УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВОМ ТЕРМИЧЕСКОГО КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ТАКОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКА
DEVICE FOR MAKING BEVERAGE AND METHOD FOR CONTROLLING THERMAL CONDITIONING DEVICE OF SUCH A DEVICE FOR MAKING BEVERAGE

Область техники, к которой относится изобретения
Изобретение относится к устройству для приготовления напитка, содержащему устройство термического кондиционирования с оптимизированными характеристиками запуска. Настоящее изобретение, в частности, относится к устройству для приготовления напитка с устройством термического кондиционирования с оптимизированными характеристиками запуска для нагрева или охлаждения жидкости, например воды, для приготовления напитка. Настоящее изобретение дополнительно относится к способу управления устройством термического кондиционирования такого устройства для приготовления напитка, в частности, для оптимизации фазы запуска с целью точного приведения устройства термического кондиционирования устройства для приготовления напитка к рабочей температуре от температуры покоя.
Подразумевается, что в целях настоящего описания термин «напиток» включает в себя любой жидкий продукт, такой как кофе, чай, горячий или холодный шоколад, молоко, суп, детское питание или т.п. Подразумевается, что термин «капсула» включает в себя любой предварительно разделенный на порции ингредиент напитка, заключенный в упаковку из любого материала, в частности, в воздухонепроницаемую упаковку, например пластиковую, алюминиевую, перерабатываемую и/или биоразлагаемую упаковку любой формы и конструкции, включая мягкие таблетки или жесткие картриджи, содержащие ингредиент.
Уровень техники
Устройства для приготовления напитка известны на протяжении многих лет. Например, в US 5,943,472 описана система для циркуляции воды между резервуаром для воды и камерой для распределения горячей воды или пара кофеварки эспрессо. Система циркуляции включает в себя клапан, металлическую нагревательную трубку и насос, которые соединены вместе и присоединены к резервуару посредством различных силиконовых шлангов, соединенных с помощью зажимных колец.
В EP 1 646 305 описано устройство для приготовления напитка с нагревательным устройством, которое нагревает циркулирующую воду, подаваемую затем к впуску варочного блока. Варочный блок выполнен с возможностью пропускания нагретой воды к капсуле, содержащей ингредиент напитка, для его варки. Варочный блок имеет камеру, разделенную первой частью, а также второй частью, выполненной с возможностью перемещения относительно первой части, и направляющую для размещения капсулы в промежуточном положении между первой и второй частями перед перемещением первой и второй частей вместе из открытой в закрытую конфигурацию варочного блока.
Проточные нагреватели для нагрева циркулирующей жидкости, в частности, воды, хорошо известны и описаны в CH 593 044, DE 103 22 034, DE 197 32 414, DE 197 37 694, EP 0 485 211, EP 1 380 243, FR 2 799 630, US 4,242,568, US 4,595,131, US 5,019,690, US 5,392,694, US 5,943,472, US 6,393,967, US 6,889,598, US 7,286,752, WO 01/54551 и WO 2004/006742.
В частности, в CH 593 044 и US 4,242,568 описана кофемашина с проточным термоблочным нагревателем, имеющим металлическую массу с резистивным нагревательным кабелем, отлитым вместе с массой, и с каналом для циркуляции нагреваемой воды.
Термоблоки представляют собой проточные нагреватели, через которые жидкость циркулирует для нагрева. Они по существу содержат нагревательную камеру, такую как один или более каналов, в частности, из стали, проходящих через массу металла, в частности объемную массу металла, в частности, изготовленную из алюминия, железа и/или другого металла или сплава, которая имеет высокую теплоемкость для накопления тепловой энергии и высокую теплопроводность для передачи требуемого количества накопленного тепла к циркулирующей через нее жидкости при необходимости. Вместо отдельного канала канал термоблока может представлять собой сквозное отверстие, механически обработанное или иным способом образованное в корпусе термоблока, например, образованное на стадии отливки массы термоблока. Если масса термоблока изготовлена из алюминия, предпочтительно из санитарно-гигиенических соображений обеспечить отдельный канал, например, из стали, чтобы избежать контакта между циркулирующей жидкостью и алюминием. Масса блока может быть изготовлена из одной или нескольких деталей, собранных вокруг канала. Термоблоки обычно включают в себя один или более резистивных нагревательных элементов, например дискретных или интегральных резисторов, которые преобразуют электрическую энергию в тепловую. Такие резистивные нагревательные элементы обычно находятся внутри или на массе термоблока на расстоянии более 1 мм, в частности, 2–50 мм или 5–30 мм, от канала. Тепло подается к массе термоблока и через массу к циркулирующей жидкости. Нагревательные элементы могут быть отлиты или помещены в металлическую массу или прикреплены к поверхности металлической массы. Канал или каналы могут иметь спиральную или другую конструкцию вдоль термоблока для максимального увеличения его/их длины и теплопередачи через блок.
