JP7242913B2 - 飲料自動販売機における連続流れの電磁誘導流体加熱装置 - Google Patents

Description

関連する特許出願の相互参照
この特許出願は、2019年6月18日に出願されたイタリア特許出願第102019000009384号からの優先権を主張する。

本発明は、一般に、飲料自動販売機の分野に関し、また詳細には、例えば、コーヒー、紅茶、ココア、等など、無水材料から熱い飲料を調製するために、流体、特に、水、牛乳、空気等を、飲料自動販売機において加熱するための連続流れの電磁誘導流体加熱装置に関する。

特に、例えば、コーヒー、紅茶、ココア、または同様のものなど、無水材料から熱い飲料を調製するための飲料自動販売機が知られている。

このような飲料自動販売機は、例えば、煮沸器または湯沸かしなど、水を加熱するように構成された1つまたは複数の加熱装置を備える。知られている加熱装置は、概して、抵抗性の材料から作られた加熱要素を備え、機械のタンクまたは容器の内部に保持された水を加熱することが多い。

より具体的には、加熱要素は、容器に保持された水の中に恒久的に浸漬され、電位差が加熱要素の両端に加えられる。したがって、電流が後者の内部で生成され、電流は、ジュール効果により熱の形でエネルギーを消費し、伝導によって水を加熱する。

したがって、飲料の迅速な供給を保証するために、容器に保持された水を望ましい温度に維持することが必要である。

機械が、長期間にわたり停止状態にある場合、容器の内部の水を、望ましい温度(通常、85℃超)に維持するためには、かなりの量のエネルギー消費が生ずる。

さらに上記で述べた加熱装置は、蓄熱器タイプ、すなわち、所与の量の水が容器に保持され、水が加熱されて、望ましい温度で維持されるタイプのものであり、対応する飲料を調製するために一定量の熱い水の供給が要求された場合、容器から取り出された熱い水は、室温の水で補給される。容器内の水は、したがって、次の供給が望ましい温度で行われることを保証するように加熱され、かつ望ましい温度まで再度上昇させる必要がある。

後者の場合はしたがって、水を再加熱するための待ち時間が必要であり、その持続期間は、1回または複数回の前の供給中に分与した熱い水の量に依存する。

温度に加えて、満たされるべき重要な仕様は、供給される熱い水の流量であり、それは、特に調製される飲料のタイプに依存する、例えば、溶解性物質により作られる飲料の場合、熱い水のかなりの流量(少なくとも10cc/s)が必要になる。供給される熱い水が高い流量である場合、容器内に保持される水の温度が急速に低下して、その後の供給に長い待ち時間を生ずる、または溶解性物質が固まりを形成するおそれのある飲料が得られることになる。

特許文献1、特許文献2、および特許文献3は、電気抵抗を用いて生成される熱によって水を加熱するための連続流れの水加熱装置の例を示す。

飲料自動販売機における水の加熱に関する上記で述べた問題は、所与の水量が加熱される熱慣性に起因する。

これらの技術的な欠点を改善するように、水を加熱するために電磁誘導の現象を利用する解決策が知られている。

特に、加熱される水がその中を流れる導電材料から作られたダクト内に寄生電流を生成するように、電磁誘導を利用する連続流れの水加熱装置が知られている。寄生電流は、ジュール効果により、熱の形でエネルギーを消費し、したがって、ダクトを加熱し、その結果、ダクトに接触して流れる水を加熱する。

電磁誘導加熱装置は、水の急速な加熱を可能にするので、特に有利であることが知られている。

本出願人のEP-A-2868242(特許文献4)は、螺旋形状に巻かれ、かつ電気絶縁材料から作られたスプールの空洞部に収容され、その上に電磁誘導の巻き線が巻かれた金属ダクトを備える加熱装置を述べる。

巻き線には、交番電流が供給され、それは、電磁誘導により寄生電流を生成し、寄生電流は、ジュール効果により、螺旋状の金属製ダクトを、したがって、ダクト内部を流れる水を加熱する。

スプールは、機械の支持構造に取り付けられるが、金属ダクトは、スプールとの機械的な取付けを有しておらず、簡単なクイック(押込み)嵌合により接続される流体回路により支持されるに過ぎない。

