[发明专利]具有半外部的高电压卤素或红外加热元件的咖啡机

说明书

技术领域

本发明涉及用于咖啡机的设备和方法，更具体地涉及具有半外部（semi-external）加热元件的咖啡机。

背景技术

咖啡机（该术语被理解为在其中包括意式浓咖啡（espresso）机）需要加热水，用于冲泡咖啡或意式浓咖啡，且还用于冲泡其他热饮料（如茶）及制造蒸汽（以使牛奶起泡沫）。咖啡机所使用的水中含有大量溶解的矿物质。所述水可以是自来水或是含矿物质的瓶装水。

已知，加热水会导致至少一些矿物质从溶液中沉淀出来，所述沉淀通过水溶剂因加热而发生的蒸发或通过溶质作为微小颗粒从溶液中的沉淀而产生。不论发生何种情况，溶液中出现的颗粒下沉至容器的底部或侧壁，或者累积在浸泡在水中的装置上，从而使溶液持续含有沉淀物。例如，钙的沉积物是加热水常见的产物。

当雨落至地面时使石灰岩和白垩岩溶解。钙和镁的可溶解的碳酸氢盐溶解在水中。当加热水时，可溶解的碳酸氢盐释放出不可溶解的碳酸钙从而产生水垢。

已知，由于一些原因，钙化和水垢（lime scale）的沉积一直是咖啡机的一个问题。钙和石灰附着至所有接触水的物体上。这包括加热元件、水量测量元件和其他传感器及其它关键部件。水垢的堆积增加达到想要的温度所花费的时间，从而降低了热效率。更重要的是，石灰或钙的沉积物妨碍了加热元件的正常工作。减少了热量传递，而且降低了能量效率。当加热元件由于水垢沉淀的堆积而发生故障时，加热元件易于过热并处于短路状态。作为短路的结果，整个冲泡咖啡或冲泡意式浓咖啡的设备可能会出现故障，甚至其它连接至相同电路的系统都可能受到短路的不利影响。

结果，假定能使用10年至20年的机器最终只使用了2年至4年。因此，器材更换的花费是极其巨大的。由于更换这些加热元件需要由经认证的意式浓咖啡机技师来完成，因此用于维护这些咖啡机的人工成本也是很高的。他们需要工作几个小时，在这个期间机器故障从而影响了生意。

为了试图防止石灰和钙在加热元件上堆积，可以增加维修检测的频率。用于清洁石灰和钙的化学制品也需要花费金钱。因此，增加维修检测的频率增加人工成本，且使总的维修费用大幅增加。

之前为解决这个问题的尝试包括使用放置在水中的软水器。软水器用两倍的钠离子交换钙镁离子。维持这种交换是昂贵的，需要很多销售额来运营且需要许多额外的水。环保人士还主张软水器使氯化物沉积至我们的供水系统而污染了我们的环境。它们还可能伤害到对盐有饮食节制的人群。由于一项指控，环保方面的异议已导致在国家或地方层面上立法，在美国大约34个州中限制在生活污水系统中使用软水器。此外，在一些国家中，可能在不久的将来会因为环保原因而禁用软水器。据称由于盐度较大的水通过管道流动，软水器还加速了管道损坏。

另外有一项现有技术试图解决这一问题，包括在咖啡机中使用过滤器。过滤器是昂贵的。此外，为了过滤器的有效性，必须适当地维护过滤器。事实上，需要每两个月更换一次过滤器。申请人几十年对咖啡机进行检修的过程中的经验是：过滤器仅仅是没有被适当地维护。当它们应当被更换时而没有更换。除了懒惰，常见的原因是使用咖啡机的零售店中频繁的人事更换且经常短缺能够更换过滤器的受过训练的员工。

另一个现有技术的方案是围绕水箱安装作为水箱组成部分的干式外部加热元件。这样解决了水垢沉淀堆积的问题。但是却导致了其他问题。例如，在发生故障的情况下，需要整个更换使用所述干式外部加热元件的水箱。实际上由于这些加热元件需要非常高的功率以补偿它们被从水箱散发走的热量，因此这些加热元件也是昂贵的。此外，需要由经认证的意式浓咖啡机技师来对加热元件进行检修。由于这些加热元件非常难以维修，因此对这些外部加热干式元件进行检修的人工成本可能要花费几天时间。所述加热元件还必须与金属的罐表面完全接触，否则缝隙被气穴填充会降低加热元件的使用寿命。但是，与金属的罐表面完全接触常常使得包裹加热元件的外壳在使用过程中膨胀变形，从而使技师的更换复杂化。

申请人还听说有一家在网上自称为“Scalebusters”的公司提供一安装在设施的入水管上的计算机化的系统。该计算机系统使用振荡电子场，声称所述振荡电子场改变钙分子的物理（physical）尺寸、形状和电荷。虽然宣称比软水器更便宜，但该计算机系统的安装和维护是昂贵的。

因此，迫切需要一种用于解决水中的石灰和钙沉积物的累积的方法和设备，石灰和钙沉积物的累积对咖啡机有不利影响。

发明内容