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1 k 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 knúmero de publicación: kint. Cl. 7 : A47J 27/21 k 12 TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA T3 k k k k 86 Número de solicitud europea: Fecha de presentación: Número de publicación de la solicitud: Fecha de publicación de la solicitud: k 4 Título: Recipiente de calentamiento y método de control del elemento de calentamiento de un recipiente de este tipo. kprioridad: EP k Titular/es: Koninklijke Philips Electronics N.V. Groenewoudseweg BA Eindhoven, NL k 4 Fecha de la publicación de la mención BOPI: k 72 Inventor/es: Slegt, Sander; Botma, Jacob Hendrik; Duipmans, Hendricus Jacobus y Bij de Leij, Tjerk Kornelis k 4 Fecha de la publicación del folleto de patente: k 74 Agente: Zuazo Araluze, Alexander ES T3 Aviso: En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletín europeo de patentes, de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas). Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, Madrid

2 1 ES T3 2 DESCRIPCION Recipiente de calentamiento y método de control del elemento de calentamiento de un recipiente de este tipo. Esta invención se refiere a recipientes para calentar líquidos y, particularmente, al control del elemento de calentamiento eléctrico en tales recipientes. Particularmente, la invención se refiere ahervidoreseléctricos y, más específicamente, a hervidores eléctricos que proporcionan al usuario la capacidad de seleccionar una temperatura deseada del agua. Son bien conocidas las ventajas de poder calentar agua en un hervidor o en una cafetera a una temperatura inferior al punto de ebullición. Por ejemplo, se ha reconocido que una temperatura del agua de 80 a90 es más apropiada para hacer café. El hervidor eléctrico descrito en el documento WO9/34188 incluye un sistema de control que permite mantener la temperatura del agua a una temperatura por debajo del punto de ebullición. El recipiente descrito en el documento WO9/34188 utiliza un sensor bimetálico destinado a controlar que no se alcance el punto de ebullición y que es sensible a una temperatura particular en las proximidades del sensor bimetálico. Esta invención tiene como objeto proporcionar un recipiente en el que el usuario puede seleccionar una temperatura deseada, pero que requiere una disposición sencilla de los sensores térmicos asociados con el recipiente de calentamiento. Una posible manera para poder controlar la temperatura del líquido en un recipiente para calentar líquidos es proporcionar un sensor de temperatura para el contenido del recipiente. Sin embargo, es preferible no requerir sensores de temperatura en el cuerpo interior del recipiente, ya que entonces se requieren conexiones eléctricas de la circuitería externa de control en el cuerpo del recipiente y se requiere un sensor térmico resistente. En el caso de los hervidores eléctricos, por ejemplo, recientemente también ha habido un cambio para aplanar los elementos de calentamiento con bandas impresas de calentamiento. Esta tecnología ofrece la posibilidad de disponer los sensores térmicos impresos adyacentes a las bandas de calentamiento. Sin embargo, si estos sensores térmicos deben ser sensibles a la temperatura del líquido del recipiente, es necesario separar las bandas del sensor térmico de las bandas de calentamiento, o proporcionar medidas adicionales para aislar los dos conjuntos de bandas. Por tanto, es deseable poder controlar la temperatura del líquido en base a las mediciones de temperatura, que representan la temperatura del elemento de calentamiento, en lugar de la temperatura del líquido del recipiente. Por ejemplo, el documento WO96/2869 describe un hervidor eléctrico que tiene un elemento de calentamiento de película gruesa, en el que se dispone un sensor de temperatura que detecta la temperatura de la banda del elemento de calentamiento, y las muestras de temperatura de la banda de calentamiento se utilizan para determinar cuándo se produce la ebullición del agua en el hervidor. Según la presente invención, se prevé un método para controlar el funcionamiento de un elemento de calentamiento eléctrico para calentar líquidos de un recipiente a una temperatura seleccionable, utilizando señales de un sensor de temperatura para medir la temperatura del elemento de calentamiento, comprendiendo el método: obtener una medición de la temperatura inicial; hacer