より具体的には、金属ダクトおよびスプールは、半径方向に、自由空間(空気間隙)により分離される。

このように、加熱装置の維持、特に金属ダクトの交換は、容易であり、より経済的であり、簡単化される。

特許文献5は、電磁誘導による例示的な連続流れの水加熱装置を述べている。

仏国特許出願公開第2855359号明細書 欧州特許出願公開第1380243号明細書 独国特許出願公開第102007034370号明細書 欧州特許出願公開第2868242号明細書 特開2001-284034号公報

上記で述べたタイプの加熱装置は、飲料自動販売機において水を加熱するための機能的に実行可能な解決策を表しているが、本出願人は、特に加熱装置により達成可能な熱交換の効率に関して、知られた加熱装置を、さらに改良できることを検証する機会を得た。

本発明の目的は、非常に信頼性があり、コストが限られており、かつ知られた加熱装置に関して上記で示した要件を満足させることのできる連続流れの電磁誘導流体加熱装置を実現することである。

本発明によれば、この目的は、連続流れの電磁誘導流体加熱装置により、かつ添付の特許請求の範囲で請求されるような連続流れの電磁誘導流体加熱装置を備える熱い飲料を調製するための自動販売機により達成される。

本発明の第1の好ましい実施形態により実現される加熱装置を備える供給および加熱組立体の、明確化のために部品を外した概略的な斜視図である。 図1で示された線II-IIに沿った軸方向断面を、拡大した尺度で、かつ明確化のために部品を外した状態で示す図である。 図2で示された線III-IIIに沿った横断面を示す図である。 本発明の第2の好ましい実施形態による加熱装置の対応する軸方向断面を、拡大した尺度で、かつ明確化のために部品を外した状態で示す、図2に類似した図である。 図4で示された加熱装置の対応する横断面を示す、図3に類似した図である。 本発明の第3の好ましい実施形態による加熱装置の対応する軸方向断面を、拡大した尺度で、かつ明確化のために部品を外した状態で示す、図2に類似した図である。 図6で示された加熱装置の対応する横断面を示す、図3に類似した図である。

本発明は、特に液体牛乳、もしくは液体牛乳を乳化するために使用される空気、または水以外の流体など、飲料自動販売機で利用される他のタイプの流体を加熱するためにも使用できるので、結果として何らかの一般性を放棄することなく、水の加熱を参照して以下で述べられる。

図1から図3を参照すると、特に、例えば、コーヒー、紅茶、ココア、等など、無水材料から熱い飲料を調整するための飲料自動販売機(図示せず)において、特に水である流体を加熱するための連続流れの電磁誘導流体加熱装置が、全体として1により示されている。

特に、加熱装置1は、前述の飲料自動販売機の供給および加熱組立体2の一部であり、それは、
- 好ましくは室温である水を含む容器4を備え、かつ管5により、水の流れを、容器4から加熱デバイス1に向けて導くように構成された流体供給回路3(図1で概略的に示される)と、
- 以下でその機能が明らかにされる電気回路6(図1で概略的に示される)と
を備える。

詳細には、加熱装置1は、電気回路6に接続され、流体回路3に流体接続される。

図2で示されるように、加熱装置1は、水に対する流れチャネル7aを内部で画定する管状本体7を備える。管状本体7は、したがって中空であり、長手方向軸Aを有し、かつ流体回路3により運ばれた加熱される水が、使用時にその中を通ってチャネル7aへと供給される入口開口部8と、加熱された水が、使用時にその中を通ってチャネル7aから流出する出口開口部10とを備える。

この好ましく、かつ非限定的な実施形態によれば、管状本体7は実質的に直線であるが、チャネル7aは、軸Aに対して同軸に得られ、実質的に円形の横断面を有する。

図示されていない代替の実施形態によれば、管状本体7および/またはチャネル7aは、例えば、1つまたは複数の湾曲したセクションを含むなど、非直線的な構成を有することができ、さらに、チャネル7aは、非円形の横断面(例えば、楕円形、卵形、正方形、長方形、多角形など)を有することができる。

管状本体7は、詳細には述べない知られた方法で、機械の内部の支持構造(図示せず)に取り付けられる。

特に、加熱装置1は、管状本体7の軸方向の両側に配置され、管状本体7に固定され、かつ機械の内部の支持構造に結合される(特に取り付けられる)ことの多い上端部14および下端部15を備える。

