CN102892339B - 改进的浓缩咖啡机方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量由连接过压阀的泵传送的合流的方法和装置。该方法包含的步骤有：利用第一流计测量到达泵的馈送流；利用第二流计测量来自过压阀的返回流；以及至少部分地通过从测量的馈送流中减去测量的返回流计算合流。泵功率调节模块可以进一步调节泵输出压力，从而能够进行压力分析。

Description

改进的浓缩咖啡机方法和装置

技术领域

本发明涉及流体炉，具体地涉及流体炉的调节控制。

已经开发本发明主要用于控制炉方法和浓缩咖啡机的装置，下文中将参考该申请进行描述。然而，将理解的是，本发明不限于该特定用途。

背景技术

贯穿整个说明书现有领域的任何讨论不应当被认为是，该现有领域广泛已知或构成本领域的常见一般知识的一部分。

已知的浓缩咖啡机在产生一杯浓缩咖啡的过程中同时控制压力和传送的一定剂量的水。将理解的是，通常将压力分析为在九巴和十巴之间。水量通常是大约30mL，以及在二十秒钟到四十秒钟之间传送。

预先注入阶段已经用于浸泡咖啡研磨物，从而允许在滤网内膨胀，因而有助于堵住细的研磨物和防止水经过过滤器。为了能够在不迫使水经过咖啡研磨物的情况下浸泡咖啡研磨物，在该预先注入阶段传送的水通常具有一巴到五巴范围内的压力。

需要一种用于提供具有调节控制压力和体积的剂量的有效方法和装置。还需要提供能够使浓缩咖啡机水抽吸从而传送控制低压预先注入的有效方法和装置。

发明内容

本发明的目的是克服或改良至少一个现有领域的劣势，或提供有用的替代物。

本发明的目的是以优选的形式提供可提供具有调节压力和体积的剂量的浓缩咖啡机。

本发明的目的是以优选的形式提供可提供控制低压预先注入的浓缩咖啡机。

根据本发明的方面，提供了用于测量通过连接过压阀门的泵传送的合流的流测量装置，所述装置包含：

用于测量到达泵的馈送流的第一流计；

用于测量来自过压阀门的返回流的第二流计；以及

其中通过从测量的馈送流中减去测量的返回流可以确定泵传送的合流。

优选地，可以实时确定（或计算）合流，当已经传送适当的剂量时合流用于使泵停止工作。

根据本发明的方面，提供了包含本文中所公开的流测量装置的浓缩咖啡机，用于测量通过连接过压阀门的泵传送的少量剂量。优选地，浓缩咖啡机进一步包含本文中所公开的泵功率调节模块，用于提供预先注入。

根据本发明的方面，提供可操作地关联泵的泵功率调节模块。优选地，泵功率调节模块能够提供泵传送流的压力分析。更优选地，泵功率调节模块能够提供预先注入。

根据本发明的方面，提供了包含本文中公开的泵功率调节模块的浓缩咖啡机，用于提供预先注入。优选地，浓缩咖啡机进一步包含本文中公开的流测量装置，用于测量连接过压阀门的泵传送的少量剂量。

优选地，泵功率调节模块使得进行咖啡生产循环期间的压力分析。更优选地，压力分析可以预先分析或由用户配置。最优选地，压力分析可以采用指示传送至各个泵的电功率的功率-时间分析的形式。

根据本发明的方面，提供了用于测量连接过压阀门的泵传送的合流的流测量方法，所述方法包含步骤：

（a）利用第一流计测量到达泵的馈送流；

（b）利用第二流计测量来自过压阀门的返回流；以及

（c）通过从测量的馈送流中减去测量的返回流至少部分地计算合流。

优选地，可以实时执行计算合流，用于当已经传送合适的剂量时使得泵停止工作。

根据本发明的方面，提供了包含适用于执行本文中所公开的流测量的方法用于测量连接过压阀门的泵传送的少量剂量的处理器设备的浓缩咖啡机。

附图说明

参考附图，现在将仅仅通过实例描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1是根据本发明的浓缩咖啡机的透视图；

