ТЕРМОРЕГУЛИРУЕМЫЙ КОНТЕЙНЕР Российский патент 2015 года по МПК A47J41/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к автономному устройству для доведения вещества, например жидкости, до заданной температуры и/или поддержания вещества, например жидкости, при заданной температуре. Устройство, в частности, может быть встроено в аппарат для приготовления напитков, например мобильный портативный аппарат, в частности аппарат для приготовления напитка посредством подачи жидкости, например воды, через капсулу с вкусовым ингредиентом.

В дальнейшем описании под термином «напиток» понимается любой жидкий пищевой продукт, такой как чай, кофе, горячий или холодный шоколад, молоко, суп, детское питание и т.д. Под термином «капсула» понимается любой предварительно расфасованный ингредиент напитка в замкнутой упаковке из любого материала, в частности, в воздухонепроницаемой упаковки, например, из пластика, алюминия, биоразлагающегося или бионеразлагающегося материала, и любой формы и конструкции, включая мягкие чалды или жесткие картриджи с ингредиентом.

Уровень техники

Аппараты для приготовления напитков известны в течение ряда лет. Например, в документе US 5943472 описана система циркуляции воды между водяным резервуаром и камерой распределения горячей воды или пара в аппарате для приготовления эспрессо. Система циркуляции включает в себя металлическую нагревательную трубку и насос, которые соединены между собой и с резервуаром.

Как правило, аппарат для приготовления напитков включает в себя корпус, содержащий модуль приготовления напитков и резервуар для жидкости, который соединен с корпусом с возможностью отсоединения и функционально связан с модулем приготовления напитков. Примеры таких аппаратов для приготовления напитков приведены в документах ЕР 1267687, WO 2009/074553 и WO 2010/015427.

Аппараты для приготовления напитков, например кофе, в которых используются предварительно упакованные или неупакованные порции вкусового ингредиента напитка, имеют широкое применение в домашнем хозяйстве, а также в организациях, торговых центрах и компаниях. Принцип приготовления основан на экстракции порций напитка посредством прохождения через соответствующий вкусовой ингредиент некоторого количества холодной или горячей жидкости под высоким давлением, которое, как правило, превышает атмосферное. Упакованные порции могут находиться в капсулах, как указано выше. Пример картриджа описан в патентном документе EP 0512468. Пример чалды описан в патентном документе EP 0602203. Пример способа экстракции описан в документе EP 0512470.

Для экстракции напитка под давлением из таких порций в капсуле или упаковке другого типа необходимо использовать относительно мощный водяной насос, например электрический компрессор, и нагреватель, например, электрический, для доведения жидкости до требуемой температуры, например, 50-100°C, для приготовления чая или кофе. Эти насосы и нагреватели получают электропитание от сети.

Такие устройства для приготовления напитков сложно перемещать, например, на тележке или просто вручную. Фактически, было бы полезным сделать эти устройства более мобильными, чтобы напитки можно было предлагать пассажирам в поезде, самолете или определенных местах, например, в кинотеатрах, театрах, а также в общественных местах, например, на пляжах, в парках, бассейнах и других общественных местах или местах частного пользования или в любом месте, где отсутствует доступ к электросети.

В документе US 6739241 описана капельная кофеварка для приготовления кофе в походных условиях, в которой вода подается через трубку из резервуара в варочную секцию посредством нагревания трубки с помощью нагревателя с открытым пламенем для создания давления воды, в результате чего кипящая/испаряющаяся вода проходит в варочную секцию. Несмотря на то, что такой тип нагрева воды с помощью пламени может оказаться удобным для циркуляции кипящей/испаряющейся воды под действием давления с целью приготовления кофе в капельной кофеварке, эта нагревательная система не пригодна для приготовления эспрессо. Для приготовления кофе эспрессо вода, которая прокачивается, как правило, механическим способом через молотый кофе, предпочтительно поддерживается при регулируемой температуре, как правило, около 90°C с отклонением в несколько градусов, чтобы температура приготовленного кофе, налитого в чашку, составляла 85-90°C, например 86-87°C.

В документе WO 2006/102980 описан аппарат для приготовления эспрессо с питанием от батареи. Во избежание чрезмерного использования батареи для нагрева воды, предназначенной для приготовления напитков, этот аппарат имеет теплоизолированный резервуар, который содержит воду и предварительно подогревается с помощью сети перед приготовлением напитков в автономном режиме. Затем с помощью батареи температура воды поддерживается на достаточном уровне в автономном режиме. Автономность таких аппаратов для приготовления напитков может составлять небольшой промежуток времени, т.е. такие аппараты предполагается использовать в течение относительно короткого периода времени от того момента, когда вода была предварительно нагрета, например, в поездах, самолетах, кинотеатрах и т.д. Однако такой аппарат не является оптимальным решением, когда он должен использоваться в автономном режиме в течение нескольких часов.

В документе WO 99/02081 представлен аппарат для приготовления кофе, в частности, переносной, в котором необходимое для экстракции молотого кофе давление создается сжатым воздухом. Вода для приготовления кофе содержится в теплоизолированном контейнере. Вода может нагреваться электрическими нагревательными элементами. Давление для экстракции создается с помощью автономного средства, например, газового баллона, установленного под аппаратом. Аппарат может быть установлен на тележку с газовым баллоном, расположенным в предусмотренном для этого отсеке тележки.

В документе US 2007/019452 описан переносной или портативный аппарат для приготовления эспрессо, в котором вода перекачивается из резервуара с помощью насоса, приводимого в действие сжатым газом. Вода нагревается в резервуаре (в этом случае резервуар изолирован) или между резервуаром и верхней частью, предназначенной для экстракции. Аппарат для приготовления эспрессо имеет или электрический нагреватель, например, термоблок, или огневой нагреватель, например, горелку, использующую твердое, и/или газообразное, и/или жидкое топливо.

