CN101242762A - 用于泡制饮料的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于泡制饮料的方法和装置。该设计引入了加热器(106)，该加热器引入了加热贮液器尺寸与加热元件功率的有利组合。该设计也引入了吹扫过程以在使用之后干燥咖啡容器。

Description

用于泡制饮料的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于泡制饮料的方法和装置。所述方法和装置特别适用于泡制纯咖啡、蒸汽增压煮出的浓咖啡、热牛奶咖啡和类似的饮料，但也可用来泡制任何类型的饮料。

发明背景

泡制的饮料可通过在水或其它泡制液体中混合、浸渍、浸泡或煮沸泡制物质来制备，这早已为人们所知晓。例如，咖啡可通过将热水冲入咖啡豆粉而制成，而茶可通过用热水冲泡茶叶末来制成。与此类似，泡制物质可为液体，例如液体奶油或巧克力。更一般地讲，泡制物质可包括可提取的固体、液体、粉末、浓缩物或其它用于泡制操作的物质。如本文所用，术语“咖啡”不仅包括纯咖啡，而且也包括所有其它形式的咖啡，例如蒸汽增压煮出的浓咖啡、热牛奶咖啡、摩卡咖啡、除去咖啡因的咖啡等。制备此类泡制饮料的技术随着时间的过去已有改进。然而，已知的在压力下泡制咖啡豆粉以制成咖啡的咖啡泡制器具具有不少缺陷。

例如，已知的用于此类装置的加热器包括较大的贮液器以用于容纳正在被加热的泡制液体，所述泡制液体的最大容量为约300mL至350mL。由于这些已知的贮液器容纳较大量的水，因此在泡制过程开始时需要很长时间才能将水加热。此缺陷在如下情况下尤其严重：当自前一次泡制以来已过去足够长的时间，使得贮液器中的水温已降至室温，因此需要“冷启动”时。在一些已知的机器中，这导致在咖啡可实际被泡制之前的长时间的预泡制加热过程，该过程可持续90秒钟或更长。这使得使用者需要等待较长时间才能取到他的或她的咖啡。这些已知单元还引入了盘条加热元件，该加热元件设置在加热器的一端，远离另一端。

已知的泡制装置也通过在运载泡制液体流的输送导管的外面设置加热元件来加热泡制液体。因此，在这些装置中，泡制液体在其从存储贮液器流动至泡制腔室时被加热。在这些装置中，输送导管的加热泡制液体的部分可具有的最大存储容量仅为约10mL至15mL的泡制液体。由于这些小存储容量的缘故，这些加热器具有较快的加热时间。

然而，在泡制操作期间，一次加热多份此类较少量的水会使得更难以控制泡制液体的温度。泡制液体的温度由源自温度传感器的反馈控制，但传感器对泡制液体的温度作出反应并向系统控制器提供表示泡制液体的温度的信号则需要一些时间。当该信号被发送时，泡制液体的温度又已改变--由于涉及的体积较小，这发生得很快--而控制器仍按旧信息动作。此温度传感器的测量时滞使得在小体积容量的加热贮液器中泡制液体的温度不易达到最佳稳定状态。

在泡制操作之后，从泡制腔室完全清除用过的泡制物质常常是个脏乱的过程。典型地，留下的用过的泡制物质为包含在一薄片过滤材料或过滤罩中的过度润湿的一团物质，其很难从构成泡制腔室的泡篮或其它容器中剔除出去。

作为吹扫过程的一部分，一些当前的泡制系统在泡制操作将要结束时产生蒸汽。然而，这些已知系统非常低效，因为它们对所产生的蒸汽的量具有极少的控制或完全没有控制。它们试图通过计量提供给加热器的待煮沸的水量来控制所产生的蒸汽量。然而，这些已知装置将小加热室用于煮沸操作。此做法允许明显量的未汽化水与蒸汽一起运载而通过系统，而这是不利的。另外，所产生的蒸汽量每次泡制是不同的，从而导致产生未知量的蒸汽和泡制的饮料。

已知的现有泡制装置主要依靠改变加热元件的功率来控制泡制液体的温度。此类系统导致检测对温度变化的需要和使温度变化生效之间的时间滞后。该时间滞后归因于改变加热元件的电压和该被改变的电压实际导致加热元件的输出功率的改变之间的慢响应时间。加热元件将具有对功率变化的某种阻抗，其需要时间来克服这种阻抗。

发明概述

本发明公开了一种特别适用于咖啡泡制器具和其它泡制装置的加热器。该加热器包括构成加热贮液器的主体，所述加热贮液器具有供泡制液体进入加热贮液器的入口和供泡制液体排出加热贮液器的出口。该加热贮液器具有用于存储泡制液体的体积容量。一个或多个加热元件设置在主体内或近旁以用于加热设置在加热贮液器中的泡制液体，并且有一电压源控制该一个或多个加热元件的功率。选择加热贮液器的体积容量和一个或多个加热元件的功率使得具有不小于每毫升约6瓦特并且不超过每毫升约30瓦特的功率密度。该加热器设计允许快速加热时间，而同时允许对剩留在加热器中的泡制液体的温度具有良好的控制。其也可导致快速的总泡制时间，从冷启动开始大约90秒钟泡制一杯0.2L(七盎司)的黑咖啡。

本发明还公开了一种泡制装置。该泡制装置包括具有泵入口和泵出口的泵，其中泵入口流体连接到泡制液体的贮液器上，从而以某种流速泵送泡制液体。加热器包括加热器主体和加热元件。加热器主体构成加热贮液器并且具有加热器入口和加热器出口。加热器入口与泵出口流体连接。加热元件设置在加热贮液器内或近旁以用于加热加热贮液器中的泡制液体。加热贮液器具有体积容量。用于测量泡制液体的温度的温度传感器具有测量滞后时间。选择流速、加热贮液器的体积容量和温度传感器的测量滞后时间，以使驻留时间对滞后时间的比率不小于约2并且不超过约10。泡制腔室容纳待泡制液体泡制的咖啡源，其中泡制腔室具有腔室入口和腔室出口。腔室入口通过液体流动通道与加热器出口流体连接。分配出口与腔室出口流体连接。该加热器设计允许快速加热时间，而同时允许对于剩留在加热器中的泡制液体的温度具有良好的控制。

