CN110740667A - 带有传感器的咖啡机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种咖啡机(100)，其包括：用于与供水系统(2)连接的水系统(1)，设置在水系统(1)入口处的过滤器单元(3)，泵(4)，设置在水系统(1)中的位于过滤器单元(3)和泵(4)之间的水箱(10)。设置在水箱(10)中并适于测量至少一个容纳于水箱(10)内的水的质量参数的传感器单元(11)，监控单元(16)，其与传感器单元(11)电连接以接收表示测量的水质参数的电信号，将电信号转换为数值并将已测量的参数的数值与预设阈值范围进行比较，以及用户界面(18)，其可操作地连接到监控单元(16)，并包括警报器(19)，以指示水参数何时超出预设阈值范围。

Description

带有传感器的咖啡机
技术领域
用于工业发明的本专利申请涉及一种带有适于测量水质参数的传感器的咖啡机。
背景技术
为了获得具有良好感官特性的饮料并确保咖啡机随时高效的、可靠的运行，用于制作意式浓缩咖啡的水的质量至关重要。
通常，咖啡机所用的水中盐分太丰富，会损害咖啡的味道和咖啡机的运行。
当前，借助于水处理元件，例如沿着咖啡机的水系统安装的软化器和/或过滤器，可以保持溶解于水中的盐的可接受水平。然而，在一定时间后，所述过滤器和软化剂不再正常工作，需要更换或再生。实际上，在过滤元件操作不正确的情况下，会遇到与咖啡机中所含水质差有关的典型问题。这些问题可能包括：过多的氧化钙沉积、孔和导管的堵塞、机器效率降低、水流的变化，从而影响饮料的正确提取。
上述堵塞问题在咖啡机中非常常见，并且需要进行昂贵且费时的维护操作，以便恢复咖啡机的理想工作状态。
US2015245736公开了一种分配机，例如咖啡机，其包括设置在水系统内的水箱、设置在水箱中的过滤器、设置在水箱内并适于测量水箱中的水的液位和/或硬度的第一传感器、以及设置在水箱的下游并适于测量从水箱中出来的过滤水的硬度的第二传感器，以将该值与第一传感器测量的引入水箱中的水的硬度进行比较。过滤器设置在水箱内，相对于伺服阀、水输送机构和第一传感器的下游位置。因此，将未过滤的水引入水箱中，并从水箱中分配过滤后的水。尤其是在高硬度值的情况下，水箱中过滤器的这种设置会由于水损坏过滤器上游的部件(伺服阀、水输送机构和第一传感器)而受到损坏。
此外，为了确定是否需要更换过滤器，咖啡机将水箱中第一传感器测得的未过滤水的硬度与第二传感器测得的从水箱出来的已过滤水的硬度进行比较。这样的解决方案因以下事实而受到损害：必须在水箱的下游提供一个附加传感器以检测过滤器的运行，从而增加了咖啡机的成本和体积。
此外，US2015245736公开了作为水硬度的通用检测器的传感器(例如接触或电极电导检测器)，并且仅测量水中包含的离子总量，而不测量水中包含的单个离子的具体含量。但是，水中所含的单个离子的具体含量会影响用这种水制得的咖啡的味道。因此，不具有特定的传感器，所以这种咖啡机没有咖啡味道的信息，也没有提供根据水中所含单个离子的具体含量来校正咖啡味道的补救措施。
此外，US2015245736公开了一种仅具有一个导致水停滞的大水箱的机器。
发明内容
本发明的目的在于通过提供一种咖啡机来消除现有技术的缺点，该咖啡机设有适于测量水质的传感器，以更换咖啡机的过滤元件，该咖啡机便宜、不笨重并能抵抗水造成的损坏。
本发明的另一个目的在于提供一种适于确保高质量咖啡的咖啡机。
另一个目的是提供一种咖啡机，其使水在水箱中再循环，从而避免水停滞。
本发明的再一个目的是提供一种随时高效的、可靠的咖啡机。
根据本发明，通过独立权利要求1的特征实现这些目的。
本发明的有利的实施方案由从属权利要求体现。
本发明的咖啡机由权利要求1限定。
根据本发明的咖啡机的优点是显而易见的。实际上，将过滤器安装在水系统所有部件的上游，以保护所述部件不受未过滤水的作用，而传感器单元设置在过滤器下游的水箱中，以此安装在水箱中的传感器可以测量已过滤水的参数。传感器单元测量水箱内的水的参数，而监控单元通过检查所测量的参数是否不包括在预设阈值范围内来监控水的质量。当所测量的参数未包含在预设阈值范围内时，用户界面会发出警报，并告知操作人员或技术人员需要更换过滤单元，以便恢复咖啡机中的正确水参数。
因此，不需要如现有技术那样将传感器安装在过滤器的上游，或将未过滤水的参数与已过滤水的参数进行比较以测量过滤器的性能。水参数可以通过简单的方式进行测量，并且可以减少机器的体积。
