CN101060803A - 液体加热设备以及加热液体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括设有液体流通通道的体部的液体加热设备，所述通道具有液体入口(10)和液体出口(20)并且与至少一个电加热体(14)相结合，该电加热体的供电由与控制装置(18)连接的转换装置(16)控制。本发明的设备的特征在于，所述通道包括至少第一和第二通道部分(12)，所述通道部分通过由接合管道(32)形成的第三通道部分相连接，第一和第二通道部分均与至少一个加热体(14)相结合，而接合管道与连接到所述控制装置的中间温度传感器(48)相结合，以用于根据可供应到第二通道部分中以使由中间温度传感器测得的中间温度上升到指定温度所需的能量来控制该至少第二通道部分的加热体。

Description

液体加热设备以及加热液体的方法

技术领域

本发明涉及一种将装备在热饮制作机中的液体加热设备。

本发明还涉及一种快速且准确地加热液体的方法。

背景技术

专利EP1380234已经公开了一种尤其用于装备咖啡机的加热设备。该加热设备包括金属管，待加热液体可穿过该金属管从入口通道向出口通道循环流动。该金属管的外表面沿其长度在多个段上覆盖有多组串联电阻。在金属管内延伸一柱形插入件，以利用金属管的内壁形成一用于使液体流通的螺旋通道，从而有助于湍流的形成以及从金属管向液体的能量快速传递。在入口通道的上游还设有流量计。该设备还包括多个温度传感器，所述传感器沿金属管的长度分布在各组电阻的输入端和输出端。加热能量分配给液体的原理在此是建立在电功率调制基础上的，电功率的调制由电阻形成，这些电阻可根据管道入口处的水温而彼此单独地串联转接。

虽然该设备在加热速度方面具有令人满意的效果，但该设备相当笨重—因为待加热的水的体积确定了金属管的高度，而且该设备比较昂贵—因为必须在金属管的表面印制形式为厚膜的电阻(通常称为“厚膜”)。

此外，由于液体不直接接触安装在管外的传感器，因此液体温度的调节精度受到限制。由于待加热液体的惯性，对温差的响应速度也比较慢，这就妨碍了温度调节的精度。还应当指出，各组电阻的温度传感器相接近可能会非可控的影响测量，这是由于通过管壁产生的热传导造成的。

在咖啡机领域，制作咖啡用的待加热水的流量较小，通常约为数十ml/min(毫升/分钟)。然而，市场上可买到的流量计对于低于200ml/min流量的测量来说都不太精确。在该应用中，流量测量的不精确性造成了要达到设备出口处的定值温度所需提供的能量的精确计算方面的附加问题。在专利EP1380243中，由于流量计所引起的不精确性没有在液体还未离开加热设备之前被校正，因为在计算机提供给设备的能量中只考虑了入口温度。

另外，该专利文献未涉及有关可以在金属表面安置温度传感器方面的实施情况，这种安置不管怎样都会出现难处理的情况，这是由于实现多组电阻提出的工艺问题造成的。

专利US6246831涉及一种家庭加热用的液体加热控制系统或单个储液槽，该储液槽包括多个含有直流电加热部件的加热室。温度调节以各加热室中的温度传感器为基础，并且确定定值温度与在每个室中测得的温度的总和之间的偏差。然后通过控制快速响应温度变化、改变功率的计算并且对功率调制起作用。该方法仍未考虑在设备中流通的液体的实际量的瞬时变化，该实际量是以间接计算法为基础获得的。因此，操作条件的突然改变可造成计算无效，这就使该系统主要适合流动稳定的状况而不适合在可能引起流量意外变化的咖啡机中产生热水。

发明内容

因而本发明的目的是克服上述以及其它缺点，并且提出一种液体加热设备，该设备可采用简单、紧凑且廉价的装置。

本发明的另一目的是提供一种加热设备，该设备能将液体瞬时加热到介于流入温度与100℃之间的指定流出温度，而利用微型加热系统的预热并且不必预存热能，该设备还可提高液体排出温度的精度以及提供将液体加热到定值温度所需的足够的能量。

为此，本发明涉及一种将液体加热成热液体或蒸汽的设备，尤其是家庭应用的并且特别是制备热饮的加热设备，它包括设有液体流通通道的体部，所述通道具有液体入口和液体出口并且与至少一个电加热体相结合(配合，关联)，该电加热体的供电由连接到控制装置的转换(开关)装置控制；所述通道包括至少第一通道部分和第二通道部分，所述通道部分通过形成接合管道的第三通道部分相连，所述至少第一和第二通道部分均与至少一个加热体相结合。接合管道与连接到所述控制装置的中间温度传感器相结合，所述中间温度传感器设置成与在所述管道中流通的液体直接或间接接触以测量液体温度。该设备的特征在于，它包括用于测量通过所述通道的液体的量的流量计，并且控制装置和转换装置设计成根据供入所述第二通道部分中的有效能量来控制所述至少第二通道部分的加热体，以便从由所述中间温度传感器测得的中间温度达到定值温度；所述能量由控制装置根据流量计所测的液体量、测得的中间温度以及设备出口处的定值温度计算得到，该能量由控制装置以及转换装置以确定的时间间隔分配给所述至少第二通道部分的所述加热体。

