所述机器包括用于使所述流体至少从流体源经所述机器到达所述加热单元进行循环的泵，所述加热单元(100)适合于加热所述流体并包括：
(iii)限定流体加热腔室(108)的壳体(103)，和
(iv)位于所述壳体(103)内并适合于加热其中的所述流体的加热元件(104)，
-所述加热单元(100)还包括用于经所述加热单元(100)传输从所述泵接收的所述流体的预加热管(101)，所述预加热管(101)包括管入口(102)和管出口(107)，所述管出口(107)与所述加热腔室(108)连接，
-其中，所述预加热管(101)以如下方式至少部分地位于所述壳体(103)内，使得所述加热元件(104)将在预加热的所述流体经所述管出口(107)被释放到所述加热腔室(108)内之前至少部分地加热所述预加热管(101)中的所述流体；
-其中，所述预加热管(101)的至少一部分具有大致圆柱形盘管的形状；
其特征在于，所述加热元件(104)的至少一部分位于所述预加热管(101)的圆柱形盘管形状内。
2.根据权利要求1所述的加热单元(100)，其中，所述加热元件(104)的至少一部分具有大致圆柱形盘管的形状。
3.根据权利要求2所述的加热单元(100)，其中，所述加热元件(104)的大致圆柱形盘管形状的外径小于所述预加热管(101)的大致圆柱形盘管形状的内径。
4.根据权利要求3所述的加热单元(100)，其中，所述加热元件(104)的大致圆柱形盘管形状的外径比所述预加热管(101)的大致圆柱形盘管形状的内径小到使得所述加热元件(104)的圆柱形盘管形状紧密地配合在所述预加热管(101)的大致圆柱形盘管形状内的程度。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的加热单元(100)，其中，所述壳体(103)还包括中心开口(106)，其中所述中心开口(106)的体积和/或形状使得能够针对所述加热元件(104)使所述加热腔室(108)中的流体的体积最佳化。
6.根据权利要求5所述的加热单元(100)，其中，所述中心开口(106)在至少一个预定位置处具有基本上圆形的横截面。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的加热单元(100)，其中，所述预加热管(101)位于与所述加热元件(104)相距一距离处，该距离小于10mm。
8.根据权利要求7所述的加热单元(100)，其中，该距离小于5mm。
9.根据权利要求8所述的加热单元(100)，其中，该距离小于1mm。
10.一种用于饮料制备机器(1)的加热单元(100)，所述机器(1)适合于通过使饮料成分与流体混合来制备饮料，所述机器包括用于使所述流体至少从流体源经所述机器到达所述加热单元进行循环的泵，所述加热单元(100)适合于加热所述流体并包括：
(iii)限定流体加热腔室(108)的壳体(103)，和
(iv)位于所述壳体(103)内并适合于加热其中的所述流体的加热元件(104)，
-所述加热单元(100)还包括用于经所述加热单元(100)传输从所述泵接收的所述流体的预加热管(101)，所述预加 热管(101)包括管入口(102)和管出口(107)，所述管出口(107)与所述加热腔室(108)连接，
-其中，所述预加热管(101)以如下方式至少部分地位于所述壳体(103)内，使得所述加热元件(104)将在预加热的所述流体经所述管出口(107)被释放到所述加热腔室(108)内之前至少部分地加热所述预加热管(101)中的所述流体；
-其中，所述加热元件(104)的至少一部分具有大致圆柱形盘管的形状；
其特征在于，所述预加热管(101)的至少一部分位于所述加热元件(104)的圆柱形盘管形状内。
11.根据权利要求10所述的加热单元(100)，其中，所述预加热管(101)的至少一部分具有大致圆柱形盘管的形状。
12.根据权利要求11所述的加热单元(100)，其中，所述预加热管(101)的大致圆柱形盘管形状的外径小于所述加热元件(104)的大致圆柱形盘管形状的内径。
13.根据权利要求12所述的加热单元(100)，其中，所述预加热管(101)的大致圆柱形盘管形状的外径比所述加热元件(104)的大致圆柱形盘管形状的内径小到使得所述预加热管(101)的圆柱形盘管形状紧密地配合在所述加热元件(104)的大致圆柱形盘管形状内的程度。
14.根据权利要求10-13中任一项所述的加热单元(100)，其中，所述壳体(103)还包括中心开口(106)，其中所述中心开口(106)的体积和/或形状使得能够针对所述加热元件(104)使所述加热腔室(108)中的流体的体积最佳化。
15.根据权利要求14所述的加热单元(100)，其中，所述中心开口(106)在至少一个预定位置处具有基本上圆形的横截面。
16.根据权利要求10-13中任一项所述的加热单元(100)，其中，所述预加热管(101)位于与所述加热元件(104)相距一距离处，该距离小于10mm。
17.根据权利要求16所述的加热单元(100)，其中，该距离小于5mm。
18.根据权利要求17所述的加热单元(100)，其中，该距离小于1mm。
19.一种饮料制备机器(1)，包括：
(v)用于流体的储器(2)，
(vi)适于接收至少一种饮料制备成分(204)的冲煮头(3)，
(vii)泵，该泵用于将预定体积的所述流体从所述储器(2)泵送到所述冲煮头(3)，使得所述流体能够被注入所述冲煮头(3)，以在压力下与所述成分(204)混合并产生预定体积的饮料，
(viii)用于在从所述储器(2)泵送的流体进入所述冲煮头前加热所述流体的加热单元(100)，
其特征在于，所述加热单元(100)是根据权利要求1-18中任一项所述的加热单元(100)。
20.根据权利要求19所述的饮料制备机器(1)，其中，所述冲煮头适于接收至少一个成分胶囊(200)以及适于在所述成分胶囊被所述冲煮头(3)接收时将流体注入所述成分胶囊(200)内，所述成分胶囊包括至少一种饮料制备成分(204)。
21.根据权利要求19或20所述的饮料制备机器(1)，其中，所述泵用于在压力下将流体注入所述冲煮头(3)内。
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