专利名称：具有分送压力调节系统的咖啡机及分送压力调节方法
技术领域：
本发明涉及设置有水压调节系统的咖啡机和用于控制咖啡机的过滤室中的压力 的方法。
背景技术：
作为饮料的咖啡一直非常普及并且广受欢迎，实际上，现今可以以许多不同的形 式获得咖啡，这些咖啡在它们的初始掺合物(starting blend)及这些饮料提取的方式方面 彼此不同。特别地，Espresso咖啡(浓咖啡或蒸馏咖啡)是一种使用咖啡机获得的饮料，其 中咖啡机迫使热水流经一层研磨后的咖啡(ground coffee)即咖啡粉，所述研磨后的咖啡 被容纳在通常是金属过滤器的浸渍容器中。流经咖啡层的热水必须被加热至一定的温度并 且被施加一定的压力，此外，根据初始掺合物选择最优的温度和压力。典型地，用于制备espresso咖啡的咖啡粉通过研磨(grind)或碾磨(mill)烘烤 过的咖啡豆而获得。为迫使热水流经咖啡粉，最初的咖啡机使用由饱合蒸汽发生器产生的压力值为 lbar-1. 5bar的压力来产生推力。Ibar至1. 5bar的压力对应于超过IOOoC的温度，因为 为了制备高品质的饮料的水不应超过IOOoC,因此，从该咖啡机获得的咖啡趋于具有“过烧 (burnt) ” 口味。为补救该问题，开发出了具有机械加压部件的咖啡机，机械加压部件使得可以利 用较高的压力在大约IOOoC的温度下进行浸渍。瑞士专利CH 262232公开了一种用于制备expresso咖啡的设备的龙头(tap)，该 龙头包括筒体，所述筒体与蒸煮器的下部连通并且包括适用于与弹簧相对地升起的中空活 塞，所述筒体为了使水经由筒体的基部被挤出而使水进入活塞并且在弹簧的作用下下降， 其中筒体的基部由可拆装的过滤器形成并适用于容纳研磨后的咖啡。美国专利2，878’ 747公开了一种咖啡机，其包括用于使水沸腾的蒸煮器；由支撑 托架支承并且包括浸渍室的咖啡渗滤器；位于所述室的上方并且具有入口的筒体；将入口 连接到蒸煮器以能够将沸水传输到筒体中的管路；以往复方式在筒体中移动以控制所述入 口并且在活塞下降时强制沸水进入浸渍室中的活塞。美国专利3，119，322公开了一种咖啡机，其具有用于水浸渍的容器；用于在容器 中产生压力的泵；用于驱动连接到容器的泵和咖啡制备单元的电动马达，所述容器具有简 单的分配旋塞(distribution cock)；沿着所述单元布置并设置有凸轮的转轴；马达电路 中的开关，其被定位成能够由所述轴致动，其中旋塞具有手动操作杆，各手动操作杆被定位 成接合多个凸轮其中之一以使致动所述开关的轴转动并启动马达。为应对由于机械系统而在浸渍室中产生的较大的水推力，咖啡通常被精细地研磨 以增大与水的总体接触面，并且在使用较小量的研磨后的咖啡的情况下改善饮料的提取。随着液压装置的发展，提高了供给到浸渍室中的水的压力而无须改变温度，已经4可以产生高达IObar以上的高压。然而，已经观察到使用IObar以上的压力会产生负面效 果。将压力提高到一定值以上使得在实践中需要非常精细地研磨咖啡，由此需要细化过滤 器，结果过于精细的研磨最终会导致过滤器被堵塞，从而产生密封构件和管路承受高应力 的问题，由此劣化了饮料的品质。专利申请EP 1210893公开了一种咖啡机中的咖啡提取装置，该咖啡机将饮料分 送(dispensing)至各杯，其中通过将热水供给到设置有活塞的筒体而产生咖啡，其中原材 料装载在筒体中以对筒体的内部加压，以通过过滤器滤出并提取出浓溶液。该装置设置有 热水用的泵和控制该泵的部件，适用于改变供给到筒体的热水量。美国专利3，230，974公开了咖啡机用分送头，其允许在打开旋塞和分配饮料之间 存在浸渍时间间隔。在实践中，在施加推力以获得分送咖啡所需要的压力值之前，以低于分 送压力的压力用水填充研磨后的咖啡粉一定的时间段，该压力例如是1. ^ar。典型地，在当前的expressso咖啡或者过滤咖啡(filtercoffee)的制备中，供给 到浸渍室中的水的温度在大约88oC和98oC之间，而且在一些咖啡机中，压力在初始浸渍期 间从大约0. 8bar变化到1. S3ar，然后压力在饮料的提取期间升高到大约9bar。专利申请EP 0934719公开了由预定剂量的咖啡粉制备espresso咖啡的方法，其 中预定量的热水在泵的作用下以给定的最大压力通过预定剂量的咖啡粉，所述方法包括初 步阶段所述剂量的咖啡粉在低于给定的最大压力的压力下由初始量的热水湿润一段时 间。研磨后的咖啡粒的大小是可变的，其决定了饮料的最终结果。专利申请WO 2009/010190公开了控制咖啡机研磨器的方法，所述方法包括测量 与滤出处理相关的物理量的实际值的步骤和至少为下一次滤出改变研磨后的咖啡粒大小 的步骤，从而可以补偿物理量的被测量到的实际值与基准值之间的偏差。