本發(fā)明涉及粉狀飲料沖泡裝置技術領域，尤其涉及一種即熱式加熱裝置、加熱方法及自動沖奶機。

背景技術：

現(xiàn)有半自動或自動沖奶機的熱水供應通常采用的是恒溫式，即在水箱內(nèi)設置加熱器，使水箱內(nèi)的水常期保持在設定溫度，這樣加熱器在非沖泡牛奶期間需要長期反復工作，不僅浪費電能，且容易造成加熱器的損壞，另外，水箱內(nèi)的水被長期反復加熱而導致水質(zhì)變壞，影響沖調(diào)出來的牛奶品質(zhì)。而目前即熱式的自動沖奶機通常是加熱裝置開始加熱的同時開啟水泵，這樣會導致前期加熱的水沒法達到預定的目標溫度，加熱裝置的水溫控制不夠精準，影響沖調(diào)出來的奶水的品質(zhì)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種即熱式加熱裝置、加熱方法及自動沖奶機，旨在提高出水水溫的控制精準度，從而提高沖調(diào)的奶水的品質(zhì)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種即熱式加熱裝置，所述即熱式加熱裝置包括水泵、水管進水段、進水端溫度傳感器、水管加熱段、發(fā)熱元件、水管出水段、出水端溫度傳感器、電源控制板及微控制單元，所述水泵的一端通過所述水管進水段與所述水管加熱段的進水端相連，所述水泵的另一端用于與一水箱相連接，所述水管出水段與所述水管加熱段的出水端相連，所述發(fā)熱元件用于對流經(jīng)所述水管加熱段的水進行加熱，所述水泵、發(fā)熱元件和微控制單元均與所述電源控制板電性連接以通過所述電源控制板進行供電控制，所述進水端溫度傳感器用于感測所述水管加熱段的進水端的進水水溫，所述出水端溫度傳感器用于感測所述水管加熱段的出水端的出水水溫，所述發(fā)熱元件流經(jīng)所述水管加熱段的水進行加熱時包括預加熱階段和加熱階段，并通過所述微控制單元進行如下控制：

在所述預加熱階段，所述微控制單元控制所述水泵關閉，并控制所述發(fā)熱元件以第一功率對所述水管加熱段加熱預定時間；

在所述加熱階段，所述微控制單元控制所述水泵開啟以預定水速向所述水管加熱段供水，并控制所述發(fā)熱元件以第二功率對水管加熱段進行加熱。

優(yōu)選地，在所述預加熱階段，所述預定時間t采用如下公式進行計算得出：

t＝(ts-t1)*j1/(p1*k)(1)

上式(1)中，ts為預設的目標水溫；t1為發(fā)熱元件在進行加熱之前的起始溫度；j1是發(fā)熱元件及水管加熱段內(nèi)的水升溫1℃需要的能量；p1為所述第一功率，采用發(fā)熱元件的全功率；k為發(fā)熱元件的加熱效率。

優(yōu)選地，在所述加熱階段，采用如下公式進計算將流經(jīng)水管加熱段的水加熱至預設的目標水溫ts所需的加熱功率p2：

p2＝(ts-ti)*cw*a/k(2)

上式(2)中，ts為預設的目標水溫；ti為所述水管加熱段的進水端的進水水溫；cw為水的比熱容；a為所述預定水速；k為發(fā)熱元件的加熱效率；

將加熱功率p2直接作為所述第二功率或者對加熱功率p2進行修正后作為所述加熱功率p2。

優(yōu)選地，所述發(fā)熱元件為呈螺旋狀的發(fā)熱管，所述水管加熱段呈螺旋狀且與所述發(fā)熱管并行排列，所述水管加熱段和發(fā)熱管的外圍包覆有金屬包覆件。

優(yōu)選地，所述金屬包覆件于靠近所述水管加熱段的出水端的位置設置有安裝孔，所述出水端溫度傳感器設于所述安裝孔內(nèi)并與所述水管加熱段接觸，所述出水端溫度傳感器上套設有一壓簧，并通過一壓板壓在所述壓簧上將所述出水端溫度傳感器進行安裝固定在金屬包覆件上。

優(yōu)選地，還包括固定支架，所述固定支架抵接在所述發(fā)熱管與所述水管加熱段之間，以在所述發(fā)熱管與水管加熱段外圍包覆所述金屬包覆件時中心位置不偏離。

優(yōu)選地，所述水泵的另一端連接有一水管連接件，所述進水端溫度傳感器伸入至所述水管連接件內(nèi)以直接感測進水水溫ti，

優(yōu)選地，還包括單向閥，所述單向閥設于所述水管進水段并位于所述水泵與水管加熱段之間，以使水管加熱段的熱水不會向水泵回流。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種前述的即熱式加熱裝置的加熱方法，包括如下步驟：

