Теплообменное устройство и система, включающая в себя такое устройство - RU2717794C2
Код документа: RU2717794C2
Чертежи
Описание
Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к теплообменному устройству для эффективного нагрева жидкостей или жидких пен по запросу с возможностью легкой очистки. Изобретение дополнительно относится к системе, включающей в себя такое теплообменное устройство.
Предпосылки создания изобретения
Жидкие пены состоят из двух фаз: водной и газообразной (воздушной). Жидкая пена представляет собой вещество, образованное путем удержания множества пузырьков газа в жидкой структуре: для формирования устойчивой пены из жидкости требуется не только образование этих пузырьков газа, но также их включение в общую структуру жидкости и сохранение в ней.
В настоящее время наблюдается тенденция к потреблению более широкого ассортимента видов кофе, основная часть которых содержит значительно больше молока, чем прежде. Очень часто эти новые виды кофе содержат молочную пену, поэтому обеспечение высококачественной пены, сохраняющей устойчивость в течение долгого времени, является насущной потребностью. Вследствие этого, существует настоятельная потребность в создании технологии нагрева пены, в частности технологии нагрева молочной пены, для широкого спектра предприятий, особенно занимающихся приготовлением напитков. На сегодняшний день практические решения по очистке отсутствуют, а потребителю постоянно приходится очищать детали машины, по которой циркулирует молоко: при использовании молока это вызывает затруднения, так как молоко быстро портится с течением времени и система требует тщательной очистки очень часто, предпочтительно после каждого применения. Также все более востребованной становится молочная пена высшего качества, и система нагрева должна иметь хорошо продуманную конструкцию, так чтобы не снижать качество пены и обеспечивать превосходный результат в чашке, и в то же время обеспечивать практичные и простые способы очистки.
В настоящее время существуют системы, способные обеспечивать молочную пену высшего качества: такая молочная пена образуется из холодного молока и затем нагревается на последующем этапе с тем, чтобы кремообразная текстура сохраняла устойчивость в течение более длительного времени; при этом возникает проблема возможности нагрева пены без нарушения ее текстуры. Из существующего уровня техники известны различные способы нагрева холодной молочной пены. В некоторых способах применяют теплообменное устройство, такое как, например, термоблок, который нагревает молочную пену сразу после ее получения. Проблема при применении таких теплообменных устройств заключается в том, что их приходится каждый день тщательно очищать, так как молочная жидкость, циркулирующая в теплообменном устройстве, может портиться и становиться источником загрязнения при более продолжительном нахождении в этом устройстве. Более того, очистка таких систем осуществляется предпочтительно путем промывания объемом воды, в несколько раз превышающим объем, требуемый для их нормальной работы или дозирования. В некоторых других известных системах для нагрева применяют прямой поток пара через уже сформированную молочную пену; однако при этом текстура молочной пены разрушается, что обеспечивает в чашке пену очень низкого качества.
Из существующего уровня техники (например, согласно WO 2014/077692) известен одноразовый теплообменник, содержащий гибкий змеевик с входным и выходным каналами для скоропортящихся продуктов, таких как молочные продукты; также предусмотрена нагревающая среда, окружающая гибкий змеевик для нагрева скоропортящегося продукта, который в нем циркулирует. В этом документе дополнительно описан вспенивающий модуль, предпочтительно находящийся в теплообменнике перед выходным каналом для вспенивания нагретого молочного продукта. Однако проблема этой системы заключается в том, что вспенивание осуществляется после нагрева молока, в результате чего создается молочная пена низкого качества. Кроме того, компоновка описанного в настоящем документе теплообменника не является компактной и работа ведется с более значительными количествами жидкости (обычно от 5 до 10 литров жидкости), в связи с чем часть жидкости остается внутри системы и поэтому может оказаться загрязненной.
Из уровня техники известен документ FR 2920654 A1, раскрывающий теплообменное устройство для нагрева жидкости по запросу, содержащее канал, по которому циркулирует жидкость, и слой, работающий в качестве теплопередатчика: канал и слой выполнены с возможностью отсоединения для получения доступа к ним с целью очистки.
Кроме того, документ WO 82/00343 A1 раскрывает теплообменное устройство для нагрева жидкости по запросу, содержащее слой и канал, при этом слой передает тепло жидкости, циркулирующей по этому каналу.
Поэтому целью изобретения является обеспечение мощной нагревательной системы неразрушающего, мягкого действия для получения молочной пены высшего
качества по запросу, которая является простой в эксплуатации, очистке и обслуживании пользователем.
Изложение сущности изобретения
В соответствии с первым аспектом изобретение относится к теплообменному устройству для нагрева жидкости или жидкой пены по запросу, содержащему канал, по которому циркулирует жидкость или жидкая пена, и по меньшей мере один слой, изготовленный из теплопроводного материала. Канал находится в контакте с этим слоем таким образом, что при нагреве слоя он передает тепло жидкости или жидкой пене,
циркулирующей по каналу, причем канал и часть слоя, контактирующая с указанным каналом, выполнены с возможностью отсоединения для получения доступа к ним с целью очистки.
