TWI274572B - Device for heating a liquid and method for heating a liquid - Google Patents

Description

1274572 • 九、發明說明： w 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種意欲裝備一製備熱飲料之機器之加熱 流體之裝置。 本發明亦係關於一種快速及準確加熱液體之方法。 【先前技術】 專利EP 1 380 243已揭示一種尤其意欲裝備咖啡機之加 熱裝置。該加熱裝置包含一金屬管，欲加熱之液體可經該 鲁管自入口管流至出口管。該金屬管之外表面在其長度之數 個部分上方經複數個連續電抗元件套組覆蓋。一圓筒形插 入物在該金屬管中延伸與該管内壁形成一螺旋管道，液體 可經該螺旋管道循環，且其因而促進擾流及能量自該管至 液體之快速轉移。且將一流量計定位於入口管上游。該裝 置進一步包含複數個沿各套組電阻元件之入口及出口處之 該金屬管長度分佈的溫度感應器。在該實例中，調控液體 之熱能分佈之原理係基於調節電阻元件所生成之電功率， 其可根據管道入口處之水溫相互獨立或連續切換。 雖然在加熱速度方面該裝置所得結果是令人滿意的，但 是因為所要加熱之水的體積決定金屬管之高度，該裝置相 對來說體積龐大’且因為其要求將電阻元件以厚膜形式印 刷在金屬管表面上（運用當前所知之”厚膜"技術）因而價格 曰 jb- 、 叩貢。 —此外’液體溫度調節之精確性受限於液體不直接與置於 官外部之感應器接觸。歸因於欲加熱之液體之慣性，對溫 104860.doc 1274572 差之響應速率亦姑棒 注咅， /又，且此降低謂節溫度之精確性。亦應 〆主忍，由於經管壁 之熱傳導，因此溫度感應器接近於 電阻疋件套組具有以 ,^ L j控方式影響篁測之風險。 低，:甬a :之項域中’為製備咖啡而加熱之水之流率相對 低於Π/約數十ml/min。#前，可購得之流量計在量測 率之不二mln之流率時不十分精確。因而該應用尹量測流 二 疋性係精確計算為了達到裝置出口之參考溫度所 需供給之能量之另L在EP1則43中，由於當計算 欲供給裝置之能量時僅考慮入口溫度，因此直到流體離開 加熱裝置時流量計所引起之錯誤才經校正。 ▲另外，由於經提議用來製造電阻元件套組之技術，因此 該文獻未討論任何允許將溫度感應器排列於金屬管表面之 實用實施例，該排列在任何狀況下似乎都是棘手的。 專利US 6 246 831係關於一種監控家庭加熱或個別熱水 箱之流體加熱之系統，其包含數個含有連續電加熱元件之 加熱室。溫度調節係基於各室中之溫度感應器且基於測定 參考溫度與各室中所量測之溫度總和間之差異。接著控制 器迅速響應於溫度變化，並藉由改變功率調節更改功率計 算。然而，該種方法未考慮流經裝置之流體實際量之瞬時 變化；該量係基於一間接計算方法。因此，操作條件之突 然改變可致使該計算無效’且此使得該系統大體上適於穩 定流動條件但不適合於經歷流率突然改變之咖啡機中之熱 水的產生。 【發明内容】 104860.doc Ϊ274572 因而，本發明之一目標係藉由提供使用簡易、小型及便 宜構件之加熱液體之裝置來解決上文所述亦及其它缺點。 本發明之另一目標係提供於在入口溫度及100間變動 之特定出口溫度下減少預熱加熱系統且不預先儲存潛熱來 允許液體即時加熱之該加熱裝置，其使得有可能改良液體 出口溫度之精確性且提供將液體加熱至該參考溫度之合適 能量。 為此’本發明係關於一種加熱液體之裝置，其用於熱液 體或蒸Ά形式之液體’尤其用於家用且更尤其用於製備熱 飲料，該裝置包含一裝配有一用於循環一液體之管道之主 體’該管道具有一液體入口及一液體出口且其與至少一個 電加熱主體相連，該電加熱主體之電源藉由連接於控制構 件之切換構件進行控制，該管道包含至少第一及第二管道 邛與第二管道部分連接在一起形成一連接管；該等至少第 一及第一管道部分各與至少一加熱主體相連。該連接管與 連接於該控制構件之一中間溫度感應器相連；排列該中間 溫度感應器以使其直接或間接與流經該管道之液體接觸以 量測液體溫度。該裝置之特徵在於其包含一量測流經該管 道之液體量之流量計，且在於控制及切換構件經組態以根 據在该第二管道部分提供之為了將該中間溫度感應器量測 之中間溫度升高至一參考溫度所需之能量來控制該至少第 一&道部分之加熱主體；該能量作為流量計所量測之液體 里及所里測之中間溫度及裝置出口處之參考溫度之函數藉 由控制構件計异，藉由控制及切換構件以確定之時間間隔 104860.doc 1274572 、 將該能量分佈於該至少第二管道部分之該加熱主體。 根據—較佳實施例’該確定之時間間隔短於500毫秒。在 …卜 咅，/-1- m ^ ㊣使用脈衝流量計時，將時間間隔設為脈 衝流量計之脈衝頻率。 