Brevet FR2699388A1 — publié le 19940624

APPAREIL POUR INFUSER UN PRODUIT. DESCRIPTION L'invention concerne un appareil pour infuser un produit, comprenant: un réservoir pour contenir une quantité de liquide, des moyens pour visualiser la quantité de liquide, des moyens pour chauffer la quantité liquide, des moyens de filtrage pour recevoir le produit et la quantité de liquide, des moyens de répartition de la quantité de liquide en une quantité de prémouillage et au moins une quantité additionnelle qui sont versées sur le produit au cours respectivement d'au moins deux étapes espacées en temps. Il peut s'agir, par exemple, d'infuser du thé, du café, une tisane ou autres. Il est bien connu que le mécanisme d'infusion consiste à soumettre le produit à infuser, par exemple du café, à l'action d'un liquide chaud (généralement de l'eau, plus rarement du lait) qui extrait ainsi du produit des espèces solubles, le mélange eau/espèces solubles étant recueilli dans un récipient. Dans le cas du café, il est courant de verser l'eau chaude en une seule étape Cependant, cette méthode n'est pas optimale pour diverses raisons, en particulier au début les particules de café sont insuffisamment mouillées, gonflées et chauffées et l'eau passe trop vite sans bien infuser le café Pour améliorer l'efficacité et la qualité d'extraction des espèces solubles, il a été proposé de verser l'eau chaude en plusieurs étapes C'est ce qui est décrit dans le document DE-A-39 09 626. Pour cela, la quantité d'eau à verser est répartie en une quantité de prémouillage qui est versée au cours d'une première étape et en quantités additionnelles qui sont versées ultérieurement Après le prémouillage, une période d'attente est observée au cours de laquelle on laisse le café gonfler sous l'action de l'eau chaude versée Puis l'eau restante est à son tour versée au cours d'une ou plusieurs autres étapes. Pour cela, ce document propose d'effectuer les opérations en imposant des périodes de temps au cours desquelles l'aspersion du café par l'eau chaude est soit autorisée soit arrêtée Ceci est obtenu en agissant sur la durée du chauffage de l'eau contenue dans le réservoir Mais l'utilisateur peut être conduit à utiliser des quantités de liquide qui ne sont pas toujours les mêmes, ce qui entraîne quelques problèmes de mise en oeuvre non résolus par ce document En particulier, la quantité optimale d'eau de prémouillage pour un petit nombre de tasses peut être sensiblement différente de celle pour un grand nombre de tasses. Aucun moyen pour adapter l'eau de prémouillage à la quantité de café ou à la quantité d'eau mise dans la cafetière n'est révélé. Le but de l'invention est de simplifier les tâches à effectuer par l'utilisateur en lui rendant le fonctionnement transparent. Ce but est atteint avec un appareil comprenant des moyens pour mesurer en continu des quantités de liquide contenues dans le réservoir, pour définir ladite quantité de prémouillage et au moins ladite quantité additionnelle en effectuant des partitions de la quantité de liquide d'après la quantité de liquide contenue initialement dans le réservoir, et pour agir sur les moyens de répartition d'après un suivi des quantités de liquide mesurées. Ainsi l'appareil sélectionne un programme de répartition de liquide à exécuter en mesurant la hauteur de liquide contenue dans le réservoir Ceci évite à l'utilisateur d'indiquer, par un bouton ou un curseur, le nombre de tasses demandé et ne nécessite donc pas un sélecteur de nombre de tasses. Ainsi, le déroulement des opérations devient "transparent" pour l'utilisateur En effet, selon la pratique courante, il lui suffit de verser l'eau dans le réservoir jusqu'à ce que la visualisation du niveau de liquide corresponde au nombre de tasses qu'il désire et il met alors la quantité correspondante de café moulu à utiliser d'après la quantité d'eau versée C'est en mesurant ce niveau à l'aide d'un capteur approprié que l'appareil peut déterminer la quantité d'eau, c'est-à-dire le nombre de tasses standard voulu par l'utilisateur Il suffit alors d'enclencher l'appareil qui choisit automatiquement le programme