Brevet FR2920656A1 — publié le 20090313

La présente invention concerne une pièce pour circuit hydraulique de machine pour préparation de boissons. Elle trouve notamment son application dans le domaine des machines pour préparation de boissons opérant une infusion d'un produit par un liquide chaud. Tel est le cas des machines à café de type EXPRESSO. Elle pourra également s'appliquer à la production de boissons à partir d'autres matières telles que le thé ou le cacao. Il a été constaté qu'au fur et à mesure des cycles de préparation, la qualité des boissons obtenues avec une même machine se dégrade. Cet inconvénient est d'autant plus préjudiciable que les exigences des consommateurs en matière de qualité gustative de ce type de boissons tendent à s'accroître. Il a également été constaté que cette dégradation du goût des boissons obtenues provient d'une diminution des performances de la machine. Pour tenter de pallier cette diminution des performances, on procède habituellement à des opérations de maintenance régulières du circuit hydraulique de la machine. Ces opérations consistent à remplacer ou à démonter et nettoyer un nombre plus ou moins important de pièces constituant le circuit hydraulique de la machine. Parmi ces pièces peuvent figurer des organes essentiels de la machine tels que la chaudière, la pompe ou des portions de canalisation du circuit. Ces opérations sont longues, fastidieuses, coûteuses et induisent une indisponibilité de la machine qui en plus de causer un désagrément certain pour l'utilisateur provoque un préjudice économique significative si la machine fait l'objet d'une exploitation professionnelle. Malgré ces fréquentes opérations de maintenance la qualité des boissons obtenues tend tout de même à se dégrader au cours de la vie de la machine. Par ailleurs, de nombreuses solutions ont été développées pour renforcer l'efficacité des filtres habituellement disposés en entrée de circuit hydraulique afin d'améliorer la qualité du liquide servant à la préparation de la boisson. Cependant, ces filtres ne se sont pas avérés suffisamment performants pour stabiliser au cours du temps et de manière significative la qualité des boissons obtenues. Il existe donc un besoin d'améliorer la stabilité des performances des machines de préparation de boissons. Pour répondre à ces besoins, il est prévu selon la présente invention une pièce pour circuit hydraulique de machine pour préparation de boissons destinée à être positionnée au contact d'un liquide entrant dans la composition de la boisson, la pièce étant au moins un partie recouverte d'un revêtement comportant une couche de carbone amorphe additionné de silicium. 2 Le demandeur s'est aperçu que ce type de revêtement présente de très bonnes propriétés d'anti-adhérence. Un tel revêtement limite de façon particulièrement efficace les dépôts de calcaire qui ont tendance à s'accumuler sur les pièces des circuits hydrauliques conventionnels. Or, le demandeur a identifié que dans les circuits hydrauliques conventionnels la dégradation du goût de la boisson est en grande partie due à des dépôts de calcaire s'accumulant sur certaines pièces placées au contact du liquide parcourant le circuit hydraulique. En effet, l'accumulation de calcaire a tendance à modifier les dimensions de certains passages du circuit, ce qui entraîne par conséquent une modification du débit du liquide et perturbe substantiellement le processus de préparation de boisson. On observe alors une dérive du goût et de la consistance du café. L'invention, en empêchant l'accumulation par adhérence de dépôts de type calcaire sur des pièces du circuit contribue ainsi à préserver les dimensions critiques de ces mêmes pièces et assure un maintien des performances du circuit hydraulique. Par ailleurs, le demandeur s'est aperçu que même en faible quantité, ces dépôts de calcaire et de tartre tendent à former une couche thermiquement isolante sur les surfaces des pièces sur lesquels ils s'accumulent. Le demandeur a également identifié que l'équilibre thermique des circuits hydrauliques connus peut être substantiellement perturbé si la conductivité thermique de certaines pièces est modifiée. Or, il a été constaté qu'une dérive même de quelques degrés de la température du liquide dans le circuit hydraulique entraîne une détérioration significative du goût de la boisson obtenue. En effet, pour obtenir un goût optimal, la température