本发明还公开了泡制装置中的一种泡制和吹扫过程，所述过程包括：将泡制物质置于泡制装置的泡制腔室中；操作设置在加热贮液器内或近旁的加热元件以加热泡制液体源，所述泡制液体包括至少一些量的水；操作泵以增压泡制液体，并且使用该增压来使加热过的这份泡制液体通过泡制物质以执行泡制操作；以及在泡制操作完成之后停用该泵并设定加热元件的功率，以使加热器中的水的一部分变成蒸汽，并且产生蒸汽一段预定量的蒸汽时间，并且使该蒸汽穿过泡制腔室中的泡制物质。吹扫过程可至少部分地干燥泡制腔室中的用过的泡制物质，因而使其较易于被清除出泡制腔室。该吹扫过程也允许对于蒸汽产生过程的高度控制和可重复性。该吹扫过程可有利地与该加热器设计一起使用，因为加热器的较小存储容量使蒸汽的产生更容易且更有效。

本发明还公开了一种在泡制装置中泡制泡制物质的方法，所述方法包括：将泡制物质放入咖啡泡制装置的泡制腔室中；操作设置在加热贮液器内或近旁的加热元件以加热泡制液体源；操作泵以增压泡制液体，并且使用该增压来使加热过的这份泡制液体穿过泡制物质以执行泡制操作；以及在泡制操作期间调节泡制液体的流速以控制泡制液体的温度。此方法允许在检测对温度变化的需要和使温度变化生效之间的快速时间响应，从而改善了总体泡制过程。通过阅读发明详述，本发明的这些和其它优点将变得更加显而易见。

附图说明

在并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图中图示说明了泡制方法和装置的实施方案。这些图连同上文给出的泡制方法和装置的概述和下文给出的详述用来示例本发明的原理。

图1为泡制装置的一个实施方案的顶部透视图，所述泡制装置包括闭合机构、贮液器、泡制单元和滴盘。

图2显示一种代表性泡制系统的数个不同元件。

图3为歧管的透视图，所述歧管包括温度传感器、压力安全阀和真空排气阀。

图4为用于泡制装置的加热器的一个实施方案的侧视图。

图5为图4所示加热器的另一个侧视图。

图6为沿图4中的线6-6截取的图4所示加热器的横截面图。

图7为沿图5中的线7-7截取的图4所示加热器的横截面图。

图8为一曲线图，其图示说明用于泡制装置的加热系统的功率密度特性。

图9与图6相似，其为沿图4中的线6-6截取的图4所示加热器的横截面图，但其显示了设置在加热器内的泡制液体源。

图10为一种包括可执行温度控制过程的控制器的泡制装置的示意图。

图11A为显示温度控制过程的流程图。

图11B为显示温度控制过程的流程图。

图12为显示吹扫过程的流程图。

优选实施方案详述

现在参见各图(其中类似的数字在所有各种视图中代表类似的部件)，它们显示了泡制方法和装置的优选实施方案。

图1显示泡制装置的一个实施方案10。泡制装置10包括用于容纳泡制液体源例如水源的存储贮液器12、在其中制备泡制饮料的泡制单元14、以及滴盘16。存储贮液器12被显示为是与泡制单元14分开的组件，当然作为另外一种选择也可设置在泡制单元14之内。泡制单元14可包括用于释放闭合机构18的释放手柄17、用于分配泡制饮料的包括喷管20的分配出口、以及用以控制泡制操作的各方面的一个或多个操作控制开关22。这些方面可包括例如泡制持续时间和被分配的泡制饮料的量。存储贮液器12具有可移除的封盖12a，以有利于用泡制液体再填充存储贮液器12。在图1中，闭合机构18显示处于关闭位置。

在操作时，在泡制操作中泡制装置10在泡制单元14内使用源自存储贮液器12的泡制液体源来产生泡制的饮料，例如咖啡。然后泡制装置10通过喷管20将泡制的饮料分配出来，并且分配到设置在滴盘16上或其上方的杯子或其它容器中。为了实现这一过程，在泡制装置10中设有各种流体导管以形成泡制液体供给线，如本领域的普通技术人员将会理解的那样。滴盘16捕获并容纳如下泡制的饮料：其可偶然地通过喷管20分配而无设置在喷管下的杯子或容器承接，或可从杯子或容器中洒落出来。

典型地，泡制物质设置在泡制腔室(未示出)中的泡制单元14内。通常泡制物质放置在泡制腔室中的一个或多个过滤材料片的顶部上，或整个设置在环绕的过滤材料罩内，所述罩作为一个单元插置在泡制腔室中。不论其形式如何，过滤材料均用来在整个泡制过程中将泡制物质包含在过滤室内，而同时允许泡制过的液体穿过过滤材料并被分配出喷管20。因此泡制物质被阻止进入使用者的杯子或会堵塞泡制腔室的系统下游。当使用罩时，它们可有利地包含多于一种的泡制物质。例如，罩的第一室可包含咖啡粉，而第二室可包含牛奶，从而产生作为泡制饮料的拿铁咖啡。如本文所用，术语“牛奶”包括所有形式的牛奶和牛奶替代品(无论是什么形式)，例如全脂牛奶、脱脂牛奶、生牛奶、巴氏灭菌牛奶、炼乳、干燥牛奶、脱水牛奶、奶粉、奶油、对半混合奶、白脱奶等。糖或其它泡制物质也可有利地放置在罩中。泡制腔室可由泡篮构成，所述泡篮可从泡制单元14移除以允许进行清洁和维护操作。

