Calentamiento rápido de un dispositivo de acondicionamiento térmico, por ejemplo, para máquina de café.

Una unidad (1000) para controlar la transmisión de potencia a un dispositivo de acondicionamiento térmico (100),

tal como un calentador o un refrigerador, comprendiendo dicha unidad (1000):

- un controlador (2) con un perfil de inicio para iniciar tal dispositivo de acondicionamiento térmico (100) desde una temperatura de inactividad (TI) hasta una temperatura operativa para llevar hasta una temperatura objetivo (TT) a un fluido que circula a través de dicho dispositivo de acondicionamiento térmico (100) al final del inicio; y

- un detector de temperatura (70) conectado a dicho controlador (2) para determinar una temperatura de dicho fluido al circular a través de dicho dispositivo de acondicionamiento térmico (100),

estando dispuesto dicho controlador (2) para permitir la circulación de fluido a través de dicho dispositivo de acondicionamiento térmico (100) al final del inicio y para comparar la temperatura determinada (SOT) del fluido circulado al final del inicio con la temperatura objetivo (TT) y deducir una diferencia de temperatura de las mismas, caracterizada por que el perfil de inicio tiene al menos un parámetro y por que dicho controlador (2) tiene un modo de autoaprendizaje para ajustar dicho al menos un parámetro como una función de dicha diferencia de temperatura y para almacenar el parámetro o parámetros ajustados para un inicio posterior de dicho dispositivo térmico (100).

Calentamiento rápido de un dispositivo de acondicionamiento térmico, por ejemplo, para máquina de café

Campo de la invención La invención se refiere al encendido de un dispositivo de acondicionamiento térmico, en particular, un dispositivo con un acumulador térmico, tal como un termobloque, para calentar o enfriar un fluido que circula a través del mismo, por ejemplo, un calentador para una máquina de preparación de bebidas. En particular, la presente invención se refiere a un método para optimizar el calentamiento de un calentador en línea de máquinas de café hasta una temperatura operativa desde una temperatura de reposo con el mejor tiempo de calentamiento posible y en consideración de las diferentes constelaciones de sistema.

Para el fin de la presente descripción, una "bebida" pretende incluir cualquier alimento líquido, tales como té, café,

chocolate caliente o frío, leche, sopa, alimentos para bebés o similares. Una "cápsula" pretende incluir cualquier ingrediente predividido de bebida dentro de un envasado envolvente de cualquier material, en particular, un envasado hermético, por ejemplo, plástico, aluminio, envasado reciclable y/o biodegradable y de cualquier forma y estructura, incluyendo receptáculos blandos o cartuchos rígidos que contienen el ingrediente.

Antecedentes de la técnica Las máquinas de preparación de bebidas se conocen desde años atrás. Por ejemplo, el documento US 5.943.472 divulga un sistema de circulación de agua entre un depósito de agua y una cámara de distribución de vapor o agua caliente de una máquina exprés. El sistema de circulación incluye una válvula, un tubo metálico de calentamiento y

una bomba que se conectan entre sí y al depósito mediante diferentes mangueras de silicona, que se unen usando abrazaderas de sujeción.

El documento EP 1 646 305 divulga una máquina de preparación de bebidas con un dispositivo de calentamiento que calienta el agua circulante que después se suministra a la entrada de una unidad de elaboración. La unidad de elaboración está dispuesta para hacer pasar el agua caliente a una cápsula que contiene un ingrediente de bebida para su elaboración. La unidad de elaboración tiene una cámara delimitada mediante una primera parte y una segunda parte que puede moverse en relación a la primera parte y una guía para colocar una cápsula en una posición intermedia entre las primeras y segundas partes antes de mover las primeras y segundas partes entre sí desde una configuración abierta a una cerrada de la unidad de elaboración.

Los calentadores en línea para calentar el líquido circulante, en particular agua, también se conocen y se divulgan, por ejemplo, en los documentos 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 y WO 2004/006742.

