CN105658126A - 用于管理咖啡机锅炉水位的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于管理锅炉，尤其是咖啡机的锅炉中的水位的装置，其中，所述锅炉(12)内包括：连接至控制电路(14)的、用于检测第一水位的第一探头(21)以及至少一个第二探头(22、23)，所述第二探头用于检测锅炉内高于所述第一水位的第二水位或是工作水位，其中，所述装置被设置成通过与所述锅炉(12)相连的并通过相应的阀(36、37)控制的相应的管道(26、27)来供应蒸汽或是热水。所述第一探头(21)被配置成根据由所述控制电路生成的排水指令来检测所述锅炉的排水位并实现所述锅炉的自动换水。

Description

用于管理咖啡机锅炉水位的装置及方法

技术领域

本发明主要涉及一种用于管理咖啡机的锅炉水位的装置及方法。

具体地，本发明涉及一种在咖啡机的锅炉、下文统称“锅炉”的管理中能节约能源的装置及方法。

更具体地，本发明涉及一种调节锅炉中当前水量的可能性。

背景技术

众所周知，咖啡机的锅炉通常是一种加水到可用容量的50-60％、剩余体积内充满加压蒸汽的容器。

实际上，在锅炉的操作过程中，其(借助于加热电阻)被加压至约1-1.5巴，对应温度约为120-130℃。

如同样所已知的，咖啡机的锅炉不仅可用于加热，优选通过热交换器来加热用于制备咖啡的水，还可用于通过所设置的合适的喷嘴以提供蒸汽，例如，加热牛奶/打奶泡，以及用于提供热水，例如，用于制备热饮，如茶、菊花茶等。

这类已知的锅炉的第一个技术问题在于锅炉内的水位通常是一预设的平均水位，因此，蒸汽和热水的分配情况基本保持恒定，或者是在有限的范围内变化，而与所涉及的高峰时段(高消耗时段)或消耗少时段无关。

与第一个问题相关的第二个问题是所述锅炉内的水，即使其按照需要被注满，在正常使用过程中也会经历化学性质的逐步降解。蒸汽从锅炉中排出，会导致锅炉内的水中溶解的矿物盐的浓度甚至会以很高的含量不断增加。同时，此类水的pH值会提高，假如所加入的水是经过，例如阳离子树脂水软化装置软化的话，事实上，在这种情况下，水中的所有钙盐和镁盐通过化学置换被转换成钠盐，并将被导入所述锅炉中，且所述钠盐，随着其浓度的增加，将使得锅炉内的水变成强碱性，几乎不适合于食品使用。并且，如果不能定期地将水从锅炉中去除，构成与食品用水接触的金属合金部件的少量金属(镍、铅等)可达到的浓度将远超现行法规所建议或强制实行的可供人体食用的标准。在此情况下，一旦以锅炉中的水来制备热饮，例如茶，所存在的风险是，所提供的水的化学组成不是最优的，甚至是有害的。

此外，如果用于制备热饮的水不能定期地从锅炉中去除，随着时间的推移，高浓度的盐的存在可能会导致腐蚀或矿物盐沉积。

因此，定期更换锅炉中的水以防止上述问题的发生将会是有用和有利的。

就涉及的第一个技术问题而言，专利公开号EP0313496A2，除其它外，其公开了一种包括多个探头的锅炉，该多个探头用于检测锅炉中不同水位，以便能在锅炉中以不同水位和蒸汽水平进行工作，从而可根据锅炉使用的不同情况来提供蒸汽。

就涉及的第二个技术问题而言，采取的一种技术方案是定期建议例如以每天或每周的周期来注入大量的热水(当后者来自于锅炉而不是来自于出于同一目的的其它设备)以替换锅炉中的大部分水。

此类解决方案的缺陷是显而易见的，其缺乏操作的执行保证性(其需要由用户去执行)、缺少实用性(专业机器的锅炉，根据其尺寸大小，可含有1.5-16l的水，而排出例如5l是相当耗时的)以及最后一点是造成能量损耗(事实上，温度在120℃或以上的水被浪费了)。