du liquide doit être parfaitement maîtrisée notamment lors de l'infusion en ce qui concerne la préparation de café. Par ailleurs, le demandeur a identifié que ce revêtement présente une bonne conductivité thermique et que cette dernière est sensiblement supérieure aux revêtements anti-adhérents connus et réalisés à base de titane ou de téflon. Par conséquent, cette caractéristique de l'invention contribue à préserver les échanges thermiques nécessaire au processus d'élaboration de la boisson et participe efficacement au maintien du régime thermique du circuit hydraulique. L'invention, en empêchant l'accumulation par adhérence de dépôts de tartre sur des pièces du circuit et en préservant la conductivité thermique de ces mêmes pièces, contribue ainsi à préserver les performances thermiques du circuit hydraulique et améliore la maîtrise de la température du liquide. 3 Comme cela sera détaillé par la suite, parmi ces pièces intervenant dans les échanges thermiques, figure l'échangeur qui vise à favoriser des échanges de chaleur entre de l'eau froide en provenance du réservoir et de l'eau chaude contenue dans la chaudière. Tel est également le cas de la tête d'infusion qui, dans les machines professionnelles, a pour fonction d'assurer une régulation thermique de la chambre d'infusion par conduction thermique entre la tête d'infusion et un bloc de stabilisation thermique. La pièce selon l'invention pourra en outre présenter au moins facultativement l'une quelconque des caractéristiques suivantes : - la couche présente une structure amorphe comprenant des amas graphitiques dans une matrice de type diamant, - la proportion atomique Si/(Si+C) dans la couche, varie de 5 à 50 % et plus particulièrement de 10 à 40 %, - elle contient au moins un autre agent dopant choisi parmi le bore, le phosphore, l'argon, l'azote et le fluor dont la teneur est inférieure à la teneur en silicium, - elle comporte un substrat sur lequel est déposé le revêtement, le substrat étant réalisé en un matériau choisi parmi des métaux, des verres, des semi- conducteurs, des céramiques et des matériaux organiques, - le substrat est réalisé en un matériau choisi parmi des métaux, des verres, des semi-conducteurs, des céramiques et des matériaux organiques, - le substrat est réalisé en un matériau choisi parmi le fer, les aciers, l'aluminium, le nickel, le titane, le cobalt, le chrome, les céramiques d'alumine, le silicium, le germanium, le verre et des matières plastiques telles que le polyéthylène, le polytétrafluoroéthylène et le polyuréthane, - elle forme une douchette, ou une plaque d'infusion, ou une portion de conduite pour le liquide, ou au moins une portion d'une chambre d'infusion dans laquelle le liquide est destiné à assurer l'infusion d'un produit, ou un bloc de stabilisation thermique, ou un ressort, ou une portion au moins d'un échangeur, ou un filtre, Il est également prévu selon l'invention un circuit hydraulique de machine pour préparation de boissons comportant au moins une pièce selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes. En outre, on prévoit selon l'invention un procédé de fabrication d'une pièce pour circuit hydraulique de machine pour préparation de boissons destinée à être 4 positionnée au contact d'un liquide entrant dans la composition de la boisson, dans lequel on dépose sur au moins une partie de la pièce un revêtement comportant une couche de carbone amorphe dopé. De nombreuses pièces de circuit hydraulique, notamment celles présentées par la suite à titre d'exemple pourront faire l'objet de la présente invention. Chacune des pièces selon l'invention comporte un substrat et un revêtement. Dans la suite de l'invention, on désigne par substrat la couche sur laquelle le revêtement est déposé. Ainsi, l'invention s'étend bien entendu aux pièces comportant une pluralité de couches dont l'une au moins est en partie recouverte d'un revêtement comportant une couche de carbone amorphe dopée. On pourra déposer le revêtement sur l'ensemble de la surface de la pièce. On pourra également prévoir de déposer ce revêtement uniquement sur la totalité ou uniquement sur une partie de la portion de pièce destinée à entrer au contact du liquide. Des caractéristiques additionnelles de ce revêtement et de son mode de dépôt vont maintenant être détaillées. Le revêtement comporte une couche de �carbone amorphe� également appelé �carbone dur amorphe�. Ce type