用于飛機(jī)飲料制造機(jī)的經(jīng)調(diào)節(jié)的內(nèi)嵌水加熱系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于飛機(jī)飲料制造機(jī)的經(jīng)調(diào)節(jié)的內(nèi)嵌水加熱系統(tǒng)
[0001]本申請(qǐng)要求2012年9月18日提交的美國專利申請(qǐng)61/702，602、2012年10月10日提交的美國專利申請(qǐng)61/711，848以及2013年9月11日提交的美國專利申請(qǐng)14/024，121的優(yōu)先權(quán)，這些申請(qǐng)的內(nèi)容通過引用整體合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及飲料加熱系統(tǒng)，并且更具體地涉及為飛機(jī)飲料制造機(jī)所設(shè)計(jì)的水加熱系統(tǒng)，該飛機(jī)飲料制造機(jī)使用加熱的水來制備咖啡、茶、濃咖啡等。
【背景技術(shù)】
[0003]商用飛機(jī)一直以來都向其乘客提供熱飲料，例如，咖啡和茶等。為此，商業(yè)航空公司的廚房通常包括飲料制造機(jī)，其可以用于制備咖啡、濃咖啡、熱牛奶咖啡、茶等。由于商用飛機(jī)中具有許多部件，因此這種飲料制造機(jī)必須是緊湊的且重量輕，并且還提供穩(wěn)健的操作。在飲料制造機(jī)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，水在使用前被儲(chǔ)存在加熱箱中。該箱將全部量的水加熱到期望的溫度。一旦被加熱，水被引導(dǎo)到?jīng)_泡籃中以便浸泡咖啡或其它產(chǎn)品。美國專利7，861，644描述了一種用于沖泡飲料的裝置，包括用于飛機(jī)沖泡系統(tǒng)的三重加熱器系統(tǒng)。在’ 644專利中，作為此類系統(tǒng)中的一種典型，每個(gè)加熱器是單相加熱元件。在這種類型的系統(tǒng)中，當(dāng)關(guān)閉加熱器之一以調(diào)節(jié)水溫或該加熱器失效時(shí)，可能產(chǎn)生不平衡的電力負(fù)載，這進(jìn)而違反大多數(shù)商用飛機(jī)的電氣要求。
[0004]因?yàn)榇蠖鄶?shù)商用飛機(jī)包含三相電力系統(tǒng)，所以這種飛機(jī)上的電器必須被設(shè)計(jì)成利用三相電力服務(wù)。使用三相電力源是因?yàn)樗认嗤妷合碌牡刃蜗嘞到y(tǒng)更經(jīng)濟(jì)和可靠。在三相系統(tǒng)中，三個(gè)電路導(dǎo)體承載相同頻率但不同相位的三個(gè)交變電流，從而每個(gè)電流在不同于其他兩個(gè)電流的時(shí)刻達(dá)到其相應(yīng)的峰值。三相設(shè)計(jì)的意圖是，當(dāng)電力負(fù)載線性均衡時(shí)，同相電流彼此抵消，累加為零。這導(dǎo)致恒定的功率傳遞，由此降低發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)振動(dòng)。
[0005]通常，每個(gè)相位的電壓僅相差幾伏特。如果電壓相差太大，則負(fù)載不平衡會(huì)導(dǎo)致一些系統(tǒng)問題，諸如過熱、損壞、過度的電機(jī)應(yīng)力和磨損以及對(duì)連接組件的損害。負(fù)載不平衡的最極端情況是當(dāng)一個(gè)相位完全喪失或關(guān)閉時(shí)。本發(fā)明被設(shè)計(jì)成避免相電壓失衡并且提供更安全和更可靠的飲料加熱系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是在內(nèi)嵌式或箱式水加熱系統(tǒng)中具有多個(gè)三相加熱器的一種水加熱系統(tǒng)，其特別適用于飛機(jī)飲料制造機(jī)。在這樣的系統(tǒng)中，一個(gè)或多個(gè)加熱器可以被打開或關(guān)閉，以便在持續(xù)三到四分鐘的典型咖啡沖泡周期期間控制水溫上升和穩(wěn)態(tài)加熱。由于每個(gè)加熱器都由三相電路構(gòu)成，因此當(dāng)加熱器被停用和重新激活時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)并維持平衡的負(fù)載，從而克服以上討論的缺點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明保持了具有三相電力系統(tǒng)的均衡負(fù)載，同時(shí)提供了用以將負(fù)載調(diào)節(jié)到一個(gè)或多個(gè)中間功率水平的控制器。因此包含本發(fā)明的系統(tǒng)的裝置特別適用于作為熱飲料制造機(jī)的一部分的內(nèi)嵌式或箱式水加熱系統(tǒng)，諸如在商用飛機(jī)上使用的那些水加熱系統(tǒng)。本發(fā)明的系統(tǒng)采用一種溫度控制系統(tǒng)，該溫度控制系統(tǒng)允許以安全和可靠的方式達(dá)到并保持飲料沖泡溫度。軟件反饋控制件監(jiān)測并調(diào)節(jié)水溫以最小化溫度上升時(shí)間并且一旦達(dá)到?jīng)_泡溫度則穩(wěn)定該沖泡溫度。為了防止水溫不穩(wěn)定，隨著接近沖泡溫度，一個(gè)或多個(gè)加熱器被調(diào)節(jié)為打開和關(guān)閉(由反饋環(huán)路控制)，從而將溫度維持在穩(wěn)態(tài)。由于每個(gè)加熱器都是用三相元件設(shè)計(jì)的，因此可以在保持均衡負(fù)載的同時(shí)調(diào)節(jié)任何一個(gè)加熱器，由此滿足飛機(jī)的電氣要求。結(jié)果是更經(jīng)濟(jì)和更安全的操作系統(tǒng)。