所述物理量可以 是滤出流量、滤出时间或滤出回路中的液压。通过提取法制备的咖啡已经广泛流行于各个国家，并且已经适应了现有的口味和 顾客。通常，espresso咖啡(地中海)和“caf6 crSme”之间的区别在于espresso咖啡以 典型地从15cm3至25cm3变化的量被分送到杯中；而“caf6 creme"以典型地从100cm3至 120cm3变化的量被分送到杯中，在两种情况中，总的分送时间大致相等，例如为25秒。明显 地，在该两种咖啡中存在许多差异。为在相同的分送时间中获得所期望的量的特定种类的咖啡，必须通过与研磨的细 度适应而改变待分送的水流，以改变容纳在过滤器中的咖啡对于水的流动的阻力。由于咖啡掺合物的自然特性，咖啡掺合物在质量、一致性、脂肪含量、烘烤度和湿 度方面不同。即使这些特性中的一个特性有变化，也需要改变研磨的细度，以保持针对给定 类型的咖啡的分送水流恒定。另一方面，难以精确地控制研磨处理，并且通常通过形状和尺 寸变化的小粒的分布形成最终的研磨成分(ground compimd)。结果，从研磨机取得的研磨 后的咖啡剂量永远不会精确地与研磨后的另一咖啡剂量相同，使得研磨后的咖啡对于水的 阻力围绕最优值波动，由此导致水的流量变化，进而导致在分送期间水的压力发生变化。可 以采用分送时间作为水受到的阻力的基准参数。如果咖啡被过于精细地研磨，则水流经咖 啡粉将花费较长的时间，造成过度提取，使饮料具有令人不适的味道。如果咖啡的研磨过于 粗糙，则水快速地流经咖啡粉，而不会提取很多的物质。
申请人已经观察到，优选地，一旦已经确定用于分送时间te的标准基准值，例如 根据由若干分送操作得出的饮料质量的统计型评估结果确定得到的标准基准值，则分送时 间te不应偏离超过给定标准值的一定变化区间(variability interval)。例如，如果teo 是25秒，则te = 25+1秒，其中最大的标准偏差为+3秒。变化区间之外的分送时间表明过 滤器的内容物对于水有“异常”阻力，因此，生成的饮料的质量可能会劣化。申请人:已经观察到，特别地有利的是，能够以受控的方式分送饮料并且可以根据 咖啡的颗粒大小的变化来影响水压。
发明内容
本发明的一个目标是提供一种咖啡机，其能够分送由不同的原材料掺合物制备的 和/或研磨成不同细度的和/或由不同的制备工艺限定的饮料。本发明的另一个目标在于提供如下的咖啡机其可以在分送期间通过影响水的流 量的值来控制对咖啡加压的整个循环，以能够调整饮料的制备，确保高质量的饮料。根据一个方面，本发明涉及一种包括分送压力控制系统的咖啡机。“分送压力”指 被供给到容纳研磨后的咖啡的过滤器单元(filter unit)的水的压力。本发明特别地涉及一种用于生产和分送咖啡类(coffee-based)饮料的咖啡机， 其包括液压泵；至少一个分送装置，其包括供给单元和适于容纳咖啡粉的过滤器单元，所 述供给单元适于在所述过滤器单元与所述供给单元连接时将水引入到所述过滤器单元；液 压回路，其使所述液压泵与所述分送装置的供给单元流体连通，所述液压回路包括在压力 作用下向所述供给单元供给热水的供给管路；所述咖啡机还包括分送压力控制系统，该系 统包括控制单元；压力传感器，其沿着所述液压回路布置并且适于产生表示检测到的压 力的控制信号，所述压力传感器电连接到所述控制单元以检测分送压力；液压变流量阀，其 沿着所述液压回路布置并且适于向至少一个分送装置供给可变量的水，所述变流量阀能够 由被所述控制单元电控制的电驱动器致动，以根据检测到的分送压力值调节输出的水的流 量。另外，本发明涉及控制咖啡机中的分送压力的方法。本发明特别地涉及用于控制咖啡机中的分送压力的方法，所述咖啡机用于生产和 分送咖啡类饮料，所述咖啡机包括至少一个分送装置，所述分送装置包括适于容纳咖啡粉 的过滤器单元，所述方法包括将水供给到液压回路，所述液压回路与至少一个分送装置流 体连通并且包括适于将可变量的水供给到所述至少一个分送装置的变流量阀；从所述变流 量阀供给与至少一个标准分送压力值对应的预定量的水，所述变流量阀能够由控制从所述 变流量阀输出的水的流量的电驱动器致动；借助于沿着所述液压回路布置的压力传感器检 测水的至少一个分送压力值，如果至少一个检测到的分送压力值偏离所述至少一个标准压 力值，则根据所述至少一个检测到的分送压力值调节由所述变流量阀供给的水的流量。在本说明书及所附的权利要求书中，“浸渍”指湿润过滤器中容纳的咖啡粉的步 骤，“提取”指的是利用使热水在压力作用下通过研磨后的咖啡的技术工艺的步骤。浸渍步骤通常在低于提取压力的压力下发生。分送步骤指制备饮料的整个步骤， 包括浸渍步骤和提取步骤。
