Модуль нагрівання рідини, система, що містить вказаний модуль, і спосіб нагрівання рідини

1. Модуль нагрівання рідини для використання в машині для готування гарячих напоїв, що містить порожнисту трубу з металевого матеріалу, щонайменше один електричний резистор на першій частині зовнішньої поверхні труби для попереднього підігріву рідини, що тече через вказану трубу, і щонайменше один інший електричний резистор на другій частині зовнішньої поверхні труби для регулювання температури рідини, що тече через другу частину труби, і пристрій регулювання температури, що включає ще один додатковий резистор, установлений на виході труби з можливістю виміру температури труби, і забезпечення автоматичного підключення чи відключення другого резистора окремо від першого резистора в залежності від температури на виході труби для регулювання температури рідини, при цьому усередині порожнистої труби встановлена циліндрична вставка, що проходить по всій її довжині і по суті по її осі симетрії з утворенням навколо порожнистої труби кільцевого каналу. 2. Модуль нагрівання рідини за п. 1, який відрізняється тим, що циліндрична вставка виконана з пластмасового чи металевого матеріалу. 3. Модуль нагрівання рідини за будь-яким з пп. 1, 2, який відрізняється тим, що порожниста труба виконана з нержавіючої сталі. 4. Модуль нагрівання рідини за будь-яким з пп. 13, який відрізняється тим, що відношення довжи 2 (19) 1 3 75062 4 15. Спосіб за будь-яким з пп. 13 чи 14, який відріпершій частині труби постійно в з’єднанні із джезняється тим, що швидкість потоку складає від релом електроживлення, та періодичного підключення та відключення до/від джерела електрожив150 до 300 мл/хв. для кавоварки і від 300 до 1000 лення резистора на другій частині труби мл/хв. для торгового автомата. 16. Спосіб за будь-яким з пп. 13-15, який відрізнявідповідно до частоти, обумовленої відхиленням ється тим, що вимірюють температуру рідини на температури, вимірюваної додатковим резистором, встановленим на виході труби, від її необхідвиході з трубки, і якщо температура занадто висоного кінцевого значення. ка, то електричний резистор на другій частині тру14. Спосіб за п. 13, який відрізняється тим, що би відключають, а якщо температура рідини є неелектричний резистор на другій частині труби достатньо високою, електричний резистор з'єднаний із джерелом електроживлення протягом залишають підключеним до джерела електроживблизько 50-100 % часу повної подачі електроживлення. лення. Даний винахід стосується модуля для нагрівання рідини для використання в машині для готування гарячих напоїв. Крім того, винахід стосується системи, що містить зазначений модуль, і до способу нагрівання рідини. В області кавоварних машин вже відоме використання термоблочного нагрівача в машині, при цьому вказаний нагрівач знаходиться постійно під напругою і забезпечує одержання гарячої води в момент, коли користувач вирішить скористатися машиною для готування кави. При цьому існують такі проблеми, по-перше, існує непостійність температури, тобто неможливо мати температуру води постійно в заданому діапазоні, наприклад, між 85 і 90°С. Це впливає на якість кави По-друге, блоковий нагрівач звичайно дуже важкий, що не дуже зручно, коли необхідно переміщати кавоварну машину. По-третє, енергія використовується не ефективно, оскільки відбувається втрата енергії протягом усього часу, поки машина включена. Метою даного винаходу є мінімізація всіх трьох зазначених проблем Даний винахід забезпечує для користувача систему нагрівання з дуже точним діапазоном температур без необхідності тримати машину увесь час включеною і з дуже легким нагрівальним пристроєм. Даний винахід стосується модуля для нагрівання рідини для використання в машині для готування гарячих напоїв, який містить: - порожнисту трубу з металевого матеріалу, - щонайменше один електричний резистор на першій частині зовнішньої поверхні труби для попереднього підігріву рідини, що тече через вказану порожнисту трубу, і - щонайменше один інший електричний резистор на другій частині зовнішньої поверхні труби для регулювання температури рідини, що тече через