Brevet FR2617056A1 — publié le 19881230

-1-* L'invention permet de réaliser un dispositif automatique à volume variable pour la lixiviation tout en conservant tous les paramètres critiques en particulier l'épaisseur du "volume" de matière première traversée par le solvant. Cette invention concerne principalement les machines à café professionnelles ou familiales pour la préparation rapide des "café-express". Actuellement. existent sur le marché plus d'une dizaine de modèles de machines à café professionnelles dites "tout auto" et un grand nombre de machines à café express familiales plus ou moins automatisées. Toutes ces machines ont malheureusement un "rendement. horaire" déplorable, car elles ne peuvent traiter qu'une dose de café par cycle; pour faire "n" doses de boisson elles doivent répéter "n" fois le cycle complet. Si bien que les machines professionnelles très perfectionnées sont parfois décevantes et sont très loin d'atteindre le rendement horaire "d'une deux-groupes" classique. Lors de réceptions familiales, le premier "express" est déjà tiède et sans arôme alors que le dernier n'est pas encore servi. Quel merveilleux avantage que celui de pouvoir préparer simultanément deux, trois, quatre.. . ou huit cafés! Dans un temps à peine plus long que pour en faire deux! Dans les machines actuelles le récipient de lixiviation est de forme cylindrique, la granulométrie est à peu près constante, de même que la pression du solvant, ce qui implique une épaisseur constante pour la "couche" de poudre à traiter si l'on veut obtenir des résultats constants en qualité et en temps de préparation. Cette épaisseur est critique pour une granulométrie et une pression donnée; si l'épaisseur est trop faible le solvant traverse trop vite à poudre sans pénétrer au coeur des grains, si l'épaisseur est trop..DTD: grande la pression n'est plus suffisante pour agir dans des temps acceptables. On pourrait augmenter la pression pour des épaisseurs plus grandes, mais, mis à part la limite imposée par la résistance des matériaux (fond du filtre en premier) et la difficulté de réglage de la pression d 'un fluide dont le débit d'écoulement est mal contrôlé, cette solution n'est pas applicable car les plus fines particules de poudre entraînées dans le flux du solvant constituent très vite une barrière infranchissable dès que l'épaisseur de poudre est supérieure au double de l'épaisseur normale. D'autre part, l'expérience a montré que l'arôme et le goût des boissons sont affectés différemment par des pressionsde lixiviation différentes. Pour traiter par lixiviation des doses variables de poudre. la seule solution est donc de faire varier le "volume" de poudre tout en préservant son épaisseur. Si l'on persiste à donner au récipient de lixiviation une forme globalement plane (rectangulaire à priori) les nombreux problèmes de remplissage et d'éjection, et surtout les problèmes d'étanchéité aboutissent à des solutions inapplicables. -2- La seule solution de ce problème est fournie par l'utilisation d'un récipient de forme tubulaire "d'épaisseur" constante. Reste à résoudre les problèmes de remplissage, d'éjection des marcs et les problèmes d'étanchéité. PRINCIPE DU RECIPIENT DE LIXIVIATION A VOLUME VARIABLE Il est essentiellement constitué de quatre parties. Voir figure 1 1 LE CORPS (A) a globalement la forme d'un cylindre droit de base annulaire. Cet anneau circulaire régulier a un rayon intérieur égal à R. Son rôle est du supporter le "filtre" (1) qui matérialise la surface latérale extérieure du "tube" constitutif du "volume" de lixiviation; il doit aussi répartir régulièrement le solvant sur toute la surface extérieure de (1) par laquelle le solvant pénètre la poudre à traiter. (rôle de Ch.1). 2 LE NOYAU (B) a la forme d'un cylindre droit à base circulaire de rayon égale à "r", sa hauteur égale à "H" est rigoureusement celle de (A). Son rôle est de supporter le filtre (2) par lequel le solvant chargé quitte la poudre pour être "récupéré" dans la chambre annulaire (Ch.2) et aboutir dans le canal de sortie (S). La forme cylindrique des filtres (1) et (2) leur permet de supporter des pressions bien supérieures à celles que peuvent supporter les filtres classiques à fonds plats. 