УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКА ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕМ, СОДЕРЖАЩЕЕ КЛАПАН В СРЕДСТВЕ ДЛЯ СЛИВА НАПИТКА
DEVICE FOR BEVERAGE PREPARATION BY CENTRIFUGATION, COMPRISING A VALVE IN A BEVERAGE DRAINING FACILITY

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области приготовления напитка центрифугированием. В частности, оно относится к устройству для приготовления напитка, такого как кофе, с помощью центрифугирования для заваривания и экстракции напитка из приемного сосуда.
Уровень техники
Также известен способ приготовления напитка с помощью центрифугирования. Принцип действия, по существу, заключается в том, что ингредиент напитка помещают в приемный сосуд, в приемный сосуд подают жидкость и вращают приемный сосуд с повышенной частотой, чтобы обеспечить взаимодействие жидкости с ингредиентом при одновременном создании градиента давления жидкости в приемном сосуде; такое давление плавно возрастает от центра к периферии приемного сосуда. По мере движения жидкости через слой кофе происходит экстракция компонентов кофе и образуется жидкий экстракт, который течет к периферии приемного сосуда.
В WO 2008/148601 описан возможный пример устройства, в котором используется такой принцип и в котором приемным сосудом является капсула, содержащая ингредиенты напитка. Горячая вода подается в центр капсулы с помощью узла подачи воды, содержащего инжектор воды, совмещенный с осью вращения. Приемный сосуд удерживается держателем капсулы, который вращается с помощью поворотного двигателя. Узел подачи жидкости и держатель капсулы располагаются на шариковых подшипниках. Напиток извлекается из капсулы с помощью множества периферийных иголок, которые образуют отверстия в крышке приемного сосуда. Во время центрифугирования капсулы вокруг ее оси вращения горячая вода проходит сквозь ингредиент напитка, взаимодействует с ним с образованием жидкого экстракта, и получившийся жидкий экстракт под воздействием центробежных сил проходит через боковые отверстия и оказывается на перехватывающей стенке собирающего устройства. Затем жидкий экстракт, из которого таким образом образуется напиток, проходит по транспортировочным трубкам устройства и собирается в принимающем резервуаре, таком как чашка.
В WO 2008/148646 и WO 2008/148650 дополнительно описано устройство для приготовления напитка, в котором после приемного устройства, в частности капсулы, размещается ограничитель потока, например в виде клапанного механизма, который открывается или увеличивается под воздействием давления, образуемого прошедшей центрифугирование жидкостью, которая покидает приемный сосуд. Чем выше скорость вращения, тем больше открывается или увеличивается клапан. Клапанный механизм может быть образован подвижной ограничительной деталью устройства, которая эластично крепится к ободу капсулы.
Целью настоящего изобретения является обеспечение такого центробежного устройства для приготовления напитка со средством модифицирования характеристик полученного напитка.
В частности, при приготовлении кофейного напитка может быть желательно, чтобы после выдачи в приемный сосуд полученный кофейный напиток имел на своей поверхности так называемую «крема». Однако также может быть желательно, чтобы кофейный напиток получался с меньшим или небольшим количеством «крема», или даже, по существу, вовсе без «крема». Таким образом, желательной является гибкость, позволяющая регулировать характеристики напитка, в частности количество «крема» в кофейном напитке.
Эта цель достигается с помощью признаков независимого пункта формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения основная идея настоящего изобретения получает дальнейшее развитие.
В соответствии с одним аспектом изобретения устройство для приготовления напитка из вещества, содержащегося в капсуле, содержит:
- держатель капсулы, предусмотренный для удержания такой капсулы,
- средство для приведения капсулы во вращательное движение с регулируемой скоростью вращения,
- блок подачи жидкости для подачи жидкости в капсулу, и
- средство для слива напитка для сливания напитка, полученного в капсуле.
Средства для слива напитка содержат по меньшей мере один клапан. Кроме того, предусмотрено по меньшей мере одно внешнее устройство управления клапаном для управления состоянием клапана с целью изменения гидравлического сопротивления средств для слива напитка. Слово «внешний» следует понимать таким образом, что такое устройство управления клапаном прикладывает усилие снаружи средства для слива напитка. Такое усилие действует в противоположность усилиям, которые могут создаваться текущим внутри напитком и воздействовать на внутреннюю стенку или другие элементы внутри средства для слива напитка.