因而本發明在溫度調節方面提供更佳之精確性，且因而 更好地利用消耗能量，一方面因為欲加熱之液體溫度經直 接量測，另一方面因為計算及分佈熱能考慮了流率之瞬時 改變。 根據有利特徵，本發明之裝置進一步包含一液體入口溫 度感應為，其經排列與裝置入口處之液體直接或間接接觸 以里測液體溫度，及一位於（例如）第一室入口上游之流量 計。亦提供用於計算作為所量測之入口及中間溫度、流量 计所置測之流率及能量平衡之函數的分配於該第二管道部 分之加熱主體之能量修正因子的調節構件。 車又仫地，控制及切換構件亦經組態以控制該第一管道部 _ 刀之加熱主體，其作為為將流體量自入口感應器所量測之 入口溫度升局至一中間參考溫度該第一管道部分中所需提 供之理論能量之函數。 實際上，為將適當理論能量分佈至第一管道部分之加熱 - t體’藉助於與欲量測之流體直接或間接接觸之感應器於 裝置入口處量測欲加熱之液體溫度，且用式E ==欲加熱之 液體i x(T + w H 之人σ Μ⑻夜體熱容量將欲提供之 能量作為使欲加熱之液體量（藉由流量計測定）達到中間參 考溫度之函數確定。 104860.doc 1274572 為將適當理論能量分佈至第二管 斗、、六曰》 之加熱主體，用 式E =流篁言十所量測之欲加熱之液體量χ(所 用 所量測之中間溫度）x液體熱容量計算能量。而刑出溫度— ，而，為考慮（例如）在流率量測時可存在之任何誤差及 錯誤、電阻7L件功率、電源電壓等 =,τ 左較佳應用用式k (所量測之t間溫度-τ所量測之…度)/(T t間參考溫度 計算之修正因子。 之 之 接著藉由控制構件應用修正因子以調節加熱第二室中 =體所需之能量值以得到最接近加熱套出σ側所需=度 溫度。 ::暫間隔執行該等經校正之能量平衡計算及執行因而 所計异之能量之分佈至加熱主體且將其重複以考慮流量計 所記入之流率變化。 較佳地’以約30 ms之規律間隔進行計算。接著將由該計 算所確U熱能按流量計之各脈衝（在流量計以脈衝模式 運作之情況下）’或-般每約10至刚ms，較佳每10至30阳 分佈。因而加熱可快速響應於流率之突然變化。 因而本發明裝置之結構使得有可能有利地精確確定參考 中間溫度及所量測之中間溫度間之差異，且因而計算修正 因子以準確確定為將液體自所量測之中間溫度提高至參考 出口溫度所需提供給該或該等下_管道部分中液體之能 量。 本發明之裝置因此使得有可能補償由量測元件產生及彼 等與熱此生成，尤其是流量計之量測面積有關之誤差及糾 104860.doc 1274572 正由其產生之錯誤及公差、電阻元件功率、電源電壓等之 公差。 為糾正第二管道部分中之該等誤差，尤其是電阻元件功 率、電源電壓之公差及其它錯誤，因而可量測出口溫度且 使用相同％里平衡計算來計算欲應用於該第二管道部分之 新修正因+。將該第二修正因子應用於下—計算中欲應用 之能量。 T為補償電源電壓相對於標稱值之波動，該裝置有規律 也里測電源電壓及/或電流且計算代表電壓及/或電流變化 ^修正因子且將該修正因+賦值於欲提供給加#主體之能 量的計算以調節根據該等變化切換電阻元件之時間。 根據本發明之一較佳實施例，分別與至少一個加熱主體 相連之管道部分使各室藉由連接管連接在一起，該連接管 之橫截面小於該等室之橫截面，纟室中埋有 主體。 根據有利特彳玫，各加熱主體包含至少一個電阻元件，各 加熱主體之各電阻元件可獨立切換。因此，可更快速調節 Μ度且出口溫度精確性更高。其亦避免與電壓突然升高或 下降有關之問題（”閃爍”效應）。 根據一第一實施例，加熱主體共有兩個，各加熱主體置 於獨立室中且各加熱主體包含兩個電阻元件，兩個加熱 主體之各電阻元件經組態以經切換構件彼此獨立切換。 根據一第二實施例，加熱主體共有四個，各加熱主體置 於一獨立室中且各加熱主體包含一電阻元件，各電阻元件 104860.doc -10- 1274572 . 經組態以經切換構件彼此獨立切換。在該實施例中，將中 間溫度感應器定位於與液體入口相通之室之下游及與液體 出口相通之室之上游。 因此本發明之裝置之結構使得有可能使用具有加熱匣形 式之加熱主體，加熱匣可為市售且與先前技術之經印刷之 電阻元件套組相比尤其節約。 有利地，在230 V下經連續及非同時切換排列於管道中之 _ 不同匣，以較佳為每約1〇 ms之某頻率使用該類型之複數個 匡’其標稱功率小於450 W，較佳400 W或更小，使電源上 之電力負載展開，且因此使得有可能限制引起閃爍現象之 突然電壓跳變之風險。另外，使用該類型之加熱匣允許具 有低熱慣性之裝置產生且可使液體在不同出口溫度（例如 根據欲製備之飲料種類確定之溫度）下以小間距時間間隔 連續分配液體。本發明之裝置尤其可使⑼⑽年丨丨月9申請之 題為"Method and device for optimizing 加 variaMe _ temperatures 〇f a liquid”之申請中美國專利申請案美國us 10/983，671中所述之製備熱飲料之機器中之可變液體溫度 最優化。