热饮料制备装置

技术领域

本发明涉及一种具有热水器的热饮料制备装置、特别是咖啡机，所述热饮料制备装置具有用于加热和存放用于制备热饮料的热水或热蒸汽的热水器，所述热水器具有冷水入口、具有加热器的存储容器和热水或蒸汽出口。

背景技术

在自动咖啡机中，为了存放制备饮料所需的热水通常使用热水器，所述热水器存储的热水的温度低于一百度，通常约为90℃。通常甚至设有分开的用于热水的热水器和蒸汽的热水器。热水器在产生热水时必然出现的废热必须导出，由此设备在内部不会出现过热。自动咖啡机内部中过高的温度可能导致部件暂时失效、由于提前老化出现的长期故障和导致产品质量波动。特别是对于结构非常紧凑的设备，当不存在足以向设备外侧导出废热的空间时，可能出现热问题。通常必须通过风机对自动咖啡机进行主动冷却，以便在制备热水时导出废热。

发明内容

因此，本发明的目的是，给出一种热饮料制备装置，所述热饮料制备装置在温度管理上得到改进并且实现了非常紧凑的结构。

所述目的通过方案1的特征来实现。有利的设计方案由从属方案得出。

在前面所述类型的热饮料制备装置中，根据本发明设定，所述存储容器至少部分地设有真空隔热结构或至少部分地由真空隔热结构包围。

与正常隔热的热水器相比，通过使用真空隔热显著降低了热水器的热损失。低废热对新咖啡豆的质量、保质期和研磨特性有积极的影响，所述咖啡豆通常存放在设备的顶部，由此特别容易受到上升的废热的影响。通过降低废热，可以省去对设备的主动冷却或者说通风或者至少明显降低冷却功率。由于真空隔热的热水器较少的废热，降低了设备的能耗并且由此改进了能效以及降低了运行成本和CO

在最简单的情况下，可以简单地将热水器的存储容器的外壁至少部分设计成双层壁，从而所述外壁的双层壁的区域围成排真空的空间。所述热水器由此可以紧凑地构成并具有较少的废热。

备选地，为了实现真空隔热，存储容器可以装入至少部分为双层壁的外壳，所述外壳的双层壁区域围成排真空的空间。由此可以使用传统的热水器，为了在出现故障的情况下进行维修和更换，可以将所述热水器从真空隔热的外壳中移除并进行替换。

在两种情况下，可以给双层壁的存储容器或双层壁的外壳设置非真空隔热的盖子，热水器的电和/或液压的接头穿过所述盖子。由此可以以简单的方式实现导通部，而不必复杂地穿过真空套壳。非真空隔热的盖子例如可以以传统的方式设置由绝热材料制成的隔热结构。

在本发明的范围内，用于提供和存储蒸汽的烧水装置也可以视为热水器，所述蒸汽在正常运行中包含处于压力下的一定体积的蒸汽和处于所存在的温度和压力条件下的尚未蒸发的一定体积的热水。在本发明范围内的热水器也可以用于同时提供热水和蒸汽并且既设有热水出口也设有蒸汽出口。

在本发明的一个优选的改进方案中设定，存储温度高于100℃的热水，并且在制备饮料时通过掺入冷水使其具有低于100℃的制备温度。为此，热水器的所述存储容器设计成压力容器，在所述压力容器中，在运行中以高于100℃的温度存放热水，并且热水出口与用于计量地掺入冷水的计量阀连接，以便在输出时给热水掺入冷水，从而输出温度低于100℃的混合水，以便制备饮料。

在高于100℃时在压力下存储热水和在提取时掺入冷水基本上独立于真空隔热的热水器的使用并且构成独立的创造性贡献。这里，虽然使用真空隔热的热水器由于较高的存储温度带来了特殊的优点，但原则上也可以使用正常的传统方式隔热的热水器。

通过掺入冷水提高了为了制备饮料所提供的热水量或者说可以在可供制备饮料的热水量相同时将热水器更为紧凑地构成。传统热水器的废热会由于较高的存储温度显著提高。但根据本发明的真空隔热结构显著减少了废热，从而尽管有较高的存储温度也可以紧凑地构成所述设备并且不会超过设备内部允许的运行温度。