根据一种优选实施方式，确定的时间间隔小于500毫秒。关于这一点，应当指出，当使用脉冲式流量计时，时间间隔可根据脉冲式流量计的脉冲频率进行调节。

因而本发明在温度调节中达到了较高的精度，因此更好地利用了所消耗的能量，这是由于，一方面可直接测量待加热液体的温度，另一方面，所计算并分配的热能考虑了流量的瞬时变化。

根据有利的特征，本发明的设备还包括液体入口的温度传感器和流量计，该传感器设置成直接或间接接触设备入口处的液体以测量液体的温度，该流量计例如设置在第一腔室的入口上游。还设有调节装置以计算功率校正系数，该功率根据所测的入口及中间温度、由流量计测得的流量以及能量平衡分配给所述第二通道部分的加热体。

优选地，控制装置和转换装置还设计成根据待提供给所述第一通道部分的理论有效能量控制所述第一通道部分的加热体，以使一些液体从由入口传感器所测量的入口温度达到中间定值温度。

在实际中，为将在理论上合适的能量分配给第一通道部分的加热体，可利用直接或间接接触待测量液体的传感器装置测量设备入口处的待加热液体的温度，并且利用下列公式根据(由流量计确定的)待加热的液体的量确定为达到中间定值温度所需提供的能量：

E＝待加热液体的量×(中间定值温度-所测的入口温度)×液体的热容量

为向第二通道部分的加热体分配理论上适宜的能量，根据下列公式计算能量：

E＝由流量计测得的待加热液体的量×(期望的出口温度-测得的中间温度)×液体的热容量

然而，为将例如在流量测量方面的可能的误差及不精确性、电阻功率的公差、电网的电压等考虑进去，优选根据下列公式计算校正系数：

k＝(所测的中间温度-所测的入口温度)/(中间定值温度-所测的入口温度)

然后通过控制装置应用校正系数，以便调节加热第二腔室中的液体以使达到的温度尽可能接近加热单元出口处的期望温度所必需的能量值。

能量平衡的校正计算以及如此计算的对加热体的能量分配以短的时间间隔重复进行，以便将由流量计所记录的流量的变动考虑在内。

优选地，以约30ms的时间间隔规则地进行计算。由这种计算所确定的加热能量根据流量计的每个脉冲进行分配(就以脉冲模式工作的流量计而言)，通常约10-100ms，优选10-30ms进行一次分配。因此能针对流量的突然变化进行快速的加热反应。

本发明的设备的结构因此能有利地精确确定中间定值温度与中间测量温度的差值，并由此计算校正系数以便精确地确定使随后的通道部分中的液体从测得的中间温度达到出口处的定值温度所需提供的能量。

因此，本发明的设备可补偿误差，并且校正来自测量部件和产生热量的部件的不精确性及公差，特别是流量计的测量误差、电阻功率的误差、电源电压的误差等。

此外，校正第二通道部分中的公差，尤其是校正电阻功率的误差、电源电压等的不精确性，可测量出口温度并且依据相同的能量平衡计算法来计算应用于该第二通道部分的新的校正系数。该第二校正系数应用到要在下一次计算所用的能量上。

同样，为补偿电源电压相对于额定值的波动，该设备有规律地测量电源电压和/或电流，计算表征电压和/或电流变动的校正系数，并将该校正系数应用到要提供给加热体的能量的计算中，以便根据这些变动调节电阻的接通时间。

根据本发明的一种优选实施方式，分别与至少一个加热体相结合的通道部分均形成可利用接合管道相连接的腔室，所述接合管道具有低于腔室的区段，所述加热体浸没在各腔室中。

根据有利的特征，各加热体均包括至少一个电阻，每个加热体的每个电阻都能单独转换。同样，温度调节能快速地实现，并且出口处的温度精度更高。还避免了与电压突然升高或下降有关的问题(闪变效应)。

根据第一种实施方式，加热体的数量为两个，其中每个都安放在一独立的腔室中并且都包括两个电阻，这两个加热体的每电阻都能通过转换装置单独转换。

根据第二种实施方式，加热体的数量为四个，其中每个都安放在一独立的腔室中并且都包括电阻，每个电阻都能通过转换装置单独转换。在该实施方式中，中间温度传感器设置在与液体入口相通的腔室的下游并且在与液体出口相通的腔室的上游。