В документе WO 2009/092746 описан автономный аппарат для приготовления напитков, имеющий комбинированную нагревательную систему, которая включает в себя электрический нагреватель, объединенный с огневым нагревателем. В более общем виде топливная газовая горелка, которая может использоваться для приготовления напитков, описана в документе WO 2007/027379.

В документе EP 168687 описан переносной или портативный аппарат для приготовления напитков, имеющий теплоизолированный водяной резервуар, позволяющий приготавливать несколько напитков, и приводимый в действие газом насос для подачи воды из резервуара в модуль приготовления напитков. Теплоизолированный водяной резервуар может содержать средства компенсации возможных тепловых потерь во время использования. Такие средства могут включать в себя огневой нагреватель или резистивный нагреватель, соединенный с источником электропитания, например, батареей, солнечной панелью или прикуривателем автомобиля.

Таким образом, существует потребность в конструкции для точного регулирования температуры контейнера для вещества, например жидкости, в частности воды, в особенности для переносных автономных устройств для дозирования напитков, в частности машин для приготовления чая или кофе.

Раскрытие изобретения

Основной задачей изобретения является создание устройства для доведения вещества, например жидкости, до заданной температуры и/или поддержания такого вещества при заданной температуре.

Другой задачей изобретения является разработка устройства для хранения такого вещества при заданной температуре в течение продолжительного периода времени предпочтительно с автономным встроенным источником энергии.

Дополнительной задачей изобретения является создание устройства, приспособленного для размещения источника тепла, использующего для доведения вышеуказанного вещества до заданной температуры и/или поддержания этого вещества при заданной температуре в холодном или горячем состоянии без использования электрической энергии, например, батарей.

Таким образом, изобретение относится к теплоаккумулирующему устройству, такому как автономное устройство, в частности, к вакуумному резервуару, для хранения и поддержания вещества, например жидкости, при постоянной температуре, отличающейся от внешней температуры, например, температуры окружающей среды, например, от 0 до 40°C или от 10 до 35°C.

Устройство содержит:

- контейнер для хранения вещества при постоянной температуре;

- источник тепла для компенсации теплопередачи из-за перепада между температурой окружающей среды и постоянной температурой хранения.

Теплопередача между внутренней и наружной поверхностями контейнера будет зависеть от указанного перепада температур и от изоляции (теплопроводности) контейнера.

Согласно изобретению источник тепла содержит тело для аккумулирования тепловой энергии и для ее передачи от контейнера или к нему с целью компенсации вышеуказанной теплопередачи в результате перепада температур и поддержания постоянной температуры хранящегося вещества, при этом тело расположено снаружи контейнера.

Таким образом, такое устройство отходит от концепции, заключающейся в управлении нагревом, при котором тепловая энергия во время автономного использования вырабатывается посредством преобразования электрической энергии в тепловую энергию или в результате сжигания горючего вещества в портативном источнике энергии.

Таким образом, устройство согласно настоящему изобретению включает в себя тело для аккумулирования тепловой энергии и выдачи аккумулированной энергии по мере необходимости в течение некоторого времени в контейнер при автономном использовании с целью доведения содержащегося в контейнере вещества, например жидкости, до заданной температуры и/или поддержания этого вещества в контейнере при этой температуре, например, при постоянной температуре хранения. Тепловая автономность устройства обычно составляет свыше 30 мин или 1 часа, как правило, более трех часов, а предпочтительно - не менее 5-6 часов и в зависимости от конкретного применения устройства может достигать 10, 20 или 30 часов.

Тело для аккумулирования тепловой энергии может предварительно быстро нагреваться или охлаждаться перед использованием посредством его зарядки за счет резистивного нагрева или другого преобразования в тепло электричества, например, от сети. Таким образом, можно исключить использование электрических батарей или аккумуляторов большой мощности, которые неблагоприятно влияют на окружающую среду и требуют длительной зарядки.

Источник тепла может содержать тело, которое нагревается перед использованием для аккумулирования тепловой энергии и передачи этой тепловой энергии контейнеру во время использования. Таким образом, тепло может аккумулироваться в теле и по мере необходимости передаваться содержащемуся в контейнере веществу. Это, в частности, относится к веществу, которое должно доводиться до температуры, значительно превышающей наружную температуру, или поддерживаться при такой температуре.

Источник тепла может иметь охлаждающее тело, которое охлаждается перед использованием и аккумулирует во время использования тепловую энергию, отбираемую от контейнера. Таким образом, тепло может отбираться от тела, и затем тело по мере необходимости используется для отбора тепла от содержащегося в контейнере вещества. Это, в частности, относится к веществу, которое должно доводиться до температуры, значительно меньшей температуры окружающей среды или поддерживаться при заданной температуре.

В дополнительном варианте осуществления изобретения источник тепла может быть комбинированным, например, для нагрева и охлаждения содержащегося в контейнере вещества. Такой источник тепла может иметь первое тело - нагревающее и второе тело - охлаждающее. Это, в частности, относится к случаю, когда наружная температура может изменяться и быть выше или ниже температуры, до которой должно быть доведено хранящееся вещество и/или при которой это вещество должно храниться.

Источник тепла может включать в себя электрическое термоустройство, в частности, содержащее резистивный нагреватель или электрический тепловой насос, или термоэлектрический охладитель на основе эффекта Пельтье, или магнитную холодильную машину, или любое другое эквивалентное средство для электрического нагрева или охлаждения тела перед автономным использованием и поддержания постоянной температуры хранения во время автономного использования без питания от сети. Как вариант, тело может нагреваться в печи или охлаждаться в морозильном аппарате для глубокого замораживания. Автономность тепловой энергии может составлять от 1 до 24 часов после электрического нагрева или охлаждения тела, в частности от 2 до 12 часов, например от 3 до 8 часов. Автономность будет зависеть от теплопроводности между внутренней и наружной сторонами контейнера, емкости контейнера и свойств и объема хранящегося вещества.

