Нагревательные устройства и аппарат
В изобретении предложено нагревательное устройство, содержащее конструкцию-основу, содержащую канал для текучей среды и нагревательный элемент, причем нагревательный элемент размещен с возможностью использования для нагрева текучей среды внутри канала для текучей среды, при этом нагревательное устройство дополнительно содержит охладитель, размещенный с возможностью использования для охлаждения канала для текучей среды. 4 н. и 27 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к нагревательным устройствам, в частности к нагревательным элементам, содержащим нагревательный элемент и охладитель, который во время эксплуатации размещен с возможностью охлаждения нагревательного элемента. Настоящее изобретение дополнительно относится к способу охлаждения нагревательного элемента нагревательного устройства; аппарату для приготовления напитка, содержащему нагревательное устройство; и способу приготовления одного или более напитков.
Предпосылки создания изобретения
Проточные нагреватели с малой тепловой массой (далее упоминаемые как FTH) используют в некоторых приборах, в частности в кухонных приборах, например в чайниках и устройствах для заваривания, таких как кофемашины, для быстрой подачи нагретой жидкости для приготовления напитка. Известные проточные нагреватели с малой тепловой массой могут содержать непрямолинейный канал для потока жидкости, выполненный с возможностью соединения с нагревательным элементом для нагрева жидкости внутри канала при необходимости подачи горячей жидкости. В приборах для приготовления напитка, содержащих такие нагревательные устройства, например приборах для приготовления кофе и/или горячего шоколада, жидкость (обычно вода или молоко) может быть нагрета эффективным и быстрым способом, благодаря чему пользователь получает преимущество, связанное с возможностью последовательного заваривания или приготовления нескольких напитков без необходимости нагревания воды и/или молока после каждого приготовления напитка.
В последнее время наблюдается рост потребления холодных напитков как в домашних условиях, так и в других местах. Из-за этого возрос потребительский спрос на устройства (особенно для домашнего потребления), с помощью которых потребитель может поочередно готовить горячие и холодные напитки.
Недостаток известных приборов, относящихся к описанному выше типу, состоит в возможном переносе остаточного тепла от нагретого канала для текучей среды в холодный напиток при выдаче холодного напитка после приготовления горячего напитка. Из-за этого качество холодного напитка может ухудшиться, например, появится посторонний привкус или напиток будет иметь нежелательную температуру. Хотя благодаря проточным нагревателям с малой тепловой массой удается по существу уменьшить время рассеивания тепла, тем не менее, остаточное тепло после нагревания жидкости для напитка хотя бы незначительно, но сохраняется в их массе.
Для устранения указанного недостатка были разработаны приборы, включающие в себя обходные клапаны, которые активируются при приготовлении требуемых холодных напитков для потребителя. Для того чтобы холодная жидкость для напитка обходила нагретый канал для текучей среды FTH, используют альтернативную линию канала; эта линия предназначена только для холодного жидкого напитка, и ею управляют с помощью обходных клапанов.
Однако такие типы приборов, к которым относится FTH, включающий нагреваемую линию канала для текучей среды и специальную отдельную линию
канала для холодной текучей среды, управляемые с помощью клапанов, имеют ряд недостатков, в том числе повышение стоимости, усложнение системы (а значит повышение риска возникновения неисправностей) и сложность очистки из-за использования множества клапанов, вследствие чего ухудшаются гигиенические характеристики. В частности, приборы, включающие в себя обходные клапаны, демонстрируют меньшую надежность из-за их склонности к засорению и поломке, особенно при использовании с молоком, что, следовательно, приводит к повышению расходов потребителя.
В этом контексте преимущество состоит в возможности отвода остаточного тепла от FTH, и в частности от его нагретого канала для текучей среды, для приготовления холодного напитка с использованием того же канала вскоре после заваривания горячего напитка.
Таким образом, преимущественным был бы прибор, с помощью которого потребитель мог бы попеременно готовить горячие и холодные напитки с использованием одних и тех же каналов для текучей среды внутри нагревательного устройства, при этом он, возможно, занимал бы меньше места на кухонной полке.
Дополнительное преимущество заключается в возможности для потребителя попеременного приготовления горячих и холодных напитков, при этом не нужно ждать, пока охладятся каналы для текучей среды внутри прибора после выдачи горячего напитка, благодаря чему ускоряется приготовление холодного напитка.
Еще одно преимущество заключается в возможности быстрого отведения остаточного тепла от нагревательных устройств, таких как FTH, после
приготовления горячего напитка, для выдачи холодного напитка с требуемой температурой в чашку без ухудшения качества.
Еще одно дополнительное преимущество заключается в возможном исключении обходных клапанов из известных нагревательных устройств приборов, описанных выше в настоящем документе, благодаря чему система будет менее сложной, более компактной, более гигиеничной и/или более надежной.
Дополнительное преимущество заключается в возможности обеспечения охладителя, полностью отделенного от нагреваемого канала для текучей среды, вследствие чего можно использовать несколько типов охлаждающей среды с возможностью повышения мощности охлаждения и ускорения охлаждения.
Еще одно преимущество заключается в возможности перенесения тепла из нагретого канала для текучей среды и это применении этого остаточного тепла для повышения температуры жидкости, предназначенной для дополнительного нагрева, для экономии энергии нагревания, благодаря чему устройства будут более экологически безопасными.
