CN105147120A - 一种能够精确控制水温的饮品冲调机及其温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够精确控制水温的饮品冲调机，包括：冷热水混合装置，用于根据冷水和热水的温度将一定比例的所述冷水和热水混合，得到指定温度的冲调用水；控制装置，用于探测所述冷水和热水的温度，计算获得指定温度的冲调用水所需混合的冷水和热水的比例，并控制所述冷热水混合装置的作业。本发明还提供一种精确控制饮品冲调机的水温的方法。

Description

一种能够精确控制水温的饮品冲调机及其温度控制方法

技术领域

本发明涉及一种能够精确控制水温的饮品冲调机，尤其是涉及一种使用冷水和热水来调制一定温度的冲调用水的饮品冲调机。

背景技术

随着咖啡市场的不断发展，各类咖啡饮料的不断推出，市场上出现的半自动咖啡机、全自动咖啡机都在不断的更新换代。胶囊咖啡机作为一种操作更加简单、方便的咖啡冲调设备一直受到人们的喜爱。胶囊咖啡机工作原理是把胶囊杯放入胶囊机仓内，随后关闭手柄，仓内上下两个管状针口同时刺穿胶囊，随之高气压的热水注入胶囊内，就可以萃取以备新鲜的咖啡饮料了，相比用咖啡粉的半自动咖啡机，操作十分简便。在此基础上，还出现了能够冲调多种饮品的胶囊冲调机。

不论是传统的只能冲调咖啡的冲调机还是能够冲调多种饮品胶囊的冲调机，能否获得温度精确的冲调水与饮品的冲调效果都有非常大的关系。现有的冲调机多采用即热式的加热方式，常温水流经一段加热管被加热到一定温度，然后被用于冲调。由于水流经加热管的时间较短，加热管的加热功率难以精确控制，导致冲调用水的水温与需要的水温差距很大。同时，如果冲调不同饮品时需要不同水温的水，则通过调节加热功率来获得需要的水温的方法会更加不准确。冲调机还可能会用到冷水，现有的冷水的获得方法与热水类似，也是经制冷后直接用于冲调，同样存在温度不精确的问题。因此，急需一种能够快速精确地获得一定温度的冲调用水的饮品冲调机。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供一种能够精确控制水温的饮品冲调机，包括：冷热水混合装置，用于根据冷水和热水的温度将一定比例的所述冷水和热水混合，得到指定温度的冲调用水；控制装置，用于探测所述冷水和热水的温度，计算获得指定温度的冲调用水所需混合的冷水和热水的比例，并控制所述冷热水混合装置的作业。

优选地，所述控制装置包括温度传感器，用于探测所述冷水和热水的温度；所述冷热水混合装置包括流量控制器，用于使一定比例的冷水和热水流过并混合成冲调用水。

优选地，还包括冷水仓或热水仓中的至少一个；所述冷水仓或热水仓用于存储一定的恒定温度的冷水或热水。

优选地，所述热水仓中的水温为在95-98摄氏度之间的一个定值；所述冷水仓中的水温为在4-7摄氏度之间的一个定值。

优选地，包括冷水仓和热水仓；所述温度传感器用于探测所述冷水仓和热水仓的出水温度；所述流量控制器为设置在冷水仓出水口的冷水阀门和设置在热水仓出水口的热水阀门，通过控制所述冷水阀门和热水阀门的打开程度控制水的流量，使一定比例的冷水和热水流过并混合成冲调用水。

优选地，包括冷水仓和能够即时加热水的加热装置；所述温度传感器用于探测所述冷水仓和加热装置的出水温度；所述流量控制器为设置在冷水仓出水口的冷水阀门和设置在加热装置出水口的热水阀门，通过控制所述冷水阀门和热水阀门的打开程度控制水的流量，使一定比例的冷水和热水流过并混合成冲调用水。

