DE102009056980A1

DE102009056980A1 - Device for e.g. brewing coffee, has microprocessor switch equipped with sound sensors and deactivating energy for heating water in point based on regulation algorithm, where point is determined using acoustic parameter

Info

Publication number: DE102009056980A1
Application number: DE200910056980
Authority: DE
Inventors: Albin Smrke
Original assignee: MSX Technology AG
Current assignee: MSX Technology AG
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2011-06-09

Abstract

The device has a microprocessor switch equipped with sound sensors. The microprocessor deactivates energy for heating water in a point based on a regulation algorithm. The point is determined using an acoustic parameter such that no unnecessary energy is supplied. A microphone is connected with control electronics using a wire. A base frame serves for placing cables and as a space for connection contacts (2). A housing (6) is utilized as a water container for fluid (3) i.e. water. An electronic circuit (9) and an acoustic sensor (1) are provided in the base frame.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Gerät zum Erhitzen von Wasser, das automatisch die zugeführte Energie mit Hilfe des Schalls reguliert.The invention relates to apparatus for heating water, which automatically regulates the energy supplied by means of the sound.

Bekannt sind mehrere Lösungen für die Regulierung der Energie bei Geräten zum Erhitzen von Wasser. Bekannt sind Lösungen zur Überwachung der Temperatur, bestehend aus Bimetall- und digitalen Thermometern, die am Gefäß für das Erhitzen angebracht sind. Das Patent UK 7901400 zum Beispiel löst das Problem des Gefäßschutzes für den Fall, dass das Wasser ausgeht und reguliert ebenfalls die Energie mit Hilfe eines Bimetallschalters. Im US Patent 6,914,514 hat der Urheber eine besondere Art von Schalter behandelt, der auf Dampf empfindlich ist und der die Zufuhr elektrischer Energie in den Kocher bei einer bestimmten Dampftemperatur abschaltet. Die Patentschrift NL 1024204 führt in den Regulationskreis noch die Möglichkeit der zusätzlichen Energieeinschaltung in dem Fall ein, wenn der Bimetallschalter die Energiezufuhr abgeschaltet hat.Several solutions for the regulation of energy in devices for heating water are known. Solutions are known for monitoring the temperature, consisting of bimetallic and digital thermometers, which are mounted on the vessel for heating. The patent UK 7901400 For example, the problem of vascular protection solves in the event that the water goes out and also regulates the energy using a bimetallic switch. in the US Patent 6,914,514 the author has treated a special type of switch that is sensitive to steam and that shuts off the supply of electrical energy to the cooker at a certain steam temperature. The patent NL 1024204 introduces into the regulation circuit still the possibility of additional power on in the case when the bimetallic switch has turned off the power supply.

Bekannt sind auch Lösungen der Überwachung des Niveaus der Leistung des Kochers selbst, die auf Informationen der Temperatur des Kochers oder auf eine vorher eingestellte Leistung basieren. Eine solche Überwachung ist nicht ausreichend genau, weil die für das Erhitzen des Wassers erforderliche Energie von der Gefäßgröße, der Zimmertemperatur sowie von anderen Faktoren abhängig ist. Im Weiteren stellt die große Menge unabhängiger Parameter ein großes Problem bei der manuellen Überwachung der Leistung dar. Die Bimetallschalter selbst sind sehr träge und eine Analyse der bestehenden Wasserkocher zeigt, dass der Energieverbrauch unangemessen höher als die für das Erhitzen des Wassers erforderliche Energie ist. Viele Studien verweisen auf die Notwendigkeit einer besseren Regulierung der Energie, die annähernd im Bereich der theoretisch notwendigen Energie für das Erhitzen des Wassers eines erforderlichen Niveaus sein sollte. In den heute bekannten Lösungen kommt es zu einem unnötigen Sieden, Dampf tritt aus und der Energieverbrauch ist um einen hohen Prozentsatz zu hoch und unnötig.Also known are solutions of monitoring the level of performance of the digester itself, based on information of the temperature of the digester or on a pre-set power. Such monitoring is not sufficiently accurate because the energy required to heat the water depends on vessel size, room temperature and other factors. Furthermore, the large amount of independent parameters presents a major problem in manual power monitoring. The bimetallic switches themselves are very sluggish, and an analysis of the existing kettles shows that the energy consumption is inappropriately higher than the energy required to heat the water. Many studies point to the need for better regulation of energy, which should be close to the theoretically necessary energy for heating the water to a required level. In the solutions known today, there is an unnecessary boiling, steam emerges and the energy consumption is too high and unnecessary by a high percentage.

Gegenstand der Erfindung ist ein Gerät zur automatischen Regulierung der Energie mit Hilfe des Schalls, das wirksam den Energieverbrauch dadurch senkt, dass es automatisch das Niveau der zugeführten Energie anhand der gemessenen Parameter reguliert. Das Gerät zur automatischen Regulierung der Energie mit Hilfe des Schalls besteht aus einem Wassergefäß, dem Kocher, einem Mikrofon und der Elektronik zur Behandlung des Schalls.The subject of the invention is an apparatus for the automatic regulation of energy by means of sound, which effectively reduces the energy consumption by automatically regulating the level of the supplied energy on the basis of the measured parameters. The device for the automatic regulation of energy with the help of sound consists of a water vessel, the cooker, a microphone and the electronics for the treatment of the sound.