泡制系统100可引入数个不同元件，图2即显示了一组代表性的此类元件。图2中的实线框和箭头代表旨在运载或处理泡制流体的组件。因此实线箭头代表能够容纳液体的柔性管、或由一个或多个刚性结构体限定的通道、或管道与刚性成形的通道的组合。图2中的虚线框和箭头代表旨在运载或处理空气的组件。

在泡制操作开始之前，泡制液体可存储在存储贮液器101中，例如图1所示的泡制装置10的存储贮液器12。通过重力作用或也许使用泵104，泡制液体从存储贮液器101穿过流速计102而到达泵104。流速计102测量泡制液体的流速。泡制装置10内的电子控制器可例如使用该流速来监测并控制泡制过程。例如，其可用来确定存储贮液器101是否用完了泡制液体，因为在那种情况下流速将为零。这种流速计可得自AWECO Appliance Systems，Neukirch，Germany。

泵104在压力下将泡制液体泵送到并穿过加热器106而到达泡制腔室108，例如泡制装置10的泡制腔室。用于本专利申请的代表性泵为一种振动泵，其可以型号ER Type EP8R得自ULKA Srl(Pavia，Italy)。

一旦泡制液体被加热器106加热至所需温度，其即行进至泡制腔室108，在那里它与泡制物质混合、浸渍、浸泡、煮沸或换句话讲泡制，以生成泡制的饮料。然后泡制的饮料被从泡制装置分配，典型地在重力或泵104所提供的压力下分配。泡制的饮料可有利地由喷管109例如泡制装置10的喷管20分配，以注入杯子、壶或其它容器中来供消费。

图2的代表性实施方案具有数个元件，所述元件设置在加热器106和泡制腔室108之间的流体流动通道111内或流体连接到其上。当泡制液体从加热器106流到泡制腔室108时，温度传感器110例如热敏电阻可测量泡制液体的温度。热敏电阻为由具有电阻的材料制成的电阻器，所述电阻以已知的且明确的方式随温度变化。泡制装置10内的电子控制器可使用这些温度测量值来监测并控制泡制过程。例如，测量值可用来确定加热器106是否正对泡制液体加热过大或加热不足，因而可确定应当增加还是减小加热器106中的加热元件的功率，或是否应当改变泡制液体的流速。

图2的代表性实施方案还包括流体连接到加热器106和泡制腔室108之间的流体流动通道111的压力安全阀112和真空排气阀114。压力安全阀112为止回阀。为了安全或良好泡制的目的，其可确保泵104下游的泡制系统100内的压力不超过预定最大值，例如0.14MPa(20psi)。因此压力安全阀112通常处于关闭位置，从而不允许液体或空气通过。然而，如果和当流体流动通道111内的压力超过预定最大值时，压力安全阀112就会打开。如果压力安全阀112打开，则泡制液体将被允许流出流体流动通道111，优选地流回到可收集它的存储贮液器101中。虽然没有被显示在图2中，但作为另外一种选择，通过压力安全阀112逸出的泡制液体也可被引出至大气116中，或引出至滴盘16中，或引出至其它任何部位以缓解在泵104的下游累积起来的流体流动通道111内的压力。

真空排气阀114将周围大气116连接到泡制系统100。真空排气阀114为止回阀。如果系统内的压力降至大气压力以下而达到某个最小压力差例如1.4kPa(0.2psi)，则该止回阀打开以让空气进入泡制系统100。这种情况典型地发生在接近泡制循环结束或即将结束时，这时泵104停止施增压力并且系统100中已有的蒸汽开始冷凝。这会减小系统100内的压力。打开真空排气阀114可阻止残留在泡制腔室中的任何液体被真空压力引回通道111中。

图3显示歧管118，其被有利地结合成单模块组件，该单模块组件具有刚性结构体、温度传感器110、压力安全阀112和真空排气阀114。因此刚性中心管120具有入口端122和与入口端122相对的出口端124。第一柔性管可连接到入口端122以从加热器106引出加热的泡制饮料，并且第二柔性管可连接到出口端124以将加热的泡制饮料运载至泡制腔室108。末端122、124可如图3所示具有凸缘以有利于与柔性管的密封连接。

刚性管连接器120a、120b和120c分别将温度传感器110、压力安全阀112和真空排气阀114连接到中心管120上。电气连接器(未示出)可背离温度传感器110延伸至电子控制器。柔性管或其它导管可连接到真空排气阀114的出口端136以引导至大气116或其它空气源。

在图3的实施方案中，压力安全阀112包括下部阀体126，该下部阀体连接到上部阀体128上以形成用O形环130密封的阀腔。该O形环130可由合适的密封材料例如橡胶或硅橡胶制成。阀门构件132设置在阀室内，并且通常由弹簧134推压至关闭位置，从而阻止泡制液体通过阀112而离开管120。阀门构件132可有利地由硅橡胶制成。柔性管或其它导管可连接到压力安全阀112的出口端138上，以将被排出的液体运载回贮液器101或某个其它排出液体的部位。

当然，歧管118可以不同于图3所示的代表性实施方案的多种方式成形。例如，如果希望歧管118占据较少的空间，则歧管118可引入中心管120中的与管连接器120a相交处的90度弯曲。还应当理解，温度传感器110、压力安全阀112和真空排气阀114中的一个或多个可不是歧管118的一部分。例如，歧管118可仅包括压力安全阀112和真空排气阀114，而温度传感器110设置在泡制系统100中的其它部位。此外，图3所示的歧管118中的各种组件的顺序和空间构型不具有任何特殊的意义。因此，作为另外一种选择，这些组件可全部以单排形式设置在中心管120的一侧上。或者，温度传感器110可设置在两个阀112、114的上游。因此应当理解，各种任选做法均可用于形成用于特定泡制装置的歧管118。使用歧管118有利地消除了柔性管和刚性结构体之间的数个流体连接点(例如末端122、124处的连接)，从而减小了产生渗漏的机会。例如，阀112、114和温度传感器110之间的接合没有任何连接点。