Как правило, тело соединяется с контейнером устройства через термоклапан для регулирования теплопередачи между телом и контейнером в зависимости от температуры, до которой должна быть доведена содержащаяся жидкость и/или при которой она должна поддерживаться.

Термоклапан может включать в себя исполнительный механизм для регулирования тепловой связи между телом и контейнером с помощью клапана, в частности, термомеханический исполнительный механизм. Термомеханический исполнительный механизм может приводиться в действие при прохождении температурного порога. Термомеханический исполнительный механизм может быть выполнен с возможностью изменения формы и/или объема во время приведения в действие, в частности он может быть выполнен с возможностью изменения физического состояния во время приведения в действие, например, термомеханический механизм расплавляется или затвердевает у температурного порога. Исполнительный механизм может включать в себя элемент из воска с подобранной температурой изменения физического состояния, например, расплавления и/или затвердевания, соответствующей постоянной температуре хранения. Может использоваться и другая конструкция регулятора температуры, в частности, другая конструкция термореле, например, включающая в себя биметаллическую пластину.

Термоклапан может иметь теплопроводящий элемент для направления тепловой энергии от тела к контейнеру и наоборот, и затвор для установления и прерывания передачи тепла через теплопроводящий элемент от тела к контейнеру и наоборот. Теплопроводящий элемент может представлять собой гибкий теплопроводник, в частности, прикрепленный к телу или контейнеру и находящийся в тепловой связи с ними, или теплопроводящий элемент может содержать по меньшей мере одну проволочную сетку или полотно, например, некоторое количество тканых или нетканых проволочных сеток из металла или на его основе. Теплопроводящий элемент, например проволочная сетка или полотно, может изготавливаться из меди, и/или алюминия, и/или их сплавов. Например, теплопроводящий элемент имеет одну часть, например один конец, прикрепленный к контейнеру и находящейся в тепловой связи с ним, и другую часть, например, другой конец, который выборочно при необходимости образует или не образует тепловую связь с телом, и наоборот (т.е. одна часть прикреплена к телу, и другая часть выборочно образует или не образует тепловую связь с контейнером). В другом примере теплопроводящий элемент имеет части, которые обе выборочно образуют или не образуют связь с контейнером и телом, соответственно.

Затвор может включать в себя механический переключатель, например, поворотный, для создания и прерывания тепловой связи тела с контейнером через теплопроводящий элемент. В частности, переключатель перемещается, например, пружиной, для создания и прерывания тепловой связи тела с контейнером через теплопроводящий элемент. Для вышеописанного примера термомеханический исполнительный механизм может находиться в тепловой связи с контейнером и активироваться посредством изменения его температуры для приведения в действие механического переключателя с целью создания и прерывания тепловой связи тела с контейнером через теплопроводящий элемент.

Обычно контейнер и, возможно, тело охвачены теплоизолирующей наружной оболочкой. Эта теплоизолирующая наружная оболочка может быть по существу герметично закрыта вокруг контейнера и/или может иметь теплоотражающую внутреннюю поверхность для удержания теплового излучения от контейнера и от тела, если таковое имеется. Контейнер может быть расположен в изолирующей наружной оболочке, а тело может быть выполнено в форме отдельного модуля, в частности, изолированного, имеющего тепловое соединение с контейнером.

Теплоизолирующая наружная оболочка может охватывать контейнер и тело, которое, в частности, удерживается на контейнере на некотором расстоянии от наружной оболочки с помощью соединительной конструкции, например, неподвижно и/или жестко соединенных стержней или пальцев. Теплопроводность таких стержней или пальцев является такой низкой, что во время использования через соединительную конструкцию между контейнером и телом передается меньшее количество тепловой энергии по сравнению с тепловой энергией, передаваемой в результате перепада между наружной температурой и постоянной температурой хранения. Соединительная конструкция может быть изготовлена из теплоизолирующего пластика и/или керамического материала. В этом случае происходит непрерывная минимальная передача тепла от тела к контейнеру и/или наоборот, что может быть отрегулировано тепловым регулятором, так чтобы общая передача тепла между телом и контейнером по существу равнялась передаче тепла между контейнером и наружной средой.

Другим объектом изобретения является устройство для доведения вещества, например, жидкости, до заданной температуры и/или поддержания заданной температуры жидкости. Устройство содержит: контейнер для хранения такого вещества; источник тепла для регулирования температуры в контейнере; и термоклапан для регулирования передачи тепла от контейнера к источнику тепла и/или наоборот. Клапан содержит термомеханический исполнительный механизм, который находится в тепловой связи с контейнером и который выполнен с возможностью приведения в действие после прохождения температурного порога, соответствующего заданной температуре в контейнере, и регулирования передачи тепла через клапан. Клапан может содержать теплопроводящий элемент для направления тепловой энергии от источника тепла к контейнеру или наоборот и затворный элемент для установления и прерывания передачи тепла через теплопроводящий элемент от источника тепла к контейнеру или наоборот. Термомеханический исполнительный механизм может содержать элемент из воска с подобранной температурой изменения физического состояния, соответствующей указанному температурному порогу.

Устройство может включать в себя любой признак или комбинацию признаков, указанных выше, в частности вышеуказанное тело.

Изобретение также относится к аппарату для приготовления напитков, в частности, к переносному или портативному аппарату, который содержит описанное выше устройство, имеющее контейнер для хранения жидкости, в частности воды. Аппарат может включать в себя средства подачи этой жидкости, в частности, в устройство для смешивания жидкости с вкусовым ингредиентом. Средства подачи жидкости могут содержать насос для перекачивания жидкости, например, газовый насос. Переносной или портативный аппарат может включать в себя автономный источник энергии, например, батарею или аккумулятор, который может использоваться для подачи питания к насосу, блоку управления, например, печатной плате с контроллером и датчикам и/или интерфейсу пользователя.

