КОФЕМАШИНА ЭСПРЕССО С УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ СИСТЕМОЙ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ В КОФЕМАШИНЕ ЭСПРЕССО
ESPRESSO COFFEE MACHINE WITH ADVANCED SYSTEM FOR REGULATING WATER TEMPERATURE AND METHOD FOR REGULATING WATER TEMPERATURE IN ESPRESSO COFFEE MACHINE

Предпосылки изобретения
Настоящее изобретение относится в основном к области машин для приготовления напитков. Более конкретно, оно относится к машине для приготовления кофе эспрессо (или другого напитка), содержащей усовершенствованную систему для регулирования температуры воды в бойлере. Настоящее изобретение также относится к способу регулирования температуры воды в кофемашине эспрессо.
Предшествующий уровень техники
EP 2,490,580 относится к машине для приготовления кофе или тому подобного. Машина содержит одну или более рабочих групп, каждая из которых содержит, по меньшей мере, один бойлер, насос, нагревательный узел и узел для экстракции ароматических веществ и дозирования настоя кофе эспрессо через соответствующие каналы. Каждая группа содержит систему для управления и регулирования параметров для получения кофе эспрессо. В соответствии с одним вариантом осуществления машина содержит средство для модуляции давления для экстракции настоя кофе эспрессо. В соответствии с одним вариантом осуществления машина содержит средство для регулирования температуры для экстракции настоя кофе эспрессо. В соответствии с одним вариантом осуществления машина содержит блок управления, который содержит различные сохраненные профили давления, которые могут быть вызваны оператором.
Вода, необходимая для перколяции кофе, обычно нагревается при помощи ее прямого или косвенного контакта с нагревательным элементом, обычно электрическим сопротивлением.
В попытке обеспечить достаточно стабильную температуру воды, известны кофемашины эспрессо, которые используют замкнутую саморегулируемую систему. Эта система содержит емкость для воды (резервуар), нагревательный элемент (например, электрическое сопротивление или тому подобное), датчик температуры и регулирующее устройство.
Регулирующее устройство осуществляет включение или выключение нагревательного элемента в зависимости от температуры, измеренной датчиком температуры. В частности, если температура датчика ниже референсной температуры (желаемой температуры), регулирующее устройство осуществляет включение нагревательного элемента, в противном случае регулирующее устройство осуществляет выключение нагревательного элемента.
WO2017009186 и WO2017009189, поданные заявителем, описывают рычажные или поршневые машины.
EP2,789,276 описывает модульную машину.
Сущность изобретения
Заявитель отметил, что система регулирования температуры, используемая в известных машинах, не обеспечивает достаточную степень точности. В частности, заявитель отметил, что на точность системы может негативно влиять частота использования машины и/или другие факторы, например, конструкция машины и/или факторы окружающей среды.
Заявитель также отметил, что вода по своему каналу потока (от момента ее нагрева до момента ее достижения брикета кофейного порошка) входит в контакт с металлическими (или неметаллическими) частями, в которые она выделяет тепло или в некоторых случаях, от которых она получает тепло.
Заявитель также отметил, что температура воды, которая достигает брикета кофейного порошка, может подвергаться воздействию температуры помещения, в котором установлена машина.
Заявитель также отметил, что частота использования машины значительно влияет на температуру воды, достигающей брикета кофейного порошка. Другими словами, если машина используется, по существу, непрерывно, температура воды, которая достигает брикета кофейного порошка, является, по существу, постоянной и ожидаемой, но в других условиях использования температура значительно изменяется. Как известно, часто кофемашина эспрессо имеет периоды максимума, периоды частого использования, но также периоды простоя или нерегулярного использования, которые не являются полностью предсказуемыми априори. Например, первые порции кофе, дозируемые утром после ночи простоя, обычно дозируются при температуре ниже желаемой температуры.
В любом случае по, по меньшей мере, некоторым из вышеупомянутых причин температура воды в контакте с кофейным порошком отличается от референсной температуры, измеренной датчиком температуры.