Недостаток термоблоков заключается в сложности точного регулирования температуры и оптимизации требуемой тепловой энергии для доведения нагреваемой жидкости до желательной температуры. Действительно, тепловая инерция металлической массы, локализованный и неравномерный резистивный нагрев массы, динамическая тепловая диффузия от места нагрева в массе к различным частям массы, влияющая на измеренную температуру массы в предварительно заданных местах, делают точное регулирование термоблоков для нагрева циркулирующей жидкости до желательной предварительно заданной температуры довольно сложным и, кроме того, требуют достаточно длительного периода предварительного нагрева, обычно от 1 до 2 мин, в случае кофеварок эспрессо. Кроме того, трудно прогнозировать различные параметры, связанные с последующим применением серийно выпускаемого термоблока, например температуру окружающей среды, действующее напряжение электрической сети, фактическую величину сопротивления нагревательного резистора термоблока, тепловую изоляцию термоблока, начальную температуру жидкости, циркулирующей через термоблок. Таким образом, термоблоки обычно связаны с цепью питания с контуром динамического управления, регулирующей питание термоблока при непрерывном измерении температуры с помощью по меньшей мере одного датчика температуры. Однако из-за сложного теплового потока такой системы стабилизация термоблока при определенном уровне температуры, отрегулированном с учетом реальных потребностей в нагреве потока циркулирующей жидкости, является продолжительной, при этом ее по-прежнему трудно достичь.
Подход к улучшению точности нагрева представлен в EP 1 380 243. В этом патенте описано нагревательное устройство, предназначенное, в частности, для оснащения кофемашин. Это нагревательное устройство содержит металлическую трубку, через которую нагреваемая жидкость может течь от впускного канала к выпускному каналу. Наружная поверхность трубки на нескольких участках ее длины покрыта множеством наборов электрических резистивных элементов, соединенных последовательным образом. Цилиндрическая вставка проходит внутри трубки и образует с внутренней стенкой трубки спиральный канал, через который может циркулировать жидкость и который, таким образом, способствует турбулентному потоку и быстрой передаче энергии от трубки к жидкости. Расходомер также расположен выше по потоку от впускного канала. Устройство дополнительно содержит множество датчиков температуры, распределенных по всей длине трубки на входе и выходе из каждого набора резистивных элементов. В данном случае принцип, регулирующий подачу тепловой энергии к жидкости, основан на модулировании электрической мощности, вырабатываемой резистивными элементами, которые могут переключаться независимо друг от друга или последовательно в соответствии с температурой воды на входе в канал. Хотя данное устройство обеспечивает удовлетворительные с точки зрения скорости нагрева результаты, оно является относительно громоздким в том отношении, что объем нагреваемой воды определяет высоту трубки, и дорогостоящим, поскольку требует, чтобы резистивные элементы были напечатаны в виде толстых пленок на поверхности трубки с использованием технологии, которая в настоящее время известна под названием «толстопленочной».
Кроме того, более или менее сложные попытки улучшить терморегулирование нагревателей заполнителей или проточных низкоинерционных нагревателей были предложены в DE 197 11 291, EP 1 634 520, US 4,700,052 и US 6,246,831.
Другие способы управления нагревателями известны из разных документов, таких как WO 2008/023132, где описаны оценка скорости нагрева системы и расчет необходимой энергии, но в основе главным образом лежит релейная технология и различное содержание воды в нагревателе, таком как электрический чайник.
В WO 2011/157675 описан блок для управления передачей энергии устройству термического кондиционирования для устройства для приготовления напитка. Устройство термического кондиционирования содержит контроллер с профилем запуска для запуска указанного устройства от температуры неактивности до рабочей температуры с целью доведения циркулирующей через него жидкости до целевой температуры в конце фазы запуска. Контроллер выполнен с возможностью обеспечения циркуляции жидкости через устройство в конце фазы запуска и сравнения предварительно заданной температуры жидкости, циркулирующей в конце фазы запуска, с целевой температурой. Затем посредством этого получают разность температур. Профиль запуска имеет по меньшей мере один параметр, а контроллер имеет режим самообучения для регулирования этого параметра в зависимости от полученной разности температур. Затем отрегулированный параметр сохраняется для последующего запуска указанного устройства. Хотя это устройство и соответствующий способ позволяют улучшить последующие запуски устройства термического кондиционирования, каждый раз при изменении рабочих или внешних условий соответствующего устройства для приготовления напитка качество первого напитка, приготовленного после завершения фазы запуска, может быть неоптимальным из-за разности фактической температуры жидкости и целевой температуры.
В EP 0 935 938 B1 описан автоматический запуск насоса после нагрева до целевой температуры, при этом акцент в целом делается на измерении температуры с помощью резистивного датчика температуры для отслеживания температуры нагревателя. Для нагревателя предусмотрены различные температуры отключения при нагреве в зависимости от температуры нагревателя при его включении.
По-прежнему существует потребность в обеспечении простого и надежного управления фазой запуска для устройств термического кондиционирования, в частности термоблоков, для точного достижения рабочей температуры устройства термического кондиционирования в конце фазы запуска таким образом, чтобы жидкость, циркулирующая через устройство термического кондиционирования, непосредственно нагревалась при целевой температуре.