該申請案之全文以引用之方式併入本文中。 本發明亦係關於一種尤其用於家用且更尤其用於製備咖 徘或其它熱飲料之快速及準確加熱液體之方法。該方法包 含一種加熱裝置，該加熱裝置包含一裝配有用於循環液體 之ί道之主體、與一弟一管道部分相連之至少一第一加熱 主體、與一第二管道部分相連之至少一第二加熱主體。根 據本發明之方法： 104860.doc -11 - Ϊ274572 、 a)藉由流量計量測欲加熱之液體量， b)藉由與該等第一及第二加熱主體間之液體直接或間接 接觸放置之中間溫度感應器量測中間溫度， _ C)藉由控制構件計算作為所量測之欲加熱之液體量、所量 ’則之中間溫度、裝置出口處之參考溫度及液體熱容量之函 數的第二加熱主體所提供之理論能量， d)藉由切換構件將該計算之能量應用於第二加熱主體，藉 % 由選擇性地切換加熱主體將液體升高至（或至少盡可能接 近於）裝置出口處之所需參考溫度， )藉由控制構件以確定之時間間隔重複至少數個步驟至 d) 〇 根據該方法之一較佳實施例，將至少數個步驟幻至句以 5旦〇〇毫秒或更短之時„隔進行重複。對於某些其它類型流 量計，為分佈步驟d)中之能量，將該時間設定至脈衝流量 十之脈衝頻率’或至少設定為約—至數十毫秒之確定頻率。

該方法使得有可能㈣所要液體“溫度之經提高之精 確性，尤其由於實際量測液體溫度（而非如先前技術中加熱 主體之溫度）及藉由確定所提供之能量，其考慮流經該裝置 之液體之流率的實際變化。 根據本發明方法 度變量及流量計之 體之能量。 =一較佳實施例，計算作為所量測之溫 置測值之函數的供給第一及第二加熱主 接著該方法包含下列步驟： f)藉由與液體直接$間接接觸纟置之液體 入口 溫度感應 104860.doc -12 · 1274572 态1測裝置入口處之液體溫度， g)藉由々,L里叶量測欲加熱之液體量， =稭由㈣構件計算作為所量測之液體量、裝置人 里測之溫度、中間參考溫度及液體熱容量之函數的 熱主體所提供之理論能量， 加 二：由與第一及第二加熱主體間之液體直接或間接接觸 放置之中間溫度感應器量測中間溫度，

•—控制構件计异作為所量測之欲加熱之液體量、旦 測之中間溫度、萝罟ψ n* 衣置出口處之參考溫度及液體熱容量之 數的第二加熱主體所提供之理論能量， 、 =藉由切換構件將該等經計算之能量分別提供給第 第一加熱主體’藉由選擇性切換加熱主體將液體在裝置出 口處+提高至（或至少盡可能接近於）所要參考溫度， )藉由控制構件以確定時間間隔重複至少數個步驟。至 根據一較佳實施例，該方法 /万，惫考慮由裝置之不同組件（例如 '里 '、電阻元件等)或電源電壓引起之總體錯誤及誤差以 改進（尤其是）提供給第二加熱主體之能量，且因此在加執方 面得収佳之精確性。為此目的，用式k=(所量測之中間溫 度々所里測之入口溫度）/(參考中間溫度-所量測之入口溫度) 计鼻修正因子，且摩用兮攸π m 應用該修正因子以計算第二加熱主體所 提供之能量。 以小間距時間間隔（間隔約 ms ’就將能量分佈給加熱 當然，當液體流經加熱裝置時 數毫秒，例如，就計算而言每3〇 104860.doc • 13 - 1274572 體而。每ίο ms)以循環形式應用本發明之方法 用调即構件’諸如微控制器或其它等效電子調節構件。

=本發明之_態樣，藉由與液體直接或間接接觸之感 2置測液體溫度。應理解表達，，直接，，接觸意謂以埋入液 之感應器進行量測。舉例而言，其可為藉由玻璃或陶 :呆濩之NTC感應元件。應理解表達”間接，，接觸意謂以藉 由（例如）黏結至液體於其中流動或相對其流動之非加熱管 (諸如金屬之乾_上經固定之感應器（諸如精密NTC感 :讀)進行量測。在任何狀況下，液體由以下方式將感應 态自貫際加熱主體分離，所量測之溫度為液體溫度而非受 到固悲熱傳導表面之加熱主體之傳導所影響之溫度。 —才據另悲樣，本發明係關於一種用於加熱熱液體或蒸 八幵y式之Μ體以製備咖啡或其它熱飲料之裝置，其包含裝 配有用於循環流體之管道之主體，該管道具有藉由管道連 用戶攻置之一流體入口及一流體出口，該管道與至少 個電加熱主體相連，該加熱主體之電源藉由連接於控制 構件之切換構件進行控制；該裝置進一步包含至少一個定 位於5亥官道中或該管道之出口處及與流經該管道之流體直 接接觸之/^度感應器，該溫度感應器連接於該控制構件； 该控制及切換構件經組態以在安裝有該感應器之管道區域 中控制加熱主體將欲加熱之流體自一第一溫度提高至一參 考溫度’該裝置之特徵在於其進一步包含一連接流體出口 及4用戶裝置間之該管道及藉由該控制構件控制的電操作 閥’且在於由以下控制電操作閥之方式排列該控制構件， 104860.doc -14- 1274572 以使得當該感應器所量測之溫 流體自流體出口、☆& 咬判參考溫度時引導 ’丨之” π出流向排水箱或再循環迴路，且合所量 測之溫度已達到參考溫度時流向好裝置。且*所里 虽以I測該管道中之中間 時，夂者、、w式疋仅垓溫度感應器 ，考-度可為裝置之理論中間溫 感應器定位於管道出口處以考田將-度 日吝，夂去、w ☆ a 4衣1出口處之流體溫度 寻 > 考、/m度為所要出口溫度。

