Brevet FR2482850A1 — publié le 19811127

La présente invention concerne un appareil à infusion comprenant une pompe thermique. Par "appareil à infusion", on entend tout appareil tel qu'une cafetière notamment, permettant de préparer une boisson-infusée. On connaît des cafetières dont l'alimentation du filtre en eau chaude est réalisée à l'aide d'un disposi- tif de chauffage et d'élévation d'eau constituant une "pompe thermique". Ces pompes sont constituées d.'un corps de chaudière se réduisant la plupart du temps à un canal coudé en fer à cheval, inclus à une plaque chauffée électriquement dont la partie supérieure est utilisée pour maintenir le récipient de collecte du café à bonne température. L'eau froide est issue d'un réservoir placé en charge sur la chaudière. Un clapet anti-retour permet l'admission de l'eau froide dans la chaudière mais interdit tout retour vers le réservoir. En aval de la chaudière est connecté un tube de refoulement permettant le déversement de l'eau chaude sur la mouture de café contenue dans un filtre. Ce filtre se présente généralement soue la forme d'un cône de papier absorbant. Le déversement de l'eau chaude se situe, dans ce type de cafetière, au-dessus du plan d'eau du réservoir. Dans ces pompes thermiques connues, l'eau pénètre dans la chaudière en traversant le clapet anti- retour. La résistance électrique y chauffe rapidement l'eau, portant celle-ci à ébullition. La pression de vapeur provoque la montée de l'eau chaude dans le tube de refoulement, puis l'expulsion quasi complète de-celle- ci. La chaudière ayant vaporisé la totalité de l'eau o qui y était contenue, la pression tombe du fait de la mise à l'air consécutive au vidage du tube de déversement. La chaudière se remplit alors de nouveau d'eau froide et le cycle recommence. Ces pompes thermiques connues présentent l'inconvénient grave de ne pas permettre la réalisation d'une cafetière à pression d'eau du type "expresso". En effet, le bassin de mouture fermé d'une cafetière à. pression d'eau constitue une perte de charge perma- nente qui empêche le retour temporaire à la pression atmosphérique de la chaudière et du tube de refoulement qui est relié à ce bassin, quand ce tube ne contient plus que de la vapeur. De ce fait, 'e clapet anti-retou, soumis à la pression devapeur résiduelle, interdit la réalimentation de la chaudière en eau froide, et la pompe thermique s'arrête rapidement de fonctionner. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en réalisant un appareil à infusion com- prenant une pompe thermique dans lequel l'infusion soit réalisée sous pression d'eau. L'invention vise ainsi un appareil à infu- sion à pompe thermique, comprenant une chaudière reliée à un réservoir d'alimentation par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour, et un tube de refoulement communi- quant avec un bassin d'infusion. Suivant l'invention, l'appareil à infusion est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de dé- charge montés entre le réservoir et le bassin d'infu- sion pour rendre la pression dans la chaudière infé- rieure -'la pression d'alimentation en amont du clapet quand la pression dans la chaudière.tombe en-dessous d'un certain seuil supérieur à ladite pression d'ali- mentation. Dans ces conditions, dès qu'il ne reste plus que de la vapeur entre la chaudière et le bassin d'ilnf- sion, celle-ci tend à se coidenser et sa pression dilinue jusqu'au seuil précité. Les moyens de décharge assurent alors une chute de la pression de manière à rendre celle- ci inférieure à la pression d'alimentation en amont du clapet anti-retour. Ainsi, le clapet anti-retour permet le remplissage de la chaudière à partir du réservoir d'alimentation et le cycle peut recommencer. De préférence, l'appareil à infusion comprend des moyens sensibles à la masse volumique du fluide refoulé par la pompe, et associés aux moyens de décharge pour interdire la chute de pression dans la chaudière quand le fluide refoulé présent entre la