《节能咖啡机.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《节能咖啡机.pdf（18页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN104080379A43申请公布日20141001CN104080379A21申请号201280067936522申请日20121206RE2011A00010920111207ITA47J31/5420060171申请人雷多克有限责任公司地址意大利雷焦艾米利亚72发明人A博尼M玛扎莉74专利代理机构中国国际贸易促进委员会专利商标事务所11038代理人罗银燕54发明名称节能咖啡机57摘要自动咖啡机具有非常低的热效率，因为它们必须对相当大的热质量进行加热，该自动咖啡机由图1中出现的加热器3构成，其具有通常在05KG与1KG之间变化的金属重量，该金属典型地由铝组成。所述质量用于稳。
2、定要被注入到咖啡的混合物中的水的温度。在该配置中，热能的90或更多被浪费。本发明的主题的节能咖啡机相反利用图4中出现的加热器3构造，其具有比要被加热的液体的质量低得多的热质量，并典型地利用重量为几克的如图4所示金属管3构造。图4中的加热电流41直接在所述管上流动，从而对管与含在其中的水一起进行加热，同时非常快速的温度控制电路使得能够维持流过图4所示的加热器3的水的恒定温度。温度测量在加热电流41没有通过管30时通过监测图4所示的管30的电阻来执行。以这种方式，获得高的能量效率，原因在于当按压启动按钮48时咖啡的分配立即开始，并且在一杯咖啡与下一杯咖啡的分配之间机器保持完全切断。30优先权数据8。
3、5PCT国际申请进入国家阶段日2014072386PCT国际申请的申请数据PCT/IB2012/0570182012120687PCT国际申请的公布数据WO2013/084180EN2013061351INTCL权利要求书2页说明书6页附图9页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图9页10申请公布号CN104080379ACN104080379A1/2页21一种用于沸水中的咖啡或者其它浸泡物的机器，包括加热器3，其包括为了增加入口33与出口34之间的连续或者不连续的水流的温度的目的而预先设置以用于被加热的管30；加热装置R，其被预先设置以用于利用电流来对管。
4、30进行加热；其特征在于，该机器包括至少一个温度传感器S，其以大体上处于与管30相同的温度、且基于其自身的温度来改变电阻的方式被构造；控制器9，其被预先设置以用于命令电加热电流传送到加热装置R以及电测量电流传送到温度传感器S；处理模块40，其被预先设置以用于当电测量电流通过温度传感器S时测量温度传感器S的端子处存在的电压，并且用于将所测量的电压与已知的参考电压52进行比较，生成误差信号51；控制电路9，其被预先设置以用于命令电流传送到加热装置R，所述电流与接收到的误差信号51成比例。2根据权利要求1所述的咖啡机，其中加热装置R和温度传感器S包括由金属材料制成、并且被预先设置以用于使电流在其两端。
5、31之间通过的管30。3根据权利要求2所述的咖啡机，其中管30被布置以形成变压器T的次级绕组，变压器T的初级绕组被预先设置以用于连接到电力供给网络。4根据权利要求1所述的咖啡机，其中加热装置R包括被预先设置以用于使电流在其两端31之间通过的管30；温度传感器S包括被布置为与金属管30直接接触的比例温度测量设备。5根据权利要求1所述的咖啡机，其中加热装置R和温度传感器S包括螺旋地缠绕在管30周围的电阻器32。6根据权利要求5所述的咖啡机，其中电阻器32使用绢网印花沉积方法厚膜或通过溅射阴极溅射、电解、或者化学或电化学沉积而被沉积在管30上。7根据权利要求1所述的咖啡机，其中加热装置包括螺旋地缠绕。
