УЗЕЛ ПОДАЧИ ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ ДЛЯ МАШИНЫ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОФЕ "ЭСПРЕССО" ИЛИ ТОМУ ПОДОБНОГО И СООТВЕТСТВУЮЩАЯ МАШИНА
HOT WATER SUPPLY UNIT FOR COFFEE MACHINE "ESPRESSO" OR SIMILAR AND CORRESPONDING MACHINE

Настоящее изобретение относится в целом к области машин для приготовления напитков. Более конкретно, оно относится к узлу подачи горячей воды машины для приготовления кофе «эспрессо» (или другого напитка). Настоящее изобретение также относится к машине для приготовления кофе «эспрессо» (или другого напитка), содержащей такой узел подачи горячей воды.
ЕР 2 070 457 относится к машине для приготовления кофе или тому подобного, содержащей гидравлическое насосное средство для управляемой подачи потока воды, по меньшей мере, один узел для приготовления и выдачи кофе или тому подобного с, по меньшей мере, одним дозирующим элементом, причем указанный узел содержит электрический нагреватель, расположенный вверх по потоку от упомянутого элемента и предназначенный для нагрева до заданной температуры потока воды, проходящего через него; гидравлический контур, который соединяет насосное средство с впуском упомянутого нагревателя и который содержит электромагнитный клапан, способный принимать положение покоя, в которой упомянутый нагреватель, по существу, не содержит воду, и рабочее положение, в котором нагреватель включен для приема и прохождения через него потока воды, подаваемой насосным средством, для приготовления кофе или тому подобного; и средство управления, предназначенное для приведения в действие нагревателя и принудительного переключения упомянутого электромагнитного клапана в рабочее положение, только когда дана команда для приготовления и выдачи кофе или тому подобного, причем упомянутый узел, расположенный гидравлически вверх по потоку от нагревателя, содержит камеру, которая находится в теплообменной связи с нагревателем и предназначена для предварительного нагрева потока воды, направленного в упомянутый нагреватель. Машина также содержит узел генерации горячего пара. Электромагнитный клапан предназначен для принятия другого рабочего положения, в котором упомянутый нагреватель отключен для приема потока воды, подаваемой насосным средством, и в которой упомянутая камера соединена с впуском узла генерации пары, так что последний способен принимать поток воды, подаваемой насосным средством и проходящей через упомянутую камеру.
Предложенной целью Заявителя является создание узла подачи горячей воды в машине для приготовления кофе «эспрессо» (или другого напитка), который способен быстро подавать надежным и прогнозируемым способом воду, нагретую до заданной температуры.
В соответствии с настоящим изобретением, описан узел подачи горячей воды в машине для приготовления кофе «эспрессо» (или другого напитка), в котором вода принудительно проходит по криволинейному каналу, который может нагреваться, до датчика температуры, расположенного в непосредственной близости от места выдачи.
В соответствии с первым аспектом настоящее изобретение относится к узлу подачи горячей воды в машине для приготовления и выдачи напитка, например кофе «эспрессо», содержащему
водонакопительную камеру, причем упомянутая накопительная камера содержит впуск для приема воды и выпускное отверстие, и
нагревательный канал,
причем упомянутый нагревательный канал содержит впуск для приема воды из выпуска упомянутой накопительной камеры, и выпуск для выдачи нагретой воды в варочную камеру для приготовления напитка,
причем упомянутый нагревательный канал содержит канал, ограниченный нагреваемой наружной поверхностью и внутренним стержнем,
причем упомянутый внутренний стержень содержит температурный датчик для определения температуры нагретой воды, и
причем внутренний стержень содержит продольную ось, первый конец на впуске нагревательного канала и второй противоположный конец; датчик температуры расположен в посадочном месте, который проходит в продольном направлении внутри стержня от второго конца к первому концу, так что датчик температуры определяет температуру воды в непосредственной близости от выпуска.
Положение и способ, в которых датчик вставлен в стержне, обеспечивают множество преимуществ.
Во-первых, датчик температуры, благодаря тому, что он вставлен внутри стержня, не изменяет или влияет на поток воды вдоль криволинейного канала.