Аппарат может самостоятельным аппаратом для приготовления кофе, чая, шоколада или супа, который может подключаться к электросети, например, дома или в офисе, и/или портативным или переносным аппаратом, аккумулирующим энергию для автономного использования без соединения с внешним источником энергии.

В частности, аппарат может быть выполнен с возможностью приготовления напитка в узле обработки ингредиента путем пропускания горячей или холодной воды или другой жидкости через капсулу с ингредиентом напитка, например, молотым кофе, чаем, шоколадом, какао, сухим молоком и т.д.

Например, аппарат для приготовления напитков содержит узел обработки ингредиента, включающий в себя один или несколько резервуаров с жидкостью, контур подачи жидкости, нагреватель, который может приводиться в действие, когда машина включена в сеть, насос и блок приготовления напитков, выполненный с возможностью установки в нем капсул с ингредиентом для экстракции напитка, а также удаления капсул после экстракции; корпус с отверстием, ведущим к области, в которую удаляются капсулы из блока приготовления; а также накопительную емкость с полостью, образующей пространство для сбора капсул, удаляемых в эту часть емкости до уровня ее заполнения. Накопительная емкость может вставляться в область для сбора использованных капсул и может выниматься из этой области для выгрузки накопленных капсул. Примеры выполнения подобных устройств обработки ингредиентов представлены в документах WO 2009/074550, WO 2009/130099 и WO 2010/015427.

Модуль приготовления напитков может включать в себя один или несколько следующих компонентов:

а) заварочный блок для приема ингредиента напитка, в частности, предварительно отделенного и помещенного внутрь капсулы, и для направления поступающего потока жидкости, такой как вода, через упомянутый ингредиент к выпускному отверстию для напитка;

б) нагреватель, например, резистивный, для предварительного нагрева жидкости в контейнере вышеуказанного устройства регулирования температуры;

в) насос для перекачивания жидкости из контейнера в заварочный блок, в частности, насос, питающийся от батареи или аккумулятора;

г) по меньшей мере один гидравлический соединительный элемент для направления жидкости от ее источника, такого как резервуар с жидкостью, к выпускному отверстию для напитка;

д) электрический блок управления, в частности, питающийся от батареи или аккумулятора, например, содержащий печатную плату для получения команд пользователя через интерфейс и для управления нагревателем и насосом;

е) по меньшей мере один электрический датчик для регистрации по меньшей мере одного из показателей работы заварочного блока, нагревателя, насоса, резервуара с жидкостью, устройства для сбора ингредиентов, расхода жидкости, ее давления и температуры и для передачи данных (данного) показателей (показателя) в блок управления.

Изобретение поясняется чертежами.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показано автономное теплоаккумулирующее устройство согласно изобретению, вид снаружи;

на фиг.2 - то же, вид в разрезе;

на фиг.2а показана часть устройства, обозначенная на фиг.2 символом X, в первой конфигурации;

на фиг.2b показана часть устройства, обозначенная на фиг.2 символом Y, во второй конфигурации;

на фиг.3 показаны термоклапан и исполнительный механизм устройства, изображенного на фиг.1- 2b, вид в перспективе.

Осуществление изобретения

На фиг.1-3 показан конкретный вариант выполнения теплоаккумулирующего устройства 1, такого как автономное переносное устройство, например

устройство в виде вакуумного резервуара для хранения вещества 5, например жидкости, и поддержания его постоянной температуры, отличающейся от температуры окружающей среды.

Устройство 1 содержит основной узел 2, включающий в себя источник 3 тепла и контейнер 4, в котором содержится жидкость 5. Источник 3 тепла и контейнер 4 помещены внутрь оболочки 6, закрытой крышкой 7. Для обеспечения теплоизоляции источника 3 тепла и контейнера 4 в пространстве 61 между оболочкой 6, источником 3 тепла и контейнером 4 создается значительный вакуум. Оболочка 6 может иметь внутренние теплоотражающие поверхности 62 для удержания внутри нее теплового излучения от источника 3 тепла и контейнера 4.

Оболочка 6 имеет круговую стенку 64 с верхним отверстием 63, образованным горловиной стенки 64. Напротив отверстия 63 оболочка 6 имеет дно 65, которое может быть выполнено за одно целое со стенкой 64 или как отдельный элемент, приваренный к стенке 64 или герметично прикрепленный иным образом. Дно 65 может иметь куполообразную форму, как показано на фиг.2.

Кроме того, к стенке 64 прикреплен, например посредством сварки, приклеивания, с помощью винтов или эквивалентных средств, донный элемент 66, образующий основание 66 устройства 1.

Контейнер 4 имеет отверстие 43, которое образовано горловиной контейнера 4 и состыковано с отверстием 63 оболочки 6. Контейнер 4 и оболочка 6 герметично соединены между собой, например, посредством сварки или склеивания или с помощью другого способа соединения, вдоль их соответствующих отверстий 43, 63, вставленных одно внутрь другого, как показано на фиг.2. Таким образом, наружная поверхность 42 контейнера 4 находится в вакуумированном пространстве 61 и герметично изолирована оболочкой 6.

Крышка 7 изготовлена из теплоизолирующего материала и крепится на отверстиях 43, 63, диаметр которых меньше диаметра корпуса 2 для ограничения тепловых потерь через эти отверстия 43, 63. В корпусе крышка 7 имеется кольцевая канавка 73, обращенная в сторону отверстий 43, 63. Канавка 73 туго садится на горловины, образующие отверстия 43, 63, для крепления к ним крышки 7.

Конструкция из контейнера 4, оболочки 6 и крышки 7 в основном соответствует конструкции вакуумного резервуара (термоса) для хранения вещества, обычно жидкости, при температуре, отличающейся от температуры снаружи устройства 1.