本发明的设备的结构因此可使用熔丝筒式加热元件，所述加热元件可从市场上购得，并且与现有的印刷电阻相比特别经济适用。

使用多个这种在230V下的额定功率小于450W优选小于400W的熔丝筒式加热元件，可有利地以一定的频率—优选约10ms—相继(连续)且非同时地转换设置在通道中的不同加热元件，而平摊了电源的电负荷并因此限制了由于闪变现象而造成的对电压的意外冲击。此外，使用这种熔丝筒形加热元件使得设备的热惯性较小，从而能以最接近的时间间隔相继地分配例如根据待制备的饮料的性质确定的不同流出温度的液体。特别地，本发明的设备可用来使热饮制备机中的液体的可变温度处于最佳状态，如同2004年11月9日提交的名称为“使液体的可变温度最佳化的方法及设备”的未审公开的美国专利中请No.10/983671中所述的那样。该申请全部结合在此以作参考。

本发明还涉及一种尤其是家用的并且特别用于制备咖啡或其它热饮的快速且精确地加热液体的方法。该方法包括一种加热设备，该加热设备包括体部，该体部设有液体流通通道、至少一个与第一通道部分相结合的第一加热体、至少一个与第二通道部分相结合的第二加热体。根据本发明：

a)利用流量计测量待加热液体的量，

b)利用中间温度传感器测量中间温度，该传感器安放成在第一与第二加热体之间直接或间接接触液体，

c)利用控制装置根据所测量的待加热液体的量、所测的中间温度、设备出口处的定值温度以及液体的热容量计算由第二加热体提供的理论值能量，

d)通过选择性地转换加热体以利用转换装置应用到第二加热体，以使液体达到(或至少更接近)期望的设备出口处的定值温度，

e)利用控制装置以确定的时间间隔重复进行步骤a)至d)中的至少多个步骤。

根据该方法的一种优选实施方式，以小于500毫秒的时间间隔重复进行步骤a)至d)中的至少几个步骤。该时间间隔可调节以便在步骤d)中按照脉冲式流量计的脉冲频率分配能量，或者至少对于其它类型流量计按照确定的约一至几十毫秒的频率分配能量。

特别地，由于实际测量了液体的温度(不像现有技术那样仅测量加热体的温度)并且利用对所提供能量的确定—这考虑到了设备中液体流量的实时变化，因此这种方法能提高期望的液体出口温度的精度。

根据该发明方法的一种优选实施方式，根据所测温度的变化以及流量计的测量的变化计算要同时应用到第一及第二加热体的能量。

该方法包括以下步骤：

f)利用安放成直接或间接接触液体的液体入口温度传感器测量设备入口处的液体温度，

g)利用流量计测量待加热液体的量，

h)利用控制装置根据所测液体的量、在设备入口处测量的温度、中间定值温度以及液体的热容量计算由第一加热体提供的理论能量，

i)利用中间温度传感器测量中间温度，该传感器安放成在第一与第二加热体之间直接或间接与液体相接触，

j)利用控制装置根据所测的待加热液体的量、所测的中间温度、设备出口处的定值温度以及液体的热容量计算由第二加热体提供的理论能量，

k)通过选择性地转换加热体以利用转换装置将所计算的能量分别应用到第一和第二加热体，以使液体达到或至少接近期望的设备出口处的定值温度，

l)利用控制装置以确定的时间间隔重复进行步骤f)至k)中的至少多个步骤。

根据一种优选方式，该方法能考虑到来自设备中不同元件(例如流量计、电阻等)或电源电压的全部误差和不确定性，以将所提供的能量尤其更恰当地应用到第二加热体，并因此达到更高的加热精度。为此，按照下式计算校正系数：

k＝(所测的中间温度-所测的入口温度)/(中间定值温度-所测的入口温度)

将该校正系数用于计算由第二加热体提供的能量。

本发明的方法当然也可在液体通过加热设备的过程中以接近的时间间隔(约几毫秒，例如，每30ms计算一次并且每10ms向加热体分配一次能量)以指令重复的方式应用，特别是利用了调节装置例如微控制器或其它等效电子调节装置。

按照本发明的观点，利用直接或间接接触液体的传感器测量液体的温度。“直接”接触的测量是指使用进入到液体中的传感器。该传感器例如可以是由玻璃或陶瓷加以保护的探针NTC。“间接”接触的测量是指使用例如通过粘贴到液体在其内或紧靠其流通的非加热管道例如金属管的干的侧部而固定的传感器(例如细探针NTC)。在所有情况下，传感器相对于所述加热体都由液体隔开，使得所测的温度是液体温度而不是紧挨着固体表面通过加热体的传导所提供的温度。