approprié prévu pour cette quantité d'eau Eventuellement un sélecteur permet à l'utilisateur d'exprimer sa préférence pour un café fort ou léger, ce qui a pour conséquence de sélectionner des programmes différents de répartition de la quantité d'eau versée. Les moyens pour mesurer lesdites quantités de liquide effectuent des mesures capacitives à l'aide de deux lames métalliques formant électrodes plongeant dans le liquide, l'une au moins étant revêtue d'un diélectrique isolant Il est aussi possible que les moyens pour mesurer les quantités de liquide effectuent des mesures capacitives à l'aide de deux lames disposées verticalement extérieurement sur des parois du réservoir Lesdits moyens peuvent aussi comprendre un pressostat qui agit sur une jauge de contrainte ou un capteur de pression au silicium Ces différents aspects de l'invention et d'autres encore seront apparents et élucidés à partir des modes de réalisation décrits ci-après. L'invention sera mieux comprise à l'aide des figures suivantes, données à titre d'exemples non limitatifs, qui représentent Figure 1: un schéma d'un appareil selon l'invention avec une mesure capacitive de la quantité de liquide. Figure 2: un schéma d'un autre mode de mesure capacitive de la quantité de liquide. Figure 3: un schéma d'un mode de mesure de la quantité de liquide à l'aide d'un pressostat. Figure 4: un schéma d'un mode de mesure de la quantité de liquide à l'aide d'un capteur de pression en silicium. Figure 5: une courbe de mesures de capacité en fonction de la hauteur de liquide. La figure 1 représente un appareil 5 pour infuser un produit 10 Il comprend un réservoir 12 contenant un liquide 13 qui est chauffé par une résistance chauffante 14 Un indicateur 17 permet de visualiser la hauteur de liquide dans le réservoir Le liquide sous forme eau/vapeur est entraîné par une pompe 16 vers le produit 10 par une canalisation 15 Des moyens de filtrage 18, dans lesquels se trouve le produit 10, reçoivent le liquide Après passage sur le produit, le mélange liquide/espèces solubles est reçu dans un récipient 19, La hauteur de liquide est déterminée par des moyens de mesure comprenant un circuit de mesure 22 réuni par exemple à deux électrodes 20 a, 20 b isolées, plongeant dans le liquide et constituant une capacité D'après la hauteur de liquide dans le réservoir 13, les moyens de mesure 22, 20 a, 20 b agissent en conséquence sur les moyens de répartition 23 Il est possible que l'appareil ne contienne pas de pompe de circulation 16 mais que la circulation du liquide soit assurée par une thermopompe de type connu Celle-ci étant activée par le chauffage 14 du liquide, les moyens de mesure 22, 20 a, 20 b activent alors le chauffage 14 (connexion 26). Le processus mis en oeuvre consiste pour l'utilisateur à placer, dans les moyens de filtrage 18, une certaine quantité de produit 10 et à verser dans le réservoir 12 la quantité de liquide correspondant au nombre de tasses désiré A partir de ce moment, le processus de fonctionnement est, pour lui, transparent La hauteur initiale de liquide Hi est tout d'abord déterminée par les moyens 22, 20 a, 20 b A chaque hauteur initiale Hi (donc à chaque quantité initiale Qi), on associe, dans les moyens de répartition 23, un programme de répartition, en quantité de liquide et en durée de périodes d'attente, de la quantité initiale Qi de liquide Le programme de répartition est par exemple stocké dans une mémoire placée dans les moyens de répartition 23, formés par exemple, entre autres, d'un microcontrôleur. Cette répartition consiste à attribuer à la hauteur Hi une quantité de premouillage Qp qui est versée sur le produit, puis à appliquer un temps d'attente, enfin à verser une ou plusieurs quantités additionnelles Qa jusqu'à ce que la totalité de l'eau contenue dans le réservoir ait été versée. Lorsqu'il y a plusieurs quantités additionnelles, un temps d'attente est observé entre les différents versements. Ainsi, le programme prévu pour une quantité initiale Qi (hauteur Hi) peut être le suivant: quantité de prémouillage Qp, déterminée par la mesure d'une hauteur Hp, temps d'attente Ta, lère