Крышка 7 также имеет два небольших жидкостных канала 71, 72, соединяющих внутреннее пространство контейнера 4 с внешней средой 1' снаружи устройства 1 для обеспечения доступа к жидкости 5 из внешней среды 1' без снятия крышки 7. Например, в канале 71 может быть установлена трубка (не показана), проходящая из внешней среды 1' в контейнер 4, при этом впускное отверстие трубки располагается ниже уровня жидкости 5. Канал 72 может быть соединен с воздушным насосом (не показан), например, с электрическим, для создания давления в полости 51 контейнера 4 над уровнем жидкости 5 с целью затягивания жидкости 5 во впускное отверстие погруженной трубки и вытеснения жидкости 5 из устройства 1 через такую трубку за счет давления, создаваемого указанным насосом. Как вариант, можно использовать баллончик со сжатым воздухом или другим газом, например CO₂, для создания давления, например, через канал 71, в полости 51 над жидкостью 5 в контейнере 4 для вытеснения жидкости 5 из устройства 1, например, через трубку в канале 72.

Для поддержания практически постоянной температуры жидкости 5 в контейнере 4 источник 3 тепла компенсирует передачу тепла от контейнера 4 к внешней среде 1', например, через крышку 7, в частности через каналы 71, 72, вследствие разницы между наружной температурной снаружи устройства 1 и постоянной температурой хранения. Источник 3 тепла содержит тело 31 для аккумулирования тепловой энергии и передачи ее от контейнера 4 или к нему для компенсации передачи тепла, возникающей вследствие разницы температур, и поддержания тем самым постоянной температуры вещества 5 при его хранении во время автономного использования.

В конкретном варианте выполнения, показанном на чертежах, тело 31 нагревается перед автономным использованием для аккумулирования тепловой энергии и передачи накопленной тепловой энергии контейнеру 4 во время автономного использования в случае необходимости поддержания постоянной температуры хранения жидкости 5, более высокой, чем температура внешней среды Г снаружи устройства 1. В альтернативном варианте выполнения тело может быть охлаждающим телом, которое перед использованием охлаждается и аккумулирует во время использования тепловую энергию, поступающую от контейнера, например, для хранения в контейнере охлажденных напитков, или мороженого, или другой замороженной или охлажденной пищи или напитка.

Источник 3 тепла включает в себя электрическое термоустройство, например, в виде резистивного нагревателя 33, помещенного внутрь тела 31 для его электрического нагрева перед использованием и подержания постоянной температуры хранения во время использования без питания от сети, в некоторых случаях в течение периода времени от 1 до 24 часов после электрического нагрева или охлаждения тела, в частности, от 2 до 12 часов, например, от 3 до 8 часов.

Резистивный нагреватель 33 имеет электропроводники 34, которые проходят через дно 65 и соединены с блоком 37 управления, который, в свою очередь, соединен с разъемом питания, образованным в полости 35, ограниченной углублением 67 в основании 66. Этот разъем питания может быть, с одной стороны, разъемной конструкцией штепсельного типа, например Strix™-разъемом, или, с другой стороны, электромагнитным разъемом, например, индуктивным разъемом. Блок 37 управления соединен также с датчиком температуры (не показан), находящимся в термоконтакте с телом 31 для контроля электрического нагрева этого тела 31 перед использованием. Например, блок 37 управления соединен с интерфейсом пользователя, например, светодиодным устройством для того, чтобы пользователь мог отслеживать уровень термозарядки тела 31.

Дополнительно может быть подсоединен резистивный нагреватель 45, если таковой имеется, который управляется блоком 37 управления. Блок 37 управления также может быть соединен с датчиком температуры для определения температуры в контейнере 4, например, для регулирования мощности резистивного нагревателя 45 перед автономным использованием или для контролирования передачи тепла между телом 31 и контейнером 4 во время автономного использования. В последнем случае термомеханический исполнительный механизм с клапаном 8 может быть заменен электромеханическим клапаном, взаимодействующим с указанным датчиком температуры, соединенным с блоком 37 управления. Для такой конструкции должен быть предусмотрен переносной источник электроэнергии, например батарея, с целью управления электромагнитным клапаном и датчиком во время автономного использования. Однако источник тепловой энергии может храниться в теле 31 в форме тепловой энергии.

Как вариант, также можно нагревать нагревающее тело с помощью индукционного нагревателя.

После надлежащего нагрева тела 31 устройство 1 может быть отсоединено от внешнего источника питания, например от источника электропитания, и может автономно поддерживать температуру хранения жидкости 5 за счет отбора тепла от тела 31 и передачи этого тепла в контейнер 4 по мере необходимости.

Кроме того, контейнер 4 включает в себя вспомогательный резистивный нагреватель 45 для нагрева жидкости 5 в контейнере 4, когда устройство 1 соединено с внешним источником питания, например с электросетью.

Как вариант, можно в контейнер 4 подавать предварительно нагретую жидкость 5 или предварительно нагревать жидкость 5 в контейнере 4 только с помощью источника 3 тепла, т.е. за счет передачи тепла от тела 31 к контейнеру 4, в то время как само тело 31 нагревается резистивным нагревателем 33.

Для управления во время использования, т.е. когда разъем 35 питания отсоединен, передачей тепла между телом 31 и контейнером 4 тело 31 соединено с контейнером 4 посредством термоклапана 8.

В частности, на фиг.2 показано обычное расположение клапана 8 между контейнером 4 и телом 31. На фиг.2a и 2b в увеличенном масштабе показаны участки, обозначенные на фиг.2 позициями Х и Y, соответственно. На фиг.2a клапан 8 показан в непроводящем тепло состоянии (т.е. в закрытом состоянии), а на фиг.2b - в проводящем тепло состоянии (т.е. в открытом состоянии). На фиг.3 клапан 8, изображенный на фиг.2, показан в перспективе.