Теплообменное устройство предпочтительно содержит первый канал, по которому циркулирует пар для нагрева слоя за счет фазового перехода из пара в жидкость при циркуляции по первому каналу.
Предпочтительно теплообменное устройство дополнительно содержит второй канал, по которому циркулирует пар, и вторичный слой, находящийся в контакте со вторым каналом таким образом, что вторичный слой нагревается за счет фазового перехода из пара в жидкость при циркуляции по второму каналу. Канал и части слоев, контактирующие с указанным каналом, выполнены с возможностью отсоединения для получения доступа к ним с целью очистки.
В соответствии с другим вариантом осуществления слой в теплообменном устройстве также может нагреваться за счет теплопроводности, и/или излучения, и/или горячего воздуха, и/или индукции.
В соответствии с другим вариантом осуществления канал в теплообменном устройстве может быть выполнен в форме цилиндра, и тогда слой предпочтительно выполнен в виде рукава, способного скользить по каналу для облегчения доступа к слою и каналу с целью их очистки.
Канал в теплообменном устройстве, по которому циркулирует жидкость или жидкая пена, предпочтительно выполнен в форме лабиринта. Обычно канал, по которому циркулирует жидкость или жидкая пена, и первый канал и/или второй канал выполнены во взаимодополняющей форме, предпочтительно в форме лабиринта.
Обычно теплообменное устройство дополнительно содержит насосное вспенивающее устройство, интегрированное в состав теплообменного устройства, причем подача воздуха также обеспечивается в насосное вспенивающее устройство. Предпочтительно это насосное вспенивающее устройство содержит две части: одну подвижную часть и одну неподвижную часть или две части, подвижные относительно друг друга, так что смесь жидкости и воздуха циркулирует по этим двум частям и подвергается напряжению сдвига, что обеспечивает вспенивание смеси.
В соответствии со вторым аспектом изобретение относится к узлу для обеспечения горячих жидкостей или горячих жидких пен по запросу, который содержит контейнер для жидкости, содержащий внутри жидкость и/или вспениваемый жидкий продукт, и теплообменное устройство (такое, как описано выше), в которое подается жидкость для ее нагрева и необязательно вспенивания.
Предпочтительно такой узел содержит один или множество паровых патрубков, подающих пар в теплообменное устройство. Обычно узел дополнительно содержит входной канал для воздуха, обеспечивающий подачу воздуха в насосное вспенивающее устройство теплообменного устройства, и приводное соединение, которое обеспечивает вращение подвижной части или частей в указанном насосном вспенивающем устройстве.
В соответствии с третьим аспектом изобретение относится к машине для нагрева жидкостей или жидких пен по запросу, выполненной с возможностью соединения с описанным выше узлом, причем машина содержит соединительную деталь для приема узла и нагревательный блок, передающий тепло узлу.
В соответствии с одним вариантом осуществления нагревательный блок в машине содержит парогенератор, выдающий пар в теплообменное устройство. В соответствии с другим вариантом осуществления нагревательный блок содержит нагревательный элемент для передачи тепла теплообменному устройству за счет теплопроводности, и/или излучения с помощью инфракрасных или галогенных ламп, и/или горячего воздуха, и/или индукции или т.п.
Предпочтительно машина дополнительно содержит приводной блок вспенивания, выполненный с возможностью приводить в движение насосное вспенивающее устройство в теплообменном устройстве.
Машина предпочтительно также содержит воздушный регулятор для подачи воздуха в насосное вспенивающее устройство в теплообменном устройстве.
В соответствии с четвертым аспектом изобретение дополнительно относится к системе для нагрева жидкостей или жидких пен по запросу, которая содержит машину и узел, такие, как описано выше.
Краткое описание чертежей
Дополнительные признаки, преимущества и цели настоящего изобретения станут понятны специалисту в данной области после прочтения приведенного ниже подробного описания вариантов осуществления настоящего изобретения, не имеющих ограничительного характера, при рассмотрении совместно с прилагаемыми чертежами.
На фиг. 1 представлен схематический вид в поперечном разрезе теплообменного устройства для нагрева жидкостей или жидких пен по запросу в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 представлен схематический вид в поперечном разрезе теплообменного устройства для нагрева жидкостей или жидких пен по запросу в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 3 представлен схематический вид в поперечном разрезе теплообменного устройства для нагрева жидкостей или жидких пен по запросу в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 4–6 представлены схематические виды различных возможных конфигураций каналов потока жидкости, которые могут использоваться в теплообменном устройстве для нагрева жидкостей или жидких пен по запросу в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 7a–b представлены схематические виды другой возможной конфигурации канала потока жидкости (в этом случае выполненного в цилиндрической компоновке), который может использоваться для нагрева жидкостей или жидких пен по запросу в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 8a и 8b представлена возможная конфигурация теплообменного устройства для нагрева жидкостей или жидких пен по запросу в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, в котором используется паровой нагрев.