Целью изобретения Заявителя является создание машины для приготовления кофе эспрессо (или другого напитка), которая подает нагретую воду таким образом, что она достигает брикета кофейного порошка при заданной температуре независимо от частоты использования машины, канала потока воды и контакта с рядом элементов и/или факторов окружающей среды для получения высокой повторяемости и однородности качества во время дозирования напитка.
В соответствии с первым аспектом настоящее изобретение относится к машине для приготовления и дозирования кофе эспрессо, содержащей
средство подачи воды;
раздаточную группу и соответствующий кофейный бойлер, содержащий воду под давлением;
нагревательное устройство для нагрева воды в кофейном бойлере;
датчик температуры для измерения температуры воды в кофейном бойлере;
процессор, соединенный с датчиком температуры и выполненный с возможностью приведения в действие нагревательного устройства, так что вода в кофейном бойлере находится при установленной референсной температуре Trif, Trif_new,
причем процессор содержит систему с обратной связью; и
причем значение установленной референсной температуры изменяется в зависимости от, по меньшей мере, одного из нижеследующих параметров:
(a) первого параметра, который является функцией времени, прошедшего с момента рабочего цикла машины или функцией частоты использования машины в  заданный интервал времени;
(b) второго параметра, который является функцией температуры элемента машины; и
(c) третьего параметра, который является функцией окружающей среды, в которой установлена машина.
Предпочтительно, процессор выполнен с возможностью управления включением или выключением нагревательного устройства на основании температуры, измеренной датчиком температуры.
Нагревательное устройство может содержать электрическое сопротивление.
Система с обратной связью может содержать пропорционально–интегрально–дифференциальное регулирование или пропорционально–интегральный дифференциальный регулятор.
Первый параметр может быть функцией времени, прошедшего с момента последнего рабочего цикла машины.
0
Если первый параметр для изменения установленной референсной температуры (Trif, Trif_new) является временем, прошедшим с момента последнего цикла экстракции напитка, причем время, прошедшее с момента последнего цикла экстракции напитка обозначено t, то Trif может быть модифицирована следующим образом:
0
1
t˂t : Trif_new=Trif+ΔT1;
1
0
2
t˂t˂t : Trif_new=Trif+ΔT2;
2
0
3
t˂t˂t : Trif_new=Trif+ΔT3;
...
n–1
0
n
t˂t˂t : Trif_new=Trif+ΔTn;
где
1
2
n
t˂t˂...˂t – время и
ΔT1, ΔT2,...ΔTn – температуры (положительные, отрицательные или ноль)
где n=1, 2, 3, ...
Предпочтительно, второй параметр может быть функцией температуры элемента машины, который находится в контакте с потоком воды из кофейного бойлера во время процесса дозирования напитка.
Третий параметр может быть функцией температуры окружающей среды, в которой установлена машина.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложен способ приготовления и дозирования кофе эспрессо, включающий в себя
подачу воды в кофейный бойлер, содержащий воду под давлением;
обеспечение раздаточной группы;
нагрев воды в кофейном бойлере;
измерение температуры воды в кофейном бойлере;
управление нагревом воды в кофейном бойлере таким образом, что вода в кофейном бойлере находится при установленной референсной температуре;
обеспечение системы с обратной связью; и
изменение значения референсной температуры в зависимости от, по меньшей мере, одного из нижеследующих параметров:
(a) первого параметра, который является функцией времени, прошедшего с момента рабочего цикла машины или функцией частоты использования машины в заданный интервал времени;
(b) второго параметра, который является функцией температуры элемента машины; и
(c) третьего параметра, который является функцией окружающей среды, в которой установлена машина.
Настоящее изобретение станет полностью понятным из нижеследующего подробного описания, приведенного в качестве неограничивающего изобретение примера для его прочтения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых
– фиг.1 – упрощенная гидравлическая схема, которая показывает только основные элементы для понимания настоящего изобретения;
– фиг.2 – первый график зависимости температуры от времени; и
Фиг.3 – еще один график зависимости температуры от времени.
Фиг.1 – упрощенная гидравлическая схема. В частности, гидравлическая схема на фиг.1 показывает только несколько элементов кофемашины эспрессо, т.к., именно эти элементы необходимы для понимания настоящего изобретения.