由於該等特徵，可確認進人通常為 之物J W ：t I -々 用於如取例如咖啡 古Ιί 蒸汽喷嘴之用戶裝置之流體，總以足夠 间之，皿度到達該裝置，即使當一 欠使用該裝置時。 λ 置具有低熱慣性，穿過排水箱之週期一般僅為約 數秒鐘（通常3.6秒）。因而此排列允許快速製備飲料，具有 獨立於加熱裝置中可出現之任何波動之恆定質量。 【實施方式】 ' 參考圖1及2，該等圖藉由實例說明第一實施例中以一般 參考數字1表示之加熱液體之裝置，該裝置併人可同樣較^ 欲用於家用或工業用途之咖啡機2(圖2)。注意，加熱裝置中 欲加熱之液體的種類並非至關重要的，且該液體可為任何 液體，例如水、牛奶、巧克力飲料等。在圖示之加熱裝置 之應用中，欲加熱之液體為水。圖2中圖示之咖啡機2包含 一冷水箱4，該冷水箱4經由管6連接至經由液體入口 1〇將水 提供給加熱裝置1之泵卜水流經加熱裝置丨之主體13中所提 供之管道12«該管道12與加熱主體14a、14b、1扑及14<1相 連，藉由連接於控制構件1 8之切換構件丨6控制其電功率。 104860.doc •15- 1274572 、 因而加熱主體埋入欲加熱之液體中且與其直接接觸。水經 由液體出口 20離開加熱裝置接著依次流經管道22、管道24 到達含有意欲形成飲料之物質的匣26，該等物質諸如經焙 烤咖啡粉或速溶咖啡之咖啡、茶、巧克力或其它熱飲料。 舉例而言，該匣26為一根據歐洲專利第512 468號所描述於 液壓下打開之密封匣。接著咖啡流入大杯28中。且該機器 亦使得有可能經由連接於管道22之管道3〇產生蒸汽。在圖i • 中’藉由箭頭八及B指示水流經加熱裝置之方向。 在本發明之第一實施例之加熱裝置1中，管道i 2包含藉由 三個連接管32ab、32bc及32cd連續連接在一起之四個管道 部分 12a、12b、12c及 12d。管道部分 12a、12b、12c及 12d 各自界定容納加熱主體14a、14b、14c及i4d之室。在此點 上應注意連接管32ab、32bc及32cd之橫截面小於室12a、 12b、12c及12d之橫截面。將室12a、12b、12c及12d彼此平 行排列且並置於主體13所包含之套13a中。室12a、12b、12c φ 及12d均開口至其第一終端處之套13a之第一側面上，經由 該等開口將加熱主體14a、Mb、14c及14d引入室12a、12b、 12c及12d中。室12a、12b、12c及12d之第二終端開口至該 第一侧面相對之套13a之第二側面上，且藉由三個連接管 32ab、32bc及 32cd將室 12a、12b、12c及 12d在其一個終端 處連接在一起。一方面，室1仏由其在套na之第二側面上 之終端經由管道36連接於液體入口10，另一方面，其藉由 在套13a之第一側面上之終端經由連接管32吐連接於室 12b。至12b藉由其在套i3a之第二側面上之終端經由連接管 104860.doc -16- 1274572 3=:連接於室12e。室12e藉由其在套⑴之第—側面上之終 =經由連接管32ed連接於室12d，且室i2d藉由其在套叫之 第二側面上之終端經由管道38連接於液體出口2〇。 應'注意各加熱主體14a、14b、14(^14d或多或少在其所 連接之室的整個長度上延伸且其形狀或多或少互補於其所 連接之室之形狀。根據一有利變量（未描述），加熱主體之外 表面及/或與其相連之室之内壁具有螺旋凹槽，使其可延長 其與加熱主體接觸時液體之路徑及其速度，且因此增加熱 父換係數’而不因此增加加熱裝置之體積。 加熱裝置1進一步包含定位於使液體入口連接至室i2a入 口之管道36中之溫度感應器40。排列該感應器4〇使其與欲 加熱之液體直接接觸以量測加熱裝置入口處欲加熱之液體 溫度’即在已與裝置丨之加熱主體之一接觸之前。亦在管道 36中在室12a之上游提供流量計42。 可如圖2所示’主體π進一步包含分別位於套i3a之第一 • 及第一側面處及覆蓋每一室12a、12b、12c及12d之兩個終 端的兩個端板44、46。套13a之第一側面上之端板44承載加 熱主體14a、14b、14c及14d，而套13a之第二側面上之端板 46承載中間溫度感應器48。中間溫度感應器48與連接管 32bc相連且經設計與流經管道之欲加熱之液體直接接觸。 入口溫度感應器40、流量計及中間溫度感應器48連接於 裝置1之控制構件18。 