Más en particular, los documentos CH593 044 y US 4.242.568 divulgan una máquina de café con un calentador de termobloque en línea que tiene una masa de metal con un cable resistivo de calentamiento colado en la masa y con un conducto para la circulación del agua que se va a calentar.

Los termobloques son calentadores en línea a través de los que circula un líquido para su calentamiento. Estos comprenden generalmente una cámara de calentamiento, tal como uno o más conductos, en particular fabricados de acero, que se extienden a través de una masa de metal, en particular una masa masiva de metal, en particular fabricada de aluminio, hierro y/u otro metal o una aleación, que tiene una alta capacidad térmica para acumular energía de calentamiento y una alta conductividad térmica para la transferencia de la cantidad requerida del calor acumulado para el líquido que circula a través de los mismos cuando sea necesario. En lugar de un conducto distinto, el conducto del termobloque puede ser un paso pasante que se fabrica o se forma de otra manera en el cuerpo del conducto, por ejemplo, se forma durante una etapa de colada de la masa del termobloque. Cuando la masa del termobloque se fabrica de aluminio, se prefiere, por consideraciones de salud, proporcionar un conducto separado, por ejemplo de acero, para evitar el contacto entre el líquido circulante y el aluminio. La masa del bloque 55 puede fabricarse de una o diversas partes montadas alrededor del conducto. Los termobloques incluyen normalmente uno o más elementos resistivos de calentamiento, por ejemplo, resistores discretos o integrados, que convierten la energía eléctrica en energía de calentamiento. Tales elementos resistivos de calentamiento están normalmente dentro de la masa del termobloque o sobre ella a una distancia de más de 1 mm, en particular, 2 a 50 mm o 5 a 30 mm del conducto. El calor se suministra a la masa del termobloque y por medio de la masa al líquido circulante. Los elementos de calentamiento pueden colarse o alojarse en la masa de metal o fijarse a la superficie de la masa de metal. El conducto o conductos pueden tener una disposición helicoidal u otra disposición a lo largo del termobloque para maximizar su longitud y la transferencia de calor a través del bloque.

Un inconveniente de los termobloques es la dificultad para controlar de manera precisa la temperatura y optimizar la 65 energía de calentamiento necesaria para conseguir que el líquido a calentar alcance una temperatura deseada. De hecho, la inercia térmica de la masa de metal, el localizado y desigual calentamiento resistivo de la masa, la difusión de calor dinámica desde el calentamiento en la masa hacia las diferentes partes de la masa que afecta a la temperatura medida de la masa en ubicaciones predeterminadas hacen que sea difícil un control preciso de los termobloques para calentar el líquido circulante hasta una temperatura deseada predeterminada y además se requieren periodos de precalentamiento muy largos, normalmente de 1 a 2 minutos en el caso de las máquinas exprés. Además, es difícil predecir diversos parámetros que involucran el uso posterior del termobloque producido en serie, por ejemplo, la temperatura del ambiente, la tensión neta de los conductos principales, el valor real del resistor de calentamiento del termobloque, el aislante térmico del termobloque, la temperatura inicial del líquido que circula a través del termobloque. Por consiguiente, los termobloques se asocian normalmente con circuitos de potencia dinámicos controlados en bucle que adaptan el suministro de potencia del termobloque con medidas continuas de la temperatura mediante al menos un detector de temperatura. Sin embargo, debido al complicado flujo térmico de tal sistema, la estabilización del termobloque a un determinado nivel de temperatura ajustado a las necesidades reales de calentamiento del flujo de líquido que va a circular es larga y todavía difícil de lograr.

