СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ НАСОСОМ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКА
BEVERAGE PREPARATION DEVICE PUMP CONTROL SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретения
Изобретение относится к управлению насосом устройства для приготовления напитка или продукта питания. В частности, изобретение относится к такому устройству с указанным управлением, к способу и к компьютерной программе для управления указанным насосом.
Уровень техники
Устройства для приготовления напитка или продукта питания все чаще выполняют с возможностью использования контейнера, содержащего материал для одной порции напитка или продукта питания, например, кофе, чая, мороженого, йогурта. Устройство может быть выполнено с возможностью приготовления путем обработки указанного материала в контейнере, например, с добавлением текучей среды, такой как молоко или вода, и применением к ней перемешивания, например, как в устройстве, раскрытом в PCT/EP13/072692. В альтернативном варианте осуществления устройство может быть выполнено с возможностью приготовления путем по меньшей мере частичной экстракции ингредиента материала из контейнера, например, растворением или завариванием. Примеры устройств данного типа приведены в EP 2393404 A1, EP 2470053 A1, WO 2009/113035.
Увеличение популярности таких устройств, возможно, частично обусловлено повышенным удобством для пользователя по сравнению с традиционными устройствами, например, по сравнению с ручным устройством для приготовления эспрессо на кухонной плите или кафетиром (френч-прессом).
В частности, вышеупомянутые устройства содержат блок обработки компонента, выполненный с возможностью обработки материала путем применения текучей среды (обычно воды) к требуемому напитку или продукту питания. Соответственно, для подачи текучей среды из резервуара блок обработки компонента содержит насос, например, индукционный насос. Желательно уменьшить шум от устройства, выполняющего операцию приготовления, особенно когда устройство используют в домашней обстановке. В частности, наиболее значительный шум порождается вибрациями насоса.
Соответственно, имеется потребность снижения в таких устройствах шумности насоса. Были разработаны разнообразные подходы, пример которых приведен в EP 2410894, где насос смонтирован на эластичном элементе, выполненном с возможностью изолирования насоса от остального устройства с целью снижения распространения вибраций насоса. Еще один подход предлагается в EP 2180812, где на этапе пуска насоса управляют напряжением электрической энергии, подаваемой на насос. В частности, на этапе пуска напряжение можно линейно повышать до номинального рабочего напряжения. Недостатком такого управления напряжением является то, что остается шум нежелательного уровня.
Раскрытие изобретения
Целью изобретения является обеспечение устройства с пониженной шумностью для приготовления напитка или продукта питания.
Преимуществом будет обеспечение такого устройства с пониженной шумностью, которое будет экономичным и простым в изготовлении.
Преимуществом будет обеспечение средств снижения шумности, которые могли бы быть простыми для реализации в существующих устройствах для приготовления напитков (то есть в тех устройствах, которые уже работают, и в тех, для которых существуют сборочные линии).
Преимуществом будет обеспечение компьютерной программы снижения шума, которая будет проста в составлении.
Цели изобретения достигаются за счет следующего: устройство для приготовления напитка по п. 1 формулы изобретения; способ по п. 12; и энергонезависимый машиночитаемый носитель по п. 14, содержащий компьютерную программу.
В соответствии с первым аспектом изобретения настоящим раскрывается устройство для приготовления напитка или продукта питания, содержащее: блок обработки компонента, выполненный с возможностью приготовления напитка или продукта питания из компонента напитка или продукта питания (например, материала напитка или продукта питания или контейнера, содержащего указанный материал), причем указанный блок обработки компонента содержит насос, размещенный с возможностью подачи к указанному компоненту текучей среды (например, воды или молока, причем и то и другое может быть подогрето); систему управления, выполненную с возможностью управления формой волны (например, формой волны напряжения или тока) подаваемой на насос электрической энергии, причем данное управление включает себя на этапе пуска (на котором подаваемую на насос электрическую энергию повышают от нуля до номинальной рабочей электрической энергии) срезание (например, для удаления на длительности, связанной со срезанием, например от положения перехода напряжения через нуль или другой точки) части периода повторяющегося блока указанной формы волны, при том что срезаемая часть варьируется нелинейно по времени между началом и концом этапа пуска и с большей скоростью изменения (например, изменения по времени срезаемой величины) вблизи конца. Период вблизи конца может быть определен как период перед концом, включая сам конец. Указанный период перед концом может длиться на последних 20%, или 30%, или 40% этапа пуска. Скорость в течение данного периода может быть средней скоростью, то есть учитывающей локализованные вариации скорости. Скорость выше по сравнению со скоростью в течение оставшегося этапа пуска, то есть периода вблизи начала в начале этапа пуска. Период вблизи начала может быть определен как период в начале, включая само начало. Указанный период в начале может длиться на первых 20%, или 30%, или 40% этапа пуска. Скорость в течение данного периода может быть средней скоростью, то есть учитывающей локализованные вариации скорости.