Термоклапан 8 включает в себя термомеханический исполнительный механизм 81 для управления передачей тепла между телом 31 и контейнером 4 через клапан 8. Термомеханический исполнительный механизм 81 помещен в углубление 42 стенки 41 контейнера 4 снаружи контейнера и находится в тепловой связи с жидкостью 5, контактирующей со стенкой 41. Исполнительный механизм 81 приводится в действие при прохождении температурного порога, что является следствием тепловой связи с жидкостью 5.

Исполнительный механизм 81 содержит камеру 82, взаимодействующую с каналом для поршня 83 с помощью воска. Воск в камере 82 расплавляется при достижении температуры плавления, т.е. пороговой температуры, и расширяется в камере 82 и в сообщающемся канале, перемещая поршень 83 в канале наружу. Воск выбирается таким образом, чтобы он плавился при пороговой температуре, соответствующей постоянной температуре хранения жидкости 5, находящейся в тепловой связи с воском посредством стенки 41.

Клапан 8 дополнительно включает в себя затворный элемент 84, который шарнирно установлен посредством штыря 85, расположенного в средней части элемента 84. Штырь 85 прикреплен к конструкции 89 держателя, механически соединенной с контейнером 4 и находящейся с ним в тепловой связи. Первый конец 841 затворного элемента 84 взаимодействует с поршнем 83, а второй конец 842 элемента 84 взаимодействует с пружиной 87, например, пластинчатой или спиральной пружиной сжатия или растяжения, для прижатия первого конца 841 к поршню 83. Затворный элемент 84 поворачивается вокруг штыря 85, следуя за смещениями поршня 83 в исполнительном механизме 81.

Второй конец 842 элемента 84 прикреплен к контактному элементу 86, имеющему выступающую часть 861, которая может входить в контакт с телом 31 или удаляться от него за счет поворота затворного элемента 84.

Кроме того, имеется гибкий теплопроводящий элемент 88, который соединяет контактный элемент 86 и конструкцию 89 держателя таким образом, что когда выступающая часть 861 находится в контакте с телом 31, контейнер 4 находится в тепловой связи с телом 31 посредством контактного элемента 86, теплопроводящего элемента 88 и конструкции 89 держателя. Теплопроводящий элемент изготавливается из металлического материала с высокой теплопроводностью, например, из меди и/или алюминия или их сплавов. Элемент 88 может быть образован из группы тканых и/или нетканых проволочных сеток и/или группы примыкающих друг к другу гибких пластин.

Когда поршень 83 выдвигается из исполнительного механизма 81 под действием расплавления и расширения воска в камере 82, указывая, что жидкость 5 имеет постоянную температуру хранения в контейнере 4, затворный элемент 84 наклоняется относительно штыря 85 в положение сжатия пружины 87 и перемещения выступающей части 861 контактного элемента 86 от нагревающего тела 31, прерывая тем самым передачу тепла через теплопроводящий элемент 88 от тела 31 к контейнеру 4, в результате чего прекращается нагрев жидкости 5 в контейнере 4.

И наоборот, когда воск затвердевает и сжимается в камере 82, указывая, что жидкость 5 в контейнере 4 имеет температуру ниже постоянной температуры хранения, поршень 83 перемещается назад в исполнительный механизм 81 под действием пружины 87, которая, соответственно, возвращается в исходное состояние и наклоняет затворный элемент 84 для перемещения поршня 83. Одновременно контактный элемент 86 с выступающей частью 861 перемещается под действием пружины к телу 31, обеспечивая тем самым передачу тепла через теплопроводящий элемент 88 от тела 31 к контейнеру 4 для нагрева жидкости 5 в контейнере 4.

Затворный элемент 84, поворотный штырь 85 и контактный элемент 86 образуют механический поворотный переключатель для создания и прерывания тепловой связи тела 31 с контейнером 4 посредством теплопроводящего элемента 88 под действием пружины 87 и исполнительного механизма 81. Отсюда следует, что термомеханический исполнительный механизм 81 находится в тепловой связи с контейнером 4 и приводится в действие посредством изменения его температуры для приведения в действие механического переключателя 84 с целью создания и прерывания тепловой связи между телом 31 и контейнером 4 с помощью теплопроводящего элемента 88.

Как показано на фиг.2, тело 31 может находиться вне контейнера 4. Тело 31 расположено внутри изолирующей оболочки 6 и может удерживаться над дном 65 с помощью штифта 32, выступающего от дна 65 в соответствующее углубление в теле 31.

Тело 31 может удерживаться контейнером 4, расположенным на расстоянии от внутренней поверхности 62 оболочки 6. Один или несколько крепежных стержней 32', один из которых показан пунктирной линией на фиг.2, могут механически крепить тело 31 к контейнеру 4. Согласно варианту осуществления изобретения тело 31 удерживается только стрежнями 32' для предотвращения прямого контакта между оболочкой 6 и телом 31, что может привести к передаче тепла от тела 31 непосредственно к внешней среде 1' снаружи оболочки 6.

Стержень (стержни) 32', который может быть изготовлен из пластика или керамического материала, передает только ограниченное количество тепловой энергии между контейнером 4 и телом 31. Для дополнительного ограничения неконтролируемой передачи тепла от тела 31 к контейнеру 4 между ними имеется перегородка 36 для отражения теплового излучения от тела 31 назад к нему. Тепловая энергия передается через такой стержень (стержни) в меньшем количестве, чем тепловая энергия, передаваемая между внутренней стороной контейнера 4 и внешней средой 1' снаружи устройства 1. Термоклапан 8 предназначен для дополнительной передачи тепла от тела 31 к контейнеру 4 для того, чтобы температура хранения жидкости 5 поддерживалась постоянной.