图2是根据本发明的浓缩咖啡机的示意图；

图3是用于控制根据本发明的浓缩咖啡机的方法的流程图；

图4是图2的过压阀门的示意图；

图5A是用于利用所示硅可控整流器（SCR）调节提供给泵的功率的电路的示意图；

图5B是利用所示三极管交流电（TRIAC）调节提供给泵的功率的电路的示意图；

图6A是功率供给信号的波形图；

图6B是图6A的功率供给信号的改进的波形图；

图6C是图6A的功率供给信号的改进的波形图；以及

图6D是图6A的功率供给信号的改进的波形图。

具体实施方式

将理解的是，浓缩咖啡机广泛用于制造饮料。当浓缩咖啡机可用于商业和私人使用范围时，其共享相似的工作原理。

浓咖啡一般是通过将热水加压穿过密集堆积的磨得很细的咖啡调制而成。水强行扩散到咖啡渣中导致产生浓咖啡。任何组合浓咖啡的品质、风味、和味道受到多个因素的影响，这些因素包括咖啡渣的质地、咖啡渣包装的强度、和使用的水的温度与压力。通过使这些因素维持在合适的比例，可以产生充分浓的咖啡。

基于泵的浓缩咖啡机至少部分地依赖于用于制造合适浓度的咖啡的巴压力。参考图1，这些基于基于泵的咖啡机100可以包括：贮水池110（通常是内置的）、喷头122、和滤网124（用于支撑咖啡渣）。可以包括蒸汽棒130和蒸汽阀132，用于起泡牛奶。通常提供承水盘140用于采集溢出和过量的水。可以提供一连串用户控制输入150用于分析与生产浓咖啡相关联的至少某些参数（或因素）。

将理解的是，某些浓缩咖啡机具有集成咖啡研磨机160。这可以包括用于提供咖啡豆给研磨机的送料器162和用于通过咖啡渣填充滤网（当下面提供时）的输出164。

水在贮水池中，咖啡渣在滤网中，加热水和将水泵吸到喷头122。一旦加热的水到达喷头122，水就穿过滤网中的咖啡渣强行扩散到其中，最终产生浓咖啡。

图2示出了浓缩咖啡机的示意图。该咖啡机包含贮水池210，其具有簧片开关罐内液面传感器212。贮水池的出口包括穿过滤网214，与两个出口路径216和218进行液体传递。

在这个实施例中，第一出口路径216用于将来自贮水池210的水传递至蒸汽炉250中。该出口路径包括将水传递至在预定义压力提供水的泵221的保护过滤器220。包括安全卸压阀222，从而限制提供给蒸汽炉250的水压。如果在该流体管上出现过压，那么安全卸压阀利用流体管224提供水给承水盘240。通过实例，泵221提供大约三巴压力的水给蒸汽炉250（利用流体管223）。对于蒸汽系统。泵提供大约3巴的水重新填充炉。将安全卸压阀222分析为在更高压力启动，这是为了起到保护作用。

通过实例，蒸汽炉250用于将流体管223提供的水转化为蒸汽。炉包括加热元件252、水位探针256、电热调节器257、热熔断器和温控器258、以及真空呼吸阀259。在这个实例中，蒸汽炉是0.8升的炉。仅仅通过实例，该炉250可以由包含压铸铝（优选地聚四氟乙烯内衬）、不锈钢、或黄铜的组中任何一个或更多个材料构造而成。加热元件252优选地是浸入的1000瓦特加热元件。仅仅通过实例，该加热元件可以由包含不锈钢和耐热镍铬铁合金的组中任何一个或更多个材料制造而成。理解的是，加热元件可以具有适用于在炉内产生蒸汽的可选额定功率。水位探针256优选地使用三个探针监控水位，并且水位探针基本上由不锈钢探针构成。仅仅通过实例，电热调节器257具有大约200摄氏度的最大额定温度。

通过实例，来自蒸汽炉250的出口蒸汽272通过蒸汽棒274从浮球阀274排出。优选地，浮球阀具有大约150摄氏度的最大额定温度、大约2巴的标称工作压力、和大约8巴的最大额定压力。在这个实施例中，第二水出口路径218将来自水箱210的水传递至咖啡炉260中。该出口路径包括保护过滤器230、第一流计233、和泵234。泵234进一步包括过压（或安全减压）阀235。过压阀235适用于通常将提供给管236的水压限制在九巴和十巴范围内。过压阀235通常分析为压力分析值，一般是大约10巴，以便于当水压超过该分析值时，一部分水通过返回管237流回贮水池210中；因而维持压力分析值。第二流计238可以测量通过返回管237返回的水量。主出口路径236经过热交换器254流过蒸汽炉250，然后进入咖啡炉260。