Внешнее устройство управления клапаном может быть предусмотрено с возможностью управления состоянием клапана таким образом, что, чем выше скорость вращения, тем больше запирающее усилие клапана. Запирающее усилие обычно действует против сил, создаваемых центрифугированным напитком и действующих на клапанный элемент, так что клапан в конечном итоге оказывается в состоянии равновесия.
Расход напитка является функцией скорости вращения. Таким образом, может быть реализован механизм контроля расхода, который регулирует скорость вращения таким образом, что достигается требуемый расход. Механизм контроля расхода может содержать датчик расхода, передающий фактическое значение расхода. В соответствии с одним аспектом изобретения гидравлическое сопротивление средства для слива напитка является функцией скорости вращения; следовательно, гидравлическое сопротивление средства для слива напитка также является функцией механизма контроля расхода. Чем выше расход, тем выше скорость вращения и, следовательно, тем выше гидравлическое сопротивление средства для слива напитка.
В соответствии с одним аспектом внешнее устройство управления клапаном управляет запирающим усилием, но не абсолютным состоянием клапана (что является результатом равновесия сил, как отмечалось выше).
В других вариантах осуществления внешнее устройство управления клапаном может управлять абсолютным состоянием клапана («контроль положения», например, путем увеличения запирающего усилия до достижения абсолютного состояния).
Клапаном можно управлять таким образом, что гидравлическое сопротивление будет выше при первой скорости вращения, чем при второй скорости вращения, причем вторая скорость вращения привода меньше первой скорости вращения.
Первая и вторая скорости вращения не относятся к определенной последовательности скоростей вращения и могут применяться выборочно для приготовления напитка в зависимости от требуемых характеристик экстракции.
Устройство управления клапаном может управлять состоянием клапана таким образом, что гидравлическое сопротивление средства для слива напитка будет повышаться в по меньшей мере одном поддиапазоне или во всем диапазоне регулируемой скорости вращения.
Устройство управления клапаном может управлять состоянием клапана таким образом, что
- клапан будет находиться в состоянии более низкого гидравлического сопротивления при скорости вращения от 0 об/мин до порогового значения скорости вращения, и
- клапан будет находиться в состоянии более высокого гидравлического сопротивления при скорости вращения выше порогового значения скорости вращения.
Когда скорость вращения превышает пороговое значение скорости вращения, устройство управления клапаном может управлять состоянием клапана таким образом, что клапан
- повышает гидравлическое сопротивление при увеличении скорости вращения, или
- поддерживает постоянное гидравлическое сопротивление при увеличении скорости вращения.
Средство для слива напитка может содержать секцию, которая предусмотрена с возможностью вращения вместе с держателем капсулы, и
при этом во вращающейся секции средства для слива напитка предусмотрен по меньшей мере один клапан. В частности, вращающаяся секция может представлять собой узел подачи жидкости устройства, который служит опорой клапана.
Внешнее устройство управления клапаном может содержать клапанный элемент, например сжимающий элемент клапана, который предусмотрен с возможностью смещения центробежными силами в направлении увеличения гидравлического сопротивления при вращении вращающейся секции средства для слива напитка и, следовательно, массы клапанного элемента (или другой массы, соединенной с клапанным элементом).
Клапанный элемент, например сжимающий элемент клапана, может быть предусмотрен с возможностью смещения за счет вращательного и/или поступательного движения. Смещение клапанного элемента осуществляется между состоянием низкого (или, по существу, отсутствия) гидравлического сопротивления и состоянием более высокого гидравлического сопротивления клапана.
Клапан может содержать средство восстанавливающего усилия, которое приводит клапан в состояние более низкого гидравлического сопротивления. Средство восстанавливающего усилия предпочтительно предусмотрено с возможность действия на клапанный элемент.
Средство восстанавливающего усилия может представлять собой, например, пружинный элемент, предусмотренный с возможностью приведения клапана в состояние более низкого гидравлического сопротивления. Пружинный элемент может быть вне стенок средства для слива напитка. В альтернативном варианте осуществления средство восстанавливающего усилия может представлять собой неотъемлемую упругую часть стенки средства для слива напитка, предусмотренную с возможностью склонения клапана к состоянию более низкого гидравлического сопротивления.
