CN105263370A - 需要最小能量的用于制备饮料的机器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于制备饮料，特别是芳香饮料例如浓缩咖啡、茶和类似饮料的机器(1)，其具有最小能量需要。为此目的，机器(1)具有能量管理装置，其可以运行目标函数类型的控制程序，该程序旨在至少使每个饮料提取周期中使用的总能量最小化。特别地，根据本发明的机器(1)使自动模式制备多种浓缩咖啡成为可能，也就是说，利用至少一个内部能源(3)，例如电池或类似物。本发明进一步公开了一种利用能量管理装置(5)操作用于制备饮料的机器(1)的方法，所述能量管理装置使机器的能源需要最优化，以便使所述至少一个内部能源(3)提供的服务容量最大化。

Description

需要最小能量的用于制备饮料的机器及其操作方法

技术领域

本发明涉及用于制备芳香饮料例如浓缩类型的咖啡、茶和类似饮料的机器领域，以及涉及通常以节能的方式且特别地以自动(即不连接外部能源)的模式操作这种机器。

本发明进一步公开了前述类型的机器的操作方法。

背景技术

通过向机器中提供的一组能源消耗设备供应电能来操作用于制备芳香饮料例如浓缩咖啡类型的咖啡的大部分机器。在浓缩类型的咖啡机的情况下，主要能源消耗设备是例如加压泵类型的流体加压装置，和例如锅炉或热阻类型的流体加热装置。各自的操作参数通常在高于8bar、经常高于12bar的压力范围内，并且流体加热温度在80℃至100℃的范围内。这些操作参数对应的额定功率值比较高，通常高于1000W。在该类型机器的情况下，特别地当具有能量储存装置用于低压下供应能量时，降低每个饮料制备周期的能量需求，特别是热需求尤其重要。

文献EP1460353B1公开了一种用于制备浓缩类型的咖啡的机器，其基于230V(AC)操作，并且当由电池供应能量时具有增加强度的变流器，以及共同具有电功率为460W直至760W的第一和第二水加热装置。该文献没有公开与加压装置有关的电功率。该文献提及用具有功率值低于500W的机器不可能制备多种浓缩类型的饮料。文献EP2471421也涉及两种加热装置的用途，以便确保7至10秒的饮料制备时间，在机器操作中该时间与配电网有关，所述加热装置各自具有1200W的功率值。特别地，这些文献没有提及使用内源的临时性能量储存有关的限制。

文献EP2177138A1公开了相同类型但具有电池类型的能量储存装置的机器，所述能量储存装置具有大于500W且大于电池充电功率的放电功率。

文献DE2010055849A1公开了一种调节饮料制备机器中制备热水的方法，其基于比较不同操作参数的测定值与之前存储表中记录的值来调节加压和加热。

现有技术中没有一篇文献公开具有足够能力且以连续方式高效(elevadaprontidao)的以至少六次、优选至少十二次饮料的相关量自动操作以制备例如浓缩类型的咖啡或类似饮料的机器。

发明内容

本发明的目标是提供一种由至少一种芳香可食用的物质，例如浓缩类型的咖啡、茶和类似物，制备饮料的机器，其包括通过热且加压的流体进行所述物质的提取周期，并且具有多个电能消耗设备，特别地包括流体加压装置和流体加热装置、用于连接至少一个外部能源(优选至少两外部能源)的装置，例如在两个不同区域的不同额定电压的两个固定电能配电网，包括任选地利用变压装置，并且被最优化以便使与每种饮料的制备有关的能量需求最小化。

根据权利要求1实现了这一目标。

特别地，根据本发明用于制备饮料的机器提供有能量管理装置，以便其可以通过目标函数类型的控制程序调节能源消耗设备的操作，所述能源消耗设备至少包括流体加压装置和流体加热装置，所述目标函数类型具有至少一个、优选地预先设定的目标。根据一个优选的实施方案，所述目标功能包括在每个饮料提取周期中使能量消耗最小化的目标。

