CN103140720B - 用于消费类产品中的液体的精确温度控制的系统 - Google Patents

用于消费类产品中的液体的精确温度控制的系统 Download PDF

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Abstract

一种允许比现有技术的加热液体的消费类产品，诸如但不限于，咖啡壶、茶壶、电热水壶和咖啡机，更精确和准确地控制温度的系统。这种系统的一个特征可包括参考已知的温度点校准系统的能力。这种系统的另一个特征可允许减小水加热的速率来允许以逐渐的方式使水的温度接近目标温度。

Description

用于消费类产品中的液体的精确温度控制的系统
技术领域
本发明涉及用于精确和准确地控制消费类产品中的液体的温度的系统。
背景技术
在消费类产品中，在许多不同的环境中需要诸如水的液体的精确和准确的温度控制。例如，在煮咖啡或茶时，水温起着至关重要的作用。在这种情况下，不同温度的水从咖啡或茶中提取不同的口味、细微之处和特点。在煮的过程中所使用的水温的细微变化可导致最终产物的风味感受的显著差异。消费者可能喜欢由一个水温产生的风味感受胜过由第二种水温产生的风味感受。
更一般地，当从含有多种化合物的基质中执行任何基于液体的提取时，改变液体的温度将改变一种或多种所提取的化合物在最终的提取产物中的百分比。因此，对在提取过程中使用的液体的温度进行精确和准确的控制是有利的。
目前大量生产的消费类产品，如咖啡壶、茶壶、电热水壶等具有相对较差的温度控制。诸如热探针、热敏电阻器和类似的测量器件的部件的差异和在此类产品的设计中缺乏对准确和精确的温度控制的注意导致显著的温度变化。例如，据认为吹嘘其煮水温度为与其竞争者的产品相区别的一个特征的领先的消费咖啡壶之一产生可能在目标温度之上或之下多达5°F的水，导致总的变化可达10°F。据认为，领先的消费电热水壶之一，其允许用户选择目标温度，产生可能在目标温度之上或之下多达6°F的水，导致总的温度变化多达12°F。
因此，在消费类产品中加热液体时，仍然需要允许更精确和准确的温度控制的系统。
发明内容
本发明提供了在消费类产品中加热液体时，允许比现有技术更精确和准确地控制温度的系统。该系统可以用于产生在产品被提供给消费者之前为该产品选择和设定的目标温度的液体或该系统可用于产生由消费者选择的目标温度的液体。
本发明提供了一种用于改善水加热消费电器的精确和准确的温度控制的系统，该系统包括：用于保持液体的贮液器；被定位以加热所述液体的至少一个加热元件；至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器被定位以感测所述液体的温度，并产生表示感测到的温度的信号；至少一个控制部件；所述至少一个控制部件连接到所述至少一个温度传感器以接收所述信号；向所述至少一个控制部件指示所述信号表示参考信号的装置；以及所述至少一个控制部件能够将来自所述至少一个温度传感器的未来信号与所述参考信号进行比较。
其中，所述参考信号可以是所述液体的沸点。
其中，向所述至少一个控制部件指示所述信号表示参考信号的所述装置可包括必须由所述系统的用户启动的手动输入部。
其中，向所述至少一个控制部件指示所述信号表示参考信号的所述装置可包括用于自动检测所述液体处于沸腾的装置。
本发明还提供了一种用于改善水加热消费电器的精确和准确的温度控制的系统，该系统包括：用于保持液体的贮液器；被定位以加热所述液体的至少一个加热元件；至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器被定位以感测所述液体的温度，并产生表示感测到的温度的信号；至少一个控制部件；所述至少一个控制部件连接到所述至少一个温度传感器以接收所述信号；所述至少一个控制部件连接到所述至少一个加热元件以控制所述至少一个加热元件加热液体的速率；以及，当所述信号接近指示预定温度的预定水平时，所述至少一个控制部件与所述至少一个加热元件交互以减小液体被加热的速率。
其中所述至少一个控制部件可通过减少供给到所述至少一个加热元件的电力来减小所述至少一个加热元件加热液体的速率。