3 LA BASE (C) est globalement plane, son rôle est de supporter A et B dont elle permet de maintenir rigoureusement les positions relatives, de sorte que R-r=e,; avec e=constante = l'épaisseur de poudre que le solvant devra traverser dans tous les cas. La quantité variable de poudre à traiter sera introduite par gravité dans le récipient TUBULAIRE constitué par A, B et C de façon à ce que la surface supérieure du "volume" de poudre s'approche le plus possible d'une surface plane orthogonale à l'axe du récipient. LE BOUCHON (D). Sa partie opérante a la forme d'un TUBE cylindrique qui emboîte avec un jeu ú dans le récipient de lixiviation et en limite le volume utile en le pénétrant jusqu'à "buter" sur la poudre qu'il doit "tasser" légèrement pour supprimer les passages préférentiels probables. Sa partie opérante a au moins une hauteur égale à H de sorte que le volume de poudre traité puisse varier de zéro à îh(R2-r2). h est la hauteur utile des filtres. Si le principe de la forme TUBULAIRE pour un récipient n'est pas nouveau, il est fort probable que ce sont les problèmes posés par sa mise en application qui ont rebuté jusqu'à présent les fabriquants de machines à café conscients des avantages de cette solution. Pour qui connait l'Histoire de la machine à café il est possible de penser cela, car cette forme tubulaire a effectivement été employée dans des percolateurs destinés aux collectivités -3- (casernes, hôpitaux, etc...) en un temps o le café-express n'avait pas encore la vogue qu'il connait actuellement. Mais alors la mouture était bien plus grosse, lapression très faible, la percolation et l'infusion participaient à l'opération qui était relativement très lente. Toutes les opérations étaient manuelles et les problèmes d'étanchéité ne se posaient pas car le récipient contenant la mouture était à la pression atmosphérique. La partie supérieure de la mouture était recouverte simplement par une plaque métallique circulaire traversée par un tuyau de petit diamètre par lequel l'eau chaude arrivait poussée par la pression de sa vapeur. La boisson sortait à l'extérieur par un filtre grossier de forme cylindrique et se répandait dans un récipient calorifugé. Bref! Tout était absolument différent, si ce n'est la forme global du récipient à mouture et sa finalité première. Le récipient décrit ci-dessus caractérisant l'invention est donc bien nouveau. En particulier la forme et la double fonction du bouchon (D) sont nouveaux. Le sens de passage du solvant de l'extérieur vers l'intérieur, la nature des filtres et leur pression d'utilisation, les rapports des dimensions et la capacité à être intégré dans un ensemble automatique sont autant de qualités nouelles caractérisantes. Les différentes façons décrites ci-dessous de mettre en application ce nouveau récipient, si elles ne sont pas nouvelles dans leurs fonctions propres, elles le sont cependant par leur finalité commune. COMMENT METTRE CE RECIPIENT EN PRATIQUE Dans l'ordre de fontionnement se posent les problèmes suivants: Distribution et répartition régulière de la mouture. 2 Fermeture du récipient et tassage léger de la mouture. 3 Etanchéité sous pression. 4 Ejection des marcs. De multiples solutions se répartissent en deux classes suivant que le récipient de lixiviation nommé désormais "PORTE-FILTRES" (en abrégé P-F) est fixe ou mobile. EXEMPLES DE REALISATIONS 1 DISTRIBUTION ET REPARTITION REGULIERE DE LA MOUTURE. a) P-F mobiles. Une tourelled'axe vertical sur laquelle sont fixés "n" PF régulièrement répartis dans un même plan (n>3), est entrainée par un moyen quelconque capable de la fixer dans n positions successives séparées chacune d'un angle de 360 /n. Soit P.1 la position de l'axe al du "bouchon" D avec ses moyens de translation, l'axe du distributeur de mouture correspondra à la position P.O immédiatement en amont de P.1. Si la matière première est du café en grains, le "moulin distributeur" sera un moulin à café à meules coniques du genre de ceux qui existent depuis fort longtemps. Il pourra si nécessaire -4- comporter en dessous des meules un système adéquat pour la répartition de la mouture dans les P-F. Pendant les moments de "pointes" le système à tourelle comportant plusieurs P-F permet de "charger" un P-F tandis que le précédent est en cours de lixiviation, ce qui économise le temps de chargement non