端板44封閉室12a、12b、12c及12d之第一終端且亦連同 套13a限定連接管32ab及32cd。端板46封閉室12a、12b、12c 104860.doc -17- 1274572 及12d之第二終端並且連同套13a限定管道32bc。端板46亦 限疋將管道36連接於室12a之管道3 6a及將室12d連接於管 道38之管道38a。通常，藉助於螺絲釘（未描述）將端板44及 46固定於套i3a’且藉助於置入端板44、46及套13a間之〇-環形密封墊44a、46a提供密封。 控制構件1 8及切換構件1 6經組態以控制加熱主體14a、 14b、14c及I4d。尤其排列該等控制構件16以控制分別排列 於位於中間溫度感應器48下游之室12c、12d中的加熱主體 14c及14d，該等加熱主體為使欲加熱之液體自中間溫度感 應器48所量測之中間溫度提高至（例如）控制構件18之記 憶體中所含之參考溫度所需供給室12(：及i2d之能量的函 數。 加熱主體14a、14b、14c及14d各包含一電阻元件。該等 電阻元件連接於切換構件1 6且以能彼此獨立切換電阻元件 之方式排列控制構件18。能量分配之原理係基於藉由流量 计所發出之脈衝（例如每隔1 〇〇 ms或更小）。賦予加熱主體之 月b里（即加熱時間）相應於流量計之各脈衝。該成比例系統使 得有可能對流率之快速變化作出反應，該變化可發生於尤 其為當囊經刺破時之自囊提取之循環期間。各電阻元件產 生低於一般於230 V下小於450 W之電源閃爍理論功率值之 標稱功率。根據標準IEC 1000_3_3,可跨整個頻率範圍切換 之最大功率為約38〇 W。為避免功率差之絕對值超過各電阻 元件之標稱功率，控制構件18經設計間歇地及非同時將加 熱主體之電阻元件自”迴路内”狀態切換至"迴路外，，狀態，反 104860.doc -18 - 1274572 之亦#換總在電壓跨過零位時進行以避免將波動引入 電源。 控制構件18進-步包含調節構件，其經設計以計算欲分 配於疋位於處在中間溫度感應器48下游之管道部分12c、 12d中之加熱主體14c、14d之能量，該能量為所量測之中間 及入口 /jnL度之函數且為流量計42所量測之流率之函數。在 計算能量時，尤其為量測電源電壓（例如23〇 v)時可考慮其 匕因子。可藉由基於實際量測電源電壓及理論標稱電壓間 之波動的修正因子對能量進行校正。該因子顯示實際電壓 是否高於或低於例如230 V之標稱電壓。當亦為了考慮輸電 線中之電壓降接通電阻元件時對該因子進行更新。 調節構件一般包含一微控制器，一些用於計算欲應用之 能量平衡及修正因子之記憶體及程式。藉由微控制器以間 距極小之時間間隔計算加熱主體之能量平衡、修正及切換 以恆定調節供給加熱主體之能量。計算能量之間隔為約數 毫秒，較佳小於1〇〇 ms，例如每30 ms。 自動調節模式係基於以下原理。藉由裝置入口處之溫度 感應器40量測裝置入口處之液體溫度；對於欲加熱之液體 量’藉由基於脈衝之流量計42對其進行量測。亦藉由溫度 感應器48量測第一及第二加熱主體間之中間溫度。在不包 含液體入口溫度感應器之一實施例中，可基於理論入口溫 度啓動系統’該溫度一般為微控制器之記憶體中所儲存之 電源水溫度。 藉由包含用於計算能量之程式之微控制器搜集該等量測 104860.doc -19- 1274572 值。具體言之，該微控制器因而利用式：第一加熱主體 (14a、14b、14e)之能量=流量計所量測之欲加熱之液體量χ (Tw*考wTu w)x液體熱容量計算藉由第一加熱主體供 給之理論能量。可將基於電源電壓中之變化的修正因子應 用於最終量值。 ~

參考中間溫度為一在裝置測試期間藉由計算所確定之 值，且其對應於視所量測之入口水溫、固定（參考）出口溫 度、230V電源修正因子及加熱元件之歐姆（〇hmie)電阻之2 論值而定之最佳理論值。作為所需出口溫度之函數該值可 發生改變以（例如）生成咖啡或一些諸如巧克力之其它飲 料。在微控制器之程式或記憶體中記錄該值。 微控制器亦以式：用於第二加熱主體（14c、14d、i4f)之 能量=流量計所量測之欲加熱之液體量χ(所需出口溫度_ 所量測之中間溫度）χ液體熱容量計算第二加熱主體所提供 之理論能量。為考慮電源電壓亦可對該能量進行校正。 微控制器接著藉由將加熱主體中所含有之電阻元件切換 為開或關來監控該等所計算之能量的分佈（每單位加熱時 d而，為考慮（諸如）流率量測中之任何可能誤差及錯 誤、電阻元件功率、電源電壓等之公差，較佳應用以式 所量測之中間溫度-τ所量測之入 之修正因子。 d溫度)/(T中間參考溫度-T所量測之人σ 接著藉由微控制器應用該修正因子以調節加熱第二室中 液體所需之能量值以得到盡可能接近於加熱套出口處所要 104860.doc -20- 1274572 溫度之溫度。 