6、在管30周围的电阻器32；温度传感器S包括管30。8根据权利要求1所述的咖啡机，其中加热装置R包括由PTC材料制成、并且被预先设置以用于使电流在其两端31之间通过的管30；温度传感器S包括管30。9根据权利要求1所述的咖啡机，其中温度传感器S包括最大温度传感器。10根据权利要求1所述的机器，包括与连接到控制电路9的第二电流调节器46相关联的泵2，该第二电流调节器46基于由温度传感器S所检测到的温度和/或基于随时间的预定模式来调节被发送到管30的水的流速。11根据权利要求1所述的咖啡机，其中包括金属管30的加热器3具有明显低于要被加热的液体的热质量的热质量，并且它具有在其两端31之间不连续地通过。
7、它的电流41，以便调节水流的温度，连续或不连续的流在第一端33以冷水进入，而在第二端34以精确控制的温度离开；随着温度改变的管30的电阻在加热电流41为零时被测量；所述管30的电阻通过处理模块40被持续地监测，以便通过控制器9将离开的水的温度维持在预定的温度，该控制器9控制第一电流调节器47，该第一电流调节器权利要求书CN104080379A2/2页347继而激活对加热电流41进行调节的第一开关45。12根据权利要求11所述的机器，其中对出口端34处的热水的温度的测量通过温度传感器S获得，该温度传感器S被放置为与管30的靠近出口端34的部分近距离热接触。13根据权利要求11所述的机器，包捂也被。
8、用于测量出口端34处的水的温度的超温传感器。14根据权利要求11所述的机器，其特征在于，该机器利用管30的电阻器来测量水温，所述测量通过直接评估施加到管30的电压与管30中流动的电加热电流41之间的比来执行。15根据权利要求1所述的机器，其中被加热的水的流速根据预定的模式随着时间改变。权利要求书CN104080379A1/6页4节能咖啡机0001存在在家里、办公室、健身中心、学校和工厂中装配的数百万的用于自动产生浓缩咖啡的机器。这些机器的能量消耗没有被优化，并且实际用于制作咖啡的能量是总吸收功率的非常小的一部分。一方面，考虑到全世界存在的非常高的数量的机器，我们见证了显著的能量浪费，并且另一方。
9、面，在电力的可用性是有限的地方例如，在汽车中或户外，我们不能够获得咖啡。本发明的目的在于实现一种具有高能量效率的咖啡机，即使在电力供给网络不可用的情况下通过可替代地连接到器具中自含的或者它被安装在其上的运输工具的装置中可用的电池例如，汽车电池也能够制作咖啡。现有技术0002如图1所示，用于在家庭或者办公室大小中产生浓缩咖啡的机器至少由水箱1、泵2组成，该泵2用于将水传送到加热器3并传送到容纳在容器4中的咖啡的混合物，该容器4通过喷嘴11将咖啡随送到杯子5中。0003在被放入与咖啡混合物接触之前，水必须加热到大约90，以这样的方式提取混合物的最大量的芳香和精华。温度传感器12被使用以便将加热器的。
10、温度稳定在所需的温度。该机器还可包括连接到咖啡分配器13的咖啡磨6。作为替代，研磨可以在机器外部进行，或者甚至可以使用市场上各种类型可用的且被咖啡的混合物填充的粉囊包POD或胶囊。控制单元9和键盘显示屏10允许管理机器的操作功能，包含要制作的咖啡的量和类型，检查操作功能水的存在，咖啡的存在，机器准备好分配咖啡等等。另外，包含一组辅助和安全设备，诸如水位传感器7和超温恒温器8。0004当前可用机器中的关键部件是用于对水进行加热的加热器3，原因在于它是使用最大量的能量的部件。图2是典型实施例中的加热器的更详细的图运输水的管21与电加热电阻器22一起被加入金属模块20，该金属模块典型地由铝制成。冷水。