funcionar el elemento de calentamiento durante un primer periodo de tiempo predeterminado; detener el funcionamiento del elemento de calentamiento durante un segundo periodo de tiempo predeterminado, y obtener periódicamente mediciones del sensor de temperatura; a partir de las mediciones de temperatura, determinar un periodo adicional de tiempo, durante el cual el elemento de calentamiento debería hacerse funcionar para que el líquido alcance la temperatura seleccionada; y hacer funcionar el elemento de calentamiento durante el periodo de tiempo adicional. En el método de la invención, se interrumpe el funcionamiento de un elemento de calentamiento durante un periodo de tiempo predeterminado y el análisis de la respuesta de la temperatura del elemento de calentamiento durante ese tiempo permite calcular el tiempo posterior necesario para calentar el contenido del recipiente a la temperatura seleccionada. Por tanto, la invención prevé unmétodo que requiere un sensor único de temperatura adyacente al elemento de calentamiento, para permitir que se alcance una temperatura seleccionable. Preferiblemente, la etapa de determinar el periodo de tiempo adicional incluye las etapas de calcular la temperatura inicial del líquido a partir de la medición de la temperatura inicial, calcular la temperatura del líquido alcanzada que resulta del calentamiento durante el primer periodo de tiempo predeterminado a partir de las mediciones periódicas de temperatura, calcular el aumento consiguiente de temperatura del líquido que resulta del calentamiento durante el primer periodo de tiempo predeterminado, y calcular el volumen de líquido del recipiente a partir del aumento de temperatura. Estos cálculos suponen que la medición de la temperatura inicial del elemento de calentamiento corresponde a la temperatura inicial del líquido del recipiente, que puede suponerse que es el caso si el elemento de calentamiento no se ha hecho funcionar durante un cierto periodo de tiempo. Puede calcularse la temperatura del líquido alcanzada a partir de las mediciones periódicas de la temperatura mediante una técnica matemática de ajuste óptimo. Con un cálculo del volumen de líquido y de la temperatura actual del líquido, es posible calcular el periodo de tiempo necesario de calentamiento, considerando la energía que ha de suministrar el elemento de calentamiento conelfindeaumentarellíquido y el elemento de calentamiento a la temperatura seleccionada. El método también puede comprender la etapa de visualizar el tiempo que le queda al líquido del recipiente para alcanzar una temperatura seleccionada. Preferiblemente, el método también compren-

3 3 ES T3 4 de la etapa adicional de hacer funcionar cíclicamente al elemento de calentamiento tras el periodo de tiempo adicional para mantener el líquido del recipiente a la temperatura seleccionada. La invención también proporciona un recipiente para calentar líquidos para calentar eléctricamente un líquido, que comprende un elemento de calentamiento eléctrico, un selector de temperatura para seleccionar una temperatura a la que se va a calentar el líquido del recipiente y un sensor de temperatura para detectar una temperatura del elemento de calentamiento, estando controlado el recipiente según el método de la invención. Adicionalmente, la invención prevé un recipiente para calentar líquidos para calentar eléctricamente un líquido, que comprende un elemento de calentamiento eléctrico, medios para controlar el funcionamiento del elemento de calentamiento, un selector de temperatura para seleccionar una temperatura a la que se va a calentar el líquido del recipiente, un sensor de temperatura para medir una temperatura del elemento de calentamiento, y un medio de cálculo, en el que el medio de control comprende medios para interrumpir el ciclo de calentamiento durante un periodo de tiempo predeterminado para proporcionar un periodo de enfriamiento del elemento de calentamiento, y en el que el medio de cálculo recibe las señales del sensor de temperatura durante el periodo de enfriamiento y, a partir de las señales del sensor de temperatura, calcula un tiempo de calentamiento para que el líquido alcance la temperatura seleccionada. Preferiblemente, el recipiente comprende un hervidor eléctrico. A continuación, la invención se describirá a título de ejemplo, con referencia a y tal como se muestra en los dibujos adjuntos, en los que: la figura 1 muestra