下面将参考附图进一步详细说明本发明，在附图中示出了本发明的一些而非全部 实施方式。示出实施方式的附图仅是图示说明的目的，而非示出尺寸比例。在附图中图1示出了包括在咖啡机中的液压回路和控制回路；图2示出了包括在本发明的第一实施方式的咖啡机中的液压回路和控制回路，其 中该咖啡机包括至少一个分送装置；图3示出了包括在本发明的第二实施方式的咖啡机中的液压回路和控制回路，其 中该咖啡机包括多个分送装置；图4示出了包括在本发明的第三实施方式的咖啡机中的液压回路和控制回路，其 中该咖啡机包括多个分送装置；图fe到图5c是根据本发明的一些实施方式的单个分送步骤用的、表示水压与时 间的关系的曲线图。
具体实施例方式图1是用于espresso咖啡机的液压回路的图，所述espresso咖啡机设置了整体 上由13表示的咖啡分送装置。由外部的冷水水源2以传统方式(图中未示出)对用于产 生热水和蒸汽的传统蒸煮器(boiler) 1供水。水源2借助于管路3和液压泵4对热交换器 5供水，其中热交换器5被传统地布置在蒸煮器1中。液压泵4是由电驱动器致动的马达泵。热交换器5的输出口经由管路6向混合节点7供给热水，其中连接到供给冷水的 管路3的管路8也到达混合节点7。由9和10分别示出的流量校准仪(flow calibrator)分别被可选择地在混合节 点7的上游包括于热水管路6和冷水管路8。这些流量校准仪可以调节冷水相对于热水的量，以在供给管路11中获得供给温 度Tl的混合水流。在混合节点7的下游，混合水到达分送装置13。分送装置13包括用于在压力作用下将水排出至过滤器单元31的供给单元14，其 中过滤器单元31包括过滤器保持器15、过滤器16和用于分送咖啡的喷嘴17，在操作时喷 嘴17的下方布置有收集杯18。在所示的示例中，供给单元14包括呈小蒸煮器形式的加 热室12以及设置于供给单元14中的分送管路25，在该特别的示例中，在用作加热室的基部 的结构中，该管路25在过滤器16的紧上游与过滤器16连通。连接部件19被设置于供给单元14，用于可拆装地连接过滤器保持器15。使泵与分送装置、特别地与过滤器单元流体连通的多个管路形成液压回路。在加热室12中设置有电阻器20，用于将水加热至适于形成咖啡饮料的分送温度 T2，该温度高于混合节点7的下游的水温T 1，其中混合节点7作为加热室12的水源。热水在压力作用下流经供给管路11经由入口 30流到加热室12，在该加热室中使 热水的温度稳定，然后热水被引入到过滤器单元31中。更特别地，经由管路23将水引入到 过滤器保持器15中，管路23将加热室12的出口 M连接到分送管路25的入口四。管路23设置有具有两个动作位置的电子阀(electrovalveUe。电子阀沈在一个 动作位置中使水被供给到过滤器保持器并由此形成饮料，在另一动作位置中，其断开水的供给并与咖啡机外部的排出装置27连通。沿着与泵和分送装置流体连通的液压回路布置压力传感器21。优选地，在管路25 的入口四的附近、在电子阀沈的上游或者在电子阀26的下游沿着连接管路23布置压力 传感器，连接管路23在压力作用下将水从加热室12供给到分送管路25。在特别优选的实 施方式中，压力传感器被布置于截流电子阀(intercepting electrovalve)的上游，以防止 来自分送管路的任何研磨咖啡残留物污染传感器。压力传感器21适于产生表示水压的控制信号并且被连接到比如电子中央处理器 (CPU)的控制单元22。压力传感器例如是将与到达分送装置特别是到达过滤器单元31的 水的压力成比例的信号供给控制单元22的转换器。优选地，由控制单元22控制电子阀26的动作位置。在附图中，以虚线示出控制信号离开和到达控制单元22所经过的控制线。在优选实施方式中，从混合节点7的下游的供给管路11供给到加热室12的入口 30的水已经处于较高的供给温度Tl (例如，不低于大约80oC)，因此达到形成饮料的最优温 度T2(例如，大约90oC)所需要的加热时间短，由此减小了制备饮料所需要的时间，特别消 除了由于必须等水到达所要求的温度而在分送一个剂量的咖啡和分送随后的剂量的咖啡 之间的等待时间。根据实施方式，温度Tl比温度T2低IOoC至20oC。在较高的温度Tl的情况下，即使在分送较大量的饮料时，例如分送120cm3至 250cm3的饮料时，启动电阻器20并将温度稳定至用于制备饮料的温度T2所需的电功率较 低，例如不高于0. 8kW。加热电阻器20的操作优选地由与加热室中的水接触以检测分送温度T2并且逻辑 连接至CPU 22的温度传感器(图中未示出)控制。优选地，液压回路设置有适于测量流经回路的水的流量的流量测量装置观。该装 置观连接到控制单元22，向控制单元22发送表示测得的水的流量的信号。例如，该装置 28向控制单元22提供电脉冲，依据以cm3/脉冲表示的计量常数，该脉冲的数量与流经该装 置的水量成比例。