de revêtement combine une matrice graphitique à une matrice de type diamant. Ce revêtement est notamment proposé par la société Applications Couches Minces ACM sous la marque CASIDIAM. La composition et la méthode d'obtention de ce type de revêtement sont décrites en détail dans la demande de brevet déposée le 12 juin 1991 sous le numéro FR 91 088 11 et publiée le 15 janvier 1993 sous le numéro FR 2 678 955. Ainsi pour chacune des pièces le substrat est revêtu sur au moins une partie de sa surface, d'un revêtement comportant une couche mince de carbone dur amorphe dopé au silicium. La teneur de silicium peut être sensiblement uniforme sur toute l'épaisseur du revêtement. Cette teneur peut également décroître depuis les couches profondes vers les couches superficielles de la couche mince. On peut également prévoir que ladite couche mince comprenne des couches superficielles dont la teneur en silicium est nulle. De manière préférée, la proportion atomique Si/(Si+C) dans la couche mince, varie de 5 à 50 % et plus particulièrement de 10 à 40 %. De manière facultative on pourra également prévoir que ladite couche mince contienne au moins un autre agent dopant choisi parmi le bore, le phosphore, l'argon, l'azote et le fluor dont la teneur est inférieure à la teneur en silicium. Avantageusement, le substrat est réalisé en un matériau choisi parmi des 5 métaux, des verres, des semi-conducteurs, des céramiques et des matériaux organiques. Plus précisément, on pourra prévoir de réaliser le substrat en un matériau choisi parmi le fer, les aciers, l'aluminium, le nickel, le titane, le cobalt, le chrome, les céramiques d'alumine, le silicium, le germanium, le verre et des matières plastiques telles que le polyéthylène, le polytétrafluoroéthylène et le polyuréthane. Selon un exemple de réalisation de l'invention, l'obtention du revêtement sur au moins une partie de la surface du substrat, s'effectue par la méthode de dépôt chimique en phase gazeuse assisté par plasma, d'une couche mince de carbone amorphe additionné de silicium, au départ d'un réactif gazeux contenant du silicium, éventuellement en mélange avec un hydrocarbure gazeux si le gaz contenant du silicium ne contient pas de carbone. Pour certaines pièces dont le matériau ne permet pas d'obtenir une couche mince adhérente, on peut prévoir une couche intermédiaire formant substrat et destinée à accueillir le revêtement afin de favoriser la cohésion de ce dernier sur la pièce. Ainsi, on pourra par exemple prévoir une couche intermédiaire d'aluminium entre le revêtement et une pièce en cuivre, en laiton ou en tout autre alliage du cuivre. On veillera bien entendu à choisir une couche intermédiaire conductrice si la pièce est destinée à participer à des échanges thermiques. De manière préférée, le gaz contenant du silicium est un organolisane qui répond à la formule (1) (1) dans laquelle R1, R2, R3, R représentent indépendamment -H ou un groupement alkyle ayant de 1 à 3 atomes de carbone, étant entendu que l'un au moins des substituants R1 - R4 est différent de H. De manière facultative, la teneur en silicium du dépôt est réglée par le choix du réactif gazeux, en fonction du rapport Si/(Si+ C) dudit réactif gazeux. De manière également facultative ledit réactif gazeux comprend du SiF4 et contient en outre au moins un agent dopant choisi parmi l'argon et l'azote et/ou un précurseur gazeux d'un agent dopant choisi parmi le bore, le phosphore et le fluor, plus précisément parmi N2F4, CF2, SiF4, PF5, PH3 et BF3. 6 Comme il a été décrit précédemment, une pièce selon l'invention, en limitant l'accumulation de dépôt de calcaire au sein du circuit hydraulique, contribue à préserver les débits et les échanges thermiques de ce dernier et participe efficacement à un maintien de la qualité de la boisson à préparer. En outre ce type de revêtement de part ces qualités d'anti-adhérence limite également l'accumulation de dépôts de substances autres que le calcaire ou le tartre telles que des substances graisseuses. Notamment, lors de la préparation de café, une substance issue du café, la caféone tend à se déposer sur les surfaces des pièces avec lesquelles elle entre en contact. Or, le demandeur s'est aperçu que dans les circuits connus cette substance tend à fixer le calcaire sur les surfaces des pièces du circuit ce qui tend à réduire l'efficacité des agents nettoyants employés lors des opérations de maintenance