chaudière et le bassin d'infusion comprend une certaine quantité d'eau. Les moyens sensibles à la masse volumique du fluide refoulé évitent que les moyens de décharge provoquent une chute de pression dans le refoulement alors que cette pression peut encore être utilisée pour faire passer de l'eau dans-le bassin d'infusion. D'autre part, ces moyens permettent de refermer le circuit de refoulement de la pompe au début de chaque cycle, quand la pompe commence à refouler du liquide. D'autres particularités et avantages de l'inven- tion résulteront encore de la description ci-après. Aux dessins annexés donnésà titre d'exemples non limitatifs: - la fig. 1 est une vue schématique montrant une pompe thermique du genre utilisé dans la cafetière conforme à l'invention; - la fig. 2 est une vue en élévation latérale et en coupe d'une réalisation industrielle de la cafetiè- re; - la fig. 3 est une vue partielle en coupe selon la ligne III-III de la fig. 2, montrant la chaudiè- re de la cafetière; - la fig. 4 est une vue partielle en coupe montrant la cuve, de la cafetière quand le pointeau est en position de fermeture; - la fig. 5 est un graphique représentant l'évolution de la pression dans la cuve en fonction du temps au. cours d'un cycle de pompage de la cafetière. Afin que l'invention soit bien comprise, on va d'abord décrire la pompe thermique représentée schématiquement à la fig. 1. Cette pompe comprend un réservoir d'alimentation 1 relié par l'intermédiaire d'un tube d'alimentation 2 et d'un clapet anti-retour 3, à une chaudière 4 constituée par une chambre 5 au- dessous de laquelle sont prévus des moyens de chauffage 6 tels que par exemple des résistances électriques ou un chauffage à feu vif. Le réservoir d'alimentation 1 est installé à une hauteur suffisante pour alimenter la chaudière 4 par gravité. A l'opposé du tube d'alimentation 2, la chambre est reliée à un conduit de refoulement 7. Celui-ci est relié à un dispositif 9 du genre filtre ou bassin d'infusion, qui peut être traversé avec perte de charge par un liquide, mais qui est sensiblement étanche à la vapeur. Au-delà du dispositif 9, le conduit 7 débouche au-dessus d'un réservoir de collecte 11 à, une hauteur supérieure au niveau N de remplissage du réservoir d'ali- mentation 1. Des moyens de décharge 12 sont montés entre le clapet anti-retour 3 et le dispositif 9, en communication avec la chambre 5 de la chaudière 4. Dans l'exemple représenté, les moyens de décharge 12 communiquent avec le conduit 7 entre la chambre 5 et le dispositif 9. Cependant, selon un autre mode de réalisation, les moyens de décharge peuvent être montés par exemple entre le clapet d'alimentation 3 et la chambre 5, comme repré- senté en pointillés en 12a à la fig. 1. Les moyens de décharge 12 comprennent un orifice 13 faisant communiquer la chambre 5 de la chaudiè- re 4 et le conduit de refoulement 7 avec l'atmosphère. L'orifice 13 peut être obturé par un pointeau 14 fixé à la face supérieure d'un flotteur 16 monté dans une cuve 17 dans la paroi supérieure de laquelle est ménagé l'orifice 13. La cuve 17, qui est installée plus haut que la chaudière 4, communique avec le conduit de refoule- ment 7 par l'intermédiaire d'un raccord tubulaire 18. La pompe thermique qui vient d'être décrite fonctionne de la façon suivante: Au départ, l'eau provenant du réservoir 1 remplit le conduit 2, la chambre 5, le conduit 7 jusqu'au niveau N, ainsi que la cuve 17 de sorte que sous l'effet de la poussée d'Archimède s'exerçant sur le flotteur 16, le pointeau 14 obture l'orifice 13. Après un certain temps de chauffage, l'eau contenue dans la chambre 5 entre en ébullition et la pression de vapeur chasse l'eau contenue dans la chambre 5 vers le conduit de refoulement 7 et le réservoir 11. Au bout d'un certain temps, la quasi-totalité de l'eau a été chassée dans le réservoir 11, et la chambre 5 ainsi que la cuve 17 ne contiennent plus que de la vapeur. Cependant, le pointeau 14 reste collé contre l'orifice 13, sous