Раскрытие изобретения
Целью изобретения является обеспечение устройства для приготовления напитка, содержащего устройство термического кондиционирования, например нагревательное устройство, предпочтительно с тепловым аккумулятором, таким как термоблок, которое имеет оптимизированный профиль запуска для максимально точного достижения рабочей температуры в конце фазы запуска для обеспечения приготовления первого напитка после запуска в оптимальных условиях.
В частности, целью изобретения является обеспечение устройства для приготовления напитка, содержащего устройство термического кондиционирования с профилем запуска, и соответствующего способа управления, который позволяет избежать или свести к минимуму любой положительный или отрицательный температурный выброс в конце фазы запуска.
Эти цели и другие преимущества достигаются, в частности, с помощью устройства для приготовления напитка согласно соответствующему независимому пункту формулы изобретения и ее зависимым пунктам.
Кроме того, эти цели и другие преимущества достигаются с помощью способа эксплуатации и/или самокалибровки устройства термического кондиционирования такого устройства для приготовления напитка.
Эти цели и другие преимущества достигаются с помощью устройства для приготовления напитка, содержащего устройство термического кондиционирования, такое как нагреватель или охладитель, при этом указанное устройство температурного кондиционирования содержит блок управления для управления фазой запуска устройства термического кондиционирования от температуры неактивности до рабочей температуры, причем блок управления содержит контроллер с профилем запуска для запуска устройства термического кондиционирования, при этом профиль запуска имеет по меньшей мере один параметр, а контроллер имеет режим самообучения для регулирования по меньшей мере одного параметра; и датчик температуры, подключенный к контроллеру, для измерения температуры устройства термического кондиционирования; причем режим самообучения приводит к тому, что контроллер во время фазы запуска: вычисляет линейный коэффициент, характеризующий скорость изменения температуры во время фазы запуска устройства термического кондиционирования; регулирует по меньшей мере один параметр в зависимости от отрегулированного линейного коэффициента; использует отрегулированный по меньшей мере один параметр для оставшейся части фазы запуска.
По меньшей мере один параметр представляет собой, например, продолжительность по меньшей мере части фазы запуска и/или количество электрической энергии, передаваемой на устройство термического кондиционирования в течение по меньшей мере части фазы запуска.
В вариантах осуществления контроллер выполнен с возможностью вычисления линейного коэффициента как продолжительности времени линейного изменения, измеряемой контроллером для того, чтобы устройство термического кондиционирования переходило от первой температуры калибровки ко второй температуре калибровки во время фазы запуска, деленной на разность второй температуры калибровки и указанной первой температуры калибровки.
В вариантах осуществления устройство термического кондиционирования имеет тепловой аккумулятор или термоблок.
Контроллер предпочтительно включает в себя по меньшей мере таймер для запуска измерений температуры через периодические промежутки времени.
Предпочтительно, чтобы контроллер дополнительно был выполнен с возможностью подачи энергии к устройству термического кондиционирования после фазы запуска с использованием коэффициента расхода, характеризующего мощность, необходимую для того, чтобы устройство термического кондиционирования оставалось при рабочей температуре, пока через него циркулирует жидкость, причем коэффициент расхода определяется на основании последнего вычисленного линейного коэффициента.
Устройство для приготовления напитка, например, выполнено с возможностью приготовления кофе. Устройство для приготовления напитка, например, содержит приспособление для обработки капсулы для приготовления напитка, такого как кофе, с применением ингредиентов, например молотого кофе, содержащихся в одной или более капсулах. Устройство для приготовления напитка, как правило, дополнительно содержит линию подачи жидкости, соединяющую приспособление для обработки капсулы с источником жидкости, например воды, для подачи жидкости к приспособлению для обработки капсулы. Линия подачи жидкости, как правило, содержит устройство термического кондиционирования для нагрева и/или охлаждения жидкости, подаваемой к приспособлению для обработки капсулы.
Кроме того, эти цели и другие преимущества достигаются с помощью способа управления фазой запуска устройства термического кондиционирования, такого как нагреватель или охладитель, устройства для приготовления напитка, причем устройство термического кондиционирования содержит, например, тепловой аккумулятор или термоблок, при этом способ включает загрузку линейного коэффициента, характеризующего скорость изменения температуры устройства термического кондиционирования в течение предыдущей фазы запуска; определение параметра фазы запуска на основе начальной температуры устройства термического кондиционирования, сохраненной рабочей температуры устройства термического кондиционирования и загруженного линейного коэффициента; включение устройства термического кондиционирования; вход в режим самообучения, если температура устройства термического кондиционирования не находится в диапазоне между предварительно заданной пороговой температурой и рабочей температурой; в режиме самообучения измерение продолжительности времени линейного изменения для устройства термического кондиционирования для перехода от первой температуры калибровки ко второй температуре калибровки; вычисление отрегулированного линейного коэффициента на основе данной продолжительности времени линейного изменения; регулирование параметра на основе вычисленного линейного коэффициента и продолжение фазы запуска с помощью отрегулированного параметра.
