CN100553545C - 用于控制在咖啡机中的加热过程的方法和电子控制装置 - Google Patents

用于控制在咖啡机中的加热过程的方法和电子控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于控制在咖啡机(10)中的加热过程的方法，该咖啡机尤其适用于以咖啡块制备咖啡，其中该咖啡机(10)具有一个通流加热器(38)和一个用于穿过通流加热器(38)输送水的泵(32)。在该方法中测量在通流加热器(38)与一个煮沸室(20)之间的温度以及由泵(32)输送的水的温度。为了避免蒸气超压并提供一个尽可能在整个煮沸过程中足够且恒定的水温度，根据温度通过一种脉冲式的运行来影响所述由泵输送的水量；并且根据在通流加热器(38)与一个煮沸室(20)之间的温度来影响加热功率。本发明还涉及一种用于执行执行上述方法的电子控制装置。

Description

用于控制在咖啡机中的加热过程的方法和电子控制装置
技术领域
本发明涉及一种用于控制在一个咖啡机中的加热过程的方法和一种用于执行所述方法的电子控制装置。
背景技术
现有技术的咖啡机按照不同的原理工作。最流行的形式是所谓的无压力工作的咖啡机。在这种咖啡机中水从一个预储容器中流进一个可以电加热的管子里面。尤其通过在这个管子中产生蒸气使加热的水通过一个上升管顶压到一个出口，通过这个出口使加热的水滴进咖啡过滤器。由这个咖啡过滤器可以使过滤咖啡在大气压力下流进一个壶。
与此相反对于压力咖啡机在咖啡粉末处呈现一个高压力，例如15bar。这一点由此得以实现，使来自一个水容器或一个其它的水输入管的水输送到一个电机驱动的泵，然后该泵使水在高压下通过一个可以电加热的部位输送到一个咖啡粉末接收装置。这个咖啡粉末接收装置一般包括一个用于接收咖啡的筛网。为了在咖啡处产生高压，使咖啡接收装置在运行期间设置在一个相对于大气密封的部位中，该部位可以称为压力室或煮沸室。
在以另一原理工作的咖啡机中规定，用于制备咖啡的水首先由一个水容器输送到一个可加热的中间容器。由这个中间容器使加热的水到达一个电机驱动的泵，由这个泵在高压下、例如2至3bar输送到一个咖啡粉末接收装置。在此规定，与压力咖啡机不同的是，咖啡不以松散的咖啡粉末形式加入到咖啡粉末接收装置里面，而是以一个咖啡块的形式、即通过过滤纸以压实的形式包围地安置在一个夹持体里面。该夹持体可以与一个夹持体盖板构成一个密封的压力室，水通过该盖板输入。在此用于咖啡块的夹持体具有多种功能。一方面该夹持体提供了一个密封面，由此可以构成一个压力室。此外该夹持体具有一个出口，从该出口可以排出咖啡。此外能够使咖啡块以一种方式支承在夹持体里面，使得不妨碍通流咖啡块。这种咖啡机介于通常的无压力咖啡机与一种压力咖啡机之间的中间位置。
配有通流加热器的咖啡机通常具有一个热块。这种热块多数情况下由铸铝制成，其中在热块内部构成引水的通道。通过一个热块能够实现水的一种特别受控的加热，不仅涉及产生蒸气而且涉及咖啡温度的恒定。但是该热块在其加工时是费事的，并且它们为了储存热量需要一个相对大的质量。
没有热块的通流加热器是经济的，但是在使用咖啡块运行时存在一些缺陷，要立刻在短时间内使热咖啡以确定的温度以供使用，并且加热一杯咖啡的时间非常短。
缺陷是，伴随相应超压的不可控地产生蒸气，咖啡流出温度强烈受到多种因素的影响，如水容器中的水温、环境温度、电网电压变化和加热体误差。
发明内容
本发明的目的是，提供一种方法和一种电子控制装置，以其为前提使一种没有热块的咖啡机也可以满意地运行。
这个目的通过一种用于控制在一个咖啡机中的加热过程的方法得以实现。所述咖啡机尤其适用于以咖啡块为基础的咖啡制备，其中该咖啡机具有一个通流加热器和一个用于将水输送穿过通流加热器的泵，其步骤是：测量在通流加热器与一个煮沸室之间的温度以及由泵输送的水的温度，并且根据温度通过一种脉冲式的运行来影响由泵输送的水量；并且根据在通流加热器与煮沸室之间的温度来影响加热功率；在开始加热前接通所述泵，并且以在接通持续时间与断开持续时间之间的一种第一脉冲比例运行；随着温度的增加使所述脉冲比例变大，并且在一个给定的温度阈值以上使脉冲比例等于1。通过这种方法补偿一种不使用热块的通流加热器可能产生的缺陷。通过根据温度配量地输入由泵输送的水量，可以消除不可控的、尤其是由于局部的温度差而生成蒸气并且克服咖啡流出温度对环境条件的强烈依赖性。
本发明的有利实施例在下文中给出。