图4至7显示加热器106的一个实施方案。加热器主体140限定加热贮液器142，所述加热贮液器包括进入加热贮液器142的入口144和离开加热贮液器142的出口146。图示说明的主体140具有细长的、大致圆柱形或椭圆形的形状，但任何形状均是可能的。柔性管道可在压力下将泡制液体从泵104运载至入口144。其它柔性管道可运载泡制液体离开加热器出口146，以便被引到泡制腔室。入口144和出口146可设置在加热器106的相对两端或近旁，例如图4至7所示。托架154可用来将加热器106固定在泡制单元14内。加热器106可具有约100mL泡制液体的存储容量。

加热贮液器142内设置有盘条热棒加热元件148。触点150、152延伸在贮液器142的外面以供电连接到电压源，也许由电子控制器控制。虽然加热元件148被显示为设置在加热器主体140的内部，但作为另外一种选择，其也可设置在加热器主体140的外部或近旁。改变外加到加热元件148上的电压可改变加热元件148的功率输出，因此即可改变加热元件148的温度。由加热元件148产生的热被转移至泡制液体以将其加热。加热元件的功率在下文中进一步讨论。

加热贮液器142具有沿第一轴线的长度尺寸L和沿第二轴线的宽度尺寸W，所述第二轴线垂直于第一轴线，例如图6所示。加热元件148具有沿第一轴线延伸的最大长度尺寸l，例如图6所示。最大长度l优选为长度L的至少二分之一，更优选为长度L的至少四分之三，并且最优选为基本上与长度L相同。与此类似，加热元件148具有沿第二轴线延伸的最大宽度尺寸w，例如图6所示。最大宽度w优选为宽度W的至少二分之一，更优选为宽度W的至少四分之三，并且最优选为基本上与宽度W相同。加热元件148附加具有图6所示的最大线圈尺寸C，其对应于加热元件中的线圈沿第一轴线的最大直径。最大线圈尺寸C优选为长度L的至少二分之一，更优选为长度L的至少四分之三，并且最优选为基本上与长度L相同。

加热器主体140可包括一个或多个容器156以接纳可重置的温度保险丝或永久性温度保险丝。此类装置是常规的。它们可安装到加热器主体140的外面，例如安装在容器156中，以间接地通过主体140的温度来传感泡制液体的温度。或它们可设置在主体140自身之内，以直接传感泡制液体的温度。

常规可重置的温度保险丝具有温度传感器和断路器。如果温度传感器超过预定值，例如120℃，则断路器切断向加热器106提供功率的电路，从而将其关闭。当然，温度保险丝也可连接到电子控制器上来用以同时关闭整个泡制过程。一旦加热器106的温度降至预定值以下，断路器就会闭合，从而允许加热器106重新开启和/或允许泡制操作继续进行。这种可重置的温度保险丝适用于确保泡制液体不会过热以产生令人满意的饮料，或为了安全起见确保泡制液体不会变得太热而损坏系统。

与可重置的温度保险丝相似，常规永久性温度保险丝(经常被称为热熔丝)也具有温度传感器和断路器。然而，永久性温度保险丝是不可重置的。因此，在某个预定温度下，断路器会永久地阻止功率被提供给加热器106。这样的温度可为例如216℃。永久性温度保险丝典型地用于安全目的，以确保加热系统不会变得太热而损坏。其可用作可重置的温度保险丝的备用机构，其中永久性温度保险丝被设定在比可重置的温度保险丝高的温度下动作。

当然，作为另外一种选择，相同的效果可用温度传感器来获得，例如与电子控制器相组合而设置在加热器主体140上或其内部的热敏电阻。在此情形中，电子控制器用作断路器。但在泡制操作的其它部分中，电子控制器可附加地使用接收自热敏电阻的温度信息。例如，温度信息可用来确定加热器106中的泡制液体何时足够热以开始泡制过程，或已达到产生蒸汽的沸点。

如上所述，较大体积容量的加热贮液器可导致泡制过程需要长的启动时间。另一方面，较小体积容量的加热贮液器可导致在泡制操作期间不容易控制泡制液体的温度。据信，加热贮液器的体积容量介于约50mL和约150mL之间，或更优选介于约75mL和约125mL之间，并且最优选为约100mL是有利的。

此外，当试图最优化用于泡制装置的加热器时，加热元件的功率可与加热贮液器的体积容量一起考虑。加热元件常常以它们的最大输出瓦数来定额。用于泡制装置的加热元件的典型额定值的可变范围为900瓦特至1400瓦特。这些功率额定值通常为标称额定值，因而加热元件在给定时间点的实际最大输出瓦数将落在所述值的某个预定范围内。通过改变外加到加热元件上的电压，加热元件的实际功率输出可以受控方式改变，其值为0瓦特至加热元件的最大输出瓦数。通过使用以满瓦特数运行的更高定额的加热元件，可允许使用更大的加热贮液器，而同时仍然可获得令人满意的启动时间和温度控制方面的效果。

因此，已发现方便的做法是考虑加热器的“功率密度”特性。加热器的功率密度被定义为加热元件(或数个元件)在泡制操作期间的总平均功率输出(以瓦特数表示或转换为瓦特数)与加热贮液器的体积容量(以毫升数表示或转换为毫升数)之间的比率。如本文所用，“体积容量”是指加热贮液器内的可用来存储液体的体积，但不包括贮液器中的被各组件例如加热元件、温度传感器等所占据的空间。下表1说明对应于典型地见于咖啡泡制器具的某个范围内的平均加热元件功率值和加热器贮液器容量的功率密度值：

表1：功率密度(W/mL)

加热器贮液器体积容量(mL)	1015202530354045505560	平均加热元件功率(瓦特)
			900	1000	1100	1200	1300	1400
		90.060.045.036.030.025.722.520.018.016.415.0							100.066.750.040.033.328.625.022.220.018.216.7	110.073.355.044.036.731.427.524.422.020.018.3	120.080.060.048.040.034.330.026.724.021.820.0	130.086.765.052.043.337.132.528.926.023.621.7	140.093.370.056.046.740.035.031.128.025.523.3