根据另一个优选的实施方案，利用目标函数类型的控制程序调节至少是当由所述外部能源进行供能时进行的。

而且，本发明的一个相关目标是提供便携式饮料制备机器，并且具有至少暂时性由所述外部能源自动操作的可能性，换句话说，其没有连接到所述外部能源，特别地通过使用至少一个内部能源，例如电池或类似物，特别地以便仅基于所述内部能源连续制备给定最小量的饮料，比如浓缩类型的咖啡或类似物。

根据本发明利用机器实现了该目标，所述机器具有至少一个内部能源，并且至少当基于其操作时，特别地根据一组预先设定的操作参数，所述目标函数类型的控制程序包括使可以制备的饮料数量最大化的目标。这些操作参数包括在饮料提取周期中使用的流体的加压压力和加热温度。特别地，优选当所述目标函数类型的控制程序包括至少制备设定的、优选地预先定义的、最小数量的饮料的目标(包括以基本上连续的方式且基于所述内部能源的可利用能量和其他特性)。

因此，结果是仅使用内部能源提供的能量有可能提供制备至少八次、优选地至少十二次、特别优选地至少十八次饮料，每次具有20至50ml的体积，并且需要至少8bar的压力和80℃至100℃之间的温度，或者具有同等的能量需要的大量饮料，其中每次饮料的制备时间优选地为至多70秒，提取时间优选地为15-30秒。

在这个意义上，根据一个优选的实施方案，根据本发明的机器具有能量管理装置，该装置具有目标函数类型的控制程序，所述目标函数类型包括使每个饮料制备周期中供应给能源消耗设备、尤其是供应给流体加压装置和流体加热装置的能量总数最小化。而且，所述目标函数类型的控制程序包括基本上实时调节所述能源消耗设备的能量分布，以便最优化来自内部能源的能量释放和随后其再生时期。

根据另一个优选的实施方案，根据本发明的机器具有能量管理装置，提供以使其可以几乎实时鉴别和执行一组与所述目标函数类型的控制程序有关的行为，包括以脉冲方式进行。为此目的，提供所述能量管理装置以使其可以时刻操作上识别和/或表征来自外部和/或内部能源的能量可利用性，以便利用至少一个机器使用界面提供对其的指示，并决定向至少一些能源消耗设备的能量供应和各自的操作参数。

根据另一个优选的实施方案，提供所述能量管理装置以使其可以决定以至少部分连续的方式或以间隔方式向流体加压装置和流体加热装置进行能量供应，包括以离散脉冲方式供应，优选地基于一组预先设定的操作参数。

根据另一个优选的实施方案，提供所述能量管理装置以使其可以基本上实时改变至少所述流体加压装置和/或流体加热装置的操作参数，特别地以便降低每个饮料提取周期中的能量需要。

根据另一个优选的实施方案，根据本发明的饮料制备机器具有流体加压装置和流体加热装置，它们是相同的，并且进行提供以便以基本上类似的方式操作，与所述外部能源提供的电压值无关。为此目的，根据本发明的机器具有连接至少一个外部能源的装置，包括优选地利用变压装置，和提供电能消耗设备从而一直低压，优选地低于50V的值，优选地在24V至36V之间供应电能，优选直流电(DC)。

根据另一个优选的实施方案，所述内部能量源具有120Wh、优选地80Wh的最大额定储存容量，和至少5C、优选地至少10C的放电容量。

而且，机器具有低于5kg、优选地低于2.5kg的总重量，其中各个内部能源具有1.5kg的最大重量，优选0.8kg的最大重量。对于内部能源可以考虑的技术的实例包括锂聚合物(LiPo)电池、和磷酸铁锂(LiFePO₄)及其它类似物。