В вариантах осуществления параметр представляет собой продолжительность по меньшей мере части фазы запуска. Фаза запуска предпочтительно возобновится после того, как этот период времени закончится. В вариантах осуществления отрегулированный линейный коэффициент вычисляют путем деления продолжительности времени линейного изменения на разность второй температуры калибровки и первой температуры калибровки.
Предпочтительно, чтобы способ дополнительно включал стадию подачи энергии к устройству термического кондиционирования после фазы запуска с применением коэффициента расхода, характеризующего мощность, необходимую для того, чтобы устройство термического кондиционирования оставалось при рабочей температуре, пока через него циркулирует жидкость, причем коэффициент расхода определяется на основе последнего вычисленного линейного коэффициента.
В соответствии с настоящим изобретением фаза запуска точно контролируется в том отношении, что по меньшей мере один параметр профиля запуска, например, продолжительность фазы запуска, может быть скорректирован в режиме самообучения во время фазы запуска, чтобы привести его в соответствие с текущими условиями окружающей среды и/или питания, тем самым избегая положительных или отрицательных температурных выбросов в конце фазы запуска, что может ухудшить качество первого напитка, приготовленного после запуска.
Кроме того, использование последнего вычисленного линейного коэффициента для регулировки и/или корректировки коэффициента расхода, который используется для определения энергии, необходимой для того, чтобы поддерживать устройство термического кондиционирования при рабочей температуре, пока через него циркулирует жидкость, т.е. энергии, необходимой устройству температурного кондиционирования для подачи жидкости, например циркулирующей через него воды, при целевой температуре, позволяет обеспечить надлежащее количество электрической энергии для устройства температурного кондиционирования во время приготовления напитка для получения жидкости и, таким образом, напитка при правильной целевой температуре практически в любых условиях окружающей среды и/или питания устройства.
Краткое описание чертежей
Ниже приводится описание изобретения со ссылками на графические материалы.
На фиг. 1 представлено схематическое изображение устройства для приготовления напитка, содержащего устройство термического кондиционирования.
На фиг. 2 представлен вид в разрезе устройства для приготовления напитка, содержащего устройство термического кондиционирования.
На фиг. 3 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ управления устройством термического кондиционирования в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 4 показана блок-схема конкретного примера способа изобретения.
Осуществление изобретения
Приведенное ниже описание примеров осуществления в соответствии с изобретением относится к электрическим устройствам для приготовления напитков, в частности, к устройствам для приготовления напитков из ингредиентов, содержащихся в капсулах.
На фиг. 1 схематически представлен пример осуществления такого устройства 1 для приготовления напитка. Устройство для приготовления напитка, например, содержит линию 7 подачи жидкости, соединяющую приспособление 11 для обработки капсулы с источником жидкости, например воды, таким как резервуар 8 для жидкости, соединенный с линией 7 подачи жидкости с помощью выходного канала 80 резервуара. Линия 7 подачи жидкости содержит по меньшей мере одно устройство 70, 71, выбранное из насоса 70, например электромагнитного (поршневого) насоса, или перистальтического насоса, или диафрагменного насоса; и устройства 71 термического кондиционирования, например нагревателя и/или охладителя, содержащего, например, термоблок. Линия подачи жидкости может дополнительно включать в себя один или более датчиков, таких как датчик температуры, например датчик температуры, встроенный или расположенный отдельно от устройства 71 термического кондиционирования, или датчик давления, например датчик давления ниже по потоку от насоса 70, или расходомер, например расходомер выше по потоку от насоса 70. Управление и/или питание такого устройства 70, 71 и/или датчиков предпочтительно осуществляется с помощью блока 4 управления.
Приспособление 11 для обработки капсулы выполнено с возможностью приготовления напитка с использованием ингредиентов, содержащихся в одной или более капсул, например в двух капсулах, с помощью жидкости, например воды, подаваемой от линии 7 подачи жидкости. Приспособление 11 для обработки капсулы, например, включает в себя варочный блок, блок растворения, смесительный блок или их комбинацию. В открытом положении приспособление 11 для обработки капсулы, например, разграничивает канал для установки капсулы, обеспечивая установку в него одной или более капсул. В закрытом положении приспособление 11 для обработки капсулы может удерживать вставленную капсулу в предпочтительно закрытой камере для обработки капсулы и приготовления соответствующего напитка или части напитка.
Устройство 1 представляет собой, например, устройство для приготовления напитка, имеющее приспособление 11 для обработки капсулы, например варочный блок, блок вливания или разведения, для обработки одной капсулы за раз, управляемое следующим образом.
Сначала приспособление 11 для обработки капсулы открывают, например, путем приведения в действие ручки 20, управляющей закрытием и открытием приспособления 11 для обработки капсулы. Чтобы открыть приспособление 11 для обработки капсулы, ручку 20, например, поворачивают вокруг оси 21 из первого положения, где ручка 20 выровнена по одной линии с корпусом 3 устройства 1, а приспособление 11 для обработки капсулы находится в закрытом положении, во второе положение, не показанное на фигурах, где ручка поднята над корпусом, а приспособление для обработки капсулы находится в открытом положении.
Затем капсулу, например, вставляют в приспособление 11 для обработки капсулы в открытом положении, например, через канал для установки капсулы, как описано выше.