quantité additionnelle Qal, déterminée par la mesure d'une hauteur Hal, temps d'attente Tal, 2 ème quantité additionnelle Qa 2 = Qi (Qp + Qal) déterminée par la mesure d'une hauteur nulle. Pour chaque quantité initiale Qi, un programme stocké en mémoire renferme les paramètres Hp, Ta, Hal, Tal Au cours du déroulement du programme, la pompe de circulation ou les moyens de chauffage (thermopompe) sont activés en conséquence. Les paramètres ci-dessus peuvent dépendre du type d'appareil Ils sont déterminés par le fabricant de l'appareil Des programmes différents peuvent être envisagés pour différents pays d'après les goûts et habitudes qui y sont prépondérants (moutures de café ou autres). La mesure de niveaux avec une bonne résolution peut être réalisée de multiples façons, par exemple par une mesure de capacité (figures 1, 2) ou encore par une mesure de pression dans une enceinte fermée (figures 3, 4) dans laquelle la variation de hauteur de l'eau entraîne une variation de volume d'air donc une variation de pression Cette variation de pression peut être mesurée par un capteur de pression comprenant un capteur au silicium par exemple, ou encore par une jauge de contrainte sollicitée par la membrane d'un corps de pressostat. Pour mesurer le niveau d'eau par une mesure de capacité (figure 1), on peut vouloir, vu la forte constante diélectrique de l'eau, mesurer la capacité d'une veine de liquide en y plongeant deux électrodes métalliques nues Il faut cependant utiliser cette méthode avec beaucoup de précautions En effet l'eau potable que l'on utilise pour faire du café contient des ions (Ca++, Mt", Na+) de sorte qu'elle présente une conductivité non négligeable même si elle a une dureté hydrotimétrique faible Cette capacité présente donc en parallèle une résistance de fuite importante préjudiciable à la mesure de la capacité Par ailleurs, la mise en oeuvre de cette méthode nécessite d'éviter avec soin que l'utilisateur puisse toucher un organe sous tension. Par contre, préférentiellement, si les électrodes sont revêtues d'un diélectrique étanche, l'eau agit en quelque sorte comme une électrode intermédiaire ou encore comme un court-circuit de liaison entre deux capacités formées par les deux électrodes. La capacité résultante mesurée est alors essentiellement une fonction simple de la surface d'électrode revêtue et mouillée, des épaisseurs des diélectriques de revêtement et de leurs constantes diélectriques. Sur la figure 1, la mesure du niveau de liquide est faite capacitivement par deux électrodes plongeant dans le liquide. Le principe de fonctionnement reste le même avec deux électrodes a, 20 b disposées à l'extérieur du réservoir 12 (figure 2) Les explications suivantes sont donc valables pour les deux cas Dans le cas de la figure 2, la paroi du réservoir 12 doit être isolante pour constituer le diélectrique d'une capacité Cl formée par l'électrode b et l'eau contenue dans le réservoir De même l'électrode 20 a, la paroi et l'eau versée forment une capacité C 2 Les deux capacités Cl et C 2 sont mises en série par l'eau qui sépare les deux parois La ' capacité résultante C peut être mesurée entre les bornes 25 a, 25 b. Il est possible de n'avoir qu'une seule capacité Cl ou C 2 à mesurer en utilisant l'eau comme seconde borne de la capacité à mesurer Il est souhaitable de prendre des précautions quant à l'isolement de cette borne par rapport à l'utilisateur. Pour la partie qui émerge du niveau du liquide, une capacité formée par l'électrode 20 a, la paroi, l'air, la paroi, l'électrode 20 b possède une valeur négligeable On comprend que de la mesure de la capacité résultante C on puisse déterminer la hauteur h donc la quantité de liquide dans le réservoir. Une électrode peut être constituée par exemple d'une lame métallique (aluminium) prise en sandwich entre deux feuilles de polymère étanches scellées sur tout leur pourtour imergeable les rendant aptes à être plongées dans l'eau Les feuilles de polymère (par exemple en polyéthylène, polyester, polyimide ou autres) sont en contact intime avec le métal sans espace d'air Ceci peut être réalisé par collage, par exemple