(11) PL/EP 1809151 PL/EP 1809151 T3

advertisement
RZECZPOSPOLITA
POLSKA
(12)
(96)
TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO
Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:
09.09.2005 05782895.6
(97)
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej
Polskiej
(19)
PL
(11)
PL/EP 1809151
(13)
T3
(51) Int. Cl.
A47J31/54
F24H1/10
(2006.01)
(2006.01)
O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono:
10.09.2008 Europejski Biuletyn Patentowy 2008/37
EP 1809151 B1
(54) Tytuł wynalazku:
Urządzenie podgrzewające płyn i sposób podgrzewania płynu
(30) Pierwszeństwo:
EP20040021674
13.09.2004
(43) Zgłoszenie ogłoszono:
25.07.2007 Europejski Biuletyn Patentowy 2007/30
(45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono:
30.04.2009 Wiadomości Urzędu Patentowego 04/2009
(73) Uprawniony z patentu:
PL/EP 1809151
T3
Nestec S.A., Vevey, CH
(72) Twórca (y) wynalazku:
BOUSSEMART Christophe, Lugrin, FR
PULZER Jean-Bernard, Saint-Sulpice, CH
(74) Pełnomocnik:
Przedsiębiorstwo Rzeczników Patentowych Patpol Sp. z o.o.
rzecz. pat. Karcz Katarzyna
02-770 Warszawa 130
skr. poczt. 37
Uwaga:
W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw
dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą
wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).
EP 1 809 151
Opis
Przedstawiany wynalazek dotyczy urządzenia podgrzewającego płyn przeznaczonego do
wyposażania maszyny produkującej gorące napoje.
Przedstawiany wynalazek dotyczy również sposobu szybkiego i dokładnego podgrzewania
płynu.
Znane jest już z patentu EP 1 380 243 urządzenie podgrzewające przeznaczone w
szczególności do wyposażania maszyn do kawy. To urządzenie podgrzewające zawiera metalową
rurkę, w której może przepływać podgrzewany płyn począwszy od kanału wlotowego ku kanałowi
wylotowemu. Przestrzeń wewnętrzna rurki jest pokryta na kilku odcinkach swojej długości licznymi
zespołami oporników elektrycznych ułożonych szeregowo. Wkładka cylindryczna rozciąga się w rurce,
aby tworzyła, razem z wewnętrzną ścianą rurki, spiralny kanał do przepływu płynu i w taki sposób
sprzyjać turbulentnemu przepływowi i szybkiemu przesyłowi energii w rurce do płynu. Ponadto
powyżej kanału wlotowego umiejscowiony jest przepływomierz. Urządzenie zawiera oprócz tego liczne
czujniki temperatury rozmieszczone na rurce na wlocie i wylocie każdego zespołu oporników
elektrycznych. Zasada dostarczania energii grzewczej do płynu opiera się tutaj na modulacji mocy
elektrycznej wywołanej przez oporniki, które mogą być przełączane niezależnie jedne względem
drugich lub szeregowo, w zależności od temperatury wody na wlocie do kanału.
Pomimo tego, że urządzenie daje satysfakcjonujące rezultaty pod względem szybkości
podgrzewania, to jednak urządzenie to zajmuje względnie dużo miejsca, ponieważ objętość
podgrzewanej wody wpływa na wysokość rurki i jest kosztowne, ponieważ wymaga wytłoczenia
oporników w postaci grubych warstewek na powierzchni rurki (zwanych powszechnie jako „trick
films”).
Ponadto, precyzja regulacji temperatury płynu jest ograniczona tym, że nie dochodzi do
bezpośredniego kontaktu płynu z czujnikami, które są umieszczone na zewnątrz rurki. Prędkość
odpowiedzi na różnice temperatur, wywołana bezwładnością podgrzewanego płynu również jest
wolniejsza, co szkodzi precyzji regulacji temperatury. Zaznacza się również, że bliskość czujników
temperatury i zestawów oporników powoduje ryzyko wpływu na pomiar w sposób niekontrolowany, z
powodu przewodności termicznej wytwarzanej poprzez ścianę rurki.
W dziedzinie maszyn do kawy zużycie wody podgrzewanej do robienia kawy jest relatywnie
niskie, zazwyczaj rzędu kilkudziesięciu ml/min. Natomiast przepływomierze dostępne na rynku są
mało precyzyjne do pomiaru zużycia mniejszego niż 200ml/min. Niepewność pomiaru zużycia w tym
zastosowaniu powoduje więc dodatkowy problem do precyzyjnego wyliczenia energii dostarczanej do
osiągnięcia zadanej temperatury na wylocie z urządzenia. W patencie EP 1 380 243, niedokładności
spowodowane przepływomierzem nie są więc korygowane zanim płyn nie opuści urządzenia
podgrzewającego, ponieważ tylko temperatura wlotowa jest brana pod uwagę przy wyliczaniu ilości
energii dostarczanej do urządzenia.
Poza tym, dokument ten nie wspomina o praktycznych wykonaniach pozwalających na
zamontowanie czujników temperatury na powierzchni rurki, przy czym takie zamontowanie wydaje się
wątpliwe z powodu technologii zastosowanej do wykonania zestawów oporników.
2
Patent US 6 246 831 odnosi się do systemu kontroli podgrzewania płynu, do podgrzewania na
użytek domowy lub indywidualnej cysterny zawierającej liczne komory grzewcze zawierające ciąg
elektrycznych elementów grzewczych. Regulacja temperatury opiera się na czujnikach temperatury w
każdej komorze i na wyznaczaniu odchylenia pomiędzy temperaturą zadaną a sumą temperatur
pomierzonych w każdej komorze. Następnie sterowanie odpowiada niezwłocznie na zmiany
temperatury i modyfikuje obliczenia mocy działając na modulację mocy. Taka sposób jednakże nie
prowadzi zliczeń natychmiastowych zmian ilości rzeczywistej płynu przepływającego przez
urządzenie; przy czym ta ilość opiera się na metodzie obliczeń pośrednich. Tak więc nagłe zmiany
warunków operacyjnych mogą spowodować nieskuteczność tych obliczeń, co powoduje, że system
jest przystosowany głownie do warunków stałego przepływu lecz jest nieprzystosowany do produkcji
gorącej wody w maszynie do kawy rejestrującej nagłe zmiany zużycia.
Tak więc przedstawiany wynalazek ma na celu usunięcie wyżej wspomnianych niedogodności,
tak jak i jeszcze innych, dostarczając urządzenie podgrzewające płyn stosujące środki proste, zwarte i
mało kosztowne.
Przedstawiany wynalazek ma również na celu dostarczyć takie urządzenie podgrzewające,
które pozwala na natychmiastowe podgrzanie płynu do danej wylotowej temperatury, zawartej
pomiędzy temperaturą wlotową i 100oC, z wstępnym podgrzaniem zredukowanego systemu
grzewczego i bez magazynowania wcześniejszej ukrytej energii termicznej, pozwala też na
polepszenie precyzji dotyczącej temperatury wylotowej płynu, jak i dostarczenie energii koniecznej i
wystarczającej do podgrzania płynu do wspomnianej zadanej temperatury.