Затем приспособление 11 для обработки капсулы закрывают, поворачивая ручку 20 вокруг ее оси 21 вращения между вторым и первым положениями, чтобы закрепить вставленную капсулу в положении обработки внутри приспособления 11 для обработки капсулы.
После этого капсулу обрабатывают для приготовления напитка, например, путем активации устройства (устройств) описанной выше линии 7 подачи жидкости. Обработка капсулы начинается, например, приведением в действие элемента интерфейса пользователя, например, нажимной кнопки 41, и управление предпочтительно осуществляется блоком 4 управления. Приготовленный напиток выдается через выпускной канал 14 в устройстве 1, что сообщается по текучей среде с приспособлением 11 для обработки капсулы, в емкость пользователя, помещенную под указанным выпускным каналом 14.
Наконец, ручку 20, например, повторно приводят в действие для поворота вокруг ее оси 21 вращения между первым и вторым положениями, чтобы перевести приспособление 11 для обработки капсулы в открытое положение с целью удаления, например, под действием силы тяжести, обработанной капсулы из приспособления 11 для обработки капсулы. Обработанные капсулы могут перемещаться в съемный приемный контейнер 5 устройства 1 для приготовления напитка.
Капсула содержит, например, один или более ингредиентов для по меньшей мере частичного приготовления чая, кофе, горячего шоколада, холодного шоколада, молока, супа или детского питания.
На фиг. 2 показан пример осуществления устройства 1 для приготовления напитка, показанного на фиг. 1 в виде кофемашины, причем приспособление для обработки капсулы представляет собой варочный блок 11 для приготовления кофе из капсулы, содержащей молотый кофе, а устройство 71 температурного кондиционирования представляет собой термоблок.
Как показано на фиг. 1 и фиг. 2, блок 4 управления предпочтительно управляет передачей энергии устройству 71 термического кондиционирования и насосу 70. Блок 4 управления включает в себя, например, микроконтроллер или процессор, которые не показаны на фигурах, для управления функциями блока 4 управления, с профилем запуска для запуска устройства 71 термического кондиционирования от начальной температуры, например температуры неактивности, до рабочей температуры в конце фазы запуска, причем рабочая температура предпочтительно соответствует температуре устройства 71 термического кондиционирования для приведения жидкости, циркулирующей через указанное устройство 71 термического кондиционирования, к целевой температуре. Блок 4 управления включает в себя первый датчик температуры, подключенный к контроллеру и находящийся в тепловом контакте с устройством 11 термического кондиционирования, для измерения температуры устройства 71 термического кондиционирования.
Блок 4 управления предпочтительно выполнен с возможностью обеспечения циркуляции жидкости через устройство 71 термического кондиционирования в конце фазы запуска, т.е. после того как устройство 71 термического кондиционирования достигло своей рабочей температуры, путем активации насоса 70. Блок 4 управления необязательно включает в себя второй датчик температуры, подключенный к контроллеру, для измерения температуры жидкости, например воды, на выходе из устройства 71 термического кондиционирования. Блок 4 управления может, например, быть выполнен с возможностью сравнения целевой температуры с температурой жидкости, циркулирующей через устройство 71 термического кондиционирования после фазы запуска.
В соответствии с настоящим изобретением профиль запуска имеет по меньшей мере один параметр. Параметр предпочтительно представляет собой продолжительность по меньшей мере части фазы запуска и/или количество электрической энергии, передаваемой устройству 71 термического кондиционирования во время по меньшей мере части фазы запуска. В соответствии с настоящим изобретением контроллер имеет режим самообучения для регулирования по меньшей мере одного параметра во время фазы запуска и для применения отрегулированного по меньшей мере одного параметра для управления оставшейся частью фазы запуска. По меньшей мере один параметр предпочтительно регулируют в зависимости от линейного коэффициента, характеризующего скорость изменения температуры устройства термического кондиционирования, определенного во время фазы запуска. Линейный коэффициент предпочтительно сохраняют и используют для вычисления продолжительности по меньшей мере части последующей фазы запуска.
В предпочтительном варианте осуществления, более подробно описанном ниже, по меньшей мере один параметр профиля запуска представляет собой продолжительность по меньшей мере части фазы запуска.
Как показано на фиг. 3, устройство для приготовления напитка активируют на стадии 100. Устройство для приготовления напитка включают, например, после периода неактивности. Таким образом, блок управления инициирует фазу запуска для приведения устройства термического кондиционирования из состояния с начальной температурой, т.е. с температурой устройства термического кондиционирования в начале фазы запуска, в состояние с предварительно заданной рабочей температурой. Рабочая температура, как правило, соответствует температуре, необходимой для того, чтобы устройство термического кондиционирования подавало жидкость, например циркулирующую через него воду, при целевой температуре, подходящей для приготовления данного напитка.
На стадии 101 контроллер блока 4 управления загружает ранее сохраненный линейный коэффициент, характеризующий скорость изменения температуры устройства термического кондиционирования. Ранее сохраненный линейный коэффициент представляет собой, например, линейный коэффициент по умолчанию, сохраненный в памяти блока управления при производстве устройства. Предпочтительно, чтобы ранее сохраненный линейный коэффициент был линейным коэффициентом, определенным во время предыдущей фазы запуска устройства для приготовления напитка.