通过实例，咖啡炉260包括加热元件262、水压探针266、电热调节器267、以及热熔断器和温控器268。在这个实例中，蒸汽炉是0.3升的炉。仅仅通过实例，该炉260可以由包含压铸铝（优选地聚四氟乙烯内衬）、不锈钢、或黄铜的组中任何一个或更多个材料构造而成。仅仅通过实例，加热元件262优选地是浸入不锈钢的1000瓦特加热元件。水位探针266优选地使用两个探针监控水位，并且水位探针基本上由不锈钢探针构成。仅仅通过实例，电热调节器267具有大约150摄氏度的最大额定温度。

仅仅通过实例，来自咖啡炉的出口用于经过针形阀284通过热水棒286提供热水282。在这个实例中，针形阀282优选地具有大约120摄氏度的最大额定温度和大约15巴的工作压力。

通过实例，来自咖啡炉的出口还用于提供热水给咖啡喷头292，用于提供咖啡294。螺线形电导管296将热水释放给喷头292用于制造咖啡。喷头294进一步具有用于显示咖啡炉提供的热水的压力的压力计298。仅仅通过实例，螺线形电导管296具有大约16巴的最大工作压力和大约160摄氏度的最大流体温度。仅仅通过实例，螺线形电导管296主体可以由包含不锈钢和黄铜的组中任何一个或更多个材料构造而成。不同的保护涂层可以应用于螺线形电导管，包括镀镍。

将理解的是，仅仅通过实例，流体管可以包括从包含不锈钢管、聚四氟乙烯管、和硅胶管的组中选择的一个或更多个管元件。

在实施例中，泵221和234可以包括振动（位移）泵或旋转泵。将理解的是，可以使用可选的泵技术。

将理解的是，振动泵通常产生大约15巴到18巴的不稳定压力，一般认为该不稳定压力对咖啡提取而言过高。为了调节压力，可以安装固定或可变过压。然而，利用安装的阀门，测量剂量的已知方法包括使流计定位在接近喷头的位置。将理解的是，在接近喷头的流中的任何安装要求过压阀适合在高温和高压环境中工作。下面将详细地讨论过压阀的结构和操作。

在实施例中，装置200包括用于从用户接口204接收输入的处理器202、水压探针、电热调节器和热熔断器/温控器。处理器还用于控制/启动加热元件和泵。

在实施例中，使用一对流计，第一流计230用于测量到达泵的馈送流，第二流计237用于测量从过压阀235返回的流。在该布置中，通过从馈送流中减去返回流可以计算传送至咖啡炉260的合流（因此，传送至喷头296）。通过计算咖啡生产的时间周期的合流，可以确定剂量。将理解的是，可以实时执行该计算，以及当已经通过喷头传送合适的剂量时，该计算可以用于使泵停止工作。

在实施例中，一种用于测量连接过压阀的泵传送的合流的流测量装置，该装置包含：

用于测量到达泵的馈送流的第一流计；

用于测量来自过压阀的返回流的第二流计；以及

其中通过从测量的馈送流中减去测量的返回流可以确定泵传送的合流。

参考图3，一种用于测量连接过压阀的泵传送的合流的流测量的方法300，该方法包含步骤：

步骤320：利用第一流计，监控（或测量）到达泵的馈送流；

步骤330：利用第二流计，监控（或测量）来自过压阀的返回流；以及

步骤340：通过从测量的馈送流中减去测量的返回流至少部分地计算合流。

将理解的是，可以实时执行该计算，以及当已经通过喷头传送合适的剂量时该计算可以用于使泵停止工作（步骤350）。压力、剂量、持续时间可以预先分析或由用户配置（利用用户接口204）。

通常启动预先注入阶段，用于浸泡咖啡研磨物使其在滤网内膨胀，因而有助于堵住细的研磨物和限制水通过过滤器。为了能够在不迫使水通过咖啡研磨物的情况下浸泡咖啡研磨物，通常在大约三巴的压力下提供该预先注入阶段传送的水。然而，将理解的是，预先注入压力可以在1巴到5巴的范围内改变。