申请人已经意识到，现有技术不能提供所述第一和第二技术问题的综合解决方案例如不仅确保锅炉可以不同的水位操作的可能性，而且确保在最大限度的节能条件下的锅炉内水的更换。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种以综合的方式解决上述问题的装置和方法。

该目的通过如权利要求中所限定的用于管理锅炉水位的装置及方法来实现。

权利要求是本发明在此提供的技术方案的必要部分。

下文给出了对本发明的综合性描述，以对本发明的某些方面提供一个基本理解。该综合性描述并不是全面的描述，正因为如此，其并不适用于识别本发明的关键或重要元素或用于限定本发明的范围。其仅仅是旨在以简明的方式阐述本发明的一些概念，作为将在下文进行详细描述的预期。

根据优选实施方式的特点，所述装置包括第一探头，其在使用的操作状态下，发送装置将停止时的锅炉的水位信号，并且，在锅炉的排水状态下，发送锅炉排水步骤已完成的信号。

根据本发明的另一特点，所述装置还包括设置于锅炉的不同水位位置处的第二和第三探头，它们被配置成使得所述装置能在低能耗条件下、高能量累积以提高性能的条件下，以及高能耗条件下运行。

根据本发明的其它特点，所述装置在低能耗条件下，将被配置成以有限个加热元件并以低功率进行操作。

附图说明

下面将结合附图，对本发明的示例性而非限制性的优选实施方式进行描述，通过该描述，本发明的上述及其它特征和优势将变得显而易见，所述附图中，以相同或相似的附图标记表示的元件是指具有相同或相似的功能和结构的元件，并且其中：

图1示出了本发明所述装置的总体图；

图2示出了图1中未示出的所述装置的细节图；

图3a示出了本发明所述装置的操作流程框图；

图3b示出了表示本发明所述装置的操作变形例的流程框图。

具体实施方式

参考附图1，本发明所述的装置10包括设置有多个水位探头21、22、23的锅炉12。所述探头被配置成用于探测锅炉中的不同水位并发送相应的信号到控制电路14，图2以简明的方式示出了所述控制电路14的连接关系(图1、图2)。

图1所示的示例性实施方式中，示出了三个探头，更具体地：

第一探头或是安全探头21，其被配置成发送表示最低安全水位的信号Ls，低于该最低安全水位Ls，则所述装置不能进行加热水的操作；在本示例性实施方式中，水位Ls的管理方式有两种可选：

作为所述装置在其操作阶段，即，该装置提供蒸汽和/或热水时的停止水位；以及

在使用锅炉的换水功能时，作为用于所述锅炉的注水管理的水位，因为，该水位的设置可实现锅炉的自动注水；

第二探头或是最低工作探头22，其被配置成发送表示最低工作水位的信号Lmin，在该最低工作水位，所述装置在低使用量条件下完全运转，且用于加热锅炉中的水的能耗最低。实际上，根据优选的实施方式，在此工作条件下，所述控制电路被配置成启动所述锅炉中的最少量的加热元件，从而在节能模式下运行。该过程具有双重作用：

1.首先，从主电源需求的电量减少，从通用电气系统的角度来看，这是一个有利的因素，因为未使用的电力可供其它设备使用；

2.其次，由于在Lmin模式下，锅炉中需要加热的水较少，其能够降低功率，从而在蒸汽或热水消耗的情况下，功率/水量的比值基本保持恒定。实际上，当启动所述加热电阻时，所述锅炉内的液体的温度变化以及相应的压力变化不那么突然，因此，所述锅炉内达到的温度值以及相应的压力值将非常接近设定的目标值，从而减少了热惯性效应以及相关的超过设定的所述温度/压力值的量。综合考虑，在条件Lmin下，围绕目标值的“波动”影响低于更多的水产生的影响，由此将形成热水和蒸汽温度的更稳定调节；以及

