CN114340456A - 用于制备饮料的自动售货机中的连续流式电磁感应流体加热器 - Google Patents

Abstract

一种用于制备饮料的自动售货机中的连续流式电磁感应流体加热器(1、1’、1”)。该连续流式电磁感应流体加热器(1、1’、1”)包括：管状体(7)，该管状体具有纵向轴线(A)，在内部为流体定义了至少一个通道(7a)，并且包括至少一个入口开口(8)，在使用中，待加热流体通过该入口开口供给到通道(7a)，以及一个出口开口(10)，在使用中，已加热流体通过该出口开口从通道(7a)流出；加热元件(13、13’、13”)，其至少部分地设置在通道(7a)内部以便在使用中由流体冲刷；以及电绕组(11)，其直接接触地围绕管状体(7)的外表面(12)缠绕，并能够被供电以产生电磁感应场，并且通过该电磁感应场的作用以此种方式加热加热元件(13、13’、13”)。入口和出口开口(8、10)设置在管状体(7)的相应轴向两端处，相对于纵向轴线(A)的相应偏心位置中。

Description

用于制备饮料的自动售货机中的连续流式电磁感应流体加 热器

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2019年6月18日递交的申请号为102019000009384的意大利专利申请的优先权，该全部公开通过引用并入本文。

技术领域

本发明通常涉及用于制备饮料的自动售货机领域，特别地，涉及一种用于在用于制备饮料的自动售货机中加热流体，特别是水、牛奶、空气等的连续流式电磁感应流体加热器，以从无水材料制备热饮料，例如咖啡、茶、热巧克力等。

背景技术

用于制备饮料的自动售货机，特别地，用于从无水材料制备热饮(例如咖啡、茶、热巧克力等)，是已知的。

这种自动售货机设有一个或多个用于加热水的加热器，例如锅炉或水壶。已知的加热器通常包括加热元件，该加热元件由电阻材料制成并且易于加热容纳在机器的水箱或容器内的水。

更具体地，该加热元件永久地浸在容器中容纳的水中；电势差被施加到加热元件的端部。因此在后者内产生电流，由于焦耳效应，电流将能量以热的形式耗散，从而通过传导将水加热。

因此有必要将容纳在容器中的水维持在所需温度以保证饮料的快速分配。

由此可见，如果机器保持长时间不工作，将消耗大量能量来将容器内的水维持在所需温度(通常高于85℃)。

此外，上述加热器是蓄能器类型的，即在容器中容纳给定体积的水并且将水加热并维持在所需温度的类型；当需要分配一定体积的热水以制备相应的饮料时，从容器中排出的热水由常温水注满。因此，容器中的水需要被再次加热并升至所需温度，以确保在所需温度下进行下一次分配。

在后一种情况下，这样需要等待时间来重新加热水，其持续时长取决于在一次或多次先前分配期间分配的热水量。

除了温度，需要满足的一个重要规范是分配的热水的流速，这首先取决于待制备的饮料类型；例如，在用可溶性物质生产饮料的情况下，需要相当大(至少10cc/s)的热水流速。在已分配热水的高流速下，容器中容纳的水的温度会迅速下降，导致为了后续分配的长等待时间或获得的饮料中的可溶性物质会形成块状物。

FR-A-2855359、EP-A-1380243和DE-A-102007034370示出了通过用电阻产生的热量加热水的连续流式热水器的示例。

上述涉及在用于制备饮料的自动售货机中加热水的问题源于给定质量的水加热时的热惯性。

为了弥补这些技术缺陷，利用电磁感应现象来加热水的解决方案是已知的。

特别地，连续流式热水器是已知的，其利用电磁感应以在由导电材料制成的管内产生寄生电流，待加热的水在该管内流动。寄生电流通过焦耳效应以热量的形式耗散能量，从而加热管并进而加热与管接触的水。

已知电磁感应加热器是特别有利的，因为它们允许水的快速加热。

本申请人的EP-A-2868242描述了一种加热器，其包括金属管，该金属管绕制成螺旋形状并容纳在由电绝缘材料制成的线轴的空腔中，该金属管上缠绕有电磁感应绕组。

该绕组被供给交变电流，交变电流通过电磁感应产生寄生电流，寄生电流通过焦耳效应加热螺旋金属管，从而加热在其内部流动的水。

该线轴连接到机器的支撑结构上，而金属管与线轴间没有机械连接，金属管由液压线路简单支撑，通过简单快速(推入式)接头连接到该液压线路。

更具体地，金属管和线轴被自由空间(气隙)径向隔开。

这样，加热器的维护，特别是金属管的更换更容易、更经济和更简单。

JP-A-2001284034描述了通过电磁感应的连续流式热水器的示例。

发明内容

尽管上述类型的加热器代表了一种用于在用于从无水材料制备饮料的自动售货机中加热水的功能上可行的解决方案，但申请人有机会验证已知的加热器能够进一步改进，特别是在通过该加热器可实现的热交换效率方面。