Передача тепла между телом 31 и контейнером 4 и, следовательно, температура хранения в контейнере 4 будут зависеть от температуры плавления воска в камере 82.

Как вариант, также можно заменить источник 3 тепла с телом 31, который сохраняет положительную (тепло) или отрицательную (холод) тепловую энергию, источником тепла, который обеспечивает положительную или отрицательную тепловую энергию посредством преобразования энергии, например, электрической в тепловую для поддержания контейнера, содержащего вещество, например жидкость, при заданной температуре или доведения контейнера, содержащего вещество, например жидкость, до заданной температуры. В этом случае термоклапан предпочтительно выполняется для регулирования передачи тепла между источником тепла и контейнером. Как описано выше, такой термоклапан может содержать термомеханический исполнительный механизм, который находится в тепловой связи с контейнером и который предназначен для приведения в действие при прохождении температурного порога, соответствующего заданной температуре в контейнере, и для управления передачей тепла с помощью клапана. Клапан может содержать теплопроводящий элемент для направления тепловой энергии от источника тепла к контейнеру или наоборот, и затворный элемент для установления и прерывания передачи тепла через теплопроводящий элемент от тела к контейнеру или наоборот.

Источник тепла может включать в себя преобразователь энергии, который преобразует нетепловую энергию, хранящуюся в устройстве, например, в форме батарей или аккумуляторов или другого источника, в тепловую энергию, которая по мере необходимости передается в контейнер для приведения вещества, например содержащийся в контейнере жидкости к заданной температуре и/или поддержания этого вещества в контейнере при такой температуре.

Нетепловая энергия может, как правило, храниться в устройстве в форме электрической энергии, например, в батарее или аккумуляторе, и может преобразовываться в положительную или отрицательную тепловую энергию с помощью резистора, теплового насоса или магнитной холодильной машины и т.д.

Термомеханический исполнительный механизм, который находится в тепловой связи с контейнером, может быть предназначен для регулирования переключателя преобразователя нетепловой энергии в тепловую энергию, например, электрического переключателя, для запитывания резистивного нагревателя, соединенного с электрической батареей или аккумулятором.

Как указано выше, термомеханический исполнительный механизм может включать в себя подобранный восковый элемент, температура изменения физического состояния которого соответствует указанному температурному порогу. Термомеханический исполнительный механизм может включать в себя все указанные выше конструктивные особенности.

Устройство, представленное на чертежах, может быть встроено в аппарат для приготовления напитков, в частности в переносной или портативный аппарат. Контейнер устройства может образовывать источник горячей или охлажденной воды, в частности воды при температуре в диапазоне от 10 до 100°C для приготовления кофе или чая. В частности, аппарат для приготовления напитков может содержать средство для подачи воды из контейнера, в частности, с помощью устройства для смешивания воды с вкусовым ингредиентом. Средство подачи может содержать насос для перекачивания воды, например газовый насос, и трубку выпуска воды, соединенную с контейнером, например, как описано выше в отношении позиций 71 и 72.

Пример

Тело 31 может быть изготовлено из алюминия для аккумулирования положительной тепловой энергии, т.е. тепла. Алюминиевое тело 31 может нагреваться значительно выше 100°C для поддержания постоянной заданной температуры хранения, например, 93°C, в контейнере, чтобы вода могла поддерживаться при температуре, пригодной для варки кофе.

Воск в камере 82 исполнительного механизма 81 имеет состав с температурой плавления 93°C. Такой воск имеется в продаже, например, его можно приобрести у компании Magal Engineering Ltd, Dauphinoise Thomson S.A.S. Таким образом, когда температура в контейнере 4 превышает 93°C, воск, который находится в тепловой связи с контейнером 4, плавится и расширяется в камере 82, перемещая поршень 83 и поворачивая конец 842 переключателя с контактным элементом 86 от тела 31. В результате прерывается передача тепла между телом 31 и контейнером 4 через термоклапан 81, и контейнер 4 может охлаждаться за счет медленных тепловых потерь в направлении внешней среды 1', в частности, через крышку 7. И наоборот, когда температура в контейнере 4 падает ниже 93°C, воск в камере 82 затвердевает, обеспечивая втягивание поршня 83 за счет освобождения пружины 87, в результате чего конец 842 переключателя с контактным элементом 86 поворачивается к телу 31 для установления тепловой связи тела 31 с контейнером 4 и передачи тепла от тела 31 к контейнеру 4 с целью компенсации тепловых потерь, в частности, через крышку 7.

Нагревающее тело 31 заряжается тепловой энергией с помощью нагревающего резистора 33, соединенного через блок 37 управления (например, печатную плату с контроллером) с сетью. Тело 31 может нагреваться значительно выше температуры хранения жидкости 5 в контейнере 4 для увеличения автономности устройства 1. Алюминий может нагреваться примерно до 600°C. Если требуется тело 31 с большей теплоаккумулирующей способностью, оно может быть изготовлено из другого материала или сплава, например, содержащего медь.

Если устройство 1 представляет собой вакуумный резервуар с контейнером 4, оболочкой 6 и крышкой 7 и хранится при температуре окружающей среды, например 20°C, и может поддерживать количество воды 5 от 100 до 1000 мл, при постоянной температуре 93°C в течение шести часов после предварительного нагрева тела 31 до температуры от 200 до 600°C, могут быть выбраны тела 31 из алюминия со следующими массами:

Т-ра предв. подогрева
Миллилитры воды 200°C 400°C 600°C 100 мл 1552 г A1 366 г A1 248 г A1 250 мл 1594 г A1 379 г A1 254 г A1 500 мл 1672 г A1 401 г A1 262 г A1 750 мл 1732 г A1 408 г A1 271 г A1 1000 мл 1813 г A1 414 г A1 278 г A1

Эти численные значения основаны на использовании вакуумного резервуара со стандартным тепловыми потерями около 3 Вт.