un elemento de calentamiento apropiado para utilizarse en un recipiente de la invención; la figura 2 es un gráfico que muestra la respuesta del calentamiento del elemento de calentamiento y del líquido de un recipiente controlada según el método de la invención; y la figura 3 muestra un hervidor eléctrico adaptado según la invención. La figura 1 muestra un elemento de calentamiento que puede utilizarse en un recipiente que se hace funcionar según la invención. El elemento 2 de calentamiento comprende un substrato sobre el que se proporciona una capa aislante dieléctrica y una banda 4 de calentamiento eléctricamente resistiva sobre la capa aislante. En el ejemplo mostrado en la figura 1, se proporciona una banda única de calentamiento, que se extiende entre dos terminales 6 de contacto. También se proporciona un sensor térmico en forma de una banda 8 resistiva sobre la capa aislante, y se extiende entre dos terminales de detección. El uso de una banda 8 de detección como un sensor térmico permite fabricar el sensor térmico y la banda 4 de calentamiento durante las mismas etapas de procesamiento, lo que simplifica la fabricación total del elemento de calentamiento. Sin embargo, al proporcionar un sensor térmico (ya sea en forma de una banda o en forma de un dispositivo dis tinto) en el mismo lado del substrato del elemento de calentamiento que la banda de calentamiento, surge el problema de que el sensor térmico no es sensible de forma precisa a la temperatura del líquido del recipiente. El líquido del recipiente contacta con el lado opuesto del substrato a la banda 4 de calentamiento. Es posible aislar el sensor térmico de las bandas de calentamiento hasta cierto punto, proporcionando un área alrededor del sensor térmico que está libre de bandas de calentamiento. Sin embargo, esto reduce el área total del substrato en la que puede disponerse la banda de calentamiento. Esto hace difícil reducir el tamaño del elemento de calentamiento, lo que puede ser deseable para varios tipos de recipientes de líquidos y todavía resulta difícil predecir con cuánta precisión responde el sensor térmico a la temperatura del líquido. El sensor térmico utilizado en el elemento de calentamiento mostrado en la figura 1, está diseñado para ser sensible a la temperatura de la parte de calentamiento del elemento de calentamiento en lugar de a la temperatura del líquido. Como resultado, la banda 8 de sensor térmico puede disponerse muy próximaalabanda4deca- lentamiento y puede aumentar la proporción del elemento de calentamiento ocupado por las bandas de calentamiento, dando como resultado un elemento de calentamiento de mayor potencia. Aunque en la figura 1 se muestra un sensor térmico en forma de una banda, en la presente invención puede utilizarse cualquier tipo de sensor térmico. Independientemente del sensor térmico específico seleccionado, no es necesario que el sensor térmico responda de forma precisa a la temperatura del líquido. La figura 2, muestra representaciones gráficas de la temperatura del elemento de calentamiento ydellíquido del recipiente durante un ciclo de un recipiente para calentar líquidos, que funciona según la invención. A efectos de explicación, en la siguiente descripción se supone que el líquido a calentar es agua, aunque debería entenderse que la invención puede aplicarse igualmente a recipientes para calentar otros líquidos. Tal como puede observarse a lo largo del eje del tiempo, el funcionamiento del elemento de calentamiento está dividido en secciones. Se supone que a tiempo t=0, el recipiente de calentamiento se conecta, y que se ha seleccionado una temperatura de T SEL. El ciclo de calentamiento implica el funcionamiento del elemento de calentamiento durante un primer periodo de tiempo de t CONECTADO, interrumpiendo a continuación el funcionamiento del elemento de calentamiento durante un periodo de t DESCONECTADO.Finalmente, el elemento de calentamiento se conecta nuevamente durante un tiempo t EXTRA,quees un periodo suficiente para que el líquido del recipiente alcance la temperatura seleccionada. Las mediciones tomadas del sensor térmico comprenden una medición de la temperatura inicial en tiempo t=0 y una pluralidad de muestras de temperatura tomadas durante el periodo en el que el elemento de calentamiento está desconectado. En la figura 2, estas muestras se representan con cruces. La medición del sensor de la temperatura ini- 3