Во-вторых, датчик температуры не находится в непосредственном контакте с водой и, следовательно, не зависит от наличия каких-либо известковых наслоений или тому подобного. Следовательно, его эффективность и срок службы с течением времени значительно увеличены. В основном, нагретая вода, в свою очередь, нагревает стенку (которая является относительно тонкой) между наружной поверхностью стержня и посадочным местом, в котором размещен датчик температуры. Таким образом, тепло этой стенки передается датчику температуры через его посадочное место.
В-третьих, датчик температуры может определять температуру воды в непосредственной близости от выпуска криволинейного канала. Следовательно, благодаря настоящему изобретению, температура воды измеряется и проверяется непосредственно перед ее достижением варочной камеры.
Нагревательный канал предпочтительно является криволинейным каналом, который может быть образован, по меньшей мере, частично винтовой поверхностью.
В одном варианте осуществления винтовая поверхность, по меньшей мере, частично образована на наружной поверхности внутреннего стержня.
Предпочтительно, нагревательный канал проходит полностью снаружи стержня без прохождения через него. С другой стороны, в известных решениях, вход воды перед началом прохождения по нагревательному каналу осуществлялся через поперечное отверстие в стержне. Это, наряду с другим отрицательным аспектом, предотвращает полное опорожнение канала подачи, когда машина не используются.
Предпочтительно, нагревательный канал содержит, по существу, цилиндрическую поверхность вокруг упомянутой винтовой поверхности, причем упомянутая, по существу, цилиндрическая поверхность является поверхностью отверстия в сплошном элементе.
В одном варианте осуществления узел также содержит электромагнитный клапан между выпуском накопительной камеры и впуском криволинейного канала.
Впуск накопительной камеры, предпочтительно, находится на высоте, отличной от высоты выпуска, и/или ось впуска упомянутой накопительной камеры, по существу, перпендикулярна к оси выпуска накопительной камеры.
Узел может также содержать диффузор, который является съемным и может быть заменяемым другими диффузорами, имеющими разные формы, такие, чтобы сделать узел модульным и способным получать разные типы напитков из порошка, таблеток, капсул или тому подобного.
Узел может также содержать рычаг, поворачиваемый в первом направлении для начала цикла экстракции напитка и во втором направлении для прекращения цикла экстракции напитка.
В соответствии со вторым аспектом настоящее изобретение относится к машине для приготовления и выдачи напитка, например кофе «эспрессо», содержащей узел подачи горячей воды вышеупомянутого типа и насос для подачи воды в упомянутый узел.
В одном варианте осуществления машина дополнительно содержит парогенератор (паровой котел) и устройство для предварительного нагрева воды, подаваемой упомянутым насосом, с использованием тепла, генерируемого упомянутым паровым котлом, и для подачи предварительно нагретой воды в упомянутый узел.
Машина также может содержать средство для выпуска воды из криволинейного канала.
В одном варианте осуществления машина может дополнительно содержать узел обработки, центральный процессор (ЦП), который принимает информацию о температуре с датчика и управляет соответствующим образом, нагревательными элементами узла.
Центральный процессор, с помощью систем управления, например, типа ПИД (пропорционально-интегрально-дифференциальное управление), управляет с помощью электронных устройств приведением в действие нагревательных элементов 7, установленных внутри узла 6, для получения температуры воды при заданном значении температуры.
Узел обработки также может быть запрограммирован таким образом, что, когда пользователь активирует выдачу горячей воды для варки, включение насоса задерживается в течение конкретного периода времени, в течение этого периода времени открыт только канал нагрузки электромагнитного клапана.
Настоящее изобретение станет более понятным из нижеследующего описания, выполненного в виде неограничивающего примера, которое следует изучать со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
- фиг.1 - схематичный вид гидравлического контура машины для приготовления и выдачи напитка в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
- фиг.2 и 3 - два разных схематичных вида узла подачи горячей воды в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
- фиг.4 - вид в разрезе узла в соответствии с фиг.2 и 3;
- фиг.5 - схематичный вид части машины для приготовления и выдачи напитка;
- фиг.6 показывает участок в увеличенном масштабе на фиг.5; и
- фиг.7 показывает центральный процессор и соединения с конкретными элементами.