根据另一方面，本发明涉及一种使液体成为热液体或蒸汽以制备咖啡或其它热饮的加热设备，该设备包括设有流体流通通道的体部，所述通道具有流体入口和通过管道连接到用户端装置的流体出口，该通道与至少一个电加热体相结合，该电加热体的供电由连接到控制装置的转换装置控制；该设备还包括至少一个温度传感器，该温度传感器设置在所述通道内或所述通道的出口处并且与在所述通道中流通的液体直接接触，所述温度传感器与所述控制装置相连，控制及转换装置设计成控制加热体以使待加热的流体从最初温度达到所述传感器设置在其内的通道部分中的定值温度，该设备的特征在于，它还包括电磁阀，该电磁阀接合在位于流体出口与所述用户端装置之间的所述管道中并且由控制装置控制，所控制装置这样控制电磁阀，即当所述传感器测得的温度未达到定值温度时将来自流体出口的流体引向排放容器或再循环回路，而当所测的温度达到定值温度时则将流体引向用户端装置。

当所述温度传感器以测量所述管道中的中间温度的方式设置时，该定值温度可为该设备的理论中间温度。在一种变型中，当所述温度传感器设置在通道的出口以用于测量设备出口处的液体温度时，该定值温度就是所期望的出口温度。

由于这些特征，可保证送到用户端装置—通常为物质例如咖啡提取单元或者蒸汽喷嘴—的流体在该设备中总能达到足够的温度，甚至当白天第一次使用此设备时也是如此。由于该设备的热惯性小，向排放容器分流的时间一般仅仅约为几秒(通常为3-6秒)。因而这种设备能够快速制备固定质量的热饮，而不会受到设备加热水平的可能的波动的影响。

附图说明

本发明的其它特征及优点可从后面对本发明加热设备一些实施方法的详细说明中更清楚的显现出来，这些实施方式仅作为非限制性示例而参照附图给出，在附图中：

图1是本发明第一实施方式的液体加热设备的局部剖开的透视图；

图2是包括图1的加热设备的咖啡机的概视图，该加热设备在剖视图中示出；

图3是根据本发明第二实施方式的液体加热设备的透视图；

图4是包括图3的加热设备的咖啡机的概视图，该加热设备在剖视图中示出；

图5示出根据本发明另一方面的与图4类似的视图。

具体实施方式

参照图1和图2，其作为示例示出第一实施方式的液体加热设备，该液体加热设备用标号1表示，并集成到咖啡机2中(图2)，该咖啡机可毫无区别地用于家庭或工业。应当指出，加热设备中的待加热液体的性质无关紧要，而且可以任何液体，例如水、奶、巧克力饮料等。在所示加热设备的应用中，待加热的液体是水。图2中示出的咖啡机2包括冷水箱4，该冷水箱经由管道6与泵8相连，该泵经由液体入口10向加热设备1供水。水通过设置在加热设备1的体部13内的通道12循环流通。通道12与加热体14a、14b、14c以及14d相结合，通过与控制装置18相连的转换装置16来控制对这些加热体的供电。加热体浸入待加热的液体中并与该液体直接接触。水经由液体出口20离开加热设备，然后依次流过管道22、管道24以到达料筒26，该料筒内含有用于制备饮料的物质，所述饮料例如为由烘焙研磨的咖啡或速溶咖啡制成的咖啡、茶、巧克力或其它热饮。料筒26例如为欧洲专利No.512468所述的可在液体的压力作用下打开的密封料筒。随后咖啡流到杯子28中。该咖啡机还可以经由与管道22相连的管道30产生蒸汽。在图1中，水流过加热设备的方向如箭头A和B所示。

在根据本发明第一实施方式的加热设备中，通道12包括通过三个接合管道32ab、32bc、32cd相继连接的四个通道部分12a、12b、12c、12d。通道部分12a、12b、12c、12d各限定一容纳加热体14a、14b、14c、14d的腔室。关于这一点应当指出，接合管道32ab、32bc、32cd的横截面小于腔室12a、12b、12c、12d的横截面。腔室12a、12b、12c、12d彼此平行布置且并置在体部13所包括的块状部13a中。腔室12a、12b、12c、12d都在其第一端部处朝向块状部13a的第一侧开口，加热体14a、14b、14c、14d经由所述端部被引入腔室12a、12b、12c、12d中。这些腔室12a、12b、12c、12d的第二端朝向块状部13a的与第一侧相对的第二侧边开口，并且腔室12a、12b、12c、12d在它们的一个端部处通过三个接合管道32ab、32bc、32cd相接。腔室12a一方面通过其在块状部13a第二侧的端部经由管道36与液体入口10连接，另一方面通过其在块状部13a第一侧的端部经由接合管道32ab与腔室12b连接。腔室12b通过其在块状部13a第二侧的端部经由接合管道32bc与腔室12c连接。腔室12c利用其在块状部13第一侧的端部经由接合管道32cd与腔室12d连接，而腔室12d通过其在块状部13a第二侧的端部经由管道38与液体出口20连接。