4 ES T3 6 cial en tiempo t=0 puede tomarse para medir la temperatura tanto del elemento de calentamiento como la del agua del recipiente, lo que supone que el elemento de calentamiento se ha desconectado durante un periodo de tiempo suficiente como para que el elemento de calentamiento alcance un estado de equilibrio a la temperatura del agua del recipiente. Por tanto: T elemento (t=0) = T agua (t=0) = T 0 (1) donde T elemento (t=0) es la temperatura del elemento en tiempo t=0, y T agua (t=0) es la temperatura del agua en tiempo t=0. El elemento de calentamiento se hace funcionar inicialmente durante un periodo de tiempo t CONECTADO predeterminado hasta el tiempo t 1. En este punto, el elemento se desconecta durante una duración t DESCONECTADO predeterminada. Durante la duración del periodo t DESCONECTADO, se transfiere un poco de calor al agua desde elemento, que está a una temperatura superior, y se pierde un poco de calor del agua a los alrededores. En general, la temperatura del agua aumenta ligeramente (tal como se muestra) y la temperatura del elemento de calentamiento desciende. Se alcanzará un equilibrio a cierta temperatura. Para los propósitos de los cálculos posteriores, el método de la invención requiere calcular la temperatura T A del agua al final de la interrupción. La temperatura T A corresponde aproximadamente a la temperatura de equilibrio. Las muestras de la curva de descenso de la temperatura del elemento de calentamiento permiten calcular la temperatura T A,yaqueésta sepuedeaproximarcomolatemperaturaalaque se acerca el elemento de calentamiento. Existen varios métodos para calcular la temperatura T A a partir de las muestras tomadas, y algunos de éstos se describirán a continuación. Una vez que se ha obtenido la temperatura T A, es posible determinar el volumen de agua del recipiente utilizando las siguiente ecuaciones: Energía para calentar el agua de T 0 at A = = Energía suministrada por el elemento de calentamiento - Energía para calentar el elemento de T 0 at E (2) La ecuación anterior determina básicamente que la energía suministrada al elemento de calentamiento se disipa por el calentamiento del mismo elemento de calentamiento y por el calentamiento del agua. Esto hace caso omiso de la pérdida de calor en el cuerpo del recipiente y la pérdida de calorcomolaradiación al aire. Es posible introducir un factor para representar estas pérdidas adicionales de calor, pero esto no se considerará adicionalmente en esta descripción. Al sustituir la ecuación (2) con valores numéricos: Vxρ x s(agua) x (T A -T 0 )=Pxt CONECTADO - -C(elemento)x(T E -T 0 ) (3) donde V = volumen de agua ρ = densidad del agua s(agua) = calor específico del agua P = potencia del elemento de calentamiento C(elemento) = capacidad térmica del elemento de calentamiento La potencia del elemento de calentamiento y la capacidad térmica calorífica del elemento de calentamiento deben conocerse para ejecutar el método de la invención. Ambas constantes pueden determinarse mediante una experimento previo. El calor específico del agua es una constante y los tres valores de temperatura que aparecen en la ecuación (3) están todos determinados por la medición, tal como se ha descrito anteriormente. Por tanto, sólo el volumen de agua V permanece desconocido, de manera que este volumen puede determinarse. El conocimiento del volumen de agua del recipiente permite calcular el tiempo adicional de calentamiento necesario para llevar al agua a la temperatura seleccionada. Este periodo de tiempo t EXTRA puede obtenerse considerando la cantidad adicional de energía necesaria que ha de suministrarse por el elemento de calentamiento: Producción adicionalde energía del elemento = =Energía necesaria para calentar el agua a la temperatura seleccionada + Energía necesariaparacalentarelelementoalatemperatura seleccionada (4) La colocación de valores numéricos en la ecuación (4) proporciona: Pxt EXTRA =(T SEL -T A ) x V x s(agua) x ρ + +(T SEL -T E ) x C(elemento) () El único parámetro desconocido en esta ecuación es t EXTRA, que, por tanto, puede calcularse. Tal como se muestra en la figura 2, el elemento de calentamiento se conecta durante el periodo t EXTRA, lo que proporciona suficiente energía como para que el agua y el elemento se calienten a la temperatura T SEL. En la práctica, tras el periodo de tiempo t EXTRA auntiempot 3, el elemento de calentamiento ha sobrepasado la temperatura T SEL y la temperatura