Соответственно, цели изобретения достигаются за счет того, что в начале этапа пуска: имеется меньшая скорость изменения мощности и/или меньшая начальная мощность, пока жидкостная линия (то есть линия, через которую текучая среда прокачивается насосом) пуста полностью или частично; имеется более высокая скорость изменения мощности, когда жидкостная линия заполнена. В частности, было выяснено, что более высокая мощность, приложенная к пустой жидкостной линии, создает особенную шумность. В изобретении после того, как жидкостная линия будет заполнена, скорость изменения мощности и саму мощность повышают, так как в таких условиях шум менее существенен.
Более того, компонент (который обычно является молотым кофе) напитка или продукта питания обычно получает текучую среду только под высоким давлением, то есть после того, как жидкостная линия будет заполнена: было выяснено, что постепенное повышение давления подаваемой текучей среды с низких значений может пагубно сказываться на качестве продукта.
Конец этапа пуска может быть определен по величине срезаемой формы волны, когда она станет нулевой. Срезаемая часть предпочтительно больше (термин «больше» может быть определен как включающий в себя все срезаемые части, которые больше или в целом больше для обеспечения эквивалентного эффекта) вблизи начала этапа пуска, чем вблизи конца этапа пуска. На этапе пуска срезаемая часть может прогрессивно уменьшаться по времени в размере. Срезание может быть определено как удаление части повторяющегося блока таким образом, чтобы амплитуда (обычно напряжения) срезаемой части становилась нулевой (или равной базисному значению).
Систему управления предпочтительно выполняют с возможностью уменьшения срезаемой части (например, от исходного значения в начале) с конкретной скоростью (например, с низкой скоростью, которая может быть примерно постоянной скоростью уменьшения) или сохранения срезаемой части постоянной, предпочтительно на указанном начале (например, не вблизи указанного конца) и необязательно в процессе заполнения жидкостной линии, через которую насос прокачивает текучую среду, и увеличения скорости уменьшения после заполнения.
Следует понимать, что количество текучей среды, которое требуется прокачать для заполнения жидкостной линии, будет варьироваться в зависимости от конфигурации жидкостной линии и работы насоса. Для типичного устройства для приготовления напитка или продукта питания жидкостную линию заполняют за 1–3, предпочтительно за примерно 2 секунды или за 40–80% длительности пуска, и в этой точке процент срезания периода или импульса может составлять примерно 40–60%. Срезание может быть выбрано таким образом, чтобы: изначально заполнять жидкостную линию постепенно на пониженной мощности; после заполнения жидкостной линии повышать мощность с большей скоростью до номинальной величины.
Система управления может быть выполнена с возможностью определения заполнения (то есть момента, когда жидкостная линия станет заполненной или примерно заполненной) жидкостной линии (например, путем определения конкретного времени задержки от инициации пуска или посредством датчика). Система управления может быть выполнена с возможностью увеличения скорости изменения при срезании в ответ на указанное определение. Датчик может быть расходомером (например, заполнение жидкостной линии определяют по соответствию постоянству массы между измеренной величиной массы и перекачанной величиной текучей среды на насосе).
На этапе пуска срезаемая часть формы волны может варьироваться по времени экспоненциально (например, включая в целом или по существу экспоненциально для получения того же эффекта, что и при экспоненциальном изменении), например, величина, срезаемая в начале, будет наибольшей, но не намного, а величина, срезаемая в дальнейшем, будет все меньше и меньше, варьируясь экспоненциально с увеличением времени (в альтернативном варианте осуществления срезаемая величина будет отрицательной степенной функцией от времени). На этапе пуска подаваемое на насос напряжение может варьироваться по времени экспоненциально (например, включая в целом или по существу экспоненциально для получения того же эффекта, что и при экспоненциальном изменении), например, в конце мощность будет экспоненциально увеличиваться до номинального значения.
Этап пуска может состоять из последовательности шагов, причем для каждого шага часть срезаемого периода будет постоянна (например, включая по существу или полное постоянство, чтобы иметь постоянный результирующий эффект). Изменение части периода, срезаемого между соседними шагами, варьируют так, как описано выше, например, чтобы после усреднения получать указанную нелинейную вариацию и измененную скорость. Преимуществом является то, что при сохранении процента срезания постоянным для шага составление компьютерной программы для реализации указанного управления будет значительно более простым.
Шагов может быть 5–50 или 10–20. С целью снижения явного шума, ощущаемого конечным пользователем при переходе между шагами, для более продолжительных этапов пуска предпочтительно иметь большее количество шагов. Длительность шага может составлять 50–600 мс. Конкретнее, на этапе пуска длительность шага может уменьшаться, например, составляя 300–500 мс в начале и 200–50 мс в конце. Мощность для прогрессивных шагов может повышаться линейно. Срезаемая часть для прогрессивных шагов может уменьшаться линейно. Преимуществом является то, что кривой мощности можно удобно управлять, оптимизируя длительность шага.