本发明的目的是实现一种连续流式电磁感应流体加热器，其非常可靠且成本有限，并且可以满足与已知加热器相关的上述规定的要求。

根据本发明，该目的通过连续流式电磁感应流体加热器和通过用于制备热饮料的自动售货机实现，该自动售货机包括如所附权利要求中要求保护的这种连续流式电磁感应流体加热器。

附图说明

图1是包括根据本发明的第一优选实施例实现的加热器的供应和加热组件的透视示意图，为清晰起见已移除部件；

图2以放大比例示出了沿图1中所示线II-II的轴向截面，为清晰起见已移除部件；

图3示出了沿图2中所示线III-III的横截面；

图4与图2类似，并以放大比例示出了根据本发明的第二优选实施例的加热器的相应轴向截面，并为清晰起见已移除部件；

图5与图3类似，并示出了图4所示加热器的相应横截面。

图6与图2类似，并以放大比例示出了根据本发明的第三优选实施例的加热器的相应轴向截面，并为清晰起见已移除部件；以及

图7与图3类似，并示出了图6中所示加热器的相应横截面。

具体实施方式

下面将参考水加热来描述本发明，因此不放弃任何一般性，因为它还可以用于加热用于制备饮料的自动售货机中使用的其他类型的流体，特别是液态奶或用于乳化液态奶或水以外的流体的空气。

参考图1至图3，连续流式电磁感应流体加热器作为一个整体用1表示，其用于在用于制备饮料的自动售货机(未示出)中加热流体，特别是水，特别是从无水材料热饮，例如咖啡、茶、热巧克力等。

特别地，加热器1是上述机器的供应和加热组件2的一部分，该供应和加热组件2包括：

-液压供应线路3(在图1中示意性示出)，其设置有容纳水(优选地为常温下的水)的容器4，并且其被配置为通过管5将水流从容器4引导至加热装置1；以及

-电路6(在图1中示意性示出)，其功能将在下文中阐明。

详细地，加热器1连接到电路6并流体地连接到液压线路3。

如图2所示，加热器1包括为水在内部定义了流动通道7a的管状体7。该管状体7因此是中空的，具有纵向轴线A并且包括：入口开口8，在使用中，由液压线路3输送的待加热的水通过入口开口8被供给到通道7a；以及出口开口10，在使用中，已加热的水通过该出口开口10从通道7a流出。

根据该优选且非限制性的实施例，管状体7基本为直线的，而通道7a与轴线A同轴地被获取并且通道7a具有基本为圆形的横截面。

根据未示出的可选实施例，管状体7和/或通道7a可以具有非直线构造，例如包括一个或多个弯曲部分；此外，通道7a可以具有非圆形横截面(例如椭圆形、卵形、正方形、矩形、多边形等)。

管状体7以未详细描述的已知方式附接至机器的内部支撑结构(未示出)。

特别地，加热器1包括上端部14和下端部15，该上端部14和该下端部15设置在管状体7的轴向相对侧上，固定至管状体7并且易于联接(特别是安装)至机器的内部支撑结构。

更具体地，上端部14和下端部15定义了管状体7的相应轴向闭合元件。

在一个实施例中，上端部14和下端部15以可移除的方式(例如通过螺纹联接)联接至管状体7。

如图1和2所示，入口开口8和出口开口10分别由从上端部14和从下端部15轴向延伸的相应突起定义。

详细地，上端部14在内部定义了管道17，该管道17将入口开口8流体地连接至通道7a，从而允许水通过上端部14并流入通道7a。

类似地，下端部15在内部定义了管道18，该管道18将通道7a流体地连接至出口开口10，从而允许水通过下端部15并流出管状体7。

鉴于上述情况，入口开口8和出口开口10设置在管状体7的相应轴向两端处。

在所示示例中，出口开口10流体地连接至出口管16(图1)。该出口管16配置为将已加热的水从加热装置1引导至饮料生产室(未示出)，在饮料生产室已加热的水冲调通常包含在预先刺穿的胶囊中的无水材料。这样获得的饮料随后从生产室传送到分配器(也未示出)，通过分配器将饮料从机器中排出。