第三探头或最高工作探头23，其被配置成发送表示最高工作水位的信号Lmax，在该最高工作水位，所述锅炉内的能量累积最多，从而加热锅炉内的水用的电力消耗更高。

当然，根据其它实施方式，可设置一被配置成发送表示最低安全水位Ls的信号的探头，低于该最低安全水位，所述装置不能进行加热水的操作，以及设置另一被配置成当使用所述锅炉的自动换水功能时，可指示锅炉排水水位的探头。

当然，还可根据其它实施方式，除了探头21优选以可选的方式管理外，可仅设置最低或最高工作探头，或者设置两个以上的工作探头以管理，例如，在最低和最高条件之间的其它工作条件。

在当前的示例性实施方式中，为简明起见，所描述的装置中，仅设置了以可选的方式管理的探头以及发送最低工作水位Lmin和最高工作水位Lmax信号的探头22、23。

在所描述的实施方式中，除了所述探头外，所述装置10还包括被配置成在控制电路14的控制下，加热锅炉12中的水的一个或多个电阻或加热元件25。

优选地，可设置三个电阻25，并电连接到三相电源电路的各相应相中，这本身是已知的。

在优选的实施方式中，设置与锅炉12相连的管道26以通过合适的喷嘴提供蒸汽，设置与锅炉12相连的管道27以通过相应的合适的喷嘴供应热水。所述蒸汽和热水来自于在一可能的工作条件，例如最低或最高工作条件下的锅炉。

优选地，所述蒸汽和热水通过分别由独立的阀36和37控制的管道26和27供应，所述阀36和37可以是以已知的方式由控制电路14控制的手动操作阀或电动操作阀，图2以简明的方式示出了控制电路14的连接关系。

设置了与锅炉12相连的管道28，以通过已知的方式，例如通过均受控于控制电路14的相应的阀38，如电控阀38和已知类型的泵来提供来自于液压总管的水。

在优选实施方式中，设置了与锅炉12相连的管道29，以通过已知类型的、由控制电路14控制的相应的电控换水或排水阀39来排出或排放所述锅炉内的水。

优选地，所述锅炉内部包括至少一个热交换器，为简明起见，图1中未示出，所述热交换器被配置成提供至少一个用于分配咖啡，例如浓缩咖啡的单元。

装置10的控制电路14(图2)被配置成控制所述装置的功能，并且，在优选的实施方式中，其包括已知类型的微处理器电路41，程序控制装置10的设计步骤以便于管理所述装置提供的多个输入和多个输出。

具体地，根据该示例性实施方式，微处理器电路41至少包括以下输入：

与探头21、22、23相连以接收表示所述锅炉的注入条件的信号Ls、Lmin、Lmax；

与例如ON/OFF开关相连，以接收启动和关闭所述装置的信号；

与例如，其它的开关45相连，以接收被布置成切换所述装置的工作条件的控制信号，例如，从Lmin到Lmax，反之亦然；

与键盘46相连，以接收被配置成修改所述装置的操作参数或是执行分配操作的控制信号。

当然，微处理器电路41还具有其它的，尤其是与咖啡机的输入连接，例如，检测所述锅炉内的压力并可能检测温度的输入，此类输入在此不再赘述，因为它们是公知的。

此外，根据本发明的示例性实施方式，微处理器电路41至少包括以下输出：

与电阻25相连，以根据由开关45所提供的指令控制所述锅炉的工作状态；

与电控阀38和泵48相连，以向所述锅炉注水；

与电控排水阀39相连，以使得所述锅炉进行排水；

与电控阀36和37相连，如果设置有的话，以通过合适的指令，例如，通过一与所述微处理器41输入连接的键盘来控制蒸汽和热水的供应。

所描述的装置10不仅允许根据预期的工作负荷修改所述锅炉的操作条件，还能以避免电力浪费的方式进行锅炉排水和注水操作。

实际上，由于设置有电控排水阀39，其可以通过例如键盘46进行编程，以在所述装置在非活跃期间，例如在夜间或是在由所述装置管理的蒸汽和热水运行前的时间内进行锅炉的排水。