より具体的には、上端部14および下端部15は、管状本体7のそれぞれ軸方向に閉じる要素を画定する。

一実施形態では、上端部14および下端部15は、例えば、ねじ込み結合によるなど、取外し可能な方法で、管状本体7に結合される。

図1および図2で示されるように、入口開口部8および出口開口部10は、上端部14から、また下端部15から、それぞれ軸方向に延びる各突起により画定される。

詳細には、上端部14は、内部に通路17を画定し、それは、入口開口部8を流体的にチャネル7aに接続し、したがって、水が上端部14を通過し、チャネル7aに流入できるようにする。

同様に、下端部15は、内部に通路18を画定し、それは、チャネル7aを出口開口部10に流体的に接続し、したがって、水が下端部15を通過し、管状本体7から流出できるようにする。

上記を考慮すると、入口開口部8および出口開口部10は、管状本体7の両側の各軸方向端部に配置される。

示された例では、出口開口部10は、出口管16(図1)に流体的に接続される。この出口管16は、加熱された水を加熱デバイス1から飲料作製チャンバ(図示せず)へと導くように構成され、加熱された水は、あらかじめ孔があけられたカプセルに概して含まれる無水材料を包む。このようにして得られた飲料は、次いで、作製チャンバから供給器(これも図示されていない)に運ばれ、それにより、機械から排出される。

加熱装置1は、管状本体7の外側面12の周囲に直接接触して巻かれた複数の同心の渦巻き線11aにより画定される巻き線11をさらに備える。

詳細には、巻き線11は、所与の振動周波数の交番電流が供給されるように、かつこの方法において、電磁誘導場を生成するように構成される。

さらに詳細には、電気回路6は、使用時、巻き線11の各端部11bに交番電圧を加えて、前述の交番電流および前述の電磁誘導場を生成する。

好ましくは、管状本体7は、磁化率ゼロを有する材料から作られる。

このように、管状本体7は、巻き線11によって生成される電磁誘導場と最小程度に相互作用する、または本質的に全く相互作用することなく、したがって、電磁誘導場の乱れを阻止する。

加熱装置1は、加熱要素13をさらに備え、それは、使用時に、前記チャネル7aの内側を流れる水の流れによって包まれるようにチャネル7aの内部に配置され、かつ使用時に、巻き線11によって生成される電磁誘導場によって活動化され得る。

具体的には、巻き線11に交番電流を供給することにより、交番する電磁誘導場が生成され、その磁束線がチャネル7a内に集まり、特に、加熱要素13を貫通する。ファラデーの法則によれば、生じた電磁誘導場の磁束の変動は、加熱要素13の内部で寄生電流を生成し、それは、ジュール効果により加熱要素13を加熱する。

加熱要素13は、強磁性材料から作られると好都合である。この方法では、電磁誘導場の線は、加熱要素13の内部で共に接近しており、寄生電流の生成を最適化し、管状本体7の内部で消費されない。

使用時に、チャネル7aの内側を流れる水は、加熱要素13を包み、したがって、伝導による熱交換によって加熱される。

図2で示されるように、加熱要素13は、使用時にその内側を水が流れる間隙20によって、管状本体7から、より正確には、チャネル7aの内側面19から、半径方向に離間される。

詳細には、加熱要素13は、チャネル7aの内側面19に決して接触することなく、上端部14から下端部15へと、チャネル7aの内側で軸方向に延びる。より具体的には、加熱要素13は、上端部14および下端部15に固定される。

この好ましく、かつ非限定的な実施形態によれば、加熱要素13は、実質的に円形の横断面を有し、かつ軸Aと同軸にチャネル7aの内部に収容される。

したがって、間隙20は、実質的に環状の横断面を有する。

図示されていない代替の実施形態によれば、加熱要素13は、例えば、楕円形、卵形、正方形、長方形、多角形など、非円形の横断面を有することができる。

図2および図3で示された例では、加熱要素13は、単一のバー要素を含む、特にそれにより構成される。

図1および図2で示されるように、供給および加熱組立体2は、出口開口部10における水の温度を測定するように構成された温度センサ21をさらに備える。

特に、センサ21は、加熱装置1の下端部15の通路18の内側に、少なくとも部分的に配置され、したがって、許容できる程度の近似で、出口開口部10における水の温度を測定するように構成される。

組立体2は、センサ21によって測定された温度値を取得するように構成された論理ユニット22をさらに備える。

論理ユニット22はまた、電気回路6の活動化および非活動化を制御するように、ならびに電気回路6により巻き線11に加えられる交番電圧の振動周波数を制御するように構成される。