其中所述至少一个控制部件可通过使供给到所述至少一个加热元件的电力循环开启和关闭来减小所述至少一个加热元件加热液体的速率。
本发明还提供了一种用于改善水加热消费电器的精确和准确的温度控制的系统，该系统包括：用于保持液体的贮液器；被定位以加热所述液体的至少一个加热元件；至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器被定位以感测所述液体的温度，并产生表示感测到的温度的信号；至少一个控制部件；所述至少一个控制部件连接到所述至少一个温度传感器以接收所述信号；向所述至少一个控制部件指示所述信号表示参考信号的装置；所述至少一个控制部件能够将来自所述至少一个温度传感器的未来信号与所述参考信号进行比较；所述至少一个控制部件连接到所述至少一个加热元件以控制所述至少一个加热元件加热液体的速率；以及当所述信号接近指示预定温度的预定水平时，所述至少一个控制部件与所述至少一个加热元件交互以减小液体被加热的速率。
其中，所述参考信号可以是所述液体的沸点。
其中，向所述至少一个控制部件指示所述信号表示参考信号的装置可包括必须由所述系统的用户启动的手动输入部。
其中，向所述至少一个控制部件指示所述信号表示参考信号的装置可包括用于自动检测所述液体处于沸腾的装置。
其中所述至少一个控制部件可通过减少供给到所述至少一个加热元件的电力来减小所述至少一个加热元件加热液体的速率。
其中所述至少一个控制部件可通过使供给到所述至少一个加热元件的电力循环开启和关闭来减小所述至少一个加热元件加热液体的速率。
其中所述消费电器可包括咖啡壶。
其中所述消费电器可包括茶壶。
其中所述消费电器可包括电热水壶。
其中所述消费电器可包括咖啡机。
该系统可被实现在任何消费产品中，所述消费产品具有容纳水或其它液体的部件，用于加热液体的部件，用于确定液体温度的部件，用于响应于输入来控制加热部件的部件。实施该系统可能会证明是有益的产品类型有，没有意图限制本发明的范围，咖啡壶、茶壶、电热水壶和咖啡机。
用于加热液体的部件可以是本领域中已知的任何这种部件，诸如以直接接触的方式加热液体、间接加热或本领域中已知的任何其他加热方法的加热元件。用于控制加热部件的部件可以是本领域中已知的任何这样的部件，如硬件、软件、固件、前述项目中的一些或全部的组合，或本领域中已知的任何其他这样的部件。所述控制部件也可以是外部计算设备，如个人计算机、“智能手机”、平板计算设备、或任何其他合适的设备。如果控制部件是这样的外部计算设备，所述控制部件与系统的其他部件之间的通信可以通过本领域中已知的任何手段来完成，诸如通过通用串行总线端口的直接连接，或通过无线通信。用于确定液体温度的部件可以是本领域中已知的任何这样的部件，即发送表示感测到的温度的信号的部件。控制部件可操作地连接到所述加热部件和温度传感部件。包括上述部件的产品的例子包括但不限于，咖啡壶、茶壶和水壶。
该系统可包括校准特征。校准特征考虑消费产品必要的部件中固有的变化。校准特征包括，选择已知的温度，用足够量的液体填充产品，加热或冷却液体到所选择的温度和向控制部件指示温度已达到。然后，控制部件将参照校准温度确定未来的温度。校准特征可以执行一次或随着时间的推移在多个时刻执行。它可以在分销过程的任何环节诸如由工厂、批发商、零售商或消费者执行，或者它可以在分销过程的多个环节执行。在初始启动加热系统时，可自动执行校准特征。
校准特征的一个实施方式可涉及用水填充器具，将水加热直到它已煮沸一段指定的时间，然后向控制机构指示测得的温度是水的沸点。向控制机构的指示可以是手动输入，例如一个或多个开关、按钮、或本领域中已知的任何其他的手动输入，或者它可以是一个或多个自动传感器，诸如检测蒸汽、电阻值的传感器或任何其他本领域中已知的并能够确定水处于沸腾的自动传感器。校准特征可考虑由于环境气压或海拔高度的变化导致的水的沸腾温度的变化，或者它可能不会考虑这点。如果这样的话，这样的特征可以允许手动输入海拔高度或环境气压，或者，环境气压或海拔高度也可以通过本领域中已知的任何装置自动检测。