трубу. Рідина, що підлягає нагріванню в модулі за винаходом не є критичною і може бути будь-яким типом рідини. Краще, рідина, що нагрівається, є водою, наприклад, для готування чаю, кави чи інших напоїв. Можна також нагрівати молоко, наприклад, для готування какао. Можна також використовувати створення пари, наприклад, для нагрівання води безпосередньо в чашці чи для спінювання молока. Використання нагрівального модуля можливо в невеликих машинах, таких як кавоварки, чи у великих машинах, таких як торгові автомати для продажу кави. Що стосується електричного резистора для першої частини труби, то у випадку кавоварки є один чи більше резисторів, у випадку торгового автомата може бути від 1 до 5 резисторів. Що стосується електричних резисторів для другої частини труби, то можна використовувати те ж число резисторів, що і для першої частини. Найкраще використовувати один резистор. Матеріалом для труби є метал. Краще, труба виконана з нержавіючої сталі. Розмір труби може змінюватися в залежності від типу використання. Наприклад, якщо вона використовується для кавоварки, то вона може мати діаметр близько 6-20мм і довжину близько 100-200мм. Товщина труби складає близько 1-4мм. У випадку використання в торговому автоматі труба має діаметр близько 2050мм і довжину близько 200-400мм. Товщина труби залишається без змін. Відношення довжини порожнистої труби до діаметра вказаної труби знаходиться в діапазоні від близько 5 до близько 40. Нагрівальний модуль, відповідно до винаходу, містить додатково циліндричну вставку, що розташована усередині порожнистої·труби по всій її довжині і по суті уздовж її осі симетрії. Наявність вставки поліпшує перенесення тепла з поверхні труби в рідину при подачі енергії в нагрівальний елемент. Це забезпечує добре перенесення енергії і швидке нагрівання води. Вставка виконана з пластмасового чи металевого матеріалу, що відноситься до харчового класу і має добру теплопровідність. Вставка краще виконана з міді чи тефлону (тетрафторетилену). Відношення діаметра порожнистої труби до діаметра вставки становить від, 2 до 5. Вставка може бути нерухомою чи виконаною з можливістю обертання уздовж її осі симетрії. У випадку поворотної вставки вказана вставка з'єднана з обертовим колесом витратоміра, розташованого в нижній частині вставки, так що він може приводитися в рух холодною водою, що протікає по дотичній до пропелера витратоміра. Виконана з можливістю обертання циліндрична вставка містить щітку з металевого дроту. Ці металеві пучки щітки виконані як єдине ціле з вставкою в подовжній площині (лише з одного боку чи з двох симетричних боків вставки) чи по спіралі, напри 5 75062 6 клад, по 1 чи 2 спіралям. Щітка повинна мати праавтоматах, що є машинами, з яких клієнт одержує вильну механічну пружність і міцність, так щоб безпосередньо чашку чаю, кави чи какао, при цьозабезпечувати видалення накипу з внутрішньої му нагріта рідина змішується безпосередньо перед поверхні труби. Обидва кінці пучків щітки повинні видачею в чашці з відповідним порошком. знаходиться в легкому стиканні з внутрішньою Таким чином, система за винаходом містить поверхнею труби при 90°С. Усі пучки повинні, бути інші корисні елементи, які звичайно є присутніми в виконані так, щоб штовхати воду нагору при прикавоварках і в торгових автоматах, такі як вентилі, веденні в обертання пропелером витратоміра. пристрій керування температурою, витратомір. Вставка може бути також порожнистім елемеЗрештою, даний винахід стосується способу нтом, який вводить зворотний потік частини гарянагрівання рідини, в якому вказану рідину подають чої води для змішування з холодною водою і тим через модуль для нагрівання рідини, описаний самим поліпшує перемішування води при її нагрівище, зі швидкістю потоку, що складає від 150 до ванні. 