65707580859095100105110115120125130135140145150155160165170175180185190195200

13.812.912.011.310.610.09.59.08.68.27.87.57.26.96.76.46.26.05.85.65.55.35.15.04.94.74.64.5

15.414.313.312.511.811.110.510.09.59.18.78.38.07.77.47.16.96.76.56.36.15.95.75.65.45.35.15.0

16.915.714.713.812.912.211.611.010.510.09.69.28.88.58.17.97.67.37.16.96.76.56.36.15.95.85.65.5

18.517.116.015.014.113.312.612.011.410.910.410.09.69.28.98.68.38.07.77.57.37.16.96.76.56.36.26.0

20.018.617.316.315.314.413.713.012.411.811.310.810.410.09.69.39.08.78.48.17.97.67.47.27.06.86.76.5

21.520.018.717.516.515.614.714.013.312.712.211.711.210.810.410.09.79.39.08.88.58.28.07.87.67.47.27.0

250300350400450500550

3.63.02.62.32.01.81.6

4.03.32.92.52.22.01.8

4.43.73.12.82.42.22.0

4.84.03.43.02.72.42.2

5.24.33.73.32.92.62.4

5.64.74.03.53.12.82.5

图8所说明的曲线显示功率密度对于给定的平均加热元件功率例如900瓦特或1400瓦特如何随加热器贮液器体积容量而变化。作为一个代表性实例，图8显示，对于与具有100mL体积容量的加热器贮液器联合使用的在泡制操作期间具有1400瓦特的平均功率的加热元件，功率密度为14W/mL。

优选地加热器具有不小于约6W/mL的功率密度，更优选地加热器具有不小于约9W/mL的功率密度，并且最优选地加热器具有不小于约12W/mL的功率密度。优选地加热器具有不超过约30W/mL的功率密度，更优选地加热器具有不超过约22W/mL的功率密度，并且最优选地加热器具有不超过约16W/mL的功率密度。此外，约14W/mL的特定功率密度已被证明是一种良好的设计。这些优选值的各种组合可用来产生功率密度的有利值的不同范围。

作为另外一种选择或除此之外，在考虑功率密度的同时，也已发现方便的做法是考虑驻留时间对滞后时间的比率。该比率的驻留时间分子为加热贮液器内的泡制液体的平均驻留时间。假定系统为完全的静液压系统，即其泡制液体中不存在显著的空气袋，则驻留时间分子可通过用加热贮液器的体积容量除以泡制液体的平均流速而近似地算出。该比率的滞后时间分母为当泡制液体从旧温度变化至新温度时，温度传感器反映出预期的温度变化的97％所需的时间。

对于给定温度传感器，滞后时间分母可根据经验来确定。例如，可将第一池液体保持在第一已知温度，例如25℃，而将第二池液体保持在第二已知温度，例如100℃。将待测温度传感器放置在第一池中，直到它反映出第一温度。然后将温度传感器放置在第二池中。预期的温度变化由第一和第二温度之间的差别计算出，在此例中其为75℃。该预期变化的百分之九十七为约73℃。因此，滞后时间分母就是温度传感器被放置在第二池中后达到98℃所用的时间(25度的起始温度加上73度的增加量)。以此方式使用两池液体仅为测量驻留对滞后比率中的滞后时间分母的一种方法；其它方法对于本领域的普通技术人员来讲将是显而易见的。

例如，如果泡制液体的平均流速为每秒5mL，并且加热贮液器的体积容量为100mL，则贮液器中的泡制液体的平均驻留时间为20秒钟。因此如果温度传感器的滞后时间为5秒钟，则驻留时间对滞后时间的比率为4。从物理上讲，这意味着泡制液体在加热贮液器中被加热所用的时间是温度传感器测量泡制液体的温度所用时间的约四倍。

如果驻留时间对滞后时间的比率非常小，则泡制液体流动过快而使温度传感器不能跟上泡制液体的温度变化。这典型地发生在小体积容量的加热贮液器中。如果驻留时间对滞后时间的比率非常大，则泡制液体的温度变化足够缓慢而使温度传感器能够跟上温度变化。然而，这会同时导致在泡制可开始之前的长启动时间。这后一种情况典型地发生在大体积容量的加热贮液器中。

因此，优选地具有不小于约2的驻留时间对滞后时间的比率，更优选地具有不小于约3的驻留时间对滞后时间的比率，并且最优选地具有不小于约4的驻留时间对滞后时间的比率。优选地具有不超过约10的驻留时间对滞后时间的比率，更优选地具有不超过约8的驻留时间对滞后时间的比率，并且最优选地具有不超过约6的驻留时间对滞后时间的比率。已发现不超过约4的驻留时间对滞后时间的比率是有利的。这些优选值的各种组合可用来产生驻留时间对滞后时间的比率的有利值的不同范围。

图9显示保持在加热器主体140的加热贮液器142内的泡制液体源158。在该特定实施方案中，出口146设置在加热器主体140的顶部端壁160中。虽然没有被图示说明，但作为另外一种选择，出口146可以设置在加热器主体140的侧壁162中，靠近顶部端壁160。在此类构型中，出口146在蒸汽吹扫过程的至少某个部分期间将有利地设置在泡制液体158的水平面164的上方，如下文所进一步讨论的那样。

图10至12显示在泡制操作期间温度控制逻辑300如何用于泡制装置100。在由这些图组成的流程图中，矩形元件代表处理块，并且代表软件指令或指令组。四边形元件代表数据输入/输出处理块，并且代表涉及输入或数据读数或输出或数据发送的软件指令或指令组。本文所示和所述的流程图不描述任何特定编程语言的语法。相反，这些流程图图示说明如下的功能信息：本领域的技术人员可用其来制造电路或产生软件以执行该系统的处理过程。应当提出的是，许多例行程序元件，例如循环和变量的初始化以及临时变量的使用，均没有在图中显示。在讨论温度控制逻辑300之前，回顾一下贯穿本公开内容所使用的一些示例性术语的定义是适当的。所有术语的单数和复数形式均在各自的意义范围之内。

