热流体制备单元及其使用方法和全自动咖啡机的操作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及用于全自动咖啡机的热流体制备单元、具有热流体制备单元的全自动咖啡机的操作方法、以及热流体制备单元在全自动咖啡机中的使用方法。
【背景技术】
[0002]全自动咖啡机是指用于获得热饮料的装置，在操作员启动时，咖啡饮料在所述全自动咖啡机中得以自动地制备并以顺序控制方式被分配。通常，这种全自动咖啡机配备有:水容器或饮用水供应连接件形式的饮用水供应部；用于研磨咖啡豆的研磨单元；用磨好的咖啡豆和热水制备热饮料的调制单元；以及喷嘴或类似形式的热饮料分配装置。为了能够分配不同类型咖啡饮料，尤其是为了允许用户借助于全自动咖啡机加热牛奶和/或使牛奶起泡沫，传统全自动咖啡机是众所周知的，所述传统全自动咖啡机额外地在蒸汽输出喷嘴等处能够进行蒸汽的全自动控制分配或也能进行蒸汽的手动控制分配。为了节约部件并从而节约其材料，常见的是，这种全自动咖啡机装配仅一个连续流水加热器形式的主加热装置。在常有的机器控制电路的适当控制下，该单个连续流水加热器既用来制备用于咖啡调制过程的热水(在约100°C的范围内)又用来制备用于在蒸汽分配喷嘴处输出的可用蒸汽，其中，出于此目的，必须将供应的饮用水加热至大约160°c的温度以将其转换成气体状态。
[0003]在为了基于需求提供连续流水加热器的控制的传统全自动咖啡机的情况下，已知在交流电压源与连续流水加热器之间连接可操纵电路元件。图2以框图的形式示意性地示出了这种传统电路设计。由外部交流电压源160馈送的交流电压(通常，为230V和50Hz的典型主交流电压)被施加于三端双向可控硅开关元件145的一个电源接头；在输出端处，三端双向可控硅开关元件连接至流体加热装置(这里为加热块150形式的)。为了控制三端双向可控硅开关元件，提供了微控制器126，所述微控制器根据在加热块150的输出处测量流体温度的流体温度传感器125的信号驱动三端双向可控硅开关元件。在传统电子控制设备中，只有凭借在从几秒钟到几分钟的时间段内三端双向可控硅开关元件145是否将全部交流电压接通到加热块150的方式才可以进行这种类型的控制。
[0004]传统全自动咖啡机通常消耗约1.4kff的功率。当第一次接通全自动咖啡机时，即，在进入操作之后，通过使用微控制器126的适当控制即刻进行加热过程以便将加热块处的流体加热至其工作温度，即，大约100°C。如果接下来要分配蒸汽，必须将所供应的流体从100°C加热至大约160°C。在图3a、3b和3c的示图中示意性地示出的该加热阶段Th过程中，微控制器126以如下方式持续驱动三端双向可控硅开关元件145，所述方式为，微控制器将交流电压源160的交流电压接通到加热块150，直到来自温度传感器125的反馈信号表示已经达到或超过例如160°C的目标温度为止。在随后的蒸汽分配过程中，为了保持大约160°C的蒸汽的目标温度，间隔地关闭加热块150或再次暂时打开几秒钟的很短的临时间隔Tz。
[0005]在这种情况下，图3c所示的热功率Pth(事实上，由于几乎完全抵触的消费者的纯有效功率)遵从了图3a所示的三端双向可控硅开关元件145的输出处的有效电压Ueff。然后获得例如图3b所示的流体温度Θ的曲线。
[0006]那么这种类型的传统热流体制备单元的缺点是初始加热所花费的时间，即，时段Th较长，例如超过5秒。如果想要分配蒸汽，那么系统必须等侯整个时段Th，这降低了操作便利性以及每单位时I B]能够制备的咖啡的最大量。
【发明内容】
[0007]因此，本发明的目的是进一步开发用于全自动咖啡机的热流体制备单元以便减少升温时间。对于根据本发明的方法，本发明的目的是详细说明全自动咖啡机的操作方法，其中，分配咖啡的等待时间变短。
[0008]通过本发明的全自动咖啡机的热流体制备单元以及通过本发明的全自动咖啡机的操作方法实现本发明的目的。
[0009]提供了根据本发明的用于全自动咖啡机的热流体制备单元，所述热流体制备单元包括:
[0010]?温度控制装置；
[0011]?流体加热装置；
[0012]?整流电路；以及
[0013].功率半导体开关装置，
[0014]其中，在整流电路的输入端处将整流电路连接至交流电压源并且在整流电路的输出端处通过(中间布置的)功率半导体开关装置将整流电路连接到流体加热装置，其中，功率半导体开关装置以选择性地将整流电路的输出端接通到流体加热装置的方式设计成可控的，并且其中温度控制装置被设计成以脉冲方式执行功率半导体开关装置的控制以便因而提供温度控制。