在这个实施例中，可以控制泵230提供较低（或减少）压力预先注入阶段。通过减少在该阶段期间提供给泵的电功率实现以上。一般地，以下将更详细地讨论，功率调节模块可以用于使处理器控制提供给泵的电功率。优选地，在预先注入阶段期间，提供给泵的电功率能够使泵产生比正常压力更低的压力。在预先注入期间流动的水可以（或不可以）计入已经通过喷头传送的随后剂量。

将理解的是，功率控制和流测量可以组合起来，用于测量合预先注入剂量。在实施例中，压力、剂量、持续时间可以预先分析或由用户配置（利用用户接口204）。

在可选的实施例中，其中系统压力不是度量量和压力不可以构造为单位值，可以构造可用的最大泵压力百分比。例如，压力分析可以包含5秒钟30%的压力、20秒钟100%的压力、最后5秒钟70%的压力。相似地，在另一个实施例中，系统可以实践如下构造的体积输出方法，即，传送将引起在30%时的5ml、在100%时的20ml、和在70%时的5ml分布。

将理解的是，功率调节模块可以进一步进行浓咖啡生产循环期间的压力分析。压力分析可以预先分析或由用户配置（利用用户接口204）。压力分析可以采用指示传送至各个泵的电功率的功率-时间分析的形式。

将理解的是，所示装置公开了可以提供具有调节压力和体积的剂量的浓缩咖啡机。

将理解的是，所示装置进一步公开了可以提供控制低压预先注入的浓缩咖啡机。

过压阀

过压阀（OPV），也称为膨胀阀，可以用于调节浓缩咖啡机内的水流压力。调节压力可以是固定的或可调节的。对于浓缩咖啡机，过压阀可以将许多基于振动泵的机器的压力向下调节至九巴到十巴之间。

参考图4，过压阀400包含入口孔410和出口孔420。包括过压孔430，用于排出水，从而充分维持压力分析值。释放密封432一般以黄铜活塞上的球、橡胶垫的形式或相似的，通过弹簧434朝着出口孔438向释放密封432加偏压至关闭位置（可以调节弹簧上的张力436）。当压力超过分析值时，释放密封432打开，允许水流向过压孔430。

出口孔与过压孔进行流体传递，一般用于将过量水返回至贮水池。

将理解的是，可选的过压阀适用于固定成‘T’块，其中‘T’块限定了入口孔和出口孔。一般通过过压阀的尺寸确定流速性能。

功率调节

相位控制功率调节是在交流电功率循环的周期期间提供交流电功率给负载的方法。图6A示出了指示交流电功率（电压或电流）的正弦波600。每次线等于中线或地线时，出现“过零点”。

通过MOC30xx变量的Motorola数据表提供电路图功率调节。其适用于电感和电阻负载。

图5A示出了用于利用所示硅可控整流器（SCR）530调节提供给泵的功率的电路500的示意图。

将理解的是，硅可控整流器（SCR）一般认为是开或关的设备。一旦开启，只有当无电流流过时硅可控整流器才关闭。选通电极需要小电流就可以开启SCR。SCR将之朝着一个方向传导电流，所以如果电流改变极性，那么SCR将关闭，因为其不允许任何电流流过。

图5B示出了利用所示三极管交流电（TRIAC）580调节提供给泵的功率的电路550的示意图。

将理解的是，TRIAC示意性地与两个连续SCR相似，只有来自一个阳极的栅极端。这允许AC工作，但是每次电流改变极性时TRIAC就关闭（除非栅极保持较高）。

相位控制能够使AC循环的一部分连接负载540。这可以通过TRIAC或两个连续的SCR执行。

将理解的是，交流电源每次循环具有两个过零点，其中在过零点不应当有电流流过。在北美过零点的频率是大约每秒钟120次，而在欧洲过零点的频率是大约每秒钟100次。

随着TRIAC在每个过零点关闭，如果我们希望传送较少功率，那么可以在过零点之后的时间启动TRIAC，例如在时刻612和时刻614，如图6B中所示。

参考图6C，如果需要一半的功率，那么可以在每个过零点（时刻622和时刻624）之间的终点启动TRIAC。参考图6D，通过在每个过零点之前启动TRIAC，可以提供少于功率一半的功率。