et favorise par conséquent l'accumulation du calcaire. En limitant les dépôts de caféone, l'invention renforce ainsi les avantages mentionnés précédemment et associés à la limitation des dépôts de calcaire. En outre, comme cela a été présenté précédemment, le revêtement peut être déposé sur les pièces du circuit selon une méthode simple et peu onéreuse. Ainsi l'invention peut être appliquée à des machines déjà existantes. Elle n'implique pas la conception de nouvelles pièces et nécessite uniquement de déposer sur des pièces conventionnelles le revêtement détaillé ci-dessus pour obtenir une pièce objet de la présente invention. Par ailleurs un tel revêtement facilite le nettoyage des circuits hydrauliques. Il permet ainsi de réduire la consommation d'agents nettoyants, de diminuer la durée et les efforts des opérations de maintenance. En outre, le demandeur s'est aperçu que dans les circuits connus la qualité gustative de la boisson obtenue est sensiblement dégradée par la migration dans le liquide de particules provenant des matériaux constituant habituellement les pièces des circuits hydrauliques conventionnels. Or, le revêtement des pièces selon l'invention constitue une barrière chimique très efficace empêchant toute corrosion du revêtement lui-même, ou du substrat par le liquide. Par ailleurs, dans les circuits conventionnels la corrosion tend à augmenter la porosité des surfaces des pièces ce qui contribue à faciliter l'accumulation de tartre. De plus, ce revêtement résiste parfaitement aux acides aux bases, aux solvants et de manière générale aux agents nettoyants agressifs. De plus, le revêtement déposé sur une pièce objet de la présente invention présente d'excellentes qualités organoleptiques. 7 Ainsi, l'invention permet de préserver la qualité de la boisson obtenue et de conserver l'intégrité de la machine au cours des cycles de fonctionnement de la machine. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre. Les dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif illustrent des portions de circuit hydraulique comportant des pièces pour lesquels un revêtement selon l'invention s'avère particulièrement avantageux : - La figure 1 présente une vue éclatée d'un ensemble pour chambre d'infusion de machine destinée à recevoir du café sous forme de dosette. - La figure 2 présente une vue éclatée d'un ensemble pour chaudière de machine à café domestique. - La figure 3 est un schéma d'une partie de circuit hydraulique de machine à café professionnelle. La liste de pièces citées par la suite en exemple n'est pas exhaustive et on peut bien évidemment prévoir de revêtir d'autres pièces équipant le circuit hydraulique. Notamment, le nombre, la fonction et la structure des pièces d'un circuit hydraulique varient sensiblement selon les différents modèles de machine de préparation de boissons. Par ailleurs, bien que les exemples suivants concernent plus particulièrement des machines à café, l'invention peut également s'appliquer à tous types de machines de préparation de boissons prévoyant une circulation d'un liquide. Les circuits hydrauliques comportent généralement une chambre d'infusion destinée à accueillir du produit à infuser et à permettre l'infusion de ce dernier par le liquide parcourant le circuit. A cet effet, une chambre d'infusion comporte généralement une pièce habituellement désignée "douchette" et présentant une paroi percée de plusieurs orifices. Une douchette 1 est illustrée en figure 1 et porte la référence 1. Une première face de la paroi de la douchette est disposée au regard du liquide provenant de la chaudière et une deuxième face, opposée à la première face, est disposée au regard du produit à infuser. Les orifices permettent le passage et la répartition du liquide dans la chambre d'infusion. Une chambre d'infusion comporte également une plaque portant au moins un trou. Une plaque référencée 2 est représentée sur la figure 1. Cette plaque 2 comprend une première face disposée au regard du produit à infuser et une deuxième face disposée au regard de la sortie du circuit hydraulique. Cette plaque 2 est notamment destinée à retenir le produit sous forme solide dans la chambre 11 et à laisser s'échapper le produit infusé à l'état liquide. 