如上所述，有利的是，在通流加热器与一个煮沸室之间测量温度，并且在影响由泵输送的水量或加热功率时考虑这个温度。测量在通流加热器与一个煮沸室之间的温度，这提供了一个输送到煮沸室的水温的直接依据。有利的是在影响加热功率和水量时考虑该温度。
但是也有利的是，在泵与通流加热器之间测量温度，并且在影响由泵输送的水量或加热功率时考虑该温度。根据通流加热器前面的温度影响加热功率或水输送量，这尤其以有利的方式影响通流加热器的工作方式，例如涉及蒸气生成或者过热。
同样有利的是，测量在进入到通流加热器中的一个入口与由通流加热器出来的一个出口之间的温度差，并且在影响由泵输送的水量或加热功率时考虑该温度。这个温度差提供了一种用于与水输送量相关的通流加热器加热功率的良好尺度。
优选通过使泵脉冲式地运行来影响由泵输送的水量。脉冲式地运行可以起到不产生蒸气超压的作用，并且还从水的煮沸过程开始就提供一个足够高的温度以供使用。
如上所述，按照本发明的方法以有利的方式由此得到改进，在开始加热前接通泵，并且以接通持续时间与断开持续时间之间的一个第一脉冲比例运行；随着温度的增加使脉冲比例变大；并且在一个给定的温度阈值以上时使脉冲比例等于1。通过这种方法避免过热和蒸气超压。此外几乎可以在煮沸过程的各种状态提供相同温度的水。通过在加热开始前接通泵来避免没有灌水地运行通流加热器。
此外有利的是，除了影响由泵输送的水量以外，根据通流加热器处的温度来影响加热功率。因此在通流加热器处测量的温度不仅可以涉及由泵输送的水量的影响而且可以涉及通流加热器加热功率的影响。
本发明建立在一种用于控制在咖啡机中的加热过程的电子控制装置上，该咖啡机尤其适用于以咖啡块为基础制备咖啡，其中该咖啡机具有一个通流加热器和一个用于沿着一个输送路径将水输送穿过通流加热器的泵以及一个温度传感器，该温度传感器设置在所述通流加热器和一个煮沸室之间的水输送路径中。
根据本发明，该电子控制装置具有用于根据由温度传感器所测量的温度来影响由脉冲式地运行的泵所输送的水量的措施以及用于根据所述测量的温度来影响加热功率的措施；所述电子控制装置并具有这种措施：该措施使所述泵在开始加热前被接通，并且使所述泵以在接通持续时间与断开持续时间之间的一种第一脉冲比例运行，随着温度的增加使所述脉冲比例变大，并且在一个给定的温度阈值以上使脉冲比例等于1。
通过这种方法使按照本发明的方法的优点与特征也转化到电子控制装置的构思上。这也适用于这个装置的特别优选的实施例。
如上所述，在这个意义上优选使所述措施通过泵的一种脉冲式运行而构成。
同样可以规定，所述措施用于改变通流阻力。由此可以以有利的方式影响通流加热器中的加热过程。
这一点例如可以由此实现：所述措施为了改变通流阻力而具有一个节流阀。
在此可以规定，所述节流阀由一个设置在输送路径中的滑阀构成。这是一种特别简单的用于实现节流的方法。
同样可以有利地规定，除了影响由泵输送的水量以外还设有根据温度影响加热功率的措施。因此可以根据温度广泛地影响独立的参数、即输送的水量和加热功率。
也可以这样改进加热功率的影响：所述措施为了影响加热功率而有一个用于接通通流加热器的不同数量的多个加热体的控制器。在通流加热器的优选实施例中这个通流加热器配有两个相互对置的加热杆，因此提供了这种可能性：有选择地对加热杆供电以用于影响加热功率。
按照本发明的电子控制装置以有利的方式由此进一步得到改进：在通流加热器与一个煮沸室之间的水输送路径中设置温度传感器。直接在煮沸室前面测量温度，这对于制备满意的煮沸结果是一个有利的前提。
附加地或者可选择地是，至少一个温度传感器设置在输送路径上和/或设置在水输送路径中是有利的。根据这个附加的信息能够优化通流加热器的运行。
也可以规定，至少一个温度传感器直接设置在通流加热器的一个加热体上。由此实现的对于加热体温度的直接测量能够实现所述控制装置的一种快速反应。
按照本发明的控制装置也可以这样改进：在泵与通流加热器之间设置一个温度传感器，并且在影响由泵输送的水量或者加热功率时考虑由这个温度传感器所测量的温度。通过了解在通流加热器前面的水温，可以有利地尤其在考虑到通流加热器运行但是也考虑到在煮沸室中要达到的水温的情况下，影响在通流加热器中输送的水量或者影响由通流加热器提供的加热功率。
所述温度传感器的有利布置的特征也在于，沿水的流动方向在通流加热器前面设置一个温度传感器。
同样也可以沿水的流动方向在通流加热器后面设置一个温度传感器。