应当指出，每个加热体14a、14b、14c、14d都基本上沿其所结合的腔室的整个长度延伸，并具有基本与其所结合的腔室的形状互补的形状。根据一种有利的变型(图中未示出)，加热体的外表面和/或与其结合的腔室的内壁具有螺旋凹槽，从而可延长液体与加热体的接触路径、减缓液体流速并由此提高热交换系数，而又不会增大加热设备的体积。

加热设备1还包括温度传感器40，该温度传感器安装在使液体入口和腔室12a的入口相连接的管道36中。该传感器40布置成直接接触待加热液体，并且测量加热设备入口处的待加热液体的温度，也就是说，在待加热液体接触该设备1的加热体之前测量该液体的温度。在管道36中，因而也是在腔室12a的上游，还设有流量计42。

如图2中所看到的，体部13还包括两个端盖44、46，所述端盖分别在块状部13a的第一侧和第二侧延伸并且覆盖各腔室12a、12b、12c、12d的两端。位于块状部13a第一侧的端盖44支承加热体14a、14b、14c、14d，而位于块状部13a第二侧的端盖46支承中间温度传感器48。该中间温度传感器48与接合管道32bc相结合并布置成直接接触流过该管道的待加热液体。

入口温度传感器40、流量计及中间温度传感器48都与设备1的控制装置18相连接。

端盖44封闭腔室12a、12b、12c、12d的第一端，并且与块状部13a一起界定所述接合管道32ab及32cd。端盖46封闭腔室12a、12b、12c、12d的第二端，并且与块状部13a一起界定所述管道32bc。端盖46还界定了使管道36连接到腔室12a的通道36a以及使腔室12d连接到管道38的通道38a。通常，端盖44及46都通过螺钉(未示出)固定在块状部13a上，并借助于插置在端盖44、46与块状部13a之间的O形密封圈保证密封性。

控制装置18以及转换装置16用于控制加热体14a、14b、14c、14d。控制装置16特别布置成用于根据供应到位于中间传感器48下游的腔室12c、12d以使待加热液体从中间温度到达定值温度所需的能量来控制分别布置在所述腔室12c、12d中的加热体14c和14d，所述中间温度由中间传感器48测量，所述定值温度例如存在控制装置18的存储器中。

各加热体14a、14b、14c、14d都包括电阻。所述电阻与转换装置16相连，并且控制装置18设置成能使电阻彼此单独地转换。能量的分配原理是以流量计所产生的脉冲为基础的(例如每100ms或更少)。流量计的每个脉冲对应于赋给加热体的能量，亦即加热时间。该比例系统使得能对流量的快速变化作出反应，该快速变化可能出现在胶囊的提取循环中，特别是在胶囊被刺穿时。每个电阻都可产生低于电源闪变理论功率值的额定功率，通常该理论功率在230V下为450W。根据标准IEC1000-3-3，可通过全部频率范围转换的最大功率约为380W。为避免功率差的绝对值超过各电阻的额定功率，将控制装置18设计成能间歇且非同时地将加热体的电阻从“通路”状态转换成“断路”状态以及反之。当电压经过零点时总是进行转换，以便避免在电源中造成干扰。

控制装置18还包括调节装置，该调节装置用于根据所测得的入口温度和中间温度以及由流量计42测得的流量来计算提供给安装在处于温度传感器48下游的通道部分12c、12d中的加热体14c、14d的能量。在能量计算中可考虑其它因素，尤其是电源(电网)电压(例如230V)的测量。可利用基于电源实测电压与理论额定电压之间的波动的校正系数来校正能量。该校正系数可示出实际电压大于还是小于例如230W的额定电压。当为了将电源线中的压降考虑在内而启用电阻时，该系数就要更新。

调节装置通常包括微控制器、存储器以及能量平衡和所用校正系数的计算程序。能量平衡的计算、校正的计算以及加热体的转换计算都通过微控制器以很短的时间间隔进行，以便持续地调节提供给加热体的能量。用于计算能量的时间间隔约为几毫秒，优选少于100ms，例如为30ms。

自动调节模式基于以下原理。对进入设备的液体的温度的测量由设备入口处的温度传感器40进行；至于待加热液体的量本身，则由流量计42根据脉冲测量。第一与第二加热体之间的中间温度的测量则由温度传感器48进行。在不包括液体入口温度传感器的实施方式中，系统将从理论入口温度开始—通常为存储在微控制器中的市政水的温度—开始运行。