Таким образом, цель вариантов осуществления изобретения заключается в удовлетворении большой потребности в оптимизированном нагревательном устройстве, таком как FTH, и/или в преодолении или уменьшении по меньшей мере одной из проблем известного уровня техники, описанных в настоящем документе.
Изложение сущности изобретения
В соответствии с первым аспектом изобретения предложено нагревательное устройство, содержащее конструкцию-основу, содержащую канал для текучей среды и нагревательный элемент, причем нагревательный элемент размещен с возможностью использования для нагрева текучей среды внутри канала для текучей среды, при этом нагревательное устройство дополнительно содержит охладитель, размещенный с возможностью использования для охлаждения канала для текучей среды.
Применение встроенного охладителя внутри конструкции-основы нагревательного устройства, такого как FTH, позволяет устранить один или более недостатков известных систем, описанных выше в настоящем документе. За счет введения охладителя, который в процессе эксплуатации по существу охлаждает материал нагретого канала для текучей среды, нагревательные устройства согласно первому аспекту изобретения обеспечивают возможность попеременного приготовления горячих и холодных напитков посредством одного и того же нагревательного устройства без использования обходных клапанов, за счет чего получается напиток более высокого качества и ускоряется приготовление холодного напитка без необходимости в ожидании охлаждения системы после приготовления горячего напитка. Благодаря использованию охладителя для охлаждения канала для текучей среды после выдачи горячего напитка также можно улучшить общие гигиенические характеристики нагревательного устройства за счет поддержания в канале для текучей среды более низкой температуры в течение более длительных периодов времени, предотвращая тем самым развитие в среде канала для текучей среды благоприятных условий для роста бактерий или других микроорганизмов.
Канал для текучей среды может проходить через конструкцию-основу или может быть расположен на одной или более ее поверхностях. Канал для текучей среды может содержать металл, сплав или любой другой подходящий теплопроводный материал.
В некоторых вариантах осуществления нагревательный элемент по меньшей мере частично соответствует линии канала для текучей среды, сформированной по меньшей мере одним каналом для текучей среды, и может полностью соответствовать линии канала для текучей среды канала для текучей среды.
Конструкция-основа предпочтительно представляет собой пластинчатую конструкцию, которая может содержать теплопроводный материал, благодаря которому происходит теплообмен между каналом для текучей среды и охладителем.
В предпочтительном варианте осуществления охладитель содержит канал охлаждения. Канал охлаждения может быть размещен с возможностью использования для охлаждения канала для текучей среды, когда в канале для текучей среды по существу отсутствует нагретая текучая среда или текучие среды и предпочтительно по существу отсутствует нагретая жидкость или жидкости.
В некоторых вариантах осуществления канал охлаждения может быть расположен выше или ниже канала для текучей среды. По меньшей мере участок канала охлаждения может быть предпочтительно расположен смежно с по меньшей мере одной стороной по меньшей мере участка канала для текучей
среды, и по меньшей мере участок канала охлаждения может быть предпочтительно расположен смежно с по меньшей мере двумя различными сторонами по меньшей мере участка канала для текучей среды. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере участок канала охлаждения может быть расположен смежно с по меньшей мере одной стороной (предпочтительно по меньшей мере двумя сторонами) по меньшей мере участка канала для текучей среды и на некотором расстоянии от нее. В некоторых вариантах осуществления канал для текучей среды расположен смежно и предпочтительно расположен на некотором расстоянии относительно всей по меньшей мере одной стороны, а предпочтительно двух сторон, канала для текучей среды.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере участок канала охлаждения может примыкать к по меньшей мере одной стороне по меньшей мере участка канала для текучей среды или соприкасаться с ней или по меньшей мере участок канала охлаждения может дополнительно примыкать к по меньшей мере двум различным сторонам, предпочтительно к противоположным сторонам, по меньшей мере участка канала для текучей среды или соприкасаться с ними. В некоторых вариантах осуществления канал для текучей среды примыкает ко всей по меньшей мере одной стороне и предпочтительно к двум сторонам канала для текучей среды или соприкасается с ними; и таким образом может проходить непрерывно вдоль одной или более сторон канала для текучей среды.
В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере участок канала для текучей среды и по меньшей мере участок канала охлаждения расположены в перемежающемся порядке по всей конструкции-основе или по меньшей мере на ее участке. По меньшей мере участок канала для текучей среды и по меньшей мере участок канала охлаждения предпочтительно непрямолинейны. По меньшей мере участок канала для текучей среды и по меньшей мере участок канала охлаждения могут предпочтительно иметь форму, выбранную из спиральной, волнообразной, лабиринтообразной, бустрофедоновой и зигзагообразной формы, или форму, представляющую собой любую комбинацию указанных форм.
В некоторых вариантах осуществления в процессе эксплуатации текучая среда в канале для текучей среды и текучая среда в канале охлаждения могут протекать в одном и том же направлении или в противоположных направлениях. В процессе эксплуатации текучая среда в канале для текучей среды может предпочтительно представлять собой жидкость и/или газ, в частности воду и/или молоко. В процессе эксплуатации текучая среда в канале охлаждения может предпочтительно представлять собой жидкость.