使用時には、センサ21によって測定された送出される水の温度値に基づき、論理ユニット22は、電気回路6により振動周波数を、したがって、電力出力を調整する。加熱要素13によるジュール効果で生成される大きな熱の結果として、高い温度は大きな電力に対応していることはよく知られている。

このように、論理ユニット22は、送出される水の温度の変動を制御する。

管状本体7の入口開口部8および出口開口部10は、それぞれ、軸Aに対して偏心した位置に配置されると有利である。

特に、入口開口部8および出口開口部10は、それぞれ、軸Aに対して直径に沿って反対側の位置に配置される。

このように、水は、使用時、非層流運動様式(non-laminar motion regime)に従って、入口開口部8から出口開口部10へと、チャネル7aの内側を流れる。実際に、2つの入口開口部8および出口開口部10が、軸Aに対して直径に沿って反対側に存在するので、水は、流体と前記加熱要素13の接触を一様にするように、加熱要素13の周囲における渦巻き運動で間隙20の内側を流れる。

本発明による加熱装置1の動作は、室温の水が容器4の内部にあるという初期条件を特に参照して、以下で述べられる。

この条件において、ユーザが飲料の供給を注文したとき、論理ユニット22は、知られたタイプの弁およびポンプのシステム(図1に概略的に示す)により、入口開口部8、および管状本体7の内側の通路17を通る水の流れを加熱できるようにする。

同時に、論理ユニット22は、電気回路6の活動化を制御し、それは、所与の周波数の交番電圧を巻き線11の端部11bに加えて、交番電流を生成し、次いで、前述の電磁誘導場を生成する。

上記で述べたように、この場は、加熱要素13の加熱を生じ、それは、チャネル7aの内側を流れ、前記加熱要素13を包む水を加熱する。

加熱された水が通路18を通って流れるとき、センサ21は、その温度を測定し、測定値を論理ユニット22に送る。このように、測定された温度の閉ループ制御が達成される。

加熱された水は、次いで、選択された飲料を作るためのチャンバへと、管16によって運ばれる。

図4および図5を参照すると、本発明の代替的な好ましい実施形態に従って実現される連続流れの加熱装置が、全体として1'により示される。

加熱装置1'は、構造および動作に関しては、加熱装置1と同様であるので、後者に対する構造的、かつ機能的な差だけを、以下で述べるものとする。

同様の、または等価な部分および/または特徴を示すために、同じ参照が使用される。

特に、加熱装置1'は、複数のバー要素を備える、特にそれにより構成される加熱要素13'を備える点で、加熱装置1とは異なる。

より具体的には、加熱要素13'は、加熱装置1の加熱要素13を形成する単一のバー要素の直径よりも小さい直径を有するバー要素の束により構成される。

具体的には、加熱要素13'のバー要素のそれぞれは、上端部14から下端部15まで、チャネル7aの内側で軸方向に延びる。

より具体的には、バー要素は、これらの上端部14および下端部15に固定される。

使用時には、チャネル7aの内側を流れる水の流れは、バー要素のそれぞれを包み、バー要素の間でチャネル7aの間隙内を流れる。加熱要素13'の伝達面全体が、加熱要素13のものよりも大きいので、結果として熱交換が向上する。

図6および図7を参照すると、本発明のさらに好ましい実施形態に従って実現される連続流れの加熱装置が、全体として1''により示される。

加熱装置1''は、構造および動作に関しては、加熱装置1と同様であるので、後者に対する構造的かつ機能的な差だけを以下で述べるものとする。

同様の、または等価な部分および/もしくは特徴を示すために同じ参照が使用される。

特に、加熱装置1''は、複数の薄い壁のシートを備える、特にそれにより構成される加熱要素13''を備える点で加熱装置1とは異なる。

具体的には、加熱要素13''のシートのそれぞれは、上端部14から下端部15へとチャネル7aの内側で軸方向に延びる。

より具体的には、シートは、これらの上端部14から下端部15に固定される。

使用する場合、チャネル7aの内側を流れる水の流れは、薄い壁のシートのそれぞれを包み、シートの各対の間で範囲が定められた間隙内を流れる。加熱要素13''の交換面の全体は、加熱要素13'のものよりもさらに大きいので、結果として、熱交換は向上する。

本発明に従って実現される加熱装置1、1'、1''の特徴を調べることにより、それらにより達成可能になる利点が明らかになる。

特に、入口開口部8および出口開口部10の構成の結果、管状本体7のチャネル7aの内側で水の一様な流れを達成して、加熱要素13、13'、13''の周囲に実質的に渦流を達成し、それにより後者との効率的、かつより一様な熱交換を達成することが可能になる。