Здесь форма волны определена как полная геометрическая форма волны электрической энергии, то есть она содержит множество повторяющихся блоков. Повторяющиеся блоки являются в целом периодичными, то есть они имеют одинаковую длительность по времени. Следует понимать, что нормальные вариации (например, шум) в электрической энергии будут иметь результатом локальные флуктуации геометрической формы и длительности повторяющихся блоков.
В начале (которое может определено, как включающее само начало пуска или первые 5 или 10% длительности пуска) пуска часть срезаемого периода может составлять 90–50% или 80–70% периода и/или связанного с периодом импульса.
Период здесь определен как длительность времени полного цикла повторяющегося блока. Он, например, может включать в себя цикл формы волны переменного тока, то есть положительный и отрицательный импульсы. Он также может включать в себя импульс, то есть повторяющийся блок формы волны постоянного тока. Импульс здесь определен как положительный или отрицательный компонент цикла формы волны переменного тока, а для формы волны постоянного тока импульс в целом содержит цикл. Полуволновая форма волны выпрямленного переменного тока содержит период с импульсом и часть на базисном значении.
В целом форму волны срезают от точки перехода напряжения через нуль (хотя ее можно срезать от любой точки, например, от пикового напряжения или точки на форме волны тока) до следующей точки перехода через нуль. Точка перехода через нуль, от которой проходит срезание, типично находится на подъеме напряжения.
Этап пуска может иметь длительность по времени, составляющую 2–6 секунд, предпочтительно примерно 4 секунды. По соображениям качества продукта и удобства для конечного пользователя предпочтительно иметь непродолжительное время пуска.
Система управления может содержать источник питания (например, портативный источник, такой как батарея или блок питания, для получения электрической энергии от сети, например, со стабилизатором, трансформатором и т.п.) для подачи электрической энергии на насос; задействуемый электричеством переключатель (например, симистор, транзистор или тиристор), выполненный с возможностью реализации указанного срезания формы волны подаваемой на насос электрической энергии; и процессор для управления задействуемым электричеством переключателем. Система управления может дополнительно содержать датчик напряжения (например, схему делителя или потенциометр) для измерения напряжения электрической энергии, причем датчик будет соединен с процессором и может быть предназначен для определения перехода напряжения через нуль.
Блок обработки компонента может быть выполнен с возможностью приготовления напитка или продукта питания из компонента напитка или продукта питания, причем компонент включает контейнер, содержащий материал напитка или продукта питания (например, порошок, экстракт или жидкость). В альтернативном варианте осуществления указанный компонент содержит указанный материал in situ. Контейнер может содержать пакет, капсулу или приемный сосуд для потребления из него конечным пользователем. Контейнер может быть однопорционным одноразовым контейнером. После процесса приготовления контейнер может не годиться для повторного использования, например, он будет пробит и/или напиток или продукт питания будет израсходован.
Блок обработки компонента предпочтительно является варочным блоком, находящимся под давлением, например, компонент в процессе заваривания подвергается воздействию 5–20 бар. Насос предпочтительно является индукционным насосом, хотя могут быть использованы и насосы других типов, например, вращательный насос.
В соответствии со вторым аспектом изобретения настоящим раскрывается обеспечение способа управления насосом устройства для приготовления напитка или продукта питания в соответствии с определением первого аспекта. Способ, включающий на этапе пуска: срезание части периода повторяющегося блока формы волны подаваемой на насос электрической энергии, причем срезаемая часть варьируется нелинейно по времени между началом и концом этапа пуска и с большей скоростью изменения вблизи указанного конца. Способ может включать увеличение срезаемой части с меньшей скоростью или сохранение срезаемой части постоянной в процессе заполнения жидкостной линии, через которую насос прокачивает текучую среду, и увеличение указанной скорости после того как жидкостная линия будет заполнена. Способ может включать определение заполнения жидкостной линии (например, по известному времени задержки с момента инициации пуска или посредством специального датчика). Способ может дополнительно включать управление насосом в соответствии с любым из указанных выше аспектов.
В соответствии с третьим аспектом изобретения настоящим раскрывается обеспечение компьютерной программы для процессора системы управления устройства для приготовления напитка или продукта питания в соответствии с любым признаком первого аспекта. Компьютерная программа, содержащая программный код для управления (например, при исполнении) (например, посредством сигнала, подаваемого на задействуемый электричеством переключатель) формой волны электрической энергии, подаваемой на насос указанного устройства, причем указанное управление на этапе пуска включает в себя реализацию срезания части периода формы волны, при том что срезаемая часть варьируется нелинейно по времени между началом и концом этапа пуска и с большей скоростью изменения вблизи указанного конца.
Компьютерная программа может дополнительно содержать программный код для реализации управления электрической энергией в соответствии с любым из указанных выше аспектов. В частности, она может содержать программный код для определения точки перехода напряжения через нуль и применения указанного срезания, начиная с этой точки.