因此L如下應用對該（等）加熱主體之校正： 用於第一加熱主體之經校正之能量用於第二加 熱主體之理論能量， 或·· 之此里-(2·Κ)χ液體之熱容量χ欲加熱之液體量χ (所需出口溫度-所量測之中間溫度)。亦可校正該能量以考 慮電源電壓。 •’當修正因子小於1時，其意味分佈於中間溫度感應 Γ 1之該（等）加熱主體之實際能量過低因而需要藉由增 力二分佈於位於中間溫度感應器下游之該(等)加熱主體之能 量：用校正。當該因子高於13寺，其意味分佈於中間溫度感 應态上游之該(等)加熱主體之實際能量過高需要藉由減少 分佈於位於該感應器下游之該（等）加熱主體配之能量應用 校正。舉例而言，若正因子之值經計算修為110，則其意 φ 未藉由11亥（等）第一加熱主體所分佈之能量高出10%且為得 到盡可能接近於所要溫度之出口溫度需提供該（等）第二加 熱主體之能量減少10〇/〇。 圖3及4描述本發明之一第二實施例之加熱液體之裝置， 其中與彼等圖1及圖2所述之有關元件相同之元件係以相同 參考數字表示。 該加熱裝置與前述之裝置不同之處僅在於主體13所提供 及欲加熱之液體流經之管道12僅包含藉由與中間溫度感應 器48相連之連接管32ef所連接之兩個管道部分i2e及i2f，且 104860.doc -21 - 1274572 在於與管道部分12e及12f相連之加熱主體i4e& 分別各 包含兩個電阻元件，其每一個經由切換構件16連接於控制 構件1 8。

如在第一實施例中，加熱主體1物及14£之電阻元件各產 生通常於230 V下小於450W之低於電源波動理論能量之標 稱功率，排列控制構件18以間歇性地（一般以約每丨〇咖之 頻率）將該等電阻元件自"迴路中"狀態切換至"迴路外"狀 態，反之亦然。該類型之加熱主體為（例如）,，高負荷"或"高 始、度"類型之加熱匣，即每單位加熱面積生成大量能量。 圖5示意性描述併入本發明之另一態樣之咖啡機。在該圖 中，與彼等圖4所述相同之元件係藉由相同參考數字表示。 該咖啡機與前述之咖啡機不同之處僅在於其包含一允許 於適當溫度下傳送一 ”第一"液體或一"第一"蒸汽之裝置。為 做到這一點，該裝置包含連接於提取裝置26之一第一主管 道22。將管道24之反壓閥24a定位於裝置％入口處。將一二 一電操作閥50a連接於通向排水箱52之管道部分22&。將稱 為"洛汽"閥50b之-第二電操作閥連接於位於藉由蒸汽喷 嘴56形成（在該實例中）之第一用戶裝置及第二用戶裝置間 的管道30。藉由控制構件18操作該等電操作閥心、渴。 後者經設計分別以下述之方式操作電操作閥5〇a、，引 導流體自流體出口 20流出根據感應器48所量測之溫度是否 已達到用於有關用戶裝置之參考溫度流向兩個用中 之-者或流向排水箱52。注意可藉由返回加料置入口 1〇 再循環使裝置複 之再循環迴路代替再循環排水箱。然而 104860.doc -22- 1274572 雜化，因為其可需要一附加之泵。另外，僅數秒鐘後即可 才于到參考溫度，且因而一般丟棄少量之水。 該裝置如下運作： 在藉由提取裝置26提取飲料之狀況下，，，蒸汽”電操作閥 5Ob保持關閉。水泵8提供根據已描述之原理運作之加熱裝 置藉由溫度感應器48連續監控水溫。只要該溫度低於預 定參考溫度，控制器1 8保持”旁路，，電操作閥5〇a處於打開狀 態，以使得離開加熱裝置之水不用於提取而排入排水箱或 進行再循ί衣。一旦已達到參考溫度，控制器指令閥5〇a關 閉。接著流體可流動直至其迫使反壓閥打開且流入裝置％。 當啓動蒸汽指令（諸如製備多泡牛奶）時，溫度上升原理 為相似的。開始加熱時，閥5〇b保持關閉且打開閥5〇a以排 出流體（一般為水）或使其再循環。一旦已達到蒸汽產物參考 溫度，藉由控制器關閉閥5(^且打開閥5〇b。當蒸汽壓力太 低不能打開排汽壓力閥24時，將蒸汽直接提供給出口 ％。 應注意裝置出口20附近之出口溫度感應器可用於監控不同 於中間溫度感應器之溫度。 顯然，本發明不限於已描述之實施例且熟習此項技術者 可叹想多種簡單修正及變化而不與所附申請專利範圍所界 定之本發明範疇相背離。藉由實例，定位於圖1及2中之室 12b及12c間之中間感應器48可輕易地僅定位於室丨^及i2d 間，該想法係用於將中間溫度感應器定位於包含加熱主體 一液體入口相通之室之下游及包含加熱主體及與液體出口 相通之室之上游。 104860.doc -23- 1274572 【圖式簡單說明】 圖1為一經部分切除之本發明之一第一實施例之加熱液 體之裝置的透視圖； 圖2為一包含圖1之加熱裝置之咖啡機的示意圖，該加熱 裝置經部分描述； 圖3為—本發明之一第二實施例之加熱液體之裝置的透 視圖； 圖4為一包含圖3之加熱裝置之口加啡機的示意圖，該加熱 裝置經部分描述，及 圖5為-類似於圖4之視圖，其例示本發明之另一態樣。 【主要元件符號說明】 1 加熱液體之袭 4 冷水箱 6 管 8 泵 10 液體入口 12, 12a，12b，12c， 管道部分 12d，12e，12f 13 主體 13a 套 14a，14b，14c， 加熱主體 14d，14e，14f 16 切換構件 18 控制構件 104860.doc -24- 1274572