这里，存储温度可以选择成高于110℃、优选在110℃至180℃的范围内、特别是在120℃至140℃的范围内。

此外优选的是，有调节地进行冷水掺入，其方式是，用于掺入冷水的计量阀设计成可调节的阀、特别是比例阀，并且所述热饮料制备装置具有用于确定混合水温度的温度传感器和用于通过操控所述计量阀调节混合水温度的控制器。由此，可以根据希望得到的饮料将热水的输出温度调节到不同的值。例如对于蒸馏咖啡可以掺入较少的冷水，而对于用于制备绿茶的茶水可以掺入更多的冷水。

在所述计量阀和温度探测器之间可以设置静态混合器、特别是螺旋混合器，以用于混合冷水流和热水流。所述混合器确保快速且充分地混合水流。由此可以直接在混合器之后测量在混合之后得到的混合水温度作为调节变量。这使得可以实现特别紧凑的结构。

适宜地可以将热水器的所述加热器构造成设置在所述存储容器之内的加热螺旋丝。这使得热水器具有特别紧凑的结构。特别是可以设定，所述加热器构造成螺旋状的管式加热器，其方式是，所述加热螺旋丝在螺旋形的加热管的内部延伸，所述加热管优选用氧化镁粉末填充，以便对加热螺旋丝进行电绝缘。

在本发明的范围内，不仅可以设置一个真空隔热的热水器，还可以设置多个热水器，在这些热水器中，例如一个热水器设定为用于产生蒸汽，并且另一个热水器设定为用于产生热水，并且这两个热水器分别设有真空隔热结构或由真空隔热结构包围。也可以设定，使用多于两个热水器，以便例如使得可以并行提取两种饮料。

附图说明

根据下面参考附图对实施例的说明得出本发明的其他优点和设计方案。

其中：

图1示出真空隔热的热水器的第一实施例，

图2示出装入真空隔热的外壳中的热水器的一个实施例，

图3示出具有两个真空隔热的热水器的热饮料制备装置的水路图，分别是一个热水器用于提供热水，还有一个热水器用于提供蒸汽，

图4用图线示出热水器内部的热水温度的时间曲线，所述图线示出对冷却曲线的记录，以便评估真空隔热的质量，以及

图5示出按另一个实施例的热饮料制备装置的水路图，在这个实施例中，附加地设有静态混合器，以用于将经由混合阀供应的冷水与从热水器中提取的热水相混合。

具体实施方式

根据本发明在热饮料制备装置、如例如咖啡机中使用的热水器10在图1中用剖视图示出。所述热水器10包括存储容器11，所述存储容器在下部区域中设置成双层壁的并且具有内部的外壁11a和外部的外壁11b。在所述外壁之间存在空间12，所述空间是排真空的，从而外壁11a、11b具有真空隔热性能。在上部区域中，热水器10设有仅设计成单层壁的盖子13，电和液压的导通部延伸通过所述盖子。在存储容器10的内部中设有螺旋式的管式加热体14。所述管式加热体具有两个电接头14a、14b，所述接头穿过盖子13中相应的导通部向外引出。此外，所述热水器具有多个空闲的导通部15、16、17。通过这些导通部可以连接供应管道和导出管道以及测量仪器，如例如压力计或温度计。在下部区域中设有抽空阀18，通过所述抽空阀对内部和外部的外壁11a、11b之间的空间12进行排真空。

在图2中同样用部分剖开的视图示出真空隔热的热水器10的第二实施例。热水器10这里包括存储容器11'，所述存储容器以传统的方式构造成单层壁的。在所述存储容器中设置螺旋的管式加热体14，所述管式加热体具有两个电接头14a、14b，所述接头通过设置在存储容器11'的上部区域中的导通部向外引出。其他导通部用于连接供应和导出管道以及必要时还用于连接测量仪器，其中只有一个导通部15在图2中是可见的。