8 Les sections des orifices et du trou sont déterminées de manière très spécifique et influencent directement les débits de liquide entrant et sortant de la chambre d'infusion. Or ces débits conditionnent directement la qualité de la boisson obtenue. Le trou est en partie responsable de l'apparition d'une émulsion de café donnant naissance à de la mousse présente en surface du café et appréciée des consommateurs. Par ailleurs, ce trou assure une fonction essentielle de dépressurisation du circuit hydraulique. Déposer le revêtement détaillé ci-dessus sur la douchette 1 et/ou sur la plaque 2 de manière à obtenir une ou plusieurs pièces selon l'invention, permet de limiter l'accumulation de calcaire au niveau de ces orifices et/ou de ces trous. L'invention contribue ainsi à préserver la qualité de la boisson. Par ailleurs, la douchette 1 et/ou la plaque 2 peuvent être en contact avec un bloc de stabilisation thermique. Ce bloc, habituellement constitué de métal, est destiné à emmagasiner une importante quantité de chaleur et à en restituer une partie aux pièces de la chambre d'infusion avec lesquelles elle est en contact. Le bloc de stabilisation thermique vise ainsi à maintenir la chambre d'infusion à température constante quelle que soit la fréquence d'utilisation du circuit hydraulique. Des pièces selon l'invention faisant office de douchette 1 et/ou de plaque 2 présentent une très bonne conductivité thermique et permettent ainsi de limiter l'accumulation de tartre tout en préservant les performances thermiques du circuit hydraulique au cours du temps. On pourra également déposer le revêtement détaillé précédemment sur un filtre habituellement disposé en sortie de chaudière de manière à obtenir une pièce selon l'invention. Un tel filtre porte la référence 3 sur la figure 2. Dans les machines conventionnelles, il arrive bien souvent que ce filtre 3 s'entartre ce qui conduit à une dégradation de la qualité du café voir à un blocage du circuit hydraulique. Un filtre 3 selon l'invention permet de limiter considérablement les inconvénients précités et liés à l'accumulation de tartre. En outre, on pourra appliquer l'invention à un ensemble pour clapet de tarage habituellement présent dans les machines conventionnelles. Un tel ensemble pour clapet de tarage est référencé 4 sur la figure 2. Cet ensemble pour clapet de tarage 4 comporte habituellement un ressort 5 et un clapet 6 aptes à obturer un orifice de passage du liquide sous la poussée du ressort 5. Cet ensemble pour clapet a pour fonction de contrôler la pression à laquelle le liquide est injecté dans la chambre d'infusion 16. L'étanchéité assurée par le clapet 6 et la tension du ressort 5 doit être par conséquent parfaitement maîtrisée. Un clapet 6 et/ou un ressort 5 constituant des 9 pièces selon l'invention permet de limiter toute accumulation de tartre. Ces pièces permettent ainsi de préserver l'étanchéité et la mobilité de l'ensemble pour clapet. Ainsi ce dernier peut assurer une maîtrise optimale de la pression à laquelle le liquide est injecté dans la chambre d'infusion 16. On pourra également prévoir qu'une pièce selon l'invention fasse office de ressort de réservoir assurant l'obturation du conduit établissant une communication fluidique entre la pompe et le réservoir. Dans les circuits hydrauliques conventionnels, un entartrage excessif du ressort peut entraver l'alimentation de la pompe et nuire à l'intégrité du circuit hydraulique. Par ailleurs, on pourra prévoir de revêtir selon l'invention les pièces qui constituent les échangeurs des machines professionnelles et qui participent aux échanges thermiques. Un échangeur 10 est représenté sur la figure 3. Un échangeur 10 comporte généralement une chambre 11 présentant une paroi dont une face externe est au contact d'un liquide chaud contenu dans la chaudière 13 et dont une face interne accueille le liquide destiné à être porté à température d'infusion. L'échangeur 10 comporte également un tube 12 traversant métallique plongé dans le liquide contenu dans la chambre et destiné à alimenter la chambre 11 de l'échangeur avec du liquide froid. L'échangeur 10 comporte une sortie permettant au liquide porté à température d'infusion d'être évacué vers la chambre d'infusion 16. Ainsi, l'échangeur 10 assure des échanges thermiques entre d'une part les liquides au contact de part et d'autre de la paroi de la chambre 11 et d'autre part entre les liquides au contact de part et d'autre de l'intérieur et de l'extérieur du tube 12 traversant. L'entartrage de la paroi de l'échangeur 10 et/ou du tube 12 traversant conduit à une