액체 가열 장치 및 액체 가열 방법 document_id A220623037837

유럽특허 제 1 380 243 호에서는 특히 커피 자판기에 장착된 가열 장치를 개시한다. 이 가열 장치는 가열되는 액체가 입구 덕트로부터 출구 덕트까지 흐를 수 있는 금속 튜브를 포함한다. 튜브의 외면은 직렬의 전기 저항 소자의 다수의 세트로 그 길이부의 여러 부분에 걸쳐 덮여있다. 원통형 인서트는 튜브 내부에서 신장하여서, 튜브의 내벽부에 액체가 순환할 수 있고 난류를 촉진시켜서 튜브로부터 액체로의 신속한 에너지 전달을 하는 나선형 덕트를 형성한다. 유량계는 또한 입구 덕트의 상류에 위치한다. 장치는 입구에서 튜브의 길이를 따라 각각의 저항 소자의 세트로부터 분배되고 빠져나가는 다수의 온도 센서를 더 포함한다. 이 경우에 액체로 열 에너지의 분배를 제어하는 원리는 서로 독립적으로 또는 덕트의 입구에서 물 온도에 따라 연속적으로 스위치될 수 있는 저항 소자에 의해 발생한 전력을 조절하는데 근거한다. 이 장치는 가열 속도의 면에서는 충분하지만, 가열되는 물의 부피가 튜브의 높이를 결정하는 점에서 비교적 부피가 크고, 저항 소자가 즉 튜브의 표면에 후막 (thick film) 의 형태로 인쇄 (현재 "후막" 기술로 공지되어 있는 기술을 이용) 되는 것이 필요하다는 점에서 비싸다. 더욱이 액체는 튜브의 외부에 위치하는 센서와 직접적으로 접촉하지 않기 때문에, 액체 온도가 조절되는 정확도가 제한된다. 가열되는 액체의 관성 때문에, 온도 변화에 대한 반응 속도가 더욱 느려지고, 이는 온도가 조절될 수 있는 정확도를 감소시킨다. 또한, 저항 소자의 세트는 튜브의 벽을 따라 발생하는 열전도 때문에 제어 불가능한 방식으로 측정에 영향을 미치는 위험을 내포한다. 커피 자판기의 분야에서, 커피를 준비하기 위해서 가열되는 물의 유량은 비교적 적으며, 통상적으로 수십 ㎖/min 이다. 상용의 유량계는 200 ㎖/min 보다 낮은 유량 측정시에 매우 부정확하다. 따라서, 이러한 적용시 유량의 측정치의 불확실성은, 장치의 출구에서의 기준 온도에 도달하기 위해서 공급되는데 필요한 에너지를 계산하기에 앞선 추가적인 문제점이다. 따라서, EP 제1 380 243 호에서는 장치에 공급되는 에너지량을 계산할 때 입구 온도만이 고려되기 때문에, 유량계로 인한 부정확성은 유체가 가열 장치를 빠져나갈 때까지 보정될 수 없다. 더욱이, 그 문헌에는 저항 소자 세트를 제조하기 위해서 제안된 기술 때문에 어떤 경우 숨겨져서 나타나는 배치와 같이, 온도 센서를 튜브의 표면에 배치되는 임의의 실시형태는 개시되지 않는다. 특허 US 6 246 831 는 가정 난방 장치용의 가열되는 유체를 측정는 시스템, 또는 연속적인 전기 가열 소자를 포함하는 여러 개의 챔버(chamber)를 포함하는 개별적인 온수 탱크에 관한 것이다. 온도 조절은 각각의 챔버의 온도 센서, 및 기준 온도와 각각의 챔버에서 측정된 온도 합계와의 차이 판정에 기초한다. 그리고, 제어는 온도 변화에 신속히 반응하고, 전력 변조를 바꿈으로써 전력 계산을 수정한다. 하지만, 그러한 방법은 장치를 따라서 흐르는 실제의 유체량의 순간적인 변화를 고려하지 않은 것이며, 그 유체량은 간접적인 계산 방법에 기초한다. 따라서, 작동 조건의 급격한 변화는 이 계산이 쓸모없게 될 수 있으며, 특히 시스템이 안정한 유동 조건에 적합하지만, 유량의 급격한 변화가 있는 커피 자판기의 온수의 제조에는 부적합하게 한다.