在实施方式中，装置28是英国专利申请GB 2 008 540中所公开的类型。在图1的实施方式中，该装置观被布置于泵4下游的冷水管路3上。控制单元接 收这些脉冲的频率与泵4供给到液压回路并且由此供给到分送装置的水的流量直接成比 例。在图1所示的咖啡机中，泵4由电驱动器(例如，变速驱动器，VSD)以可变速度致 动，经由该电驱动器，泵的转速可以改变。泵例如由变频电驱动器致动，变频电驱动器的频 率变化对应于泵的转速的变化。由此，可以使泵供给到管路3的水的流量变化，由此可以使 水压变化。与一个分送操作对应的或者在一个分送步骤中供给到液压回路的水量取决于咖 啡的类型，例如对于espresso咖啡是20cm3。泵或者连接到泵马达的电控单元被连接到控制单元22，控制单元22调节泵的转 速，由此调节供给到液压回路的水的压力。供给到液压回路的水的流量和水的“标准”压力对应于给定时间段内被致动的泵 的转速。“实际”分送压力由压力传感器优选地在分送装置的附近测量。标准压力和实际压 力之间的偏差可以指示“异常”分送，因此指示饮料的质量可能劣化。
依据检测到的分送压力而由泵供给的水的流量可以由操作人员手动调节和/或 借助于自动调节装置调节，在自动调节装置中，压力传感器接收的信号和泵的电控装置形 成由控制单元控制的反馈回路。优选地，包括在咖啡机中的用于控制压力的系统使得能够自动调节分送压力，其 中压力传感器接收到的信号、泵的电控装置和水的流量测量装置形成反馈回路。在分送操作开始时，例如，泵4以一定的转速启动，该转速对应于向液压回路供给 的预定量的水并且由此对应于标准分送压力值，例如9bar。泵供给的水流经测量水的实际 流量(例如，以cm3/S为单位)的流量测量装置观。如果控制单元从流量测量装置检测出 太低的流量或者总体上低于对应于标准压力的流量的流量(例如，该装置接收到的脉冲频 率过低)，则由于例如过滤器中的咖啡被过于精细地研磨而使分送操作进行的较慢，导致分 送时间相对于标准分送时间增大，标准分送时间例如为25秒。另一方面，如果控制单元检 测到过大的流量，则由于过滤器中的咖啡被过于粗糙地研磨而使分送操作过快地进行，导 致分送时间相对于标准分送时间减小。当控制单元检测到与最优流量值不一致的流量时， 控制单元调节泵的转速直到流量达到最优值。控制单元还接收实际的分送压力值。在流经 流量测量装置的水量等于对应于一次分送操作的水量时，控制单元使泵停止。在分送操作期间，压力还可以具有预定的值或者符合预定的数值曲线。控制单元可以与显示器和比如键盘等输入设备关联地操作，键盘可以由操作人员 操作以控制和/或改变供给到液压回路的水的流量并且由此控制和/或改变分送压力。上述参考图1的说明涉及具有单个分送单元的咖啡机。如果咖啡机包括多个分送 单元，则可以通过为每个分送单元设置与各个相应的分送单元流体连通的液压泵来控制液 压泵的转速。但是，为咖啡机设置多个液压泵会显著地增加生产和维护咖啡机的成本，因此这 不是期望的。而且，包括多个泵通常增大了咖啡机内的整体空间，使得更难以生产紧凑的咖 啡机。再参考图1的液压回路，能够想象到使用单个液压泵向一个以上的分送装置供 水，即向多个分送装置供水。如果例如在具有两个分送装置的咖啡机中，当两个分送装置中 的第二个分送装置已经在操作并且因此泵已经被启动时，希望从两个分送装置中的第一个 分送装置分送咖啡，这将难以独立地从两个分送装置选择饮料的分送并且甚至难以从一个 分送装置进行正确的分送。例如，如果希望在从第二分送装置提取饮料的步骤之前进行浸 渍步骤，则不可能延迟泵的启动，因为需要停止泵以由此切换已经于第一分送装置进行的 分送操作。申请人:已经明白在具有多个分送装置的咖啡机中，如果各分送装置的液压回路 均设置有能够调节水的输出流量的液压阀，则可以提供这样的用于控制分送压力的系统 该系统能够以独立的方式控制来自各分送装置的供给。图2是包括在根据本发明的第二实施方式的咖啡机中的液压回路和控制回路的 图。用相同的附图标记标注与图1中的部件相同的或者执行类似功能的部件。图2的实 施方式与图1的实施方式不同之处主要在于其包括不需要变速的液压泵35。在一个实施 方式中，液压泵35具有固定的流率并且例如由恒定转速的马达致动，其以恒定的压推力供 水。马达可以联接到与控制单元22连接的电控装置，该控制装置控制泵的致动和去激活。9