W ten sposób, przedstawiany wynalazek dotyczy urządzenia podgrzewającego płyn w płyn
gorący lub w parę, szczególnie do zastosowań użytku domowego i bardziej szczegółowo do
wykonania gorących napojów, zawierającego korpus wyposażony w kanał do przepływu płynu, przy
czym wspomniany kanał ma wlot płynu i wylot płynu i jest połączony z przynajmniej jednym
elektrycznym korpusem grzewczym, którego zasilanie jest sterowane środkami przełączającymi
przyłączonymi do środków sterujących; przy czym wspomniany kanał zawiera przynajmniej pierwszy i
drugi odcinek kanału połączone pomiędzy sobą trzecim odcinkiem kanału tworząc przewód łączący;
przy czym wspomniany przynajmniej pierwszy i drugi odcinek kanału są połączone każdy z
przynajmniej jednym korpusem grzewczym. Przewód łączący jest połączony z czujnikiem temperatury
pośredniej przyłączonym do wspomnianych środków sterujących; przy czym wspomniany czujnik
temperatury pośredniej jest zamontowany w celu bezpośredniego lub pośredniego kontaktowania się
z płynem przepływającym we wspomnianym przewodzie, aby zmierzyć temperaturę płynu. Urządzenie
charakteryzuje się tym, że zawiera przepływomierz, który mierzy ilość płynu przepływającego we
wspomnianym kanale i tym, że środki sterujące i przełączające są rozmieszczone, aby sterować
korpusem grzewczym wspomnianego przynajmniej drugiego odcinka kanału, w zależności od ilości
energii zużytej do dostarczenia do wspomnianego drugiego odcinka kanału, aby doprowadzić średnią
temperaturę pomierzoną przez wspomniany czujnik temperatury pośredniej aż do zadanej
temperatury; przy czym wspomniana ilość energii jest obliczana poprzez środek sterujący, w
zależności od ilości płynu pomierzonej przepływomierzem, pomierzonej temperatury pośredniej i
zadanej temperatury na wylocie z urządzenia, przy czym taka ilość energii jest dostarczana do
3
wspomnianego korpusu grzewczego wspomnianego co najmniej drugiego odcinka kanału poprzez
środki sterujące i przełączające w określonych odstępach czasu.
Według preferencyjnego sposobu wykonania, określone odstępy czasu są krótsze niż 500
milisekund. Zaznacza się przy okazji, że podczas, gdy stosowany jest przepływomierz impulsowy,
odstęp czasu będzie dostosowany do częstotliwości impulsów przepływomierza impulsowego.
Wynalazek oferuje zatem większą precyzję regulacji temperatury, a więc lepsze użycie zużytej
energii, faktycznie tak, że z jednej strony mierzy się temperaturę podgrzewanego płynu w sposób
bezpośredni i z drugiej strony, że obliczona i dostarczona energia grzewcza uwzględniają
natychmiastowe wahania zużycia.
Według korzystnych cech, urządzenie według wynalazku zawiera ponadto czujnik temperatury
wlotowej płynu umieszczony do bezpośredniego lub pośredniego kontaktowania się z płynem na
wlocie urządzenia, aby mierzyć temperaturę płynu, oraz przepływomierz umieszczony na przykład
powyżej wlotu do pierwszej komory. Środki regulujące są również przewidziane w celu obliczania
współczynnika korekcyjnego mocy przydzielanej korpusowi grzewczemu wspomnianego drugiego
odcinka kanału, w zależności od pomierzonej temperatury wlotowej i pomierzonej temperatury
pośredniej, zużycia pomierzonego przepływomierzem i bilansu energii.
W najkorzystniejszy sposób, środki sterujące i przełączające są również umieszczone w celu
sterowania korpusem grzewczym wspomnianego pierwszego odcinka kanału, w zależności od
teoretycznej ilości energii zużytej do dostarczenia do wspomnianego pierwszego odcinka kanału, aby
doprowadzić ilość płynu od temperatury wlotowej pomierzonej czujnikiem wlotowym aż do zadanej
temperatury pośredniej.
W praktyce, w celu dostarczenia odpowiedniej teoretycznej ilości energii do korpusu
grzewczego pierwszego odcinka kanału, mierzy się temperaturę podgrzewanego płynu na wlocie do
urządzenia, za pomocą czujnika w bezpośrednim lub pośrednim kontakcie z mierzonym płynem, i
określa się ilość energii dostarczanej, w zależności od ilości podgrzewanego płynu (określonej
przepływomierzem), aby osiągnąć zadaną temperaturę pośrednią według wzoru E= Ilość
podgrzewanego płynu x (zadana T pośrednia - pomierzona T wejściowa) x Pojemność cieplna płynu.
W celu dostarczenia odpowiedniej teoretycznej ilości energii do korpusu grzewczego drugiego
odcinka kanału, oblicza się ilość energii według wzoru E= Ilość podgrzewanego płynu pomierzona
przepływomierzem x (Zadana temperatura wylotowa - Pomierzona temperatura pośrednia) x
Pojemność cieplna płynu.
Jednakże, aby wziąć pod uwagę ewentualne błędy i niedokładności takie jak przy pomiarze
zużycia, jak tolerancje mocy oporników, napięcie sieci lub inne, zaleca się zastosowanie
współczynnika korekcyjnego obliczanego według wzoru:
k=(pomierzona T pośrednia - Pomierzona T wlotowa)/(zadana T pośrednia - Pomierzona T
wlotowa).
Współczynnik korekcyjny stosuje się następnie poprzez środki sterujące, aby dostosować
wartość ilości energii koniecznej do podgrzania płynu w drugiej komorze, aby otrzymać temperaturę
najbliższą pożądanej temperaturze na wylocie z bloku grzewczego.
4
W ten sposób obliczone wyliczenia skorygowanych bilansów energetycznych i dostarczania
ilości energii dla korpusów grzewczych, są stosowane w krótkich odstępach i powtarzane, aby wziąć
pod uwagę wahania zużycia zarejestrowane przepływomierzem.
Najkorzystniej, obliczenia powstają w regularnych odstępach około 30 ms. W ten sposób
określona tymi wyliczeniami ilość energii grzewczej jest więc dostarczana przy każdym impulsie
przepływomierza (dla przepływomierza działającego w trybie impulsowym) czyli typowo co około 10 do
100ms, najkorzystniej co 10 do 30 ms. Tak więc dawana jest szybka odpowiedź grzania na nagłe
wahania zużycia.
Budowa urządzenia z przedstawianego wynalazku pozwala więc korzystnie szczegółowo
określić różnicę pomiędzy zadaną temperaturą pośrednią i pomierzoną temperaturą pośrednią i co za
tym idzie obliczyć współczynnik korekcyjny do szczegółowego określenia ilości energii dostarczanej
płynowi w odcinku lub kolejnych odcinkach kanału, aby doprowadzić płyn od pomierzonej temperatury
pośredniej do zadanej temperatury wylotowej.
Urządzenie według wynalazku pozwala w ten sposób skompensować błędy i skorygować
niedokładności i tolerancje pochodzące z elementów pomiaru, powstałe przy produkcji energii
grzewczej, w szczególności błędy pomiaru przepływomierzem, tolerancje mocy oporników, naprężenie
sieci i inne.
Aby skorygować te błędy na drugim odcinku kanału; w szczególności tolerancje mocy
oporników, naprężenie sieci i inne niedokładności, można więc pomierzyć temperaturę wylotową i
według takich samych obliczeń bilansu energii obliczyć nowy współczynnik korekcyjny, stosowany do
tego drugiego odcinka kanału. Ten drugi współczynnik korekcyjny zostanie zastosowany do ilości
energii stosowanej do kolejnego obliczenia.
Aby zrównoważyć również fluktuacje napięcia sieci w odniesieniu do wartości nominalnej,
urządzenie regularnie mierzy napięcie i/lub natężenie w sieci i oblicza reprezentatywny współczynnik
korekcyjny wahania napięcia i/lub natężenia i dodaje ten współczynnik korekcyjny do obliczeń ilości
energii dostarczanej do korpusów grzewczych, w celu dostosowania czasu włączania oporników w
zależności od tych wahań.
Według
najkorzystniejszego
sposobu
realizacji
wynalazku,
odcinki
kanału
połączone
odpowiednio z przynajmniej jednym korpusem grzewczym tworzą każdy komory połączone pomiędzy
sobą przewodem łączącym, który posiada odcinek poniżej odcinków komór, przy czym jeden lub kilka
korpusów grzewczych są zanurzone w każdej z komór.
Zgodnie z korzystnymi cechami charakterystycznymi, każdy korpus grzewczy zawiera
przynajmniej jeden opornik, przy czym każdy opornik każdego korpusu grzewczego jest przełączany
niezależnie. W ten sposób, dopasowanie temperatur może być wykonane szybciej i z większą
precyzją temperatury wylotowej. Unika się również problemów związanych z nagłymi skokami lub
spadkami napięcia (efekt „migotania”).
Zgodnie z pierwszym sposobem wykonania, liczba korpusów grzewczych wynosi dwa, przy
czym każdy z korpusów grzewczych umieszczony jest w oddzielnej komorze i każdy zawiera po dwa
oporniki, przy czym każdy opornik dwóch korpusów grzewczych jest zamontowany do przełączania
środkami przełączającymi niezależnie jeden od drugiego.