Предпочтительно средство восстанавливающего усилия (например, пружинный элемент) заставляет клапан возвращаться в состояние более низкого гидравлического сопротивления, когда скорость вращения ниже порогового значения скорости вращения или равна ему. И наоборот, когда скорость вращения выше порогового значения, средство восстанавливающего усилия не обеспечивает достаточного усилия на клапан для его возврата в состояние более низкого гидравлического сопротивления. Предпочтительно средство восстанавливающего усилия (например, пружинный элемент) предусмотрено с возможностью противодействия смещению клапанного элемента к состоянию более высокого гидравлического сопротивления. Таким образом, в отсутствие вращения или при более низкой скорости вращения средство восстанавливающего усилия удерживает клапанный элемент в положении, в котором клапан остается открытым.
Клапан может содержать гибкую мембрану, предусмотренную с возможностью изменения свободного поперечного сечения средства для слива напитка при смещении. Такое действие гибкой мембраны тем самым определяет гидравлическое сопротивление средства для слива напитка.
Устройство может содержать средство идентификации капсулы и/или средство пользовательского интерфейса (ГИП). Средство для управления состоянием клапана может быть выполнено с возможностью управления состоянием клапана на основе информации, предоставляемой средством идентификации капсулы и/или средством пользовательского интерфейса.
Дополнительный аспект изобретения относится к способу приготовления напитка из вещества, содержащегося в капсуле, причем капсулу помещают в устройство для приготовления напитка,
при этом способ включает:
- приведение капсулы во вращательное движение в диапазоне скоростей вращения при одновременной подаче жидкости в капсулу, и
- сливание полученного в капсуле напитка с помощью средства для слива напитка,
причем гидравлическое сопротивление средства для слива напитка изменяется по меньшей мере одним клапаном,
при этом состоянием клапана управляет внешнее устройство управления клапаном.
Изобретение также предлагает устройство для приготовления напитка центрифугированием из капсулы, вращающейся в устройстве, содержащее:
- держатель капсулы, предусмотренный для удержания капсулы,
- средство для впрыска жидкости в капсулу,
- средство для приведения держателя капсулы во вращательное движение с регулируемой скоростью вращения для создания в капсуле центробежных сил,
- по меньшей мере один клапан, предусмотренный с возможностью формирования переменного поперечного сечения отверстия для потока напитка,
- внешнее устройство управления клапаном, выполненное с возможностью придания клапану нулевого или малого запирающего усилия, что приводит в результате к первому состоянию клапана, в котором поперечное сечение отверстия клапана для потока напитка увеличено или не ограничено, а также придания клапану большего запирающего усилия, что приводит ко второму состоянию клапана, в котором поперечное сечение отверстия клапана для потока напитка уменьшено или ограничено по сравнению с первым состоянием.
Предпочтительно внешнее устройство управления клапаном предусмотрено или выполнено с возможностью управления в соответствии с этими двумя различными состояниями клапана таким образом, что во втором состоянии клапана скорость/скорости вращения устанавливается/устанавливаются на более высоком значении/значениях, чем в первом состоянии клапана.
В одном способе клапан содержит по меньшей мере один клапанный элемент, например сжимающий или запирающий элемент клапана, предусмотренный с возможностью перехода из первого состояния во второе состояние клапана под действием центробежной силы, которая воздействует на клапанный элемент. Например, клапанный элемент может представлять собой поворотный элемент, выполненный с возможностью поворота под действием центробежных сил для нажатия на по меньшей мере одну мягкую эластичную мембрану, которая предусмотрена для ограничения поперечного сечения отверстия клапана при активировании такого нажимающего воздействия. Поворотный элемент предпочтительно содержит по меньшей мере одну инерционную массу, например металлическую деталь с плотностью более 7, предпочтительно более 8.