根据另一个优选的实施方案，根据本发明的机器至少暂时性具有设置在外部能源和所述能源消耗设备之间的变压装置，并具有最大800W、优选地最大500W的额定功率，并且当操作上连接时，所述变压装置提供在所述机器机箱的外部或内部，并且具有用于连接可移动类型或不可移动类型的机器的装置，其中所述变压装置优选地设置为宽输入范围(amplointervalodeentrada)装置。

本发明的另一个目的是提供一种方法，其能够最优化使用可利用的能源用于制备饮料，特别是由于使内部能源的使用最小化。

利用权利要求10的方法实现了这一目标。

特别地，利用如下方法实现，其中一旦由使用者开启机器，则设置在所述机器中的能量管理装置识别和/或表征来自至少一个能源的能量可利用性，并且一旦由使用者启动饮料制备周期，则根据目标函数类型的控制程序，所述能量管理装置测量和调节来自至少所述能源的能量供应，并且至少供应给所述能源消耗设备，所述目标函数类型包括使每个饮料提取周期中的能量消耗最小化，优选地作为操作参数的函数和/或自之前的饮料提取周期以来的各自变化的函数，和/或每个饮料提取周期中使用的至少一种能源中的可利用能量的函数。

根据一个优选的实施方案，所述能量管理装置以至少部分连续的方式或以间隔方式调节向至少所述流体加压装置和流体加热装置的能量供应，所述间隔方式包括以离散间隔的脉冲方式。特别地，能量供应的调节能够保持所述装置的操作，同时控制每刻需要的能量总数。

根据一个优选的实施方案，特别地在其中机器仅使用内部能源的饮料提取周期的情况下，所述能量管理装置测量和/或调节来自包括所述流体加压装置和流体加热装置的至少一个能源消耗设备的至少一个操作参数，包括其加热温度，包括以便使来自内部能源的能量释放率最小化，包括作为自之前的饮料提取周期以来流逝的时间的函数。

根据另一个优选的实施方案，所述能量管理装置调节流体加压装置的频率和/或流速，以便确保优选地预先设定的流体加热装置的流体温度下游介于80℃和100℃之间。

根据另一个优选的实施方案，利用控制器测定所述流体加热装置提供的加热功率，利用温度探针反馈，所述控制器包括比例积分微分类型(“PID控制器”)或类似的控制器，所述温度探针包括负温度系数类型(“NTC探针”)或类似的探针，其中加热温度的表征优选地考虑温度探针的延迟。当基于至少一些能源消耗设备中电流的张力和强度(tensoeseintensidades)的测量，以及流体加热装置中的加热温度的测量进行能量消耗的测量时是优选的。

在本说明书的范围内，“内部能源”应当理解为具有或不具有来自任何一个主要能源的最终能源产生电能的装置和/或相应的操作连接装置，包括能量储存和转化装置，例如电池和类似物，并且在用于制备饮料的机器没有连接固定电能配电网下，提供能量，特别是电能供应。

在本发明的范围中，认为内部能源相当于能够供应电能的任何能量形式的暂时存储或蓄积，特别是基于电化学和/或电磁能量转化过程操作的那些装置，例如电池和类似物，特别是在低压下。而且，认为内部能源相当于设置在用于制备饮料的机器内或机器外的装置，其具有或不具有从外部接入和/或替代的可能性，优选地配置仅用于制备饮料的机器使用。

用于制备饮料的机器执行如下提取周期，包括用至少8bar的压力对至少一种加工流体例如水加压，并且加热至少一种加工液体高达80℃-100℃的温度。

根据本发明用于制备饮料的机器用于制备咖啡、奶、茶和类似饮料，并且使用水、奶、咖啡和类似饮料作为加工流体。

附图说明

现在，将基于优选的实施方案和附图更详细地解释本发明。

附图显示：

图1∶分别是根据本发明的机器的第一个实施方案的侧切视图、正视图和俯视图；

图2∶分别是根据本发明的机器的第二个个实施方案的侧切视图、正视图和俯视图；

具体实施方式

图1示意性地显示根据本发明用于制备饮料的机器(1)，所述饮料包括浓缩类型的咖啡和类似饮料，所述机器具有用于连接至少一个外部能源(4)的装置，例如固定的电能网，最终连接至少两个具有不同的额定数值例如110VAC和230VAC的外部能源(4)。为了降低将主要能源消耗设备(2)调整为不同电压的成本，例如用于不同区域或国家，用不同的外部能源(4)操作的可能性是有意义的。