В соответствии со вторым аспектом изобретения предложен способ охлаждения канала для текучей среды нагревательного устройства согласно первому аспекту изобретения, включающий стадии переноса нагретой текучей среды по каналу для текучей среды; и использования охладителя для охлаждения канала для текучей среды.
В предпочтительном варианте осуществления охладитель нагревательного устройства содержит канал охлаждения, а способ может дополнительно включать стадию переноса охлаждающей текучей среды по каналу охлаждения для охлаждения канала для текучей среды за счет теплопередачи.
В некоторых вариантах осуществления способ может включать стадию по существу опорожнения канала для текучей среды от нагретой текучей среды перед использованием охладителя для охлаждения канала для текучей среды. Способ может включать по существу опорожнение канала для текучей среды от нагретой жидкости, а также необязательно пара.
В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно включать стадию рециркуляции охлаждающей текучей среды после пропускания охлаждающей текучей среды через канал охлаждения. Охлаждающая текучая среда, вобравшая остаточное тепло от нагретого канала для текучей среды и, таким образом, имеющая повышенную температуру по сравнению с исходной охлаждающей текучей средой, может быть использована, например, в качестве текучей среды для последующего переноса по каналу для текучей среды. Поскольку охлаждающая текучая среда вбирает тепло и ее температура повышается по сравнению с ненагретой охлаждающей текучей средой, протекание нагретой охлаждающей текучей среды через канал для текучей среды сокращает время, необходимое для нагрева текучей среды в канале для текучей среды до требуемой температуры.
Стадия переноса текучей среды внутри канала охлаждения может предпочтительно включать первую стадию охлаждения, причем охлаждающая текучая среда имеет температуру не выше температуры окружающей среды и предпочтительно не выше 25°C. В некоторых вариантах осуществления охлаждающая текучая среда имеет температуру от 30°C до 10°C, например от 25°C до 15°C.
В предпочтительном варианте осуществления стадия переноса текучей среды внутри канала охлаждения может дополнительно включать вторую стадию охлаждения, причем охлаждающая текучая среда имеет температуру не выше 10°C и предпочтительно не выше 5°C. Охлаждающая текучая среда, используемая на второй стадии охлаждения, может иметь температуру от 1°C до 12°C, например от 2°C до 10°C, или от 3°C до 8°C, или приблизительно 4°C.
В некоторых вариантах осуществления охлаждающая текучая среда может быть рециркулирована. Тепло, вобранное охлаждающей текучей средой, может быть предпочтительно использовано для нагрева дополнительной текучей среды, или нагретая охлаждающая текучая среда может быть рециркулирована или использована в качестве нагревающей текучей среды.
В некоторых вариантах осуществления линия канала охлаждения может представлять собой специальную линию, отделенную от линии канала для текучей среды. Внутри специальной линии канала охлаждения может находиться охлаждающая текучая среда, такая как, например, гликоль и/или вода, и/или любая их комбинация, благодаря чему повышается интенсивность охлаждения канала охлаждения.
В соответствии с третьим аспектом изобретения предложен аппарат для приготовления напитка, содержащий нагревательное устройство согласно первому аспекту изобретения.
Аппарат предпочтительно представляет собой варочный аппарат для приготовления напитка, такой как, например, аппарат для приготовления кофе.
Аппарат может содержать один или более резервуаров для текучей среды, таких как, например, резервуар для жидкости для напитка (которая может представлять собой, например, воду или молоко), резервуар для охлаждающей текучей среды или охлаждающее устройство и резервуар для рециркулированной охлаждающей текучей среды.
Аппарат может содержать одну или более емкостей или контейнеров для ингредиента, таких как контейнеры с молотым или быстрорастворимым кофе или горячим шоколадом.
Аппарат может представлять собой аппарат для приготовления напитка по заказу и может содержать одну или более камер для, например, введения в них таблеток, капсул или других емкостей, содержащих ингредиенты напитка.
В соответствии с четвертым аспектом изобретения предложен способ приготовления одного или более напитков, включающий стадии: нагревания текучей среды для напитка в канале для текучей среды нагревательного элемента аппарата для приготовления напитка в соответствии с третьим аспектом изобретения; переноса нагретой текучей среды для напитка из канала для текучей среды; охлаждения канала для текучей среды; и необязательно пропускания дополнительного объема текучей среды через канал для текучей среды.
В некоторых вариантах осуществления способ может включать стадию введения таблетки, капсулы или другой емкости, содержащей ингредиенты напитка, в одну или более камер и переноса нагретого напитка через таблетку, капсулу или емкость для экстракции и/или растворения ингредиентов.
Охлаждение нагретого канала для текучей среды может включать перенос охлаждающей текучей среды через канал охлаждения, причем температура текучей среды не превышает температуру окружающей среды и предпочтительно не превышает 25°C.
В предпочтительном варианте осуществления способ может дополнительно включать вторую стадию охлаждения, на которой охлаждающую текучую среду пропускают через канал охлаждения при температуре не выше 10°C и предпочтительно не выше 5°C.
В некоторых вариантах осуществления охлаждающая текучая среда может быть рециркулирована и может быть впоследствии использована, например, в качестве текучей среды для напитка. Тепло, вбираемое охлаждающей текучей средой от канала для текучей среды, может быть использовано для нагрева дополнительной текучей среды.