В соответствии с одним аспектом изобретение относится к устройству для приготовления напитка центрифугированием из капсулы, вращающейся во вращающихся частях устройства и содержащей ингредиенты, содержащему:
- держатель капсулы для удержания капсулы,
- узел подачи жидкости, содержащий инжектор жидкости для впрыска жидкости в капсулу для смешивания с ингредиентами и средство для экстракции напитка для содействия экстракции напитка из капсулы,
- средство для приведения во вращательное движение вращающихся частей, включая держатель капсулы и по меньшей мере секцию узла подачи жидкости, создавая тем самым центробежные силы внутри капсулы,
- средство для слива напитка, содержащее:
по меньшей мере один клапан с по меньшей мере одной деформируемой или подвижной частью, способной уменьшать поперечное сечение клапана для потока напитка, и
внешнее приводное средство, предусмотренное с возможностью регулирования поперечного сечения потока клапана путем приведения в действие деформируемой или подвижной части;
причем внешнее приводное средство содержит по меньшей мере один исполнительный элемент клапана, функционально предусмотренный с возможностью перемещения под действием центробежных сил таким образом, что при этом деформируемая или подвижная часть клапана деформируется или движется в направлении уменьшения поперечного сечения потока напитка в клапане при увеличении скорости вращения вращающихся частей.
В частности, исполнительный элемент клапана может размещаться на одной из вращающихся частей, предпочтительно на узле подачи жидкости, для поворота или поступательного перемещения в результате или под действием центробежных сил, приложенных к ним.
Устройство может содержать поджимающее средство, такое как пружинный элемент, предусмотренный вместе с исполнительным элементом клапана с возможностью приложения поджимающего усилия на исполнительном элементе клапана, противоположном направлению, соответствующему уменьшению поперечного сечения потока напитка в клапане.
Предпочтительно поджимающее средство выполнено таким образом, что когда скорость вращения вращающихся частей ниже порогового значения или равно ему, исполнительный элемент клапана переходит в первое состояние, в котором поперечное сечение потока напитка в клапане увеличено или открыто, а когда скорость вращения вращающихся частей выше порогового значения, исполнительный элемент клапана переходит во второе состояние, вызывая уменьшение поперечного сечения потока напитка в клапане по сравнению с увеличенным или открытым положением.
Следует отметить, что во втором состоянии клапан может принимать различные взаимные положения относительно уменьшения поперечного сечения потока, которое, по существу, зависит от скорости вращения и давления напитка, действующего на клапан.
Подвижная или деформируемая часть клапана может представлять собой эластичную мембрану. Эластичная мембрана может двигаться и/или деформироваться в виде реакции на перемещение исполнительного элемента клапана в сочетании с давлением потока напитка через клапан и контактом с мембраной. В альтернативных вариантах осуществления подвижная или деформируемая часть клапана может представлять собой часть упруго деформируемого канала, направляющего поток напитка. Упруго деформируемый канал может деформироваться, в частности, путем сужения его поперечного сечения в виде реакции на перемещение исполнительного элемента клапана в сочетании с давлением потока напитка через канал.
Изобретение также относится к системе, содержащей устройство для приготовления напитка в соответствии с вышеизложенным и капсулу, содержащую ингредиенты напитка.
Дополнительные признаки, аспекты и преимущества изобретения будут описаны со ссылкой на фигуры прилагаемых графических материалов, на которых
на фиг. 1 показаны принципы действия центробежного устройства для приготовления напитка,
на фиг. 2a представлен вид в поперечном сечении первого варианта осуществления клапана в средстве для слива напитка устройства, представленного на фиг. 1 (держатель капсулы опущен), причем клапан находится в закрытом положении (т.е. его поперечное сечение уменьшено),
на фиг. 2b представлен вид в поперечном сечении клапана, представленного на фиг. 2a, в открытом состоянии,
на фиг. 3 представлена кривая «противодавление/скорость вращения» для клапана в соответствии с настоящим изобретением,
на фиг. 4 представлен вид в перспективе узла подачи жидкости согласно второму варианту осуществления устройства настоящего изобретения,
0
на фиг. 5 представлен частичный вид в поперечном сечении узла подачи жидкости, представленного на фиг. 4, в плоскости P,
1
0
на фиг. 6 представлен частичный вид в поперечном сечении узла подачи жидкости, представленного на фиг. 4, в плоскости P (с угловым смещением относительно P),
на фиг. 7 представлен частичный вид в перспективе узла подачи жидкости с удаленным поворотным устройством,
на фиг. 8 представлена нижняя часть узла подачи жидкости, представленного на фиг. 4–7,
2
0
1
на фиг. 9 представлен частичный вид в поперечном сечении узла подачи жидкости, представленного на фиг. 4, в плоскости P (с угловым смещением относительно P и P),
на фиг. 10 представлен вид в поперечном сечении детали клапана согласно третьему варианту осуществления,
на фиг. 11 представлен вид в поперечном сечении детали клапана согласно четвертому варианту осуществления,
на фиг. 12 представлен схематический вид в поперечном сечении узла подачи жидкости согласно пятому варианту осуществления.