在一个实施方式中，可以以变速致动液压泵35，使得能够在咖啡机的操作期间控 制转速值的设定。如果在分送需要的推力之外，希望考虑到沿着液压回路操作的阀上的负 载损失来为泵的转速设定适当的值，这将是有利的。沿着使液压泵与分送装置13流体连通的液压回路布置液压变流量阀(hydraulic variable-flow valve) 360该阀由连接到控制单元22的电驱动器驱动，控制单元22通过 该阀控制水的流量。控制单元特别地调节从阀输出的水的流量，由此可以控制引入到液压 回路的供给管路并且由此引入到分送装置中的压力。在优选的实施方式中，阀36是比例电子阀(proportionalelectrovalve)。比例电 子阀例如由用以调节可变节流阀的电驱动器驱动，其中电驱动器通过变化电驱动器的输入 电压来控制阀的输出流量。所述电压由控制单元控制。控制单元22借助于压力传感器21监测供给到分送装置的水的压力。变流量阀的 电驱动器致动出口孔并且由控制单元控制以选择预定的出口开度(outlet opening)值， 例如供水流经出口孔流过的预定的截面积值，以在一定的时间段内将压力保持为定的预定 值，或者在该时间段内改变出口孔使分送操作期间的水压符合预定的曲线。在该类型的咖啡机中，通过监测分送压力，可以借助于控制单元22在咖啡分送步 骤中通过影响从流量调节阀36输出的水的流量调节压力值。还可以通过控制单元22进行 编程，以根据预定的压力曲线控制分送操作的进行，其中可以根据期望获得的咖啡的类型 选择预定的压力曲线。如果需要，还可以至少为下一个分送操作并且在一些实施方式中在本分送操作期 间进行控制以调节分送压力的值。在优选的实施方式中，咖啡机包括流量测量装置28。在分送步骤中，通过监测由装 置观检测到的水的流量，控制单元22能够根据用于特定种类的咖啡的所期望的最优流量 改变流量调节阀的开度以增大或减小被泵压入到分送装置中的水量，可以纠正由于咖啡粉 的颗粒大小的变化和/或咖啡类型的变化(例如，掺合物)引起的不利影响。可以理解的是，本发明并不局限于在分送温度将热水供给到分送管路的特定方 式。例如，在一个实施方式中，加热室接收环境温度的水，然后由布置在加热室内的电 阻器将水加热至温度T2。在该实施方式中，输送来自热交换器的将与来自管路8的冷水在 加热室上游混合的水的热水管路6被省略，并且仅由来自管路8的水供给加热室。通过再一个示例，在一个实施方式中，分送装置不包括加热室，与分送装置流体连 通的供给管路在压力作用下将处于分送温度的水供给至供给单元。优选地沿着冷水管路3布置阀36，更为优选地，在流量测量装置观的下游布置阀 36。本发明包括如下的实施方式在流量测量装置的上游布置阀36。在不同的实施方式(未示出)中，沿着供给管路11布置压力传感器。在另一个实施方式(未示出)中，在加热室12中布置压力传感器。通常，压力传感器优选地测量供给到过滤器单元的水的实际压力。传感器优选地 布置在分送装置的附近。根据检测到的分送压力对由变流量阀供给的水的流量的调节能够由操作人员手 动进行和/或借助于自动调节装置进行，在自动调节装置中，压力传感器接收到的信号和变流量阀的电驱动器形成由控制单元控制的反馈回路。优选地，容纳在咖啡机中的压力控制系统使得能够自动调节分送压力，其中压力 传感器接收到的信号、变流量阀的电驱动器接收到的信号和水的流量测量装置接收到的信 号形成反馈回路。例如，在开始分送操作时，致动变流量阀36以向分送装置供给预定流量的水；例 如，控制单元选择阀的出口孔的对应于标准分送压力值的给定截面积，标准分送压力值例 如是9bar。在变流量阀的上游或下游，由泵供给的水流经测量水的实际流量(例如，单位为 cm3/s)的流量测量装置。由于沿着与分送装置流体连通的液压回路布置流量测量装置，所 以流经流量测量装置的水的流量受到分送装置中发生的分送处理的影响。如果控制单元从流量测量装置检测出太低的流量或者总体上低于对应于标准流 量的流量(例如，流量测量装置接收到的脉冲频率过低)，则由于例如过滤器中的咖啡被 过于精细地研磨而使分送操作进行的较慢，导致分送时间相对于标准分送时间增加，标准 分送时间例如为25秒。另一方面，如果控制单元检测到过高的流量，则由于例如过滤器中 的咖啡被过于粗糙地研磨而使分送操作过快地进行，导致分送时间相对于标准分送时间减 少。当控制单元检测到与最优流量值不一致的流量时，控制单元调节变流量阀的出口孔直 到流量达到最优值。控制单元还接收实际的分送压力值。当流量测量装置计量到的水量等 于与一个分送操作对应的水量时，控制单元关闭变流量阀的孔。对于水的流量的调节使得 分送时间大体上等于标准分送时间，例如为25s+ls。图3示出了包括在根据本发明的另一个实施方式的咖啡机中的液压回路和控制 回路。图3中的咖啡机均包括多个分送装置50a、50b和50c。分送装置的数目仅是示意性 的，本发明并不局限于特定数目的分送装置。各分送装置50a、50b和50c包括各自的供给 单元51a、51b和51c和各自的过滤器单元52a、52b和52c。