有利的是，在装置的非活跃期间的换水的可能性使得避免了可用于生产蒸汽或热水的热能的浪费。

在下文中，将结合如图3a所示的方框流程图，描述表示装置10的示例性操作。

当然，此处所提供的示例是为了尽可能地显示整合有装置的排水功能以及装置的最大潜能和最小潜能的操作功能的示例。

根据所示的框图，在起始步骤(100)，装置10处于静止状态，在该状态，锅炉中的水优选为基本是环境温度。

这样的条件可以通过控制电路进行验证，例如，通过检查该装置是否关闭了一段时间或是已经被设定了在预设时间进行排水功能。

当然，该步骤也可手动进行。

随后的步骤在控制电路14的控制下进行，并如下所述。

在起始步骤(100)之后的步骤(110)，打开电控排水阀39。

同时，在步骤(120)，启动与锅炉12的排水设置的最大时间值，例如5分钟，相关联的计时器。

在随后的步骤(130)，检测在排水过程中是否达到水位Ls。

如果为否，则在步骤(140)检测计时器是否已达到设定的最大时间。如果步骤(140)的结果为是的，则在步骤(150)显示警告信息，并停止排水过程，如同排水过程已在正常条件下结束。

如果步骤(140)的结果为否，则重复步骤(130)。

如果步骤(130)具有肯定的结果，则通过关闭电控排水阀完成排水过程，并自动执行步骤(170)，在该步骤，打开电控注水阀38并运行泵48。

一旦结束所述锅炉的排水步骤，则启动所述锅炉的注水步骤。

最初，当锅炉注水泵48开始向锅炉12注水，其检测在步骤(180)中，所述装置是被设置成在Lmin条件还是Lmax条件下进行操作。

如果该装置已被设置成在Lmin条件下操作，则在步骤(190)启动与指示水位达到Lmin的设定的最大时间值相关联的计时器，如，10分钟。

在随后的步骤(200)中，检测水位Lmin是否已达到。

如果是否(230)，则检测所述计时器是否已达到设定的最大时间。

在步骤(230)的结果为是的前提下，假设，在步骤(240)，即，在注水循环中存在故障，或者，没有来自于装置上游的液压连接的水，并且该装置以及所述电控注水阀和注水泵停止。

如果步骤(230)的结果为否，则重复步骤(200)。

如果已达到水位Lmin，步骤(200)的结果为是，则停止泵48，关闭电控注水阀38并打开水加热电阻25。

如果所述装置被设定在Lmax条件下运行，检测注水位Lmax的过程与如上所描述的检测Lmin的过程基本相同。

图3b中示出了如上所描述的过程中的一个变形例，假定设置了探头Lmax，且为了增加锅炉中的换水量，从起始步骤如步骤(100)开始，在控制电路14的控制下，首先，在步骤(310)，如上所描述的，打开电控注水阀38并运行泵48，并通过步骤(320)、(330)和(340)检测是否达到Lmax。然后，继续进行步骤(110)。

如果在设定的时间内没能达到水位Lmax，步骤(340)的结果为是，则停止该装置以及所述电控注水阀和注水泵。

对所述装置的结构以及其操作方式的描述是清楚的，所述锅炉的排水功能与向锅炉中注水至不同的操作水位的操作过程紧密相连，因此，所述锅炉内的换水操作可成为常规操作，而不会影响用于加热所述锅炉的锅炉电阻器的功率消耗。

当然，在不脱离由权利要求所限定的本发明的保护范围的情况下，可对上述描述中涉及的尺寸、形状、材料、组件以及所示的结构和操作方式作出明显的修改和/或变形。

Claims (10)