Un enfoque para mejorar la precisión de calentamiento se enseña en el documento EP 1 380 243. Esta patente divulga un dispositivo de calentamiento que se dirige en particular a equipar máquinas de café. El dispositivo de calentamiento comprende un tubo de metal a través del que el líquido que se va a calentar puede fluir desde un conducto de entrada hasta un conducto de salida. La superficie exterior del tubo se cubre en diversas secciones de su longitud con una pluralidad de conjuntos de elementos resistivos eléctricos en serie. Un inserto cilíndrico se extiende dentro del tubo para formar, con la pared interior del tubo, un conducto helicoidal a través del que el líquido puede circular y que, de esta manera, favorece el flujo turbulento y la transferencia rápida de energía desde el tubo hasta el líquido. También se coloca un medidor de flujo aguas arriba en el conducto de entrada. El dispositivo comprende además una pluralidad de detectores de temperatura distribuidos a lo largo de la longitud del tubo en la entrada y salida de cada conjunto de elementos resistivos. El principio que gobierna la distribución de energía de calentamiento hacia el líquido se basa en este caso en modular la potencia eléctrica producida mediante los elementos resistivos que puede cambiarse independientemente de uno a otro o en serie de acuerdo con la temperatura del agua en la entrada al conducto. Aunque el dispositivo proporciona resultados que son satisfactorios en términos de la velocidad de calentamiento, este dispositivo es relativamente voluminoso ya que el volumen de agua a calentar determina la altura del tubo y es caro ya que requiere que los elementos resistivos se impriman con forma de películas gruesas en la superficie del tubo, usando lo que se conoce actualmente como tecnología de "película gruesa".

Además, la precisión con la que se regula la temperatura... [Seguir leyendo]

1. Una unidad (1000) para controlar la transmisión de potencia a un dispositivo de acondicionamiento térmico (100) ,

tal como un calentador o un refrigerador, comprendiendo dicha unidad (1000) : 5

- un controlador (2) con un perfil de inicio para iniciar tal dispositivo de acondicionamiento térmico (100) desde una temperatura de inactividad (TI) hasta una temperatura operativa para llevar hasta una temperatura objetivo (TT) a un fluido que circula a través de dicho dispositivo de acondicionamiento térmico (100) al final del inicio; y

- un detector de temperatura (70) conectado a dicho controlador (2) para determinar una temperatura de dicho fluido al circular a través de dicho dispositivo de acondicionamiento térmico (100) ,

estando dispuesto dicho controlador (2) para permitir la circulación de fluido a través de dicho dispositivo de acondicionamiento térmico (100) al final del inicio y para comparar la temperatura determinada (SOT) del fluido circulado al final del inicio con la temperatura objetivo (TT) y deducir una diferencia de temperatura de las mismas,

caracterizada por que el perfil de inicio tiene al menos un parámetro y por que dicho controlador (2) tiene un modo de autoaprendizaje para ajustar dicho al menos un parámetro como una función de dicha diferencia de temperatura y para almacenar el parámetro o parámetros ajustados para un inicio posterior de dicho dispositivo térmico (100) .

2. Unidad de la reivindicación 1, en la que al menos un parámetro es una duración del perfil de inicio de potencia.

3. Unidad de la reivindicación 1 o 2, en la que al menos un parámetro es una intensidad de potencia del perfil de inicio de potencia.

4. Unidad de cualquier reivindicación anterior, en la que al menos un parámetro es una temperatura objetivo (TT) de 25 dicho dispositivo de acondicionamiento térmico (100) .

5. Unidad de cualquier reivindicación anterior, en la que dicho dispositivo de acondicionamiento térmico (100) tiene un acumulador térmico o un termobloque.

6. Unidad de cualquier reivindicación anterior, en la que dicho controlador (2) incluye al menos un reloj (30) para realizar medidas de temperatura en intervalos de tiempo periódicos (ti) , e incluye medios de almacenamiento de datos (105) para almacenar una temperatura objetivo (TT) y para almacenar temperaturas (Ti) medidas en dichos intervalos de tiempo periódicos (ti) , y dicho controlador (2) incluye además medios de cálculo (107) para calcular una temperatura de apagado (SOT) , estando dispuestos dichos medios de cálculo (107) para:

- a) calcular gradientes de temperatura (Gi) entre diferentes valores de temperatura almacenados (Ti) ;

- b) calcular un gradiente medio (AG) de dichos gradientes de temperatura (Gi) ; y

- c) calcular una temperatura de apagado (SOT) restando una temperatura de exceso (OS) a dicha temperatura objetivo (TT) , correspondiéndose dicha temperatura de exceso (OS) con dicho gradiente medio (AG) mediante un cálculo a partir de dicho último gradiente medio calculado (AG) o mediante una correlación con tablas de conversión registradas (108) entre dichos gradientes medios (AG) y temperaturas de exceso (OS) ,

y en la que dichos medios de almacenamiento de datos (105) están dispuestos además para almacenar:

- A) dicha temperatura de exceso (OS) ;

- B) dichos gradientes de temperatura calculados (Gi) ;

- C) dicho gradiente medio calculado (AG) ; y

- D) dicha temperatura de apagado calculada (SOT) ,

y en la que dicho dispositivo controlador (2) está dispuesto para apagar dicho dispositivo de acondicionamiento térmico (100) cuando la última temperatura medida (Ti) sobrepasa dicha temperatura de apagado calculada (SOT) .

7. Unidad de la reivindicación 6, en la que dichos medios de almacenamiento de datos (105) incluyen una memoria acumulativa (106) para almacenar un número determinado (N) de sucesivas temperaturas medidas (Ti)

correspondiente a una duración determinada (D) y cada nueva temperatura medida (Ti) controlada mediante dicho reloj (30) se almacena en dicha memoria acumulativa (106) mientras que las temperaturas medidas más antiguas se eliminan de dicha memoria acumulativa (106) , y en la que dichos medios de cálculo (107) calculan cada gradiente de temperatura (Gi) entre las temperaturas medidas almacenadas, que están separadas entre sí por la mitad de dicha duración determinada (D) , almacenándose cada nuevo gradiente de temperatura calculado en dicha memoria acumulativa (106) mientras que los gradientes de temperatura calculados más antiguos se eliminan de dicha memoria acumulativa (106) .

8. Dispositivo de acondicionamiento térmico (100) para una máquina de preparación de bebidas, tal como una máquina de café (104) , que incluye al menos una unidad (1000) de acuerdo con una cualquiera de la 65 reivindicaciones 1 a 7, para incorporarla a dicha máquina de preparación de bebidas.

9. Máquina de preparación de bebidas (104) que incluye al menos un dispositivo de acondicionamiento térmico (100) de acuerdo con la reivindicación 8.

10. Máquina de preparación de bebidas de la reivindicación 9, que está dispuesta para preparar café.

11. Método para calentamiento optimizado de una máquina de preparación de bebidas, tal como una máquina de café (104) , hasta una temperatura operativa desde cualquier temperatura inicial con el mejor tiempo de calentamiento posible, incluyendo dicha máquina (104) una unidad (1000) para controlar la transmisión de potencia a un dispositivo de acondicionamiento térmico (100) , tal como un calentador o un refrigerador, comprendiendo dicha unidad (1000) :

- un controlador (2) con un perfil de inicio para iniciar tal dispositivo de acondicionamiento térmico (100) desde una

temperatura de inactividad (TI) hasta una temperatura operativa para llevar hasta una temperatura objetivo (TT) a un 15 fluido que circula a través de dicho dispositivo de acondicionamiento térmico (100) al final del inicio; y

- un detector de temperatura (70) conectado o incluido en dicho controlador (2) para determinar una temperatura de dicho fluido al circular a través de dicho dispositivo de acondicionamiento térmico (100) ,

en el que dicho controlador (2) incluye al menos un reloj (30) para realizar medidas de temperatura (Ti) en intervalos de tiempo periódicos (ti) e incluye medios de almacenamiento de datos (105) para almacenar una temperatura objetivo (TT) y para almacenar temperaturas (Ti) medidas en dichos intervalos (ti) y dicho controlador (2) incluye además medios de cálculo (107) para calcular una temperatura de apagado (SOT) , caracterizado por que:

-a) dicho reloj (30) activa en cada intervalo de tiempo una medida de temperatura;

- b) dichas temperaturas medidas (Ti) se almacenan una tras otra en una memoria acumulativa (106) incluida en dichos medios de almacenamiento de datos (105) ;

- c) dichos medios de cálculo (107) calculan gradientes de temperatura (Gi) entre algunos de dichos valores de temperatura almacenados (Ti) ;

- d) dichos medios de cálculo (107) calculan un gradiente medio (AG) de dichos gradientes de temperatura (Gi) ;

- e) dichos medios de cálculo (107) calculan una temperatura de apagado (SOT) restando una temperatura de exceso (OS) a dicha temperatura objetivo (TT) , deduciéndose dicha temperatura de exceso (OS) de dicho gradiente medio (AG) mediante un cálculo a partir de dicho último gradiente medio calculado (AG) o deduciéndose a partir de una correlación con tablas de conversión registradas (108) entre dichos gradientes medios (AG) y temperaturas de exceso (OS) ; y

- f) dicho dispositivo controlador (2) apaga dicho dispositivo de acondicionamiento térmico (100) cuando la última temperatura medida sobrepasa dicha temperatura de apagado calculada (SOT) .

12. Método de la reivindicación 11, en el que:

- dichos medios de almacenamiento (105) almacenan dicha temperatura de exceso (OS) y dichos gradientes de temperatura calculados (Gi) y dicho gradiente medio calculado (AG) y dicha temperatura de apagado calculada (SOT) ;

- dichos medios de almacenamiento de datos (105) incluyen una memoria acumulativa (106) que almacena un número determinado (N) de sucesivas temperaturas medidas (Ti) que corresponden a una duración determinada

(D) , almacenándose cada nueva temperatura medida (Ti) , controlada mediante dicho reloj (30) , en dicha memoria acumulativa (106) , mientras que las temperaturas medidas más antiguas se eliminan de dicha memoria acumulativa (106) ;

- dichos medios de cálculo (107) calculan cada gradiente de temperatura entre las temperaturas medias almacenadas que están separadas entre sí en el tiempo por la mitad de dicha duración (D) , almacenándose cada

nuevo gradiente de temperatura calculado en dicha memoria acumulativa (106) , mientras que los gradientes calculados más antiguos se eliminan de dicha memoria acumulativa (106) .

13. Método de la reivindicación 11 o 12 para calentamiento optimizado de una máquina de café (104) , en el que el punto de inicio en el tiempo para el primer calentamiento para la elaboración de café se realiza calentando el

sistema con una dosis de energía desde cualquier temperatura inicial y esperando al comienzo del modo de elaboración hasta que el detector de temperatura alcanza la temperatura de elaboración objetivo.

14. Método de la reivindicación 11 o 12 para calentamiento optimizado de una máquina de café (104) , en el que el punto de inicio en el tiempo para el primer calentamiento para la elaboración de café se realiza calentando el

sistema con una dosis de energía desde cualquier temperatura inicial, y comenzando el modo de elaboración tan pronto como se agota esta dosis de energía, realizándose una corrección para un retraso de inercia térmica usando una regulación de temperatura diferente para la primera taza después del calentamiento, dependiendo del retraso temporal entre el final de dicha inyección de dosis de energía y el comienzo, a petición del usuario, de la preparación de una primera taza, variando dicho retraso temporal entre 0 segundos y aproximadamente 15 segundos.

15. Método de la reivindicación 11 o 12 para calentamiento optimizado de una máquina de café (104) , en el que el punto de inicio en el tiempo para el primer calentamiento de agua para la elaboración del café se realiza calentando el sistema con una dosis de energía desde cualquier temperatura inicial, solicitando el usuario un café durante una dosis de calentamiento, comenzando a circular el agua a través del sistema calentado cuando finaliza esta dosis de energía.