Mit Hilfe eines akustistischen Signals, das beim Siedeprozess entsteht, bestimmt es den genauen Siedepunkt. Die wichtigste Eigenschaft des Schallschalters ist die Unabhängigkeit von der Wassermenge, der Gefäßgröße und der Energieart des Kochers.With the help of an acoustic signal, which arises during the boiling process, it determines the exact boiling point. The most important feature of the sound switch is the independence of the amount of water, the vessel size and the type of energy of the stove.

Mit einem Algorithmus der Energieregulierung bestimmt ein Mikroprozessor den Ausschaltzeitpunkt des Kochers, so dass es nicht zu einer unnötigen Energiezufuhr, die einen Verlust darstellt, kommt. Das Gerät zur Erfindung ermöglicht auch eine Voreinstellung und im Prozess selbst die Überwachung der Regulierung entsprechend den speziellen Wünschen des Benutzers.With an energy regulation algorithm, a microprocessor determines the switch-off time of the cooker so that it does not result in an unnecessary energy input that represents a loss. The device of the invention also allows presetting and, in the process itself, the monitoring of the regulation according to the specific wishes of the user.

Das Gerät, das sich laut Erfindung auf ein Gerät zum Erhitzen von Wasser bezieht, das automatisch die zugeführte Energie mit Hilfe des Schalls reguliert, soll näher auf Basis eines Ausführungsbeispiels und von Abbildungen erläutert werden. Dabei zeigt:The device according to the invention relates to a device for heating water, which automatically regulates the supplied energy by means of sound, will be explained in more detail based on an embodiment and illustrations. Showing:

schematische Darstellung der Anordnung des Mikrofons und der Elektronik schematic representation of the arrangement of the microphone and the electronics

schematische Darstellung des Mikrofoneinbaus schematic representation of the microphone installation

Ausführungsbeispiel des Geräts Embodiment of the device

Zeitdiagramm des Schalls beim Erhitzen von Wasser Timing diagram of the sound when heating water

Das Gerät zum Erhitzen von Wasser, das automatisch die zugeführte Energie mit Hilfe des Schalls reguliert, ist nur in einer der möglichen Formen dargestellt und besteht in aus dem Gehäuse 6 als Behälter für die Flüssigkeit 3, die der Benutzer bis zum gewünschten Niveau 4 einfüllt. Die Energie wird über den Kocher 8 zugeführt, der mit einem Untersatz mit Anschlusskontakten 2 verbunden ist. Im Untersatz befinden sich ferner die Elektronik 9 und der Akustiksensor 1. Das Gerät hat meist noch einen Griff 7 und einen Deckel 5.The device for heating water, which automatically regulates the supplied energy by means of sound, is shown in only one of the possible forms and consists in out of the case 6 as a container for the liquid 3 that the user to the desired level 4 fills. The energy gets over the cooker 8th supplied with a subset of terminals 2 connected is. The subset also contains the electronics 9 and the acoustic sensor 1 , The device usually has a handle 7 and a lid 5 ,

Auf ist eine Möglichkeit zur Anordnung des Mikrofons 12 in dem Raum dargestellt, wo sich die Anschlusskontakte befinden. In der Praxis sind diese Anschlusskontakte in einem zweiteiligen Gehäuse untergebracht, das ermöglicht, dass sich beim Anheben des Gefäßes die Kontakte lösen und im Gefäß kein elektrischer Strom anliegt. Dieses Gerät besteht in der Praxis aus einem weiblichen Teil 10, der Bestandteil des Bodens des Kochers ist, und einem männlichen Teil 11, der auf eine Unterlage aufgesetzt und an den elektrischen Strom angeschlossen ist. Das Mikrofon ist mit den Drähten 13 mit der Steuerelektronik 14 verbunden, die den Kocher ein – oder ausschaltet. Der Untersatz 15 dient zum Aufsetzen des Wassererhitzers, zur Verwahrung des Kabels und als Raum für die Anschlusskontakte.On is a way to arrange the microphone 12 represented in the room where the terminals are located. In practice, these terminals are housed in a two-part housing, which allows that when lifting the vessel solve the contacts and in the vessel no electrical current is applied. This device consists in practice of a female part 10 , which is part of the bottom of the stove, and a male part 11 which is placed on a base and connected to the electrical power. The microphone is with the wires 13 with the control electronics 14 connected, which turns the cooker on or off. The pedestal 15 serves for placing the water heater, for storing the cable and as space for the connection contacts.

Auf ist eine der möglichen Vorrichtungen zum Kontaktieren mit Lage des Mikrofons 16 dargestellt die mit Drahten 17 durch den Cilinder zu der Elektronik führen. On is one of the possible devices for contacting the location of the microphone 16 represented with wires 17 through the cilinder to the electronics lead.