根据一个优选的实施方案，除了连接外部能源(4)之外，所述机器进一步具有任选地使用至少一个内部能源(3)的可能性。机器(1)具有多个电能消耗设备(2)(以简化的方式表示)，和用来调节将来自所述电能源(3，4)的电能分配到至少一些这些能源消耗设备(2)中的能量管理装置(5)。

根据一个优选的实施方案，以与外部能源(4)(包括交流电)相同的电压值将电能供应至能源消耗设备(2)。

根据一个优选的实施方案，一直以低压，优选直流电，即低于50VDC，优选地在24VDC和36VDC之间将电能供应至能源消耗设备(2)。在这种情况下，当机器(1)连接外部能源(4)时，利用电压变压装置(6)进行该连接，优选地设置为宽输入范围的变压器。变压装置(6)设置在机器(1)机箱的外部，或优选地设置在机器的各个机箱中，并且具有连接可移动类型或非可移动类型的机器(1)的装置。因此，根据一个优选的实施方案，与外部能源(4)提供的额定电压值无关，如果它们以基本上类似的方式操作，能源消耗设备(2)是相同的。

根据第一个发明的方面，机器(1)具有设置的能量管理装置(5)，以使其可以利用目标函数类型的控制程序调节至少一些能源消耗设备(2)的操作，其中该目标功能至少包括使每个饮料制备周期中的主要能量消耗设备(2)所需的电能最小化的目标。

而且，在使用所述内部能源(3)的情况下，优选所述目标函数类型的控制程序进一步包括使饮料数量最大化，所述饮料可以用所述内部能源(3)中可利用的能量制备，优选地包括提供至少最少量的饮料。

进一步设置所述能量管理装置(5)，以使其可以几乎实时鉴别和执行与所述目标函数类型的控制程序有关的一组行为，包括识别和/或表征来自每个所述能源(3，4)的能量可利用性，选择时间上以部分连续的方式或以间隔方式使用和决定能量供应的能源(3，4)，包括以离散脉冲供应给所述流体加压装置(21)和流体加热装置(22)，优选地基于一组预先设定的操作参数。

根据一个优选的实施方案，在每次饮料提取周期期间，机器(1)的平均额定电功率低于450W，优选地低于350W。特别地，机器(1)的平均额定电功率至多为高于20％，优选地至少近似等于所述流体加热装置(22)的额定电功率。

根据一个优选的实施方案，设置能量管理装置(5)和内部能源(3)以使使用所述内部能源(3)提供的能量可以连续地制备至少八次、优选地至少十二次饮料、特别优选地至少十八次饮料，其每次具有20至50ml的体积，温度要求为80℃至于100℃之间，压力为至少8bar，或者大量具有同等能量需要的饮料，其中每次饮料的制备时间优选地为至多70秒，并且饮料提取时间为15-30秒。因此，在饮料数量方面，以来自外部能源(4)的自动操作模式下，有利地提供最小服务。

机器具有至少一个内部能源(3)，其具有100Wh、优选70Wh的额定最大存储容量，和至少5C、优选至少10C的放电容量，其中所述机器具有低于5kg、优选地低于2.5kg的总重量，并且所述内部能源(3)具有至多1.5kg、优选地至多0.8kg的重量。这些特征特别适于确保如上所述给定的服务水平，而不会影响机器(1)的便携性。