На фиг. 9 представлен схематический вид системы для нагрева жидкостей или жидких пен по запросу в соответствии с настоящим изобретением, включающей в себя теплообменное устройство для нагрева жидкостей или жидких пен по запросу в соответствии с первым или вторым вариантом осуществления.
На фиг. 10 представлен схематический вид системы для нагрева жидкостей или жидких пен по запросу в соответствии с настоящим изобретением, включающей в себя теплообменное устройство для нагрева жидкостей или жидких пен по запросу в соответствии с третьим вариантом осуществления.
На фиг. 11 представлен схематический вид узла для нагрева жидкостей или жидких пен по запросу в соответствии с настоящим изобретением, содержащего контейнер для жидкости и теплообменное устройство в соответствии с первым вариантом осуществления.
На фиг. 12a–b представлены различные виды открытого теплообменного устройства для нагрева жидкостей или жидких пен по запросу в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, содержащегося в узле, как показано на фиг. 11.
На фиг. 13 представлен схематический вид полной системы для нагрева жидкостей или жидких пен по запросу в соответствии с настоящим изобретением, содержащей узел с жидкостью и теплообменным устройством и обрабатывающую машину.
Подробное описание примеров осуществления
В соответствии с первым аспектом настоящее изобретение относится к теплообменному устройству для эффективного нагрева жидкостей или жидких пен по запросу с возможностью легкой очистки.
Теплообменное устройство изобретения выполнено с возможностью извлечения (из узла, в состав которого оно входит, в соответствии с объяснением ниже) и с возможностью легкой разборки (после извлечения) на несколько частей, которые можно легко очистить.
В соответствии с первым вариантом осуществления изобретение относится к теплообменному устройству 10, в котором используется пар и которое имеет конструкцию типа «сэндвич», как схематически показано на фиг. 1. Такая конструкция содержит слой, предпочтительно довольно тонкий и именуемый в дальнейшем «слой 11», выполненный из материала, способного передавать тепло (предпочтительно из металлического материала), причем этот слой 11 размещен между первым каналом 20 (предпочтительно в форме лабиринта), по которому циркулирует горячий пар, и вторым каналом 30 (предпочтительно также в форме лабиринта), по которому циркулирует текучая среда (предпочтительно жидкость, обычно молоко) или пена. В такой конфигурации тепло от пара в первом канале 20 поглощается жидкостью или пеной во втором канале 30 при помощи слоя 11, который действует в качестве теплопередающей среды. Первый и второй каналы 20, 30 предпочтительно имеют одинаковую форму, так чтобы при их совмещении, с расположением слоя 11 между ними, циркуляция жидкости или пены во втором канале 30 совпадала или противопоставлялась циркуляции пара в первом канале 20, и таким образом могла быть обеспечена оптимальная теплопередача. Предпочтительно форма или конфигурация первого канала 20 и второго канала 30 выполнена в форме лабиринта, как показано на фиг. 4, 5 или 6. Однако для первого и второго каналов 20, 30 возможны и другие взаимодополняющие формы, при условии, что они обеспечивают корректную теплопередачу через слой 11.
В соответствии с описанием формы каналов 20 и 30 являются взаимодополняющими, предпочтительно идентичными, причем по меньшей мере один канал имеет форму лабиринта и наиболее предпочтительно оба канала 20 и 30 имеют формы лабиринта.
Форма лабиринта является предпочтительной формой, так как она обеспечивает лучшую теплопередачу за счет увеличения площади теплопередачи между жидкостью или жидкой пеной и слоем 11.
В соответствии со вторым вариантом осуществления изобретение относится к теплообменному устройству 10, в котором используется пар и которое имеет конструкцию типа «сэндвич», как показано на фиг. 2. Эта конструкция содержит первый канал 20 (предпочтительно в форме лабиринта), по которому циркулирует горячий пар, первичный тонкий слой, именуемый «первичный слой 11», выполненный из материала, способного передавать тепло (предпочтительно из металлического материала), второй канал 30 (предпочтительно в форме лабиринта), по которому циркулирует текучая среда (предпочтительно жидкость, обычно молоко) или пена, вторичный тонкий слой, именуемый «вторичный слой 12», выполненный из материала, способного передавать тепло (предпочтительно из металлического материала), и третий канал 40 (предпочтительно также в форме лабиринта), по которому циркулирует горячий пар. В такой конфигурации тепло от пара в первом канале 20 и третьем канале 40 поглощается жидкостью или пеной во втором канале 30 при помощи двух слоев — первичного слоя 11 и вторичного слоя 12, которые оба действуют в качестве теплопередающей среды. Эта конфигурация является еще более эффективной, чем конфигурация первого варианта осуществления, описанного ранее, поскольку жидкость или пена поглощает тепло одновременно из двух паровых каналов (первого канала 20 и третьего канала 40).