На фиг.1 показан схематичный вид гидравлического контура машины для приготовления и выдачи напитка в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Используемые символы состоят из штрихпунктирных линий для обозначения холодной воды, сплошных линий для обозначения нагретой воды, штрихпунктирных линий с двумя точками для обозначения смешанной воды, пунктирных линий для обозначения воды при температуре выдачи и точечных линий для обозначения сливаемой воды.
Описание ниже для удобства относится, в частности, к экспресс-кофеварке, но настоящее изобретение не ограничивается такими машинами и применяется к машинам для выдачи других напитков.
Как показано на фиг.1, машина содержит насос 1, который получает воду. Обычно, насос 1 получает воду, которая не нагрета. Обычно насос 1 получает холодную воду из трубки и передает упомянутую холодную воду под давлением из трубы и подает упомянутую холодную воду под давлением в элементы вниз по потоку.
Устройство 2 для предварительного нагрева предпочтительно расположено вниз по потоку от насоса 1. Устройство 2 для предварительного нагрева получает холодную воду и нагревает ее до первой температуры. В соответствии с одним вариантом осуществления, устройство 2 для предварительного нагрева вставлено в парогенератор 3, выполненный с возможностью создания пара и/или горячей воды (например, для приготовления капучино или тому подобного, чая и настоев). Эта конструкция является особенно предпочтительной для использования энергии, так как устройство для предварительного нагрева использует (по меньшей мере, частично) тепло парового котла 3.
Перемешивающее устройство 4, предпочтительно, установлено вниз по потоку от устройства 2 для предварительного нагрева. В перемешивающем устройстве 4, горячая вода на выходе из устройства 2 для предварительного нагрева смешивается с холодной водой, подаваемой из точки 10 ответвления, расположенной вниз по потоку от насоса 1. Таким образом, температура на впуске узла 6 для получения кофе стабилизирована, предотвращая прохождение воды при температуре, которая является слишком высокой или слишком низкой. Следовательно, в соответствии с предпочтительным аспектом настоящего изобретения, устройство 2 для предварительного нагрева пассивно использует тепло парового котла 3 для предварительного нагрева воды, проходящей в узел 6 для получения кофе, соответствующим образом смешанной в перемешивающем устройстве 4.
На выпуске из устройства 2 для предварительного нагрева, воды выходит при первой температуре, которая выше 100°С и регулируется, в то время как на выпуске насоса 1 вода выходит при температуре около 20° С или в любом случае при комнатной температуре. Температура воды, которая проходит через насос 1, обычно, зависит от температуры окружающей среды и в любом случае от внешней среды.
На фиг.2, 3 и 4 показан узел 6 для получения кофе. Узел 6 содержит блок 19 из металла, например из нержавеющей стали. Металлический блок 19 имеет образованную внутри него накопительную камеру 14, закрытую сверху крышкой 20 с помощью винтов 20' (предпочтительно с головкой с шестигранным углублением под ключ) или других известных средств. Накопительная камера 14 образует запас горячей воды для выдачи при температуре, установленной пользователем. Металлический блок 19 содержит предпочтительно ближе к нижней части накопительной камеры 14 нагревательные элементы 7, размещенными внутри посадочных мест. Например, нагревательные элементы 7 могут быть выполнены в виде электрических резисторов.
Узел 6 содержит один или более впусков 11 для подачи воды в накопительную камеру 14. Обычно вода, которая заполняет накопительную камеру, подается из перемешивающего устройства 4, устройства 2 для предварительного нагрева, или, если имеется, из точки 10 ответвления.
Узел 6 содержит одно или более выпусков 12 для слива воды из накопительной камеры 14.
Впуск и выпуск 11, 12 предпочтительно расположены на разной высоте относительно нижней части накопительной камеры 14. Предпочтительно, оси 11' и 12' впуска и выпуска 11, 12, по существу, проходят под прямым углом друг к другу. Благодаря этим расположениям, эффект температурной стратификации, который может возникать внутри накопительной камеры 14, исключен.