精确和准确的温度控制系统可包括“滑行”（glide in）特征。“滑行”特征最大限度地减少或防止加热液体超过目标温度。由于很少或没有控制加热液体的速率导致发生过度加热。“滑行”特征与温度传感部件、控制部件和加热部件组合工作。“滑行”特征的基本概念是当接近目标温度时，减慢加热液体的速率，以便温和地“滑行”到目标温度。可通过减少供给到加热元件的能量的量，使加热部件在工作到非工作状态之间循环，上述的一些组合或本领域中已知的用于减小液体的加热速率的任何其他装置来减慢液体的加热。对加热部件的这种控制由控制部件参照目标温度和来自温度感测部件的输入来执行。温度感测部件的监测可以是随着时间的推移持续不断的或间歇性的。调整加热液体的速率可以随着时间的推移是持续不断的、间歇性的、或基于液体达到一个或多个指定的温度。减小加热液体的速率时的温度在本文中被定义为“初始滑行温度”。刚好在液体达到目标温度之前，该加热元件被关闭的温度被定义为“最终滑行温度”。
通常优选的是尽可能长地保持加热元件在全功率运行以减少达到目标温度所需的总时间。然而，将被理解的是，除了供给到加热元件的功率的量之外，其他因素也将影响液体温度上升的速率。因此，初始和最终滑行温度可能会基于多种因素而有所不同。例如，这样的温度上升在较小量的液体比在较大量的液体中更快。因此，“滑行”特征可通过使用贮液器中的液体的量作为控制部件的一个附加输入并相应地修改初始和最终滑行温度来考虑这种不同的加热速率。控制部件的用于液体的量的输入通过小键盘或本领域中已知的任何其他手段来手动指定，或者它也可以通过液位传感器或本领域中已知的任何其他装置自动感测。此外，如果加热元件具有用于存储热量的较大容量而不是具有较小的容量，这样的温度上升将更大。加热元件的存储热量的容量，因此，在供给到加热元件的电力被减少或关闭后，加热元件持续加热的倾向，可考虑在控制部件的编程中或由本领域中已知的任何其他手段来考虑。控制元件可相应地调整最初和最终滑行温度。
附图说明
图1是示出本发明的校准特征的一个优选实施方式的操作的流程图。
图2是示出本发明的“滑行”特征的一个优选实施方式的操作的流程图。
具体实施方式
以下的描述仅涉及本发明的一个优选实施方式，并且不打算以任何方式限制本发明的范围。在一个优选实施方式中，该系统实现在咖啡壶中。在正常操作中，咖啡壶的适当部分被填充水和磨碎的咖啡，并且用户要么使用手动输入部启动煮过程或对咖啡壶编程以在指定的时间开始煮过程。控制模块包括一个或多个可编程的微控制器或本领域中已知的具有适当编程功能的类似设备。咖啡壶允许用户指定煮水的目标温度，并包括校准和“滑行”特征，这允许咖啡壶比现有技术在更精确和准确的温度范围内产生开水。
校准特征由用户将贮水器填充适量的水并将指示将要执行校准周期的手动输入部提供给控制部件。期望的是，指示校准周期的输入由用户不可能意外执行的行为产生。例如，用户可以同时按压两个按钮或在小键盘上输入产生相关信号的特定代码。校准周期开始后，控制单元使所述加热部件来尽可能快地将水加热。一旦水已经达到了完全沸腾，用户给出产生指示水完全沸腾的信号的第二个手动输入到控制部件。另外，咖啡壶可以设置有可自动检测水在完全沸腾状态的传感器。然后，控制部件记录或以其他方式指出，从温度感测部件接收的当前信号对应于水的沸点，并校准本身以参照所记录的信号比较所有未来的信号。优选地，控制部件然后使水从贮水器通过保持咖啡粉的篮筐转移到用于保持煮好的咖啡的玻璃瓶或其他容器。系统的这种“冲洗”可以协助初始和随后清洗通过咖啡壶的水路。
“滑行”特征由控制部件监视来自温度感测部件的信号，将该信号与在校准周期期间建立的参考信号和由用户输入的目标温度比较来实现。一旦当前水温达到初始滑翔温度，控制部件减少供给到加热部件的电力。由控制部件参照贮水器中的水量和用于保持热量的加热元件的容量来确定初始滑行温度。当目标温度接近时，这一过程可重复多次或它可能连续地或近乎连续地降低功率。在一个优选实施方式中，供给到加热元件的功率在加热水的过程中在1400瓦和400瓦之间变化。
一旦水温达到最终滑行温度，加热元件的电力完全关闭，使水“滑行”到目标温度。最终滑行温度由控制部件参照贮水器中的水量和用于保持热的加热元件的容量确定。一旦水达到目标温度，水被释放到篮子中的咖啡粉上并排入水瓶。在从贮水器转移到篮子期间，贮水器中剩余的水的温度被监测且“滑行”过程可以重复多次以将该剩余的水保持在目标温度。将水保持在目标温度，可能会涉及连续或接近连续减小电力，直到所有的水已被分配。