5
Zgodnie z drugim sposobem wykonania, liczba korpusów grzewczych wynosi cztery, przy czym
każdy z korpusów grzewczych jest umieszczony w oddzielnej komorze i każdy zawiera opornik, przy
czym każdy opornik jest zamontowany w celu niezależnego przełączania przez środki przełączające.
W tym sposobie wykonania czujnik temperatury pośredniej jest położony poniżej komory połączonej z
wlotem płynu i powyżej komory połączonej z wylotem płynu.
Budowa urządzenia według wynalazku pozwala więc na zastosowanie korpusów grzewczych w
formie nabojów grzewczych, które są dostępne w handlu i szczególnie ekonomiczne w porównaniu z
zespołem oporników z wcześniejszego stanu techniki.
Zastosowanie licznych nabojów tego typu, o nominalnej mocy poniżej 450W, najkorzystniej
równej lub niższej niż 400W, pod napięciem 230V pozwala korzystnie, poprzez kolejne
nierównoczesne przełączanie różnych nabojów umieszczonych w kanale, w pewnej częstotliwości,
najkorzystniej rzędu 10 ms, rozdzielić ładunek elektryczny sieci i w ten sposób ograniczyć ryzyko
nagłych skoków napięcia powodujących zjawisko migotania. Ponadto, zastosowanie tego typu
nabojów grzewczych pozwala wykonać urządzenie o niskiej bezwładności termicznej, co daje
możliwość kolejnego dostarczania w niedługich odstępach czasu płynów o różnych wylotowych
temperaturach, przykładowo określonych w zależności od rodzaju przygotowywanego napoju. W
szczególności, urządzenie wynalazku może służyć do zoptymalizowania zmiennych temperatur płynu
w maszynie do przygotowywania gorących napojów, jak jest to opisane w amerykańskim
rozpatrywanym zgłoszeniu patentowym Nr 10/983,671 złożonym 9 listopada 2004 zatytułowanym
„Metoda i urządzenie do zoptymalizowania zmiennych temperatur płynu”. Cała treść tego zgłoszenia
jest tu włączona przez odniesienie.
Wynalazek odnosi się również do sposobu szybkiego i precyzyjnego podgrzewania płynu,
zwłaszcza do zastosowań gospodarstwa domowego i bardziej szczegółowo do przygotowywania kawy
lub innych gorących napojów. Sposób stosuje urządzenie podgrzewające zawierające korpus
wyposażony w kanał do przepływu płynu, w przynajmniej jeden pierwszy korpus grzewczy połączony z
pierwszym odcinkiem kanału, w przynajmniej jeden drugi korpus grzewczy połączony z drugim
odcinkiem kanału. W sposobie według wynalazku:
a) Ilość podgrzewanego płynu jest mierzona przepływomierzem,
b) temperatura pośrednia jest mierzona czujnikiem temperatury pośredniej położonym w
bezpośrednim lub pośrednim kontakcie z płynem pomiędzy pierwszym i drugim korpusem
grzewczym,
c) teoretyczna ilość energii dostarczanej przez drugi korpus grzewczy jest obliczana poprzez środek
sterujący w zależności od pomierzonej ilości podgrzewanego płynu, pomierzonej temperatury
pośredniej, zadanej temperatury na wylocie z urządzenia i pojemności cieplnej płynu,
d) ta ilość obliczonej energii jest stosowana poprzez środek przełączający do drugich korpusów
grzewczych, poprzez selektywne przełączanie korpusów grzewczych, aby doprowadzić płyn do
danej (lub jak najbardziej do niej zbliżonej) wymaganej temperatury na wylocie z urządzenia,
e) co najmniej kilka z etapów od a) do d) jest powtarzanych przez środek sterujący w określonych
odstępach czasu.
6
Zgodnie z preferencyjnym przykładu wykonania sposobu według wynalazku, przynajmniej kilka
z etapów od a) do d) jest powtarzanych w odstępach czasu krótszych niż 500 milisekund. Odstępy
czasu będą dostosowane do ilości energii dostarczanej do etapu d) w częstotliwości impulsów
przepływomierza impulsowego, lub przynajmniej do częstotliwości określonej rzędu kilkudziesięciu
milisekund dla innych typów przepływomierzy.
Taki sposób pozwala osiągnąć precyzję zbliżoną do pożądanej temperatury wylotowej płynu, w
szczególności dzięki rzeczywistemu pomiarowi temperatur płynu (i nie tych korpusu grzewczego jak
we wcześniejszym stanie techniki) i poprzez określenie ilości dostarczanej energii, co uwzględnia
rzeczywiste wahania zużycia płynu w urządzeniu.
Według preferencyjnego przykładu wykonania sposobu według wynalazku, ilości energii
dostarczonej za jednym razem pierwszemu i drugiemu korpusowi grzewczemu są obliczane w
zależności od wahań pomierzonej temperatury i pomiaru przepływomierzem.
Sposób obejmuje więc następujące etapy:
f)
temperatura płynu na wlocie do urządzenia jest mierzona czujnikiem temperatury wlotowej płynu
położonym w bezpośrednim lub pośrednim kontakcie z płynem,
g) ilość podgrzewanego płynu jest mierzona przepływomierzem,
h) teoretyczna ilość energii dostarczanej przez pierwszy korpus grzewczy jest obliczana poprzez
środek sterujący w zależności od pomierzonej ilości płynu, temperatury pomierzonej na wlocie do
urządzenia, danej temperatury pośredniej i pojemności cieplnej płynu,
i)
temperatura pośrednia jest mierzona czujnikiem temperatury pośredniej położonym w
bezpośrednim lub pośrednim kontakcie z płynem pomiędzy pierwszym a drugim korpusem
grzewczym,
j)
teoretyczna ilość energii dostarczanej przez drugi korpus grzewczy jest obliczana poprzez środek
sterujący, w zależności od pomierzonej ilości podgrzewanego płynu, pomierzonej temperatury
pośredniej, danej temperatury na wylocie z urządzenia i pojemności cieplnej płynu,
k) te ilości obliczonej energii są stosowane poprzez środek przełączający, odpowiednio, do
pierwszego i drugiego korpusu grzewczego, poprzez selektywne przełączanie korpusów
grzewczych, aby doprowadzić płyn do danej (lub jak najbardziej do niej zbliżonej) wymaganej
temperatury na wylocie z urządzenia,
l)
co najmniej kilka z etapów od f) do k) jest powtarzanych przez środek sterujący w określonych
odstępach czasu.
Zgodnie z preferencyjnym przykładem wykonania, sposób według wynalazku uwzględnia błędy i
ogólne niedokładności mogące pochodzić z różnych części składowych urządzenia (na przykład
przepływomierza, oporników, etc.) lub z napięcia sieci w sposób uaktualniający ilość dostarczanej
energii, zwłaszcza do drugiego korpusu grzewczego i w ten sposób otrzymując ulepszoną precyzję
podgrzewania. W tym celu, oblicza się współczynnik korekcyjny według wzoru:
k=(pomierzona
temperatura
pośrednia
-
Pomierzona
temperatura
wlotowa)/(zadana
temperatura pośrednia - Pomierzona temperatura wlotowa) i
ten współczynnik korekcyjny stosuje się do obliczenia ilości energii dostarczanej poprzez drugi
korpus grzewczy.
7
Wiadomo, że sposób według wynalazku jest stosowany pętlowo, w bliskich odstępach czasu
(rzędu kilku milisekund, na przykład, co 30 ms dla obliczeń i co 10 ms dla dostarczania energii
korpusom grzewczym) podczas przepływu płynu przez urządzenie podgrzewające; w szczególności
przez środki regulujące takie jak mikrokontroler lub inne odpowiadające elektroniczne środki
regulujące.