Программный код может быть предназначен для программирования процессора, например, для загрузки информации в его блок памяти, или для программирования программируемой логики процессора (например, для ПЛИС).
В соответствии с четвертым аспектом изобретения в настоящем документе описан энергонезависимый машиночитаемый носитель, содержащий компьютерную программу в соответствии с непосредственно предшествующим пунктом. Такой энергонезависимый машиночитаемый носитель может содержать блок памяти процессора или другой машиночитаемый носитель для хранения на нем машиночитаемого программного кода для программирования компьютера, например, жесткий диск, CD-ROM, оптическое устройство хранения данных, магнитное устройство хранения данных, флэш-память.
В соответствии с пятым аспектом изобретения настоящим раскрывается обеспечение компьютеризированного способа для осуществления способа, связанного с компьютерной программой третьего аспекта.
Приведенные выше аспекты изобретения можно комбинировать в любой подходящей комбинации. Более того, различные элементы, описанные в настоящем документе, можно комбинировать с одним или более из приведенных выше аспектов для обеспечения комбинаций, отличных от конкретно проиллюстрированных и описанных. Дополнительные цели и преимущественные элементы изобретения будут очевидны из формулы изобретения, подробного описания и прилагаемых чертежей.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания изобретения и демонстрации вариантов его осуществления ниже приводятся, в качестве примера, ссылки на прилагаемые схематические чертежи.
На фиг. 1 представлено иллюстративное изображение варианта осуществления системы для приготовления напитка или продукта питания, содержащей устройство для приготовления напитка или продукта питания и контейнер в соответствии с изобретением.
На фиг. 2 приведена блок-схема системы управления устройства в соответствии с фиг. 1.
На фиг. 3 представлен иллюстративный пример формы волны электрической энергии переменного тока, подаваемой на насос системы в соответствии с фиг. 1.
На фиг. 4 в масштабе представлен пример графика, показывающего изменение по времени процента срезаемого импульса периода формы волны переменного тока.
На фиг. 5 в масштабе представлен пример графика мощности, подаваемой на насос в соответствии с фиг. 4.
На фиг. 6 в масштабе представлен пример графика, показывающего изменение по времени длительности шага, который может быть использован для графиков распределения, представленных на фиг. 4 и фиг. 5.
На фиг. 7 представлена таблица, соответствующая графикам распределения, представленным на фиг. 4–6.
Осуществление изобретения
Система для приготовления напитка/продукта питания
Система 2 для приготовления напитка или продукта питания, пример которой показан на фиг. 1, на своем первом уровне содержит: устройство 4 для приготовления напитка или продукта питания; контейнер 6, которые описаны далее по тексту.
Устройство для приготовления
Устройство 4 для приготовления напитка или продукта питания выполнено с возможностью обработки компонента напитка или продукта питания, причем компонент может содержать контейнер, вмещающий в себя порцию материала (далее по тексту называемую материалом) напитка или продукта питания или материал in situ, с получением продукта питания и/или напитка для потребления путем съедания и/или выпивания. В настоящем контексте материал продукта питания может содержать вещество, которое может быть обработано с получением предназначенного в целом для съедания питания, которое может быть охлажденным или горячим, неисчерпывающими примерами которого являются: йогурт; мусс; парфе; суп; мороженое; сорбет; зерновые завтраки; манная каша; кускус; заварной крем; смузи. В настоящем контексте материал напитка может содержать вещество, которое может быть обработано с получением питьевого вещества, которое может быть охлажденным или горячим, неисчерпывающими примерами которого являются: чай; кофе, включая молотый кофе; горячий шоколад; молоко; кордиал. Следует понимать, что оба определения в некоторой степени совпадают, то есть указанное устройство 4 может приготавливать как продукт питания, так и напиток.
Размеры устройства 4 для приготовления, как правило, предусматривают установку на рабочей кухонной поверхности: то есть его длина, ширина и высота составляют менее 70 см. Устройство 4 для приготовления на своем первом уровне содержит: корпус 10; блок 14 обработки компонента; и систему 16 управления, которые по очереди описываются далее по тексту.
Корпус
Корпус 10 вмещает в себя и несет на себе указанные компоненты первого уровня устройства и на втором уровне устройства 4 для приготовления содержит: основание 17 для опоры расположенной горизонтально несущей поверхности; остов 18 служит для монтажа на него других компонентов первого уровня.
Блок обработки компонента
В зависимости от конкретного варианта осуществления блок 14 обработки компонента выполнен с возможностью приготовления продукта питания/напитка путем обработки материала, находящегося в: однопорционном одноразовом контейнере 6, являющемся пакетом или капсулой; контейнере 6, являющемся приемным сосудом, которым для употребления будет пользоваться конечный пользователь; и их комбинации. Будут рассмотрены варианты осуществления каждой конфигурации.