[0015]换言之，借助于电子控制设备，即，借助于温度控制装置，现在不存在要控制的三端双向可控硅开关元件；而是对交流电压源供应的交流电源电压进行整流。然后在温度控制装置的适当控制之后，借助于功率半导体元件，即，借助于功率半导体开关装置对整流的交流电源电压(直流电压)进行开关。在这种情况下，功率半导体开关装置是半导体元件，通过该半导体元件也可以在直流电域中开关很高的功率。因此，借助于适当的控制，直流电压能够选择地施加于流体加热装置。根据本发明获得的具体优势是现在可以使用尤其高性能的流体加热装置，例如，具有2.Skff的功率消耗。由于借助于温度控制装置和功率半导体开关装置提供的控制(所述控制能够非常快地进行)，即使流体加热装置具有高额定功率也能获得良好的控制状态，并且因此不会出现流体过热。由于这个原因，将流体从调制温度(大约100°C的水温)加热到可用蒸汽温度(160°C )的升温时间明显缩短，例如，现缩短到只不过为2.5到3秒。
[0016]根据本发明的一个方面，提出了将温度控制装置设计成在功率半导体开关装置的可控脉冲操作过程中改变脉冲的脉冲持续时间与脉冲间隔持续时间之间的比率，所述脉冲为控制功率半导体开关装置而提供。这取得了特定优势，S卩，借助于这类控制，可用O瓦特与额定输出功率(即，例如，2.8kW)之间的任何期望功率操作流体加热装置。具体地，当仅提供单个流体加热装置既用来制备大约100°C左右的用于调制的水又用于制备可用蒸汽时，则该流体加热装置能够在正常情况下操作，即，以约1.4kff的已知常规额定功率制备用于调制的水。然而，如果需要尽可能迅速地从全自动咖啡机分配包含蒸汽(卡布奇诺、拿铁玛琪朵等)的产品的话，则在操作者适当选择之后，流体必须相对迅速地加热至较高的温度。在这种情况下，可通过脉冲持续时间和间隔持续时间的控制的相应变化来控制流体加热装置的功率输出，以使得流体加热装置以其例如2.Skff的全额定输出功率操作。这明显缩短加热期。
[0017]根据本发明的另一方面，提出了将流体加热装置设计成，根据功率半导体开关装置的控制而将在输入端处供应的饮用水加热至适于执行咖啡调制过程的水温或者将在输入端处供应的饮用水加热至可用蒸汽温度，在每种情况下加热后的饮用水都将在输出端处提供。
[0018]这取得了特定优势，既，由于可变控制，能够使用同一个流体加热装置既用于制备调制的水也用于制备可用蒸汽。可响应于由操作员输入的信号(例如，按下选择键等)而应用相应的控制操作。
[0019]根据本发明的另一方面，流体加热装置可被设计成在所供应的饮用水加热中改变脉冲持续时间与脉冲周期的比率，以便引起流体加热装置的热功率变化。有利的是，以这种方式，在饮用水的加热过程中(例如，在调制咖啡的调制过程期间)以基本连续的方式(根据脉冲持续时间与脉冲周期的比率)改变流体加热装置的热功率，其中，瞬时热功率越大，与脉冲持续时间相比脉冲周期持续时间越小。
[0020]根据本发明另一方面，提出了流体加热装置是额定输出功率多2kff的加热块，优选地大约2.8kff的加热块。具有这种额定输出级的加热块使得其能够尤其明显缩短加热期，尤其将水从调制水温(大约100°C )加热至可用蒸汽温度(大约160°C );然而，对于初始加热处理，例如，如果在打开之后直接尽快达到期望调制水温也是有利的。
[0021]根据本发明另一方面，提出了温度控制装置，如果目标流体温度为约100°C，则温度控制装置被设计成调整脉冲持续时间与脉冲周期的比率以使得在中功率范围(优选地，大约1.4kW)操作流体加热装置，并且然后如果目标流体温度在蒸汽范围内(有利地，在大约160°C左右)，则温度控制装置被配置为调整脉冲持续时间与脉冲周期的比率以使得在额定功率范围(优选地，大约2.8kW)内操作流体加热装置。
[0022]在这样的背景下落在蒸汽范围内的温度涉及全自动咖啡机的额定压力或涉及标准大气压(环境压力)。该特定配置取得的优势在于，对于例如用于制备热饮料的机器控制器指定的目标流体温度(大约100°c的调制水温)，可在中功率范围内操作流体加热装置，这导致在流体加热装置的输出端处实际流体温度的超限行为没有当以例如2.Skff的额定输出全功率操作流体加热装置分配调制水时严重。如果然后需要进行蒸汽分配处理，例如，用蒸汽化的成分制备热饮料产品，那么在这种情况下(在