Zgodnie z jednym aspektem wynalazku, temperatura płynu jest mierzona czujnikami, będącymi
w bezpośrednim lub pośrednim kontakcie z płynem. Kontakt „bezpośredni” rozumie się jako pomiar z
zastosowaniem czujnika zanurzonego w płynie. Może chodzić na przykład o sondę NTC
zabezpieczoną szkłem lub ceramiką. Kontakt „pośredni” rozumie się jako pomiar z zastosowaniem
czujnika (takiego jak cienka sonda NTC) unieruchomionego na przykład poprzez przylepienie do
suchego boku przewodu nie-grzewczego w, lub naprzeciw którego przepływa płyn. W obu wypadkach,
płyn oddziela czujnik w odniesieniu do korpusu grzewczego dokładnie mówiąc w sposób taki, że
temperatura pomierzona jest temperaturą płynu i to temperaturą, na którą nie miało wpływu
przewodzenie korpusu grzewczego poprzez powierzchnię przewodzącą termicznie.
Jeden z przykładów wykonania sposobu dotyczy urządzenia podgrzewającego, które ponadto
zawiera zawór sterowany elektrycznie przyłączony do wspomnianego przewodu pomiędzy wylotem
płynu i wspomnianym urządzeniem odbiorczym, i który jest sterowany wspomnianymi środkami
sterującymi, natomiast wspomniane środki sterujące są przyłączone, aby sterowały zaworem
sterowanym elektrycznie w sposób kierujący płynem pochodzącym z wylotu płynu ku pojemnikowi
drenującemu lub obwodowi recyrkulacyjnemu, gdy temperatura pomierzona wspomnianym czujnikiem
nie osiągnęła jeszcze zadanej temperatury, i ku urządzeniu odbiorczemu podczas, gdy temperatura
pomierzona osiągnęła zadaną temperaturę.
Zadana temperatura może być temperaturą pośrednią teoretyczną urządzenia, gdy
wspomniany czujnik temperatury jest umieszczony w taki sposób, że mierzy temperaturę pośrednią
we wspomnianym kanale. W pierwszym wariancie, zadana temperatura jest pożądaną temperaturą
wylotową, podczas gdy czujnik temperatury jest umieszczony na wylocie z kanału w taki sposób, że
mierzy temperaturę płynu na wylocie z urządzenia.
Dzięki tym cechom charakterystycznym, zapewnia się, że płyn przeznaczony dla urządzenia
odbiorczego, zwykle jednostki do ekstrakcji substancji, na przykład z kawy, lub dyszy wylotowej dla
pary, zawsze dociera do urządzenia w temperaturze wystarczającej, nawet, gdy urządzenie jest
używane pierwszy raz podczas dziennej pracy. Biorąc pod uwagę niską bezwładność termiczną
urządzenia, okres odgałęziania w pojemniku drenującym jest na ogół rzędu tylko kilku sekund
(Zazwyczaj, 3-6 sekund). Takie ułożenie pozwala więc szybko przygotować napoje o stałej jakości
niezależnie od ewentualnych wahań na poziomie urządzenia grzewczego.
Inne cechy charakterystyczne i zalety przedstawianego wynalazku staną się bardziej jasne w
szczegółowym opisie, który przedstawi szczególne sposoby wykonania urządzenia podgrzewającego
według wynalazku, podane jako nie ograniczające przykłady, w połączeniu z załączonymi rysunkami,
na których:
- figura 1 jest widokiem w perspektywie części urządzenia podgrzewającego płyn zgodnie z
pierwszym sposobem wykonania wynalazku;
8
- figura 2 jest schematycznym widokiem maszyny do kawy zawierającej urządzenie
podgrzewające z figury 1, przy czym urządzenie podgrzewające jest przedstawione w przekroju;
- figura 3 jest widokiem w perspektywie urządzenia podgrzewającego płyn zgodnie z drugim
sposobem wykonania wynalazku;
- figura 4 jest schematycznym widokiem maszyny do kawy zawierającej urządzenie
podgrzewające z figury 3, przy czym urządzenie podgrzewające jest przedstawione w przekroju i
- figura 5 jest widokiem podobnym do tego z figury 4 ilustrującym inny aspekt wynalazku.
Odnosząc się do figur 1 i 2, widzimy zilustrowane tytułem przykładu urządzenie podgrzewające
płyn zgodnie z pierwszym sposobem wykonania, oznaczone ogólnym odnośnikiem numerycznym 1,
zintegrowane w maszynie do kawy 2 (figura 2), które może zarówno być przeznaczone do użytku
domowego jak przemysłowego. Zaznacza się, że rodzaj podgrzewanego płynu w urządzeniu
podgrzewającym nie jest krytyczny i że można zastosować jakikolwiek płyn, na przykład wodę, mleko,
napój czekoladowy etc.. Przy użyciu zilustrowanego urządzenia podgrzewającego, podgrzewanym
płynem jest woda. Maszyna do kawy 2 zilustrowana na figurze 2 zawiera zbiornik zimnej wody 4
połączony przewodem 6 z pompką 8, która zasila urządzenie podgrzewające 1 wodą poprzez wlot
płynu 10. Woda przepływa przez kanał 12 przewidziany w korpusie 13 urządzenia podgrzewającego
1. Kanał 12 jest przyłączony do korpusów grzewczych 14a, 14b, 14c, 14d, których elektryczne
zasilanie jest sterowane środkami przełączającymi 16 przyłączonymi do środków sterujących 18.
Korpusy grzewcze są w ten sposób zanurzone w podgrzewanym płynie i bezpośrednio się z nim
kontaktują. Woda wylatuje z urządzenia podgrzewającego poprzez wylot płynu 20 następnie
przepływając przez przewód 22, aby dotrzeć przez przewód 24 na nabój 26 zawierający substancję
przeznaczoną do utworzenia napoju takiego jak kawa, począwszy od kawy palonej i mielonej lub kawy
rozpuszczalnej, przez herbatę, czekoladę lub inne gorące napoje. Nabój 26 jest, na przykład, nabojem
zamkniętym, który otwiera się pod ciśnieniem płynu zgodnie z tym, co jest opisane w patencie
europejskim Nr 512 468. Następnie kawa płynie do filiżanki 28. Maszyna pozwala również
wyprodukować parę poprzez przewód 30 przyłączony do przewodu 22. Na figurze 1, kierunek
przepływu wody przez urządzenie podgrzewające jest zaznaczony strzałkami A i B.
W urządzeniu podgrzewającym 1 zgodnie z pierwszym sposobem wykonania wynalazku, kanał
12 zawiera cztery odcinki kanału 12a, 12b, 12c i 12d, połączone kolejno pomiędzy sobą trzema
przewodami łączącymi 32ab, 32bc i 32cd. Odcinki kanału 12a, 12b, 12c i 12d określają każdy jedną
komorę, która przyjmuje korpus grzewczy 14a, 14b, 14c i 14d. Przy okazji zaznacza się, że przewody
łączące 32ab, 32bc i 32cd prezentują odcinki poprzeczne poniżej odcinków komór 12a, 12b, 12c i
12d. Komory 12a, 12b, 12c i 12d są położone równolegle do siebie i obok siebie w bloku 13a, który
zawiera korpus 13. Komory 12a, 12b, 12c i 12d wszystkie mające ujście na pierwszym boku bloku 13a
na pierwszym ze swoich zakończeń, przez które korpusy grzewcze 14a, 14b, 14c i 14d są
wprowadzane do komór 12a, 12b, 12c i 12d. Drugie zakończenia komór 12a, 12b, 12c i 12d mają
ujście na drugim boku bloku 13a przeciwnym do pierwszego, oraz komory 12a, 12b, 12c i 12d są
połączone pomiędzy sobą na jednym ze swoich zakończeń trzema przewodami łączącymi 32ab, 32bc
i 32cd. Komora 12a jest przyłączona z jednej strony do wlotu płynu 10 przewodem 36 poprzez swoje
zakończenie położone na drugim boku bloku 13a i z drugiej strony z komorą 12b przewodem
9
łączącym 32ab poprzez swoje zakończenie położone na pierwszym boku bloku 13a. Komora 12b jest
przyłączona do komory 12c przewodem łączącym 32bc poprzez swoje zakończenie położone na
drugim boku bloku 13a. Komora 12c jest przyłączona do komory 12d przewodem łączącym 32cd
poprzez swoje zakończenie położone na pierwszym boku bloku 13a i komora 12d jest przyłączona do
wylotu płynu 20 przewodem 38 poprzez swoje zakończenie położone na drugim boku bloku 13a.