В общем случае во всех вариантах осуществления блок 14 обработки компонента на втором уровне устройства 4 для приготовления содержит систему 12 подачи текучей среды, выполненную с возможностью подачи текучей среды в контейнер 6. Текучая среда обычно является водой или молоком и может быть кондиционирована (то есть подогрета или охлаждена). Система 12 подачи текучей среды, как правило, содержит следующие компоненты третьего уровня устройства 4 для приготовления: резервуар 20, в котором содержится текучая среда, причем в большинстве случаев объем резервуара составляет 1–5 литров текучей среды; насос 22 для текучей среды, такой как возвратно-поступательный или вращательный насос, который может приводиться в действие электрическим мотором или индукционной катушкой; необязательный нагреватель 24 текучей среды, который, по существу, содержит прямоточный нагреватель с термоблоком; выпускное отверстие для подачи текучей среды. Резервуар 20, насос 22 для текучей среды, нагреватель 24 текучей среды и выпускное отверстие имеют гидравлическое сообщение друг с другом в любом подходящем порядке и образуют жидкостную линию. Система 12 подачи текучей среды необязательно может содержать датчик для измерения расхода текучей среды и/или количества выпущенной текучей среды. Примером такого датчика является расходомер, который может содержать датчик, работающий на эффекте Холла, или другой подходящий датчик для измерения вращения ротора с подачей сигнала от датчика в процессор 38 согласно описанию далее по тексту.
Блок обработки компонента для экстракции продукта питания/напитка из контейнера
В соответствии с вариантом осуществления изобретения блок 14 обработки компонента выполнен с возможностью: принимать содержащий материал контейнер 6; обрабатывать контейнер 6 для экстракции из него одного или более ингредиентов напитка и выдавать указанные ингредиенты в сменный приемный сосуд для употребления конечным пользователем. Контейнер, как правило, является одноразовым однопорционным контейнером, таким как капсула или пакет.
Сначала будет описан блок 14 обработки компонента для использования с указанной капсулой; пример такого блока показан на фиг. 1. Блок 14 обработки компонента содержит блок 26 экстракции, который выполнен с возможностью перемещения из положения получения капсулы в положение экстракции капсулы и обратно, и при перемещении из положения экстракции капсулы в положение получения капсулы блок экстракции может проходить через положение удаления капсулы или доходить до положения удаления капсулы, в котором использованная капсула может быть удалена из блока. Блок 26 экстракции получает текучую среду из системы 12 подачи текучей среды. Блок 26 экстракции типично содержит: впрыскивающую головку 28; держатель 30 капсулы; систему 32 загрузки держателя капсулы; канал 34A для установки капсулы; канал 34В для удаления капсулы, которые последовательно описаны ниже.
Впрыскивающая головка 28 выполнена с возможностью подачи текучей среды в полость капсулы 6, удерживаемой держателем 30 капсулы, и с этой целью на впрыскивающей головке установлен инжектор, который имеет насадку, имеющую гидравлическое сообщение с выходным каналом системы 12 подачи текучей среды.
Держатель 30 капсулы выполнен с возможностью удерживания капсулы 6 в процессе экстракции, для чего он функционально соединен с впрыскивающей головкой 28. Держатель 30 капсулы выполнен с возможностью перемещения в указанное положение получения капсулы и положение экстракции капсулы: когда держатель капсулы находится в положении получения капсулы, капсула 6 может быть подана в держатель 30 капсулы из канала 34A для установки капсулы; когда держатель 30 капсулы находится в положении экстракции капсулы, поданная капсула 6 удерживается держателем 30, впрыскивающая головка 28 может подавать текучую среду в полость удерживаемой капсулы и из нее может быть экстрагирован один или более ингредиентов. При перемещении держателя 30 капсулы из положения экстракции капсулы в положение получения капсулы держатель 30 капсулы может проходить через указанное положение удаления капсулы или доходить до указанного положения удаления капсулы, в котором использованная капсула 6 может быть удалена из держателя 30 капсулы через канал 34B для удаления капсулы.
Система 32 загрузки держателя капсулы выполнена с возможностью перемещения держателя 30 капсулы между положением получения капсулы и положением экстракции капсулы.
Блок 26 экстракции может функционировать посредством впрыска текучей среды под давлением в полость капсулы 6, например, под давлением до 20 бар, которое может достигаться с помощью впрыскивающей головки и насоса 26. В альтернативном варианте осуществления он может функционировать путем центрифугирования, как описано в EP 2594171 A1, который включен в настоящий документ путем ссылки.
Вышеописанные блоки 14 обработки компонента, как правило, являются блоками экстракции, находящимися под давлением, например, компонент в процессе заваривания подвергается воздействию 5–20 бар. Как правило, насос является индукционным насосом.
В примере, в котором контейнер 6 содержит пакет, блок 14 обработки компонента выполнен с возможностью получения пакета и впрыскивания в его впускное отверстие текучей среды из системы 12 подачи текучей среды. Впрыснутую текучую среду перемешивают с материалом внутри пакета для того, чтобы по меньшей мере частично приготовить напиток, который выходит из пакета через его выпускное отверстие. Блок 14 обработки компонента содержит: опорный механизм для получения неиспользованного пакета и удаления использованного пакета; инжектор, выполненный с возможностью подачи текучей среды в пакет из выпускного отверстия системы подачи текучей среды. Подробное описание приведено в WO 2014/125123, который включен в настоящий документ путем ссылки.