图2为类似于图1的机器(1)的示意图，在该情况下，区别仅在于存在的流体加压装置(21)和流体加热装置(22)的指示方式。有利地，与外部能源(4)提供的电压值无关，它们是相同的并且以基本上类似的方式操作。也就是说，机器(1)可以连接不同电压，包括例如110VAC或230AC，的外部能源(4)进行操作，如果当机器(1)连接外部能源(4)时，则利用电压变压装置(6)进行该连接。所述变压装置(6)设置在机器(1)的机箱的外部(如图1所示)或内部(如图2所示)，并且具有连接可移动类型或不可移动类型的机器(1)的装置，其中所述变压装置(6)优选地设置为宽输入范围的变压装置。

根据本发明的方法包括开启机器(1)，利用所述用于制备饮料的机器(1)中提供的能量管理装置(5)识别和/或表征来自至少一个能源(3，4)的能量可利用性，启动饮料制备周期，利用所述能量管理装置(5)测量和调节所述用于制备饮料的机器(1)中提供的至少一些能源消耗设备(2)的操作参数，所述能源消耗设备至少包括流体加压装置(21)和流体加热装置(22)，其中根据目标函数类型的控制程序，所述目标函数类型包括使每个饮料提取周期中的能量消耗最小化的目标，所述能量管理装置(5)调节至少一些能源消耗设备(2)的能量供应，优选地作为操作参数的函数和/或自之前的饮料提取周期以来的各自变化的函数，和/或所述至少一个能源(3,4)的能量可利用性的函数。

特别地，在每个饮料制备周期期间，能量管理装置(5)调节在向流体加压装置(21)和流体加热装置(22)能量供应的实时变化，包括以至少部分连续的方式或以间隔的方式，包括在不同时刻以脉冲方式，从而降低了两者的同时需要。

根据另一个方面，能量管理装置(5)调节至少流体加压装置(21)和/或流体加热装置(22)的至少一个操作参数。特别地，能量管理装置(5)开动流体加压装置(21)的频率和/或速率的变化，以便确保在流体加热装置(22)下游优选地预先设定的流体温度介于80℃至90℃之间。而且，利用控制器调节流体加热装置(22)提供的加热功率，利用温度探针反馈，所述控制器包括比例积分微分类型("PID控制器")或类似的控制器，所述温度探针包括负温度系数类型("NTC探针")或类似的探针，其中加热温度的表征考虑加热探针的延迟。而且，能量消耗的测量是基于测量至少一些能源消耗设备(2)的电流的张力和强度，且优选地测量流体加热装置(22)的加热温度来进行的。

Claims (15)

1.由至少一种可食用的芳香物质制备饮料的机器(l)，所述饮料包括浓缩类型的咖啡和类似饮料，所述机器具有：

-多个电能消耗设备(2)，包括流体加压装置(21)和流体加热装置(22)，

-用于连接至少一个外部能源(4)、优选地至少两个具有不同额定电压的外部能源(4)的装置，包括任选地利用变压装置(6)，和

-能量管理装置(5)，调整以使其可以调节至少所述流体加压装置(21)和流体加热装置(22)的操作，

其特征在于，提供所述能量管理装置(5)，以使其可以利用具有至少一个目标的目标函数类型的控制程序调节所述能源消耗设备的操作，所述能源消耗设备至少包括所述流体加压装置(21)和流体加热装置(22)。

2.根据权利要求1所述的机器(1)，其特征在于，所述能量管理装置(5)包括目标函数类型的控制程序，其包括作为预先设定的目标，使在每个饮料提取周期中供应给所述能源消耗设备(2)的总能量最小化。

3.根据权利要求1或2所述的机器(1)，其特征在于，所述机器(1)具有至少一个内部能源(3)，并且其中所述能量管理装置(5)包括目标函数类型的控制程序，其包括作为预先设定的目标，使可以用所述内部能源(3)中可利用的能量制备的饮料数量最大化，优选地包括获得至少最小数量的饮料。