如本文所用，“逻辑”包括但不限于硬件、固件、软件和/或每种的组合，用以执行某个或某些功能或某个或某些动作，和/或用以从另一个组件导致某个功能或动作。例如，基于所需的应用或需求，逻辑可包括软件控制的微处理器、离散逻辑例如专用集成电路(ASIC)，或其它程序控制逻辑装置。逻辑也可完全被实施为软件。

如本文所用，“软件”包括但不限于一个或多个计算机可读和/或可执行指令，所述指令导致计算机或其它电子装置执行功能、动作、和/或以所需方式运转。指令可实施为各种形式，例如例行指令、算法指令、模块或包括单独的应用或源自动态链接程序库的代码的程序。软件也可具体实施为各种形式，例如独立程序、函数调用、小服务程序、小应用程序、存储在存储器中的指令、操作系统或其它类型的可执行指令的一部分。本领域的普通技术人员将会理解，软件的形式取决于例如所需应用的要求、其所运行的环境、和/或设计者/程序员的期望等。

现在参见图10，其显示引入了温度控制逻辑204的泡制系统200的一个实施方案。除了图1所示的组件之外，该系统还具有带有控制逻辑204的控制器202。控制器202优选地基于处理器，并且可包括各种输入/输出电路，包括模数转换(A/D)输入和数模转换(D/A)输出。控制器202从数个来源接收数据。流速计102提供流速数据206，所述数据表示泡制液体从存储贮液器101至泵104的流速。加热器温度传感器208提供温度数据210，所述数据表示存储在加热器106中或从其流过的泡制液体的温度。流体流动通道温度传感器110提供温度数据212，所述数据表示介于加热器106和泡制腔室108之间的流体流动通道111中的泡制液体的温度。如下文进一步描述的那样，控制器202使用这些数据来控制214泡制液体的流速，并且如果必要的话，改变216加热器106中的加热元件148的功率。

用于泡制操作的一种代表性温度控制逻辑300显示于图11A和图11B中。作为第一步骤302，使用者如下开始泡制操作：将某个量的泡制物质装载进泡制单元14的泡制腔室中并且闭合闭合机构18。然后使用者按压适当的按钮304以指示控制器202需做哪种泡制操作。这些信息可包括所需的泡制饮料的量(0.2L(7盎司)，0.3L(9盎司)，0.41L(14盎司)，等等)和将泡制哪种物质(纯咖啡、加奶咖啡，等等)。利用此数据，控制器202可确定各种控制参数，例如提供给泡制腔室的泡制液体的适当的量、以及泡制液体退出加热器106时的目标温度。控制器202也可根据加热器温度数据210来设定这些控制参数。例如，如果加热器106中的泡制液体由于泡制操作最近刚执行过而较凉，则目标温度可设定得较高。

然后控制器202验证306闭合机构18是否已关闭且锁定。控制器202可通过如下方式做到这一点：例如，确定紧邻闭合机构18设置的限位开关是否已脱扣。如果闭合机构18似乎没有闭合，则控制器202会阻止泡制启动308，并且向使用者指示发生了310问题。这种问题信号可包括停止灯、蜂鸣器、或类似的信号。然后使用者校正问题312，并且按压所需的泡制按钮304以重新启动过程300。

一旦闭合机构18闭合，控制器202就开始泡制过程，并且向使用者指示该过程已经开始314。将电压施加到加热器106中的加热元件148上，以启动对上次泡制以来剩留在加热器106中的泡制液体的加热。加热器的功率初始时设定至其最大额定值。由加热器温度数据210，控制器202可确定316加热器106中的泡制液体是否具有足够的启动泡制过程所需的最低温度T_最低。T_最低设定为用于有效泡制良好饮料的最低温度。如果加热器106中的泡制液体的温度小于T_最低，则控制器将等待318直到该液体由于被加热元件148加热而达到T_最低。

一旦加热器106中的泡制液体达到T_最低，控制器202就启动320泵104以将泡制液体泵送至泡制腔室108。控制器202检查322流速计数据206以保证流速大于零。如果控制器202确定不存在流动，则控制器202停用324泵104和加热器106，并且通知326使用者发生了问题。使用者校正问题312(例如通过向存储贮液器101中添加泡制液体来校正)，并且按压所需泡制按钮304以重新启动过程300。

如果控制器202在步骤322时确定流速大于零，则其接着检查328加热器210中的泡制液体的温度以确定其是否超过了某个最高温度T_最高。T_最高可设定为例如泡制液体的可导致令人满意的泡制饮料的最高温度。如果超过最高温度，则控制器202停用324泵104和加热器106，并且通知326使用者发生了问题。使用者校正问题312(例如通过向存储贮液器101中添加泡制液体来校正)，并且按压所需泡制按钮304以重新启动过程300。

如果检查328指示加热器310中的泡制液体的温度没有超过最高温度T_最高，则控制器检查330流体流动通道111中的泡制液体的温度的数据212。如果该温度212不同于使用者304为该类型的泡制选定的目标温度，则控制器202遵循主/次控制过程来改变温度。

作为主控制，控制器202通过调节泡制液体流速来调节泡制液体的流速，从而控制通道111中的泡制液体的温度。其可以如下方式做到这一点：通过应用例如比例控制、比例微分控制、比例积分控制、比例积分微分控制、或类似的控制回路。如果泡制液体的温度212过低，则泵104的速度减小，以使泡制液体在加热器106中停留较多时间，从而达到通道111中的较高温度。如果泡制液体的温度212过高，则泵104的速度增加，以使泡制液体在加热器106中停留较少时间，从而不会达到如通道111中那样高的温度。随着过程300不断地环回经过检查步骤330，可以步进方式进行泵调节，直到达到332体积目标。如果目标温度和测量的温度之间的误差较大，则泵速可以较大的量改变。如果目标温度和测量的温度之间的误差较小，则泵速可以较小的量改变。可使用除泵速以外的机构来改变泡制液体的流速，例如使用设置在泵的下游的可变尺寸孔口。