Первый, второй и третий каналы 20, 30 и 40 предпочтительно имеют одинаковую форму (обычно форму лабиринта), так чтобы при их совмещении, с расположением первичного и вторичного слоев 11 и 12 между ними, циркуляция жидкости или пены во втором канале 30 совпадала или противопоставлялась циркуляции пара в первом канале 20, а также циркуляции пара в третьем канале 40; и таким образом могла быть обеспечена очень эффективная теплопередача.
В соответствии с описанием формы каналов 20, 30 и 40 являются взаимодополняющими, предпочтительно идентичными, причем по меньшей мере один канал имеет форму лабиринта и наиболее предпочтительно все каналы 20, 30 и 40 имеют формы лабиринта.
Форма лабиринта является предпочтительной формой, так как она обеспечивает лучшую теплопередачу за счет увеличения площади теплопередачи между жидкостью или жидкой пеной и слоями 11, 12.
Теплообменное устройство 10 в соответствии с любым из первого или второго варианта осуществления предпочтительно представляет собой часть крышки или колпака, интегрированного в состав узла или блока (предпочтительно выполненного в виде бутылки, пакета или таблетки), содержащего жидкий продукт, который будет подвергаться нагреву, а также, возможно, вспениванию. Крышка или колпак с такой конфигурацией являются предпочтительно плоскими и довольно компактными, хотя и имеют определенную толщину, обеспечивающую долгий жизненный цикл этой детали, так чтобы она не изнашивалась слишком быстро и ее можно было очищать и повторно использовать несколько раз. Эта крышка или колпак, интегрированные в состав блока, присоединяются к машине 200, содержащей по меньшей мере: соединительную деталь для приема крышки или колпака (в состав которых интегрировано теплообменное устройство 10), парогенератор (обычно термоблок и насос) и патрубок для выдачи пара в крышку или колпак. Дополнительные подробные сведения о такой машине 200 разъясняются ниже.
В соответствии с третьим вариантом осуществления изобретение относится к теплообменному устройству 10, в котором предпочтительно используется теплопроводность и которое имеет конструкцию типа «сэндвич», как показано на фиг. 3. Такая конструкция содержит тонкий слой в виде слоя 11, выполненного из материала, способного передавать тепло (предпочтительно из металлического материала), и канал 30 (предпочтительно в форме лабиринта), по которому циркулирует жидкость или пена. При нагревании слоя 11 он передает тепло пене или жидкости, циркулирующим по каналу 30. Слой 11 нагревается с помощью соответствующего нагревательного элемента 21, расположенного в машине 200, с которой связано теплообменное устройство 10, в соответствии с дополнительными объяснениями ниже. Таким образом, слой 11 действует в качестве теплопередающей среды, как и в предыдущих вариантах осуществления.
На фиг. 7a и 7b представлен другой пример осуществления цилиндрической компоновки, которая может использоваться для канала потока жидкости (т.е. для канала 30, по которому циркулирует жидкость или пена) для теплообменного устройства 10 в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения. В таком варианте осуществления жидкость или жидкая пена будет циркулировать по каналу 30 в теплообменном устройстве 10 и будет нагреваться нагревательным элементом 21, расположенным в соответствующей машине 200. Для нагревательного элемента 21 можно использовать различные технологии нагрева, такие как теплопроводность, индукция, горячий воздух или излучение, среди прочих.
Можно использовать не только теплопроводность, но и другие средства, способные передавать тепло слою 11, в связи с чем их следует включать в объем охраны по настоящей заявке, такие как излучение с помощью инфракрасных или галогенных ламп, горячий воздух, индукция и т.д.
Компоновка, описанная для данного теплообменного устройства 10 в соответствии с третьим вариантом осуществления, предпочтительно представляет собой часть крышки или колпака, интегрированных в состав узла или блока (предпочтительно в виде бутылки, пакета или таблетки), содержащего жидкий продукт, подвергаемый нагреву, а также, возможно, вспениванию. Крышка или колпак с такой конфигурацией являются предпочтительно плоскими и довольно компактными, хотя и имеют определенную толщину, обеспечивающую долгий жизненный цикл этой детали, так чтобы она не изнашивалась слишком быстро, и ее можно было очищать и повторно использовать несколько раз. Крышка или колпак, интегрированные в состав блока, присоединяются к машине 200, содержащей по меньшей мере: механическую соединительную деталь для приема крышки или колпака и нагревательный элемент 21, передающий тепло крышке или колпаку (слою 11 в крышке или колпаке). Дополнительные разъяснения и подробные сведения о машине 200 приводятся ниже.