del agua todavía no ha alcanzado esta temperatura. Una vez que el elemento de calentamiento se ha desconectado, se pierde cierta energía desde el elemento de calentamiento que vuelve al agua, dando como resultado el estado de equilibrio algún tiempo después del tiempo t 3 a la temperatura seleccionada T SEL. En este punto, es posible hacer funcionar cíclicamente el elemento de calentamiento para mantener el agua a la temperatura seleccionada. El funcionamiento cíclico del elemento de calentamiento puede obtenerse conectando el elemento de calentamiento durante una ráfaga corta predeterminada, cada vez que la temperatura del elemento de calentamiento desciende por debajo de la temperatura seleccionada. La duración de la ráfaga puede depender del nivel de la temperatura seleccionada o de una combinación de la

5 7 ES T3 8 temperatura seleccionada y del volumen conocido de agua. Tal como se ha descrito anteriormente, pueden utilizarse varias técnicas para determinar la temperatura T A,queseestá aproximando por el descenso de la temperatura del elemento durante el periodo de desconexión t DESCONECTADO. Si la duración del periodo t DESCONECTADO es bastante larga, puede suponerse que la temperatura final del elemento T E al final de periodo es igual a la temperatura del agua T A. Esto supone que se ha alcanzado un equilibrio. Sin embargo, para que esta suposición sea razonablemente precisa, se requiere una larga interrupción del funcionamiento del elemento de calentamiento, lo que no es deseable ya que aumenta el tiempo total necesarioparaqueellíquido alcance la temperatura seleccionada. Por tanto, es preferible disponer una interrupción más corta del ciclo de calentamiento y llevar a cabo un análisis matemático de los puntos de muestreo. Básicamente, este análisis matemático supone ajustar una aproximación matemática a las muestras de temperatura obtenidas y extrapolar la aproximación matemática para determinar la temperatura que se aproxima mediante el elemento de calentamiento. Por ejemplo, la función de descenso de la temperatura del elemento de calentamiento puede aproximarse mediante una función de descenso exponencial, que puede coincidir con los puntos de muestreo obtenidos utilizando un método de los mínimos cuadrados. Por supuesto, pueden utilizarse otras técnicas matemáticas, ya se basen en los valores reales de las muestras de temperatura obtenidas, o utilicen los valores diferenciales de la curva de temperatura muestreada. La figura 3 muestra un hervidor eléctrico que incorpora el elemento 2 de calentamiento de la figura 1, y está adaptado para funcionar según el método de la invención. El hervidor comprende un cuerpo 22 que define una cámara para calentar agua. El elemento 2 de calentamiento define la base de la cámara 24 y las bandas 4, 8 de detección y de calentamiento están dispuestas en el lado opuesto del elemento 2 a la cámara 24. Al funcionar el elemento de calentamiento, el calor de la banda 4 de calentamiento se conduce a través del substrato del elemento de calentamiento para calentar el agua en la base de la cámara 24. El sensor 8 térmico responde de forma más rigurosa a la temperatura de la banda 4 de calentamiento que a la del agua de la cámara 24. Los terminales del sensor de temperatura están conectados a un circuito 28 de detección, que convierte las señales del sensor en una señal que representa la temperatura detectada, y esta señal se transmite a un circuito de cálculo que está dispuesto entre el suministro 32 eléctrico al hervidor eléctrico (que puede comprender un conector inalámbrico) y la banda 4 de calentamiento. El circuito de cálculo también recibe una señal de un selector de temperatura y de la unidad 34 de control de conexión/desconexión, que puede incluir adicionalmente una pantalla que indica el tiempo restante para que el agua alcance la temperatura seleccionada. El circuito de cálculo controla el suministro de corriente eléctrica a la banda 4 de calentamiento, según el método anteriormente descrito, y también proporciona la información para visualizar desde la unidad 34 de control. Aunque la invención se ha descrito con referencia específica a un hervidor eléctrico, la invención también puede aplicarse igualmente a otros recipientes para calentar líquidos que calientan una cantidad variable de líquido y permiten seleccionar distintas temperaturas finales. Además, aunque se ha descrito el uso de un elemento de calentamiento de película gruesa, otros tipos de elementos de calentamiento pueden ser igualmente apropiados