11、33从管21的一端进入，并且加热后从相对的端34出来。电流被施加到电阻器22以对加热器进行加热。存在两个恒温器，一个用于调节的恒温器12被设置在8590，其将水保持在被设置的温度，周期性地向加热电阻器22供给电力，而第二个安全恒温器8被设置在更高的温度，如果恒温器12或控制系统故障，其能够介入以便使加热电阻器22停止作用。0005加热器的操作如下电阻器22被馈送直到整个模块电阻器、水管和恒温器达到大于90的温度。此时，电阻器22由控制系统断开连接，并且不再重新连接直到温度已下降到例如85。加热元件的功率在1200瓦特与2200瓦特之间改变1500W为最常用的值，而供给电压取决于操作的国家在11。
12、0V与230V之间变化。热时间常数相当长并且加热时间在机器为冷的情况下在2分钟与5分钟之间改变，而在操作状态下电阻器22的开/关周期为数秒钟的数量级。0006用于制作一杯咖啡的能量0007一杯浓缩咖啡具有25CC的典型容量。水从20的室温被加热到大约90，以便使咖啡处在大约85。为了使1CC的水的温度升高1，需要1卡路里CALORIE，对应于说明书CN104080379A2/6页5418J。所利用的以焦耳为单位的能量因此是水的量25CC乘以温度增量从20到90即70、再乘以水的比热的乘积。因此制作一杯咖啡需要25X70X4187315J，并且考虑到还由辅助控制电路和泵所使用的能量，可以计算出实。
13、际大约8000焦耳的量。0008由咖啡机吸收的功率0009我们可以识别机器的两种不同的操作模式。第一操作模式是典型的家庭使用，其中每次制备一杯咖啡时机器被接通。第二操作模式是典型的办公室使用，其中机器保持每天连续接通大约10小时并且分配例如30杯咖啡。如果我们假定1500W的加热器功率，2分钟的加热时间，以及在机器接通的情况下50W的消耗电阻器的接通时间为总共的1/30，则结果是0010在第一操作模式中，吸收功率为2分钟的1500W或以J为单位1焦耳1WX1秒，并且我们得到1500WX120秒180000J。相对于由机器全部消耗的能量，考虑用于制备一杯咖啡所需要的能量，结果为8000/1800。
14、00444，即仅所利用能量的444已被用于制作咖啡。0011在第二操作模式中，机器以平均50W操作10小时，即500W，对应于1800000J，其应被加上用于启动的180000J在前的情况。在10小时的运行中，机器因此消耗约1980000J，其被除以30杯咖啡，对应于每杯66000J。在该第二操作模式中，用于制备一杯咖啡所需要的能量与对于一杯咖啡由机器所大约消耗的总能量之间的比证明为8000/660001001212。因此清楚的是，咖啡机的能量产率极其低。0012本发明的目的在于使咖啡机的产率达到90及以外，从而开启了由于其高消耗水平而在过去没有被考虑的实施例可能性的道路。0013本发明的特征。
15、和优点从通过附图中的非限制性示例的方式所示出的、手边的本发明的实施例的下文详细描述中将变得更明显，其中0014图1是当前市场上已知和可用的咖啡机的示意图；0015图2是已知类型的加热器的示意图；0016图3A、3B、3C和3D示出了根据本发明的用于机器的加热器的不同实施例；0017图4是根据本发明的机器的第一实施例的总体示意性表示；0018图4A是根据本发明的机器的第二实施例的总体示意性表示；0019图5A、5B、5C和5D是图4中出现的机器的完整的电子电路图。0020发明的实现0021为了实现非常高的能量产率，用于对水进行加热的加热器的概念需要完全改变。如上所述，用于咖啡机的加热器当前由重量。