l'effet de la pression de vapeur, de sorte que celle-ci peut donc encore chasser l'eau pouvant subsister dans la canalisation 7. Après disparition totale de l'eau entre le clapet d'aspiration 3 et le dispositif 9, la pression commence à diminuer dans la chambre 5 et la cuve 17, du fait de condensations à l'extérieur de la chaudière 4. Ainsi, le poids du pointeau 14 et du flotteur 16 finissent par vaincre la force ascendante que la vapeur exerce sur eux, et le flotteur 16 tombe au fond de la cuve 17, mettant ainsi la chambre 5 à la pression atmos- phérique. Dès lors, les conditions sont réunies pour que le clapet 3 permette la réalimentation en eau de la chambre 5 à partir du réservoir 1. Cette eau envahit la cuve 17, provoque la remontée du flotteur 16.et la fermeture de l'orifice 13 par *le pointeau 14, et le cycle peut recommencer. La cafetière représentée aux figs. 2 à 4 met en oeuvre ce type de pompe. Elle comprend un socle 21 portant une colonne 22 qui renferme un réservoir d'alimentation 23. Au sommet de la colonne 22 est aménagée une partie en porte-à-faux 24 à laquelle est suspendu un bassin de mouture 26, destiné à infuser et à filtrer la boisson de café. Une semelle 27 montée à la partie supérieure libre du socle 21, au dessous du bassin de mouture 26, peut recevoir un récipient de collecte 30 pour la boisson de café (ou autre infusion). La semel- le 27, réalisée en aluminium coulé massif, renferme une chambre 28 réalisée à partir d'une gorge en fer à cheval fermée vers le bas par une plaquette 29 vissée. La chambre 28, constitue avec une résistance blindée 31 sertie autour d'elle dans la semelle 27, la chaudière de la pompe thermique de la cafetière. Les deux extrémités du fer à cheval se terminent par des embouts tubulaires de raccordement 32a et 32b. L'embout tubulaire 32a est relié à la base du réservoir d'alimentation 23 par l'intermédiaire d'un tuyau souple 33 dans lequel est monté un clapet anti-retour 34 permettant le passage par gravité de l'eau contenue dans le réservoir 23 vers la chambre 28 mais interdisant tout retour en sens inverse. L'autre embout (32b) permet de relier la chambre 28 avec un tuyau souple 36 faisant partie du circuit de refoulement de la pompe thermique et destiné à conduire l'eau chaude vers le bassin de mouture 26. Le tuyau 36 est engagé dans une cheminée 37 qui traverse verti- calement le réservoir 23 et évite que l'eau contenue dans ce réservoir ne refroidisse exagérément l'eau c.hau- de refoulée par la pompe. A son extrémité supérieure, le tuyau 36 commu- nique avec le bassin de mouture 26 par l'intermédiaire d'un tube coudé 38 dirigé horizontalement vers l'extrémité de la partie en porte-à-faux 24, d'un raccord 39, et de moyens de décharge 41. Ceux-ci comprennent un orifice de décharge 42 ménagé dans la paroi supérieure d'une cuve 43 installée au-dessus du bassin de mouture 26 et coaxialement à ce dernier dans la partie en porte- à-faux 24. L'orifice de décharge 42, ménagé sensiblement dans 1' axe de la cuve 43, fait communiquer cette dernière avec le réservoir 23 par l'intermédiaire d'un autre tuyau souple 44 et d'un embout 46 aboutissant au-dessus du niveau de remplissage maximum prévu pour le réservoir 23. La cuve 43 renferme un pointeau 47 dirigé vers le haut et destiné à coopérer avec un siège 48 qui entourel'orifice 42. Le pointeau 47 comporte à l'opposé de sa partie active, un corps cylindrique 49 engagé à coulisse dans un bossage 51 ménagé à la base de la cuve 43. Le corps 49 est séparé de la partie active du pointeau par une collerette 52 destinée notam- ment à donner au pointeau 47 une masse déterminée en fonction de la surface de l'orifice 42 et du seuil de pression au-dessous duquel il doit mettre en communica- tion la cuve 43 avec le réservoir 23. Un flotteur annulai- re 53 est monté à coulisse sur le corps 49 du pointeau 47, entre le bossage 51 et la collerette 52. Le tube coudé 38 débouche dans la cuve 43 à une certaine hauteur audessus du fond de celle-ci, mais