说明

将理解的是，本文中将某些实施例描述为可以由计算机系统的处理器或通过执行功能的其他工具可以实施的方法或方法的元素组合。因此，具有执行该方法或方法元素的指令的处理器构成用于执行方法或方法元素的工具。而且，装置实施例的本文中描述的元素是用于执行为了执行本发明通过元素执行的功能的工具的实例。

在可选的实施例中，一个或更多个处理器作为独立设备工作或可以连接，例如通过网络连接网络布局中的其他处理器，一个或更多个处理器可以作为服务器工作或作为服务器-客户机网络环境中的客户机工作，或作为对等网络环境或分布式网络环境中的对等机工作。

因此，本文中描述的每个方法的一个实施例以携带一组指令的计算机可读介质的形式，例如，用于在一个或更多个处理器上执行的计算机程序。

除非具体说明，否则根据下面的讨论，理解的是，贯穿整个说明书，使用诸如“处理”、“计算”、“推算”、“确定”等的术语是指计算机或计算系统或相似的电子计算设备的将表示为诸如电子量的物理量的数据处理和/或转化为相似地表示为物理量的其他数据的行为和/或过程。

用相似的方式，术语“处理器”可以指处理来自寄存器和/或存储器的电子数据的任何设备或设备的一部分，将该电子数据转化为例如，可以存储在寄存器和/或存储器中的其他电子数据。“计算机”或“计算机器”或“计算平台”可以包括一个或更多个处理器。

本文中描述的方法在一个实施例中可以由接收含有一组指令的计算机可执行（也被称为机器可执行的）代码的一个或更多个处理器执行，当一个或更多个处理器执行指令时，会执行本文中描述的至少一个方法。包括能够执行具体指定要采取行为的一组指令（顺序的或相反）的任何处理器。

除非背景中明确要求，否则贯穿整个说明书和权利要求，词语“包含（comprise）”、“包括”等是以包含的意义而非排除意义或详尽意义构建的；也就是说，以“包括但不限于”的意义。

相似地，注意到，术语“连接”，当在权利要求中使用时，不应当解释为只限于直接连接。可以使用术语“连接”和“连接”及其衍生物。应当理解，这些术语不是作为彼此的同义词。因此，表达设备A连接设备B的范畴不限于其中设备A的输出直接连接设备B的输入的设备或系统。它意味着，在A的输出和B的输入之间存在路径，其可以是包括其他设备或工具的路径。“连接”可以指两个或多个元件直接物理或电接触，或者两个或多个元件不是直接接触，而是互相合作或相互作用。

如本文中所使用的，除非具体指定，否则，使用序数形容词“第一”、“第二”、“第三”等描述通用对象仅仅指示称呼相似对象的不同实例，以上不是为了暗指必须按照给定顺序描述对象，可以临时地、空间地、成行地、或以任何其他方式描述对象。

贯穿整个说明书，“一个实施例”或“实施例”是指结合实施例描述的特定零件、结构、或特性包括在至少一个实施例中。因此，贯穿整个说明书的不同位置出现术语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定是指相同的实施例，但是可以指相同的实施例。而且，本领域的普通技术人员根据该公开可以理解，在一个或多个实施例中，特定零件、结构、或特性可以通过任何合适的方式组合起来。

相似地，应当理解，在本发明的示例性的实施例的以上描述中，为了简化本公开和有助于理解一个或多个本发明的不同方面，本发明的不同零件有时在一个实施例、附图、或其说明书中组合起来。然而，本公开的方法不应当解释为反映要求的发明需要比每个权利要求中明确引用的零件更多的零件。相反，举权利要求中反映的，发明方面不在前述的实施例中公开的所有特征。因此，遵循详细说明书的权利要求因而明确地包括在详细说明书中，同时每个权利要求作为本发明的独立实施例。

而且，本领域的技术人员将理解，尽管本文中描述的某些实施例包括但某些但不是包括在其他实施例中的其他零件，但是不同实施例的零件的组合在本发明的保护范围内，并且构成不同的实施例。例如，在权利要求中，可以通过任何组合形式使用任何要求的实施例。

