КОФЕМАШИНА

Полезная модель относится к бытовым и торговым аппаратам для приготовления кофейных напитков, а именно к профессиональным или полупрофессиональным кофеваркам.
Из уровня техники известны следующие технические решения.
Известна кофемашина (патент Великобритании №2266763, 04.12.1996), содержащая резервуар для жидкости с расположенным в нем нагревателем, клапан подачи жидкости, выпускной клапан горячей жидкости. Так же устройство содержит паровой бойлер с расположенным в нем нагревательным элементом, генерирующим пар, клапан подачи жидкости, выпускной клапан пара. Подача жидкости в резервуар (бойлер) запускает контроль уровня жидкости. Достижение нижнего порога уровня жидкости включает нагревательный элемент, при достижении верхнего уровня закрывается клапан подачи жидкости. Система запускает контроль значений температуры и давления. При достижении заданных параметров выключается нагревательный элемент.
Также известна кофемашина (патент США №5408917, 25.04.1995), включающая три бойлера, в каждом из которых находится по одному нагревательному элементу и датчику. Каждый бойлер имеет впускной клапан холодной воды, которая подается с помощью насоса. Один из бойлеров работает на подачу пара, остальные два подают горячую воду. Паровой бойлер дополнительно снабжен датчиком уровня воды. При падении уровня ниже заданного включается насос и через впускной клапан начинается подача холодной воды.
Наиболее близким аналогом патентуемого решения является кофемашина, включающая бойлер с расположенным внутри теплообменником, датчиком уровня, датчиком давления и/или температуры, электроклапаны. Датчик температуры и давления установлен с возможностью управления устройством питания нагревательных элементов. При достижении установленного порогового уровня температуры и давления, подача тепла прекращается. Датчик уровня регулирует подачу воды в бойлер. При достижении заданного верхнего порогового значения подача воды прекращается. При подаче кипятка из бойлера система активирует нагрев и пополнение бойлера холодной водой (патент Испании №2253554, 01.06.2006).
Недостаток наиболее близкого аналога состоит в том, что расположенный внутри бойлера теплообменник работает по принципу смешивания кипящей воды и холодной воды из водопровода, холодная вода подается в теплообменник и выдавливает перегретую воду (практически пар с водой) в кофейную группу. В результате, используя данное техническое решение при варке кофе, приходится делать так называемый «охлаждающий пролив» (около 15-20 секунд) на каждой кофейной группе каждый раз при приготовлении кофе, пока не стабилизируется температура.
Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее решение, является повышение термостабильности аппарата, исключение «охлаждающего пролива» и как следствие перерасхода воды, снижение энергопотребления. В отличие от ближайшего аналога, предлагаемое техническое решение в виде внешнего контура на паровом бойлере дает возможность исключить подачу перегретой воды в кофейную группу (температура воды в контуре не более 85 градусов Цельсия).
Технический результат заключается в повышении термостабильности аппарата, что обеспечивает непрерывное приготовление большого количества чашек кофе с одинаковыми вкусовыми характеристиками, а также уменьшает энергопотребление аппарата.
Заявленный технический результат достигается за счет конструкции кофемашины, включающей панель управления, трубопроводы холодной и горячей воды, паровой бойлер, два кофейных бойлера и насос, при этом к паровому бойлеру подведен патрубок подачи холодной воды от трубопровода холодной воды, вокруг парового бойлера размещен водяной спиральный контур, соединенный с одного конца с трубопроводом холодной воды, с другого - с трубопроводом горячей воды, соединенный посредством патрубков перекрытых ЭМК (электромагнитными клапанами) с двумя кофейными бойлерами, имеющими патрубки подачи горячей воды, каждый из бойлеров имеет емкость с двумя датчиками температуры, размещенными в нижней и верхней точках, контрольный датчик измерения давления и трубчатый электронагреватель.
Паровой бойлер имеет два патрубка для отбора пара, перекрытых механическими кранами.
Клапаны представляют собой электромагнитные клапаны (ЭМК).
Паровой бойлер включает датчик уровня жидкости.
Панель управления имеет кнопки выбора режима работы кофемашины, кнопки включения горячей воды, кнопку включения полуавтоматической промывки кофемашины, кнопку включения режима энергосбережения (спящий режим), манометры механические показывающие показания давления в каждом бойлере.
Боковые панели корпуса кофемашины имеют светодиодную подсветку RGB.
Кофемашина включает внешнюю подсветку рабочих зон под каждой кофейной группой (снизу).
Кофемашина включает секундомеры на газоразрядных лампах.
Кофемашина включает в себя также жидкокристаллический монитор.
Контур обвивает паровой бойлер и соответственно холодная вода (примерно 250 мл), проходя через него (длина спирального контура составляет 4 метра), нагревается от поверхности бойлера примерно до 75-80 градусов и поступает через ЭМК (электромагнитные клапана) в кофейные бойлеры при варке кофе.