1.一种用于管理咖啡机的锅炉水位的装置，其中，所述锅炉(12)包括：与控制电路(14)相连的：

至少一个第一探头(21)，其被配置成检测所述锅炉(12)中的第一水位；以及

至少一个第二探头(22、23)，其被配置成检测高于第一水位的第二水位或是装置的工作水位，其中，所述装置被配置成通过与所述锅炉(12)相连并由相应的阀(36、37)控制的相应管道(26、27)来供应蒸汽和热水；

其特征在于：所述第一探头(12)被配置成用于检测所述第一水位作为根据由控制电路(14)生成的排水指令来进行锅炉的完全排放的水位，以及用于所述锅炉(12)后续的自动注水。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一探头(21)还被配置成：在其使用时，检测所述第一水位作为所述装置由所述控制电路停止时的水位。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述锅炉(12)与由电控排水阀(39)控制的排水管(29)、由泵(48)以及电控注水阀(38)控制的注水管(28)分别相连，所述锅炉被配置成由所述控制电路(14)管理，所述控制电路(14)依次发出指令，通过打开所述电控排水阀(39)来使锅炉排水，以及通过启动所述泵(48)和所述电控注水阀(38)来对锅炉注水。

4.根据权利要求1-3中的任意一项所述的装置，其特征在于：

所述第二探头被配置成在所述控制电路的控制下测量表示最低工作水位的最低水位(Lmin)，在该水位，所述装置在低使用量和对锅炉中的水进行加热的最低功率消耗条件下完全运转；

且所述装置还包括：

第三探头，其被配置成发送表示高于所述第二水位的水位即最高工作水位(Lmax)的水位的信号，在该最高工作水位，所述装置在高使用量和对锅炉中的水进行加热的高功率消耗条件下完全运转。

5.根据前述权利要求中的任意一项所述的装置，其特征在于：所述锅炉的内部包括被配置成供应至少一个咖啡分配单元的至少一个热交换器。

6.一种用于管理咖啡机的锅炉水位的方法，其包括以下步骤：

步骤(100)，通过控制电路(14)或手动的方式来验证所述装置(10)处于静止状态；

通过所述控制电路的控制启动锅炉的排水/注水过程，其包括以下步骤：

步骤(110)，命令打开排水阀(39)；

步骤(120、130、140)，以第一探头(21)验证所述水已达到预设的最低水位(Ls)；

步骤(160)，关闭所述排水阀(39)；

步骤(170)，打开注水阀(38)并启动与水系统相连的泵(48)；

步骤(190、200、230)，以至少一个第二探头(22、23)验证已达到锅炉(12)的预设的至少一个注水位；以及

步骤(210)，关闭所述注水阀(38)并停止所述泵(48)；以及

步骤(220)，随着已达到所述锅炉预设的注水位，启动对锅炉(12)中的水进行加热的过程。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述启动对锅炉(12)中的水进行加热过程的步骤(220)规定：假设已设置最低工作水位(Lmin)，则所述控制电路(14)打开所述锅炉的有限个加热元件(25)，降低功率并维持蒸汽或热水消耗的功率/水量比几乎不变。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：所述验证步骤(120、130、140、190、200、230)规定所述控制电路以探头(21、22、23)验证在预设时间内达到预设水位。

9.根据权利要求6-8中的任意一项所述的方法，其特征在于：在锅炉的排水过程中，所述以第一探头(21)验证水已达到预设最低水位的步骤，其包括以下步骤：

步骤(120)，启动与所述水达到预设最低水位所需的预设时间值相关联的计时器；

步骤(140)，假如未在预设时间内达到预设最低水位，则：

步骤(150)，激活一警告信号，并停止所述排水过程就犹如所述排水是按时完成的。

10.根据权利要求6-9中的任意一项所述的方法，其特征在于：在所述锅炉的注水过程中，所述以第二或第三探头(22、23)验证水达到预设工作水位的步骤，其包括：

步骤(190、250)，启动与所述水达到预设工作水位所需的预设时间值相关联的计时器；

步骤(230、270)，假如未在预设时间内达到所述预设工作水位，则：

停止所述装置以及所述注水阀(38)和所述泵(48)。