在本文中提供的说明书中，阐述的许多具体的细节。然而，理解的是，可以实施无这些具体细节的本发明的实施例。在其他实例中，为了不模糊对本发明的理解，并未详细示出众所周知的方法、结构、和技术。尽管已经参考具体实例描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，可以通过许多其他形式体现本发明。

Claims (17)

1.一种咖啡制作装置，包含：

用于传送液体流的振动泵或位移泵；

功率调节模块，其控制施加到所述泵的电功率，用于调整泵输出的输出压力，所述功率调节模块在交流电功率周期的阶段期间调整供应到所述泵的交流电功率；其中相位控制允许仅交流电流周期的部分被供应到所述泵，用于调整所述泵输出的输出压力；

用户接口，其耦合到所述功率调节模块，用于剂量产生周期的功率分析的用户配置，所述功率分析指示在剂量产生周期期间传送到所述泵的电功率；

其中所述功率调节模块根据所述用户配置的功率分析控制所述泵输出。

2.根据权利要求1所述的咖啡制作装置，其中所述功率调节模块使用交流电流电源的相位控制，以允许仅交流电流周期的部分被耦合至所述泵，从而控制所述泵输出的输出压力。

3.根据权利要求2所述的咖啡制作装置，其中控制所述泵输出压力进一步在剂量产生周期期间允许压力分析。

4.根据权利要求3所述的咖啡制作装置，其中所述压力分析是以表示传送给对应泵的电功率的功率对时间为形式的分析。

5.根据权利要求3所述的咖啡制作装置，其中所述压力分析是以表示提供给对应泵的电功率的功率对剂量流为形式的分析。

6.根据权利要求1所述的咖啡制作装置，其中所述功率调节模块控制所述泵输出从而以预定的预先注入压力提供预先注入液体剂量；所述预先注入压力小于所述泵输出的标称输出压力。

7.根据权利要求1所述的咖啡制作装置，其中所述用户接口接收用户输入功率分析，所述用户输入功率分析指示泵输出压力作为所述剂量产生周期的时间的函数；其中所述功率调节模块根据所述用户配置的功率分析控制所述泵输出。

8.根据权利要求1所述的咖啡制作装置，其中所述用户接口接收用户输入功率分析，所述用户输入功率分析指示泵输出压力作为在所述剂量产生周期传送的剂量的函数；其中所述功率调节模块根据所述用户配置的功率分析控制所述泵输出。

9.一种咖啡制作装置，所述装置提供预先注入，所述装置包括：

用于从液体源传送液体流的振动泵；

功率调节模块，其在交流电功率周期的阶段期间调整供应到所述泵的交流电功率；其中相位控制允许仅交流电流周期的部分被供应到所述泵，用于调整泵输出的输出压力；

用户接口，其耦合到所述功率调节模块，用于配置包括预先注入阶段和提取阶段的剂量产生周期；

其中所述功率调节模块使用所述泵输出以预定的预先注入压力提供预先注入液体剂量；其中所述预先注入压力小于所述泵产生的最大压力；

其中所述功率调节模块使用所述泵输出在所述预先注入液体剂量之后提供提取液体剂量；所述提取液体剂量以大于所述预定的预先注入压力的预定压力提供。

10.根据权利要求9所述的咖啡制作装置，其中预先注入压力小于所述泵输出的标称输出压力。

11.根据权利要求9所述的咖啡制作装置，其中预先注入压力在1至5巴的范围内。

12.根据权利要求9所述的咖啡制作装置，其中所述预先注入泵输出压力通过所述用户接口由用户限定。

13.根据权利要求9所述的咖啡制作装置，其中调整所述泵输出压力进一步允许在所述剂量产生周期期间进行压力分析。

14.根据权利要求12所述的咖啡制作装置，其中所述泵输出压力分析包括多个压力水平，每个压力水平针对基于时间的对应持续时间。

15.根据权利要求12所述的咖啡制作装置，其中所述泵输出压力分析包括多个压力水平，每个压力水平针对基于测量的剂量流体积的对应持续时间。

16.根据权利要求12所述的咖啡制作装置，其中所述泵输出压力分析通过所述用户接口由用户限定。

17.根据权利要求12所述的咖啡制作装置，其中所述咖啡制作装置提供具有调节的压力和体积的剂量流。