Автономность устройства 1 может быть увеличена за счет улучшения его изоляции с целью дополнительного уменьшения тепловых потерь от контейнера 4 и тела 31 во внешнюю среду 1' или увеличения теплоаккумулирующей способности тела 31 при начальной температуре нагрева (или охлаждения) тела 31.

Теплоаккумулирующее устройство (1) предназначено для хранения вещества (5), например жидкости, при постоянной температуре, отличной от температуры среды (1') снаружи такого устройства. Устройство содержит контейнер (4) для хранения вещества при постоянной температуре и источник (3) тепла для компенсации передачи тепла вследствие различия между внешней температурой и постоянной температурой хранения. Источник тепла содержит тело (31) для аккумулирования тепловой энергии и передачи ее от контейнера или к нему для компенсации указанной передачи тепла вследствие различия между внешней температурой и постоянной температурой хранения с целью поддержания постоянной температуры хранения вещества. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Теплоаккумулирующее устройство (1), такое как автономное устройство, в частности вакуумный резервуар, для хранения вещества (5), например жидкости, при постоянной температуре, отличающейся от температуры внешней среды (1′) снаружи такого устройства, содержащее контейнер (4) для хранения указанного вещества при указанной постоянной температуре; и источник (3) тепла для компенсации передачи тепла вследствие перепада между температурой внешней среды и постоянной температурой хранения, причем источник тепла содержит тело (31) для аккумулирования тепловой энергии и передачи тепла от контейнера или к нему с целью компенсации передачи тепла из-за указанного перепада температур и поддержания постоянной температуры хранения вышеуказанного вещества, при этом указанное тело расположено снаружи контейнера, отличающееся тем, что тело (31) соединено с внутренним контейнером (4) посредством клапана, переключающегося между проводящим тепло состоянием и непроводящим тепло состоянием.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник (3) тепла содержит нагревающее тело (31), нагреваемое перед использованием для аккумулирования тепловой энергии и передачи ее контейнеру (4) во время использования.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник (3) тепла содержит охлаждающее тело (31), охлаждаемое перед использованием и аккумулирующее во время использования тепловую энергию, поступающую от контейнера (4).

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник (3) тепла содержит электрическое термоустройство (33), в частности, содержащее резистивный нагреватель или электрический тепловой насос, или термоэлектрический охладитель на основе эффекта Пельтье, или магнитную холодильную машину для электрического нагрева или охлаждения тела (31) перед использованием и поддержания без питания от сети постоянной температуры хранения во время использования в течение периода времени от 1 до 24 часов после электрического нагрева или охлаждения тела, в частности от 2 до 12 часов, например от 3 до 8 часов.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что тело (31) соединено с внутренним контейнером (4) посредством термоклапана (8).

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что термоклапан (8) содержит тепловой исполнительный механизм (81) для управления передачей тепла между телом (31) и контейнером (4) с помощью клапана, в частности термомеханический исполнительный механизм, в частности, приводимый в действие при прохождении температурного порога.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что тепловой исполнительный механизм (81, 82, 83) выполнен с возможностью изменения формы и/или объема, в частности физического состояния, во время приведения в действие и, в частности, содержит элемент (82) из воска с подобранной температурой изменения физического состояния, соответствующей указанной постоянной температуре хранения.

8. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что термоклапан (8) содержит теплопроводящий элемент (88) для направления тепловой энергии от тела (31) к контейнеру (4) или наоборот и затвор (84, 86) для установления и прерывания передачи тепла через теплопроводящий элемент от тела к контейнеру или наоборот, при этом теплопроводящий элемент представляет собой гибкий теплопроводник, в частности, прикрепленный к телу или контейнеру и находящийся в тепловой связи с ними, или содержит, в частности, по меньшей мере одну проволочную сетку или полотно, например некоторое количество тканых или нетканых проволочных сеток из металла или на его основе, в частности, изготовленных из меди, и/или алюминия, и/или их сплавов.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что затвор (84, 86) содержит механический переключатель (84), например, поворотный для создания и прерывания тепловой связи тела (31) с контейнером (4) через теплопроводящий элемент (88), при этом переключатель выполнен с возможностью перемещения, в частности, пружиной (87) для создания и прерывания тепловой связи тела с контейнером через теплопроводящий элемент.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что содержит термомеханический исполнительный механизм (81), находящийся в тепловой связи с контейнером (4) и приводимый в действие посредством изменения его температуры для приведения в действие механического переключателя (84) с целью создания и прерывания тепловой связи тела (31) с контейнером (4) через теплопроводящий элемент (88).

11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит теплоизолирующую наружную оболочку (6), охватывающую контейнер (4) и, дополнительно, тело (31), в частности, герметично закрытую вокруг контейнера и/или имеющую теплоотражающую внутреннюю поверхность (62) для удержания теплового излучения от контейнера и, дополнительно, от тела.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что теплоизолирующая наружная оболочка (6) охватывает контейнер (4) и тело (31), удерживаемое контейнером на расстоянии от наружной оболочки с помощью соединительной конструкции (32′), имеющей такую низкую теплопроводность, что во время использования через эту соединительную конструкцию между контейнером и телом передается меньшее количество тепловой энергии по сравнению с тепловой энергии, передаваемой в результате перепада между наружной температурой и постоянной температурой хранения.

13. Аппарат для приготовления напитков, в частности переносной или портативный, содержащий устройство (1) по любому из пп. 1-12, которое включает в себя контейнер (4) для хранения жидкости (5), в частности воды.

14. Аппарат по п. 13, содержащий средства (71, 72) выдачи указанной жидкости (5), в частности, через узел смешивания этой жидкости с вкусовым ингредиентом, при этом указанные средства выдачи дополнительно включают в себя насос для перекачивания жидкости, например газовый насос.