На стадии 102 контроллер измеряет температуру устройства термического кондиционирования; вычисляет продолжительность фазы запуска на основе измеренной начальной температуры, известной рабочей температуры и линейного коэффициента, загруженного на стадии 101; и включает электропитание устройства термического кондиционирования, чтобы довести его до рабочей температуры. Продолжительность фазы запуска рассчитывают, например, следующим образом:
запуска
t = (TO - TS) × R, (1)
где TO представляет собой рабочую температуру в °C, TS представляет собой начальную температуру в °C, а R представляет собой линейный коэффициент в с/°C. Таким образом, линейный коэффициент, например, представляет собой время в секундах, необходимое для изменения температуры устройства термического кондиционирования на 1°C при подаче питания во время фазы запуска, т.е. когда жидкость предпочтительно не циркулирует через устройство термического кондиционирования.
Предпочтительно сразу после инициирования фазы запуска контроллер проверяет на стадии 103, равна ли температура устройства термического кондиционирования, например, его начальная температура или его мгновенная температура, пороговой температуре, или же она находится в диапазоне между пороговой температурой и рабочей температурой, т.е. контроллер проверяет, действительно ли
порог.
T =< T < TO, (2)
в случае, если фаза запуска является фазой нагрева, или действительно ли
порог.
TO < T =< T, (3)
порог.
в случае, если фаза запуска является фазой охлаждения, где T представляет собой пороговую температуру, T представляет собой температуру устройства термического кондиционирования на стадии 103, а TO представляет собой рабочую температуру.
Если результат проверки 103 является положительным, т.е. если выполняется соответствующее одно из приведенных выше условий (2) или (3), контроллер продолжает подавать питание на устройство термического кондиционирования до окончания фазы запуска, продолжительность которой вычислена на стадии 102 (проверка 111).
После достижения расчетной продолжительности фазы запуска устройство термического кондиционирования находится в состоянии с рабочей температурой, а устройство для приготовления напитка переходит в режим готовности на стадии 120, где оно готово к приготовлению напитка.
Если проверка 103 дает отрицательный результат, т.е. если не выполняется соответствующее одно из условий (2) или (3), контроллер переходит в режим самообучения.
В режиме самообучения контроллер регулярно измеряет температуру устройства термического кондиционирования и проверяет на стадии 104, достигло ли оно первой температуры калибровки, т.е. контроллер проверяет, действительно ли
1
T >= TC, (4)
в случае, если фаза запуска является фазой нагрева, или действительно ли
1
T =< TC, (5)
1
1
порог.
1
порог.
в случае, если фаза запуска является фазой охлаждения, где T представляет собой температуру устройства термического кондиционирования на стадии 104, а TC — первую температуру калибровки. Предпочтительно, чтобы TC > T в случае, если фаза запуска является фазой нагрева, и TC < T в случае, если фаза запуска фазы является фазой охлаждения.
Проверку 104 повторяют через равные промежутки времени, пока она дает отрицательный результат.
Если результат проверки 104 является положительным, т.е. после достижения первой температуры калибровки, контроллер инициирует фазу измерения времени линейного изменения на стадии 105.
Во время фазы измерения времени линейного нарастания контроллер продолжает регулярно измерять температуру устройства термического кондиционирования и проверяет на стадии 106, достигла ли она второй температуры калибровки, т.е. контроллер проверяет, действительно ли
2
T >= TC, (4)
в случае, если фаза запуска является фазой нагрева, или действительно ли
2
T =< TC, (5)
2
1
2
1
2
в случае, если фаза запуска является фазой охлаждения, где T представляет собой температуру устройства термического кондиционирования на стадии 104, а TC — вторую температуру калибровки. Предпочтительно, чтобы TC < TC < TO в случае, если фаза запуска является фазой нагрева, и TC > TC > TO в случае, если фаза запуска фазы является фазой охлаждения.
Проверку 106 повторяют через равные промежутки времени, пока она дает отрицательный результат.
Если результат проверки 106 является положительным, т.е. после достижения второй температуры калибровки, контроллер прекращает фазу измерения времени линейного изменения на стадии 107.
На стадии 108 контроллер вычисляет отрегулированный линейный коэффициент как продолжительность фазы измерения времени линейного изменения, деленную на разность второй температуры калибровки и первой температуры калибровки:
отрег.
лин.изм.
2
1
R = t/ (TC- TC), (6)
отрег.
лин.изм.
где R представляет собой отрегулированный линейный коэффициент в с/°C, а t представляет собой измеренную продолжительность фазы измерения времени линейного изменения в секундах.
На стадии 109 контроллер вычисляет оставшуюся продолжительность фазы запуска на основе температуры устройства термического кондиционирования на стадии 109, известной рабочей температуры и отрегулированного линейного коэффициента:
ост. запуск
отрег.
t = (TO-T) × R, (7)
ост. запуск
где t представляет собой оставшееся время от стадии 109 до окончания фазы запуска, а T представляет собой температуру устройства термического кондиционирования на стадии 109.