さらに、加熱要素13'の形状の結果、交換面は、加熱要素13のものよりも大きいので、向上させた熱交換を達成することが可能になる。

さらに、加熱要素13''の形状の結果、加熱要素13''の交換面と容積の間の比が、加熱要素13、13'の交換面と容積の間の比に対して大きいので、この向上は、より知覚することができる。

述べられ、示された加熱装置1、1'、1''は、結果として特許請求の範囲により定義された保護の範囲を逸脱することなく、修正および変更できることは明らかである。

1 加熱装置
1' 加熱装置
1'' 加熱装置
2 供給および加熱組立体
3 流体供給回路
4 容器
5 管
6 電気回路
7 管状本体
7a チャネル
8 入口開口部
10 出口開口部
11 巻き線
11a 渦巻き線
11b 端部
12 外側表面
13 加熱要素
13' 加熱要素
13'' 加熱要素
14 上端部
15 下端部
16 出口管
17 通路
18 通路
19 内側面
20 間隙
21 温度センサ
22 論理ユニット
A 長手方向軸

Claims (9)

1. 飲料自動販売機のための連続流れの電磁誘導流体加熱装置(1、1'、1'')であって、
   - 長手方向軸(A)を有し、流体に対する少なくとも1つのチャネル(7a)を内部に画定し、かつ使用時に、加熱される前記流体がそれを通って前記チャネル(7a)に供給される少なくとも1つの入口開口部(8)、および使用時に、前記加熱された流体がそれを通って前記チャネル(7a)から流出する1つの出口開口部(10)を含む少なくとも1つの管状本体(7)と、
   - 使用時に、前記流体により包まれるように、少なくとも部分的に、前記チャネル(7a)の内部に配置される加熱要素(13、13'、13'')と、
   - 前記管状本体(7)の外側面(12)の周囲に直接接触して巻かれ、かつ電力が供給されて、電磁誘導場を生成し、かつこのように、前記電磁誘導場の作用により前記加熱要素(13、13'、13'')を加熱することができる電気的な巻き線(11)と
   を備え、
   前記入口および出口開口部(8、10)は、前記長手方向軸(A)に対して偏心した位置にある、前記管状本体(7)のそれぞれ反対側の軸端部に配置される、連続流れの電磁誘導流体加熱装置(1、1'、1'')。
2. 前記入口および前記出口開口部(8、10)は、前記軸(A)に対して、それぞれ、直径に沿って反対側の位置に配置される、請求項1に記載の連続流れの電磁誘導流体加熱装置(1、1'、1'')。
3. 前記加熱要素(13、13'、13'')は、使用時に、その内側を前記流体が流れる間隙(20)を介して、前記チャネル(7a)の内側面(19)から半径方向に離間される、請求項1または2に記載の連続流れの電磁誘導流体加熱装置(1、1'、1'')。
4. 前記加熱要素(13、13'、13'')は、前記軸(A)に対して同軸に配置される、請求項1から3のいずれか一項に記載の連続流れの電磁誘導流体加熱装置(1、1'、1'')。
5. 前記管状本体(7)は、磁化率ゼロを有する材料から作られる、請求項1から4のいずれか一項に記載の連続流れの電磁誘導流体加熱装置(1、1'、1'')。
6. 前記チャネル(7a)は、実質的に円形の横断面を有する、請求項1から5のいずれか一項に記載の連続流れの電磁誘導流体加熱装置(1、1'、1'')。
7. 前記加熱要素(13、13')は、使用時に、前記流体に包まれやすい1つもしくは複数のバー要素、または1つもしくは複数の薄い壁のシートを備える、請求項1から6のいずれか一項に記載の連続流れの電磁誘導流体加熱装置(1、1')。
8. バー要素は、実質的に円形の形状を有する横断面を有する、請求項7に記載の連続流れの電磁誘導流体加熱装置(1、1'、1'')。
9. 飲料自動販売機であって、
   - 請求項1から8のいずれか一項に記載の連続流れの電磁誘導流体加熱装置(1、1'、1'')と、
   - 前記連続流れの電磁誘導流体加熱装置(1、1'、1'')に流体接続され、それに流体を供給するための流体供給回路(3)と、
   - 前記電気的な巻き線(11)に電気的に接続されて、それに電力を供給する電力供給回路(6)と
   を備える飲料自動販売機。

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