来自水源(未示出)的水流47 到达将水供给到水源管路52的液压泵46。多个冷水管路48a、48b和48c从水源管路52引 出并且并行地将水供给到相应的分送装置50a、50b和50c。各冷水管路48a、48b和48c向 相应的热源供水，例如向布置在共用的饱和水蒸汽发生器40内的相应的热交换器42a、42b 和42c供水。可以理解的是，热源可以是例如WO 91/07898中所公开的类型的独立的主加 热器。在各热交换器42a、^b和42c的出口处，相应的供给管路49a、49b和49c将热水 供给到相应的分送装置，特别地供给到相应的供给单元51a、51b和51c。各冷水管路48a、48b和48c分别设置有液压变流量阀44a、44b和44c，液压变流量 阀44a、44b和Mc优选地是比例电子阀，这些液压变流量阀被连接到控制单元41，该控制单 元41控制被引入到热交换器并且随后被引入到各个分送装置的供给管路的水量。优选地，沿着各冷水管路布置相应的流量测量装置45a、4^和45c，优选地在阀 44a,44b和44c的上游布置相应的流量测量装置45a、^b和45c。各冷水管路向发生器40 中的相应的热交换器42a、42b和42c供水。各个压力传感器43a、4;3b和43c布置在相应的供给管路49a、49b和49c中并且被 连接到控制单元41，该控制单元41接收由所述压力传感器提供的表示检测到的分送压力 的信号。虽然在未示出分送装置的结构细节的附图中未示出，各供给单元51a、51b和51c11包括分送管路，所述分送管路在压力作用下向过滤器单元供给热水。在一个实施方式中，供 给单元包括设置于供给单元的主体中的分送管路。水以给定的分送温度从各个供给管路 49a、49b和49c到达分送管路在以该方式实现的咖啡机中，可以经由控制单元41通过影响从变流量阀输出的 水的流量来调节各个分送装置的咖啡分送步骤期间的压力值。还可以再经由控制单元41 编程以预定的压力曲线控制分送操作的进行，其中，可以根据期望获得的咖啡类型来选择 预定的压力曲线。图4是根据本发明的又一实施方式的包括多个分送装置的咖啡机的液压回路和 控制回路的图。与图3中的部件相同或者具有同等功能的部件使用相同的附图标记。均设置有相应的变流量阀44a、44b和Mc的多个冷水管路48a、48b和48c从水源 管路52引出。各变流量阀适于产生表示供给到相应的分送装置的水量的控制信号并且被 连接到比如CPU等控制单元61。各热交换器42a、42b和42c的出口经由相应的管路64a、64b和64c向相应的混合 节点69a、69b和69c供给热水，各个混合节点69a、69b和69c还由连接到管路48a、48b和 48c的相应的冷水供给管路71a、71b和71c供水。优选地，由附图标记65表示的流量校准仪在各个混合节点69a、69b和69c的上游 被包括在各热水管路64a、64b和6 中并且包括在各冷水管路71a、71b和71c中。在例如开始使用咖啡机时，这些流量校准仪使得可以调节冷水相对于热水的量， 以在供给管路中获得具有供给温度的混合水流。在各混合节点69a、69b和69c的下游，混 合水被供给到相应的分送装置60a、60b和60c。各分送装置60a、60b和60c包括相应的供 给单元63a、6;3b和63c和相应的过滤器单元52a、5^和52c，所述过滤器单元以可拆装的方 式被连接到相应的供给单元。在一个实施方式中，各分送装置60a-60c是图1和图2中所示的类型。在本实施方 式中，各供给单元均包括加热室(图4中未示出分送装置的结构细节)，由相应的供给管路 66a、66b和66c向加热室供给具有供给温度的水。通过容纳在各供给单元63a、6 和63c 的加热室中的加热部件将水加热到分送温度，并且加热后的水经由分送管路被供给到连接 至相应的过滤器单元的各个连接管路70a、70b和70c，所述分送管路在包括于过滤器单元 中的过滤器的紧上游与该过滤器连通。截流电子阀68￡1、6汕和68c被布置于相应的连接管路70a、70b和70c上，并且具 有至少第一和第二两个动作位置，在第一动作位置，水被供给到过滤器单元的分送管路，在 第二动作位置，切断所述供给。沿着各连接管路70a、70b和70c布置相应的压力传感器67a、67b和67c，优选地在 各个截流阀68a、68b和68c的上游布置相应的压力传感器67a、67b和67c，各传感器均适 于测量相应的分送装置的分送压力。各压力传感器均被连接到控制单元61，该控制单元61 接收与传感器测量到的压力相关的数据。优选地，截流阀68a、68b和68c由控制它们的动作位置的控制单元61控制。根据特定的特性，本发明涉及控制被供给到咖啡机的分送装置的水的液压的方法。图如至图5c是根据本发明的各实施方式的单个分送步骤中的水压与时间关系的图示。