即熱式加熱裝置啟動，進入預加熱階段，水泵保持關閉狀態(tài)，微控制單元控制所述發(fā)熱元件以第一功率對水管加熱段加熱預定時間；

預加熱階段完成后進入加熱階段，微控制單元控制水泵開啟以預定水速a向水管加熱段供水，并控制發(fā)熱元件以第二功率對水管加熱段進行加熱。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種自動沖奶機，包括水箱和前述的即熱式加熱裝置，所述水箱與所述水泵的另一端相連。

本實施例的即熱式加熱裝置中，通過微控制單元控制發(fā)熱元件在不出水的預加熱階段以較大的第一功率進行快速加熱，能夠使發(fā)熱元件及水管加熱段內(nèi)的水快速地達到預設的目標水溫，進而控制發(fā)熱元件在連續(xù)出水的加熱階段以較小的第二功率進行持續(xù)加熱，使以預定水速流經(jīng)水管加熱段的水能夠穩(wěn)定在預設的目標水溫，從而達到水管加熱段的出水端的出水水溫的較精準控制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明即熱式加熱裝置一實施例的結構示意圖，其中未示出電源控制板和微控制單元。

圖2為本發(fā)明即熱式加熱裝置的控制框圖。

圖3為圖1所示即熱式加熱裝置中金屬包覆件、水管加熱段及發(fā)熱元件的組裝剖視圖。

圖4為圖1所示即熱式加熱裝置中水管加熱段與發(fā)熱元件的組裝示意圖。

圖5為圖1所示即熱式加熱裝置中出水端溫度傳感器的安裝示意圖。

本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。

具體實施方式

應當理解，此處所描述的具體實施方式僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1至圖5所示，在本發(fā)明即熱式加熱裝置的一實施例中，即熱式加熱裝置包括水泵1、水管進水段2、進水端溫度傳感器3、水管加熱段4、發(fā)熱元件5、水管出水段6、出水端溫度傳感器7、電源控制板8及微控制單元9(英文全稱microcontrollerunit，簡稱mcu)。

所述水泵1的一端通過所述水管進水段2與所述水管加熱段4的進水端41相連，所述水泵1的另一端用于與一水箱相連接以從水箱中抽水，所述水管出水段6與所述水管加熱段4的出水端42相連，所述發(fā)熱元件5用于對流經(jīng)所述水管加熱段4的水進行加熱。所述水泵1、發(fā)熱元件5和微控制單元9均與所述電源控制板8電性連接以通過所述電源控制板8進行供電控制，所述進水端溫度傳感器3用于感測所述水管加熱段4的進水端41的進水水溫ti，所述出水端溫度傳感器7用于感測所述水管加熱段4的出水端42的出水水溫to，所述發(fā)熱元件5流經(jīng)所述水管加熱段4的水進行加熱時包括預加熱階段和加熱階段，并通過所述微控制單元9進行如下控制：

在所述預加熱階段，所述微控制單元9控制所述水泵1關閉，并控制所述發(fā)熱元件5以第一功率p1對所述水管加熱段4加熱預定時間t；

在所述加熱階段，所述微控制單元9控制所述水泵1開啟以預定水速a向所述水管加熱段4供水，并控制所述發(fā)熱元件5以第二功率p2對水管加熱段4進行加熱。

本實施例的即熱式加熱裝置中，通過微控制單元9控制發(fā)熱元件5在不出水的預加熱階段以第一功率p1進行快速加熱，能夠使發(fā)熱元件5及水管加熱段4內(nèi)的水快速地達到預設的目標水溫，進而控制發(fā)熱元件5在連續(xù)出水的加熱階段以第二功率p2進行持續(xù)加熱，使以預定水速a流經(jīng)水管加熱段4的水能夠穩(wěn)定在預設的目標水溫，從而達到水管加熱段4的出水端42的出水水溫的較精準控制，應用于自動沖奶機，可以精準控制水溫，以提高沖調(diào)的奶水的品質(zhì)。

在本實施例中，預定時間t采用如下公式進行計算得出：

t＝(ts-t1)*j1/(p1*k)(1)

上式(1)中，ts為預設的目標水溫，t1為發(fā)熱元件5在進行加熱之前的起始溫度，j1是發(fā)熱元件5及水管加熱段4內(nèi)的水升溫1℃需要的能量，p1為發(fā)熱元件5的全功率，k為發(fā)熱元件5的加熱效率。