此外有利的是，所述电子控制装置具有一个用于获得在一个由一个前置于通流加热器的温度传感器所测得的温度与一个由一个后置于通流加热器的温度传感器所测得的温度之间的温度差的差值措施，用于影响由泵输送的水量。所测量的这个温度差值可以通过在通流加热器前面或后面的过程可靠地推断在通流加热器中没有影响的过程。
本发明的知识基础是，一种具有一个通流加热器的、没有热块的咖啡机由此可以可靠地运行：一个电子控制装置补偿由于没有热块而产生的缺陷。尤其是通过控制过程来克服过渡地生成蒸气和过渡的温度振荡。
在另一按照本发明的控制装置中，上述缺陷通过下面的方法步骤或电气功能得到补偿或者甚至完全克服。
在启动一个煮沸过程以后的泵运行时，在加热体前或随着加热体接通泵，由此避免加热体没有灌水。为了快速地达到所需的高煮沸温度，使泵以一个确定的接通/断开脉冲这样控制，使得不产生蒸气超压。
这样设计所述方法：只有当加热器上的一个温度传感器或调节器给出了达到一个确定温度的信号时，泵才不中断地全运行。
利用一个在加热体与煮沸室之间的水排出管道中的温度传感器或传感器来改变或适配泵脉冲比例和/或加热功率。
也可以在水输入管路中设有一个温度传感器，它同样影响泵脉冲比例和/或加热功率。
所述电子装置也可以根据所选择的杯子数量来控制煮沸过程的长短。
为了防止加热体过热，设有一种三个蒸气识别装置。为了防止产生蒸气，按照本发明建议下列方法步骤：
当超过90至100℃的温度在温度传感器或传感器上超过3至5秒时，则电子装置使加热体这样长时间地断开，直到温度下降到70至90℃以下。当在快结束咖啡供应时间之前断开加热器时，则使泵继续运行3至5秒，用于避免在过热时增加蒸气生成。
如果传感器具有缺陷或者故障或者完全不能接通，则电子装置识别这个故障并且不能启动设备。
优选的电调节方法过程如下：
在启动咖啡供应时，泵以一个启动状态短时间运行，用于充满可能空的加热器。然后泵中断输送，而加热器对水进行加热。如果在传感器上的温度达到约70至80℃，则接通泵并从加热器中输送直到120℃的热水。如果传感器水的温度又降至约80至90℃，则再断开泵。
当泵在连接到启动状态的输送状态中的静止位置时，水在加热器中继续被加热，并且在温度为约80至95℃时再接通泵，在低于约75至95℃时断开。在这个温度区间中泵间断地运行，直到运行一或两杯咖啡供应时间结束。
接着在结束咖啡供应时间之前的约1至3秒在一个结束状态中断开加热器或使泵继续运行，用于减少通过后继加热而产生的蒸气。
这个按照本发明的方法的优点是，可以使用一个经济的通流加热器。直接在选择杯子后开始煮沸过程，并且在加热回路中不产生具有不期望的超压的蒸气生成。
附图说明
下面借助于附图中优选的实施例示例性地描述本发明。附图中：
图1示出一个用于描述本发明的咖啡机的截面图，
图2示出一个用于描述本发明的一个外壳部件以及设置在外壳中的结构部件的立体图，
图3示出一个按照本发明的方法的流程图，
图4示出一个用于避免或防止生成蒸气的加热控制器的曲线图。
在下面的描述中相同的附图标记表示相同或类似的部件。
具体实施方式
图1示出一个用于描述本发明的咖啡机的截面图。图2示出一个用于描述本发明的一个外壳部件以及设置在外壳中的结构部件的立体图。该咖啡机10包括一个扁平的前端部件12和一个立柱式的后部结构组件14。在前端部件12上可以设置通过一个出口16取出咖啡的杯子。在后部结构组件14中装进一个水容器18。该后部结构组件14还包括一个煮沸室20，它通过一个随着一个抽屉可输入的咖啡块夹持体24和一个作为煮沸室顶部30的弹性的夹持体盖板28构成。为了使咖啡块夹持体24和夹持体盖板28在推入抽屉22以后相互间密封，具有一个包括一个杠杆26的杠杆机构。在所示状态该杠杆机构相对于夹持体盖板28牵引咖啡块夹持体24。如果使杠杆26向后旋转90°，则使咖啡块夹持体24下降，使得它可以与抽屉22一起从咖啡机10中取出。
在由前端部件12和后部结构组件14构成的外壳内部具有用于输送水、加热水和用于控制这些过程的部件。在外壳下部在前端部件12与后部结构组件14之间的边界上设置一个泵32，它通过一个软管34从水容器18输入水。通过另一软管36使泵32与一个通流加热器38在其入口88上连接。类似地可以使一个软管92在通流加热器38上插到其出口90上。这个通流加热器38的主要部件是一个用于输送水的提供输送路径84的管40以及两个加热杆42，44。这些加热杆42，44分别具有两个电接头46，48，在其上施加加热电压。还可以规定，一个由滑阀构成的节流阀86配有一个电接头，用于由此影响穿过通流加热器的水输送量。