В альтернативном или дополнительном варианте осуществления на стадии 109 контроллер пересчитывает всю продолжительность фазы запуска на основе начальной температуры, рабочей температуры и отрегулированного линейного коэффициента:
пересч. запуск
отрег.
t = (TO - TS) × R, (8)
пересч. запуск
где t представляет собой пересчитанную продолжительность фазы запуска в секундах.
Отрегулированный линейный коэффициент предпочтительно сохраняют для применения при следующей фазе запуска, при этом он предпочтительно заменяет ранее сохраненный линейный коэффициент.
После стадии 109 контроллер продолжает подавать питание на устройство термического кондиционирования до окончания оставшейся продолжительности фазы запуска, вычисленной на стадии 109 и измеренной от стадии 109, и/или пересчитанной продолжительности фазы запуска, вычисленной на стадии 109 и измеренной от стадии 102 (проверка 110).
Если результат проверки 110 является положительным, т.е. истекла оставшаяся продолжительность фазы запуска и/или пересчитанной фазы запуска, устройство термического кондиционирования находится в состоянии с рабочей температурой, фаза запуска окончена, подача питания к устройству термического кондиционирования прервана или уменьшена, а устройство для приготовления напитка переходит в режим готовности на стадии 120, где оно готово к приготовлению напитка.
Как только устройство будет готово на стадии 120, оно может перейти в цикл 121, 122 приготовления напитка, например, автоматически или при активации пользователем пользовательского интерфейса, например, с помощью нажимной кнопки.
На стадии 121 контроллер предпочтительно загружает коэффициент расхода, характеризующий мощность, необходимую для того, чтобы устройство термического кондиционирования оставалось при рабочей температуре, пока через него циркулирует жидкость, т.е. характеризующий мощность, необходимую для того, чтобы устройство термического кондиционирования поддерживало вытекающую из него жидкость при целевой температуре. Например, коэффициент расхода определяют на основе последнего вычисленного линейного коэффициента и известных или измеренных характеристик устройства термического кондиционирования.
На стадии 122 контроллер подает энергию к устройству термического кондиционирования, используя ранее загруженный коэффициент расхода, и линию подачи жидкости устройства для приготовления напитка активируют для циркуляции жидкости, например воды, из резервуара через устройство термического кондиционирования в приспособление для обработки капсулы для приготовления напитка. После завершения приготовления напитка устройство возвращается в состояние готовности на стадии 120.
На фиг. 4 представлен описанный выше способ в примерном, но никоим образом не ограничивающем конкретном варианте осуществления, в котором устройство для приготовления напитка представляет собой кофемашину с термоблоком в качестве устройства термического кондиционирования, пороговая температура равна 33°C, первое калибровочное значение равно 48°C, а второе калибровочное значение — 56°C. Рабочая температура составляет, например, 95°C.
Таким образом, в соответствии с этим вариантом осуществления фаза запуска представляет собой фазу нагрева. Холодный нагрев можно, например, определить как процесс нагрева, который начинается с температуры термоблока ниже пороговой температуры 33°C, что соответствует, например, ситуации, когда кофемашина включается после нескольких часов неактивности. Во время каждой такой фазы холодного нагрева выполняют вычисление отрегулированного линейного коэффициента и соответствующую коррекцию и/или пересчет продолжительности фазы нагрева с целью оптимизации продолжительности фазы нагрева с учетом текущих условий работы устройства, которые могут влиять на время нагрева, таких как, например, напряжение основного источника питания, температура окружающей среды и т.п. Теплый нагрев происходит, когда термоблок необходимо нагреть до рабочей температуры от начальной температуры, превышающей пороговую температуру 33°C. Затем система не в состоянии определить линейный коэффициент, и, таким образом, при определении продолжительности фазы нагрева учитывается последний сохраненный линейный коэффициент. Такая ситуация, например, возникает, когда устройство повторно активируют после нескольких минут неактивности, например, через несколько минут после перехода в режим ожидания.
В соответствии с этим вариантом осуществления в случае холодного нагрева после включения или повторной активации устройства контроллер загружает последний сохраненный линейный коэффициент и вычисляет продолжительность фазы нагрева на основе загруженного линейного коэффициента, мгновенной температуры термоблока и сохраненной рабочей температуры. Затем контроллер запускает фазу нагрева путем включения питания термоблока, чтобы его нагреть. После этого контроллер предпочтительно немедленно проверяет, не равняется ли или не превышает ли мгновенная температура термоблока или его начальная температура значение 33°C. Поскольку это не так, устройство переходит в режим самообучения. В режиме самообучения контроллер измеряет температуру термоблока и проверяет ее на соответствие первой температуре калибровки через равные промежутки времени. Он начинает измерять время для определения времени линейного нарастания после того, как измеренная температура достигает или начинает превышать значение 48°C. В режиме самообучения контроллер продолжает измерение температуры термоблока и проверяет ее на соответствие второй температуре калибровки через равные промежутки времени. Он прекращает измерение времени после того, как измеренная температура достигает или начинает превышать значение 56°C. Таким образом, измеренное время линейного нарастания соответствует времени, измеренному между началом и прекращением соответствующего измерения времени. Затем время линейного нарастания в секундах делят на 8°C, чтобы получить отрегулированный линейный коэффициент в с/°C. Оставшуюся продолжительность фазы нагрева вычисляют на основе отрегулированного линейного коэффициента, мгновенной температуры термоблока и рабочей температуры; и/или продолжительность фазы нагрева пересчитывают на основе отрегулированного линейного коэффициента, начальной температуры термоблока и рабочей температуры; Термоблок нагревают далее до тех пор, пока не будет достигнута любая из оставшейся продолжительности фазы нагрева или пересчитанной продолжительности фазы разогрева. После этого устройство переходит в режим готовности и может приготовить напиток, как описано выше.