Описание, приведенное ниже, для удобства относится, в частности, к кофемашине эспрессо, но настоящее изобретение не ограничивается такими машинами и применяется к машинам для дозирования других напитков. Например, ячменный порошок или другой зерновой порошок могут использоваться вместо кофейного порошка. Следовательно, выражение «кофемашина эспрессо» должно быть понято, как включающее в себя также машины для приготовления других напитков. Подобным образом, выражение «кофемашина эспрессо» должно быть понято, как имеющее более широкое значение, соответствующее продукту (кофе, ячменю или другому зерну), используемому для приготовления напитка.
Машина, к которой относится настоящее изобретение, может также быть машиной рычажного или поршневого типа. В качестве другой альтернативы настоящее изобретение может также применяться к машине модульного типа, например, типа, описанного в EP 2,789,276.
Обычно, кофемашина 10 эспрессо получает воду из резервуара или трубы 1, и при помощи насоса 2 подает эту холодную воду под давлением в элементы по направлению технологического потока. В других вариантах осуществления насос 2 не используется, поскольку обеспечено давление (обычно из центрального водоснабжения), достаточное для правильной работы машины. Это давление, например, может составлять около 3 бар.
Вниз по направлению технологического потока от насоса 2 могут быть расположены электромагнитный клапан 3 и кофейный бойлер 4. Внутри кофейного бойлера 4 вода нагревается до референсной температуры, обозначенной ниже как Trif.
Раздаточная группа 9 для выдачи напитка (кофе эспрессо или тому подобного) имеет соединение по текучей среде с кофейным бойлером 4. В некоторых машинах две или более раздаточных групп 9 соединены с одним и тем же кофейным бойлером. Каждая раздаточная группа 9 выполнена таким образом, что портафильтр (также называемый фильтродержателем) 5 может быть закреплен с возможностью съема. В свою очередь, каждый портафильтр 5 содержит корпус, который является обычно, по существу, цилиндрическим с закрытой нижней частью, содержащей одну или более насадок 51. Корпус портафильтра 5 выполнен с возможностью поддержания фильтра 52, заполненного, по меньшей мере, частично прессованным кофейным порошком 53.
Для приготовления кофе эспрессо горячая вода под давлением, которая содержится в кофейном бойлере 4, принудительно проходит через кофейный порошок 53, просачивается из фильтра 52 и выходит из насадки 51 (или насадок).
Машина 10 предпочтительно также содержит, по существу, закрытый коробчатый корпус и опорную поверхность с соответствующим поддоном для опоры чашек или других емкостей во время дозирования напитка.
На фиг.1 также изображен в схематичном виде процессор 8 (центральный процессор или тому подобное) для управления конкретными электрическими и/или электронными функциями машины. Предпочтительно, процессор 8 установлен на электронной плате. Для целей настоящего изобретения термин «процессор» включает в себя не только центральный процессор или тому подобное, но также другие электрические и/или электронные элементы, такие как одна или более элементов памяти (предпочтительно, энергозависимые ЗУ), реле, соединители или подобные элементы.
Для целей настоящего изобретения процессор 8 соединен с датчиком 7 температуры, который выполнен с возможностью измерения температуры воды в кофейном бойлере. Процессор 8 также соединен с нагревательным элементом для нагрева воды в упомянутом кофейном бойлере. Нагревательный элемент может содержать обычно электрическое сопротивление. Очевидно, соединение между процессором 8 и нагревательным элементом может быть физическим соединением (например, через кабель), но, предпочтительно, оно является непрямым или логическим соединением. Например, процессор 8 может управлять включением или выключением нагревательного элемента (например, электрического сопротивления) посредством приведения в действие реле или тому подобного.
Как упомянуто выше, процессор также может управлять другими важными функциями машины, которые, однако, не применимы для целей настоящего изобретения. На основании схемы, изображенной на фиг.1, процессор может быть соединен с насосом 2 и/или с электромагнитным клапаном 3.
Соединения на схеме на фиг.1 изображены в виде физических кабельных соединений, но также могут быть беспроводными, использующими стандарт передачи любых данных для беспроводной персональной сети (WPAN), например, Bluetooth, Zigbee или тому подобного. В любом случае предпочтительно кабельное соединение.
