[发明专利]节能咖啡机

说明书

存在在家里、办公室、健身中心、学校和工厂中装配的数百万的用于自动产生浓缩咖啡的机器。这些机器的能量消耗没有被优化，并且实际用于制作咖啡的能量是总吸收功率的非常小的一部分。一方面，考虑到全世界存在的非常高的数量的机器，我们见证了显著的能量浪费，并且另一方面，在电力的可用性是有限的地方(例如，在汽车中或户外)，我们不能够获得咖啡。本发明的目的在于实现一种具有高能量效率的咖啡机，即使在电力供给网络不可用的情况下通过可替代地连接到器具中自含的或者它被安装在其上的运输工具的装置中可用的电池(例如，汽车电池)也能够制作咖啡。

现有技术

如图1所示，用于在家庭或者办公室大小中产生浓缩咖啡的机器至少由水箱(1)、泵(2)组成，该泵(2)用于将水传送到加热器(3)并传送到容纳在容器(4)中的咖啡的混合物，该容器(4)通过喷嘴(11)将咖啡随送到杯子(5)中。

在被放入与咖啡混合物接触之前，水必须加热到大约90℃，以这样的方式提取混合物的最大量的芳香和精华。温度传感器(12)被使用以便将加热器的温度稳定在所需的温度。该机器还可包括连接到咖啡分配器(13)的咖啡磨(6)。作为替代，研磨可以在机器外部进行，或者甚至可以使用市场上各种类型可用的且被咖啡的混合物填充的粉囊包(pod)或胶囊。控制单元(9)和键盘显示屏(10)允许管理机器的操作功能，包含要制作的咖啡的量和类型，检查操作功能(水的存在，咖啡的存在，机器准备好分配咖啡等等)。另外，包含一组辅助和安全设备，诸如水位传感器(7)和超温恒温器(8)。

当前可用机器中的关键部件是用于对水进行加热的加热器(3)，原因在于它是使用最大量的能量的部件。图2是典型实施例中的加热器的更详细的图：运输水的管(21)与电加热电阻器(22)一起被加入金属模块(20)，该金属模块典型地由铝制成。冷水(33)从管(21)的一端进入，并且加热后从相对的端(34)出来。电流被施加到电阻器(22)以对加热器进行加热。存在两个恒温器，一个用于调节的恒温器(12)被设置在85-90℃，其将水保持在被设置的温度，周期性地向加热电阻器(22)供给电力，而第二个安全恒温器(8)被设置在更高的温度，如果恒温器(12)或控制系统故障，其能够介入以便使加热电阻器(22)停止作用。

加热器的操作如下：电阻器(22)被馈送直到整个模块(电阻器、水管和恒温器)达到大于90℃的温度。此时，电阻器(22)由控制系统断开连接，并且不再重新连接直到温度已下降到例如85℃。加热元件的功率在1200瓦特与2200瓦特之间改变(1500W为最常用的值)，而供给电压取决于操作的国家在110V与230V之间变化。热时间常数相当长并且加热时间(在机器为冷的情况下)在2分钟与5分钟之间改变，而在操作状态下电阻器(22)的开/关周期为数秒钟的数量级。

用于制作一杯咖啡的能量：

一杯浓缩咖啡具有25CC的典型容量。水从20℃的室温被加热到大约90℃，以便使咖啡处在大约85℃。为了使1cc的水的温度升高1℃，需要1卡路里(calorie)，对应于4.18J。所利用的以焦耳为单位的能量因此是水的量(25CC)乘以温度增量(从20到90℃)即70℃、再乘以水的比热的乘积。因此制作一杯咖啡需要25x70x4.18＝7315J，并且考虑到还由辅助控制电路和泵所使用的能量，可以计算出实际大约8000焦耳的量。

由咖啡机吸收的功率：

我们可以识别机器的两种不同的操作模式。第一操作模式是典型的家庭使用，其中每次制备一杯咖啡时机器被接通。第二操作模式是典型的办公室使用，其中机器保持每天连续接通大约10小时并且分配例如30杯咖啡。如果我们假定1500W的加热器功率，2分钟的加热时间，以及在机器接通的情况下50W的消耗(电阻器的接通时间为总共的1/30)，则结果是：

在第一操作模式中，吸收功率为2分钟的1500W或以J为单位(1焦耳＝1Wx1秒)，并且我们得到1500Wx120秒＝180000J。相对于由机器全部消耗的能量，考虑用于制备一杯咖啡所需要的能量，结果为(8000/180000)＝4.44％，即仅所利用能量的4.44％已被用于制作咖啡。