Блок обработки компонента для приготовления продукта питания/напитка в контейнере для потребления из него конечным пользователем
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения блок 14 (не показан) обработки компонента в целом выполнен с возможностью приготовления материала, помещенного в контейнер 6, являющийся приемным сосудом, таким как чашка, чайник или другой подходящий приемный сосуд, выполненный с возможностью удерживания примерно 150–350 мл приготовленного продукта. При этом блок 14 обработки компонента содержит: блок перемешивания; необязательный блок вспомогательного продукта; теплообменник; опору приемного сосуда, которые будут описаны поочередно.
Блок перемешивания выполнен с возможностью перемешивания материала внутри приемного сосуда для по меньшей мере частичного приготовления указанного материала. Блок перемешивания может содержать любую подходящую систему перемешивания, например, планетарный смеситель; шнековый смеситель; вертикальную куттер-мешалку. Типично блок перемешивания содержит: средство перемешивания, имеющее смесительную головку для контакта с материалом; и приводной агрегат, такой как электромотор или электромагнит, для приведения в действие средства перемешивания. В предпочтительном примере планетарного смесителя смесительная головка содержит мешалку, вращающуюся с радиальной угловой скоростью W1 на смещенном валу, вращающемся с круговой угловой скоростью W2 так, как это раскрыто в PCT/EP13/072692, включенном в настоящий документ путем ссылки.
Блок вспомогательного продукта выполнен с возможностью подачи в контейнер 6 вспомогательного продукта, такого как топинг. Блок вспомогательного продукта содержит: резервуар для хранения указанного продукта; задействуемую электричеством систему для реализации выдачи указанного продукта из резервуара.
Теплообменник выполнен с возможностью передачи в приемный сосуд тепловой энергии и/или ее извлечения из приемного сосуда. В примере с передачей тепловой энергии он может содержать нагреватель, такой как термоблок. В примере с извлечением тепловой энергии он может содержать тепловой насос, такой как тепловой насос с циклом холодильного типа.
Опора приемного сосуда выполнена с возможностью обеспечения опоры контейнеру в течение процесса приготовления так, чтобы контейнер оставался неподвижным при перемешивании находящегося в нем материала блоком перемешивания. Опора приемного сосуда предпочтительно термически связана с теплообменником таким образом, чтобы мог происходить теплообмен с установленным на опору приемным сосудом.
В варианте вышеописанного блок 14 обработки компонента дополнительно содержит механизм выдачи для получения контейнера 6 (такого как пакет) и выдачи связанного с ним материала в приемный сосуд, где происходит его приготовление. Такой пример описан в EP 14167344 A, который включен в настоящий документ путем ссылки.
В дополнительном варианте вышеописанного блок 14 обработки компонента содержит механизм выдачи, выполненный с возможностью выдачи из резервуара одной порции связанного с ним материала в приемный сосуд, в котором происходит его приготовление, и/или приготовления материала in situ перед выдачей его в приемный сосуд. Такой пример описан в WO 2010/034722 и WO 2013/014142, которые включены в настоящий документ путем ссылки.
Система управления
Система 16 управления, пример которой показан на фиг. 2, выполнена с возможностью управления блоком 14 обработки компонента для приготовления напитка/продукта питания. Система 16 управления типично содержит: интерфейс 36 пользователя; процессор 38; необязательно датчики 40; источник 42 питания, описание которых приведено последовательно.
Интерфейс 32 пользователя содержит аппаратную часть для того, чтобы пользователь мог взаимодействовать с процессором 38, и поэтому функционально соединен с последним. В частности, интерфейс пользователя получает команды от пользователя; сигнал интерфейса пользователя передает указанные команды на процессор 38 в качестве входных данных. Команды могут быть, например, инструкцией для выполнения процесса приготовления. Аппаратное обеспечение интерфейса 32 пользователя может содержать любое (-ые) подходящее (-ие) устройство (-а), например, аппаратное обеспечение включает одно или более из следующего: кнопки, такие как кнопка джойстика или нажимная кнопка; джойстик; светодиоды; графические или символьные ЖК-дисплеи; графический дисплей с сенсорным вводом и/или кнопками по краям экрана.
Необязательные датчики 40 функционально соединены с процессором 38 для обеспечения входных данных для отслеживания указанного процесса. Датчики 40 типично содержат одно или более из следующего: датчики температуры текучей среды; датчики уровня текучей среды; датчики положения, например, для измерения положения блока 26 экстракции; датчики расхода и/или объема.