В предпочтительном варианте осуществления способ может дополнительно включать стадию пропускания второй жидкости через канал для текучей среды для приготовления дополнительного напитка. Вторая жидкость может быть ненагретой или нагретой.
Способ может дополнительно включать стадию выдачи напитка в чашку и/или кружку или в любой другой контейнер для напитка.
Подробное описание изобретения
Для лучшего понимания изобретения далее исключительно в качестве примера будут описаны варианты его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.
На Фиг. 1 представлен вид сверху вниз первого варианта осуществления нагревательного устройства в соответствии с изобретением.
На Фиг. 2 представлен вид в поперечном разрезе по линии C-C первого варианта осуществления, изображенного на Фиг. 1.
На Фиг. 3 представлен вид сверху вниз второго варианта осуществления нагревательного устройства в соответствии с изобретением.
На Фиг. 4 представлена принципиальная блок-схема первого варианта осуществления аппарата для приготовления напитка в соответствии с изобретением без рециркуляции охлаждающей текучей среды.
На Фиг. 5 представлена принципиальная блок-схема второго варианта осуществления аппарата для приготовления напитка в соответствии с изобретением с рециркуляцией охлаждающей текучей среды.
На Фиг. 6 представлена принципиальная блок-схема третьего варианта осуществления аппарата для приготовления напитка в соответствии с изобретением с рециркуляцией охлаждающей текучей среды.
На описанных ниже фигурах одинаковые числа соответствуют одинаковым компонентам.
На Фиг. 1 и Фиг. 2 представлен вариант осуществления нагревательного устройства (2) в соответствии с изобретением для применения в аппарате для приготовления напитка. Проточное термическое нагревательное устройство (FTH) (1) содержит нагревательное устройство (2), содержащее конструкцию-основу в виде пластинчатой конструкции (4). Нагревательное устройство (2) внутри пластинчатой конструкции (4) содержит канал (6) для текучей среды для
протекания нагревающей текучей среды (не показана) через FTH (1) и охладитель в виде канала (10) охлаждения для протекания охлаждающей текучей среды (не показана) через FTH (1), когда нужно охладить канал (6) для текучей среды в системе для приготовления холодного напитка после выдачи горячего напитка. Кроме того, нагревательное устройство (2) содержит нагреватель в виде нагревательного элемента (8), который расположен ниже канала (6) для текучей среды и в непосредственной близости от него, для осуществления теплообмена с каналом (6) для текучей среды за счет прямого и/или косвенного контакта. Нагревательный элемент (8) может соответствовать линии канала (6) для текучей среды или может частично соответствовать линии канала (6) для текучей среды.
В дополнительном варианте расположения согласно первому варианту осуществления нагреватель (8) может быть расположен выше, а не ниже, канала (6) для текучей среды и в непосредственной близости от него.
Пластинчатая конструкция (4) сформирована из теплопроводного материала для обеспечения теплообмена между компонентами пластинчатой конструкции (4), такими как, например, канал (6) для текучей среды и нагревательный элемент (8); и/или канал (6) для текучей среды и канал (10) охлаждения; и/или канал (6) для текучей среды и нагревающая текучая среда (не показана); и/или канал (10) охлаждения и охлаждающая текучая среда (не показана).
Емкость канала охлаждения находится в диапазоне от 2 до 5 см3, но в альтернативных вариантах осуществления указанная емкость может быть больше или меньше, и точное значение емкости зависит от типа аппарата, в котором используют нагревательное устройство (2).
Канал (6) для текучей среды и канал (10) охлаждения согласно варианту осуществления, показанному на Фиг. 1 и 2, выполнен в виде узора/линии с по существу спиральной формой.
В альтернативном варианте расположения согласно первому варианту осуществления линия канала может иметь другие формы, например волнообразную, лабиринтообразную, бустрофедоновую и зигзагообразную или форму, представляющую собой любую комбинацию указанных форм.
В дополнительном варианте расположения согласно первому варианту осуществления в любой из указанных различных конфигураций (волнообразной, лабиринтообразной, бустрофедоновой и зигзагообразной) узоры/линии канала (6) для текучей среды и канала (10) охлаждения могут быть расположены смежно друг с другом вдоль всей длины узоров/линий канала или в альтернативном варианте осуществления вдоль только участка их длины.
В варианте осуществления, показанном на Фиг. 1, линия канала (6) для текучей среды и канал (10) охлаждения расположены смежно друг с другом вдоль всей линии канала и по существу расположены на некотором расстоянии друг от друга вдоль всей длины. В указанной конфигурации обе боковые стороны канала (6) для текучей среды расположены смежно с каналом (10) охлаждения вдоль по существу всей длины канала (6) для текучей среды.
В альтернативном варианте расположения указанные линии канала могут быть расположены смежно друг с другом и по существу находиться на некотором расстоянии друг от друга вдоль всей длины двух каналов (6, 10) или только на участке длины двух каналов (6, 10).
В дополнительном варианте расположения согласно варианту осуществления канал (6) для текучей среды может примыкать к по меньшей мере одной стороне канала (10) охлаждения или соприкасаться с ней вдоль всей длины двух каналов (6, 10).
В еще одном варианте расположения канал (6) для текучей среды может примыкать к по меньшей мере одной стороне канала (10) охлаждения или соприкасаться с ней вдоль только участка длины двух каналов (6, 10).