Zaznacza się, że każdy korpus grzewczy 14a, 14b, 14c i 14d rozciąga się mniej więcej na całej
długości komory, do której jest przyłączony i posiada kształt mniej więcej odpowiadający kształtowi
komory, do której jest przyłączony. Zgodnie z korzystnym wariantem (nie przedstawionym),
zewnętrzna powierzchnia korpusów grzewczych i/lub wewnętrznej ściany komory, z którą jest
połączona posiada spiralne rowkowanie, pozwalające wydłużyć trasę płynu, podczas której jest on w
kontakcie z korpusami grzewczymi, oraz prędkość płynu; tak więc zwiększyć współczynnik wymiany
ciepła; bez zwiększania w tym celu wymiarów zewnętrznych urządzenia podgrzewającego.
Urządzenie podgrzewające 1 zawiera ponadto czujnik temperatury 40 położony w przewodzie
36 łączącym wlot płynu z wlotem do komory 12a. Czujnik 40 ten jest zamontowany w celu
bezpośredniego kontaktowania się z podgrzewanym płynem i w celu mierzenia temperatury
podgrzewanego płynu na wlocie do urządzenia podgrzewającego, to znaczy zanim wejdzie on w
kontakt z jednym z korpusów grzewczych urządzenia 1. Przepływomierz 42 jest również przewidziany
w przewodzie 36, tyle, że powyżej komory 12a.
Jak widać na figurze 2, korpus 13 zawiera ponadto dwie przykrywy 44, 46, które rozciągają się
odpowiednio na pierwszym i drugim boku bloku13a i zakrywają dwa zakończenia każdej z komór 12a,
12b, 12c i 12d. Pokrywa 44, która znajduje się na pierwszym boku bloku 13a trzyma korpusy
grzewcze 14a, 14b, 14c i 14d, podczas gdy pokrywa 46, która znajduje się na drugim boku bloku 13a
trzyma czujnik temperatury pośredniej 48. Czujnik temperatury pośredniej 48 jest połączony z
przewodem łączącym 32bc i jest zamontowany, aby kontaktował się bezpośrednio z podgrzewanym
płynem przepływającym w przewodzie.
Czujnik temperatury wlotowej 40, przepływomierz i czujnik temperatury pośredniej 48 są
przyłączone do środków sterujących 18 urządzenia 1.
Pokrywa 44 zamyka pierwsze zakończenie komór 12a, 12b, 12c i 12d i ogranicza ponadto
razem z blokiem 13a przewody łączące 32ab i 32cd. Pokrywa 46 zamyka drugie zakończenie komór
12a, 12b, 12c i 12d i ogranicza razem z blokiem 13a przewód 32cd. Pokrywa 46 ogranicza ponadto
kanał 36a łączący przewód 36 z komorą 12a tak, że kanał 38a łączy komorę 12d z przewodem 38.
Typowo, pokrywy 44 i 46 są zmocowane na bloku 13a za pomocą śrub (nie przedstawionych) i
szczelność jest zapewniona za pomocą uszczelek O-ringów 44a, 46a pośredniczącymi pomiędzy
pokrywami 44, 46 i blokiem 13a.
Środki sterujące 18 i środki przełączające 16 są rozmieszczone do sterowania korpusami
grzewczymi 14a, 14b, 14c i 14d. Te środki sterujące 16 są w szczególności zamontowane do
sterowania korpusami grzewczymi 14c i 14d położonymi odpowiednio w komorach 12c, 12d
położonych poniżej czujnika temperatury pośredniej 48 w zależności od ilości energii zużywanej do
dostarczenia do komór 12c i 12d w celu doprowadzenia podgrzewanego płynu o temperaturze
10
pośredniej pomierzonej czujnikiem temperatury pośredniej 48 aż do zadanej temperatury
przechowywanej na przykład w pamięci środków sterujących 18.
Każdy z korpusów grzewczych 14a, 14b, 14c i 14d zawiera jeden opornik. Oporniki są
przyłączone do środków przełączających 16 i środki sterujące 18 są zamontowane w sposób
pozwalający na przełączanie oporników niezależnie jedne od drugich. Zasada dystrybucji energii jest
oparta na impulsach dawanych przez przepływomierz (na przykład przynajmniej co każde 100 ms).
Każdy impuls przepływomierza odpowiada energii bądź czasowi podgrzewania danym korpusem
grzewczym. Ten proporcjonalny system pozwala reagować na szybkie wahania zużycia; co może
mieć miejsce w trakcie cyklu ekstrakcji kapsułki, w szczególności w momencie pęknięcia kapsułki.
Każdy opornik wytwarza moc nominalnie niższą od wartości mocy teoretycznej migotania sieci,
zazwyczaj poniżej 450W pod napięciem 230V. Zgodnie z normą IEC 1000-3-3, maksymalna moc
mogąca być przełączana w każdym zakresie częstotliwości wynosi ok. 380W. Aby uniknąć odchyleń
mocy o wartości całkowitej wyższej niż nominalna moc każdego z oporników, środki sterujące 18 są
zamontowane, aby przełączały oporniki korpusów grzewczych ze stanu „w obwodzie” do stanu „poza
obwodem” i odwrotnie w sposób przerywany i nierównoczesny. Przełączanie ma miejsce zawsze, gdy
napięcie spada do zera, aby uniknąć wprowadzenia zakłócenia w sieci elektrycznej.
Środki sterujące 18 zawierają ponadto środki regulujące, które są przewidziane do obliczania
ilości energii dostarczanej do korpusów grzewczych 14c, 14d ulokowane w odcinkach kanału 12c, 12d
położonych poniżej czujnika temperatury pośredniej 48, w zależności od temperatury wlotowej i
pomierzonej temperatury pośredniej i zużycia pomierzonego przepływomierzem 42. Inne czynniki
mogą być brane pod uwagę podczas obliczeń ilości energii, zwłaszcza pomiar napięcia sieci (na
przykład 230V). Ilość energii może być korygowana współczynnikiem korekcyjnym opartym na
wahaniach pomiędzy rzeczywistym pomierzonym napięciem sieci i nominalnym napięciem
teoretycznym. Współczynnik ten wskazuje czy rzeczywiste napięcie jest wyższe lub niższe niż
napięcie nominalne, na przykład 230V. Współczynnik ten jest aktualizowany, podczas gdy oporniki są
włączane, aby uwzględnić spadki napięcia na linii zasilania.
Środki regulujące zasadniczo zawierają mikrokontroler, pamięć i programy obliczające bilanse
energetyczne i stosowane współczynniki korekcyjne. Obliczenia bilansów energetycznych, korekcji i
przełączenia korpusów grzewczych, powstają poprzez mikrokontroler w bardzo krótkich odstępach
czasu w sposób stale regulujący ilości energii dostarczane do korpusów grzewczych. Odstępy do
obliczeń ilości energii są rzędu kilku milisekund, najkorzystniej, poniżej 100ms, na przykład co 30 ms.
Sposób regulacji automatycznej jest oparty na następującej zasadzie. Pomiar temperatury płynu
na wlocie do urządzenia jest wykonywany przez czujnik temperatury 40 na wlocie do urządzenia; z
kolei ilość podgrzewanego płynu jest mierzona przepływomierzem 42 na podstawie impulsów.
Temperatura pośrednia pomiędzy pierwszym i drugim korpusem grzewczym jest również mierzona
czujnikiem temperatury 48. W sposobie wykonania nie zawierającym czujnika temperatury na wlocie
płynu, system mógłby opierać się na teoretycznej temperaturze wlotowej, typowej dla temperatury
wody lub sieci, zapamiętanej w mikrokontrolerze.
11
Pomiary te są zebrane przez mikrokontroler zawierający program do obliczeń ilości energii. W
szczególności, mikrokontroler oblicza więc teoretyczną ilość energii dostarczanej przez pierwszy
korpus grzewczy, według wzoru:
Ilość Energii pierwszych korpusów grzewczych (14a, 14b, 14e)=Ilość podgrzewanego płynu
pomierzona przepływomierzem x (zadana temperatura pośrednia T - pomierzona T wlotowa) x
Pojemność cieplna płynu. Współczynnik korekcyjny oparty na wahaniach napięcia sieci może być
zastosowany do końcowej wartości ilości.