16、在05与1KG之间变化的金属质量构成，其中水管和电阻器被嵌入。该结构类型使得水温的调节简单，原因在于组件的强热质量变成温度的稳定元素，这可以容易通过以数秒钟的周期操作的开/关恒温器来控制。0022在本发明中，加热器图3被减小到几克重的管30，其几乎不具有热惯性，并且因此必须通过复杂的电子系统来调节温度，该电子系统基于通过管的水流成比例地且以极快的速度调节温度。0023本发明的优点立即体现在质量上极度减小，加热器立即升温，从而避免需要持续地维持其温度。以这种方式，加热器在必须制备咖啡时被接通，并且在制备结束时关断。机器待机的消耗因此为零NULL，而在前面的示例中，其大约为50W。考虑到加热器的质。
17、量仅说明书CN104080379A3/6页6仅为几克，用于对管30进行加热的能量消耗也非常低。通过示例的方式，让我们考虑具有5克的质量、必须使其从20达到90的加热器00245以克为单位的加热器的质量70温度间隔04金属的平均比热140J。制作一杯咖啡需要约8000J，结果，获得一杯咖啡所利用的能量因此证明为是所利用的总能量的9825。考虑到损耗和辅助电路也需要的能量，机器的达到90以上的产率因此在任何情况下似乎是具体考虑。0025根据本发明的咖啡机因此包括加热器3，其包括为了增加入口33与出口34之间的水流的温度的目的而预先设置PREDISPOSE以用于被加热的管30。在图3A、3B、3C和。
18、3D中出现了各种典型但非排他性的结构类型的加热器3的不同实施例。加热器3表示为直线，然而，根据完整机器的结构要求，它显然可以采用曲线、螺线SPIRAL、螺旋HELICOID或其它复杂形状。0026机器还包括加热装置R，其利用电流产生热并对管30进行加热。加热装置R优选为电阻型，即，它通过焦耳效应产生热。0027机器还包括至少一个温度传感器S，其以大体上处于管30的相同温度、且基于它自身的温度来改变电阻的方式被构造。考虑到管3的极其有限的质量，温度传感器对温度的变化的响应必须极其快速和精确，以便允许水温的有效控制。0028在机器的第一实施例中图3A，加热装置R包括管30，其由导电金属材料制成并且。
19、被布置以使电流在其两端31之间通过它，以便升温并且还对水流加热。温度传感器S也包括金属管30。水在入口部分33进入管30内部，并在出口部分34离开管30，由于管30的长度与直径之间的高比率，通过与管30非常有效的热交换而升温。由于管30的电阻的变化是基于温度的，所以通过监测所述电阻的值，能够获得管以及因此水的精确温度。由于管30的电阻低典型地为分数欧姆FRACTIONSOFOHM，它特别适合于电池或低电压应用。0029在另一实施例中，适合于与电力供给网络连接操作，管30被布置以便形成变压器T的次级绕组图3D和4A。变压器T的初级绕组相反被预先设置以连接到电力供给网络或高频发生器逆变器，该高频发。
20、生器继而连接到电力供给网络。在该第二种情况下，变压器T将在重量上更轻并且更小。变压器T的利用使得能够将管30的端部31处的电压降低到期望值，从而保持供给电压对于电力供给网络可用。0030图3B中示出了适合于利用电源电压MAINSVOLTAGE操作的另一实施例。在该实施例中，管30是薄壁的，由电绝缘但是热传导的陶瓷材料等制成，或者由包覆有一薄层电绝缘材料的金属材料制成。用于对管30进行加热的加热装置R包括电导体32，其缠绕在管周围或者通过围绕管的沉积处理而被模制MOLD。通过使电流在电导体32的端部31之间通过，电导体32被加热并因此管30和其中的水被加热。在这种情况下，如管30的情况那样，电导。
21、体32的电阻也随着温度改变，并因此可以被用于测量水的温度。作为替代，为了测量水的温度，可以使用管30，如图3A中出现的示例实施例那样。电导体32还凭借它可以被缠绕或模制的事实而具有更高的电阻，并因此适合于与电力供给网络110230V连接操作。电导体32可以使用绢网印花沉积SERIGRAPHICDEPOSITION方法厚膜沉积在管30上。该沉积可以使用在操作功能方面等效的已知技术诸如溅射阴极溅射、电解、化学或电化学沉积进行。说明书CN104080379A4/6页70031另一实施例提供加热装置R包括电导体32，同时温度传感器S包括管30。0032如前所述，在以上描述的所有实施例中，温度传感器S实。