négligeable. b) P-F fixe. Voir la figure 2. Dans ce cas l'obturateur E est forcément mobile, il est économique d'utilser cette mobilité pour distribuer la poudre et pour "pousser" les marcs hors de la surface supérieure (Ss) de l'ensemble F sur laquelle glissera le "TIROIR DISTRIBUTEUR" de poudre E par mouvement de translation ou même de rotation imprimé par un moteur quelconque capable de fixer E dans l'une quelconque des positions P.O, P.1 ou P.2. P.O est l'une de deux positions extrêmes de E, c'est la position d'ouverture de la chambre de lixiviation Ch.3 permettant la "sortie" des marcs hors de Ch.3 par le mouvement ascendant du piston annulaire D1. P.O est aussi la position du tiroir E dans laquelle ce dernier sera "chargé"en vrac par un moyen quelconque connu, capable d'alimenter en poudre au maximum de sa capacité la chambre annulaire Ch.4, cette capacité maximum étant nettement supérieure à la capacité maximum de la chambre Ch.3. P.1 est la position d'obturation de Ch.3, ce pourrait être aussi la position de "chargement" décrite précédemment. P.2 est la deuxième position extrême du tiroir E; elle fait correspondre l'axe a2 de Ch.4 à l'axe al de la chambre de lixiviation, de telle sorte que la poudre puisse "passer" par gravité de son magasin de transport Ch. 4 à la chambre Ch.3 après que le piston D1, initialement dans sa position haute, se soit mis à la hauteur correspondant à la dose de poudre présélectionnée. 2 FERMETURE DU RECIPIENT ET TASSAGE LEGER DE LA POUDRE. a) Si le P-F est mobile sa fermeture s'opérera dans le "groupe" de lixiviation par la pénétration de D dans la chambre Ch.3. Le réglage de ce mouvement de translation assurera le tassage édéquat de la poudre dans Ch.3. Le moteur de ce mouvement peut être quelconque, pourvu qu'il permette le tassage léger de la poudre et qu'il assure le blocage de D pendant la lixiviation. Un vérin oléopneumatique convient parfaitement. b) Si le P-F est fixe la fermeture s'opère par le tiroir E en position P. 1. La poudre sera tassée par un petit déplacement contrôlé du pison D1. ETANCHEITE SOUS PRESSION. Dans un cas elle est assurée par les joints toriques J1 et J2 en appui sur D. Dans l'autre cas elle est assurée par les joints annulaires J3 et J4. 4 EJECTION DES MARCS. a) P-F mobiles. Le "déchargement" des marcs a lieu hors du "groupe", dans la position P.ú, par un retournement du P-F concerné accompagné d'un lavage qui désagrège le corps formé par les marcs ainsi expulsés vers le bas dans une tubulure adéquate. b) P-F fixe. Après la période de lixiviation le piston D1 "monte" dans sa position extrême transportant ainsi les marcs sur la surface Ss hors de laquelle ils seront "poussés" par le front avant (f.a.) du tiroir E lors de son passage de P.O à P.1. À.-5- 2617056 -REVENDICATIONS- 1) Récipient pour la lixiviation dans les machines automatiques, caractérisé par la forme intérieure déterminant sa capacité (Ch.3) réceptacle de la poudre à traiter. Cette forme caractérisante est celle d'un tube cylindrique d'épaisseur constante (e), limité à ses deux extrémités par des surfaces planes orthogonales à son axe (al). 2) Récipient selon la revendication 1 caractérisé par le système faisant varier sa capacité d'une manière continue. La partie opérante (D) ou (Dl) de ce système est constitué par un tube d'épaisseur constante (e moins 6) de forme rigoureusement égale à celle de la chambre de lixiviation (Ch.3). E est le jeu mécanique minimum nécessaire au coulissement de (D) dans (Ch. 3). La variabilité du volume utile de (Ch.3) est obtenue par la pénétration plus ou moins importante de (D) dans ledit volume (Ch.3). 3) Récipient selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le solvant sous pression pénètre la poudre à traiter par la surface latérale cylindrique extérieure (1) perforée de trous adéquats, et sort chargé d'extraits solubilisés par la surface latérale intérieure cylindrique (2). 4) Récipient selon l'ensemble des revendications précédentes caractérisé par le fait que la partie opérante du système de réglage de capacité (D) peut être utilisé pour la fermeture étanche du récipient de lixiviation dans les cas o sa pénétration dans ledit récipient s'opère par l'entrée supérieure normalement ouverte pour recevoir la dose de poudre présélectionnée.