1000мл/хв., і доводять до температури близько 85Електричні резистори труби виконані у формі, 90°С протягом 3-10 секунд, і в який електричний обраній з групи, що складається з дротяних і товсрезистор на першій частині труби постійно з'єднатоплівкових. Технологія товстих плівок відома з ний із джерелом електроживлення, а електричний області електроніки і використовується зараз для резистор на другій частині труби з'єднують чи вівиготовлення резисторів. У цій технології викорисд'єднують від джерела електроживлення відповідтовують провідні фарби (подібні до пасти) на поно до визначеної частоти в залежності від необверхні кварцу, металу, окису алюмінію чи окису хідної кінцевої температури. берилію. Як вказувалося вище, кращою є металеУ відповідності зі способом за винаходом мова основа. жна нагрівати воду за кілька секунд від кімнатної Порожниста труба містить додатково щонайтемператури до 85-90°С без необхідності постійноменше один інший електричний резистор для конго перебування машини у включеному стані. Натролю температури. Цей резистор розташований грівання електричних резисторів відбувається лина вході чи виході холодної/гарячої води труби. ше тоді, коли користувач вирішить приготувати Електричні резистори мають густину потужнокаву. Перший електричний резистор, наприклад, сті до 30-70Вт/см2. Ця густина потужності резистопідвищує температуру води з 20°С до близько рів забезпечує дуже швидке підвищення темпера60°С, а друга група електричних резисторів повинтури води від кімнатної температури до близько на підвищити температуру тільки з 65°С до 85°С. 85-90°С. Для забезпечення доброї ізоляції порожТому немає необхідності в постійному нагріванні нистої труби краще мати емалеве покриття на зоцього другого електричного резистора. У цьому внішній поверхні вказаної труби під резисторами. випадку електричний резистор на другій частині Товщина цього покриття звичайно становить від труби з'єднаний із джерелом електроживлення 100 до 300 мікрон. Нарешті, електричні резистори протягом близько 50-100% часу подачі сповненої порожнистої труби покриті електрично непровіденергії. ним матеріалом, наприклад, пластмасою. Ця ізоДругий резистор включається і виключається ляція може бути виконана у виді труби чи у виді на час, достатній для одержання заданої вихідної шару непровідного матеріалу. температури при зміні напруги електричної мережі Модуль для нагрівання рідини, відповідно до і швидкості потоку. Потужність цієї групи резистовинаходу, використовується як частина машини рів така, що регулювання за допомогою включення для нагрівання рідини з метою приготування наі вимикання не викликає пульсацій. пою. Крім того, даний винахід відноситься додатУ випадку першого варіанта виконання систеково до системи для нагрівання рідини, яка вклюми, за винаходом, тобто кавоварки, швидкість почає: току води, що підлягає нагріванню, становить від - подачу водії, 150 до 300мл/хв. У випадку торгового автомата - насос для подачі вказаної води, швидкість потоку води складає між 300 і - модуль для нагрівання рідини, описаний ви1000мл/хв. ще, при цьому всі три елементи знаходяться в Як вказувалося вище, корисно контролювати з'єднанні, яке забезпечує проходження води, температуру води, що нагрівається. У цьому випа- канал для виходу нагрітої рідини на речовидку вимірюють температуру рідини на виході з ну, що підлягає витягненню, чи в змішувач для труби, так що якщо температура занадто висока, змішування зазначеної нагрітої води з порошком. те електричний резистор на другій частині труби В системі за винаходом труба розташована відключають, а якщо температура рідини є недогоризонтально чи вертикально. Кращим є вертистатньо високою, цей електричний резистор заликальне розташування труби. шається з'єднаним із джерелом електроживлення. Модуль для нагрівання рідини є частиною каНижче приводиться докладний опис винаходу воварки чи іншої подібної машини, заснованої на з посиланнями на креслення, на яких зображені: витягненні речовини, такої як кава чи чай. У цьому Фіг.1 - модуль для нагрівання рідини, відповідвипадку можна витягати речовину безпосередньо, но до винаходу; наприклад, із шару кави, як у машині типу еспресФіг.2 - схема кавоварки, що містить модуль, со, або ж витягати речовину з уже приготовлених показаний на Фіг.1; контейнерів чи капсул, подібних до предмета євФіг.3 - схема торгового автомата, що містить ропейських патентів №№512468 та 602203. модуль, показаний на Фіг.1. Відповідно до другого варіанта