加热器1还包括由多个同心螺旋11a定义的绕组11，这些同心螺旋11a直接接触地围绕管状体7的外表面12缠绕。

详细地，绕组11配置为被供应给定的振荡频率下的交变电流并且以这种方式产生电磁感应场。

更详细地，在使用中，电路6向绕组11的各端部11b施加交变电压，从而产生上述交变电流和上述电磁感应场。

优选地，管状体7由具有零磁化率的材料制成。

这样，管状体7与由绕组11产生的电磁感应场相互影响到最小程度或基本上完全不相互影响，从而防止对后者的干扰。

加热器1还包括加热元件13，加热元件13设置在通道7a内部，以便在使用中被在所述通道7a内部流动的水流冲刷，并且在使用中可以通过由绕组11产生的电磁感应场激活。

具体地，通过向绕组11供应交变电流，产生交变电磁感应场，其通量线在通道7a内部相交，特别是穿过加热元件13。根据法拉第定律，产生的电磁感应场通量的变化在加热元件13内部产生寄生电流，该寄生电流通过焦耳效应加热加热元件13。

加热元件13方便地由铁磁材料制成。这样，在加热元件13内部电磁感应场的线更紧密，优化了寄生电流的产生，并且该线在管状体7内部不会耗散。

在使用中，在通道7a内部流动的水冲刷加热元件13并因此通过传导进行热交换而被加热。

如图2所示，加热元件13通过间隙20与管状体7、更准确地与通道7a的内表面19径向间隔开，在使用中，水在该间隙20内流动。

详细地，加热元件13在通道7a内轴向地从上端部14延伸到下端部15而从未接触过通道7a的内表面19。更具体地，加热元件13固定至上端部14和下端部14。

根据该优选且非限制性的实施例，加热元件13具有基本为圆形的横截面并且与轴线A同轴地容纳在通道7a内。

因此，间隙20具有基本为环形的横截面。

根据未示出的可选实施例，加热元件13可以具有非圆形横截面，例如椭圆形、卵形、正方形、矩形、多边形等。

在图2和3所示的示例中，加热元件13包括单个杆元件，特别地，由单个杆元件构成。

如图1和2所示，供应和加热组件2还包括温度传感器21，该温度传感器21配置为测量出口开口10处的水温。

特别地，传感器21至少部分地设置在加热器1的下端部15的管道18内部，并且因此配置为以可接受的近似程度测量出口开口10处的水温。

组件2还包括逻辑单元22，逻辑单元22配置为获得由传感器21测量的温度值。

逻辑单元22还配置为控制电路6的激活和去活，以及控制由电路6施加到绕组11的交变电压的振荡频率。

在使用中，逻辑单元22基于由传感器21测得的出水温度值，调整振荡频率，进而调整电路6输出的电功率。众所周知，越高的温度对应越大的电功率，这是由于加热元件13的焦耳效应产生的更多热量。

这样，逻辑单元22控制出水温度的变化。

有利地，管状体7的入口开口8和出口开口10分别设置在相对于轴线A的偏心位置。

特别地，入口开口8和出口开口10分别设置在相对于轴线A的径向相反位置。

这样，在使用中，水在通道7a内根据非层流运动方式从入口开口8流向出口开口10。实际上，由于入口开口8和出口开口10二者位于相对于轴线A的径向相反的两侧，所以水在间隙20内以涡旋运动围绕加热元件13流动，以这样的方式使流体与所述加热元件13的接触均匀。