优选地，还包括缓冲水仓；当所述加热装置加热的水温不恒定时，加热后的水存储在所述缓冲水仓；当所述加热装置加热的水温恒定时，加热后的水直接用于混合冲调用水。

优选地，还包括水煮沸装置，用于将水煮沸。

优选地，还包括混水热交换装置；所述混水热交换装置主体为圆形，入水口设置在圆形的切线方向，出水口设置在圆心处并向与圆形所在的平面相交的方向延伸。

本发明的另一方面提供一种精确控制饮品冲调机的水温的方法，包括：冷热水获取步骤，分别制备冷水和热水，并探测所述冷水和热水的温度；混合比例计算步骤，计算获得指定温度的冲调用水所需混合的冷水和热水的比例；冷热水混合步骤，根据所述混合比例计算步骤计算的比例将所述冷水和热水混合，得到指定温度的冲调用水。

优选地，在所述冷热水获取步骤中使用温度传感器探测所述冷水和热水的温度；在所述冷热水混合步骤使用流量控制器使一定比例的冷水和热水流过并混合成冲调用水。

优选地，在所述冷热水获取步骤中，使用冷水仓或热水仓中的至少一个存储一定的恒定温度的冷水或热水。

优选地，在所述冷热水获取步骤中，所述热水仓中的水温为在95-98摄氏度之间的一个定值，所述冷水仓中的水温为在4-7摄氏度之间的一个定值。

优选地，在所述冷热水获取步骤中，分别使用冷水仓和热水仓存储冷水和热水，使用温度传感器探测所述冷水仓和热水仓的出水温度；在所述冷热水混合步骤中，使用设置在冷水仓出水口的冷水阀门和设置在热水仓出水口的热水阀门作为所述流量控制器，通过控制所述冷水阀门和热水阀门的打开程度控制水的流量，使一定比例的冷水和热水流过并混合成冲调用水。

优选地，在所述冷热水获取步骤中，使用冷水仓存储冷水并使用能够即时加热水的加热装置获得热水，用温度传感器探测所述冷水仓和加热装置的出水温度；在所述冷热水混合步骤中，使用设置在冷水仓出水口的冷水阀门和设置在加热装置出水口的热水阀门作为所述流量控制器，通过控制所述冷水阀门和热水阀门的打开程度控制水的流量，使一定比例的冷水和热水流过并混合成冲调用水。

优选地，在所述冷热水获取步骤中，设置缓冲水仓；当所述加热装置加热的水温不恒定时，将加热后的水存储在所述缓冲水仓；当所述加热装置加热的水温恒定时，将加热后的水直接用于混合冲调用水。

优选地，在所述冷热水获取步骤中，还使用水煮沸装置将水煮沸。

优选地，在所述冷热水混合步骤中，使用混水热交换装置暂存混合后的冲调水使其进行热量交换；所述混水热交换装置主体为圆形，入水口设置在圆形的切线方向，出水口设置在圆心处并向与圆形所在的平面相交的方向延伸。

本发明通过将冷热水按比例进行混合可以得到温度精确的冲调用水，而传统的饮品冲调机由于加热装置性能的限制无法实现出水温度恒定。由于冲调用水是用冷热水调配而成，其出水温度可以是介于冷水温度和热水温度之间的任何温度，能够满足各种饮品的冲调需求。至少设置冷水仓或热水仓其中之一，使得冷热水中至少有一种保持恒温，降低了调制装置的工作难度。设置煮沸装置，使得冲调机能够应用于各种水源，保证饮水安全。设置混水热交换装置，使得对调制装置的实时调控的要求降低，调制装置可以只保证一个时段的冷热水比例即可，而不必使每一时刻的冷热水比例均达到要求。同时，在混水热交换装置中还可以对出水温度作进一步的补偿，保证温度精确。

附图说明

图1为本发明第一实施方式的饮品冲调机的水路结构示意图；

图2为本发明第二实施方式的饮品冲调机的水路结构示意图；

图3为本发明第三实施方式的饮品冲调机的水路结构示意图；

图4为本发明第四实施方式的饮品冲调机的水路结构示意图；

图5为本发明涉及的混水热交换器的一例的结构示意图。

具体实施方式

下面根据附图所示实施方式阐述本发明。此次公开的实施方式可以认为在所有方面均为例示，不具限制性。本发明的范围不受以下实施方式的说明所限，仅由权利要求书的范围所示，而且包括与权利要求范围具有同样意思及权利要求范围内的所有变形。