В соответствии с описанием выше в первом и втором вариантах осуществления используется пар в качестве источника для обеспечения тепла для слоя 11 или для первичного и вторичного слоев 11 и 12. Пар очень эффективно передает тепло слою или слоям путем фазового перехода из пара в жидкость (воду), что позволяет сократить длину канала или каналов при увеличении активной поверхности для теплопередачи за счет использования формы лабиринта с целью сохранения компактных размеров крышки или колпака при интеграции конфигурации по настоящему изобретению. Поэтому нагрев жидкости или пены осуществляется прямым потоком и без какого-либо контакта между машиной или устройством и продуктом, тем самым предоставляя потребителю простое решение по очистке, что будет более подробно объясняться ниже. Вода, образующаяся в результате фазового перехода пара, может либо смешиваться с продуктом (выдаваемой жидкостью или пеной), либо отводиться в лоток для стока конденсата с удалением на последующих этапах.
В подходе, используемом в третьем варианте осуществления, применяется нагревательный элемент 21 в машине 200, к которому прижимается слой 11 для разогрева, так чтобы жидкость или пар нагревались до горячего состояния во время циркуляции по каналу 30 в контакте со слоем 11. Следует отметить еще раз, что этот вариант осуществления позволяет передавать тепло жидкости или пене без контакта между продуктом и машиной 200, тем самым предоставляя потребителю простое решение по дальнейшей очистке.
В соответствии со вторым аспектом настоящее изобретение относится к узлу 300 для обеспечения горячих жидкостей или жидких пен по запросу, как показано, например, на фиг. 11. Узел 300 предпочтительно выполнен в виде бутылки, так как он должен обеспечивать неоднократное дозирование и многократное использование; однако он также может быть выполнен в виде пакета или таблетки. Узел 300 содержит контейнер 301 для жидкости, содержащий внутри жидкий продукт, который будет подвергаться нагреву, а также, возможно, вспениванию. Жидкость можно заливать в контейнер 301 до запланированного использования узла и полный узел можно впоследствии разобрать для очистки и подготовки к дальнейшему использованию. Дополнительные разъяснения по очистке приводятся ниже.
На фиг. 11 представлен узел 300, выполненный в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. Узел 300 содержит контейнер 301 для жидкости, в который заливают жидкость, подвергаемую нагреву, а также, возможно, вспениванию. Теплообменное устройство 10 расположено сверху на контейнере 301 и выполнено в виде крышки или колпака довольно компактного размера. Теплообменное устройство 10 содержит нагревательный блок 310, а также предпочтительно насосное вспенивающее устройство 50.
Узел 300 также обычно содержит выходной канал 305 для жидкости и входной канал 302 для воздуха, один или множество паровых патрубков 303, 304 и приводное соединение 306.
Со ссылкой на вариант осуществления, показанный на фиг. 11, а также на обзор системы, представленной на фиг. 9, жидкость, содержащаяся внутри контейнера 301, подается в теплообменное устройство 10, в частности в нагревательный блок 310, где она течет по второму каналу 30 и встречается со слоем 11, который нагревается за счет фазового перехода пара, циркулирующего по первому каналу 20. Пар подается в первый канал 20 и вытекает через выходной канал 305 для жидкости, как правило, в чашку или соответствующее приемное устройство. В описанном случае жидкость, циркулирующая по теплообменному устройству 10, только нагревается, но не вспенивается, а входной канал 302 для воздуха закрыт.
Существует также возможность нагрева и вспенивания жидкости внутри контейнера 301. В этом случае, схематически представленном на фиг. 9, жидкость сначала поступает из контейнера 301 в насосное вспенивающее устройство 50, где она смешивается с воздухом, поступающим из входного канала 302 для воздуха, и эта смесь вспенивается в указанном насосном вспенивающем устройстве 50. Обычно насосное вспенивающее устройство 50 содержит по меньшей мере две части, подвижные относительно друг друга (либо одна часть является неподвижной, а другая часть выполнена с возможностью вращения относительно первой, либо обе части выполнены с возможностью вращения относительно друг друга): смесь жидкости и воздуха приводится в движение за счет напряжения сдвига в пространстве между двумя частями и таким образом вспенивается благодаря эффекту течения Куэтта. Две подвижные части или единственная подвижная часть приводятся во вращение приводным соединением 306. После вспенивания смеси жидкости и воздуха она подается в теплообменное устройство 10, где она нагревается за счет циркуляции по второму каналу 30, находясь в контакте со слоем 11, нагреваемым паром, который циркулирует по первому каналу 30, как описано ранее. После нагрева и вспенивания смеси она выходит из узла 300 через выходной канал 305 для жидкости.