6 9 ES T3 REIVINDICACIONES 1. Método de control del funcionamiento de un elemento (2) de calentamiento eléctrico para calentar un líquido en un recipiente a una temperatura seleccionable, utilizando señales de un sensor (8) de temperatura para medir la temperatura del elemento (2) de calentamiento, comprendiendo el método: obtener una medición de temperatura inicial; (T 0 ) hacer funcionar el elemento (2) de calentamiento durante un primer periodo de tiempo (t CONECTADO )predeterminado; detener el funcionamiento del elemento (2) de calentamiento durante un segundo periodo de tiempo (t DESCONECTADO ) predeterminado, y obtener periódicamente mediciones de temperatura del sensor; a partir de las mediciones de temperatura, determinar un periodo adicional de tiempo (t EXTRA ), durante el cual el elemento (2) de calentamiento debería hacerse funcionar para que el líquido alcance la temperatura (T SEL ) seleccionada; y hacer funcionar el elemento (2) de calentamiento durante el periodo de tiempo (t EXTRA ) adicional. 2. Método según la reivindicación 1, en el que la etapa de determinar el periodo de tiempo (t EXTRA ) adicional incluye las etapas de calcular la temperatura inicial del líquido a partir de la medición de la temperatura (T 0 ) inicial, calcular la temperatura (T A )dellíquido alcanzada que resulta del calentamiento durante el primer periodo de tiempo (t CONECTADO ) predeterminado a partir de las mediciones periódicas de temperatura, calcular el aumento de temperatura consecuente del líquido que resulta del calentamiento durante el primer periodo de tiempo (t CONECTADO )predeterminado, y calcular el volumen de líquido del recipiente a partir del aumento de temperatura. 3. Método según la reivindicación 2, en el que la temperatura (T A )dellíquido alcanzada se calcula a partir de las mediciones periódicas de temperatura por una técnica matemática de ajuste óptimo. 4. Método según la reivindicación 2 ó 3,en el que la etapa de determinar el periodo de tiempo (t EXTRA ) adicional incluye adicionalmente las etapas de calcular la energía necesaria para aumentar el volumen de agua calculado y el elemento (2) de calentamiento a la temperatura (T SEL ) seleccionada.. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente la etapa de visualizar el tiempo restante para que el líquido del recipiente alcance la temperatura (T SEL ) seleccionada. 6. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente la etapa adicional de hacer funcionar cíclicamente el elemento (2) de calentamiento tras el periodo de tiempo (t EXTRA ) adicional, para mantener el líquido el recipiente a la temperatura (T SEL )seleccionada. 7. Recipiente para calentar líquidos para calentar eléctricamente un líquido, que comprende un medio de elemento (2) de calentamiento eléctrico para controlar el funcionamiento (2-8) del elemento (2) de calentamiento, un sensor (8) de temperatura para medir una temperatura del elemento (2) de calentamiento y un medio () de cálculo, en el que el medio (28) de control comprende medios para interrumpir el ciclo de calentamiento durante un periododetiempo(t DESCONECTADO ) predeterminado para proporcionar un periodo de enfriamiento del elemento (2) de calentamiento, y en el que el medio () de cálculo recibe señales del sensor (8) de temperatura durante el periodo (t DESCONECTADO ) de enfriamiento, caracterizado porque comprende adicionalmente un selector de temperatura para seleccionar una temperatura (T SEL ) a la que se va a calentar el líquido del recipiente y calcula, a partir de las señales del sensor (8) de temperatura, un tiempo de calentamiento adicional para que el líquido alcance la temperatura (T SEL ) seleccionada. 8. Recipiente según la reivindicación 7, que comprende un hervidor () eléctrico. 0 6 NOTA INFORMATIVA: Conforme a la reserva del art del Convenio de Patentes Europeas (CPE) y a la Disposición Transitoria del RD 2424/1986, de de octubre, relativo a la aplicación del Convenio de Patente Europea, las patentes europeas que designen a España y solicitadas antes del , no producirán ningún efecto en España en la medida en que confieran protección a productos químicos y farmacéuticos como tales. Esta información no prejuzga que la patente esté o no incluída en la mencionada reserva. 6

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