附图说明
通过下面的详细描述，本发明的附加特征将显而易见，该详细描述仅是说明性的，而并非是限制性的实施方式，其中：
图1为本发明的咖啡机的水路图；
图2为图1的水路图的变形方案；以及
图3为示出根据本发明的咖啡机的传感器的电连接的框图。
具体实施方式
参考附图，描述了本发明的咖啡机，该咖啡机通常用附图标记100表示。
如图1所示，咖啡机100包括连接到供水系统2的水系统1。
过滤器单元3设置在水系统1中，更确切地说，设置在水系统1的入口处。过滤器单元3可以包括一个或多个已知类型的饮用水过滤系统，例如反渗透过滤器、活性炭过滤器、UV过滤器、软化剂等。
由于在水系统的入口中提供了过滤器单元3，因此水系统的所有部件都安装在过滤器的下游，因此不会受到未过滤水的腐蚀作用的损坏。
在水系统1中设置泵4，以提供压力约为14～16巴的水流。
在水系统1中，在泵4的下游设置一个止回阀5。
在水系统1中设置煮水器6以存储预热的水。
在煮水器6下游的水系统1中安装有加热器7，以将水加热到理想温度用于提取咖啡。
加热器7连接到具有分配喷嘴9用于分配热水的分配单元8，。将含有咖啡粉的过滤器支架(未显示)应用于分配单元8，使从分配喷嘴9流出的热水穿过容纳于过滤器支架中的咖啡粉，提取饮料。
水系统的描述仅具有说明性目的，并且水系统可以根据咖啡机的类型而改变。
根据本发明，在水系统1中，在泵4的上游和过滤器单元3的下游设置水箱10。传感器单元11设置在水箱10内，以便测量容纳于水箱10中的水的至少一个质量参数，即，已过滤水的至少一个质量参数。
水系统1包括设置在水箱10的入口处和出口处的入口水龙头12和出口水龙头13。入口水龙头和出口水龙头12、13用于将水箱10与水系统隔离，以维护传感器单元11。
已经研究了水箱10的位置，以使来自过滤器单元3的管道14与水箱的入口水龙头12的连接变得容易。
水箱的出水口13通过软管15连接到泵4，以确保在水进入与咖啡机的水系统1的操作部件接触之前测量容纳于水箱10中的水的质量参数，如果供水参数不正确，则会造成损坏。
水箱10装有冷水(进水温度)，使得传感器单元11可以在稳定状态下检测水参数。
此外，传感器单元11在水通过水箱10时连续地测量水参数。
传感器单元11可以包括以下六个传感器中的一个或多个：
-电导率或TDS(总溶解固体)计；
-PH检测器；
-碱度检测器；
-钙检测器；
-镁检测器；
-氯盐检测器。
当传感器单元包含六个传感器时，水箱10的容量约为300～600ml，优选为500ml，以便容纳六个传感器。但是，这样的大水箱可能会受到一些缺点的损害。
图2示出了具有三个串联设置的水箱10的变体。在这种情况下，入口水龙头12设置在第一水箱的入口处，而出口水龙头13设置在最后一个水箱的出口处。
每个水箱10均具有传感器单元11。在这种情况下，每个水箱的传感器单元11仅由两个传感器形成。
每个水箱10的容量为80～120毫升，最好为100毫升，这等于分配两剂意式浓缩咖啡所需的水量。计算出该量以保证水箱10中频繁的水交换并获得通过水箱的水的精确测量。
如果水箱10的尺寸小于80毫升，则会导致水箱中水流过多以及水参数测量不正确。
如果水箱10的尺寸大于120毫升，则会导致水在水箱中停滞，并沉积矿物质，这会损害水参数的测量。水箱容量为100毫升，在分配两剂意式浓缩咖啡后，水箱中的水将被完全替换。
如图3所示，传感器单元11的各传感器具有与水箱10内的水接触的、位于水箱10内的敏感部11a和设置在水箱外面的电气部11b。
TDS计的敏感部为电导率表。
PH检测器的敏感部为H+(氢离子)累积电极。
碱度检测器的敏感部为CO3 -(碳酸根离子)和HCO3 -(碳酸氢根离子)累积电极。
钙检测器的敏感部为Ca++(钙离子)累积电极。
镁探测器的敏感部为Mg+(镁离子)累积电极。
氯盐检测器的敏感部为Cl-(氯离子)累积电极。
传感器单元11的传感器的电气部11b电连接至监控单元16。
监控单元16连接到控制咖啡机操作的咖啡机100的控制单元17。
控制单元17连接到用户界面18。
监控单元16从传感器单元11接收指示由传感器测量的参数的电信号，并且以数字参数值转换所述电信号。监控单元16将传感器测量的参数值与存储在监控单元16或控制单元17中的阈值范围进行比较。