Это обеспечивает высокую термостабильность при приготовлении кофе, так как вода поступает в кофейные бойлеры не холодная, а уже подогретая, одновременно с этим достигается сбережение электроэнергии за счет того, что кофемашина тратит меньше времени на стабилизацию температуры. Показания температуры - дискретные и снимаются по двум датчикам температуры установленных в верхней и нижней части каждого бойлера, это дает максимально точное значение температуры в каждом бойлере и позволяет точно контролировать температуру в бойлерах, что так же повышает термостабильность при приготовлении кофе.
Таким образом, предлагаемое решение позволяет:
- исключить использование «охлаждающего пролива» через кофейные группы (это экономия 150-200 мл при каждом приготовлении чашки кофе)
- повысить термостабильность за счет того что вода поступающая в кофейные бойлеры 2 и 3, через контур, нагрета до температуры максимально близкой к рабочей температуре;
- уменьшение энергопотребления так как вода подогретая в контуре, за счет тепла от уже нагретого парового бойлера, поступает в кофейные бойлеры 2 и 3 и практически не меняет рабочей температуры. В результате количество и время включений ТЭН в кофейных бойлерах значительно сокращается.
Далее решение поясняется ссылками на фигуру, на которой принципиальная схема кофемашины.
Кофемашина состоит парового бойлера 1, кофейных бойлеров 2 и 3, насоса 17 (питание 220В)
Панель управления включает девять - кнопок, при этом шесть кнопок на группы, одна кнопка на включение горячей воды и одна кнопка включения полуавтоматической промывки кофемашины и одна кнопка включения режима энергосбережения(спящего режима).
Боковые панели корпуса кофемашины имеют внешнюю светодиодную подсветку машины (RGB). Кофейная группа снизу также имеет светодиодную подсветку рабочей зоны (снизу).
Секундомеры на газоразрядных лампах (2 шт. по 2 лампы на каждый секундомер).
Паровой бойлер включает емкость, в которой установлены два датчика температуры 4 и 5 (верхняя и нижняя точка). Датчики температуры аналоговые на температуру от -25÷+150°С (0÷5В), рабочая температура 125÷135°С. В емкости размещен один датчик давления 10, токовый (0÷20 мА) от 0÷6.8 Бар, рабочее давление 1÷1.5 Бар.
В емкости размещен один датчик уровня жидкости 13 и представляет собой датчик уровня кипящей жидкости с возможностью регулировки уровня жидкости с задержкой. Датчик уровня жидкости погружается в емкость по меньшей мере на 50%. При включении заполнения парового бойлера включается контроль уровня. При достижения уровня (контакт воды со стержнем датчика) запускается таймер (количество времени возможно поменять в сервисных настройках машины).
В емкости парового бойлера также установлен трубчатый электронагреватель 23 (ТЭН) 3 кВт. В емкости парового бойлера есть два выходных патрубка для отбора пара (управление прямое через механический кран) 14.
В емкости есть входной патрубок для холодной воды, управление автоматом через ЭМК 16.
В емкости есть выходной патрубок для горячей воды, управление ручное (нажатием кнопки на панели управления) через ЭМК 15.
Вокруг парового бойлера размещен медный водяной спиральный контур 22, соединенный с одного конца с трубопроводом холодной воды, с другого - с трубопроводом горячей воды. Спиральный контур 22 состоит из пяти витков медной трубки диаметром 12 мм и составляет в длину 4 метра.
Кофемашина включает два кофейных бойлера, каждый из которых содержит емкость. В каждой емкости по два датчика температуры 6, 7 и 8, 9 (верхние и нижние точки соответственно). Датчики температуры аналоговые, рассчитанные на температуру от -25÷150°С (0÷5В), рабочая температура 85÷96°С. Кофейные бойлеры включают датчики давления 11 и 12 (аналоговый(0÷5В) от 0÷20 Бар, рабочее давление 10 Бар
В емкостях бойлеров 2 и 3 стоят ТЭН 24 и 25 по 2 кВт.
В емкостях есть выходные патрубки для отбора горячей воды на кофейные группы, управление ручное или автомат через ЭМК 18 и 19.
В емкости есть входные патрубки для горячей воды от спирального контрура 22, управляемые автоматически через ЭМК 20 и 21.
Насос 17 представляет собой автоматически управляемый водяной насос на 220В.
Выносной ЖК монитор в корпусе на 7 дюймов представляет собой прибор для контроля и настройки параметров системы в реальном времени (все 3 бойлера-давление и темперы, уровня воды), смены настроек системы в реальном времени (давление, температуры, уровня жидкости в каждом из бойлеров, а также дельта удержания этих параметров в каждом бойлере индивидуально), смены настроек подачи воды в кофейных бойлерах для автоматических режимов (время «Пролива» и «Предсмачивание»), включение режимов подсветки машины (RGB, яркость и т.п), управление автоматической промывкой кофейных групп.