Обычно процессор 8 выполнен с возможностью поддержания конкретной желаемой референсной температуры в кофейном бойлере. Процессор управляет включением или выключением нагревательного элемента на основании температуры, измеренной датчиком температуры. В частности, если температура датчика ниже референсной температуры (желаемой температуры), процессор 8 осуществляет включение нагревательного элемента, в противном случае процессор 8 осуществляет выключение нагревательного элемента.
Предпочтительно, для повышения термоустойчивости процессор 8 выполняет не только сравнение между референсной температурой и температурой, измеренной датчиком 7 температуры, а использует более сложную логическую систему. Предпочтительно, в соответствии с настоящим изобретением процессор 8 использует так называемую систему пропорционально–интегрально–дифференциального регулирования или пропорционально–интегрального дифференциального (PID) регулятора. Как известно, система PID является системой с обратной связью, обычно используемой в системах управления. За счет устройства ввода, которое определяет текущее значение, система способна реагировать на любые положительные или отрицательные погрешности, которые стремятся к нулю. Реакция на погрешность может регулироваться, и это делает данную систему очень гибкой. В основном, способ PID рассматривает также производную и интеграл от разности температур.
В соответствии с настоящим изобретением референсная температура Trif не является постоянной, а изменяется в зависимости от, по меньшей мере, одного из нижеследующего:
(a) первого параметра, указывающего частоту использования машины и/или времени, прошедшего с момента референсного цикла экстракции;
(b) второго параметра, указывающего температуру элемента машины, предпочтительно, элемента, находящегося под воздействием потока воды во время приготовления и/или дозирования напитка; и
(c) третьего параметра окружающей среды, являющегося функцией окружающей среды, в которой установлена машина.
Относительно параметра (a) Заявитель понял, что на температуру дозируемой воды и, следовательно, на температуру напитка, влияет помимо всего прочего частота, с которой используется кофемашина эспрессо и/или время, прошедшее с момента цикла экстракции, принятого в качестве референсного цикла. Предпочтительно, последний (или предпоследний) процесс дозирования кофе, осуществленный машиной, может быть принят в качестве референсного цикла экстракции.
В соответствии с пониманием заявителя использование машины с переменной частотой (много порций кофе за час или мало порций кофе за час) заставляет воду отдавать разные количества тепла. Это означает то, что вода, которая достигает кофейного порошка, имеет разную температуру в зависимости от использования.
В соответствии с настоящим изобретением процессор 8 выполнен с возможностью соответствующей модификации референсной температуры Trif воды в бойлере с течением времени для компенсации падений температуры, вызванных нечастым использованием машины. Другими словами, если ожидается значительное уменьшение температуры, тогда Trif будет соответственно увеличена. Если, с другой стороны, ожидается только незначительное падение температуры, Trif будет увеличена меньше, чем в предыдущем случае. Если машина работает при нормальных условиях и используется с определенным постоянством, Trif не будет увеличена, т.е. будет поддерживаться неизменной.
0
Например, если время, прошедшее от момента последнего цикла экстракции напитка, рассматривается в качестве важного параметра для модификации референсной температуры Trif, причем время от последнего процесса дозирования обозначено t, то Trif может быть модифицирована следующим образом:
0
1
t˂t : Trif_new=Trif+ΔT1;
1
0
2
t˂t˂t : Trif_new=Trif+ΔT2;
2
0
3
t˂t˂t : Trif_new=Trif+ΔT3;
...
n–1
0
n
t˂t˂t : Trif_new=Trif+ΔTn;
где
1
2
n
t˂t˂ ... ˂t – время
ΔT1, ΔT2, ... ΔTn – температуры (положительные, отрицательные или ноль)
где n=1, 2, 3, ... Обычно, n может находиться в диапазоне 2–4.
Например, если
0
t˂ 30 сек : Trif_new=Trif+0°C
0
30 сек ˂ t˂ 60 сек : Trif_new=Trif+1°C
0
60 сек ˂ t˂ 90 сек : Trif_new=Trif+2°C
0
t› 90 сек : Trif_new=Trif+3°C
Очевидно, что как только возобновляется регулярная частота использования даже после длительного периода простоя (включая, например, увеличение Trif на 3°C), Trif_new будет Trif_new=Trif+0°C.