这些测量都集中在含有能量计算程序的微控制器上。特别地，微控制器利用下列公式计算由第一加热体提供的理论能量：

第一加热体(14a、14b、14e)的能量＝流量计所测的待加热液体的量×(中间定值温度-所测的入口温度)×液体的热容量

基于电源电压变化的校正系数也可应用到最后的量值。

中间定值温度是在设备测试期间通过计算所确定的值，该值对应于根据进入的水的温度、固定的(定值)出口温度、电源电压230V的校正系数、加热元件的欧姆电阻理论值而变化的最佳理论值。该值随着所期望的出口温度而变化，例如以用于制备咖啡或诸如巧克力的其它饮料。该值记录在微控制器的程序或存储器中。

微控制器还根据下列公式计算由第二加热体提供的能量的理论值：

第二加热体(14c、14d、14f)的能量＝流量计所测得的待加热液体量×(期望的出口温度-所测得的中间温度)×液体的热容量

该能量本身也可考虑到电源电压而加以校正。

随后，微控制器通过控制加热体中的电阻的通/断来控制所计算的能量在每单位加热时间的分配。

然而，为了考虑到可能的误差以及例如流量测量中的不精确性、电阻功率的误差、电源电压或其它误差，优选应用由下列公式计算的校正系数：

k＝(所测的中间温度-所测的入口温度)/(中间定值温度-所测的入口温度)

然后通过微控制器应用该校正系数，以便调节加热第二腔室中的液体所需的能量，从而得到最接近的期望的加热体输出温度。

因此，以如下方式应用加热体的校正：

第二加热体的校正能量＝(2-K)×第二加热体的理论能量

或者：

第二加热体的校正能量＝(2-K)×液体的热容量×待加热液体的量×(所期望的出口温度-所测得的中间温度)

为了考虑电源电压，该能量本身也可校正。

这样，当校正系数小于1时，则表明由中间温度传感器上游的加热体所分配的实际能量过少，从而需要增加由中间温度传感器下游的加热体所分配的能量以进行校正。当校正系数大于1时，则表明由中间温度传感器上游的加热体所分配的实际能量过大，从而需要减少由该传感器下游的加热体所分配的能量以进行校正。例如，如果校正系数的计算值为1.10，则表明由第一加热体所分配的能量高出10％，从而必须将第二加热体的能量减少能量10％，以便尽可能地接近所期望的出口温度。

图3和4中示出根据本发明第二实施方式的液体加热设备，其中与结合图1和2所说明的部件相同的部件用相同的标号标出。

该加热设备与前一加热设备的区别仅在于：待加热液体所流过并设置在体部13内的通道12仅包括两个通道部分12e和12f，所述通道部分通过接合管道32ef相连，中间温度传感器48与该接合管道相结合；分别与这两个通道部分12e和12f相结合的加热体14e和14f各包括两个电阻，每个电阻都经由转换装置16与控制装置18相连。

与第一实施方式中一样，加热体14e和14f的电阻均产生低于电源闪变理论功率值的额定功率—该理论功率值通常在230V下为450W，而控制装置18设置成能间歇地—通常以约10ms每次的频率—使这些电阻从“通路”转换成“断路”状态以及反之。这种加热体例如是所谓的“高负荷”或“高密度”的加热管，也就是每单位加热面积能产生很大功率的加热器。

图5示意性地示出结合有本发明的另一方面的咖啡机。在该图中，与结合图4所述部件相同的部件采用相同的标号标出。

该咖啡机与前述咖啡机的区别仅在于：它包括一能保证释放适当温度的“最初”液体或“最初”蒸汽的装置。为此，该装置包括与提取装置26连接的第一主管道22。在装置26的入口设有管道24的反压阀24a。第一个电磁阀50a将排放容器52与管道部分22a相连。用于上述“蒸汽”的第二电磁阀50b与管道30相连，该管道设置在第一使用装置与第二使用装置之间，该第二使用装置在本实施例中由蒸汽喷管56构成。电磁阀50a、50b都由控制装置18控制。该控制装置设置用于分别控制电磁阀50a、50b，以便根据传感器48所测温度是否达到所涉及的使用装置的定值温度而将来自流体出口20的流体引向两个使用装置之一，或者引向排放容器52。应当指出，排放容器可由能返回到加热设备入口10的再循环回路代替。但这种再循环式设备更复杂，因为它可能需要附加的泵。此外，定值温度是仅在几秒后得到的，因而重新注入的水量一般都较小。