modification du régime thermique de l'échangeur 10. Or, les machines professionnelles doivent pouvoir fournir de très nombreux cafés en continu. Une diminution de régime thermique de la machine conduit inéluctablement à une dérive de la qualité des boissons obtenues. Par ailleurs, un entartrage excessif de l'échangeur 10 conduit généralement à une obturation complète de ce dernier ce qui nécessite une immobilisation et le démontage complet du circuit hydraulique. L'échangeur 10 comportant des pièces selon l'invention permet ainsi de limiter l'accumulation de calcaire et contribue efficacement à préserver au cours du temps l'équilibre thermique du circuit hydraulique. Un tel échangeur permet de préserver ainsi la qualité des boissons obtenues. Par ailleurs, une partie de l'eau à température d'infusion en sortie de l'échangeur 10 est destinée à fournir de la chaleur au bloc de stabilisation 14 thermique mentionné Io précédemment et représenté en figure 3. Cette chaleur peut ensuite être restituée au liquide par le bloc 14 au niveau de la chambre d'infusion 16. Ce bloc 14 permet ainsi de réguler la température d'infusion pour assurer des conditions d'infusion optimales. Cet apport de chaleur se fait lors du passage du liquide dans des conduits 15 portés par le bloc. Un entartrage de ces conduits 15 perturbe cet équilibre thermique particulièrement sensible. Un bloc de stabilisation 14 thermique dont au moins une partie des conduits 15 sont recouverts du revêtement détaillé précédemment permet de jouer son rôle de régulateur sans être soumis aux inconvénients liés à l'accumulation de tartre. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus, ni aux pièces mentionnées en exemple mais s'étend à tout mode de réalisation conforme à son esprit. REFERENCES 1. Douchette 5 2. Plaque 3. Filtre 4. Ensemble pour clapet de tarage 5. Ressort 6. Clapet 10 10. Echangeur 11. Chambre 12. Tube 13. Chaudière 14. Bloc de stabilisation 15 15. Conduits 16. Chambre d'infusion REVENDICATIONS 1. Pièce pour circuit hydraulique de machine pour préparation de boissons destinée à être positionnée au contact d'un liquide entrant dans la composition de la boisson, caractérisée en ce qu'elle est au moins en partie recouverte d'un revêtement comportant une couche de carbone amorphe additionné de silicium. 2. Pièce selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la couche présente une structure amorphe comprenant des amas graphitiques dans une matrice 10 de type diamant. 3. Pièce selon la revendication 1, caractérisée en ce que la proportion atomique Sil(Si+C) dans la couche, varie de 5 à 50 % et plus particulièrement de 10 à 40 %. 15 4. Pièce selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle contient au moins un autre agent dopant choisi parmi le bore, le phosphore, l'argon, l'azote et le fluor dont la teneur est inférieure à la teneur en silicium. 5. Pièce selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un substrat 20 sur lequel est déposé le revêtement et en ce que le substrat est réalisé en un matériau choisi parmi des métaux, des verres, des semi-conducteurs, des céramiques et des matériaux organiques. 6. Pièce selon la revendication 5, caractérisée en ce que le substrat est réalisé en 25 un matériau choisi parmi le fer, les aciers, l'aluminium, le nickel, le titane, le cobalt, le chrome, les céramiques d'alumine, le silicium, le germanium, le verre et des matières plastiques telles que le polyéthylène, le polytétrafluoroéthylène et le polyuréthane. 7. Pièce selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle 30 forme une douchette (1), ou une plaque (2) d'infusion, ou une portion de conduite pour le liquide, ou au moins une portion d'une chambre d'infusion (16) dans laquelle le liquide est destiné à assurer l'infusion d'un produit, ou un bloc de stabilisation (14) thermique, ou un ressort ou une portion au moins d'un échangeur (10), ou un filtre (3). 35 8. Circuit hydraulique de machine pour préparation de boissons comportant au moins une pièce selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Procédé de fabrication d'une pièce pour circuit hydraulique de machine pour préparation de boissons destinée à être positionnée au contact d'un liquide entrant dans la composition de la boisson, caractérisé en ce qu'on dépose sur au moins une partie de la pièce un revêtement comportant une couche de carbone amorphe additionné de silicium.