В варианте осуществления, показанном на Фиг. 1 и 2, канал (6) для текучей среды содержит впускное отверстие (12) канала для текучей среды и выпускное отверстие (16) канала для текучей среды, а канал (10) охлаждения содержит впускное отверстие (14) канала охлаждения и выпускное отверстие (18) канала охлаждения. Впускные отверстия (12, 14) расположены в области наружного края / наружной границы верхней поверхности (20) пластинчатой конструкции (4). Выпускные отверстия (16, 18) расположены по существу в центре верхней поверхности (20) пластинчатой конструкции (4). Благодаря этому изготовитель может легко соединять впускные и выпускные отверстия с гидравлическим контуром (не показан) FTH (1).
В дополнительном альтернативном варианте расположения, не показанном на фигурах, местоположения впускных отверстий (12, 14) и выпускных отверстий (16, 18) на пластинчатой конструкции (4) могут быть изменены таким образом, что впускные отверстия (12, 14) могут быть расположены в центре верхней поверхности (20) пластинчатой конструкции (4), а выпускные отверстия (16, 18) могут быть расположены в области наружного края / наружной границы верхней поверхности (20) пластинчатой конструкции (4).
На Фиг. 3 представлен второй вариант осуществления нагревательного устройства (2) в соответствии с изобретением, аналогичный варианту осуществления, показанному на Фиг. 1 и 2, причем одинаковые числа соответствуют одинаковым компонентам. Нагревательное устройство (2) содержит конструкцию-основу в виде пластинчатой конструкции (4). Внутри пластинчатой конструкции канал (6) для текучей среды и канал (10) охлаждения проходят на небольшом расстоянии друг от друга и выполнены в виде спиралеобразной линии. В отличие от варианта осуществления нагревательного устройства (2), показанного на Фиг. 1 и 2, нагревательное устройство (2), показанное на Фиг. 3, выполнено таким образом, что вдоль длины канала (6) для текучей среды канал (10) охлаждения проходит смежно только с одной стороной канала (6) для текучей среды, вдоль всей длины канала (6) для текучей среды.
В дополнительном варианте расположения согласно второму варианту осуществления, показанному на Фиг. 3, два канала (6, 10) могут быть расположены смежно и могут соприкасаться друг с другом только вдоль одной стороны их длины на по меньшей мере участке или по всей длине каналов (6, 10).
Впускное отверстие (12) канала для текучей среды, выпускное отверстие (16) канала для текучей среды, впускное отверстие (14) канала охлаждения и выпускное отверстие (18) канала охлаждения согласно второму варианту осуществления расположены в непосредственной близости друг к другу и смежно с наружным краем / наружной границей верхней поверхности (20) пластинчатой конструкции (4). Благодаря этому легко осуществить соединение с гидравлическим контуром (не показан) FTH (1), причем все впускные отверстия (12, 14) и выпускные отверстия (16, 18) расположены в одной и той же области и с одной стороны пластинчатой конструкции (4), из-за чего нагревательное устройство (2) легко производить и устанавливать.
В процессе эксплуатации нагревательные устройства (2) согласно любому из вариантов осуществления, описанных на Фиг. 1–3, применяют в аппарате для приготовления напитка. Оператор может легко приготовить горячий напиток посредством активации FTH (1). Нагретую текучую среду (не показана) подают с расходом в диапазоне от 1 до 20 мл/с от впускного отверстия (12) канала для текучей среды через канал (6) для текучей среды к выпускному отверстию (16) канала для текучей среды. При этом пользователь активирует нагревательный элемент (8) (выбирая горячий напиток в соответствии с его предпочтением), затем происходит теплообмен между нагревательным элементом и каналом (6) для текучей среды, в результате чего текучая среда (не показана), протекающая через канал (6) для текучей среды, нагревается, после чего она готова к подаче для приготовления напитка.
Если после приготовления горячего напитка оператору требуется приготовить холодный напиток, канал (6) для текучей среды уже опорожнен, поскольку нагретая текучая среда (не показана) была перенесена и использована для приготовления напитка. Затем охлаждающая текучая среда (не показана) проходит через впускное отверстие (14) канала охлаждения и в канал (10) охлаждения. Охлаждающая текучая среда (не показана) изначально имеет температуру не выше температуры окружающей среды, предпочтительно не выше 25°C, и обеспечивает температуру в канале (10) охлаждения ниже температуры в канале (6) для текучей среды. Соответственно, происходит теплообмен между каналом (6) для текучей среды, в материале которого имеется остаточное тепло и который расположен по существу на некотором расстоянии вдоль всей длины канала (10) охлаждения и смежно с ним, и каналом (10) охлаждения, в результате чего снижается температура канала (6) для текучей среды и повышается температура охлаждающей текучей среды. На следующей стадии охлаждения для дополнительного снижения температуры в канале (6) для текучей среды охлаждающую текучую среду с более низкой температурой не выше 10°C (и предпочтительно не выше 5°C) пропускают через канал (10) охлаждения и происходит дополнительный теплообмен между каналом (6) для текучей среды и каналом (10) охлаждения. После этого охлажденный канал (6) для текучей среды и, следовательно, охлажденный FTH (1) готовы к приему дополнительного количества жидкости (не показана) для приготовления холодного напитка, который протекает через впускное отверстие (12) канала для текучей среды, канал (6) для текучей среды и, наконец, вытекает из выпускного отверстия (16) канала для текучей среды для приготовления холодного напитка.
