CN100577070C - 用于优化可变液体温度的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于饮料分配用液体的立即响应式加热的方法、装置(100)和相关饮料曲线，其中这种加热可根据适用的曲线动态地改变。装置(100)包括加热单元(160)、电子控制器(140)和检测装置(150，180)。水箱(110)经由被控制器(140)控制的水泵(120)向加热单元(160)供水，该控制器还控制加热单元。反馈控制环路向控制器(140)提供控制数据以根据预定曲线针对给定的饮料类型优化液体温度。

Description

用于优化可变液体温度的方法和装置
技术领域
本发明总体涉及液体的立即响应式(on-demand)加热。更具体地，本发明涉及与用于饮料分配的立即响应式加热相关的方法和装置，其中这种加热是动态可变的。
背景技术
在自助式自动售货机工业内，存在许多制备热混合物的机器。往往从同一个机器使用单个供应包装重复地制备多种变化的饮料和汤。每个供应包装通常为容纳有测定数量的干燥物质的胶囊的形式。Denisart等人在2003年7月24日公布的国际公开号WO 03/059778 A2内示出了一种这样的胶囊。
当将液体——通常是热水——引入胶囊的内容物时，就形成食物液体例如饮料或汤。不同的食物液体具有不同的要求以根据给定的食物液体产生最佳的饮用体验。这种要求包括咖啡脂(crema)/泡沫体积、质地和杯内温度。此外，杯内温度与泡沫体积和质地相关。
在这种自助式自动售货机内经常使用的现有的液体加热技术通常仅能够为所有产品输送一个固定温度下的热液体。最一般地，被加热液体是从公用水总管(干管)抽取的经过滤或未经过滤的水，但是也可包括从私有水源例如水井或小型水箱抽取的水。针对所有产品将水加热到固定温度限制了制备不同饮料且每种饮料都具有最优品质的可能性。另外，这种自助式自动售货机在空闲期间冷却下来。因此，由于混合装置本身的热损失，在机器已空闲一段时间之后制备的饮料的第一次分配将输送杯内温度显著降低的饮料，或者，机器需要很长的预热时间以便水达到预期的杯内温度。
立即响应式或即时加热器已知用于饮料系统。这种立即响应式或即时加热器通常定义为能够提供准确的水温而无需预热时间的加热组件。这种加热器通常包括一连串加热部件例如电阻器或加热筒(例如
Figure C20058003829100051
)，其中控制最初的加热部件将水加热到低于希望的最终预设温度的预设温度范围内，并且控制第二加热部件将水从第一预设温度调节或微调到最终的预设温度。还存在不基于
Figure C20058003829100052
或陶瓷绝缘类型的加热元件而是基于厚膜技术的其它类型的即时加热器。这种加热器可由如2002年10月1日授予Yoakim等的美国专利6459854所示的或由Boussemart等在2004年1月22日公布的国际公开号WO 2004/006742内所示的其上印制有厚膜类型的电阻器的空心环状部件形成。
因此，希望提供一种克服与现有自助式自动售货机相关联的困难的用于分配食物液体的系统。希望提供一种改进的饮料分配系统，该系统受益于结合有能够输送任何温度的热液体/水并理想地动态改变这种温度的立即响应式加热器。需要这样一种改进的饮料分配系统，其在粉末/液体的有效溶解、胶囊内泡沫的生成以及补偿饮料流入杯内期间的热损失方面进行优化以输送改进的咖啡脂/泡沫和杯内温度。
发明内容
本发明的目的是消除或减轻先前的调制机器的至少一个缺点。
在第一方面，本发明提供了一种用于优化饮料机内的可变液体温度的装置，所述装置包括：用于加热从中流过的液体的加热单元；用于起动所述加热单元的电源；用于可变地控制通过所述加热单元的所述液体的流量和/或由所述电源提供给所述加热单元的输入功率的电子控制器；用于将检测数据提供给所述电子控制器的反馈装置；并且其中由所述电子控制器根据代表预定的加热水平和/或在预定流量下的曲线响应于所述检测数据改变所述流量和/或所述输入功率。
在第二方面，本发明提供了一种用于优化饮料机内的可变液体温度的方法，所述方法包括：启动与预定的饮料类型相关的曲线，所述曲线包括一系列目标温度和/或目标流量；获得通过加热单元加热的加热液体的温度；可选地获得所述加热液体的流量；以及根据所述曲线在一段时间内修正所述温度和/或所述流量。