par thermocollage, colaminage, ou autres L'électrode recouverte de polymère peut être collée sur la paroi interne du réservoir à l'aide d'une colle étanche à l'eau. Lorsque l'on utilise deux électrodes pour accroître la capacité globale celles-ci peuvent être collées sur une même paroi. De multiples essais réalisés avec deux lames métalliques revêtues de film polymère de 25 à 75 micromètres d'épaisseur plongées dans l'eau potable, ont montré que la valeur de la capacité résultante est pratiquement indépendante de la distance entre les deux électrodes au- delà de un centimètre Par ailleurs, comme le montre la courbe de la figure 5 représentant des mesures effectuées avec deux lames d'aluminium revêtues de film de polyimide de 70 micromètres d'épaisseur environ et plongées dans l'eau, la sensibilité de mesure est bonne ainsi que la linéarité Pour une hauteur d'eau variant de 2 à 10 cm, soit dans le cas présent un nombre de tasses variant de 2 à 10 tasses, la capacité globale mesurée varie de 80 p F à 420 p F environ Par ailleurs, il y a très peu de différence entre une eau relativement 'douce" (mesures représentées par des croix sur la figure 5) et une eau beaucoup plus "dure" (mesures représentées par des points sur la figure 5). Dans le cas o les deux électrodes plongent dans le liquide (figure 1), il est nécessaire, comme décrit plus haut, de les entourer individuellement de façon étanche, d'une mince feuille ou d'un film de diélectrique pour créer les capacités Ci et C 2 Si les deux faces des électrodes plongent dans le liquide chaque électrode présente une capacité "face avant" et une capacité "face arrière" qui sont mises en parallèle et augmentent la capacité totale et donc la sensibilité de la mesure Par ailleurs, si comme il est parfois déjà envisagé pour des cafetières "électroniques", l'appareil comporte un système d'isolement par rapport au secteur (petit transformateur par exemple), l'épaisseur du film diélectrique peut être très mince: 0,1 mm voire quelques dizaines de micromètres La capacité globale est alors beaucoup plus grande et la mesure plus sensible que pour les électrodes placées à l'extérieur sur une paroi, en général épaisse (quelques mm) Dans ce dernier cas, il est avantageux de placer les électrodes sur une partie amincie de la paroi En l'absence de transformateur, on peut satisfaire aux normes de sécurité en colaminant plusieurs épaisseurs de film (par exemple 3 épaisseurs: 1 épaisseur pour l'isolation et 2 épaisseurs supplémentaires pour les normes de sécurité). L'épaisseur totale restant faible (entre 0,1 et 0,2 mm). Enfin, dans le cas o l'électrode provient d'une découpe d'un long ruban métallique souple colaminée avec des films polymères, on peut conserver les deux extrémités de l'électrode hors de l'eau en plaçant le ruban en forme de U dans le récipient d'eau. Cela évite de rendre étanche une des extrémités par un film supplémentaire, électrode par électrode L'autre borne de la capacité à mesurer est constituée par l'eau elle-même. On peut également utiliser deux électrodes isolées repliées en forme de U qui plongent dans le liquide en conservant les extrémités d'électrodes hors de l'eau Les deux électrodes constituent ainsi les armatures des capacités décrites précédemment. La mesure de la capacité résultante, opérée dans les moyens de mesure 22, peut être réalisée aisément en plaçant la capacité dans un circuit RC dont on mesure la constante de temps par exemple en mesurant sa tension de décharge à des intervalles réguliers ou en plaçant la capacité dans un circuit oscillant dont on mesure la fréquence d'oscillation. Pour la mesure de la hauteur du liquide, il est également possible d'utiliser un corps de pressostat 27 réuni au liquide du réservoir par une canalisation 28 placée en dérivation au bas du réservoir (figure 3) La pression du gaz emprisonné dans la cavité 30 agit sur le corps de pressostat 27 dont la membrane agit par exemple sur une lame à jauge de contrainte 32 qui délivre un signal de mesure fonction de la pression du liquide donc de sa hauteur. On peut également remplacer l'ensemble corps de pressostat 27 