Принципы действия центробежного устройства для приготовления напитка будут описаны со ссылкой на фиг. 1. Устройство 1 настоящего изобретения, по существу, содержит, как известно «само по себе», центробежный варочный блок 2 для приема и центрифугирования приемного сосуда, такого как съемная капсула 17. Центробежный варочный блок 2 предназначен для приготовления напитка, такого как кофе, из ингредиента напитка, содержащегося в капсуле 17, и воды, впрыскиваемой в капсулу 17. Впрыскиваемая вода взаимодействует (например, путем заваривания или смешивания) с ингредиентом напитка, и благодаря действию центробежных сил получают экстракт напитка, который выводится из капсулы 17 на ее периферии. Блок 2 находится в жидкостном сообщении с линией 3 подачи жидкости, предназначенной для подачи нагретой жидкости, предпочтительно воды, из резервуара 4 в блок 2. Жидкость подвергается циркуляции по линии 3 с помощью насоса 5. Насос 5 может быть любого подходящего типа, таким как, например, поршневой насос, мембранный насос, шестеренный насос или перистальтический насос. На линии подачи жидкости предусмотрен нагреватель 6 для нагрева жидкости выше комнатной температуры. Температура может меняться в зависимости от экстрагируемого напитка. Например, для кофе вода может нагреваться от 70 до 100 градусов Цельсия.
Варочный блок 2 содержит две соединенные между собой вращающиеся части 30, в частности узел 8 подачи жидкости и удерживающую деталь или держатель 16 капсулы. Две части 8, 16 предназначены для удержания капсулы 17, содержащей ингредиент напитка. Устройство 1 дополнительно содержит вращательное приводное средство 60, такое как роторный электродвигатель, соединенный с одной из вращающихся частей варочного модуля, такой как держатель 16, с помощью средства сцепления. Вращающиеся части находятся в замкнутой конфигурации, т.е. соединены между собой посредством системы соединений, по меньшей мере во время вращения, таким образом, что эти части 8, 16 в процессе центрифугирования вращаются вместе вокруг оси A с капсулой 17. Следует отметить, что держатель 16 капсулы может иметь различные конфигурации и не обязательно является полностью отделяемым от первой вращающейся части.
Также предусмотрен блок 7 управления для управления операцией заваривания, в частности для регулирования скорости вращения вращающихся частей 30 посредством двигателя, температуры жидкости, обеспечиваемой нагревателем 6, и других операций, таких как расход и количество жидкости, подаваемой насосом 5. На линии подачи жидкости может быть установлен расходомер 62 для измерения расхода жидкости и предоставления входных данных блоку 7 управления. Как будет разъясняться ниже, блок 7 управления может также получать информацию от пользовательского интерфейса 9 и/или системы 10 идентификации капсулы. Примером такой системы идентификации капсулы является устройство 10 считывания штрихкода, находящееся под ободом капсулы 17.
Узел 8 подачи жидкости может содержать инжектор 35, предназначенный для подачи (например, впрыска) жидкости, такой как вода, в капсулу 17 (например, по оси ее центра вращения). На верхнем конце инжектор 35 находится в жидкостном сообщении с линией 3 подачи жидкости. Перед инжектором 35 может быть обеспечено дополнительное средство регулирования жидкости, такое как обратный клапан. На периферии нижней поверхности узла 8 подачи жидкости расположен ряд средств 36 экстракции напитка, выполненных с возможностью перфорирования входной стенки 37 капсулы 17 во множестве зон для обеспечения множества выходных отверстий для напитка с целью окончательной экстракции напитка из капсулы 17. Тем самым во входной стенке 37 создаются периферийные выходные отверстия рядом с ободом капсулы 17, где центробежные силы являются наибольшими. В альтернативном варианте осуществления выходные отверстия могут быть предусмотрены на боковой стенке капсулы 17, или же как на входной стенке 37, так и на боковой стенке капсулы 17. Выходные отверстия для напитка также могут быть проделаны в капсуле 17 предварительно перед помещением капсулы 17 в устройство 1. Обод капсулы также может быть сформирован в виде множества выходных отверстий для центрифугированной жидкости.