下面将特别参考常温下的水在容器4内部的初始条件来描述根据本发明的加热器1的运行。

在这种情况下，当用户命令分配饮料时，逻辑单元22通过已知类型的阀和泵***(在图1中示意性示出)允许待加热的水流通过入口开口8和管状体7内部的管道17。

同时，该逻辑单元22控制电路6的激活，该电路将给定频率下的交变电压施加到绕组11的端部11b，从而产生交变电流，进而又产生上述电磁感应场。

如上所述，该场引起加热元件13的加热，加热元件13加热在通道7a内流动并冲刷所述加热元件13的水。

当已加热的水流过管道18时，传感器21测量水的温度并将测量值发送到逻辑单元21。这样，实现了对已测量温度的闭环控制。

然后通过管16将已加热的水输送到用于生产选定饮料的腔室。

参考图4和图5，根据本发明的可选优选实施例实现的连续流式加热器整体用1’表示。

由于加热器1’在结构和运行上与加热器1相似，下面将仅描述相对于后者的结构和功能差异。

将使用相同的附图标记来表示相似或等效的部件和/或特征。

特别地，加热器1’与加热器1的不同之处在于它设有加热元件13’，该加热元件13’包括多个杆元件，特别地由多个杆元件构成。

更具体地，加热元件13’由一束杆元件构成，该杆元件的直径小于形成加热器1的加热元件13的单个杆元件的直径。

具体地，加热元件13’的每个杆元件在通道7a内轴向从上端部14延伸到下端部15。

更具体地，该杆元件固定至这些上端部14和下端部15。

在使用中，在通道7a内流动的水流冲刷每个杆元件，在杆元件之间的通道7a的空隙中流动。由于加热元件13’的总传热面大于加热元件13的总传热面，因此热交换得到改善。

参考图6和图7，根据本发明的另一个优选实施例实现的连续流式加热器整体用1”表示。

由于加热器1”在结构和运行上与加热器1相似，下面将仅描述相对于后者的结构和功能差异。

将使用相同的附图标记来表示相似或等效的部件和/或特征。

特别地，加热器1”与加热器1的不同之处在于它设有加热元件13”，该加热元件13”包括多个薄壁板，特别地由多个薄壁板构成。

具体地，加热元件13”的每一块板在通道7a内沿轴向从上端部14延伸到下端部15。

更具体地，该板固定至这些上端部14和下端部15。

在使用中，在通道7a内流动的水流冲刷每个薄壁板，在每对板之间定义的空隙中流动。由于加热元件13”的总传热面实际上大于加热元件13’的总传热面，因此热交换得到改善。

通过对根据本发明实现的加热器1、1’、1”的特征的检查，它们可实现的优点变得明显。

特别地，由于入口开口8和出口开口10的设置，可以在管状体7的通道7a内实现水的均匀流动，从而实现围绕加热元件13、13’、13”的基本涡流，以及因此实现与后者的有效且更均匀的热交换。

此外，由于加热元件13’的形状，由于交换表面大于加热元件13的交换表面，所以可以实现改进的热交换。

此外，由于加热元件13”的形状，由于加热元件13”的交换表面与体积之间的比率比加热元件13、13’的交换表面与体积之间的比率大，所以这种改进甚至更加明显。

很明显，所描述的和所示出的加热器1、1’、1”可以在不脱离由权利要求定义的保护范围下进行修改和变化。

Claims (9)

1.一种用于制备饮料的自动售货机中的连续流式电磁感应流体加热器(1、1’、1”)，

所述连续流式电磁感应流体加热器(1、1’、1”)包括：

-至少一个管状体(7)，其具有纵向轴线(A)，在内部为流体定义了至少一个通道(7a)，并且包括：至少一个入口开口(8)，在使用中，待加热的所述流体通过所述入口开口(8)被供给到所述通道(7a)；以及一个出口开口(10)，在使用中，已加热的所述流体通过所述出口开口(10)从所述通道(7a)流出；

-加热元件(13、13’、13”)，其至少部分地设置在所述通道(7a)内部，以便在使用中由所述流体冲刷；以及

-电绕组(11)，其直接接触地围绕所述管状体(7)的外表面(12)缠绕，并且能够被供电以产生电磁感应场，并由于所述电磁感应场的影响，通过此种方式加热所述加热元件(13、13’、13”)；

所述入口和出口开口(8、10)设置在所述管状体(7)的相应轴向两端处，相对于所述纵向轴线(A)的偏心位置中。

2.根据权利要求1所述的连续流式电磁感应流体加热器(1、1’、1”)，其中，所述入口和所述出口开口(8、10)设置在相对于所述轴线(A)的相应径向相反的位置中。

3.根据权利要求1或2所述的连续流式电磁感应流体加热器(1、1’、1”)，其中，所述加热元件(13、13’、13”)与所述通道(7a)的内表面(19)通过间隙(20)径向间隔开，在使用中，所述流体在所述间隙(20)内部流动。

4.根据前述任一权利要求所述的连续流式电磁感应流体加热器(1、1’、1”)，其中，所述加热元件(13、13’、13”)与所述轴线(A)同轴设置。

5.根据前述任一权利要求所述的连续流式电磁感应流体加热器(1、1’、1”)，其中，所述管状体(7)由具有零磁化率的材料制成。

6.根据前述任一权利要求所述的连续流式电磁感应流体加热器(1、1’、1”)，其中，所述通道(7a)具有基本为圆形的横截面。

7.根据前述任一权利要求所述的连续流式电磁感应流体加热器(1、1’)，其中，所述加热元件(13、13’)包括一个或多个杆元件或一个或多个薄壁板，所述杆元件或薄壁板在使用中易于由所述流体冲刷。

8.根据权利要求7所述的连续流式电磁感应流体加热器(1、1’、1”)，其中，杆元件具有基本为圆形的横截面。

9.一种用于制备和分配饮料的自动售货机，包括：

-根据前述任一权利要求所述的连续流式电磁感应流体加热器(1、1’、1”)；

-流体供应线路(3)，流体地连接到所述连续流式电磁感应流体加热器(1、1’、1”)以向其供应流体；以及

-电源供应线路(6)，电连接到所述电绕组(11)以为其供电。

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