目標水溫ts可通過與熱式加熱裝置電連接的控制面板進行設置，或者通過與熱式加熱裝置通信連接的控制終端進行設置，例如，即熱式加熱裝置應用于自動沖奶機中時，可通過自動沖奶機上的控制面板進行設置，或者通過與自動沖奶機通信連接的控制終端例如手機進行設置。

發(fā)熱元件5的起始溫度t1可通過溫度傳感器對發(fā)熱元件5進行溫度感測直接得到，或者通過溫度傳感器對水管加熱段4或水管加熱段4內(nèi)的水進行溫度感測間接得到，在加熱前，發(fā)熱元件5的起始溫度t1、水管加熱段4的溫度、以及水管加熱段4內(nèi)的水的溫度基本上相同，因此可以采用間接感測，以減少溫度傳感器的使用，從而節(jié)省成本。加熱效率k可以在即熱式加熱裝置進行加熱實驗進行實際測量得到并在即熱式加熱裝置中設定好。

在本實施例中，在所述加熱階段，采用如下公式進計算將流經(jīng)水管加熱段4的水加熱至預設的目標水溫ts所需的加熱功率p2：

p2＝(ts-ti)*cw*a/k(2)

上式(2)中，ts為預設的目標水溫，ti為所述水管加熱段4的進水端41的進水水溫，cw為水的比熱容，a為預定水速，k為發(fā)熱元件5的加熱效率。將加熱功率p2直接作為所述第二功率或者對加熱功率p2進行修正后作為所述加熱功率p2。

進水端41的進水水溫ti通過進水端溫度傳感器3進行感測得到，目標水溫ts和預定水速a可通過與熱式加熱裝置電連接的控制面板進行設置，或者通過與熱式加熱裝置通信連接的控制終端進行設置，例如，即熱式加熱裝置應用于自動沖奶機中時，可通過自動沖奶機上的控制面板進行設置，或者通過與自動沖奶機通信連接的控制終端例如手機進行設置。加熱效率k可以在即熱式加熱裝置進行加熱實驗進行實際測量得到并在即熱式加熱裝置中設定好。

由于發(fā)熱元件5的的加熱效率k在實際使用時可能存在誤差，在不存在誤差的情況下，可以將加熱功率p2直接作為所述第二功率。在存在誤差的情況下，則可以在對加熱功率p2進行修正后作為所述加熱功率p2，以進一步提高加熱精度。

具體地，在預加熱階段的預定時間t內(nèi)，如果出水端溫度傳感器7感測水管加熱段4的出水端42的出水水溫top就已經(jīng)達到預設的目標水溫ts，則終止預加熱階段并進入加熱階段，此種情況說明實際的加熱效率比即熱式加熱裝置中設定的加熱效率k高，可根據(jù)出水水溫top與目標水溫ts之間的差值對加熱功率p2進行修改，以適當調(diào)低加熱功率p2。

在對發(fā)熱元件5進行選取時，會使其全功率足夠高，以在水管加熱段4的進水端41的進水水溫ti極低的情況下，第二功率p2仍然是小于或等于第一功能p1(即發(fā)熱元件5的全功率)。

在預加熱階段的預定時間t達到時，如果出水端溫度傳感器7感測水管加熱段4的出水端42的出水水溫top低于預設的目標水溫ts，終止預加熱階段并進入加熱階段，此種情況說明實際的加熱效率比即熱式加熱裝置中設定的加熱效率k低，可根據(jù)出水水溫top與目標水溫ts之間的差值對加熱功率p2進行修改，以適當調(diào)高加熱功率p2。

在本實施例中，所述發(fā)熱元件5為呈螺旋狀的發(fā)熱管，所述水管加熱段4呈螺旋狀且與所述發(fā)熱管并行排列，所述水管加熱段4和發(fā)熱管的外圍包覆有金屬包覆件11。金屬包覆件11通過壓鑄的方式包覆在所述水管加熱段4和發(fā)熱管的外圍。在其他實施例中，金屬包覆件還可以是由兩金屬塊拼接而成，此種情況下，水管加熱段可以是形成在金屬塊上的螺旋狀流道。

所述金屬包覆件11于靠近所述水管加熱段4的出水端42的位置設置有安裝孔111，所述出水端溫度傳感器7設于所述安裝孔111內(nèi)并與所述水管加熱段4接觸。這樣，通過出水端溫度傳感器7可以間接得到感測發(fā)熱元件5的起始溫度t1以及水管加熱段4內(nèi)實時的出水水溫。