Для очистки узла 300, такого как описанный и показанный на фиг. 9, различные его части легко разбираются для легкой очистки. Контейнер 301 для жидкости можно легко отделить от узла 300 при нажатии на лапки или фланцы 307, как показано на фиг. 11. После разборки внутренний объем контейнера 301 можно вымыть или очистить, например, в посудомоечной машине. В теплообменном устройстве 10 слой 11 предпочтительно крепится к первому каналу 20, поэтому они оба отделяются одновременно: очищать необходимо только внешнюю часть слоя 11, контактирующую с каналом для жидкости (второй канал 30), что легко осуществляется при помощи ткани или т.п., так как он остается плоским. Очевидно, что внутренняя часть, содержащая первый канал 20, по которому циркулирует пар, остается абсолютно чистой, так как жидкость по нему не проходит, как видно на фиг. 12b. Также, как показано на фиг. 12a или 12b, после отделения слоя 11 c первым каналом 20 предоставляется доступ ко второму каналу 30 для его легкой очистки, так как по нему циркулировала жидкость.
Обычно выходной канал 305 для жидкости также выполнен с возможностью отделения от остальной части узла 300 и теплообменного устройства 10, также для облегчения его очистки.
Кроме того, насосное вспенивающее устройство 50 в теплообменном устройстве 10 также выполнено разборным на несколько частей, которые легко очищаются. Обычно, когда имеется вращающаяся часть и неподвижная часть, вращающаяся часть выполнена с возможностью отделения от неподвижной части для ее легкой очистки с одновременным получением доступа к поверхности неподвижной части, которая находилась в контакте с жидкостью и которую необходимо очистить.
Конфигурацию, аналогичную представленной на фиг. 11, можно предварительно рассмотреть для узла 300 в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, где теплообменное устройство 10, в частности нагревательный блок 310, будет иметь конфигурацию, описанную на фиг. 2. Аналогично описанию выше, контейнер 301 можно разобрать и очистить, а выходной канал 305 для жидкости также предпочтительно выполнен с возможностью извлечения для его легкой очистки. Аналогичным образом, насосное вспенивающее устройство 50 также выполнено с возможностью отсоединения для внутренней очистки, как объяснялось ранее.
Нагревательный блок 310 отсоединяют в виде двух частей, при этом каждая часть содержит плоский слой (первичный слой 11 и вторичный слой 12), который является доступным для очистки и легко очищается, поскольку представляет собой плоскую поверхность. Позади обоих слоев находится первый канал 20 и третий канал 40 для циркуляции пара, но отсоединять или разбирать эти части нет необходимости, так как жидкость в них не циркулирует. После отсоединения частей второй канал 30, по которому циркулирует жидкость (жидкость или жидкая пена поступает в нагревательный блок 310 через входной канал 311 для жидкости), снова становится доступным, как в первом варианте осуществления, показанном на фиг. 12a и 12b, чтобы его можно было легко очистить. Также для этой конфигурации пар подается в каналы 20 и 40 через паровые патрубки 303, 304. Аналогичным образом, воздух подается в насосное вспенивающее устройство 50 через входной канал 302 для воздуха, и вращающаяся часть в насосном вспенивающем устройстве 50 будет приводиться во вращение с помощью приводного соединения 306. Когда вспенивание происходит в такой конфигурации, жидкость из контейнера 301 направляется в насосное вспенивающее устройство 50 перед поступлением во второй канал 30, т.е. перед нагревом.
Когда теплообменное устройство 10 в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения (в соответствии с фиг. 3) реализуется в узле 300, в частности, нагревательный блок 310 содержит второй канал 30, по которому циркулирует жидкость, и слой 11 выполнен, по существу, плоским. Для нагрева слой 11 будет находиться в контакте с нагревательным элементом 21 в машине 200. Для конфигурации нагревательного элемента 21 возможны различные средства: теплопроводность, излучение с помощью инфракрасных или галогенных ламп, горячий воздух, индукция и т.д.
В такой конфигурации слой 11 выполнен с возможностью отсоединения от второго канала 30 (для этого, возможно, он будет выполнен более толстым) для обеспечения возможности легкой очистки части слоя 11, находящейся в контакте с жидкостью (она выполнена, по существу, плоской), и доступа ко второму каналу 30 с целью очистки. Другие части узла 300 не находятся в контакте с жидкостью, поэтому не требуют очистки. Как и в предыдущих вариантах осуществления, насосное вспенивающее устройство 50 является доступным изнутри для очистки и выходной канал 305 для жидкости также выполнен с возможностью отделения от узла 300 для обеспечения возможности его очистки. Аналогичным образом, контейнер 301 выполнен с возможностью отсоединения от теплообменного устройства 10, а также с возможностью легкой очистки.
Когда жидкость также вспенивается, вспенивание происходит до поступления жидкости (в данном случае жидкой пены) во второй канал 30, как схематически показано на фиг. 10.