在第三方面，本发明提供了一种用于通过饮料机内的可变液体温度优化可溶组分的特性的曲线，所述曲线包括：用于增加所述可溶组分的溶解以形成饮料产品的第一温度；以及用于经由所述可溶组分调制所述饮料产品的第二温度，所述第二温度低于所述第一温度。
在第四方面，本发明提供了一种用于通过饮料机内的可变液体温度优化可溶组分的特性的曲线，所述曲线包括：用于增加所述可溶组分的溶解以形成饮料产品的第一温度；用于经由所述可溶组分调制所述饮料产品的第二温度，所述第二温度低于所述第一温度；用于提高所述饮料产品的期望特性的第三温度，所述第三温度高于所述第二温度；以及用于基本排空所述可溶组分的所有残留物的第四温度，所述第四温度高于所述第三温度。
在第五方面，本发明提供了一种包含在电子存储器内并用于通过饮料机内的可变液体温度优化可溶组分的特性的曲线，所述曲线包括：用于增加所述可溶组分的溶解以形成饮料产品的第一温度；用于经由所述可溶组分调制所述饮料产品的第二温度，所述第二温度低于所述第一温度；用于提高所述饮料产品的期望特性的第三温度，所述第三温度高于所述第二温度；以及用于基本排空所述可溶组分的所有残留物的第四温度，所述第四温度高于所述第三温度。
在第六方面，本发明提供了一种包含在电子存储器内并用于通过饮料机内的可变液体温度优化可溶组分的特性的曲线，所述曲线包括：用于增加所述可溶组分的溶解以形成饮料产品的第一温度；以及用于经由所述可溶组分调制所述饮料产品的第二温度，所述第二温度低于所述第一温度。
本领域的那些普通技术人员在阅读下文结合附图对本发明的特定实施例的说明时可清楚地了解本发明的其它方面和特征。
附图说明
下面将参照附图仅作为示例说明本发明的实施例，在附图中：
图1是根据本发明的加热装置连同调制单元和分配杯的总体示意图；
图2A是根据本发明的用于第一类被分配饮料的加热曲线(heatingprofile)；
图2B是根据本发明的用于第二类被分配饮料的加热曲线；以及
图2C是根据本发明的用于第三类被分配饮料的加热曲线。
具体实施方式
总体上，本发明提供了一种响应于至少包括启动时的热损失、供电波动、饮料选择和调制特性的标准动态地分送可变液体温度的方法和装置。因此，本发明将导致分配产品的改进的品质和对消费者的吸引力。
参照图1，与调制单元200和分配杯300一起示出用于分送可变液体温度的加热装置100。应理解，调制单元200可以是分送汤、咖啡、茶、热可可或任何类似的热食物液体的任何类型的自助式自动售货机。为了例证起见，加热装置100示出为与调制单元200分离，但是加热装置与调制单元成一体也在本发明的预期范围内。另外明显的是，如果加热装置100是整装的并且与调制单元200分离，则不同制造商的调制单元之间的可互换性增强，而如果加热装置100和调制单元200成一体，则成本效率和紧凑性增加。还应理解，分配杯300可以是任何可用于保持被分配的热食物液体的容器。因此，这种分配杯300可为可重复使用的、一次性的、陶瓷的、金属的、纸的、塑料的或任何组合。这种分配杯300可由用户提供，或由形成结合有本发明的总体自助式自动售货机的一部分的容器分配器提供。因此，将不详细说明与调制单元200和分配杯300相关的细节，因为它们可根据相关的自助式自动售货机的给定用途和应用而改变。这种实施细节也在本领域技术人员的(知识)范围内，因此下文的说明将主要涉及用于优化可变液体温度的加热装置100以及相关的方法。
进一步参照如图1所示的加热装置100，该装置设置有水箱110。经由任何已知的方式例如但不局限于私有水源(例如水冷却器)或市政自来水系统(未示出)供给水箱110。水箱110用作经由水泵120被抽入加热单元160的冷水的现成供给源。水泵120通过经由电子控制器140控制的泵电源130供电。电子控制器140还控制加热单元160。在电子控制器140与水流量计150和温度传感器180之间存在反馈控制环路。水流量计150位于水泵120和加热单元160之间。温度传感器180位于加热单元160和调制单元200之间。调制单元200用于以自助式自动售货机领域内的那些技术人员公知的方式利用从加热装置100提供的热水产生食物液体，并由此将食物液体分配到杯子300或类似容器内。