图如示出了在等于、的分送时间段内的压力曲线，该分送时间段用于从分送装 置分送饮料。在本示例中，一旦饮料分送期间的压力值Pe已经被设定，则控制单元控制电 驱动器将变流量阀(例如，参考图2，阀36)的出口孔打开到预定截面积值。该值对应于预 定的饮料提取压力Ρε，该压力例如为9bar。典型地，在相对于分送时间、可以忽略的时间 内，泵的速度一达到预定值，压力就达到操作值。由接收压力传感器提供的数据的控制单元 监测压力曲线。当需要时，如果压力值与一定的目标值不一致或者如果产品的质量例如由 于研磨后的咖啡的颗粒大小的变化而改变，则控制单元调节阀的出口孔的截面积。由此，例 如可以用正确的参数执行后续的饮料分送。在图恥中的示例中，压力从初始值ρ。逐渐增加，在时刻、达到提取压力值pe。图 5b的压力曲线可以如下实现根据能够借助于控制单元编程控制的孔截面积值的曲线逐 渐改变变流量阀的开度，直至达到对应于给定的提取压力值Pe的截面积值。加速量变曲线 (profile)可以选择成使其适于所使用的咖啡掺合物和/或待分送的饮料的类型。分送期 间的压力曲线由将数据发送到控制单元的压力传感器控制，在需要时，控制单元通过影响 变流量阀的出口孔进行调节。控制单元优选接收来自流量测量装置的数据，并且在需要时， 根据从压力传感器和流量测量装置接收到的数据调节变流量阀的开度曲线。图5c中示出的压力曲线表示包括初始湿润步骤及随后的提取步骤的分送步骤。 在初始时间段tw内，分送装置的分送管路以较低的第一压力值pw供水(湿润步骤)。在时 刻tw，压力升高到大于第一压力值Pw的第二压力值Py第二压力值表示提取压力(提取步 骤)。提取步骤进行预定的时间(te-tw)，其中、是总的分送时间。图5c中的曲线示出了 压力从值Pw(相对于时间、)快速变化到值Pe的情况。但是，实施方式可以包括压力以类 似于参考图恥所述的方式根据变流量阀的阶梯式渐变开度从pw逐渐变化到ρ—根据实施方式，仅作为示例来参考图3，为了在从分送装置50a分送饮料期间实现 图5c的压力曲线，控制单元41在初始分送时刻t = 0处控制变流量阀4 的控制电压，调 节水的通路，以防止分送装置50a中的压力升高到超过值pw，pw例如等于1. ^ar。优选地， 控制单元在流量测量装置4 测量到由阀4 供给的水的实际流量之后调节浸渍时间段tw 的持续时间，而且，如果检测到的流量值与值Pw不同并例如超过值Pw，则调节变流量阀的输 入控制电压。接着，变流量阀的电驱动器将阀驱动至预定的出口开度值并持续给定的时间 段(te_tw)，该预定的开度值对应于标准提取压力ρε。在时刻te，电驱动器驱动变流量阀闭I=I ο总地，在控制单元中，可以将压力曲线p(t)设定为时间的函数，其中0彡t彡、。在分送步骤中，通过监测由流量检测装置检测到的水量，控制单元可以改变变流 量阀的出口开度，以增大或减小阀提供的压力，从而调节水量并且例如将其调节到一定类 型的分送的所期望值。例如，如果存在与研磨的精细度和掺合物的特性相关联的变化所导 致的偏差，就可能需要校正压力。借助于流量测量装置控制水量并借助于压力传感器控制 分送压力，可以将分送处理保持在最优范围内。例如，情况可能是，由于在被过于精细地研磨的咖啡中出现异常，变流量阀的开度 的增大不会产生更大的水的流量，由此产生供给到分送装置的较大的水压，而仅是更加阻 塞过滤器，这会造成使饮料的质量劣化的过大压力。
优选地，控制分送压力的方法包括借助于布置在泵和分送装置之间的液压回路中 的水的流量测量装置控制泵供给的水的实际流量。特别地，参考图2至图4，流量测量装置 28或者4 45c可以布置在将水从泵供给到热交换器的管路(3或者48a 48c)中。在实施方式中，控制单元可以监测是否超过了预定的分送压力阈值，并且如果超 过了预定的分送压力阈值，则控制单元例如借助于声音信号或可视信号产生表示该异常的 信号。尽管未在上述的优选实施方式中明确提及，本发明可以包括使用研磨后的咖啡的 预包装荚(pre-packaged pod)的咖啡机。前述内容被认为仅是对于本发明的原理的说明。由于本领域的技术人员易于进行 多种修改和改变，所以并不期望将本发明局限于所示的和所说明的细节构造和操作，因此， 在不偏离权利要求中所限定的本发明的精神和范围的前提下，可以进行各种适当的修改和等效替换。
权利要求