提供包括特定传感器(PH检测器、碱度检测器、钙检测器、镁检测器、氯盐检测器)的传感器单元11可以测量容纳于水中的单个离子的具体含量，以具有关于咖啡味道的特定信息，该信息受溶解在水中的所述特定离子的影响。
根据意大利法律，饮用水的pH值必须在6.5～9.5之间。取而代之的是，SCAE水手册(Wellinger等人，ZHAW)是世界范围内专业调酒师的参考文献，其建议PH值范围为6～8，以便获得优质咖啡。因此，PH阈值范围设置为6.5～8。
通常，咖啡机随附的说明手册建议的TDS值应介于50～250ppm之间。而根据SCAE，为了获得优质的特浓咖啡，TDS值必须在90～150ppm之间。因此，将90～150ppm范围设置为TDS阈值。实际上，低于90ppm的TDS值会使水中的矿物质含量过低，这在维护方面是有利的条件，但对咖啡的质量和口味却不利。相反，高于150ppm的TDS值对于机器的维护是危险的，因为较高的矿物质沉积会堵塞水系统的小通道，但就咖啡口味而言是有利的条件。因此，在这种情况下，在阈值范围上发现了折衷。
碱度阈值范围在10～150ppm之间。尽管法律没有限制，但是碱度是水中所含碳酸盐和碳酸氢盐数量的重要指示。
众所周知，钙和镁离子负责饮用水的总硬度。最近的研究表明，在水的硬度相同(以法式标度-℉表示)的情况下，如果钙盐和镁盐普遍赋予硬度，则咖啡的质量可能会非常不同。因此，通过监视这两个参数，不仅可以获得关于水的总硬度的信息，而且还可以获得关于入口水及其钙盐或镁盐含量的准确信息。
可以将水硬度的阈值范围设置在例如7℉～22℉之间，以及单个钙盐和镁盐量的单个阈值范围。
氯盐会影响咖啡的味道。因此，可以设定氯盐的阈值范围以获得最佳的咖啡。例如，设定的氯范围为0.05～0.1mg/L。
当由传感器单元11测量的参数不包括在预设阈值范围内时，监控单元16向控制单元17发送警报信号A，指示哪个参数超出阈值范围。
控制单元17处理警报信号A，并将相应的警报信号A1发送到用户界面18，该用户界面激活视觉和/或听觉类型的警报器19。用户由警报器19感知到，该用户被告知至少一个水参数未包含在预设阈值范围内，并且需要更换过滤器单元3以恢复咖啡机内水的正确质量，并由此恢复咖啡机的正确操作以及饮料的良好品质。
鉴于以上所述，为了测量过滤器的性能，仅需要在水箱中提供单个传感器单元11，使得仅检测已过滤水的参数。因此，没有必要在过滤器的上游设置传感器或将未过滤水的参数与已过滤水的参数进行比较，从而与现有技术的咖啡机相比节省了成本和体积。
当用户或维护操作员更换过滤器单元3时，可以通过用户界面18取消警报信号。无论如何，由于更换了过滤器单元3，因此水的参数现在包含在预设的阈值范围内。
警报器19可以是具有关于不包括在阈值范围内的一个或多个参数的信息的显示器。
有利地，咖啡机100包括通信系统20，该通信系统适于例如将数据远程传输到负责咖啡机的维护操作员的设备。鉴于上述情况，维护操作员将收到有关预设范围内未包含的参数的确切信息，并将用适于将水带回预设阈值范围的过滤单元替换过滤单元3。
特别地，当控制单元17从监控单元16接收到警报信号A时，控制单元17将存储参数超出预设阈值范围的日期。因此，在更换过滤单元之前，控制单元17将存储咖啡机使用水参数超出预设阈值范围运行的日期。这样，维护操作员可以确定咖啡机在制造商要求的条件下不运行的时间段。
图3示出了一个实施例，其中监控单元16连接到咖啡机的控制单元17，而咖啡机的控制单元17连接到咖啡机的用户界面18。
但是，监控单元16可以嵌入在咖啡机的控制单元17中。
可替代地，监控单元16可以直接连接到咖啡机的用户界面18，或者直接连接到专用于监测水参数的独立用户界面。在这种情况下，监控单元必须具有独立于咖啡机控制单元的CPU、存储器和通信系统。
可以对本发明的当前实施例做出许多等同的变化和修改，这在本领域技术人员的能力范围内，无论如何都落入本发明的保护范围内。

Claims (17)

1.咖啡机(100)，包括：
-用于与供水系统(2)连接的水系统(1)，
-设置在所述水系统(1)的入口处的过滤器单元(3)，用于过滤水，
-安装在所述水系统(1)中以提供加压水流的泵(4)，
-安装在所述水系统(1)中的加热器(7)，用于在理想温度下加热水以提取咖啡，以及
-分配单元(8)，其连接到所述加热器(7)并具有分配喷嘴(9)，以分配用于提取咖啡的热水，
-至少一个水箱(10)，其设置在水系统(1)中，位于所述过滤器单元(3)和所述泵之间，