20 液體出口 22 管道 22a 管道部分 24 管道 24a 反壓閥 26 匣 28 大杯 30 管道 32ab，32bc， 連接管 32cd5 32ef 36, 36a 管道 38, 38a 管道 40 入口溫度感應器 42 流量計 44, 46 端板 44a 0-環形密封墊 46a 0-環形密封墊 48 中間溫度感應器 50a 第一電操作閥 50b 第二電操作閥 52 排水箱 56 蒸汽喷嘴/出口 104860.doc -25-

Claims (1)

1. 曰修(曼)正本

   1274^7(24131486號專利申請案 ' 中文申請專利範圍替換本(95年12月） 十、申請專利範圍： 一種用於製備咖p非或其它熱飲料之加熱一熱液體咬蒸、、气 形式之一流體之裝置，其包含裝配有用於循環一流體之 一管道之一主體，該管道具有一流體入口及一流體出口 且與至少一個電加熱主體相連，該電加熱主體之電源藉 由連接於控制構件之切換構件進行控制，該管道包含至 少第一及第二管道部分，該第一及第二管道部分係透過 一形成一連接管之第三管道部分而連結；該等至少第一 及第二管道部分各與至少一加熱主體相連；該連接管與 連接於該控制構件之一中間溫度感應器相連；排列該中 間溫度感應器以量測流經該管道之流體温度，該裝置之 特徵在於其包含一量測流經該管道之流體量之流量計， 且在於控制及切換構件係架構為根據在該第二管道部分 為將該流體自該中間溫度感應器所量測之中間溫度升高 至該裝置之出口的一參考溫度所需提供之能量來控制咳 至f第二管道部分之加熱主體；該能量係由該控：構： 以》亥机里计所量測之流體量、所量測之中間溫度及裝置 出口處之參考溫度為函數來進行計算，並藉由該等控制 及切換構件以確定時間間隔將該能量分配至該至少^二 管道部分之該加熱主體。 2.如請求们之裝置，其特徵在於該等確定時間間隔等 短於500毫秒。 3·如請求項1或2之裝置 該欲加熱之流體中。 其特徵在於該等加熱 主體係浸入 104860-951207.doc 、1274572 4.如請求们之裝置，其特 5. 裝置入口處之-流體直接接觸二體入包含與該 及:於該第-室入口上游之一流量計V 口溫度感應器 二置力:特徵在於提供調節構件以計算-功 6. 中間、、田戶夕率修正因子作為所量測之入口溫度及 甲間/皿度之函數分配於該 如請求们之m… 加熱主體。 電阻元件夂其特徵在於各加熱主體包含至少-個 7.如浐灰 忒加熱主體之各該電阻元件可獨立切換。 且么兮員6之裝置’其特徵在於該等加熱主體共有兩個， 電阻=熱主體包含兩個電阻元件’該二加熱主體之各該 8 “^牛係配置成透過該切接構件彼此獨立地進行切換。 月求貝6之裝置’其特徵在於該等加熱主體共有四個， 雷各藏於：獨立管道部分中且各包含一電阻元件，各該 阻％件係配置為藉由該等切換構件彼此獨立地進行切 換0 ^求項6之裝置’其特徵在於各電阻元件產生一低於電 原波動理論能s值之標稱功率且在於藉由該等切換構件 处j此補彳員之方式將該等電阻元件切換至開/關位以避免 月匕里差之絕對值超過各該等電阻元件之標稱功率。 浚明求項8之裝置，其特徵在於各電阻元件產生一小於 450 W之標稱電功率。 如明求項1之裝置，其特徵在於與至少一個加熱主體分別 才連之忒等管道部分各形成複數門室，各該室係透過橫 I〇4S6〇f 12〇lt -2 - 1274572 12. 13. 14. 15. 如請求項μ裝置’其特徵在於該等加熱主體之外表面 及/或與其相連之該室的内壁具有螺旋凹槽。 如請求項w裝置’其特徵在於該主體…團塊，該 團塊内形成有該等室，該等室相互平行且在該團塊之各 側向外開口，各該室於其_終端處藉由—連接管將其共 同連接且該主體進-步包含分別覆蓋該等室之第一及第 二終端之兩個端板。 、月求員13之裝置’其特徵在於與該等室之第一終端相 連，該第-端板承載該等加熱主體，而與該等室之第二 、、’、端相連之該第：端板則承載該中間溫度感應器。 如：求項14之裝置’其特徵在於該等第一及第二端板連 同泫團塊界定該或該等連接管。 ，:月^項14之裝置’其特徵在於該第二感應器及該流量 。十係疋位於形成於該團塊中且將該流體人口連接至一第 一室入口之一管道中。 二求項13之裝置，其特徵在於各加熱主體在其所連接 之至之整個長度上延伸且在於其形狀互補於其所連接之 室之形狀。 18. 