该设备的工作方式如下：

为通过提取装置26提取饮料，使蒸汽电磁阀50b保持关闭。水泵8向加热设备供水，该加热设备按照已描述的原理运行。通过温度传感器48连续地监控水温。只要该水温在预定的定值温度以下，控制装置18就使“分流”电磁阀50a保持打开状态，从而使从加热设备流出的水不用来提取而是排到排放容器或进行再循环。一旦达到定值温度，控制装置就关闭阀50a。从而流体可循环流通一直到强制反压阀打开并向装置26供水。

当例如为制备泡奶而启动蒸汽的控制时，温度的升高原理是类似的。加热开始时，阀50b保持关闭，而阀50a打开以使流体(一般是水)排出或再循环。当达到产生蒸汽的定值温度后，通过控制使阀50a关闭，而阀50b打开。蒸汽的压力太低而不能打开反压阀24a，该蒸汽直接供给出口56。应当指出，可在设备出口20附近设置出口温度传感器以用于控制温度，而不使用中间温度传感器。

当然，本发明不局限于刚刚说明的实时方式，在不脱离本发明范围的情况下，本领域技术人员可设想各种如从属权利要求所限定的简单改变和变型。作为示例，安装在图1和2的腔室12b与12c之间的中间传感器48也可安装在腔室12c和12d之间，其想法是，中间温度传感器安装在含有加热体并与液体入口相通的腔室下游，也是在含有加热体并与液体出口相通的腔室上游。

Claims (31)

1.将流体加热成热液体或蒸汽以用于制备咖啡或其它热饮的设备，该设备包括设有流体流通通道的体部，所述通道具有流体入口和流体出口并且与至少一个电加热体相结合，该电加热体的供电由与控制装置相连的转换装置控制；所述通道包括至少第一通道部分和第二通道部分，所述第一和第二通道部分通过由接合管道形成的第三通道部分相连，所述至少第一和第二通道部分均与至少一个加热体相结合；接合管道与一连接到所述控制装置的中间温度传感器相结合，所述中间温度传感器设置用于测量在所述管道中流动的流体的温度，所述设备的特征在于，它包括用于测量流过所述通道的流体流量的流量计，该控制装置及转换装置用于根据供给所述第二通道部分的有效能量来控制所述至少第二通道部分的加热体，以使待加热流体从由所述中间温度传感器测得的中间温度达到该设备出口处的定值温度，所述能量由控制装置根据流量计所测的流体量、已测到的中间温度以及设备出口处的定值温度计算得到，该能量由控制装置及转换装置以预定的时间间隔分配给所述至少第二通道部分的所述加热体。

2.根据权利要求1所述的流体加热设备，其特征在于，确定的时间间隔小于或等于500毫秒。

3.根据权利要求1或2所述的流体加热设备，其特征在于，加热体浸没在待加热的流体中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，该设备还包括与设备入口处的流体直接接触的流体入口温度传感器以及设置在第一腔室的入口上游的流量计。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，设有调节装置，以用于根据所测得的入口温度及中间温度来计算分配所述第二通道部分的加热体的功率校正系数。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，每个加热体包括至少一个电阻，每个加热体的每个电阻都能单独转换。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，加热体的数量为两个，每个加热体包括两个电阻，这两个加热体的每个电阻都设置成能通过转换装置彼此单独地转换。

8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，加热体的数量为四个，每个加热体都安放在一独立的通道部分中并且每个加热体都包括电阻，每个电阻都设计成能通过转换装置单独转换。

9.根据权利要求6、7或8所述的设备，其特征在于，每个电阻都产生低于电源闪变的理论功率值的额定功率，电阻彼此错开地通过转换装置转换成开/关状态以避免功率差值的绝对值大于各电阻的额定功率。

10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，每个电阻都产生低于450W的额定电功率。

11.根据上述权利要求中任一项所述的流体加热设备，其特征在于，所述分别与至少一个加热体相结合的通道部分均形成腔室，这些腔室通过其横截面小于腔室横截面的接合管道相连接。

12.根据权利要求11所述的流体加热设备，其特征在于，加热体的外表面和/或与之相结合的腔室的内壁都有螺旋凹槽。

13.根据权利要求11或12所述的设备，其特征在于，该体部包括所述腔室形成在其中的块状部；所述腔室相互平行并且开口通向块状部的两侧，所述腔室在一端通过接合管道相连接，该体部还包括两个分别覆盖所腔室的第一和第二端的端盖。

14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，与所述腔室的第一端相结合的第一端盖支承所述加热体，而与所述腔室的第二端相结合的第二端盖支承中间温度传感器。

15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，第一和第二端盖与块状部一起界定所述接合管道。

16.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，第二传感器和流量计设置在形成于块状部内的管道中，该管道使流体入口与第一腔室的入口连接。