Auf ist ein experimentell gewonnenes Diagramm des Schalls während des Erhitzens des Wassers dargestellt. Die Kurve 18 liefert ausreichend Daten für einen qualitativ hochwertigen Prozess der Energieregelung, womit ein Großteil der Energie eingespart wird. Akse X ist Schallnivo and Y ist die Zeitaxe.On an experimentally obtained diagram of the sound during the heating of the water is shown. The curve 18 Provides enough data for a high-quality energy management process, saving much of the energy. Akse X is Schallnivo and Y is the time axis.

Beim Prozess des Erhitzens des Wassers erhöht sich die Temperatur des Wassers normal bis zum Siedepunkt des Wassers, der bei ca. 100 Grad C liegt. Bei der Regulierung der zugeführten Energie mit Hilfe der Temperaturmessung ist allein die Trägheit des Heizsystems selbst und die Temperaturhöhe nicht ausreichend. Will man den Siedepunkt treffen, kommen andere Sensoren zum Ausschalten zum Einsatz. In der Praxis ist das meist ein Bimetallsensor, der direkt den Kocher ausschaltet. Auf das Bimetall ist der Dampf gerichtet, der beim Sieden entsteht, und mit der Erhöhung der Temperatur entwickelt das Bimetall genügend Kraft, den Schalter zu betätigen. Durch das Messen in der Praxis sind wir zu der Erkenntnis gelangt, dass die erforderliche Zeit sehr lang ist, was bedeutet, dass unnötig Energie vom Beginn des Siedens bis zu dem Moment zugeführt wird, an dem sich der Bimetallschalter aktiviert. Die so verbrauchte Energie übersteigt stets 15% der notwendigen Energie.In the process of heating the water, the temperature of the water normally rises to the boiling point of the water, which is about 100 degrees Celsius. In the regulation of the supplied energy by means of the temperature measurement alone, the inertia of the heating system itself and the temperature level is not sufficient. If you want to hit the boiling point, other sensors are used to turn off. In practice, this is usually a bimetallic sensor that turns off the cooker directly. The bimetal is directed to the vapor that is produced during boiling, and as the temperature increases, the bimetal develops enough force to actuate the switch. By measuring in practice, we have come to the realization that the time required is very long, which means that unnecessary energy is supplied from the beginning of boiling to the moment when the bimetallic switch activates. The energy consumed always exceeds 15% of the necessary energy.

In der Theorie des Siedens ist das Diagramm der Schallintensität im Siedeprozess - - gut bekannt. Beim Erhitzen tritt in einem bestimmten Moment ein akustisches Signal auf, das wegen des Entstehens von Bläschen und am Anfang wegen der Implosion solcher Bläschen entsteht. Visuell lässt sich das Auftreten von Dampf noch nicht feststellen, wenn das Signal bereits ausreichend stark ist, um es wahrzunehmen. Wegen der Wärmeträgheit ist genügend Energie im Kocher und im Gefäß akkumuliert, so dass bereits in diesem Punkt die Energie ausgeschaltet werden kann und das Wasser dennoch ohne unnötige Verluste aufkocht.In the theory of boiling, the diagram of the sound intensity in the boiling process is - well known. Upon heating, an acoustic signal occurs at a certain moment due to the formation of bubbles and initially due to the implosion of such bubbles. Visually, the appearance of steam can not be determined yet, if the signal is already strong enough to perceive it. Due to the thermal inertia, enough energy is accumulated in the cooker and in the vessel, so that the energy can be switched off at this point and the water still boils up without unnecessary losses.

Grundlage des akustischen Schnellschalters ist eine gedruckte Leiterplatte mit einem Mikroprozessor und den erforderlichen elektronischen Bauteilen für eine Analyse des Schalls.The basis of the acoustic quick switch is a printed circuit board with a microprocessor and the necessary electronic components for analysis of the sound.

Zur Softwareunterstützung des Betriebs sind Algorithmen zur Regelung und insbesondere Systeme mit Softlogik geeignet.Algorithms for the control and in particular systems with soft logic are suitable for the software support of the operation.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

UK 7901400 [0002]
US 6914514 [0002]
NL 1024204 [0002]

Claims

Device for the automatic regulation of energy by means of sound, characterized in that it consists of a water vessel, a cooker, a sound sensor, primarily a microphone and electronics with regulatory algorithms.

Device for automatically regulating the energy with the aid of sound, according to claim 1, characterized in that the switch can be equipped with a plurality of different sensors but at least one sound sensor.

Apparatus for automatic regulation of energy by means of sound, according to claim 1, characterized in that the microprocessor switch, by means of an algorithm, shuts off the energy for heating the water at the point fixed with acoustic parameters so that no unnecessary energy is supplied ,

Apparatus for the automatic regulation of energy by means of sound, according to claim 1, characterized in that in the algorithm a function of temperature, pressure and other parameters important for cooking may be added.

Apparatus for the automatic regulation of energy by means of sound, according to claim 1, characterized in that the cooker can be any cooker that can be controlled microelectronically, such as gas or electric cookers.

Apparatus for automatically regulating the energy by means of sound, according to claim 1, characterized in that the purpose of the apparatus is the boiling of coffee, food or any regulation process where boiling of water occurs.