Из выпуска (выпусков) 12 вода проходит в электромагнитный клапан 5 и снова входит в узел 6 через отверстие 13, где она проходит по криволинейному каналу, и ее температура дополнительно повышается близко к заданной температуре точным и контролируемым способом.
Электромагнитные клапаны, гидравлические фитинги и шланги предназначены для работы узла 6. Некоторые из них не показаны на фиг.1, но показаны на фиг.6 и 7.
После прохождения по криволинейному каналу для регулировки температуры вода проходит через отверстие 15 и достигает варочной камеры 16, содержащей кофейный порошок (или тому подобное), подлежащий настаиванию. Порошок не показан на фиг.1.
Криволинейный канал может быть образован разными способами. В соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления (фиг.4), отверстие 13 в блоке 19 является, по существу, цилиндрическим отверстием с круглым поперечным сечением и, стержень 9 с винтовой наружной поверхностью (которая обращена к поверхности отверстия 13) вставлен внутри упомянутого отверстия 13. В соответствии со вторым вариантом осуществления отверстие 13 в блоке 19 является резьбовым отверстием, и стержень 9 с, по существу, цилиндрической наружной поверхностью (которая обращена к резьбе отверстия 13) вставлен внутри упомянутого резьбового отверстия 13. В соответствии с третьим вариантом осуществления отверстие 13 в блоке 9 также является резьбовым, и стержень 9 также с наружной поверхностью (которая обращена к резьбе отверстия 13), которая имеет резьбу (но с другой резьбой, например, в зависимости от шага или типа резьбы) вставлен внутри упомянутого резьбового отверстия 13 для образования зазора между резьбой отверстия 13 и резьбой стержня 9. Другими словами, криволинейный канал может быть выполнен с винтовой поверхностью (поверхностью отверстия 13 или стержня 9) и цилиндрической поверхностью или с двумя винтовыми поверхностями, при условии, что они имеют разные характеристики для образования зазора между ними.
Форма криволинейного канала, реализованная, как описано выше и показано на чертежах, обеспечивает преимущество в том, что она имеет большую площадь поверхности контакта в пределах небольшой размерной величины. Это обеспечивает оптимизацию канала потока и уменьшает области, занятые внутри устройства.
Резьба, которая образует криволинейный канал, может иметь фиксированный или переменный шаг.
В соответствии с первым вариантом осуществления диаметр отверстия 13 составляет около 15 мм, диаметр вершины резьбы и впадины стержня 9 составляет соответственно 14,9 мм и 11,4 мм с шагом резьбы 3,5 мм.
Кроме того, преимущественно, форма стержня 9, выполненная в виде винта, обеспечивает создание потери напора, так что можно исключить насадки с диаметром сквозного отверстия с учетом образования накипи.
Предпочтительно, стержень 9 содержит датчик 8 температуры. Предпочтительно, датчик 8 температуры размещен в специальном посадочном месте 9' на одном конце стержня 9. Предпочтительно, посадочное место 9' для датчика находится в непосредственной близости от конца, противоположного концу, где вода проходит в накопительную камеру 14. Таким образом, обеспечено преимущество в том, что температура дозируемой воды может определяться в точке, ближайшей к варочной камере 16.
Как показано на фиг.4, внутренний стержень 9 содержит продольную ось А-A, первый конец 91 на впуске IN нагревательного канала 13, и второй противоположный конец 92. Датчик 8 температуры расположен в посадочном месте 9', который проходит в продольном направлении внутри стержня 9 от второго конца 92 к первому концу 91, так что датчик 8 температуры определяет температуру воды в непосредственной близости от выпуска OUT. Предпочтительно, посадочное место 9' является открытым к наружной стороне, и датчик может быть вставлен внутри посадочного места в виде пробки. Он может быть закреплен в положении посредством посадки или с помощью резьбы. Одновременно он может извлекаться из посадочного места простым и практичным способом, так что могут осуществляться измерения, или он может заменяться по мере необходимости.
Предпочтительно датчик 8 температуры представляет собой отрицательный термистор (NTC), выполненный из нержавеющей стали с диаметром около 6,5 мм.