电子控制器140是本发明的装置和方法的中心特征。如上所述，水流量和温度是被检测并反馈回电子控制器140以便维持合适的温度和水流量的两个标准。已认识到，对于特定的生成的食物液体，(所需的)合适的温度和水流量不同。例如，一种特定的食物液体需要较低温度下的缓慢调制，而不同的食物液体需要高温下的快速调制。这即使在各种咖啡粉中也是显而易见的。
如上文在背景部分内说明的，现有技术的加热设备设计成提供单一温度而不考虑可影响加热的不同的食物液体或其它变量。相反，本发明能够考虑一些变量以提供优化的可变液体温度。与传统的常温调制相比，根据本发明的卡普契诺咖啡(cappuccino)调制可使泡沫体积平均增加15-25％并产生具有较细气泡和较浅颜色的泡沫。与传统的常温调制相比，根据本发明的蒸馏咖啡(espresso)调制可使平均泡沫体积增加20-30％以及(含)乳脂增加。此外，与传统的常温调制相比，根据本发明的热巧克力调制可使在使用后胶囊内残留的残余物最少。
关于自助式自动售货机的变量可包括这种机器受到的使用量以及分配之间的时间段。这些变量直接等同于调制单元200的内部部件(inner-workings)的升温。例如，如果给定调制单元200在早晨频繁使用30分钟，则很明显，第一次使用在调制单元处于低温状态时发生，从而调制单元200的物理内部部件将吸热。在三十分钟结束时调制最后一杯后，则明显地调制单元200处于热的状态，从而调制单元200的物理内部部件热饱和。已发现这种热波动直接影响调制产品的品质。另外，一些类型的调制单元200可更容易地吸收和保持从流过其中的热水传递的热量，而其它类型的调制单元可更加透热，从而流过其中的热水的温度和流量基本不变。
还存在其它变量包括基于一天中的时刻的供电因素。实际上，很容易理解，从墙壁出口获得的电源电压将根据一天中的时刻而改变。这种改变常常是由基于使用的电网上的负荷需求导致的。在公司职员开始他们的工作日之前的上午期间，计算机、打印机和影印机还没有以它们的最大负荷工作。但是，这种负荷需求将在上午晚些时候增加。这些(负荷)需求波动会影响某些电气设备包括诸如电阻加热器等设备，例如自助式自动售货机内使用的那些电阻加热器。当来自出口的电源在现成可用的电压方面减小时，典型的电阻加热器的热容量减小。因此，提供给典型调制类型的自助式自动售货机的热容量根据一天中的时刻而改变。
加热单元160是立即响应式加热器，该加热单元经由电子控制器140和相关的反馈被起动以向调制单元200输送任何温度的热液体/水。热液体/水的温度可被动态地调节并针对制备最佳的咖啡脂/泡沫和杯内温度而优化。针对粉末/液体的有效溶解、胶囊内泡沫的生成以及补偿在饮料调制和饮料流入杯内期间的任何热损失实现对水温的优化。因此，加热单元160可动态地输送任何预置温度下的加热液体。此外，本发明的整个加热装置100可考虑并补偿供给电压、由胶囊差别导致的液体流量、由机器导致的可能的热损失、所包含的调制单元的类型以及被调制的食物液体的类型的变化。
如上所述，使用电子控制器140不仅可起动反馈环路以监控并维持期望的流量和温度，而且还允许流量和温度发生预定的变化。本发明的电子控制器140包含控制水流量和温度的可编程电路。如控制器领域内公知的，这种电路可以是具有只读或可读写电子存储器(未示出)的计算机芯片(即集成电路或IC)的形式。这种IC将特定的曲线编程到这种电子存储器中。每条曲线包括预先建立的针对被调制的给定类型食物液体的加热说明，如下文进一步详细说明的那样。该曲线还可通过电子控制器140根据伴随加热装置100的调制单元200的类型进行调整。还可根据一天中的时刻或直接检测的加热装置100的供电电压的电压波动进一步调整该曲线，此时加热装置中将设置附加的电压传感器(未示出)。
现在将说明由电子控制器140的可编程电路存储的曲线。为了实现最佳的起泡沫结果，加热装置100在调制过程开始时输送较高温度的热水。这可确保胶囊内的所有粉末材料尽可能快地溶解。此后，加热装置100输送较低温度的热水以便在杯子300内生成更浓厚和稳定的泡沫。高温和低温之间的差别由电子控制器140控制，以使得最终饮料的杯内温度对于饮料消费者而言是最优的(例如所期望的和可饮用的温度)。