如果主流速控制不够，则依靠加热元件148来提供次控制。更具体地讲，如果流速已达到所使用的特定泵的最大泵送能力，并且泡制液体的温度仍然需要减小，则控制器202会减小加热器106中的加热元件148的功率。与此类似，如果流速已达到所使用的特定泵的最小泵送能力，并且泡制液体的温度仍然需要增加，则控制器202会增加加热器106中的加热元件148的功率。改变流速被用作主控制，因为与加热元件148的功率相比，流速可以更加精确得多和响应性好得多的方式来控制。因此，在通常的温度控制过程300的操作中，加热元件148的功率通常即使改变也改变得不多。相反，功率通常保持在较高水平，而让泡制液体的流速的变化来控制泡制液体的温度。当然，作为另外一种选择，加热元件功率可用作单独的温度控制，或与其它控制联合而用作主温度控制。

在调节了泡制液体330的温度之后，控制器202检查332在泡制过程期间被泵送的泡制液体的体积。控制器202可通过在整个过程300中跟踪流速计数据206并且随着时间的过去积算流速来确定已被泵送的泡制液体的量。例如，如果使用脉冲计，则控制器可计数脉冲次数，从而由已知的每次脉冲所泵送的泡制液体的体积来确定总体积。如果由使用者选定的用于泡制的目标体积没有达到，则泵送会继续334，并且过程300环回至检查流速计步骤322。如果目标体积已达到，则控制器202或者关闭系统，或者根据需要开始吹扫过程。

吹扫过程的一个实施例显示于图12中。在该吹扫过程400开始时，泵104被关闭，但加热器106保持开启402。加热元件功率被设定至其最大功率额定值404，如果其尚不处在此水平的话。监测406加热器210中的泡制液体的温度，以确定其何时达到泡制液体的沸点。对于水来讲，所述沸点为100℃。这导致蒸汽从泡制液体升起，所述泡制液体由于泵104被关闭而静止地停留在加热器106中。蒸汽穿过流体流动通道111而达到泡制单元14中的泡制腔室。在那里蒸汽干燥已用过的泡制物质，直至其可容易地被使用者移除而无过度粘着、滴落或其它脏乱。如果使用了组合的咖啡/奶油罩，则蒸汽可附加地用来促使过剩的奶油或其它液体排出该罩。

图9所示和上文所述的加热器与蒸汽吹扫过程联合起来特别有益。从表面164升起的蒸汽将趋于随其一起运载至少一些过剩的未汽化的泡制液体。然而，由于加热器106的出口146设置在泡制液体的水平面164的上方，因此大量过剩的泡制液体不太可能达到出口146。这是由于在蒸汽达到出口146之前，重力趋于导致蒸汽所运载的大部分泡制液体回落进池158中。

在吹扫过程开始时，泡制液体水平面164可设置在出口146的水平处或近旁。在那种情况下，在某个时间量内，随着蒸汽流排出加热贮液器142，较大量的过剩的未汽化泡制液体可保持夹带在其中。然而，随着夹带的液体被带走以及其它液体转化为蒸汽，水平面164将降低。在蒸汽开始产生之后的某个时刻，水平面164在加热贮液器142中达到足够低的水平，在该水平上大部分被蒸汽运载的液体在蒸汽达到出口146之前回落进池158中。这在吹扫过程期间有助于改善液体体积输出的从泡制到泡制的可重复性。

一旦达到泡制液体的沸点温度，吹扫定时器401即被启动408。吹扫定时器401可例如如图10所示地引入而作为控制器202的一部分。然后蒸汽产生并持续预定时间量，所述时间量由吹扫定时器401测量。蒸汽时间设定在预定量，在该预定量期间可通过足够地减少残留的液体包括残留在泡制腔室中的液体的量而有效地吹扫系统。被吹扫液体受迫穿过泡制腔室而从泡制单元14的喷管20排出。因此，在泡制操作300完成之后，吹扫过程400将导致一些量的泡制的饮料被分配。然而，在吹扫过程400期间产生的泡制的饮料的量为从泡制到泡制高度可重复的，因为蒸汽以设定的时间量和受控方式产生。一旦针对特定泡制装置经验地确定了此可重复的分配的饮料的量，则用于泡制操作300的步骤332中的目标体积值即可减小，以使由于过程300、400两者而产生的泡制饮料的总量从泡制到泡制为高度可重复的。

对于产生一杯或两杯黑咖啡，有利的是具有不小于约5秒钟，或不小于约7秒钟，或不小于约9秒钟的蒸汽时间。对于产生一杯或两杯在泡制腔室中一起泡制的咖啡和奶油的组合，有利的是具有不小于约10秒钟，或不小于约12秒钟，或不小于约14秒钟的蒸汽时间。

对于产生一杯或两杯黑咖啡，有利的是具有不超过约15秒钟，或不超过约13秒钟，或不超过约11秒钟的蒸汽时间。对于产生一杯或两杯在泡制腔室中一起泡制的咖啡和奶油的组合，有利的是具有不超过约20秒钟，或不超过约18秒钟，或不超过约16秒钟的蒸汽时间。

取代当加热器106中的泡制液体达到其沸点408时才启动吹扫定时器401(图10)，可作为另外一种选择在此过程中提前启动定时器401。例如，可在泵104被关闭402，或加热元件功率被设定至最大404时启动它。

一旦达到泡制液体的沸点温度，即可有利地减小用于蒸汽产生过程的剩余部分的加热元件410的功率。例如，在泡制操作期间，加热元件功率可以多至加热泡制液体所需功率的50％的量减小。这有助于防止产生过多蒸汽，当热的泡制饮料被分配进杯子以供消费时，所述过多蒸汽会导致其喷溅，也会导致系统超压。