Процессор 38, как правило, выполнен с возможностью: получения входных данных, то есть указанных команд от интерфейса 32 пользователя и/или от датчиков 40; обработки входных данных в соответствии с программным кодом, который хранится в блоке памяти (или программируемой логике); обеспечения выходного результата, который в целом представляет собой указанный процесс экстракции. Процесс может выполняться с управлением в разомкнутом контуре или, более предпочтительно, с управлением в замкнутом контуре с применением в качестве обратной связи входного сигнала от датчиков 40. Процессор 38, по существу, содержит память, компоненты ввода-вывода системы, смонтированные на интегральной схеме, обычно в виде микропроцессора или микроконтроллера. Процессор 38 может содержать прочие соответствующие интегральные схемы, такие как: микросхемы ASIC; программируемое логическое устройство, такое как ПЛИС; аналоговая интегральная схема, такая как контроллер. Процессор 38 может также содержать одну или более из вышеуказанных интегральных схем, то есть множество процессоров. Процессор 38 в целом содержит блок 46 памяти для хранения программного кода и, необязательно, данных. Блок 46 памяти, как правило, содержит: энергонезависимое запоминающее устройство, например, СППЗУ, ЭСППЗУ или флэш-память, для хранения программного кода и рабочих параметров; оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) для хранения данных. Блок памяти может содержать отдельную и/или интегрированную (например, на кристалле процессора) память.
Источник 42 питания выполнен с возможностью подачи электрической энергии на процессор 38, на блок 14 обработки компонента и, в частности, на насос 22, что будет рассмотрено ниже. Источник 42 питания может содержать различные средства, такие как батарея или блок, для потребления и регулирования сетевого электропитания.
Управление насосом для снижения шумности
Система 16 управления выполнена с возможностью управления формой волны электрической энергии, подаваемой на насос 22 в процессе приготовления. В частности, электрическая энергия содержит форму волны, которая типично является формой волны переменного тока, однако она также может содержать форму волны постоянного тока (например, пульсирующую или полуволновую форму волны выпрямленного переменного тока). Форма волны переменного тока, пример которой показан на фиг. 3 (на которой показано 1,5 цикла формы волны, то есть 1,5 периода), обычно синусоидальная, однако нетипично она может содержать другие подходящие формы волны, например, пилообразную волну, квадратную волну. Также следует понимать, что форма является аппроксимацией усредненной геометрической формы волны, например, на практике будут наблюдаться локальные флюктуации, вызванные шумом.
Система 16 управления управляет насосом 22 в процессе приготовления напитка или продукта питания, причем управление отвечает за работу насоса на этапе пуска с последующим этапом работы в номинальном режиме. Этап пуска характеризуется тем, что электрическую энергию увеличивают с нулевого значения до номинального рабочего значения. Типично этап пуска имеет длительность 2–6 секунд, а процесс приготовления длится 30–200 секунд. По соображениям качества (особенно для приготовления молотого кофе) и удобства конечного потребителя предпочтительно, чтобы этап пуска был как можно менее продолжительным по длительности. Этап работы в номинальном режиме начинается после того, как на этапе пуска будет достигнута номинальная электрическая энергия процесса приготовления.
На этапе пуска электрической энергией управляют путем срезания (то есть срезания для удаления) части ее формы волны (так чтобы срезаемая часть имела базисное значение). Обычно срезаемая часть содержит часть периода формы волны, отходящую от точки перехода напряжения через нуль (хотя она может отходить от любой точки, например, от пиковой амплитуды). Пример такого срезания показан для формы волны напряжения на фиг. 3, где точки 48 перехода через нуль являются точками пересечения с осью t времени, в которых напряжение V равно нулю (штриховкой показана срезаемая часть). В иллюстрируемом примере срезаемая часть 50 может проходить в любом месте между точкой перехода через нуль на подъеме напряжения до следующей точки перехода через нуль на снижении напряжения. Здесь срезаемая часть 50 периода выражается в процентах между этими двумя точками перехода через нуль, то есть величина 100% обозначает срезание всего положительного импульса формы волны. В общем случае: максимально срезают 60–80% импульса, которые находятся в начале этапа пуска; этап работы в номинальном режиме начинают, когда срезается 0% импульса.
В частности, процент срезаемого импульса формы волны больше в начале этапа пуска и его уменьшают до нуля в конце этапа пуска, нелинейно варьируя по времени между этими моментами с большей скоростью изменения вблизи конца этапа пуска. Пример такой вариации графически представлен на фиг. 4, где для этапа пуска показано изменение по времени процента срезаемого положительного импульса формы волны переменного тока. В частности, как показано на фиг. 4, процент срезаемого импульса могут варьировать по времени экспоненциально. В примере процент срезания является функцией времени, причем указанная функция включает отрицательную степенную функцию времени пуска плюс первоначальная срезаемая величина. Более того, соответствующая мощность 52, подаваемая на насос, может варьироваться экспоненциально: мощность, соответствующая фиг. 4, показана на фиг. 5.