en dessous du niveau que doit atteindre l'eau dans la cuve pour que le flotteur applique le pointeau 47 contre le siège 48. La cuve 43 communique avec le bassin de mouture 26 par l'intermédiaire d'orifices 54 ménagés autour du bossage 51 dans la paroi inférieure de la cuve 43, et d'une grille 55 vissée à la base du bossage 51 et appuyée par son pourtour sur un joint annulaire 56 sur lequel prend également appui le bord supérieur 58 du bassin de mouture 26. Le bassin de mouture 26, qui est destiné à recevoir le gâteau de mouture 57 entre deux feuilles de papier filtre 59, 61, présente sur son fond des rainu- res concentriques 62 et radiales 63 aboutissant à un orifice tubulaire central 64 permettant l'écoulement de la boisson de café dans le récipient de collecte 28. Le bassin de mouture 26 est monté en appui contre le joint 56 à l'aide d'un dispositif de serrage connu comprenant un levier 65. La cafetière qui vient d'être décrite fonction- ne de la façon suivante: Du café moulu est inséré dans le bassin de mouture 26 entre les feuilles de papier filtre 59,. 61, pour constituer le gateau de mouture 57. Le réservoir 23 est approvisionné en eau, de sorte que l'eau occupe le tuyau 33, la chambre 28 et le tuyau 36 jusqu'au niveau N de remplissage du réservoir 23. La résistance 31 chauffe l'eau contenue dans la chambre 28 jusqu'à ébulli- tion et la pression de vapeur plaque la bille 34 contre son siège de sorte que l'eau monte dans le tuyau souple 36, passe par la cuve 43 et vient imbiber le gâteau de 30. mouture 57. La cuve 43 reste vide, le flotteur 53 est en appui contre le bossage 51 et le pointeau 47 est dégagé de l'orifice 42. Ainsi, dès que toute l'eau contenue dans la chambre 28 a été pompée vers le bassin de mouture 26 et que de la vapeur commence à arriver dans la cuve 43, cette vapeur s'échappe par l'orifice 42 et va se condenser dans le réservoir 23, de sorte que la pression tombe suffisamment dans la chambre 28 pour que le clapet 34- permette la réalimentation en eau de celle-ci. Le cycle qui vient d'être décrit recommence alors autant de fois qu'il est nécessaire pour imbiber et faire gonfler le gâteau de mouture 57. Quand ce résultat est atteint, c'est-à-dire généralement après deux ou trois cycles, l'eau ne peut plus pénétrer dans le gâteau de mouture sans qu'on lui impartisse une certaine pression. Ainsi, l'eau pompée commence à emplir la cuve 43 et le flotteurf 53 s'élève dans la cuve 43 jusqu'à ce que le pointeau 47 obture l'orifice 42. L'eau contenue dans la cuve 43 est alors sensiblement mise à la pression de la chaudière 28, ce qui lui permet de pénétrer et de traverser le gâteau de mouture 57 pour ressortir par l'orifice 64 et tomber sous forme infusée de boisson-de café-dans le récipient de collecte 30. Au fur et à mesure que le niveau décroît dans la cuve 43, le flotteur 53 descend en coulissant le long du corps 49 du pointeau 47. Cependant, le poin- teau 47, malgré son poids calibré, reste plaqué contre le siège 48 de l'orifice 42 sous l'effet de la pression régnant dans la cuve 43. Dès que l'eau initialement contenue dans la chambre 28 et le tuyau 36 a quitté la cuve 43, l'ensemble comprenant le tuyau 36, le tube 38 et la cuve 43 ne contient plus que de la vapeur dont la pression décroît lentement par condensation en parti- culier sur le gâteau de mouture 57, jusqu'à ce que le poids du pointeau 47 surmonte la pression régnant dans la cuve 43 et permette à celui-ci de tomber contre le flotteur 53 en dégageant l'orifice 42. La chambre 28 de la chaudière se trouve alors mise à lfatmosphère, de sorte que le clapet 34 permet la réalimentation de la chaudière et que le cycle peut recommencer. Ce fonctionnement est visualisé à la fig. 5 qui mipioente la press on (P) dans la chambre 28 en fonction du tEnps (T) au cours d'un cycle effectué après le gonflement du gâteau de mouture 57. On reconnaît en A la phase de remplissage à faible pression de la chambre 28 à partir du réservoir 23 puis en B la phase de