виконання, сиНагрівальний модуль 1 містить порожнисту стема за винаходом використовується в торгових трубу 2, виконану з нержавіючої сталі, циліндричну 7 75062 8 вставку 3, виконану з пластмаси (тефлону), пертої труби 2. ший електричний резистор 4 на першій частині На Фіг.2 показаний варіант використання мотруби і другий електричний резистор 5 на другій дуля 1 у кавоварці. Машина містить бак 16 холодчастині труби. Обидва ці електричні резистори ної води, з'єднаний трубкою 17 з насосом 18, що виконані з товстої плівки і з'єднані з джерелом подає холодну воду в нагрівальний модуль 1. На електроживлення. Напрямок потоку води в порожвиході модуля 1 вода проходить через трубку 19 і нистій трубі вказаний стрілками А та В. Порожнисдосягає контейнера 20, що містить смажену та та труба установлена вертикально для мінімізації мелену каву. Цей контейнер є герметичним конскупчування повітря чи пари усередині труби. Кінці тейнером, що відкривається під тиском, відповідно вставки 3 закріплені один на кришці 6 холодної до європейського патенту №512486. Готова до води і другий на кришці 7 гарячої води. Вставка 3 вживання кава витікає в чашку 21. Кавоварка може з'єднана з обертовим колесом витратоміра 8 і тим містити додаткові елементи, такі як вентилі, елесамимможе приводитися в рух за допомогою хоменти електричного керування. лодної води, що протікає, і обертатися в напрямку На Фіг.3 показаний другий варіант використанстрілки С. Крім того, на кінці порожнистої труби 2 ня модуля 1 у торговому автоматі. Холодна вода розташований резистор 9 для виміру і керування проходить з бака 22 через трубку 24 за допомогою температурою гарячої води, що виходить з модунасоса 23 у нагрівальний модуль 1. На виході з ля. На вставці 3 усередині порожнистої труби 2 вказаного модуля вода має температуру близько установлені пучки металевої щітки 10. Діелектрич85°С і проходить через трубку 25 у змішувач 26. на ізоляція 13, наприклад, емаль, нанесена на Одночасно з надходженням гарячої води у змішутрубу 2 під резисторами. Для запобігання занадто вач подається порошок, такий як кава, з ємності 27 великим втратам енергії і забезпечення кращої для кави за допомогою шнека 28, цей порошок безпеки ізоляція 14 покриває резистори по усій змішується з гарячою водою і подається в чашку висоті порожнистої труби. У кришці 7 гарячої води 29. Як вказувалося вище, ця машина може також передбачений вільний простір 15 для амортизації і містити додаткові елементи, які звичайно є в такозбору пари, що утворюється, і відділеного повітря. му типі машин. Модуль для нагрівання рідини працює в такий Нижче приводиться опис конкретного прикласпосіб: коли користувач вирішує приготувати напій, ду використання нагрівального модуля в кавоваобидва резистори 4 і 5 підключаються до джерела рці. електроживлення. Резистор 4 залишається посПриклад тійно під напругою під час проходження води чеВикористовується порожниста труба 2 з неррез порожнисту трубу, в той час як резистор 5 жавіючої сталі діаметром 12мм і довжиною 160мм. включається і виключається з визначеною частоВставка 3 виконана з пластмаси і має діаметр 4мм тою в залежності від потреби в енергії для забезі однакову з порожнистою трубою довжину. Кожпечення кінцевої температури води, необхідної ний з резисторів 4 і 5 має потужність 600Вт. Труба для приготування кави. Наприклад, резистор 4 2 повинна витримувати тиск, що дорівнює максизабезпечує підвищення температури від 20°С до мально 20бар. Вода тече зі швидкістю 20мл/хв. 65°С, а резистор 5 повинний лише забезпечити Необхідна температура досягається за 7 секунд. енергію для підвищення температури води від Другий резистор включений протягом 60% часу. За 65°С до 85°С. Під дією потоку води витратомір 8 допомогою цього нагрівального модуля темпераобертається і приводить в обертання вставку 3. тура підтримується дуже постійною в часі і колиМеталева щітка 10 на вставці 3 виключає осавання температури складають лише близько 2°С. дження кальцію на внутрішній поверхні порожнис 9 75062 10 11 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 75062 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601