1 一种咖啡机，用于生产和分送咖啡类饮料，所述咖啡机包括液压泵；至少一个分送装置，其包括供给单元和适于容纳咖啡粉的过滤器单元，所述供给单元 适于在所述过滤器单元与所述供给单元接合时将水供给到所述过滤器单元；液压回路，其使所述液压泵与所述分送装置的供给单元流体连通，所述液压回路包括 在压力作用下向所述供给单元供给热水的供给管路，和用于控制分送压力的系统，该系统包括控制单元；压力传感器，其沿着所述液压回路 布置并且适于产生表示检测到的压力的控制信号，所述压力传感器电连接到所述控制单元 以检测分送压力；和液压变流量阀，其沿着所述液压回路布置并且适于向至少一个分送装 置供给可变量的水，所述变流量阀能够由被所述控制单元电控制的电驱动器致动，以根据 检测到的分送压力值调节输出的水的流量。
2.根据权利要求1所述的咖啡机，其特征在于，所述压力传感器布置在所述供给管路中。
3.根据权利要求1或2所述的咖啡机，其特征在于，所述变流量阀是比例电子阀。
4.根据权利要求1所述的咖啡机，其特征在于，所述控制系统还包括水的流量测量装 置，所述流量测量装置沿着所述液压回路布置并且适于产生表示流过所述流量测量装置的 水的流量的控制信号，并且所述流量测量装置电连接到所述控制单元以检测水的流量并且 根据至少一个检测到的水流量值调节由所述液压泵供给的水的流量。
5.根据权利要求4所述的咖啡机，其特征在于，所述流量测量装置布置在所述变流量 阀的上游。
6.根据权利要求1所述的咖啡机，其特征在于，至少一个所述分送装置包括与所述供 给管路流体连通的加热室，所述加热室包括加热构件并且设置有出口，以能够将处于分送 温度的水供给到借助于截流阀与所述过滤器单元流体连通的连接管路。
7.根据权利要求6所述的咖啡机，其特征在于，所述压力传感器布置于所述截流阀上 游的所述连接管路。
8.一种用于控制咖啡机中的分送压力的方法，所述咖啡机用于生产和分送咖啡类饮 料，所述咖啡机包括至少一个分送装置，所述分送装置包括适于容纳咖啡粉的过滤器单元， 所述方法包括将水供给到液压回路，所述液压回路与至少一个分送装置流体连通并且包括适于将可 变量的水供给到所述至少一个分送装置的变流量阀；从所述变流量阀供给与至少一个标准分送压力值对应的预定量的水，所述变流量阀能 够由控制从所述变流量阀输出的水的流量的电驱动器致动；借助于沿着所述液压回路布置的压力传感器检测水的至少一个分送压力值，和如果至少一个检测到的分送压力值偏离所述至少一个标准压力值，则根据所述至少一 个检测到的分送压力值调节由所述变流量阀供给的水的流量。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述变流量阀包括出口孔，所述出口孔用 于向所述分送装置供给各种量的水，并且通过改变所述出口孔来执行水的流量的调节。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述变流量阀能够被致动，而使所述变 流量阀的出口孔具有供水流过的可变截面积，并且供给所述预定量的水包括选择所述出口孔的至少一个截面积值，所述至少一个截面积值对应于所述至少一个标准压力值。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，供给所述预定量的水包括借助于沿着 所述液压回路布置的流量测量装置检测由泵供给的水的流量的至少一个值；以及根据所述 至少一个检测到的流量值调节从所述变流量阀输出的水的流量。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括选择至少一个标准流 量值，并且如果所述至少一个检测到的流量值偏离所述至少一个标准流量值，则调节所输 出的水的流量。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括选择标准分送时间，并 且调节从所述变流量阀输出的水的流量，使得在大体上等于所述标准分送时间的时间内向 所述过滤器单元供给预定量的水。
全文摘要
本发明涉及用于生产和分送咖啡类饮料的咖啡机及用于控制咖啡机中的分送压力的方法，咖啡机包括液压泵(35)；至少一个分送装置(13)，其包括过滤器单元(31)和供给单元(14)；和液压回路，其使液压泵与分送装置的供给单元流体连通，其包括在压力作用下向供给单元供给热水的供给管路(11)，其中，咖啡机还包括用于控制分送压力的系统，该系统包括控制单元(22)；压力传感器(21)，其适于产生表示检测到的压力的控制信号，压力传感器电连接到控制单元以检测分送压力；和液压变流量阀(36)，其适于向至少一个分送装置供给可变量的水，其由被控制单元电控制的电驱动器致动，以根据检测到的分送压力值调节输出的水的流量。
文档编号A47J31/36GK102038431SQ201010520060
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月22日 优先权日2009年10月23日
发明者安德烈亚·科恰 申请人:格鲁普西姆贝利有限公司