22、际上为比例温度测量装置。比例温度测量装置的示例包含例如热敏电阻THERMISTOR、集成电路温度传感器、二极管、晶体管、热电阻器THERMORESISTOR、热电偶或其它等效装置。温度传感器S还可采用最大温度传感器的形式，其存在于所有的机器中以便当超过最大安全温度时断开电力供给；它连接到具有两个温度设置用于水温控制的较低设置和用于机器安全的较高设置的电路。0033在图4所示的实施例中，机器由电池50供电。该机器包括控制模块或控制器9。控制器9被预先设置以用于控制第一电流调节器47。第一电流调节器47被预先设置以用于以精确的方式将被控电流传送到加热装置R。电流调节器47的优选示例提供通过PWM脉。
23、冲宽度调制技术以成比例的方式对电流进行调节。传送到加热装置R的电流的精确控制对于维持恒定的水温是重要的。在图4所示的实施例中，加热装置由管30构成，由第一调节器47所产生的电流被供给到管30。0034控制器9还被预先设置以用于控制电流发生器43。电流发生器43被预先设置以用于将测量电流传送到温度传感器S。在图4所示的实施例中，温度传感器S由管30构成，由第二发生器43所产生的电流被供给到管30。如前所述，管30的电阻是管的、并因此是通过它的水的温度的函数。电流发生器43将电阻的变化转换为与温度成比例的电压。0035处理模块40被预先设置以用于测量温度传感器S在这种情况下为管30的端子处存在的电。
24、压，当仅发生器43所产生的测量电流通过它时。处理模块40还提供对与管30的温度成比例的被测量的电压进行放大和过滤，将它与已知的参考电压52进行比较。处理模块40生成误差信号51，其被发送到控制器9。误差信号51含有关于图4中的温度传感器S即管30处的瞬时温度误差的信息。基于接收到的误差信号51，控制器9命令第一电流调节器47使得一定的电流被发送到加热装置R，以便使由温度传感器S即管30测量的温度达到期望值。第一电流调节器47将从控制器9接收到的命令转化成置于电池50与加热装置R在这种情况下为管30之间的第一开关45的开/关比RATIO。水温因此如所需要的那样每秒多次以成比例的方式被调节，以便在。
25、机器从加热器3中咖啡的分配到没有水的所有操作条件下维持温度稳定。0036采样模块42被预先设置以用于在仅发生器43的测量电流被发送到温度传感器S时即在第一开关45打开时同步温度传感器S在这种情况下为管30的电阻的测量。0037第二电流调节器46被预先设置以用于调节施加到供水泵2的功率，以为了在所有情形下确保用于制作咖啡的水的最佳流速。已放入容器4中的咖啡混合物被喷洒适当温度的水。咖啡可以通过喷嘴11分配到杯子5中。利用极度减少尺寸基本上限制到管30的尺寸的加热器3，使得机器能够实时地执行水温控制。这意味着水流不必如已知类型的机器那样保持恒定，而是它可以随着时间改变，并且特别是在分配咖啡的过程期。
26、间。因此，能够例如向混合物发送第一股热水并且中断流数秒钟，以便保持混合物处说明书CN104080379A5/6页8于浸泡状态。流然后继续以便分配咖啡。实质上，在根据本发明的机器中，被加热的水的流速如所期望的那样根据预定的模式随着时间改变。0038如前所述，在图4出现的实施例中，机器由电池50供电。咖啡的分配的启动和停止由用户通过启动/停止按钮48来确立。从机器的初始停止状态启动其中所有电路待机并且由电池吸收的电流为零，按压启动/停止按钮48关闭第一开关45并且通过由第一调节器47发送到管30的电流确定水的加热。泵2通过将水从水箱1中抽出来将其供给到管30。该操作在加热装置包括图3B中所示的电阻。