Średnia zadana temperatura jest wartością określoną obliczeniami podczas testów urządzenia i
odpowiadającą teoretycznej wartości optymalnej w zależności od temperatury wody pomierzonej na
wlocie, stałej (zadanej) temperatury wylotowej, współczynnika korekcyjnego sieci 230V, wartości
teoretycznych oporów omowych elementów grzewczych. Wartość ta różni się w zależności od
pożądanej temperatury wylotowej, na przykład dla wyprodukowania kawy lub innego napoju takiego
jak czekolada. Wartość ta jest rejestrowana w programie lub w pamięci mikrokontrolera.
Mikrokontroler oblicza również teoretyczną ilość energii dostarczaną przez drugi korpus
grzewczy według wzoru:
Ilość energii drugich korpusów grzewczych (14c, 14d, 14f)=Ilość podgrzewanego płynu
pomierzona przepływomierzem x (pożądana Temperatura wylotowa- pomierzona Temperatura
średnia) x Pojemność cieplna płynu. Ta ilość energii może również być korygowana, aby uwzględnić
napięcie sieci.
Mikrokontroler kontroluje następnie dostarczanie tych obliczonych ilości energii, poprzez
zgodność czasu grzania, przełączając przełączanie on/off oporników zawartych w korpusach
grzewczych.
Jednakże, aby uwzględnić ewentualne błędy i niedokładności jak przy pomiarze zużycia,
tolerancje mocy oporników, napięcie sieci, lub inne, korzystne jest zastosowanie współczynnika
korekcyjnego obliczanego według wzoru:
k=( pomierzona temperatura pośrednia T - Pomierzona T wlotowa)/( zadana temperatura
pośrednia T - Pomierzona T wlotowa).
Współczynnik korekcyjny zostaje następnie stosowany przez mikrokontroler do dopasowania
wartości ilości energii koniecznej do podgrzania płynu w drugiej komorze, aby osiągnąć temperaturę
najbardziej zbliżoną do temperatury pożądanej na wylocie z bloku grzewczego.
Tak więc, korekcja na korpusie (korpusach) grzewczych jest stosowana w następujący sposób:
Skorygowana ilość energii drugiego korpusu grzewczego=(2-k) x Pojemność cieplna płynu x
Ilość podgrzewanego płynu x (pożądana Temperatura wylotowa - pomierzona Temperatura
pośrednia). Ta ilość energii może również być korygowana, aby uwzględnić napięcie sieci.
W rezultacie, gdy współczynnik korekcyjny jest poniżej 1; oznacza to, że ilość rzeczywistej
energii dostarczanej przez korpus (korpusy) grzewczy powyżej sondy temperatury pośredniej jest zbyt
niska, trzeba więc zastosować korekcję poprzez zwiększenie ilości energii rzeczywistej dostarczanej
przez korpus (korpusy) grzewcze umieszczone poniżej sondy temperatury pośredniej. Gdy
współczynnik korekcyjny jest powyżej 1; oznacza to, że ilość rzeczywistej energii dostarczanej przez
korpus (korpusy) grzewczy powyżej sondy temperatury pośredniej jest zbyt wysoka; trzeba więc
12
zastosować korekcję zmniejszając ilość energii dostarczanej przez korpus (korpusy) grzewcze
umieszczone poniżej tej sondy. Na przykład, jeśli obliczona wartość współczynnika korekcyjnego
wynosi 1.10; oznacza to, że ilość energii dostarczanej przez pierwszy(sze) korpus (korpusy) grzewczy
jest o 10% zbyt wysoka i trzeba będzie zastosować redukcję ilości energii do drugiego (drugich)
korpusów grzewczych o 10% aby uzyskać temperaturę wylotową zbliżającą się jak najbliżej pożądanej
temperatury.
Na figurach 3 i 4 jest przedstawiono urządzenie podgrzewające płyn zgodnie z drugim
sposobem wykonania wynalazku, w którym elementy identyczne do tych opisanych, w połączeniu z
figurami 1 i 2 są oznaczone tymi samymi odnośnikami numerycznymi.
To urządzenie podgrzewające różni się od tego wcześniej opisanego tylko tym, że kanał 12
przewidziany w korpusie 13 i przez który przepływa podgrzewany płyn zawiera tylko dwa odcinki
kanału 12e i 12f połączone ze sobą przewodem łączącym 32ef, do którego jest przyłączony
temperatury pośredniej 48 i tym, że korpusy grzewcze 14e i 14f przyłączone odpowiednio do odcinków
kanału 12e i 12f zawierają każdy dwa oporniki, każdy z nich przyłączony do środków sterujących 18
poprzez środki przełączające 16.
Tak samo jak w pierwszym sposobie wykonania, oporniki elektryczne korpusów grzewczych
14e i 14f wytwarzają każdy moc nominalnie niższą od wartości teoretycznej mocy migotania sieci
zazwyczaj poniżej 450W pod napięciem 230V i środki sterujące 18 są zamontowane do przełączania
tych oporników ze stanu „w obwodzie” do stanu „poza obwodem” i odwrotnie w sposób przerywany
typowo dla częstotliwości rzędu 10 ms. Korpusami grzewczymi tego typu są na przykład naboje
grzewcze zwane „wysokim ładunkiem” lub „wysokim ciężarem”; co oznacza wytwarzające znaczną
moc poprzez jednostkę powierzchni grzewczej.
Na figurze 5 jest schematycznie przedstawiona maszyna do kawy ucieleśniająca inny aspekt
wynalazku. Na tej figurze, elementy identyczne do tych opisanych, w połączeniu z figurą 4 są
oznaczone tymi samymi odnośnikami numerycznymi.
Ta maszyna do kawy różni się od tej wcześniej opisanej tylko tym, że zawiera urządzenie
pozwalające zapewnić uwolnienie „pierwszego” płynu lub „pierwszej” pary o odpowiedniej
temperaturze. W tym celu, urządzenie zawiera pierwszy główny przewód 22 przyłączony do
urządzenia do ekstrakcji 26. Zawór przeciwciśnienia 24a przewodu 24 jest położony na wlocie z
urządzenia 26. Pierwszy zawór sterowany elektrycznie 50a jest przyłączony do odcinka kanału 22a
prowadzącego do zbiornika drenującego 52. Drugi zawór sterowany elektrycznie zwany „parowym”
50b jest przyłączony do przewodu 30 położonego pomiędzy pierwszym urządzeniem odbiorczym i
drugim urządzeniem odbiorczym, utworzonego na przykład przez dyszę do wylotu pary 56. Zawory
sterowane elektrycznie 50a, 50b są sterowane środkami sterującymi 18. Te ostatnie są zamontowane,
aby sterowały odpowiednio zaworami sterowanymi elektrycznie 50a, 50b w sposób kierujący płynem
pochodzącym z wylotu płynu 20 bądź ku jednemu z dwóch urządzeń odbiorczych, bądź ku zbiornikowi
drenującemu 52 zgodnie z tym, czy temperatura pomierzona czujnikiem 48 osiągnęła lub nie zadaną
temperaturę dla rozważanego urządzenia odbiorczego. Zaznacza się, że zbiornik drenujący może być
zastąpiony obwodem recyrkulacyjnym powracającym do wlotu 10 urządzenia podgrzewającego.
Recyrkulacja jednakże komplikuje urządzenie, ponieważ może wymagać dodatkowej pompki.
13
Ponadto, zadana temperatura jest otrzymana po zaledwie kilku sekundach i ilość wyrzuconej wody
jest więc generalnie dość mała.
Urządzenie działa w następujący sposób:
Dla napojów zaparzanych przez urządzenie do ekstrakcji 26, zawór sterowany elektrycznie
„parowy” 50b jest zamknięty. Pompka wody 8 zasila urządzenie podgrzewające, które działa zgodnie z
wcześniej opisaną zasadą. Temperatura wody jest kontrolowana w sposób ciągły przez czujnik
temperatury 48. Tak długo jak ta temperatura jest niższa od zadanej, wcześniej określonej
temperatury, sterownik 18 utrzymuje zawór sterowany elektrycznie „odgałęziający” 50a otwarty, w taki
sposób, że woda opuszczając urządzenie podgrzewające nie będzie użyta do ekstrakcji, lecz będzie
drenowana do zbiornika drenującego lub poddana recyrkulacji. Gdy zadana temperatura jest
osiągnięta, sterownik steruje zamknięciem zaworu 50a. Płyn może więc krążyć aż do wymuszenia
otwarcia otworu zaworu przeciwciśnieniowego i zasilić urządzenie 26.