本发明的饮品冲调机中包括分别制备冷水和热水的装置，通过检测冷热水的温度计算达到需要的冲调温度的冷热水比例，按比例混合冷热水获得冲调用水。优选地，至少设置用于储存恒温冷水的冷水仓和用于储存恒温热水的热水仓中的一个。

下面结合实施例具体阐述本发明所涉及的胶囊冲调机及其工作过程。

实施例1

图1为本发明实施例1的饮品冲调机的水路结构示意图。饮品冲调机包括加热锅炉1、热水仓2、制冷装置3、冷水仓4、温度调制装置5和出水口6。各装置之间的协调由未图示的中央控制装置进行控制。饮品冲调机具有一个储水箱，储水箱的出水口连接水泵，水泵将储水箱中的水泵入加热锅炉1进行加热。加热锅炉1用于将水煮沸送入后续单元，优选地，加热锅炉1将水加热至100摄氏度，以保证能够完全杀菌，降低对水源质量的要求。对于加热锅炉1的性能没有特殊要求，可以选择常规的具有电加热丝等加热部件的电锅炉及其他已有的加热装置。热水仓2用于储存加热锅炉1加热后的水，并在需要时供应给温度调制装置5。热水仓2能够将其中储存的热水保持一个固定的温度，优选地，热水仓2中热水的温度保持在95-98摄氏度之间的一个定值。制冷装置3用于对加热锅炉1加热后的水进行冷却，并将冷却后的水储存在冷水仓4中。制冷装置3可以采用半导体制冷方式或其他制冷方式。与热水仓2类似，冷水仓4能够将其中储存的冷水保持在一个固定的温度，优选地，冷水仓4中冷水的温度保持在4-7摄氏度之间的一个定值。热水仓2和冷水仓4可以用现有的技术手段实现温度恒定，其中的温度传感器连接中央控制装置。优选地，热水仓2和冷水仓4中都具有连接中央控制装置的水位探测装置，用于保证仓中存有足够的用于冲调的水。温度调制装置5连接热水仓2和冷水仓4，根据需要的冲调水水温从热水仓2和冷水仓4中获取一定量的水进行混合，从而获得温度精确的冲调用水。

具体地，温度调制装置5进一步包括连接热水仓2和出水口6的热水阀门51、连接冷水仓4和出水口6的冷水阀门52以及连接上述阀门的控制器53。热水阀门51和冷水阀门52均为可以调节通过阀门的水流量的可调电阀门；控制器53能够接受用户对冲调水温的指令，并根据热水仓2和冷水仓4中的水温计算调制指令的水温所需的冷热水的比例，按照计算的比例控制热水阀门51和冷水阀门52的打开程度，从而控制冷热水的水量，使冷热水在出水口6处混合成为所需温度的水。在实际使用当中，由于热水仓2和冷水仓4中的水位不同以及可能的上游水路的压力变化的影响，从热水仓2和冷水仓4流向出水口6的水流压力和流速可能有所不同，使得按照热水阀门51和冷水阀门52的打开程度来计算冷热水的量的方法不够精确。因此，优选地，热水阀门51和冷水阀门52采用具有测量流速或流量的功能的阀门，或者在热水阀门51和冷水阀门52的上游设置流速计或流量计，与阀门配合使用，以保证在出水口6处混合的冷水和热水的比例严格符合所需的比例，也就可以相应地保证出水温度的精确程度。