Система управления предпочтительно выполнена с возможностью уменьшения срезаемой части с меньшей скоростью или сохранения срезаемой части постоянной в процессе заполнения жидкостной линии (причем заполнение определяется как подача текучей среды в: жидкостную линию, которая пуста, до момента, в котором жидкостная линия будет заполнена или по существу заполнена). Система управления может быть выполнена с возможностью того, чтобы после этого момента увеличивать по существу скорость уменьшения. Преимущество такого принципа работы состоит в том, что, как было выяснено, жидкостная линия, которая пуста/заполнена частично, при воздействии на нее большой мощности и/или высокой скорости изменения приложенной к насосу мощности производит больше шума по сравнению с заполненной жидкостной линией, на которую воздействует такая же мощность. Точка, в которой жидкостная линия заполнена, может быть обнаружена по показаниям расходомера или определена по истечению заданной задержки времени с момента пуска. На графических примерах жидкостную линию заполняют за 1–3 секунды, точнее за примерно 2 секунды. Тем не менее следует понимать, что указанная точка будет варьироваться в зависимости от конфигурации жидкостной линии.
В описанных выше примерах для обеспечения показанных графиков распределения процент срезания импульса и/или мощность могут варьировать непрерывно. В альтернативном варианте осуществления их могут варьировать дискретными шагами, то есть сохранять процент срезания постоянным для конкретного шага и изменять его для последующего шага для того, чтобы после усреднения получать то же самое распределение. Преимущество состоит в по существу меньшей сложности компьютерной программы для процессора 38. Количество шагов типично составляет 5–50 или 10–20. С целью снижения явного шума, ощущаемого конечным пользователем при переходе между шагами, для более продолжительных этапов пуска предпочтительно иметь большее количество шагов. Для оптимального снижения явного шума можно подбирать количество шагов и величину приращения мощности/срезания между шагами. Согласно показанному на фиг. 6 и фиг. 7 примеру, для длительности пуска примерно 4000 мс имеется 15 шагов. Обычно шаг имеет длительность 50–600 мс или 100–400 мс.
Конкретнее, длительность шага может быть постоянной (то есть равной результату деления длительности этапа пуска на количество шагов). В альтернативном варианте осуществления длительность шага могут варьировать, например, на протяжении всего этапа пуска или его части. Примером последнего является прогрессивное уменьшение размера шага, например, прогрессивное уменьшение размера шага с приращением на конкретную величину (которая может быть или может не быть постоянной), например, 5–50 мс или 10–30 мс. В показанном на фиг. 6 и фиг. 7 примере длительность шага прогрессивно уменьшают на 20 мс. Как вариант, размер шага могут прогрессивно уменьшать только вблизи конца этапа пуска, например, на последних 30%, или когда жидкостная линия заполнена.
Конкретнее, процент срезания могут прогрессивно уменьшать по мере приращения шагов, например, на переменную величину или постоянную величину, такую как 1–10% или 2,5–7,5%. В показанном на фиг. 6 и фиг. 7 примере процент срезания прогрессивно уменьшают на 5%.
Конкретнее, подаваемую на насос мощность могут прогрессивно увеличивать по мере приращения шагов, например, на постоянную величину, такую как 1–10% или 2,5–7,5%. В показанном на фиг. 6 и фиг. 7 примере мощность прогрессивно увеличивают на 5%.
Для вышеприведенного срезания процессор 38 типично осуществляет управление через свой терминал и задействуемый электричеством переключатель. Задействуемый электричеством переключатель может быть подключен последовательно с подачей электрической энергии. Задействуемый электричеством переключатель может быть осуществлен в виде разнообразных устройств в зависимости от формы волны электрической энергии, например, в виде симистора для формы волны переменного тока, транзисторного диммера/тиристора/полевого МОП-транзистора для формы волны постоянного тока. Процессор 38 может содержать программный код для реализации (например, посредством задействуемого электричеством переключателя) вышеуказанного срезания формы волны. В частности, программный код может реализовывать указанное срезание в ответ на определение точки перехода через нуль.
Для определения перехода напряжения через нуль система управления может содержать датчик напряжения, например, такой как схема делителя или потенциометр, соединенный с терминалом аналогового сигнала процессора 38. Процессор 38 может содержать программный код для обработки указанного сигнала с целью определения точки перехода через нуль.
Перечень обозначений
2 — система для приготовления напитка или продукта питания
4 — устройство для приготовления напитка или продукта питания
10 — корпус
17 — основание
18 — остов
14 — блок обработки компонента
12 — система подачи текучей среды
20 — резервуар
22 — насос для текучей среды
24 — теплообменник текучей среды
26 — блок экстракции
28 — впрыскивающая головка
30 — держатель капсулы
32 — система загрузки держателя капсулы
34A — канал для установки капсулы
34B — канал для удаления капсулы
16 — система управления
36 — интерфейс пользователя
38 — процессор
46 — блок памяти
40 — датчики
42 — источник питания
44 — интерфейс связи
6 — контейнер (капсула/приемный сосуд/пакет)