27、器32的情况下不改变。0039发送到管30或电阻器32的电流由第一调节器47通过PWM脉冲宽度调制技术以成比例的方式调节，以便维持恒定的水温。电流发生器43向管30供给预先确立值的电流，管30的电阻是管30的、并因此是通过它30的水的温度的函数。当加热电流没有通过管30的或者电阻器32的端部31开关45打开，而仅发生器43所发送的测量电流通过它们时，处理模块40测量供给到这些端部31的电压。处理模块40提供对与温度成比例的信号进行放大和过滤，将它与已知的参考电压52进行比较，并且生成误差信号51。含有关于瞬时温度误差的信息的误差信号51被发送到控制器9并被发送到将其转化成第一开关45的开/关比。
28、的第一调节器47。水温因此如所需要的那样每秒多次以成比例的方式被调节，以便在机器从加热器中咖啡的分配到没有水的所有操作条件下维持温度稳定。采样模块42在第一开关45打开时同步管30的或者电阻器32的电阻的测量。第二电流调节器46相反调节施加到泵2的功率，以便在所有情形下确保用于制作咖啡的水的最佳流速。0040通过再次按压启动按钮48，用户在所期望的水平处停止咖啡的分配，并且所有的机器电路切断，使吸收再次回到零。0041指示器LED49可以被利用以例如通过保持连续点亮来通知用户咖啡的适当分配。在故障缺水、电池电量低等的情况下，LED将闪烁以便用信号通知咖啡没有被分配。0042注意，考虑到辅助和安。
29、全电路对于本领域技术人员是已知的，为了提供清楚的阐述，所有的辅助和安全电路已被省略。0043还注意，在所有示出的实施例中机器的操作是相同的，即考虑到电阻器32代替管30作为加热装置，以及电阻器32或其它比例温度测量设备8代替管30。图3C示出了本发明的实施例，其中管30由PTC正温度系数陶瓷材料制成。PTC材料具有显著的非线性电阻/温度响应当达到居里CURIE温度时，该材料在2030间隔内电阻增加多达10倍，并且这使得一定的工作温度的调节成为可能。通常所述调节没有充分精确到将水温以几度的容差维持在90，但是如果发生控制电路9的故障时，其如预先调节和/或安全措施在任何情况下是有用的。通过用第二调。
30、节器46改变泵2的流速，PTC的典型温度控制可以被改进，使它在所需的几度的精度内。PTC电阻因此被利用以通过第二调节器46调节泵2的流速。在这种情况下，PWM电流发生器43维持在最大的占空比DUTYCYCLE。0044在本文所描述和示出的所有实施例中，提供了连接到控制器9的一个或多个最大温度传感器，考虑到它们在本领域技术人员触及的范围内，它们没有被示出。如果由一个或多个最大温度传感器检测到的温度超过预定的阈值，控制器9使加热装置R停止作说明书CN104080379A6/6页9用。0045在图5A、5B、5C和5D中，作为本发明的主题的咖啡机的完整和功能实现在控制电路和电源的部分中被指示并用于电。
31、热器3的实现。水箱1、泵2以及用于咖啡的混合的容器4的实现没有被详细地描述，因此它们是市场上可用的标准部件。0046相反，在图6中出现了所利用的部件的列表。说明书CN104080379A1/9页10图1说明书附图CN104080379A102/9页11图2图3A说明书附图CN104080379A113/9页12图3B图3C图3D说明书附图CN104080379A124/9页13图4说明书附图CN104080379A135/9页14图4A说明书附图CN104080379A146/9页15图5A说明书附图CN104080379A157/9页16图5B说明书附图CN104080379A168/9页17图5C说明书附图CN104080379A179/9页18图5D说明书附图CN104080379A18。