一旦设定的时间段过完，或换句话讲吹扫过程结束，加热器106即被关闭412。如上所述，真空排气阀112可设置在流体流动通道111内以释放发生在流体流动通道111中的真空，所述真空的发生归因于在加热器106疲关闭之后在通道111中形成蒸汽冷凝。在过程400中的此处开启414泵104以再填充加热器206也是有利的。这将补充在蒸汽产生过程期间损失的泡制液体，并且确保当泡制过程再次开始时加热器106中已有足够量的泡制液体。通知使用者泡制过程完成416。有利的是，提供介于加热器106被关闭412的时间和使用者通知416的时间之间的滞后。这种滞后将允许残留在系统中的蒸汽进一步干燥泡制腔室中的泡制物质和滤纸并且允许系统减压。

尽管已用对其实施方案的描述说明了本发明，并且尽管已非常详细地描述了这些实施方案，但并不旨在以此将受权利要求书保护的本发明的范围约束至或以任何方式限制于此类细节。附加优点和修改对于本领域的技术人员来讲将是显而易见的。例如，虽然已以某种详细的方式和特定的顺序描述了温度控制过程300和吹扫过程200中的各步骤，但理所当然地也可使用不同的或附加的步骤，或以不同的顺序执行所述步骤。因此，本发明在其更宽泛的方面不限于所显示和所描述的具体细节和说明性实施例。因此，在不脱离总发明概念的精神或保护范围的情况下，可由此类细节作出各种变更。

Claims (10)

1.一种用于泡制装置的加热器，所述加热器包括：

主体，所述主体构成加热贮液器并且包括供泡制液体进入加热贮液器的入口和供泡制液体排出加热贮液器的出口，其中所述加热贮液器具有用于存储泡制液体的体积容量；

一个或多个加热元件，所述加热元件设置在主体内或近旁以用于加热设置在所述加热贮液器中的泡制液体；和电压源，所述电压源用来控制一个或多个加热元件的功率；

其中所述加热贮液器的体积容量和所述一个或多个加热元件的功率经过选择以致具有不小于每毫升约6瓦特并且不超过每毫升约30瓦特的功率密度。

2.如权利要求1所述的加热器，其中所述加热贮液器的体积容量和所述一个或多个加热元件的功率经过选择以致具有不小于每毫升约9瓦特并且不超过每毫升约22瓦特的功率密度。

3.如权利要求1所述的加热器，其中至少一个加热元件设置在所述主体中。

4.如权利要求1所述的加热器，其中所述主体具有与第二末端相对设置的第一末端，并且所述入口设置在第一末端处或近旁，并且所述出口设置在第二末端处或近旁。

5.如权利要求1所述的加热器，其中所述加热贮液器具有介于约50毫升和约150毫升的泡制液体之间的容量。

6.如权利要求1所述的加热器，其中所述加热元件具有约1400瓦特的功率额定值。

7.一种泡制装置，所述泡制装置包括：

具有泵入口和泵出口的泵，所述泵入口流体连接到泡制液体的贮液器；

包括加热器主体和一个或多个加热元件的加热器，所述加热器主体构成加热贮液器并且具有加热器入口和加热器出口，所述加热器入口流体连接到泵出口，并且所述一个或多个加热元件设置在所述加热贮液器内或近旁以用于加热所述加热贮液器中的泡制液体，其中所述加热贮液器的体积容量和所述一个或多个加热元件的功率经过选择以致具有不小于每毫升约6瓦特并且不超过每毫升约30瓦特的功率密度；

用于保持将由泡制液体泡制的咖啡源的泡制腔室，所述泡制腔室具有腔室入口和腔室出口，所述腔室入口通过液体流动通道流体连接到加热器出口；和

流体连接到所述室出口的分配出口。

8.一种泡制装置，所述泡制装置包括：

具有泵入口和泵出口的泵，所述泵入口流体连接到泡制液体的贮液器从而以某一流速泵送泡制液体；

包括加热器主体和加热元件的加热器，所述加热器主体构成加热贮液器并且具有加热器入口和加热器出口，所述加热器入口流体连接到所述泵出口，所述加热元件设置在加热贮液器内或近旁以用于加热所述加热贮液器中的泡制液体，并且所述加热贮液器具有体积容量；

温度传感器，所述温度传感器用于测量泡制液体的温度并且具有测量滞后时间，其中所述流速、所述加热贮液器体积容量、以及温度传感器的测量滞后时间均经过选择以使驻留时间对滞后时间的比率不小于约2且不超过约10；

用于保持将由泡制液体泡制的咖啡源的泡制腔室，所述泡制腔室具有腔室入口和腔室出口，所述腔室入口通过液体流动通道流体连接到加热器出口；和

流体连接到所述室出口的分配出口。

9.一种在泡制装置中泡制和蒸汽吹扫泡制物质的方法，所述方法包括：

将所述泡制物质放置到所述泡制装置的泡制腔室中；

操作设置在加热贮液器内或近旁的加热元件以加热泡制液体源，所述泡制液体源包括至少一些量的水；

操作泵以增压泡制液体，并且使用所述增压来使加热过的泡制液体源穿过泡制物质以执行泡制操作；

在所述泡制操作完成之后，停用所述泵并设定加热元件的功率，以使所述加热器中的一部分水变成蒸汽；以及

产生所述蒸汽一段预定量的蒸汽时间，并且使所述蒸汽穿过所述泡制腔室中的泡制物质。

10.一种在泡制装置中泡制泡制物质的方法，所述方法包括：

将所述泡制物质置于咖啡泡制装置的泡制腔室中；

操作设置在加热贮液器内或近旁的加热元件以加热泡制液体源；

操作泵以增压所述泡制液体，并且使用所述增压来使加热过的泡制液体源穿过所述泡制物质以执行泡制操作；以及

在泡制操作期间调节所述泡制液体的流速以控制所述泡制液体的温度。

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