在咖啡机10的前端部件12上具有一个按键区50，它与一个电路板52连接，其中该电路板52最好控制咖啡机的所有功能，尤其是输送和加热水的功能。从电路板52引出一个电缆导管54，在其中包括电导线，通过它们所述电子控制装置发出其控制命令并且接收输入信息。这些输入信息尤其涉及由一个温度传感器56获得的通流加热器的温度以及其它的温度信息，该温度信息由在测量位置58，60中的温度传感器在通流方向上在通流加热器38的后面或前面获得。在后部结构组件14中还设置一个舌簧开关62。该舌簧开关62的任务是，电气地检测在水容器18中的最小液面高度。为此在水容器18中可以垂直移动地支承一个浮子，它具有一个磁铁。在低于水容器18中的最小充满量时该磁铁浮子靠近舌簧开关62并且能够使这个开关接通，由此接通一个电流回路，它将一个低于充满度的信号传递到电子控制装置。如果水容器中的液面高度低于最小充满量，可以使咖啡机停止运行。所述通流加热器38还可以具有一个传感器，它防止在加热过程期间干燥运行。
所述通流加热器38的管60在加热杆42，44贴靠在该管60的部位上是整平的。在相应地使加热杆同样具有一个扁平侧面时可以在加热杆42，44与管60之间实现一种良好的接触并由此实现良好的热传递。管40与加热杆42，44的布置通过一个环套64固定在一起，它可以由耐热的塑料或金属制成。在这个环套64处设置温度传感器56。在管40的端部上安置软管接头66，68。它们在本实施例中插进管40里面并且配有一个环绕的密封件70，72，例如一个O型密封圈。在由耐热塑料制成的软管接头66，68上成形固定机构74，76，78，80，其中只有几个固定机构在这里示例性地以附图标记表示。这些固定机构74，76，78，80用于使通流加热器固定并定心在外壳里面，并且还用于容纳附加的部件，例如用于使舌簧开关62容纳在固定机构78里面。在软管接头68里面还组合一个安全阀82。因此通流加热器38可以与软管接头66，68和插接的软管完全装配到一起，并且由于定心特性而容易地装进外壳里面。
图3示出一个用于描述按照本发明的方法的流程图。在步骤S01中启动煮沸过程以后在步骤S02中接通泵32，由此使水输送进加热器38的管40中。接着在步骤S03中将加热电压施加到加热杆42，44上。步骤S02，S03的这个顺序保证加热器不会在干燥状态运行。但是也可以有利地使加热器在启动煮沸过程以后立刻接通并且只有在一个预热周期以后才接通泵32。由此尽管在干燥的通流加热器38的情况下也可以进行加热运行，但是相反在已经开始输送时达到高水温。由此可以克服通流加热器干燥运行的问题：设有用于防止干燥运行的传感器。它们或者可以由湿度传感器构成，它可以负责在干燥运行的情况下降低加热功率或者接通泵32。同样可以使这种传感器以温度为基础工作，因此在通流加热器达到一个确定温度时一定接通泵32。在步骤S04中泵32过渡到一种脉冲运行，由此一方面避免局部过热和由此引起的不期望的蒸气超压，另一方面输送一种适配于供使用的加热功率的水量。在步骤S05中检验，在通流加热器38上是否达到一个温度阈值TS。如果没有达到，则使泵32保持脉冲运行，但是脉冲比例在温度升高时可以变化到有利的接通持续时间。当在步骤S05中检测到，在通流加热器38上达到一个温度阈值TS时，在步骤S06中才开始泵32的持续运行。在取出咖啡以后在步骤S07结束煮沸过程。
按照步骤S05尤其可以这样改进温度检验：设置多个温度阈值并且分别在超过下一温度阈值时使泵的脉冲比例改变到有利于接通时间。同样能够实现脉冲比例的一种连续变化。在检验温度时也可以使用其它的温度信息，它们尤其在通流加热器38的前面和后面的测量位置58，60上获得。
在图4中示出的曲线图示出在由按照本发明的咖啡机汲取一杯咖啡时的时间过程，该咖啡机具有一个长度为180mm和直径为16mm的1800W的管加热体，加热管的壁厚为1.5mm。作为传感器使用一个商用的NTC。汲取过程包括分别为一秒的一个在前时间和一个在后时间。以Tn表示的曲线示出温度在HTC传感器上的时间曲线。以Tk表示的曲线示出咖啡温度的时间曲线，以R表示的曲线示出在调节板上的温度的时间曲线。以P表示的曲线示出加入到管加热体中的加热功率的时间曲线。以t0表示的时刻表示通过接通泵开始输送水。以t1表示的时刻表示通过断开泵而使输水结束。
在上面的描述中、在附图中以及在权利要求中公开的本发明特征无论是单独地还是任意组合地用于实现本发明都可以是重要的。
附图标记清单