На Фиг. 4 представлена принципиальная блок-схема первого варианта осуществления аппарата (100) для приготовления напитка в соответствии с настоящим изобретением без рециркуляции охлаждающей текучей среды.
Аппарат (100) для приготовления напитка содержит четыре основных компонента: резервуар (106) для воды; охлаждающее устройство (116); камеру (124) для ингредиента и нагревательное устройство в виде FTH (126) согласно изобретению. Все из резервуара (106) для воды, охлаждающего устройства (116), камеры (124) для ингредиента и FTH (126) соединено посредством водяного контура (102). Контур текучей среды включает в себя некоторое количество трубопроводов и клапанов, как описано ниже. Штуцер (104) подвода воды входит в резервуар (106) для воды; ниже по потоку относительно резервуара (106) для воды расположен главный водяной клапан (108); ниже по потоку относительно главного водяного клапана (108) расположены клапан (110) контура охлаждающего устройства и обходной клапан (112) охлаждающего устройства; ниже по потоку относительно клапана (110) контура охлаждающего устройства расположен трубопровод (114) для потока охлаждающего устройства, который входит в охлаждающее устройство (116); ниже по потоку относительно обходного клапана (112) охлаждающего устройства расположен трубопровод (117) для текучей среды для напитка; ниже по потоку относительно трубопровода (117) для текучей среды для напитка расположены клапан (118) для охлаждающей воды и клапан (120) для примешивания ингредиента; клапан (120) для примешивания ингредиента соединен с камерой (124) для примешивания ингредиента, а ниже по потоку относительно клапана (118) для охлаждающей воды расположен трубопровод (122) для охлажденной воды. Ниже по потоку относительно трубопровода (122) для охлажденной воды и камеры (124) для примешивания ингредиента расположен FTH (126). Штуцер отвода (130) охлажденной воды и выпускное отверстие (128) для напитка выполнено с возможностью соединения с FTH (126).
Далее будет описано применение аппарата (100) для приготовления напитка, показанного на Фиг. 4. Сначала вода поступает в главный резервуар (106) для воды через штуцер (104) подвода воды. Когда необходимо, чтобы вода проходила через водяной контур (102), главный водяной клапан (108) открывают, обеспечивая протекание воды ниже него по потоку.
Если необходимо приготовить горячий напиток, клапан (110) контура охлаждающего устройства закрывают таким образом, чтобы вода не могла вытекать из трубопровода (114) для потока охлаждающего устройства в охлаждающее устройство (116). В то же время открывают обходной клапан (112) охлаждающего устройства, и вода протекает через трубопровод (117) для текучей среды для напитка. Клапан (118) для охлаждающей воды закрывают, а клапан (120) для примешивания ингредиента открывают и вода протекает в камеру (124) для примешивания ингредиента, смешивается с ингредиентами, а затем протекает в FTH, нагревается в FTH (126) и выдается из выпускного отверстия (128). Ингредиенты напитка могут поступать из резервуара (125) для ингредиента или могут присутствовать в таблетке, капсуле или т. п. внутри камеры для примешивания ингредиента (не показана). Наконец, напиток выходит из выпускного отверстия (128) для напитка.
В этот момент в нагретом канале для текучей среды внутри FTH (126) отсутствует напиток и нагретая текучая среда, но присутствует остаточное тепло от горячего напитка и текучей среды. Если впоследствии потребуется выдать холодный напиток через FTH (126), клапан (120) для примешивания ингредиента закрывают, открывают клапан (118) для охлаждающей воды, закрывают обходной клапан (112) охлаждающего устройства и открывают клапан (110) контура охлаждающего устройства, в результате чего вода может протекать через трубопровод (114) для потока охлаждающего устройства, через охлаждающее устройство (116) и клапан (118) для охлаждающей воды; причем вода затем протекает через трубопровод (122) для охлажденной воды и поступает в FTH (126). Внутри FTH (126) охлажденная вода проходит через канал охлаждения и происходит теплопередача остаточного тепла в канале для текучей среды в канал охлаждения, в результате чего канал для текучей среды охлаждается до температуры не выше температуры окружающей среды и предпочтительно ниже 10°C, в то время как охлажденная вода в канале охлаждения нагревается и вытекает из FTH (126) через штуцер отвода (130) охлажденной воды.
Затем холодный напиток может быть выдан из аппарата (100) для приготовления напитка путем переноса охлажденной воды из охлаждающего устройства (116) через трубопровод (117) для текучей среды для напитка, через клапан (120) для примешивания ингредиента и пропускания охлажденной воды через камеру (124) для примешивания ингредиента и FTH (126) и, наконец, через выпускное отверстие (128) для напитка.
Как видно из приведенного выше описания, аппарат (100) для приготовления напитка, который содержит FTH (126) согласно изобретению, позволяет попеременно выдавать горячие и холодные напитки через один и тот же FTH (126), в то же время гарантируется, что холодный напиток не будет случайно нагрет остаточным теплом в любом канале для текучей среды FTH (126), и благодаря этому у холодного напитка, возможно, не будет постороннего привкуса, или выданный холодный напиток не будет иметь температуру ниже оптимальной температуры.