Podczas, gdy sterowanie parą jest aktywne, jak przy przygotowywaniu pianki z mleka, zasada
podnoszenia temperatury jest podobna. Na początku podgrzewania, zawór 50b pozostaje zamknięty,
a zawór 50a jest otwarty, aby drenować płyn (generalnie wodę) lub poddawać go recyrkulacji. Gdy
zostanie osiągnięta zadana temperatura produkcji pary, zawór 50a jest zamykany sterownikiem i
zawór 50b jest otwarty. Gdy ciśnienie pary jest zbyt niskie by otworzyć zawór przciwciśnieniowy 24,
piana zasila bezpośrednio wylot 56. Trzeba zaznaczyć, że czujnik temperatury wylotowej koło wylotu
20 urządzenia może być zastosowany do kontrolowania temperatury, zamiast czujnika temperatury
pośredniej.
Rozumie się samo przez się, że przedstawiany wynalazek nie jest ograniczony opisanymi
sposobami wykonania i że fachowiec może brać pod uwagę różne modyfikacje i proste warianty, bez
wykraczania poza ramy wynalazku, określone w załączonych zastrzeżeniach. Tytułem przykładu,
czujnik temperatury pośredniej 48 położony pomiędzy komorami 12b i 12c na figurach 1 i 2 może
również być położony pomiędzy komorami 12e i 12d, przy czym idea jest taka, że czujnik temperatury
pośredniej powinien być położony poniżej komory zawierającej korpus grzewczy i połączonej się z
wlotem płynu, oraz powyżej komory zawierającej korpus grzewczy i komunikującej się z wylotem
płynu.
Zastrzeżenia patentowe
1. Urządzenie (1) podgrzewające płyn, do stanu płynu gorącego lub pary, do przygotowywania kawy
lub innych gorących napojów, zawierające korpus (13) wyposażony w kanał (12) do przypływu płynu,
przy czym wspomniany kanał posiada wlot (10) i wylot (20) płynu i jest połączony do przynajmniej
jednego elektrycznego korpusu podgrzewającego (14a, 14b, 14c, 14d), którego zasilanie jest
sterowane środkami przełączającymi (16) przyłączonymi do środków sterujących (18); przy czym
wspomniany kanał zawiera z przynajmniej pierwszy i drugi odcinek (12a, 12b, 12c, 12d) kanału
połączone między sobą trzecim odcinkiem kanału tworzącym przewód łączący (32ab, 32bc, 32cd);
przy czym wspomniane przynajmniej pierwszy i drugi odcinek (12a, 12b, 12c, 12d) kanału są
14
połączone każdy z przynajmniej jednym korpusem grzewczym; przy czym przewód łączący jest
połączony z czujnikiem temperatury pośredniej (48) przyłączonym do wspomnianych środków
sterujących; przy czym wspomniany czujnik temperatury pośredniej jest zamontowany w celu
mierzenia temperatury płynu przepływającego we wspomnianym przewodzie, przy czym wspomniane
urządzenie znamienne jest tym, że zawiera przepływomierz (42), który mierzy ilość płynu
przepływającego przez wspomniany kanał i tym, że środki sterujące i przełączające są rozmieszczone
tak, aby sterowały korpusem grzewczym wspomnianego przynajmniej drugiego odcinka kanału w
zależności od ilości energii zużywanej do zastosowania we wspomnianym drugim odcinku kanału w
celu doprowadzenia podgrzewanego płynu od temperatury pośredniej mierzonej wspomnianym
czujnikiem temperatury pośredniej, aż do temperatury zadanej na wylocie z urządzenia; przy czym
wspomniana ilość energii jest obliczana środkiem sterującym w zależności od ilości płynu mierzonej
przepływomierzem, temperatury pośredniej pomierzonej i temperatury zadanej na wylocie z
urządzenia, i przy czym ta ilość energii jest rozdzielana do wspomnianego korpusu grzewczego
wspomnianego przynajmniej drugiego odcinka kanału poprzez środki sterujące i przełączające w
określonych odstępach czasu.
2. Urządzenie podgrzewające płyn według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że określone odstępy
czasu są krótsze lub równe 500 milisekundom.
3. Urządzenie podgrzewające płyn według zastrzeżenia 1 lub 2, znamienne tym, że korpusy grzewcze
są zanurzone w podgrzewanym płynie.
4. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń od 1 do 3, znamienne tym, że zawiera ponadto czujnik
temperatury wlotowej (40) płynu zamontowany w celu bezpośredniego kontaktowania się z płynem na
wlocie do urządzenia i przepływomierz umieszczony powyżej wlotu do pierwszej komory.
5. Urządzenie według zastrzeżenia 4, znamienne tym, że środki regulujące (16, 18) są przewidziane
do obliczania współczynnika korekcyjnego mocy dostarczanej do korpusu grzewczego wspomnianego
drugiego odcinka kanału w zależności od pomierzonej temperatury wlotowej i temperatury pośredniej.
6. Urządzenie według któregokolwiek z zastrzeżeń od 1 do 5, znamienne tym, że każdy korpus
grzewczy zawiera przynajmniej jeden opornik, przy czym każdy opornik każdego korpusu grzewczego
jest przełączalny niezależnie.
7. Urządzenie według zastrzeżenia 6, znamienne tym, że liczba korpusów grzewczych wynosi dwa i
że każdy z korpusów grzewczych zawiera po dwa oporniki, przy czym każdy opornik dwóch korpusów
grzewczych jest zamontowany do przełączania środkami przełączającymi (16) jeden niezależnie od
drugiego.
8. Urządzenie według zastrzeżenia 6, znamienne tym, że liczba korpusów grzewczych wynosi cztery,
przy czym każdy korpus grzewczy jest umiejscowiony w oddzielnym odcinku kanału i każdy zawiera
opornik, przy czym każdy opornik jest zamontowany w celu niezależnego przełączania przez środki
przełączające.
9. Urządzenie według zastrzeżeń 6,7 lub 8, znamienne tym, że
każdy opornik wywołuje moc
nominalnie niższą od wartości mocy teoretycznej migotania sieci i tym, że oporniki są przełączane w
pozycji zatrzymania poprzez środki przełączające w sposób zaklinowujący, w celu uniknięcia
15
odchyleń mocy do wartości bezwzględnie wyższych od wartości nominalnych mocy każdego z
oporników.
10. Urządzenie według zastrzeżenia 8, znamienne tym, że każdy opornik wywołuje moc elektryczną
nominalnie niższą niż 450W.
11. Urządzenie do podgrzewania płynu według któregokolwiek z wcześniejszych zastrzeżeń,
znamienne tym, że każdy ze wspomnianych odcinków kanału, połączonych odpowiednio z
przynajmniej jednym korpusem grzewczym, tworzy komory połączone pomiędzy sobą przewodem
łączącym, który posiada odcinek poprzeczny poniżej odcinków komór.
12. Urządzenie do podgrzewania płynu według zastrzeżenia 11, znamienne tym, że powierzchnia
wewnętrzna korpusów grzewczych i/lub ściany wewnętrznej komory, która jest do niego przyłączona
posiada spiralne rowkowanie.
13. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń 11 lub 12, znamienne tym, że korpus zawiera blok, w
którym są umieszczone wspomniane komory, tym, że wspomniane komory są do siebie równoległe i
otwierają się na jedną i na drugą stronę bloku, tym, że są one połączone pomiędzy sobą na jednym z
ich zakończeń przewodem łączącym i tym, że korpus zawiera ponadto dwie przykrywy, które
zakrywają odpowiednio pierwsze i drugie zakończenia wspomnianych komór.