В соответствии с другим вариантом осуществления канал для жидкости (второй канал 30) может иметь цилиндрическую компоновку, как показано на фиг. 7a и 7b. В этом случае слой 11 расположен вокруг цилиндрического канала 30 в форме рукава, так что этот рукав может быть выполнен с возможностью скольжения относительно канала 30 для обеспечения возможности надлежащей и легкой очистки той части рукава, которая находится в контакте с жидкостью, а также второго канала 30, по которому циркулирует жидкость или жидкая пена.
В соответствии с третьим аспектом настоящее изобретение относится к машине 200 для эффективного нагрева жидкостей или жидких пен по запросу. Схематическое представление такой машины 200 показано на фиг. 13. К машине 200 подсоединен узел 300, содержащий контейнер 301 с жидкостью и теплообменное устройство 10, предпочтительно расположенное на нем сверху.
Как схематически показано на фиг. 10, машина 200, к которой подсоединен узел изобретения, в частности к которой подсоединено теплообменное устройство 10, содержит по меньшей мере:
- механическую соединительную деталь, пригодную для приема крышки или колпака при интеграции теплообменного устройства 10, обычно запирающий механизм 201, предпочтительно также содержащий рукоятку 202 для облегчения его закрывания на устройстве 10;
- парогенератор 22 (обычно термоблок и насос) для выдачи пара через паровые патрубки 303, 304 в крышку или колпак для первого и второго вариантов осуществления, в которых используется паровой нагрев; или нагревательный элемент 21, передающий тепло от нагревательного элемента на крышку или колпак, для третьего варианта осуществления, в котором используется теплопроводность, излучение с помощью инфракрасных или галогенных ламп, горячий воздух, индукция или т.п.;
- необязательно приводной блок 23 вспенивания, приводящий в движение соответствующее насосное вспенивающее устройство 50, в частности приводящий во вращение подвижную часть или части насосного вспенивающего устройства 50 в крышке или колпаке для осуществления вспенивания;
- также необязательно воздушный регулятор 203 для подачи воздуха в насосное вспенивающее устройство 50 через входной канал 302 для воздуха с целью вспенивания смеси жидкости (из контейнера 301) и воздуха.
Жидкость, содержащаяся в узле, в соответствии с изобретением также может содержать некоторый ароматизатор, поэтому продукт из узла будет представлять собой ароматизированный, горячий и, возможно, также вспененный напиток.
Как схематически показано на фиг. 9, когда жидкий продукт подлежит вспениванию, он сначала подается в насосное вспенивающее устройство 50, где происходит вспенивание смеси этой жидкости с воздухом, поступающим в насосное вспенивающее устройство 50 через входной канал 302 для воздуха. Оттуда вспененная смесь направляется во второй канал 30. Если жидкость не подлежит вспениванию, входной канал для воздуха (поскольку работа насоса в любом случае необходима) насосного вспенивающего устройства 50 просто не активируется и жидкость подается во второй канал 30. Протекая по второму каналу 30, жидкость или вспененный жидкий продукт нагревается первичным слоем 11 (первый вариант осуществления) или первичным и вторичным слоями 11, 12 (второй вариант осуществления) и направляется в чашку или соответствующее приемное устройство. Насосное вспенивающее устройство 50 изобретения работает таким образом, что при активации совместно с входным каналом для воздуха производится перекачивание смеси жидкости с воздухом, а также ее вспенивание; когда входной канал для воздуха не активируется, производится только перекачивание смеси воздуха и жидкости через устройство 50 без вспенивания.
Машина 200, к которой подсоединен узел, содержит парогенератор 22 и приводной блок 23 вспенивания, как показано на фиг. 9. Предпочтительно насосное вспенивающее устройство 50 выполнено в виде вращающейся части, которая вращается относительно стационарной части, либо в виде двух вращающихся частей, которые вращаются относительно друг друга таким образом, что смесь воздуха и жидкости, находящаяся между двумя частями, подвергается напряжению сдвига, при котором происходит вспенивание благодаря эффекту течения Куэтта. Предпочтительно эти части имеют форму дисков или цилиндров. Вращающаяся часть (или обе вращающиеся части) приводится во вращение приводным блоком 23 вспенивания, обычно двигателем.
Аналогичным образом, на фиг. 10 представлен узел в соответствии с изобретением, содержащий внутри жидкий продукт, который подвергается нагреву, а также, возможно, вспениванию, вместе с крышкой или колпаком, в состав которого интегрируется теплообменное устройство 10.
Как схематически показано на фиг. 10, когда жидкий продукт подлежит вспениванию, он сначала подается в насосное вспенивающее устройство 50, где он смешивается с воздухом, поступающим из входного канала 302 для воздуха в насосное вспенивающее устройство 50, причем смесь жидкости и воздуха вспенивается и затем направляется во второй канал 30. Если жидкость не подлежит вспениванию, входной канал для воздуха насосного вспенивающего устройства 50 просто не активируется и жидкость подается во второй канал 30. Протекая по второму каналу 30, жидкость или вспененный жидкий продукт нагревается слоем 11, который нагревается соответствующим нагревательным элементом 21 (третий вариант осуществления), и направляется в чашку или соответствующее приемное устройство. Нагрев нагревательного элемента 21 происходит за счет теплопроводности, излучения с помощью инфракрасных или галогенных ламп, горячего воздуха, индукции или т.п.