На Фиг. 5 представлен второй вариант осуществления аппарата (100) для приготовления напитка согласно изобретению. Аппарат (100) для приготовления напитка, показанный на Фиг. 5, аналогичен описанному выше в отношении Фиг. 4, причем одинаковые числа соответствуют одинаковым компонентам.
Аппарат (100) для приготовления напитка, показанный на Фиг. 5, включает в себя контур рециркуляции текучей среды, состоящий из трубопровода (132) для рециркуляции охлаждающей текучей среды, выполненного с возможностью соединения с FTH (126); резервуар (134) для рециркулированной воды, ниже по потоку относительно которого расположен клапан (136) для рециркулированной воды, благодаря которому можно обеспечить или предотвратить протекание рециркулированной воды обратно в контур (102) текучей среды ниже по потоку относительно главного водяного клапана (108).
Применение аппарата (100) для приготовления напитка, показанного на Фиг. 5, схоже с описанным выше для аппарата (100), показанного на Фиг. 4, за исключением того, что охлажденная вода, которая прошла через FTH (126) и которая вобрала в себя остаточное тепло, а значит нагрелась, может быть рециркулирована и возвращена в водяной контур (102) следующим образом.
Сначала нагретая охлаждающая текучая среда выходит из FTH (126) через трубопровод (132) для рециркуляции охлаждающей текучей среды и поступает в резервуар (134) для рециркулированной воды. Затем при необходимости можно открыть клапан (136) для рециркулированной воды, чтобы нагретая и рециркулированная охлаждающая вода поступала в водяной контур (102) ниже по потоку относительно главного водяного клапана (108). Далее нагретая рециркулированная охлаждающая вода смешивается с водой, выходящей из главного водяного клапана (108), из-за чего нагревается общий поток воды в водяном контуре (102). Впоследствии эта нагретая вода может протекать через обходной клапан (112) охлаждающего устройства и может быть использована в FTH (126), в котором требуется меньшее количество энергии для нагревания воды до любой требуемой температуры для приготовления горячего напитка из-за более высокой температуры.
В резервуаре (134) для рециркулированной воды может поддерживаться температура 20°C, предпочтительно в диапазоне от 30°C до 40°C. Рециркуляция нагретой охлаждающей текучей среды позволяет расходовать меньшее количество энергии в аппарате (100), когда необходимо приготовить дополнительный горячий напиток, поскольку температура воды в резервуаре (134) для рециркулированной воды уже имеет более высокую температуру вследствие теплообмена между каналом для текучей среды и каналом охлаждения внутри FTH (126). Благодаря этому аппарат (100) менее вреден для окружающей среды.
На Фиг. 6 представлен третий вариант осуществления аппарата (100) согласно изобретению, аналогичного аппарату, описанному выше в отношении Фиг. 4 и 5, причем одинаковые числа соответствуют одинаковым компонентам. В устройстве (100), показанном на Фиг. 6, камера (124) для примешивания ингредиента и резервуар (125) для ингредиента расположены ниже по потоку относительно FTH (126), а клапан для примешивания ингредиента функционирует в качестве клапана (124) FTH. В данном варианте осуществления, когда необходимо выдать горячий напиток, текучая среда для напитка проходит через клапан (124) FTH и непосредственно в FTH (126) для нагрева, затем нагретая вода протекает в камеру (124) для примешивания ингредиента для ее смешивания с ингредиентами. Ингредиенты могут поступать из резервуара (125) для ингредиента и/или могут находиться внутри камеры (124) для примешивания ингредиента в виде заменяемой таблетки, капсулы или другого контейнера, которые включают в себя по меньшей мере некоторые ингредиенты напитка. Вариант осуществления аппарата (100), показанного на Фиг. 6, в частности подходит для применения при заваривании и выдаче горячих напитков, таких как кофе и чай, поскольку нагретую воду из FTH (126) можно использовать для экстракции ингредиентов кофе или чая и их растворения в воде перед выдачей напитка из выпускного отверстия (128) для напитка. Охлаждение FTH (126) и рециркуляцию нагретой охлаждающей текучей среды выполняют аналогично описанию на Фиг. 4.
Применение таблеток, капсул или других контейнеров, которые включают в себя ингредиенты напитка, обладает особыми преимуществами, поскольку различные напитки могут быть выданы последовательно путем замены таблеток, капсул или контейнеров. Например, горячий кофе может быть выдан с применением кофейной таблетки или капсулы с последующим извлечением капсулы и заменой на молочную таблетку или капсулу; затем FTH (126) может быть охлажден, а охлажденная жидкость протекает через FTH (126), а также на молочную таблетку или капсулу для выдачи холодного или охлажденного молока.
Указанные выше варианты осуществления описаны только в качестве примера. Возможны различные вариации без отступления от сущности и объема изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.
1. Нагревательное устройство, содержащее:
конструкцию-основу, содержащую канал для текучей среды и нагревательный элемент, причем нагревательный элемент размещен с возможностью использования для нагрева текучей среды внутри канала для текучей среды, при этом нагревательное устройство дополнительно содержит охладитель, размещенный с возможностью использования для охлаждения канала для текучей среды; при этом охладитель содержит канал охлаждения, а канал охлаждения отделен от канала для текучей среды и расположен рядом с каналом для текучей среды, при этом в процессе эксплуатации канал охлаждения выполнен с возможностью охлаждения канала для текучей среды, когда в канале для текучей среды отсутствует нагретая текучая среда.