Лента светодиодная для подсветки дна кофемашины и манометров, установленная в боковых панелях сигнализирует о готовности кофемашины к работе:
«СИНИЙ ЦВЕТ» - сигнализирует, что кофемашина не вышла в рабочий режим и не готова к работе
«КРАСНЫЙ ЦВЕТ» - сигнализирует, что кофемашина вышла в рабочий режим и готова к работе
Подсветка боковых панелей при нагреве кофемашины плавно переходит от синего цвета к красному.
Подсветка кофейной группы, установленная под кофейными группами белого цвета и настраивается на выносной ЖК панели (включение и выключение подсветки под каждой группой по отдельности и яркость свечения)
Секундомеры на газоразрядных лампах (2 шт. по 2 лампы на каждый секундомер)
Показывают время открытия клапанов 18 и 19.
Работает кофемашина следующим образом.
Включение системы.
- Включается насос 17.
- Открываются клапана 16, 20, 21, 18, 19 и 15.
- Запускается цикл опроса датчиков давления 10, 11, 12 и датчика уровня 13.
- При достижении уровня 13 (задается переменной в настройках) запускается таймер (задается переменной в настройках). По окончанию таймера закрываются клапаны 16.
- При достижении давления 11 (задается переменной в настройках) закрывается клапан 18, через задержку заданную в ПО (подбираем экспериментальным путем) закрывается клапан 20.
- При достижении давления 12 (задается переменной в настройках) закрывается клапан 19, через задержку заданную в ПО (подбираем экспериментальным путем) закрывается клапан 21
- При закрытии клапанов 16, 20, 21 выключается насос 17
- При достижении температуры 80 градусов Цельсия в паровом бойлере 1, закрывается клапан 15.
- После закрытия клапанов 15, 16, 20, 21 автоматически включаются ТЭНы 23, 24, 25 (включаются на полную мощность)
- Запускается цикл опроса датчиков температуры 4, 5, 6, 7, 8, 9, Датчиков Давления 10, 11, 12 и датчика уровня 13.
Паровой бойлер.
Контролируется температура в 2-х точках 4 и 5 (задается переменной в настройках), давление 10 (задается переменной в настройках). ТЭН 23 включен на полную мощность до достижения одного из предельных значений. Приоритетность в порядке убывания: Давление  -> Температура. При достижении заданных параметров (задаются в настройках) выключается ТЭН 23 и система переходит в режим поддержания готовности (поддержание давления и пределах заданной дельты). В этом случае на ЖК мониторе состояние меняется из красного в зеленый.
Кофейные бойлеры.
Контролируется температура в 2х точках в каждом бойлере 6, 7 и 8, 9 (задается переменной в настройках), давление 11 и 12 (задается переменной в настройках). ТЭН 24 и 25 включены на полную мощность до достижения одного из предельных значений. Приоритетность в порядке убывания: Температура -> Давление. При достижении заданных параметров (задаются в настройках) выключаются ТЭН 24 и 25, и система переходит в режим поддержания готовности (поддержание температуры в пределах заданной дельты).
Для расчета температуры в каждом бойлере берется показания с 2-х датчиков (верхняя и нижняя точка (t1-t2, t3-t4, t5-t6). В процессе работы посредством математического анализа(расчет температуры в реальном времени).
t(пар)=(t1+t2)\2(условный алгоритм)
t(гр1)=(t3+t4)\2(условный алгоритм)
t(гр2)=(t5+t6)\2(условный алгоритм)
Принцип работы секундомеров (на обоих бойлерах одинаковый).
После выхода кофемашины в рабочий режим подается питание на оба секундомера, показания на каждом «00» секунд
При нажатии любой из кнопок, соответствующего режима включается отсчет времени на секундомерах, при повторном нажатии этих же кнопок время на секундомерах фиксируется и обнуляется переходя в следующий цикл отсчета при последующем нажатии на данные кнопки.
В режиме промывки кофемашины питание на секундомеры не подается.
Режим работы «ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ»(СПЯЩИЙ РЕЖИМ)
Режим энергосбережения (спящий режим) - активируется нажатием кнопки на панели управления кофемашины (без фиксации). При активации данного режима работы кофемашина переходит в режим энергосбережения, все кнопки на кофемашине (кроме кнопки включения/выключения спящего режима) становятся неактивными и машина переходит в режим работы 50% от своей максимальной мощности. При активации данного режима кнопка включения спящего режима мигает (3 секунды подсветка активна, 3 секунды не активна).
В этом режиме кофемашина поддерживает температуру в бойлере 2 и 3 в пределах 60-70 градусов цельсия, а в паровом бойлере 1, температура поддерживается в пределах 80-85 градусов, при этом давления в паровом бойлере 1 падает и становится равным «0» (что снимает нагрузку на сам бойлер)
При повторном нажатии на кнопку спящий режим деактивируется, и кофемашина переходит в обычный режим работы, т.е. активируется нагрев системы до рабочей температуры.
Данная функция позволяет кофемашине выходить в рабочий режим за 8 минут, что в 3 раза быстрее, чем запуск кофемашины после полного отключения от сети.