七月长員1之裝置，其特徵在於該中間溫度感應器位於與 抓體入口相通之室之下游及與流體出口相通之室之上 热衮置快速及準確 ---,π ^抑 飢胆Μ衣1甭叨卩口非 或其它飲料之方法，m 1 该裒置包含一裝配有一用於循環該 流體之管道之主轉、 104860-951207.doc " 至〉、一弟一加熱主體及至少一第二 、1274572 加熱主體，其特徵在於： )藉由/;,L畺计®測欲加熱之液體量； b) 藉由與置於盘該篝 唣一 /、 寺弟一及弟二加熱主體間之液體直 接或間接接觸之一中間、、w 如曰 ^ 1 /皿度感應裔置測該中間溫度； c) 猎由與δ亥控制構件計 — 么曰 干寸异弟一加熱主體所提供之理論 月b里且5亥理論能量得作或 曰 曰 里你作為所《測之欲加熱之流體量、所 量測之中間溫度、梦罟φ 雀置出口處之苓考溫度及液體熱容量 之函數； d)藉由選擇性切換該等加熱主體以藉由該等切換構件 分別將該經計算之能量應用於該第二加熱主體，使得將 液體升高至（或至少盡可能接近於）裝置出口處所要之參 考溫度；以及 e)藉由δ亥等控％構件以確定的時間間⑮重複至少數個 步驟a)至d)。 月长員19之方法，其特徵在於以500毫秒或更短之時間 間隔重複至少數個步驟幻至d)。 21·如請求項19或20之方法，其特徵在於在步驟a)過程中於流 ϊ計之各脈衝處或其後分佈步驟幻中所分佈之能量。 22·如請求項21之方法，其特徵在於用於計算步驟勾中之能量 之間隔為約3 0 m s。 23_ —種使用一加熱裝置快速及準確加熱一流體尤其用於家 用且有其用於製備咖啡或其它飲料之方法，該裝置包含 一裝配有一用於循環該流體之管道之主體、至少一第一 加熱主體、至少一第二加熱主體之其特徵在於： ___ 、行録及 ‘1274572

   )藉由與°亥/;,L體直接或間接接觸放置之一流體入口溫 度感應器量測該裝置入口處之流體溫度； g) 藉由一流量計量測欲加熱之流體量； h) 藉由控制構件計算作為所量測之流體量、該裝置入 口處所量測之溫度、中間參考溫度及流體熱容量之函數 的該第一加熱主體所提供之理論能量； 1)藉由與5亥等第一及第二加熱主體間之流體直接或間 接接觸放置之-中間溫度感應器量測該中間溫度； 猎由該等控制構件計算作為所量測之欲加熱之流體 量二斤量測之中間溫度、裝置出口處之參考溫度及流體 熱谷里之函數之第二加熱主體所提供之理論能量； 藉由該等切換構件將該等經計算之能量分別提供給 名等第及第一加熱主體，藉由選擇性切換該等加熱主 體將流體提高至(或至少盡可能接近於)裝置出口處之所 要參考溫度； 1)藉由該等控制構件以確定時間間隔重複至少數個 驟f)至k)。 24. 士 口月求項23之方法’其特徵在於以5〇〇毫秒或更短之時間 間隔重複至少數個步驟f)至k)。 、 25. ^請求項23或24之方法，其特徵在於在步驟g)過程中於流 量計之各脈衝處或其後分佈步驟k)處分佈之能量。" 26_如明求項24之方法，其特徵在於用於計算步驟h)及j)中 能量之間隔為約30 ms。 27.如請求項24之方法，其特徵在於 104860-951207.doc 用式k ==(所量測之中 間溫 •1274572 度-所量測之輸入溫度）/(參考中間溫度-所量測之入 口溫度）計算一修正因子，將該修正因子應用於計算該第 二加熱主體供給之能量。 28· —種加熱一熱液體或蒸汽形式之流體以製備咖啡或其它 熱飲料之裝置，其包含一裝配有一用於循環一流體之管 道之主體’該管道具有藉由一管道連接至一用戶裝置之 biL體入口及一流體出口，該管道與至少一^固電加熱主 體相連，該電加熱主體之電源藉由連接於該等控制構件 之切換構件進行控制丨該裝置進一步包含至少一個定位 於该管道中或該管道之出口處且與流經該管道之流體直 接或間接接觸之溫度感應器，該溫度感應器連接於該等 控制構件；該等控制及切換構件架構為以控制該加熱主 體以使得在安裝有該感應器之管道區域中將欲加熱之流 體自一第一溫度提高至一參考溫度，該裝置之特徵在於 其進一步包含至少一個連接於該流體出口及該用戶裝置 間之讜管道且藉由該等控制構件所控制之電操作閥，且 在於由以下控制電操作閥之方式排列該控制構件以使得 當该感應器所量測之溫度尚未達到該參考溫度時引導爷 流體自該流體出口流出流向一排水箱或一再循環迴路， 且當該所量測之溫度已達到該參考溫度時流向該用戶裝 置。 " 29.如請求項28之裝置，其特徵在於該用戶裝置包含用於提 取一匣及/或一蒸汽喷嘴中所含之物質之一單元。 30·如請求項28或29之裝置，其特徵在於該 104860-951207.doc -6- 且疋歹 含 • 1274572 允许一背壓產生之構件，# 4 I 再什將，亥專構件定位於用 下游’且在於該電操作閥為放置於該管道之旁路‘之 之一簡易閥。 刀支上 31. 一種如請求項28或29之裳置，其特徵在於該電操作閱為 一排列於該管道上之三向閥，該等三個端口分別連接於 該流體出口、該排水箱及該用戶裝置。 104860-951207.doc