В случае теплого нагрева контроллер загружает последний сохраненный линейный коэффициент и вычисляет продолжительность фазы нагрева на основе линейного коэффициента, начальной температуры и сохраненной рабочей температуры. Затем контроллер запускает фазу нагрева путем включения питания термоблока, чтобы его нагреть. После этого контроллер предпочтительно немедленно проверяет, не равняется ли или не превышает ли мгновенная температура термоблока или его начальная температура значение 33°C. Поскольку это так, контроллер продолжает нагревать термоблок до тех пор, пока не будет достигнута расчетная продолжительность фазы нагрева. После этого устройство переходит в режим готовности и может приготовить напиток, как описано выше.
Профиль запуска согласно изобретению и соответствующий способ предусмотрены с возможностью оптимизации фазы запуска устройства термического кондиционирования для устройства для приготовления напитка, например кофемашины, где жидкость циркулирует через термоблок, а затем направляется в варочную камеру для варки кофе, представленного в капсуле, содержащейся в варочном блоке.
В соответствии с устройством и способом изобретения по меньшей мере один параметр профиля запуска, например, продолжительность фазы запуска, регулируется на основе измерений температуры, проводимых во время фазы запуска или во время предыдущей фазы запуска, т.е. до начала приготовления напитка, т.е. пока линия подачи жидкости устройства деактивирована. Таким образом, линейный коэффициент, используемый для вычисления, например, времени по меньшей мере части фазы запуска, отражает изменение температуры устройства термического кондиционирования, в то время как жидкость не циркулирует через устройство термического кондиционирования.
Это позволяет точно определять параметры профиля запуска, в частности, позволяет вычислять точную продолжительность фазы запуска и/или количество энергии, подводимой к устройству термического кондиционирования, для точного достижения рабочей температуры в конце фазы запуска и, таким образом, для достижения оптимальных условий приготовления напитка, начиная с первого напитка после запуска устройства.
В вариантах осуществления блок управления содержит:
- по меньшей мере первый датчик температуры, подключенный к контроллеру или встроенный в него, для измерения температуры устройства термического кондиционирования; и
- по меньшей мере один таймер для запуска измерений температуры через периодические промежутки времени.
Предпочтительно он также включает в себя:
- средство хранения данных для сохранения по меньшей мере одного линейного коэффициента, рабочей температуры, первой и второй температур калибровки и указанных измеренных температур в указанных периодических промежутках времени; и
- средство вычисления для вычисления продолжительности фазы запуска, линейного коэффициента и т.д.
В соответствии с настоящим изобретением эти средства вычисления выполнены с возможностью:
a) вычисления линейного коэффициента между различными сохраненными значениями температуры калибровки; и
b) вычисления продолжительности по меньшей мере части фазы запуска путем вычитания начальной или текущей температуры из указанной рабочей температуры и ее умножения на линейный коэффициент. Линейный коэффициент может зависеть, например, от условий окружающей среды и/или питания устройства.
Улучшения и преимущества, достигнутые в рамках настоящего изобретения, включают систему с самокалибровкой для оптимизации запуска устройства для приготовления напитка, в результате чего обеспечивается оптимально отрегулированная фаза запуска для каждой начальной температуры, любого допустимого отклонения питания устройства термического кондиционирования, допустимого отклонения напряжения в сети, воды в термоблоке, потери энергии в устройстве термического кондиционирования и температуры окружающей среды, благодаря постоянному регулированию параметров профиля запуска и немедленному применению любого вновь отрегулированного параметра в текущем профиле запуска, что приводит к точной регулировке температуры устройства термического кондиционирования и оптимальным результатам приготовления напитка, даже для первого напитка после запуска.
Кроме того, использование последнего вычисленного линейного коэффициента для регулировки и/или коррекции коэффициента расхода, который используется для определения энергии, необходимой для того, чтобы поддерживать устройство термического кондиционирования при рабочей температуре, пока через него циркулирует жидкость, т.е. энергии, необходимой устройству температурного кондиционирования для подачи жидкости, например циркулирующей через него воды, при целевой температуре, позволяет обеспечить надлежащее количество электрической энергии для устройства температурного кондиционирования во время приготовления напитка для получения жидкости и, таким образом, напитка при правильной целевой температуре практически в любых условиях окружающей среды и/или условиях питания устройства.