例如，对于卡普契诺咖啡饮料，胶囊容纳有速溶咖啡粉末和奶粉的混合物。水在高温下被注入胶囊以溶解粉末，并生成饮料液体以及一定量的泡沫。图2A中示出用于调制这种卡普契诺咖啡饮料的曲线。热水的温度将首先预设为90℃以便胶囊内的粉末迅速溶解并且补偿热损失。90℃的水流将一直持续到已处理完50ml水。然后，将水温降低到75℃进行调制直到处理完另外50ml水。随后以升高的85℃的温度调制以便形成泡沫，直到已处理完另外50ml水。然后将水加热到高于85℃的温度以便从胶囊排出剩余的产品。优选的排出温度在85℃到95℃的范围内，选择此范围以便不破坏所产生的泡沫。
同一原理可用于制备具有最优的味道品质、泡沫品质和体积的其它饮料包括蒸馏咖啡。图2B示出合适的调制蒸馏咖啡饮料的曲线。在此情况中，热水的温度首先被预设为85℃。85℃的水流一直持续到已处理完25ml水。然后将水温降低到70℃以便调制磨得细的蒸馏咖啡材料直到已处理完另外25ml水。然后将温度升高到80℃以生成咖啡脂直到已处理完另外25ml水。与卡普契诺咖啡曲线类似，然后将水加热到高于80℃的温度以便从胶囊排出剩余的产品。蒸馏咖啡的优选的排出温度在80℃到85℃的范围内，选择此范围以便不破坏所产生的咖啡脂。
另外，图2C示出用于叶茶胶囊的最佳提取结果的曲线。这种曲线将最初的水温升高到95℃以用于最初的提取，此时叶茶吸收热量。然后，将热液体的温度降低到90℃以便不会从叶茶提取过多的不利的材料，以获得味道更佳的饮料。此茶分配的示例表明加热装置100以设定的体积首先输送95℃的热水然后输送90℃的热水。
尽管上文参照图2A-2C示出和说明了用于特定饮料的曲线的三个具体示例，但是可容易地看到，其它饮料可利用不同的、独特的曲线。可在不背离本发明的预期范围的情况下使用这种不同的曲线。
从对曲线的说明可理解，加热装置100可包括遵循基于由特定调制单元饮料类型按钮所作请求的预定程序的热函数。但是，如上所述，曲线本身可进一步被修正(即被优化)以补偿一天中的时刻、调制单元的类型、使用模式、或可改变加热单元160的操作或加热特性的任何其它变量。具体地，应理解上文指出的温度值仅是上述产品的分配温度的示例。这些示例不应限制这些或其它产品的参数，因为它们可根据给定的应用而改变。例如，在朝大众开放的商业机构中的用于任何给定饮料(例如热可可)的预期供应温度可与在小学餐厅内的相同饮料的预期供应温度不同。
在本发明的操作中，电子控制器140启动一组程序以根据制备的产品控制热水温度。这可经由根据例如在结合有本发明的整体自助式自动售货机上按下哪个按钮的用户输入发生。或者，这可经由自动检测机构发生，其中结合有本发明的整体自助式自动售货机根据物理、化学或电子传感检测哪种产品用于饮料调制。温度传感器180测量热水温度并将信号发送回电子控制器140。水流量计150向电子控制器140发送信号，电子控制器140比较该热水温度和目标温度。目标温度当然根据针对给定饮料的热水温度曲线改变。电子控制器140根据水流量和检测到的热水温度计算需要的任何温度校正。电子控制器140还可根据一天中的时刻、调制单元的类型、检测到的电压波动等计算需要的任何温度校正。应容易地理解，可因此需要其它的检测装置以及另外相关的到电子控制器140的反馈环路。电子控制器140然后向加热器电源170发送控制信号以便指示加热单元160增加/减小热能，和/或控制泵电源以增加/减小水流量，从而使热水达到目标温度。此控制循环自身每秒连续重复几次，以便使输送的热水遵循任何预先设定的温度曲线。
如上所述，饮料分配器内的胶囊的调制或溶解原理可根据不同胶囊和不同调制单元包含许多变化。本发明适合于经由如Majer Doglioni在2002年10月3日公布的国际公开号WO 02/076270内示出的类型的调制单元制备饮料。这种调制单元包括具有设计用于容纳胶囊的底座的收集装置，其中活塞进入在胶囊底部的开口；通过胶囊的顶部注入水，水使胶囊内的粉末溶解，然后以在活塞表面和开口边缘之间的层流释放饮料。其它调制单元可受益于本发明的使用，例如授予Olivier等人并于1996年4月24日公布的欧洲专利号EP 0512470B1内所述的
Figure C20058003829100121