2. Нагревательное устройство по п. 1, в котором нагревательный элемент по меньшей мере частично соответствует линии канала для текучей среды по меньшей мере одного канала для текучей среды.
3. Нагревательное устройство по п. 1 или 2, в котором конструкция-основа представляет собой пластинчатую конструкцию.
4. Нагревательное устройство по любому из пп. 1–3, в котором конструкция-основа содержит теплопроводный материал, благодаря которому происходит теплообмен между каналом для текучей среды и охладителем.
5. Нагревательное устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере участок канала охлаждения представляет собой отдельный канал относительно по меньшей мере участка канала для текучей среды.
6. Нагревательное устройство по любому из пп. 1–5, в котором канал охлаждения расположен выше или ниже канала для текучей среды.
7. Нагревательное устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере участок канала охлаждения расположен смежно к по меньшей мере одной стороне по меньшей мере участка канала для текучей среды.
8. Нагревательное устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере участок канала охлаждения расположен смежно к по меньшей мере двум различным сторонам по меньшей мере участка канала для текучей среды.
9. Нагревательное устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере участок канала охлаждения примыкает к по меньшей мере одной стороне по меньшей мере участка канала для текучей среды или соприкасается с ней.
10. Нагревательное устройство по п. 9, в котором по меньшей мере участок канала охлаждения примыкает к по меньшей мере двум различным сторонам по меньшей мере участка канала для текучей среды или соприкасается с ними.
11. Нагревательное устройство по п. 10, в котором по меньшей мере участок канала охлаждения примыкает к по меньшей мере двум противоположным сторонам по меньшей мере участка канала для текучей среды или соприкасается с ними.
12. Нагревательное устройство по любому из пп. 5–11, в котором по меньшей мере участок канала для текучей среды и по меньшей мере участок канала охлаждения расположены в перемежающемся порядке по всей конструкции-основе или по меньшей мере на ее участке.
13. Нагревательное устройство по любому из пп. 5–12, в котором по меньшей мере участок канала для текучей среды и по меньшей мере участок канала охлаждения непрямолинейны.
14. Нагревательное устройство по любому из пп. 5–13, в котором по меньшей мере участок канала для текучей среды и по меньшей мере участок канала охлаждения имеют форму, выбранную из спиральной, волнообразной, лабиринтообразной, бустрофедоновой, зигзагообразной формы и их комбинации.
15. Нагревательное устройство по любому из пп. 5–14, в котором в процессе эксплуатации текучая среда в канале для текучей среды и текучая среда в канале охлаждения протекают в одном и том же направлении или в противоположных направлениях.
16. Нагревательное устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором в процессе эксплуатации текучая среда в канале для текучей среды представляет собой жидкость и/или газ.
17. Нагревательное устройство по п. 16, в котором указанная жидкость представляет собой воду и/или молоко.
18. Нагревательное устройство по п. 5 или по любому из пп. 6–17, которые зависят от п. 5, в котором в процессе эксплуатации текучая среда внутри канала охлаждения представляет собой жидкость.
19. Способ охлаждения канала для текучей среды нагревательного устройства по любому из предшествующих пунктов, включающий стадии:
a. переноса нагретой текучей среды по каналу для текучей среды; и
b. использования охладителя для охлаждения канала для текучей среды.
20. Способ по п. 19, включающий канал охлаждения по п. 5, причем способ дополнительно включает стадию переноса охлаждающей текучей среды по каналу охлаждения для охлаждения канала для текучей среды за счет теплопередачи.
21. Способ по п. 20, дополнительно включающий стадию рециркуляции охлаждающей текучей среды после пропускания охлаждающей текучей среды через канал охлаждения.
22. Способ по п. 20 или 21, в котором стадия охлаждения текучей среды внутри канала охлаждения включает первую стадию охлаждения, причем охлаждающая текучая среда имеет температуру не выше температуры окружающей среды.
23. Способ по п. 22, в котором охлаждающая текучая среда имеет температуру не выше 25°C.
24. Способ по п. 23, в котором стадия охлаждения текучей среды внутри канала охлаждения дополнительно включает вторую стадию охлаждения, причем охлаждающая текучая среда имеет температуру не выше 10°C.
25. Способ по п. 24, в котором охлаждающая текучая среда имеет температуру не выше 5°C.
26. Способ по любому из пп. 20–25, в котором охлаждающая текучая среда рециркулирована.
27. Способ по любому из пп. 20–26, в котором тепло, вобранное охлаждающей текучей средой, применяют для нагрева дополнительной текучей среды.
28. Аппарат для приготовления напитка, содержащий нагревательное устройство по любому из пп. 1–18.
29. Аппарат для приготовления напитка по п. 28, который представляет собой варочный аппарат для приготовления напитка.
30. Способ приготовления одного или более напитков, включающий стадии:
нагрева текучей среды для напитка в канале для текучей среды нагревательного элемента аппарата для приготовления напитка по п. 28 или 29;
выталкивания нагретой текучей среды для напитка из канала для текучей среды; и
охлаждения канала для текучей среды.
31. Способ приготовления одного или более напитков по п. 30, дополнительно включающий стадию пропускания дополнительной текучей среды через канал для текучей среды.