14. Urządzenie według zastrzeżenia 13, znamienne tym, że pierwsza pokrywa, która jest połączona z
pierwszymi zakończeniami wspomnianych komór trzyma korpusy grzewcze (12a, 12b, 12c, 12d) i tym,
że druga pokrywa, która jest połączona z drugimi zakończeniami wspomnianych komór posiada
czujnik temperatury pośredniej (48).
15. Urządzenie według zastrzeżenia 14, znamienne tym, że pierwsza i druga pokrywa ograniczają
razem z blokiem przewód lub przewody łączące.
16. Urządzenie według zastrzeżenia 14, znamienne tym, że drugi czujnik i przepływomierz są
umieszczone w przewodzie zainstalowanym w bloku i łączącym wlot płynu z wlotem do pierwszej
komory.
17. Urządzenie według zastrzeżenia 13, znamienne tym, że każdy korpus grzewczy rozciąga się na
całej długości komory, do której jest przyłączony i tym, że posiada kształt uzupełniający względem
kształtu komory, do której jest przyłączony.
18. Urządzenie według któregokolwiek z wcześniejszych zastrzeżeń, znamienne tym, że czujnik
temperatury pośredniej (48) jest umiejscowiony poniżej komory łączącej się z wlotem płynu i powyżej
komory łączącej się z wylotem płynu.
19. Sposób szybkiego i dokładnego podgrzewania płynu do przygotowywania kawy lub innych
napojów, począwszy od urządzenia podgrzewającego zawierającego korpus wyposażony w kanał do
przepływu płynu, w przynajmniej jeden pierwszy korpus grzewczy i przynajmniej jeden drugi korpus
grzewczy, znamienny tym, że
Ilość podgrzewanego płynu jest mierzona przepływomierzem (42),
temperatura pośrednia jest mierzona czujnikiem temperatury pośredniej (48) położonym w
bezpośrednim lub pośrednim kontakcie z płynem pomiędzy pierwszym i drugim korpusem grzewczym
(12a, 12b, 2c, 12d),
16
teoretyczna ilość energii dostarczanej przez drugi korpus grzewczy jest obliczana poprzez środek
sterujący w zależności od pomierzonej ilości podgrzewanego płynu, pomierzonej temperatury
pośredniej, zadanej temperatury na wylocie z urządzenia i pojemności cieplnej płynu,
ta ilość obliczonej energii jest stosowana poprzez środek przełączający, odpowiednio, do drugiego
korpusu grzewczego, poprzez selektywne przełączanie korpusów grzewczych, aby doprowadzić płyn
do danej (lub jak najbardziej do niej zbliżonej) wymaganej temperatury na wylocie z urządzenia,
co najmniej kilka z etapów od a) do d) jest powtarzanych przez środek sterujący w określonych
odstępach czasu.
20. Sposób szybkiego i dokładnego podgrzewania płynu według zastrzeżenia 19, znamienny tym, że
przynajmniej kilka z etapów od a) do d) jest powtarzanych w odstępach czasu krótszych lub równych
500 milisekundom.
21. Sposób według zastrzeżenia 19 lub 20, znamienny tym, że ilość energii dostarczonej do etapu d)
powstaje w lub po każdym impulsie przepływomierza podczas etapu a).
22. Sposób według zastrzeżenia 21, znamienny tym, że odstęp czasu do obliczeń ilości energii w
etapie c) wynosi około 30ms.
23. Sposób według zastrzeżenia 19 szybkiego i dokładnego podgrzewania płynu zwłaszcza do
zastosowań gospodarstwa domowego i bardziej szczegółowo do robienia kawy lub innych napojów,
za pomocą urządzenia podgrzewającego zawierającego korpus wyposażony w kanał do przepływu
płynu, w przynajmniej jeden pierwszy korpus grzewczy, w przynajmniej jeden drugi korpus grzewczy,
znamienny tym, że:
temperatura płynu na wlocie do urządzenia jest mierzona czujnikiem temperatury wlotowej płynu
położonym w bezpośrednim lub pośrednim kontakcie z płynem,
ilość podgrzewanego płynu jest mierzona przepływomierzem,
teoretyczna ilość energii dostarczanej przez pierwszy korpus grzewczy jest obliczana poprzez środek
sterujący w zależności od pomierzonej ilości płynu, temperatury pomierzonej na wlocie do urządzenia,
zadanej temperatury pośredniej i pojemności cieplnej płynu,
temperatura pośrednia jest mierzona czujnikiem temperatury pośredniej położonym w bezpośrednim
lub pośrednim kontakcie z płynem pomiędzy pierwszym a drugim korpusem grzewczym,
teoretyczna ilość energii dostarczanej przez drugi korpus grzewczy jest obliczana poprzez środek
sterujący w zależności od pomierzonej ilości podgrzewanego płynu, pomierzonej temperatury
pośredniej, zadanej temperatury na wylocie z urządzenia i pojemności cieplnej płynu,
te ilości obliczonej energii są dostarczane poprzez środek przełączający, odpowiednio, do pierwszego
i drugiego korpusu grzewczego, poprzez selektywne przełączanie korpusów grzewczych, aby
doprowadzić płyn do danej (lub jak najbardziej do niej zbliżonej) wymaganej temperatury na wylocie z
urządzenia,
co najmniej kilka z etapów od f) do k) jest powtarzanych przez środek sterujący w określonych
odstępach czasu.
24. Sposób szybkiego i dokładnego podgrzewania płynu według zastrzeżenia 23, znamienny tym, że
przynajmniej kilka z etapów od f) do k) jest powtarzanych w odstępach czasu krótszych lub równych
500 milisekundom.
17
25. Sposób według zastrzeżenia 23 lub 24, znamienny tym, że ilość energii dostarczonej do etapu k)
powstaje w lub po każdym impulsie przepływomierza podczas etapu g).
26. Sposób według zastrzeżenia 24, znamienny tym, że odstęp czasu do obliczeń ilości energii w
etapach h) i j) wynosi około 30ms.
27. Sposób według zastrzeżenia 24, 25 lub 26, znamienny tym, że oblicza się współczynnik
korekcyjny według wzoru:
k=(pomierzona temperatura pośrednia - Pomierzona temperatura wlotowa)/(zadana temperatura
pośrednia - Pomierzona temperatura wlotowa), ten współczynnik korekcyjny stosuje się do ilości
energii dostarczanej poprzez drugi korpus grzewczy.
28. Urządzenie do podgrzewania płynu według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że wylot płynu jest
połączony przewodem z urządzeniem odbiorczym, i tym, że wspomniane urządzenie podgrzewające
zawiera ponadto przynajmniej jeden zawór sterowany elektrycznie (50a)
przyłączony do
wspomnianego przewodu pomiędzy wylotem płynu i wspomnianym urządzeniem odbiorczym, i który
jest sterowany wspomnianymi środkami sterującymi (18), i tym, że wspomniane środki sterujące są
przyłączone, aby sterowały zaworem sterowanym elektrycznie w sposób kierujący płynem
pochodzącym z wylotu płynu ku pojemnikowi drenującemu lub obwodowi recyrkulacyjnemu, gdy
temperatura pomierzona wspomnianym czujnikiem nie osiągnęła jeszcze zadanej temperatury, i ku
urządzeniu odbiorczemu podczas gdy temperatura pomierzona osiągnęła zadaną temperaturę.
29. Urządzenie według zastrzeżenia 28, znamienne tym, że urządzenie odbiorcze zawiera jednostkę
do ekstrakcji substancji zawartej w naboju (26) i/lub dyszę wylotową pary.
30. Urządzenie według zastrzeżenia 28 lub 29 znamienne tym, że urządzenie zawiera ponadto środki
pozwalające na wzbudzenie przeciwciśnienia położone poniżej urządzenia odbiorczego i tym, że
zawór sterowany elektrycznie (50a) jest prostym zaworem umieszczonym na odgałęzionym ramieniu
przewodu.
31. Urządzenie według zastrzeżenia 28 lub 29 znamienne tym, że zawór sterowany elektrycznie (50a)
jest zaworem o trzech kanałach umieszczonym na przewodzie, przy czym trzy kanały są odpowiednio
połączone z wylotem płynu, z pojemnikiem drenującym i urządzeniem odbiorczym.
Download