jauge de contrainte 32 par un capteur de pression, au silicium par exemple, que l'on raccorde de façon hermétique à la canalisation 30. On peut également placer un capteur de pression au silicium 33 dans une pièce 34 qui vient boucher hermétiquement la canalisation 28 comme cela est indiqué sur la figure 4 La canalisation 30 peut alors être supprimée. D'autres capteurs de niveaux sont utilisables et entrent dans le cadre de l'invention. Il est possible de disposer sur l'appareil un sélecteur 29 (figure 1) que l'utilisateur manoeuvre pour indiquer sa préférence sur la concentration du liquide infusé obtenu Ainsi pour une même hauteur initiale Hi de liquide plusieurs jeux de programmes peuvent être adressés (donc plusieurs partitions de liquide) selon la position du sélecteur choisie par l'utilisateur Le programme sélectionné doit permettre une extraction optimale du café Si l'utilisateur veut un café plus ou moins fort, il met plus ou moins de café pour un même nombre de tasses désiré En réduisant la quantité de café moulu, on obtient une économie de café moulu sans perdre, grâce à l'invention, la qualité du café infusé Le sélecteur permet à l'utilisateur d'indiquer qu'il a mis plus ou moins de café moulu en vue d'obtenir un café infusé plus ou moins fort, ce qui entraîne une sélection, par l'appareil, du programme approprié. C'est d'ailleurs lorsque la quantité d'eau versée par l'utilisateur (donc le nombre de tasses désiré) sera voisine du maximum ou du minimum admissible que les programmes de répartition de l'eau versée seront substantiellement modifiés par le sélecteur En effet, en modifiant les rapports quantité d'eau versée/quantité de café moulu pour obtenir un résultat optimal, on est conduit à répartir différemment l'eau versée, c'est-à-dire à intervenir sur la quantité d'eau de prémouillage et sur le délai d'attente. Pour un même utilisateur l'emploi du sélecteur, tout en étant utile, ne sera guère contraignant En effet, ses désires sur la force du café changeant peu, le sélecteur sera en général conservé dans une position donnée sauf lorsqu'il voudra l'adopter à d'autres demandes. REVENDICATIONS 1 Appareil ( 5) pour infuser un produit ( 10), comprenant un réservoir ( 12) pour contenir une quantité de liquide ( 13), des moyens ( 17) pour visualiser la quantité de liquide, des moyens ( 14) pour chauffer la quantité liquide, des moyens de filtrage ( 18) pour recevoir le produit et la quantité de liquide, des moyens ( 23, 16) de répartition de la quantité de liquide en une quantité de prémouillage et au moins une quantité additionnelle qui sont versées sur le produit au'cours respectivement d'au moins deux étapes espacées en temps, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens ( 20 a, 20 b, 22) ( 27, 28, 32) ( 28, 33, 34) pour mesurer en continu des quantité de liquide contenues dans le réservoir, pour définir ladite quantité de prémouillage et au moins ladite quantité additionnelle en effectuant des partitions de la quantité de liquide d'après la quantité de liquide contenue initialement dans le réservoir, et pour agir sur les moyens de répartition d'après un suivi des quantités de liquide mesurées. 2 Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens pour mesurer lesdites quantités de liquide effectuent des mesures capacitives à l'aide d'au moins une lame électrode ( 20 a, b) plongeant dans le liquide. 3 Appareil selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'une au moins des électrodes est revêtue d'un diélectrique étanche. 4 Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens pour mesurer les quantités de liquide effectuent des mesures capacitives à l'aide d'au moins une lame ( 20 a, 20 b) disposée verticalement extérieurement sur une paroi du réservoir ( 12). Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens pour mesurer lesdites quantités de liquide comprennent un capteur de pression ( 27, 32) ( 33, 34). il 6 Appareil selon une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comprend un sélecteur ( 29) qui, pour une seule quantité initiale de liquide, permet de sélectionner plusieurs programmes de partition.