以下具体说明本实施例的饮品冲调机的工作流程。用户接通电源，开启饮品冲调机，自检完成后进入工作状态。未图示的冲调机的中央控制装置控制水泵工作，将储水箱中的常温的水泵入加热锅炉1。加热锅炉1对水进行加热，加热后的水分别送入热水仓2以及经制冷装置3送入冷水仓4。优选地，加热锅炉1与热水仓2和制冷装置3之间有一个连接中央控制装置的三通电阀门11，能够控制从加热锅炉1进入热水仓2和制冷装置3的水量。当中央控制装置通过设置在热水仓2中的温度传感器判断水温高于设定温度时，三通阀门11阻止加热锅炉1加热的水进入热水仓2，热水仓2中的水通过自然冷却达到设定的热水温度。热水仓2中可以具有保温结构，以防止其中的水温降低；还可以有加热装置，并在水温降低到设定温度之下时对水进行加热。制冷装置3在加热锅炉1中的水进入冷水仓4之前将其冷却到设定温度，储存在冷水仓4中。冷水仓4对水进行保温，使其保持在设定的冷水温度。此时，饮品冲调机完成准备工作，可以开始进行冲调。冲调时，用户设定的冲调参数中的水温参数被温度调制装置5的控制器53接收，控制器53中预存有热水仓2和冷水仓4中的水温值，并据此计算要调制用户设定的冲调水温需要的冷水和热水的体积比，控制器53按照此比例控制热水阀门51和冷水阀门52的打开程度和打开时间，从而使所需比例的冷热水混合，得到用户设定的冲调水温的水。这样，能够调制出从热水温度到冷水温度这一范围内的任意温度的冲调水。

实施例2

在实施例1中，热水仓2和冷水仓4中的水温保持恒定，这样需要在热水仓2和冷水仓4中设置保温装置和制冷、制热装置，使得机构复杂，提高了成本。

本实施例在实施例1的基础上取消了热水仓2，加热锅炉1加热后的热水直接与冷水仓4中的冷水混合调制成冲调用水。图2为本发明实施例2的饮品冲调机的水路结构示意图。饮品冲调机包括加热锅炉1、制冷装置3、冷水仓4、温度调制装置5和出水口6。与实施例1不同的是，加热锅炉1通过热水阀门51直接连接出水口6，热水阀门51之前设置有与温度调制装置5连接的温度传感器54。其他部分的结构与实施例1相同，在此不再赘述。

本实施例的冲调机的冲调工作流程与实施例1相比存在以下区别：由于取消了热水仓2，在开机后的准备阶段，没有储存热水的操作，加热锅炉1、制冷装置3和冷水仓4进行工作，在冷水仓4储存恒温的冷水。在冲调时，加热锅炉1工作，向温度调制装置5供应热水。由于一般使用的加热锅炉直接出水的温度不够稳定，在本例中，温度调制装置5根据温度传感器54检测的加热锅炉1直接出水的温度实时调整热水阀门51和冷水阀门52的打开程度和打开时间，从而获得精确的出水温度。

实施例3

在实施例2中，温度调制装置5根据温度传感器54检测的加热锅炉1直接出水的温度实时调整热水阀门51和冷水阀门52的状态，这对温度传感器54和阀门的性能以及控制器53的处理能力要求都比较高。

通常使用的加热锅炉的出水温度存在前期变化比较剧烈，后期相对稳定的特点。图3为本发明实施例3的饮品冲调机的水路结构示意图。在本例中，温度传感器设置在加热锅炉出水口的位置，并在此处增加一个缓冲水仓7。冲调机开机时与实施例2相同，只储存冷水，不储存热水。在冲调时，锅炉出水经温度传感器测定每一定时间（例如0.1秒）的温度变化超过预设值则被认为水温不恒定，此时将水存在缓冲水仓7中，待温度传感器检测到一定时间内水温恒定，则将锅炉出水用于调制冲调水。缓冲水仓7没有保温装置，其中存储的水自然冷却，并可以经制冷装置3冷却后送入冷水仓4。

实施例4

图4为本发明实施例4的饮品冲调机的水路结构示意图。在本例中，将冷水仓和热水仓全部省略，由加热锅炉1、制冷装置3分别即时制备冷水和热水，制得的冷热水直接用于调制冲调用水。在实施例1-3中，水都是经加热锅炉煮沸后再用于制备热水或冷水，这样可以保证冲调用水符合饮用标准，但不限于此，当使用优质水源时，可以不进行煮沸以降低能耗，也可以精简不必要的结构。在本例中，不对水源进行煮沸处理。