作為進一步改進，所述金屬包覆件11的兩端分向內(nèi)凹形成有第一凹部112和第二凹部113，在減輕金屬包覆件11重量的同時，避免造成熱量的浪費，以提高加熱效率，并且便于金屬包覆件11的安裝固定。

作為進一步改進，所述出水端溫度傳感器7上套設有一壓簧71，并通過一壓板72壓在所述壓簧72上將所述出水端溫度傳感器7進行安裝在金屬包覆件11上。壓板72設有供出水端溫度傳感器7套入的通孔721以及與所述通孔連通的開口722，開口722可供出水端溫度傳感器7的導線73快速卡入，以方便出水端溫度傳感器7的安裝。壓板72可通過螺絲74進行固定。

作為進一步改進，所述即熱式加熱裝置還包括固定支架12，所述固定支架12抵接在所述發(fā)熱管與所述水管加熱段4之間，以在所述發(fā)熱管與水管加熱段4的外圍包覆金屬包覆件11時中心位置不偏離。

所述進水端溫度傳感器3和出水端溫度傳感器7可以選用正溫度系數(shù)熱敏電阻、負溫度系數(shù)熱敏電阻或者其它溫度傳感器，優(yōu)選采用負溫度系數(shù)熱敏電阻。

在本實施例中，發(fā)熱元件5(即發(fā)熱管)套設在水管加熱段4內(nèi)，發(fā)熱元件5(即發(fā)熱管)的上端形成有軸向的垂直伸出端，以方便發(fā)熱元件5(即發(fā)熱管)伸進水管加熱段4內(nèi)。

所述水泵1的另一端連接有一水管連接件13，所述進水端溫度傳感器3伸入至所述水管連接件13內(nèi)以直接感測進水水溫ti，

作為進一步改進，所述即熱式加熱裝置還包括單向閥14，所述單向閥14設于所述水管進水段2并位于所述水泵1與水管加熱段4之間，以使水管加熱段4的熱水不會向水泵1回流。

下面通過一應用例對本實施例的即熱式加熱裝置的加熱控制進行具體說明。

假設預設的目標水溫ts為45℃，發(fā)熱元件5在進行加熱之前的起始溫度t1為25℃，實測發(fā)熱元件5(即加熱管)升溫1℃需要的能量453j，發(fā)熱管內(nèi)部能儲水16g，其升溫1℃需要的能量jw1，水的比熱容cw為4.2j/(g·℃)，發(fā)熱元件5的全功率p1為2200瓦，發(fā)熱元件5的加熱效率k為0.95。

一、預熱階段

此階段不出水，發(fā)熱元件5(即加熱管)采用全功率p1加熱，通過控制加熱時間t來使發(fā)熱元件5(即加熱管)及其內(nèi)部水從初始溫度t1升至預設的目標水溫ts，則有：

jw1＝4.2*16*1＝67.2j

j1＝453j+67.2j＝520.2j

根據(jù)式(1)，則有

t＝(ts-t1)*j1/(p1*k)＝(45-25)*520.2/(2200*0.95)＝4.97799s

實際應用時，加熱時間t可以取整或根據(jù)設定的精度取相應的小數(shù)位。

二、加熱階段

此階段出水，假設預定水速a為10g/s，進水水溫ti為25℃，通過控制加熱功率來控制實時的出水溫度to達到預設的目標水溫ts。

根據(jù)式(2)，則有：

p2＝(ts-ti)*cw*a/k＝(45-25)*4.2*10/0.95＝884.210526

實際應用時，加熱功率p2可以取整或根據(jù)設定的精度取相應的小數(shù)位。

本發(fā)明的實施例還提供一種前述即熱式加熱裝置的加熱方法，所述加熱方法包括如下步驟：

即熱式加熱裝置啟動，進入預加熱階段，水泵1保持關閉狀態(tài)，微控制單元9控制所述發(fā)熱元件5以第一功率p1對水管加熱段4加熱預定時間t；

預加熱階段完成后進入加熱階段，微控制單元9控制水泵1開啟以預定水速a向水管加熱段4供水，并控制發(fā)熱元件5以第二功率p2對水管加熱段4進行加熱。

加熱預定時間t、第一功率p1、第二功率p2的確認方式可參考前述實施例中的描述，在此不再贅述。

本發(fā)明的實施例還提供一種自動沖奶機，所述自動沖奶機包括水箱和前述的即熱式加熱裝置，所述水箱與所述即熱式加熱裝置的水泵1的另一端相連。

本發(fā)明并不局限于以上實施方式，在上述實施方式公開的技術內(nèi)容下，還可以進行各種變化。凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結構變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。