[0008]在本發(fā)明中的三相加熱器可以具有不同的額定功率以優(yōu)化溫度控制。此外，加熱器的數(shù)量可以變化以允許最大的靈活性，從而調(diào)節(jié)水溫處于中間水平。
[0009]下面結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，由此本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，其中附圖通過示例的方式示出本發(fā)明的操作。
【附圖說明】
[0010]圖1是包含在飲料沖泡裝置中的三相加熱箱；
[0011]圖2是部分以陰影示出的放大的三相加熱箱；
[0012]圖3是三相加熱單元的示意圖；以及
[0013]圖4是用于加熱飲料的控制環(huán)路的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]圖1示出包含本發(fā)明的水加熱單元的飲料沖泡裝置10。該飲料沖泡裝置10包括外殼20，該外殼包圍具有三個(gè)加熱元件40的箱30。該箱30包括水入口 50和水出口 60，其中新鮮水從新鮮水供應(yīng)源通過入口 50被引入到箱30，并且熱水從箱30通過出口 60被泵送且向上流過管道70通過噴嘴90至咖啡沖泡籃80。熱水進(jìn)入裝有咖啡100的籃80，其被過濾并流入到玻璃瓶110，在這里它可以被供應(yīng)給乘客。
[0015]箱30 (圖2)包括三個(gè)加熱元件40，這些加熱元件獨(dú)立地操作以提高水的溫度，該溫度由溫度傳感器120測量。三個(gè)加熱元件各自通過電纜130經(jīng)由連接器150連接到電力系統(tǒng)。該電力系統(tǒng)由電路板160上的處理器控制，該電路板控制沖泡裝置10的操作。
[0016]圖3示意性地描繪了三相水加熱箱30的電氣連接，其包括安裝在外殼20中的一組三個(gè)三相筒式加熱器40，這些加熱器40可以并入沖泡或水加熱裝置10。每個(gè)加熱器40自身是使用來自三相電力系統(tǒng)的所有三個(gè)交變電流來產(chǎn)生熱量的三相加熱元件。在該實(shí)施例中，當(dāng)一個(gè)加熱器被禁用時(shí)，不存在施加到飛機(jī)電氣系統(tǒng)的電壓或電流失衡。每個(gè)加熱元件包括開關(guān)180，該開關(guān)可以基于來自電路板160上的處理器的指令打開或關(guān)閉電路。如圖3所示，三個(gè)電流源200a、200b、200c中的每一個(gè)被提供給三個(gè)加熱元件40a、40b、40c中的每一個(gè)。因此，如果一個(gè)電流源發(fā)生故障，三個(gè)加熱器40中的每一個(gè)將如之前描述的那樣進(jìn)行操作，只不過是用兩個(gè)電流源代替三個(gè)電流源。不存在由電流源的損失而產(chǎn)生不平衡，并且加熱器保持均衡分布來自剩余兩個(gè)源的電流。如果字母A、B和C分別代表三個(gè)相，則由圖3可以看出，每個(gè)加熱器被連接到交變電流的單個(gè)相，從而產(chǎn)生整個(gè)電氣系統(tǒng)中的負(fù)載的均勻分布。如果任何加熱器斷開連接，則在三相中的每個(gè)相上的負(fù)載被均等地減小，以便避免負(fù)載的不平衡。負(fù)載隨著加熱器的每次激活和停用一起上升和下降，從而產(chǎn)生具有較少失衡和噪聲的更安全的系統(tǒng)。
[0017]以這種方式，系統(tǒng)中的過載被減少或消除。因此，在本發(fā)明中，當(dāng)一個(gè)加熱器被禁用時(shí)，不存在施加到飛機(jī)電氣系統(tǒng)的電壓或電流失衡。相反，在現(xiàn)有技術(shù)的裝置中，如果單個(gè)加熱器被停用，則顯著的不平衡可能由該產(chǎn)品傳送到飛機(jī)。后一種情況可能對(duì)飛機(jī)電氣系統(tǒng)是有害的，而前者提高了安全性和經(jīng)濟(jì)性。
[0018]電壓根據(jù)處理器被提供給加熱器，該處理器可以單獨(dú)地調(diào)節(jié)和致動(dòng)每個(gè)加熱器，以允許更精細(xì)地控制加熱操作。在優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)加熱器具有不同的加熱能力，從高熱量到中等熱量到低熱量。以這種方式，加熱可以在較大程度上被控制，以允許系統(tǒng)更平穩(wěn)有效地工作。