开始冲调时，水箱里的水由三通电阀门11控制进入加热锅炉1和制冷装置3，并分别进行制热和制冷，温度传感器54和55分别设置在热水阀门51和冷水阀门52之前，检测冷热水的温度。控制器53根据检测的冷热水温度控制热水阀门51和冷水阀门52的打开程度调制冲调用水。在出水口6之前还可以设置温度传感器56用于检测冲调用水的温度。如果冲调用水的温度不准确，控制器53相应地调整热水阀门51和冷水阀门52，获得精确的水温。

在实施例2和3中，热水阀门51和冷水阀门52的打开程度是实时调节的，但能够实时调节打开程度的阀门成本相对较高。在本例中，由控制器53根据传感器获得的水温变化计算如何对水温进行补偿，并每隔一定时间（例如每隔0.5秒）调整热水阀门51和冷水阀门52的打开程度。优选地，在出水口之前设置一个混水热交换器，混水热交换器可以存储至少相当于上述一定时间内（例如每0.5秒内）的冲调水量，其结构能够使之前进入混水器的水与之后进入混水器的水混合并交换热量，以获得一致的水温。图5是混水热交换器的一例的示意图。其主体为扁平的圆形，入水口71设置在圆形的切线方向，出水口72设置在圆心处并向与圆形所在的平面相交的方向延伸。如此，水从切线方向进入混水器后呈环形流动，之前进入的水与之后进入的水混合交换热量，圆心部位的充分混合的水通过出水口72向圆形所在的平面以外流出。为了充分热交换，混水热交换器中还可以设置对水流进行扰动的结构。设置混水热交换器后，对水温调制的容错能力大大提高，能够在温度调制装置5完成水温调制后再对水温进行补偿。例如，混水热交换器中出口处也可以设置温度传感器，当出水温度未达到要求时，可以反馈到温度调制装置5，使温度调制装置5调整向混水热交换器中输入的水温，对混水热交换器中的水温进行补偿。

在本实施方式中，由制冷装置3制备冷水注入冷水仓4，但不限于此，也可以将冷水仓4与制冷装置设置为一体。例如，当使用优质水源时，不需要对水进行加热，当冷水仓中水温偏低时，关闭制冷装置，并将一定量常温水注入冷水仓，使冷水仓中的温度达到预设温度。

在本实施方式中，优选地，将热水仓2和冷水仓4设置在比出水口6高的位置，这样冷热水可以靠重力流出，不需要再额外设置水泵等加压机构。

在本实施方式中，冷水温度保持不变，通过调整热水的温度、流量等来获得合适的水温，但不限于此，也可以使热水温度保持不变，通过调整冷水的温度、流量等来获得合适的水温。

在本实施方式中，使用热水阀门51和冷水阀门52来分别控制冷热水的流量，但不限于此，也可以用能够实现同样功能的一个三通阀或者其他类似的装置。

Claims (18)

1.一种能够精确控制水温的饮品冲调机，包括：

冷热水混合装置，用于根据冷水和热水的温度将一定比例的所述冷水和热水混合，得到指定温度的冲调用水；

控制装置，用于探测所述冷水和热水的温度，计算获得指定温度的冲调用水所需混合的冷水和热水的比例，并控制所述冷热水混合装置的作业。

2.根据权利要求1所述的饮品冲调机，其特征在于：

所述控制装置包括温度传感器，用于探测所述冷水和热水的温度；

所述冷热水混合装置包括流量控制器，用于使一定比例的冷水和热水流过并混合成冲调用水。

3.根据权利要求2所述的饮品冲调机，其特征在于：

还包括冷水仓或热水仓中的至少一个；

所述冷水仓或热水仓用于存储一定的恒定温度的冷水或热水。

4.根据权利要求3所述的饮品冲调机，其特征在于：

所述热水仓中的水温为在95-98摄氏度之间的一个定值；

所述冷水仓中的水温为在4-7摄氏度之间的一个定值。

5.根据权利要求3所述的饮品冲调机，其特征在于：

包括冷水仓和热水仓；

所述温度传感器用于探测所述冷水仓和热水仓的出水温度；

所述流量控制器为设置在冷水仓出水口的冷水阀门和设置在热水仓出水口的热水阀门，通过控制所述冷水阀门和热水阀门的打开程度控制水的流量，使一定比例的冷水和热水流过并混合成冲调用水。