17.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，每个加热体都在它所结合的腔室的整个长度上延伸，并且每个加热体都具有与它所结合的腔室的形状互补的形状。

18.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，中间温度传感器设置在与流体入口相连通的腔室的下游，并且在与流体出口相连通的腔室的上游。

19.快速且精确地加热流体以制备咖啡或其它饮料的方法，该方法利用一种加热设备，该设备包括设有流体流通通道、至少一个第一加热体和至少一个第二加热体的体部，其特征在于：

a)利用流量计测量待加热的流体的量，

b)利用安放成在第一与第二加热体之间直接或间接与流体接触的中间温度传感器测量中间温度，

c)利用控制装置根据所测的待加热流体的量、所测的中间温度、设备出口处的定值温度以及流体的热容量计算由第二加热体提供的理论能量，

d)通过选择性地转换加热体以利用转换装置将所计算的能量分别应用到第二加热体，以便使流体达到(或至少更接近)期望的设备出口处定值温度，

e)利用控制装置以确定的时间间隔重复进行步骤a)至d)中的至少多个步骤。

20.根据权利要求19所述的快速且精确地加热流体的方法，其特征在于，步骤a)至d)中的至少多个步骤是以小于或等于500毫秒的时间间隔重复进行的。

21.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于，在步骤a)中的流量计产生每个脉冲时或每个脉冲之后进行步骤d)中的能量分配。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，在步骤c)中计算能量的时间间隔约为30ms。

23.快速且精确地加热流体的方法，该方法特别用于家庭应用并更特别地用于制备咖啡或其它饮料，该方法利用一种加热设备，该加热设备包括设有流体流通通道、至少一个第一个加热体、至少一个第二个加热体的体部，其特征在于：

f)利用直接或间接与流体相接触的流体入口温度传感器测量设备入口处的流体温度，

g)利用流量计测量待加热的流体的量，

h)利用控制装置根据所测的流体量、设备入口处的测量温度、中间定值温度以及流体的热容量计算由第一加热体提供的理论能量，

i)利用安放成在第一与第二加热体之间直接或间接与流体接触的中间温度传感器测量中间温度，

j)利用控制装置根据所测的待加热流体的量、所测的中间温度、设备出口处的定值温度以及流体的热容量计算由第二加热体提供的理论能量，

k)通过选择性地转换加热体以利用转换装置将所计算的能量分别应用到第一及第二加热体，以便使流体达到(或至少更接近)期望的设备出口定值温度，

l)利用控制装置以确定的时间间隔重复进行步骤f)至k)中的至少多个步骤。

24.根据权利要求23所述的快速且精确地加热流体的方法，其特征在于，步骤f)至k)中的至少多个步骤是以小于或等于500毫秒的时间间隔重复进行的。

25.根据权利要求23或24所述的方法，其特征在于，在步骤g)中的流量计产生每个脉冲时或每个脉动之后进行步骤k)中的能量分配。

26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，在步骤h)和j)中计算能量的时间间隔约为30ms。

27.根据权利要求24，25或26所述的方法，其特征在于，按照以下公式计算校正系数：

k＝(所测的中间温度-所测的入口温度)/(中间定值温度-所测的入口温度)

利用该校正系数计算由第二加热体提供的能量。

28.将流体加热成热液体或蒸汽以用于制备咖啡或其它热饮的设备，该设备包括设有流体流通通道的体部，所述通道具有流体入口和通过管道连接到用户端装置的液体出口，该通道与至少一个电加热体相结合，该电加热体的供电受连接到控制装置的转换装置控制；该设备还包括至少一个温度传感器，该温度传感器设置在所述通道内或所述通道的出口处并且直接或间接地与在所述通道中流通的流体相接触，该温度传感器连接所述控制装置，该控制装置及转换装置用于控制加热体以使待加热流体从最初的温度达到所述传感器设置在其内的通道部分的定值温度，所述设备的特征在于，该设备还包括至少一个接合在流体出口与所述用户端装置之间的管道中的电磁阀，该电磁阀由所述控制装置控制，所述控制装置设计成这样控制电磁阀：当所述传感器所测的温度未达到定值温度时将来自液体出口的流体引向排放容器或者再循环回路，而当所测的温度达到定值温度时将流体引向用户端装置。

29.根据权利要求28所述的设备，其特征在于，用户端装置包括用于提取容纳在料筒中的物质的单元和/或蒸汽喷嘴。

30.根据权利要求28或29所述设备，其特征在于，该设备还包括使得用户端装置的下方能产生反压力的装置，并且电磁阀是设置在管道分流管上的简单的阀。

31.根据权利要求28或29所述的装置，其特征在于，电磁阀是设置在管道中的三通阀，所述三通分别接通流体出口、排放容器及用户端装置。

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