Как можно видеть на фиг. 1, средство 40 для слива напитка из капсулы содержит первую секцию 40a (если смотреть в направлении потока полученного напитка), которая входит в состав вращающихся частей 30 устройства 1 для приготовления напитка. Предусмотрена граница 32 раздела, на которой напиток направляется («передается») из первой вращающейся секции 40a во вторую секцию 40b средства 40 для слива напитка, и эта вторая секция 40b входит в состав неподвижных частей 31 устройства для приготовления напитка. Вторая (неподвижная) секция 40b содержит коллектор 33, выходной канал 34 из коллектора, ведущий к выходному отверстию 38 устройства для приготовления напитка, предусмотренному с возможностью направления напитка в приемный сосуд 39 для напитка. Между вращающимися частями 30 и неподвижными (стационарными) частями 31 устройства для приготовления напитка обеспечено вращающееся уплотнение.
В соответствии с изобретением предусмотрены средства для изменения характеристик напитка путем регулирования характеристик потока, таких как гидравлическое сопротивление средства 40 для слива напитка. Такие средства для изменения характеристик потока могут быть обеспечены в первой (вращающейся) части 40a и/или второй (неподвижной) части 40b средства для слива напитка. В вариантах осуществления, которые разъясняются ниже, эти средства для изменения характеристик потока в средстве для слива напитка содержат клапан 50 в определенном режиме на фиг. 2a, 2b.
Изобретатели выяснили, что изменение характеристик потока, особенно гидравлического сопротивления средства 40 для слива напитка, влияет на характеристики получаемого напитка. Например, при приготовлении кофейного напитка увеличение гидравлического сопротивления средства 40 для слива напитка приводит к падению давления, которое, в свою очередь, способствует образованию так называемой «крема». «Крема» 41 образуется фактически в процессе выдачи напитка в приемный сосуд 39 для напитка («крема в чашке»).
На фиг. 2a, 2b показан вариант осуществления, в котором такие средства изменения характеристик потока содержат клапан 50, расположенный во вращающейся первой секции 40a средства 40 для слива напитка. В данном примере такая вращающаяся первая секция 40a и, следовательно, клапан 50 расположены в узле 8 подачи жидкости, в котором также находится инжектор 35.
Центрифугированный напиток, слитый из вращающейся капсулы 17, поступает вверх (т.е. в направлении, по существу, перпендикулярном или наклонном радиально наружу, если смотреть в направлении потока напитка) к входной стенке капсулы 17 через первый (например, по существу, аксиальный или вертикальный) канал 51 вращающейся первой секции, ведущий в клапан 50. Аксиальный или вертикальный канал 51 ведет к изогнутой секции 52 средства 40 для слива напитка. В данном варианте осуществления эта изогнутая секция 52 образует угол примерно от 60 до 120 градусов, предпочтительно от 80 до 100 градусов в приведенном примере.
Клапан 50 в соответствии с этим примером расположен в изогнутой секции 52 первой (вращающейся) секции 40a средства 40 для слива напитка. После клапана 50 (если смотреть в направлении потока напитка) предусмотрен (например, по существу, радиальный или горизонтальный) сливной канал 53, который ведет, например, к границе 32 раздела, показанной на фиг. 1 и, таким образом, ко второй (неподвижной) секции 40b средства 40 для слива напитка. Вторая (неподвижная) секция 40b осуществляет сбор напитка из вращающихся частей и направляет его в приемный сосуд 39.
В примере, приведенном на фиг. 2a, 2b, клапан 50 содержит мембрану 54, установленную с возможностью вращения вокруг оси 55 вращения. Следует понимать, что возможны и другие конструкции клапана, в которых такая мембрана 54 или другой клапанный элемент предусмотрены подвижными с возможностью поступательного перемещения (т.е., по существу, линейно) и/или вращательного и поступательного движения в сочетании.
Мембрана может быть выполнена из силикона или любого другого эластичного материала для пищевых продуктов.
В приведенном примере мембрана 54 установлена на поворотное устройство 56, а поворотное устройство 56 установлено с возможностью вращения во вращающейся части или узле 8 подачи жидкости устройства 1 для приготовления напитка посредством оси 55 вращения.