6.根据权利要求3所述的饮品冲调机，其特征在于：

包括冷水仓和能够即时加热水的加热装置；

所述温度传感器用于探测所述冷水仓和加热装置的出水温度；

所述流量控制器为设置在冷水仓出水口的冷水阀门和设置在加热装置出水口的热水阀门，通过控制所述冷水阀门和热水阀门的打开程度控制水的流量，使一定比例的冷水和热水流过并混合成冲调用水。

7.根据权利要求6所述的饮品冲调机，其特征在于：

还包括缓冲水仓；

当所述加热装置加热的水温不恒定时，加热后的水存储在所述缓冲水仓；当所述加热装置加热的水温恒定时，加热后的水直接用于混合冲调用水。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的饮品冲调机，其特征在于：

还包括水煮沸装置，用于将水煮沸。

9.根据权利要求1～7中任一项所述的饮品冲调机，其特征在于：

还包括混水热交换装置；

所述混水热交换装置主体为圆形，入水口设置在圆形的切线方向，出水口设置在圆心处并向与圆形所在的平面相交的方向延伸。

10.一种精确控制饮品冲调机的水温的方法，包括：

冷热水获取步骤，分别制备冷水和热水，并探测所述冷水和热水的温度；

混合比例计算步骤，计算获得指定温度的冲调用水所需混合的冷水和热水的比例；

冷热水混合步骤，根据所述混合比例计算步骤计算的比例将所述冷水和热水混合，得到指定温度的冲调用水。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：

在所述冷热水获取步骤中使用温度传感器探测所述冷水和热水的温度；

在所述冷热水混合步骤使用流量控制器使一定比例的冷水和热水流过并混合成冲调用水。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：

在所述冷热水获取步骤中，使用冷水仓或热水仓中的至少一个存储一定的恒定温度的冷水或热水。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：

在所述冷热水获取步骤中，所述热水仓中的水温为在95-98摄氏度之间的一个定值，所述冷水仓中的水温为在4-7摄氏度之间的一个定值。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：

在所述冷热水获取步骤中，分别使用冷水仓和热水仓存储冷水和热水，使用温度传感器探测所述冷水仓和热水仓的出水温度；

在所述冷热水混合步骤中，使用设置在冷水仓出水口的冷水阀门和设置在热水仓出水口的热水阀门作为所述流量控制器，通过控制所述冷水阀门和热水阀门的打开程度控制水的流量，使一定比例的冷水和热水流过并混合成冲调用水。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：

在所述冷热水获取步骤中，使用冷水仓存储冷水并使用能够即时加热水的加热装置获得热水，用温度传感器探测所述冷水仓和加热装置的出水温度；

在所述冷热水混合步骤中，使用设置在冷水仓出水口的冷水阀门和设置在加热装置出水口的热水阀门作为所述流量控制器，通过控制所述冷水阀门和热水阀门的打开程度控制水的流量，使一定比例的冷水和热水流过并混合成冲调用水。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：

在所述冷热水获取步骤中，设置缓冲水仓；

当所述加热装置加热的水温不恒定时，将加热后的水存储在所述缓冲水仓；当所述加热装置加热的水温恒定时，将加热后的水直接用于混合冲调用水。

17.根据权利要求10～16中任一项所述的方法，其特征在于：

在所述冷热水获取步骤中，还使用水煮沸装置将水煮沸。

18.根据权利要求10～16中任一项所述的方法，其特征在于：

在所述冷热水混合步骤中，使用混水热交换装置暂存混合后的冲调水使其进行热量交换；

所述混水热交换装置主体为圆形，入水口设置在圆形的切线方向，出水口设置在圆心处并向与圆形所在的平面相交的方向延伸。