10    咖啡机                      52    电路板
12    前端部件                    54    电缆导管
14    后部结构组件                56    温度传感器
16    出口                        58    测量位置，温度传感器
18    水容器                      60    测量位置，温度传感器
20    煮沸室                      62    舌簧开关
22    抽屉                        64    环套
24    咖啡块夹持体                66    软管接头
26    杠杆                        68    软管接头
28    夹持体盖板                  70    密封件
30    煮沸室顶部                  72    密封件
32    泵                          74    固定机构
34    软管                        76    固定机构
36    软管                        78    固定装置
38    通流加热器                  80    固定机构
40    管                          82    安全阀
42    加热杆，加热体              84    输送路径
44    加热杆，加热体              86    节流阀，滑阀
46    电接头                      88    入口
48    电接头                      90    出口
50    按键区                      92    软管

Claims (7)

1.用于控制在咖啡机(10)中的加热过程的方法，其中该咖啡机(10)具有一个通流加热器(38)和一个用于将水输送穿过通流加热器(38)的泵(32)，具有下列步骤：
-测量在通流加热器(38)与一个煮沸室(20)之间的温度以及由泵输送的水的温度；
-根据该温度通过一种脉冲式的运行来影响由泵(32)输送的水量；并且
-根据在通流加热器(38)与煮沸室(20)之间的温度来影响加热功率；
-在开始加热前接通所述泵(32)，并且以在接通持续时间与断开持续时间之间的一种第一脉冲比例运行，
-随着温度的增加使所述脉冲比例变大，并且
-在一个给定的温度阈值以上使脉冲比例等于1。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
该咖啡机适用于以咖啡块为基础制备咖啡。
3.用于控制在咖啡机(10)中的加热过程的电子控制装置，其中该咖啡机(10)具有一个通流加热器(38)和一个用于沿着一个输送路径(84)将水输送穿过通流加热器(38)的泵(32)以及一个温度传感器(58)，该温度传感器设置在所述通流加热器(38)和一个煮沸室(20)之间的水输送路径中，其特征在于，所述电子控制装置具有用于根据由温度传感器(58)所测量的温度来影响由脉冲式地运行的泵(32)所输送的水量的措施、用于根据所述测量的温度来影响加热功率的措施；所述电子控制装置并具有这种措施：该措施使所述泵(32)在开始加热前被接通，并且使所述泵以在接通持续时间与断开持续时间之间的一种第一脉冲比例运行，随着温度的增加使所述脉冲比例变大，并且在一个给定的温度阈值以上使脉冲比例等于1。
4.如权利要求3所述的电子控制装置，其特征在于，所述用于影响加热功率的措施具有一个用于接通通流加热器(38)的不同数量的多个加热体(42，44)的控制器。
5.如权利要求3所述的电子控制装置，其特征在于，至少一个温度传感器(56，58)设置在输送路径(84)上和/或设置在水输送路径中。
6.如权利要求3所述的电子控制装置，其特征在于，至少一个温度传感器(56)紧挨地设置在通流加热器(38)的一个加热体(42，44)上。
7.如权利要求3所述的电子控制装置，其特征在于，该咖啡机适用于以咖啡块为基础制备咖啡。
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