存储容器11'位于真空隔热的外壳20之内，所述外壳的下部区域设计成双层壁的，具有内部的外壁21a和外部的外壁21b。在所述外壁之间存在空间22，所述空间已通过抽空阀28排真空。在上部区域中，所述外壳20借助于非真空隔热的盖子23封闭，电和液压的导通部延伸穿过所述盖子。所述盖子23可以以传统的方式利用绝热材料(例如由合成纤维制成的针毡、硅胶泡沫、玻璃棉或类似物组成)隔热。所述盖子23可以为了安装或拆卸所述热水器10或为了修理热水器而打开，从而可以在没有真空隔热的外壳20的情况下维护和更换热水器10。

在图3中示出根据本发明的具有两个热水器10a、10b的咖啡机的所谓水路图，所述两个热水器如前面所述的那样以根据本发明的方式设有真空隔热结构或由真空隔热结构包围。所述热水器10a用于制备和存储用于制备饮料的热水并且所述热水器10b用于制备和存储用于使奶起沫的蒸汽并且包含一定体积的水和一定体积的蒸汽，所述水和蒸汽处于热平衡中。

在一个在输入端侧与用于供水的接头或与水容器连接的水入口处设有组件30，所述组件具有水过滤器31、截止阀32、两个前后相继地接入的止回阀33、水泵34和温度传感器35。由水泵34使得冷水经由流量计36和另一个止回阀37到达热水器10a的入口。在热水器10a中将水加热到120℃至140℃的存储温度。通过温度传感器39可以确定热水器10a中的温度并且通过操控热水器10a的加热器14可以调节所述温度。在热水器的入口处的泄压阀28在出现过压的情况下将水从热水器10a导向排放口。热水器10a的热水出口引向两个阀块41、42。在热水器10a的入口和排放口之间设有比例阀40，利用所述比例阀可以给来自热水器10a的热水掺入冷水。通过温度传感器44可以测量混合水的水温并且通过相应地操控比例阀调整所述水温。

将热水与通过比例阀40供应的冷水混合可以在冷水和热水汇合部后面的软管管道中进行。为了可以实现尽可能快速地混合两个水流，可以附加地设置静态混合器43，例如螺旋混合器，所述混合器将两个水流充分混合。这示意性地在图5中示出。螺旋混合器是一种静态混合器，在这种混合器中，在管状的壳体中设置多个前后相继地设置的、相对于彼此分别偏转90°的180°螺旋结构。此外，前后相继的螺旋结构分别具有相反的旋转方向。每个螺旋结构都将流动通过的液体流分成两个分流。所述分流在到相应后面的螺旋结构的每个过渡部处再次分成两个分流并且分别与来自前面的螺旋结构的分流合并。以这种方式实现液体流的充分混合。

热水器10a的热水出口与两个阀块41、42连接。通过所述阀41a可以输出用于制备茶的热水，并且阀41b可以填充用于制备蒸汽的热水器10b。阀41c在该实施例中没有被使用并且可供其他可选的功能使用。阀41d的输入端与阀41b的输出端连接并且同样通向热水出口，从而可以同时输出热水和蒸汽。通过阀42a可以在饮料输出头45处输出热水，所述热水例如可以用于速溶饮料或用于掺入咖啡饮料。此外，通过阀42a可以用于冲洗从冲沏组件52到输出头45的输出管道。阀42b在实施例中没有被使用并且可以例如用于选项“速溶饮料”。

此外，一个管道从热水器10a的热水出口引向冲沏单元50中的冲沏阀51。所述冲沏单元50包括带有活动的冲沏活塞的冲沏组件52，所述冲沏活塞封闭圆柱形的冲沏腔。所述冲沏腔可以通过两个单独的用于不同的咖啡种类的研磨机构53a、53b自动地填充新鲜研磨的咖啡粉。在冲沏阀51打开时，热水可以从热水器10a在水泵34的压力下流动通过冲沏组件52。在冲沏组件52的输出端上设有可调节的背压阀54，通过所述背压阀可以调节新鲜冲沏的咖啡饮料的流动通过速度。新鲜冲沏的咖啡从这里流向咖啡机的输出头45。