pompage du liquide vers la cuve 43 et de la cuve 43 vers le gâteau de mouture 57. A partir du point C, toute l'eau a pénétré dans le gâteau de mouture 57, et il ne reste plus que de la vapeur dans la pompe. La pression de cette vapeur décroît lentement jusqu'à ce qu'elle passe en-dessous du seuil S pour lequel le pointeau 47 tombe de lui-même de l'orifice 42 et rétablit la pression atmosphérique dans la pompe. Ce type d'alimentation de cafetière présente l'avantage que l'eau traversant la mouture est à une température inférieure à 1000C alors que la pression exercée pour l'extraction, du fait du tassement du gâteau de mouture, est nettement supérieure à celle obtenue par infusion à l'aide d'un filtre à l'air libre. Cette pression permet une extraction très complète des ar8mes mais du fait de la température modérée, ce sont surtout les arômes non amers qui sont extraits. Ainsi, la cafe- tière conforme à l'invention permet de confectionner un café de très bonne qualité à partir d'une quantité de mouture réduite. En outre, du fait de la pression relativement modérée, la boisson confectionnée est limpi- de et comporte très peu de particules solides en suspen- sion. La disposition décrite, dans laquelle la cuve est montée au-dessus du bassin de mouture permet d'éviter que la vapeur vienne au contact du gâteau de mouture, ce qui serait néfaste à la qualité de la boisson. En effet, il subsiste en permanence une mince couche d'eau au-dessus de la grille 55 qui évite-cet inconvénient. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit, mais de nombreux aménagements peuvent être apportés à cet exemple sans sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi que le pointeau 47, au lieu d'être taré de son propre poids, pourrait être associé à un ressort monté entre ce pointeau et la paroi supérieure de la cuve. Par ailleurs en dirigeant la tige du pointeau vers l'extérieur, il serait possible de réaliser un tarage réglable par ressort à tension variable ou par lest variable. La séparation mécanique du pointeau 47 et du flotteur 53 répond à des impératifs de fabrication. Il est cependant possible de fixer le pointeau 50 sur le flotteur 48, et c'est alors le poids de l'ensemble qui constitue la tare du pointeau. La cuve 43 pourrait être disposée près de la chaudière 28, soit sur le, tube d'alimentation, soit sur le tube de refoulement, soit directement reliéeà la chambre 28. Dans ce dernier cas un clapet anti-retour doit interdire le retour de l'eau contenue dans la partie verticale du tuyau 36. Dans l'exemple décrit, les moyens de décharge provoquent une mise à l'air libre de la chaudière. On peut envisager d'autres moyens de décharge, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. En effet, par un détecteur de variations de pression commandant une électrovanne disposée en dérivation sur la chaudière, ou en tout point de ces canalisations d'alimentation ou de refoulement, on obtient le même fonctionnement. Dans le même ordre d'idée, au lieu de créer une mise à l'air sur la chaudière, on peut concevoir un refroidisse- ment de celle-ci soit par un arrêt de chauffage si l'on dispose d'une chaudière à faible inertie thermique soit par l'introduction d'eau froide directement dans la chaudière, cette eau étant maintenue dans une réserve hors chauffage mise à la même pression que celle régnant dans la chaudière. 248285O REVENDICATIONS 1 Appareil à,.infusion comportant une pompe thermique et comprenant une chaudière (28) reliée à un réservoir d'alimentation (1, 23) par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour (34), et un tube de refoulement (36, 38) communiquant avec un bassin d'infusion (26), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de décharge (42, 47) montés entre le réservoir (1, 23) et le bassin d'infusion (26) pour rendre la pression dans la chaudière (28) inférieure à la pression d'alimentation en amont du clapet anti-retour (34) quand la pression dans la chaudière (28) tombe endessous d'un certain seuil (S) supérieur à ladite pression d'alimentation. - 2. Appareil à infusion conforme à la revendi- cation 1, caractérisé en ce que les moyens de décharge (42, 47) sont montés entre la chaudière (28) et le bassin d'infusion (26). 