[0019]圖4示出用于加熱系統(tǒng)的控制的流程圖，該控制可以通過處理器中的邏輯來應(yīng)用，其中每個(gè)加熱元件40具有不同的加熱能力。這可以被用于更精細(xì)地調(diào)節(jié)加熱操作、防止過熱并使用最有效的能耗變化率/坡度(ramp)。假設(shè)有三個(gè)加熱元件H1、H2和H3，在加熱操作300開始時(shí)，在步驟305中，三個(gè)加熱元件H1、H2和H3中的每一個(gè)都被啟動(dòng)。在步驟310中，傳感器120連續(xù)地讀出加熱器30中的水溫，并且將對(duì)應(yīng)于水溫T的信號(hào)發(fā)送給處理器。在某一點(diǎn)Tl (例如可以是目標(biāo)溫度Tf的80%)處，處理器在步驟320中使加熱元件H3停用，以便減緩水的加熱速率。其它兩個(gè)加熱器HI和H2繼續(xù)加熱水，同時(shí)傳感器120監(jiān)測溫度。如果水溫達(dá)到T2 (例如可以是最終溫度Tf的90% )，處理器可以在步驟330中重新激活H3并停用H2。類似地，當(dāng)水溫達(dá)到T3(可以是最終溫度的95%)時(shí)，處理器可以在步驟340中使最大加熱能力的加熱器Hl停用，同時(shí)重新激活Η2和Η3。最后，當(dāng)傳感器120確定加熱器中的溫度等于或大于Tf時(shí)，所有的加熱器被停用。以這種方式，能夠維持對(duì)加熱操作的更精細(xì)控制，并且更有效地利用能量，因?yàn)樗暂^少的過沖(overshoot)被加熱。
[0020]本發(fā)明在內(nèi)嵌式或箱式水加熱系統(tǒng)(特別是飛機(jī)的飲料制造機(jī))中使用多個(gè)三相加熱器，其中一個(gè)或多個(gè)加熱器被關(guān)閉和打開，以在咖啡沖泡周期的期間控制水溫上升和穩(wěn)態(tài)沖泡溫度，該咖啡沖泡周期可以持續(xù)三到四分鐘。由于每個(gè)加熱器本身由三相電路構(gòu)成，因此維持了均衡的負(fù)載并避免了單相加熱。
[0021]根據(jù)前述內(nèi)容顯而易見的是，雖然已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的特定形式，但是在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行各種修改。因此，除了由隨附權(quán)利要求限定夕卜，并不旨在對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種飲料沖泡裝置，其具有水加熱部分和沖泡部分，所述水加熱部分包括: 三重加熱元件箱，其具有流體入口、流體出口以及在其中的第一、第二和第三加熱元件； 與每個(gè)加熱元件關(guān)聯(lián)的開關(guān)，所述開關(guān)由處理器控制； 第一、第二和第三電流源； 其中每個(gè)加熱元件由每個(gè)電流源供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飲料沖泡裝置，其中每個(gè)加熱元件具有不同的加熱能力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飲料沖泡裝置，其中每個(gè)電流源以不同的相位進(jìn)行操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飲料沖泡裝置，其中所述處理器致動(dòng)每個(gè)加熱元件的所述關(guān)聯(lián)的開關(guān)以控制水加熱操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的飲料沖泡裝置，其中每個(gè)加熱元件具有不同的加熱能力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飲料沖泡裝置，其中每個(gè)加熱元件相對(duì)于彼此加熱元件維持平衡的負(fù)載。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種飲料沖泡裝置(10)，該裝置具有水加熱部分和沖泡部分，所述水加熱部分包括具有三個(gè)加熱元件(40)的三重加熱元件箱(30)和三相電力系統(tǒng)，并且其中每個(gè)加熱元件由不同相的電力供電。每個(gè)加熱元件可以以不同的加熱能力進(jìn)行操作，以更好地控制由管理沖泡裝置的處理器(160)控制的加熱操作。
【IPC分類】A47J31-54, A47J31-52
【公開號(hào)】CN104736024
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380048326
【發(fā)明人】S·A·拉米斯, S·迪茨, W·D·阿倫森
【申請(qǐng)人】Be航天公司
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2013年9月13日
【公告號(hào)】CA2884373A1, EP2897508A1, US20140076171, WO2014046980A1