В дополнение или в качестве альтернативы к вышеупомянутому параметру, основанному на времени, прошедшему с момента последнего процесса дозирования, процессор системы регулирования температуры может быть выполнен с возможностью модификации референсной температуры Trif на основании числа циклов экстракции за конкретный интервал времени. Этот интервал времени может составлять несколько секунд или несколько минут, например, 1, 5 или 10 минут.
В соответствии с настоящим изобретением, если число циклов экстракции за данный период меньше заданного порогового значения, может быть необходимым увеличение температуры воды в кофейном бойлере и, следовательно, увеличение Trif. Следовательно, процессор 8 действует соответственно для увеличения температуры нагревательного устройства.
Если число циклов экстракции соответствует установленному значению или находится в пределах установленного интервала времени циклов экстракции, процессор не увеличивает температуру Trif .
В некоторых случаях, если температура в кофейном бойлере является слишком высокой (по какой-либо причине), процессор может действовать для выключения подачи питания на сопротивление.
Как упомянуто выше, в дополнение или в качестве альтернативы к вышеупомянутому параметру изменения Trif, референсная температура Trif может изменяться в зависимости от второго параметра, указывающего температуру элемента машины, предпочтительно, элемента, подвергаемого воздействию потока воды во время дозирования напитка.
Другими словами, процессор системы для регулирования температуры воды в кофейном бойлере может также управляться на основании данных о температуре одного или более элементов кофемашины эспрессо, включая дозирующую группу.
Например, процессор может быть выполнен с возможностью приема данных о температуре, относящейся к температуре электромагнитного клапана, муфты, трубы, соединителя, портафильтра, корзины фильтра, в которой он находится, или другого элемента, через который проходит поток воды, выходящий из бойлера и достигающий фильтра. Таким образом, процессор действует для увеличения температуры Trif в зависимости от температуры одного или более элементов, которые, в свою очередь, указывают на падение температуры, которая может влиять на воду, выходящую из бойлера в дозирующую группу. Следовательно, если температура заданного элемента меньше конкретного значения, может быть необходимым увеличение температуры воды в кофейном бойлере. Следовательно, процессор действует для увеличения температуры нагревательного устройства соответствующим способом.
Очевидно, что в дополнение к случаю, в котором необходимо увеличение температуры в соответствии с неоптимальной температурой конкретного элемента в машине, также может возникнуть ситуация, в которой температура данного элемента находится в пределах конкретного диапазона оптимальной температуры или, напротив, является слишком высокой. В этих случаях процессор работает соответственно.
Как упомянуто выше, в дополнение или в качестве альтернативы к вышеупомянутому параметру изменения Trif (рассматриваемой отдельно или в сочетании), референсная температура может изменяться в зависимости от третьего параметра окружающей среды, указывающего окружающую среду, в которой установлена машина.
Эти данные об окружающей среде, например, могут включать в себя температуру окружающего воздуха в помещении, в котором установлена машина, наружную температуру, атмосферное давление или влажность. Например, если температура в помещении, в котором установлена машина, ниже конкретного значения, может быть необходимым увеличение температуры Trif.
На фиг.2 изображен график, показывающий изменение температуры воды в зависимости от времени. Как можно видеть, благодаря системе регулирования в соответствии с настоящим изобретением (содержащей систему PID с обратной связью или подобный тип) температура регулируется до значения в области установленной референсной температуры (Trif). Вид кривой имеет чисто качественный характер.
На фиг.3 также изображен график, показывающий изменение температуры воды в зависимости от времени. График на фиг.3 иллюстрирует в качественном выражении изменение Trif для одного или более из вышеупомянутых параметров (a), (b) и/или (c). Как можно видеть на фиг.3, вследствие действия системы регулирования в соответствии с настоящим изобретением (содержащей систему PID с обратной связью или подобный тип) температура регулируется до значения в области установленной опорной температуры (Trif) или в области новой установленной температуры Trif_new.