3. Appareil à infusion conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de décharge (42, 47) sont à une certaine hauteur au-dessus de la chaudière (28). 4. Appareil à infusion conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de décharge comprennent un orifice obturable (42) faisant communiquer la chaudière (28) avec l'atmosphè- re. 5. Appareil à infusion conforme à l'une des revendications i à 4, caractérisé en ce que les moyens de décharge comprennent un orifice obturable (42) faisant communiquer la chaudière (28) avec le réser- voir d'alimentation (23) au-dessus du niveau de remplis- sage maximal normal de ce dernier. 6. Appareil à infusion conforme à l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens de décharge comprennent un système à pointeau (47) monté sur l'orifice de décharge (42). 7. Appareil à infusion conforme à la revendi- cation 6, caractérisé en ce que le pointeau (47) est taré de manière à régler le seuil de pression endessous duquel sa tare (52) l'écarte de l'orifice (42). 8. Appareil à infusion conforme à la revendi- cation 7, caractérisé en ce que l'orifice (42) est dirigé vers le haut, et en ce que le pointeau présente à titre de tare une masse (52) déterminée en fonction de la section de l'orifice (42) et du seuil de pression (S) souhaité. 9. Appareil à infusion conforme à l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la tare est réglable. 10. Appareil à infusion conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce-qu'il comprend des moyens (53) sensibles à la masse volumique du fluide refoulé par la pompe et associés aux moyens de décharge (42, 47) pour interdire la chute de pression dans la chaudière (28) quand le fluide refoulé présent entre la chaudière (28) et le bassin d'infusion (26) comprend une certaine quantité d'eau. 11. Appareil à infusion conforme à la revendi- cation 10, dans lequel les moyens de décharge comprennent un pointeau taré (47) adapté à obturer un orifice de décharge (42), caractérisé en ce que l'orifice de décharge (42) est ménagé dans la paroi supérieure d'une cuve (43), et en ce que les moyens sensibles à-la masse volu- mique comprennent un flotteur (53) monté dans la cuve (43) et associé au pointeau (47) pour app]iciyer ce dernier contre l'orifice de décharge (42) à partir d'un certain niveau de liquide dans la cuve (43). 12. Appareil à infusion conforme à la reven- dication 11, caractérisé en ce que le flotteur-est fixé au pointeau. 13. Appareil à infusion conforme à la reven- dication 11, caractérisé en ce que le flotteur (53) est monté à coulisse relativement au pointeau (47) , des moyens de butée (52) étant prévus pour limiter la course du pointeau (47) vers le bas relativement au flotteur (53). 14. Appareil à infusion conforme à la revendi- cation 13, caractérisé en ce que le pointeau (47) est monté à coulisse relativement à la cuve (43). 15. Appareil à infusion conforme à l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que le tube de refoulement (38) débouche dans la paroi latérale de la cuve (43), cette dernière étant reliée au bassin d'infusion (26) par au moins une ouverture (54) ménagée dans sa paroi inférieure. 16. Appareil à infusion conforme à la reven- dication 15, caractérisé en ce que le tube de refoule- ment (38) débouche dans la cuve (43) en-dessous du niveau minimal de liquide à partir duquel le flotteur (53) applique le pointeau (47) contre l'orifice de décharge (42). 17. Appareil à infusion conforme à l'une des revendications Il à 16, caractérisé en ce que la cuve (43) est montée au-dessus du bassin d'infusion (26). 18. Appareil à infusion conforme à l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que le tube de refoulement (36) traverse le réservoir d'alimentation (23).