Машина 200, к которой подсоединен узел, содержит нагревательный элемент 21 и приводной блок 23 вспенивания, как показано на фиг. 10. Также предпочтительно насосное вспенивающее устройство 50 выполнено в виде вращающейся части, которая вращается относительно стационарной части (также оно может содержать две части, вращающиеся относительно друг друга) таким образом, что смесь воздуха и жидкости, находящаяся между двумя частями, подвергается напряжению сдвига, при котором происходит ее вспенивание благодаря эффекту течения Куэтта. Предпочтительно вращающаяся часть и стационарная часть (или обе вращающиеся части) имеют форму дисков или цилиндров. Вращающаяся часть (или обе вращающиеся части) приводится во вращение приводным блоком 23 вспенивания, обычно двигателем.
В соответствии с четвертым аспектом, настоящее изобретение относится к системе 100 для эффективного обеспечения горячих жидкостей или жидких пен по запросу с возможностью легкой очистки тех частей, которые находятся в контакте с жидкостью или жидкой пеной, как показано на фиг. 13. Система 100 содержит узел 300, как описано выше (узел, включающий в себя теплообменное устройство 10), и машину 200, к которой подсоединен узел.
Некоторые из уже изложенных ранее преимуществ системы изобретения резюмируются ниже:
- система способна обеспечивать горячую жидкость или горячую жидкую пену по запросу;
- в машине отсутствуют части, находящиеся в контакте с жидкостью или жидкой пеной (система выполнена по прямому потоку или линейно), что сводит к минимуму требуемые операции очистки;
- детали узла, находящиеся в контакте с жидкостью или жидкой пеной, выполнены с возможностью легкой разборки, поэтому они легко очищаются или легкодоступны для очистки;
- нагрев жидкой пены осуществляется очень мягко (что обеспечивает очень высокое качество), так как отсутствует непосредственный контакт между пеной и источником тепла;
- загрязнение не допускается, так как узел можно легко очистить после каждой операции или дозирования.
Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты его осуществления, обычный специалист в данной области может вносить множество модификаций и изменений без отклонения от объема настоящего изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.
Перечень обозначений
100 Система нагрева жидкости или жидкой пены по запросу
10 Теплообменное устройство
11 Первичный слой
12 Вторичный слой
20 Первый канал (пар)
30 Второй канал (жидкость или жидкая пена)
40 Третий канал (пар)
50 Насосное вспенивающее устройство
200 Машина
201 Запирающий механизм
202 Рукоятка
203 Воздушный регулятор
21 Нагревательный элемент
22 Парогенератор
23 Приводной блок вспенивания
300 Узел
301 Контейнер для жидкости
302 Входной канал для воздуха
303 Паровой патрубок
304 Паровой патрубок
305 Выходной канал для жидкости
306 Приводное соединение
310 Нагревательный блок
307 Лапка, фланец
310 Нагревательный блок
311 Входной канал для жидкости.
Реферат
Настоящее изобретение относится к теплообменному устройству для эффективного нагрева жидкостей или жидких пен по запросу с возможностью легкой очистки. Изобретение дополнительно относится к системе, включающей в себя такое теплообменное устройство. Теплообменное устройство (10) для нагрева жидкости или жидкой пены по запросу содержит канал (30), по которому циркулирует жидкость или жидкая пена, и по меньшей мере один слой (11), выполненный из теплопроводного материала, причем канал (30) находится в контакте со слоем (11) таким образом, что при нагреве слоя (11) он передает тепло жидкости или жидкой пене, циркулирующей по каналу (30), канал (30) и часть слоя (11), находящаяся в контакте с указанным каналом (30), выполнены с возможностью отсоединения для получения доступа к ним с целью очистки. При этом теплообменное устройство дополнительно содержит первый канал (20), по которому циркулирует пар для нагрева слоя (11) за счет фазового перехода из пара в жидкость при циркуляции по первому каналу (20), и второй канал (40), по которому циркулирует пар, и вторичный слой (12), находящийся в контакте со вторым каналом (40) таким образом, что вторичный слой (12) нагревается за счет фазового перехода пара в жидкость при циркуляции по второму каналу (40), причем канал (30) и части слоев (11, 12), находящиеся в контакте с указанным каналом (30), выполнены с возможностью отсоединения для получения доступа к ним с целью очистки. Техническим результатом изобретения является обеспечение получения пены высшего качества по запросу, обеспечение простоты эксплуатации, очистки и обслуживания пользователем. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 13 ил.