通过热水器10b提供用于加热和必要时使奶起沫的蒸汽。通过具有两个并联的阀60a、60b的阀块60可以打开蒸汽管道61，所述蒸汽管道引向蒸汽喷枪62。通过空气泵63和止回阀64可以在输出时给蒸汽添加空气，以用于使奶起沫。此外，蒸汽喷枪62上可以设有温度传感器65，所述温度传感器测量通过蒸汽加热或起沫的奶的温度。

在热水器10b的蒸汽出口上此外设有泄压阀66、压力计67和温度传感器68。通过温度传感器69可以监视热水器10b内部中的温度并且通过相应地操控加热器14来调节这个温度。

通过热水器10a、10b的根据本发明的真空隔热结构，可以实现显著降低加热废热，从而所述设备可以非常紧凑地构成，而此时不会出现热方面的问题。此外，所述真空隔热使得可以在较高的存储温度下保存热水，从而通过掺入冷水在输出时可以提供较大的水体积。由此可以将热水器10a设计得更为紧凑，或者在必须重新补充加热热水之前，可以制备更大量的热饮料。

真空隔热结构的双层壁区域中的真空通常低于一毫巴，优选甚至低于一微巴并且更为优选甚至低于0.1μbar。附加地可以为了获得真空的长期稳定性可以在真空中引入所谓的吸气材料，以便在出现极小的不密封性和在材料释放气体时吸收气体。吸气剂或者说除气剂是一种化学反应性的材料，所述材料用于尽可能长时间地保持真空。在吸气剂的表面上气体分子与吸气材料的原子形成化合物(氧化物)，或者通过吸附固定气体分子。以这种方式可以“捕获”气体分子。金属，如钡合金、铝合金或镁合金适于用作吸气剂，在抽气之后必要时可以加热所述金属，以便使所述吸气金属蒸散。

在排真空的空间12、22中可以附加地引入反射膜，所述反射膜进一步降低了热水器10、10'的废热。

如已经说明的那样，真空隔热结构可以是热水器的一部分，并且与热水器机械连接或者与热水器形成一个单元，或者真空隔热结构可以设计成单独的构件并且热水器可以被包围在其中。

在图4中所示的图线示出对冷却曲线的记录，所述冷却曲线可以用于评估真空隔热的质量，所述图线示出热水器内部的热水温度的时间曲线。

为此通过可以同时用于操控加热器14和调节热水器10中的热水温度的控制装置来实现附加的软件功能，所述软件功能根据热水器10、10'的可以借助于温度探测器39、69测得的冷却曲线确定隔热质量。由此可以对真空隔热进行检查。当确定出现快速冷却时，则可以得出结论，真空隔热结构的真空是有缺陷的，并且可以产生相应的报错消息，即需要更换真空隔热结构或对其进行修理。既可以在设备本身上也可以通过远程维护查询所述信息。

在图4中绘制由热水器10b或10b的温度传感器39或59测得的关于时间t的温度曲线。在关闭加热器之后，温度缓慢地一直降低到下调节阈值。如果到达这个调节阈值，则开启加热器14一个加热时段H。由此温度重新升高到上调节阈值或者说升高到热水器中的期望温度。现在，从这里开始等待60秒的规定时间段，直到加热器14已经向热水释放全部热能。现在测量时间段Δt，在这个时间段之内温度降低了预定的温度差ΔT，在该实施例中为1℃。这个冷却时间是衡量真空隔热结构的隔热特性状况的指标。如果1℃的冷却时间低于完好真空隔热结构的最低值，则产生报错消息并通过数据连接向监控中心报告，热水器10a或10b的真空隔热可能出现故障并且需要对其进行检查。由此可以以简单的方式对真空隔热结构进行评估并确认，真空是否存在缺陷。当然，例如两个加热时段H之间的时间段也可以记录为冷却时间，就是说直到温度降低到下调节阈值并且重新激活加热器14的时间。