Claims (10)

1.一种用于改善水加热消费电器的精确和准确的温度控制的系统，包括：
用于保持液体的贮液器；
被定位以加热所述液体的至少一个加热元件；
至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器被定位以感测所述液体的温度，并产生表示感测到的温度的信号；
至少一个控制部件；
所述至少一个控制部件连接到所述至少一个温度传感器以接收表示感测到的温度的所述信号；
至少一个输入部件，用于用户输入目标液体温度；
所述至少一个控制部件连接到所述至少一个输入部件以接收所述目标液体温度；
向所述至少一个控制部件指示在校准周期期间从所述至少一个温度传感器接收的第一信号表示参考信号的装置，所述参考信号等于所述液体的经过校正的沸腾温度；及
所述至少一个控制部件能够参照所述参考信号校准自身以将来自所述至少一个温度传感器的未来信号与所述参考信号并与所述目标液体温度进行比较。
2.如权利要求1所述的系统，其中，向所述至少一个控制部件指示所述第一信号表示参考信号的所述装置包括必须由所述系统的用户启动的手动输入部。
3.如权利要求1所述的系统，其中，向所述至少一个控制部件指示所述第一信号表示参考信号的所述装置包括用于自动检测所述液体处于沸腾的装置。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个控制部件连接到所述至少一个加热元件以控制所述至少一个加热元件加热液体的速率；并且
当表示感测到的温度的所述信号接近所述目标液体温度时，所述至少一个控制部件与所述至少一个加热元件交互以减小液体被加热的速率。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述至少一个控制部件通过减少供给到所述至少一个加热元件的电力来减小所述至少一个加热元件加热液体的速率。
6.如权利要求4所述的系统，其中所述至少一个控制部件通过使供给到所述至少一个加热元件的电力循环开启和关闭来减小所述至少一个加热元件加热液体的速率。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述消费电器包括咖啡壶。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述消费电器包括茶壶。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述消费电器包括电热水壶。
10.如权利要求1所述的系统，其中所述消费电器包括咖啡机。
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