胶囊系统，WO2003/059778内所述的多饮料胶囊系统，乃至具有传统的罐、定量给料装置和混合罐的典型的粉末饮料分配器。本发明与这种调制单元的结合使用导致有利的能够输送温度变化的热饮料的智能热饮料系统，这种系统可考虑给定自助式自动售货机内的电压、流量和热损失的变化进行自身优化，以输送热液体以便实现最好的粉末还原、溶解、起泡沫(或不起泡沫)结果。
本发明的上述实施例仅是示例。本领域的那些技术人员可对具体实施例进行改变、修改和变型而不会背离本发明的范围，本发明的范围仅由所附权利要求限定。

Claims (14)

1.一种用于优化饮料机内的可变液体温度的装置，所述装置包括：
用于加热从中流过的液体的加热单元；
用于起动所述加热单元的电源；
用于可变地控制由所述电源提供给所述加热单元的输入功率的电子控制器；
用于将检测数据提供给所述电子控制器的反馈装置；并且
其中，通过所述电子控制器根据代表预定的加热水平的曲线响应于所述检测数据来改变所述输入功率，
所述曲线选自一组不同的曲线，其中每个所述不同的曲线涉及一种饮料类型，并且
所述检测数据包括一天中的时刻。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述饮料类型由所述饮料机的用户选择以由此确定所述电子控制器使用的所述曲线。
3.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述饮料类型由所述饮料机确定以由此确定所述电子控制器使用的所述曲线。
4.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述检测数据还包括距离上次调制的时间。
5.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述电子控制器还可变地控制通过所述加热单元的所述液体的流量，其中所述流量还通过所述电子控制器根据代表在预定流量下的所述预定加热水平的所述曲线响应于所述检测数据而改变。
6.根据权利要求5的装置，其特征在于，所述反馈装置包括：
用于提供与通过所述加热单元的所述液体的流量相关的流量反馈数据的流量计，以及
用于提供与从所述加热单元流出的所述液体的加热温度相关的温度反馈数据的温度传感器。
7.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述反馈装置包括用于提供与从所述加热单元流出的所述液体的加热温度相关的温度反馈数据的温度传感器。
8.一种用于优化饮料机内的可变液体温度的方法，所述方法包括：
启动与预定的饮料类型相关的曲线，所述曲线包括一系列目标温度；
获得通过加热单元加热的加热液体的温度；以及
根据所述曲线在一段时间内修正所述温度，
其中，所述启动步骤由所述饮料机的用户完成，并且由电子控制器存储所述曲线，
所述电子控制器执行所述修正步骤，并且
所述修正步骤还包括响应于一天中的时刻优化所述温度的步骤。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，所述修正步骤还包括响应于距离上次调制的时间的确定优化所述温度的步骤。
10.根据权利要求8的方法，其特征在于，所述修正步骤还包括响应于调制机器类型的确定优化所述温度的步骤。
11.根据权利要求8的方法，其特征在于，所述曲线还包括一系列目标流量，并且所述方法还包括：
获得所述加热液体的流量，并且
所述修正步骤包括根据所述曲线在一段时间内修正所述流量。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于，所述修正步骤还包括响应于到所述加热单元的供给电压的波动优化所述温度和所述流量的步骤。
13.根据权利要求11的方法，其特征在于，所述修正步骤还包括响应于一天中的时刻和距离上次调制的时间的确定优化所述温度和所述流量的步骤。
14.根据权利要求11的方法，其特征在于，所述修正步骤还包括响应于调制机器类型的确定优化所述温度和所述流量的步骤。
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