Датчик 8 температуры определяет точную температуру воды непосредственно перед ее достижением варочной камеры 16 и предпочтительно посылает сигнал на центральный процессор, который управляет с помощью электронных приборов работой нагревательных элементов 7, установленных в узле 6. Благодаря этой конкретной форме стержня 9 и отличительному положению датчика 8 температуры, машина может обеспечить точное значение температуры, установленной пользователем, и высокую термоустойчивость воды для варки. Датчик мгновенно реагирует на любые изменения температуры, посылая сигнал на центральный процессор, который приводит в действие нагревательные элементы 7.
Предпочтительно, датчик 8 температуры способен также определять быстро и точно температуру воды, подаваемой в варочную камеру, поскольку он отделен от наружной поверхности стержня 9 с помощью тонкой стенки, как ясно показано в поперечном сечении на фиг.3. Таким образом, датчик лишь незначительно подвергается воздействию тепловой инерции.
Предпочтительно, узел в соответствии с настоящим изобретением содержит средство для выпуска воды из криволинейного канала. Эта особенность конструкции значительно уменьшает (и, по существу, устраняет) образование накипи вдоль криволинейного канала. После завершения экстракции напитка работа микровыключателя 18 или тому подобного вызывает выпуск потока кофе через стержень 9, и затем из трехходового электромагнитного клапана 5. Таким образом, во время выдачи, стержень 9 окружен водой, в то время как он является пустым во время фазы покоя.
Цикл экстракции напитка может начинаться и останавливаться известными средствами (например, микровыключателем или кнопкой 18). Предпочтительно, цикл экстракции начинается посредством поворота в первом направлении рычага 17, соединенного, по существу, с узлом 6. Предпочтительно, цикл экстракции останавливается путем поворота того же рычага 17 в направлении, противоположном начальной работе по циклу.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, центральный процессор запрограммирован для выполнения предварительной варки для лучшего извлечения ароматических веществ, присутствующих в кофе. Когда пользователь активирует выдачу горячей воды для варки (например, с помощью работы микропереключателя 18 путем перемещения рычага 17), центральный процессор открывает только канал нагрузки электромагнитного клапана 5 в течение первых нескольких минут без приведения в действие насоса 1. Только потом, когда соответствующим образом определенное время истекло, центральный процессор также приводит в действие насос 1. Таким образом, из-за избыточного давления, которое создается внутри накопительной камеры 14, вода для экстрагирования достигает варочной камеры 16 при таком давлении, что она не «разрушает» кофе, подлежащее экстракции, но таким образом, чтобы осуществить предварительную варку, которая является идеальной для экстракции наилучшим способом ароматических веществ, присутствующих в кофе. Предпочтительно, избыточное давление внутри накопительной камеры может быть определено с помощью одного или нескольких устройств 21 для измерения давления.
На фиг.7 показан схематичный вид центрального процессора, соединенного с микровыключателем 18, управляемым рычагом 17. На нем также показаны соединения с насосом 1, трехходовым клапаном 5, нагревательными элементами 7 и датчиком 8 температуры. В других вариантах осуществления центральный процессор может быть соединен только с одним или более из вышеупомянутых элементов. Соединения могут быть однонаправленными или двунаправленными.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления узел в соответствии с изобретением может также содержать диффузор 22, который является съемным (например, с помощью винтов или тому подобного) и может заменяться другими диффузорами, имеющими другие формы, такие, чтобы сделать узел для получения кофе модульным и способным экстрагировать разные типы напитков из порошка, таблеток, капсул или тому подобного.
Криволинейный канал узла настоящего изобретения является очень эффективным, поскольку он использует всю длину стержня. В качестве примера, для винтового стержня длиной около 10 см образован канал около 80 см.
Решение в соответствии с настоящим изобретением является также преимущественным в том, что выгрузка воды может осуществляться простым и надежным способом. Это связано с тем, что вода не должна пересекать стержень в поперечном направлении через небольшие отверстия, а вместо этого проходит вокруг самого стержня. Потери давления уменьшены и, следовательно, шайба порошка (кофе) высыхает лучше, и имеется меньше накопления застойной сливаемой воды в криволинейном нагревательном канале, образованном отверстием 13 и стержнем 9.