4.根据前述权利要求1至3中任一项所述的机器(1)，其特征在于，提供所述能量管理装置(5)以使其可以几乎实时鉴别和执行与所述目标函数类型的控制程序有关的一组行为，包括时间上以部分连续的方式或以间隔的方式识别和/或表征来自每个所述能源(3，4)的能量可利用性，包括以离散脉冲供应给所述流体加压装置(21)和流体加热装置(22)，优选地基于一组预先设定的操作参数。

5.根据前述权利要求1至4中任一项所述的机器(1)，其特征在于，提供所述能量管理装置(5)，以使其可以基本上实时地改变至少所述流体加压装置(21)和/或流体加热装置(22)的操作参数，特别地以便减少每个饮料提取周期的能量需要。

6.根据前述权利要求1至5中任一项所述的机器(1)，其特征在于，所述流体加压装置(21)和流体加热装置(22)是相同的，并且提供以便以基本上类似的方式操作而与所述外部能源(4)提供的电压值无关。

7.根据前述权利要求1至6中任一项所述的机器，其特征在于，所述内部能源(3)具有120Wh、优选80Wh的最大额定储存容量和至少5C、优选地至少10C的放电容量。

8.根据前述权利要求1至7中任一项所述的机器(1)，其特征在于，所述变压装置(6)设置在外部能源(4)和所述能源消耗设备(2)之间，并且具有最大800W、优选地最大500W的额定功率。

9.根据前述权利要求1至8中任一项所述的机器(1)，其特征在于，所述变压装置(6)提供在所述机器(1)的机箱的外部或内部，并且具有连接可移动或不可移动类型的机器(1)的装置，其中所述变压装置(6)优选地提供为宽输入范围的装置。

10.在制备饮料的机器中，特别是在根据前述权利要求1至10中任一项所述的制备饮料的机器(1)中能量管理的方法，包括下述步骤∶

-开启机器(1)；

-利用用于制备饮料的所述机器(1)中提供的能量管理装置(5)识别和/或表征来自至少一个能源(3，4)的能量可利用性，

-启动饮料制备周期；

-利用所述能量管理装置(5)，测量和调节用于制备饮料的所述机器(1)中提供的至少一些能源消耗设备(2)的操作参数，所述能源消耗设备至少包括流体加压装置(21)和流体加热装置(22)，

其中根据目标函数类型的控制程序，所述目标函数类型包括使每个饮料提取周期中的能量消耗最小化的目标，所述能量管理装置(5)至少调节一些能源消耗设备(2)的能量供应，优选地作为操作参数的函数和/或自之前饮料提取周期以来的各自变化的函数，和/或所述至少一个能源(3,4)的能量可利用性的函数。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述能量管理装置(5)以至少部分连续的方式或以间隔方式至少调节向所述流体加压装置(21)和流体加热装置(22)的能量供应，所述间隔方式包括以离散间隔的脉冲方式。

12.根据权利要求10和11所述的方法，其特征在于，所述能量管理装置(5)测量和/或调节来自至少一个包括所述流体加压装置(21)和流体加热装置(22)的能源消耗设备(2)的至少一个操作参数，包括其加热温度，以使来自内部能源(3)的能量释放率最小化，包括作为自之前的饮料提取周期以来的流逝的时间的函数。

13.根据权利要求10至12所述的方法，其特征在于，所述能量管理装置(5)调节流体加压装置(21)的频率和/或速率，以便确保流体加热装置(22)的下游流体温度介于80℃至100℃之间。

14.根据权利要求10至13所述的方法，其特征在于，所述能量管理装置(5)利用控制器调节所述流体加热装置(22)提供的加热功率，利用温度探针反馈，所述控制器包括比例积分微分类型(“PID控制器”)或类似的控制器，所述温度探针包括负温度系数类型(“NTC探针”)或类似的探针，其中加热温度的表征优选地考虑温度探针的延迟。

15.根据权利要求10至14所述的方法，其特征在于，所述能量管理装置(5)基于测量至少一些能源消耗设备(2)的电流的张力和强度，且优选地在流体加热装置(22)的情况下测量加热温度来测量能量消耗。