-安装在所述至少一个水箱(10)内的传感器单元(11)；所述传感器单元(11)用于检测容纳在所述至少一个水箱(10)内的水的至少一个质量参数；
-监控单元(16)，其电连接到所述传感器单元(11)，以接收指示所述至少一个水质参数的电信号，将所述电信号转换为数值，并将所述至少一个已测量参数的所述数值与预设阈值范围进行比较；和
-可操作地连接到所述监控单元(16)的用户界面(18)；所述用户界面(18)包括警报器(19)，以指示何时已测得的水参数超出其预设阈值范围，
其特征在于，
所述过滤器单元(3)设置在所述水系统(1)的入口处，以保护所述水系统的所有部件不受未过滤水的作用，并且
所述至少一个水箱(10)设置在所述过滤器单元(3)和所述泵(4)之间，使得设置在所述水箱(10)内的所述传感器单元(11)可以测量已过滤水的至少一个参数。
2.根据权利要求1所述的咖啡机(100)，其中，所述传感器单元(11)包括电导率或TDS(总溶解固体)计，并且所述预设阈值范围包括90～150ppm的TDS范围。
3.根据前述权利要求中任一项所述的咖啡机(100)，其中，所述传感器单元(11)包括以下特定的离子传感器：钙检测器和镁检测器；并且所述预设阈值范围包括7～22℉的硬度范围。
4.根据前述权利要求中任一项所述的咖啡机(100)，其中，所述传感器单元(11)包括PH检测器，并且所述预设阈值范围包括6.5～8的PH范围。
5.根据前述权利要求中任一项所述的咖啡机(100)，其中，所述传感器单元(11)包括碱度检测器，并且所述预设阈值范围包括10～150ppm的碱度范围。
6.根据前述权利要求中任一项所述的咖啡机(100)，其中，所述传感器单元(11)包括氯检测器，并且所述预设阈值范围包括0.05～0.1mg/L的氯范围。
7.根据前述权利要求中任一项所述的咖啡机(100)，包括：入口水龙头(12)，其设置在所述至少一个水箱(10)的入口处；以及出口水龙头(13)，其设置在所述至少一个水箱(10)的出口处。
8.根据前述权利要求中任一项所述的咖啡机(100)，包括串联安装的三个水箱(10)，其中每个水箱(10)都具有传感器单元(11)。
9.根据权利要求8所述的咖啡机(100)，其中，所述每个水箱(10)的容积为80～120毫升。
10.根据前述权利要求中任一项所述的咖啡机(100)，其中，所述监控单元(16)和所述用户界面(18)连接至控制所述咖啡机操作的控制单元(17)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的咖啡机(100)，包括通信系统(20)，所述通信系统连接到所述监控单元(16)以便将数据远程发送到负责维护所述咖啡机(100)的技术人员的设备。
12.根据前述权利要求中任一项所述的咖啡机(100)的操作方法，所述方法包括以下步骤：
-测量容纳于所述咖啡机的所述至少一个水箱(10)内的水的至少一个质量参数，
-将所述至少一个已测量参数与预设阈值范围进行比较，
-当所述至少一个已测量参数超出预设阈值范围时，产生警报，以及
-在产生所述警报后更换所述过滤器单元(3)，
其中，所述过滤器单元(3)设置在所述水系统(1)的入口处，以保护所述水系统的所有部件免受未过滤水的作用，以及
所述水箱(10)设置在所述过滤器单元(3)和所述泵(4)之间，使得设置在所述水箱(10)内的传感器单元(11)可以测量已过滤水的至少一个参数。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述水质参数包括TDS(总溶解固体)，并且所述预设阈值范围包括90～150ppm的TDS范围。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述水质参数包括钙和镁的存在，并且所述预设阈值范围包括7～22℉的硬度范围。
15.根据权利要求12～14中任一项所述的方法，其中，所述水质参数包括PH，并且所述预设阈值范围包括6.5～8的PH范围。
16.根据权利要求12～15中任一项所述的方法，其中，所述水质参数包括碱度，并且所述预设阈值范围包括10～150ppm的碱度范围。
17.根据权利要求12～16中任一项所述的方法，其中，所述水质参数包括氯的存在，并且所述预设阈值范围包括0.05～0.1mg/l的氯范围。
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