Поворотное устройство 56 является одним примером внешнего средства управления состоянием клапана. При вращении масса поворотного устройства 56 (а также любая масса, жестко соединенная с ним) создает центробежную силу, которая является одним примером силы, создаваемой «извне», т.е. не изнутри (внутри средства для слива напитка) текущим напитком. Эта внешняя сила затем используется для управления изменением состояния клапана 50.
На фиг. 2a, 2b показана по меньшей мере одна дополнительная масса 61, которая крепится (например, винтами) к поворотному устройству 56 для регулирования и увеличения центробежных сил при вращении.
В приведенном примере усилия для закрытия клапана 50 (или для уменьшения его поперечного сечения потока) создаются центробежными силами, вызванными вращением инерционной массы, в том числе поворотного устройства 56. При вращении капсулы 17 и вращающихся частей устройства для приготовления напитка центробежные силы вызывают вращение или поворот мембраны 54 (против часовой стрелки в приведенном примере) вокруг оси 55 (которая является осью, перпендикулярной оси вращения капсулы и предпочтительно перпендикулярной радиальному направлению капсулы в поперечном сечении на фиг. 2a), и это вращение приводит к увеличению гидравлического сопротивления средства для слива напитка. Следует отметить еще раз, что вращение мембраны является лишь примером управления состоянием клапана в направлении состояния, в котором клапан повышает гидравлическое сопротивление средства 40 для слива напитка.
Понятно, что чем выше скорость вращения, тем больше центробежные силы (по существу, центробежные силы увеличиваются с квадратом скорости вращения). Таким образом, чем выше скорость вращения, тем больше запирающее усилие.
Чтобы привести клапан 50 в состояние с более низким гидравлическим сопротивлением средства 40 для слива напитка (фиг. 2b), обеспечено поджимающее средство или средство восстанавливающего усилия, например спиральная пружина 57, которое приводит клапан 50 в открытое состояние.
В приведенном примере радиально внутренний конец 58 спиральной пружины 57 установлен со смещением относительно оси 55 вращения на расстояние d, так что спиральная пружина 57 создает крутящий момент в направлении по часовой стрелке в примере на фиг. 2a, 2b.
В предпочтительном примере спиральная пружина 57 или другое поджимающее средство являются предварительно напряженными, так что в первом диапазоне скоростей вращения изменение состояния клапана 50 не происходит до тех пор, пока центробежные силы не преодолеют усилие предварительного напряжения спиральной пружины 57. Этот момент будет дополнительно разъяснен со ссылкой на фиг. 3.
Важно отметить, что в соответствии с настоящим изобретением один или более клапанов 50, 50’ с соответствующими каналами 51, 53 средства для слива напитка могут размещаться во вращающейся части 30 устройства 1 для приготовления напитка. В одном примере три клапана 50, 50’ расположены равномерно с угловыми интервалами 120°. Разумеется, число клапанов не ограничивается тремя и может составлять 4, 5 или 6.
Тогда как на фиг. 2b показано состояние, при котором клапан 50 находится в состоянии, в котором гидравлическое сопротивление средства 40 для слива напитка является более низким («открытое состояние»), на фиг. 2a показано состояние, при котором клапан 50 находится в «закрытом» состоянии. Следует понимать, что слово «закрытое» просто означает состояние, при котором клапан 50 находится в таком состоянии, что гидравлическое сопротивление средства 40 для слива напитка является более высоким по сравнению с открытым состоянием на фиг. 2b. Однако даже в закрытом состоянии клапан 50 не перекрывает полностью средство 40 для слива напитка или канал 51. Скорее, клапан будет находиться в состоянии с более высоким гидравлическим сопротивлением, в котором существует равновесие между запирающим усилием клапана (по существу, разница между центробежной силой и поджимающим усилием спиральной пружины 57) и усилием, создаваемым напитком, выходящим из канала 51 и действующим на клапан.
В таком закрытом состоянии в области клапана 40 поперечное сечение потока напитка будет ограничено. Давление в этом напитке обычно создается также за счет центробежных сил. Таким образом, как показано на фиг. 2a, напиток также может течь в закрытом состоянии клапана 50. Однако падение давления и давление перед клапаном 50 увеличиваются в закрытом состоянии клапана 50 по сравнению с открытым состоянием клапана 50. Считается, что такое увеличение падения давления способствует образованию крема в готовом напитке.
Как видно из фиг. 2a и 2b, обод 59 мембраны 54 герметично соединен с частями, например изогнутой секцией 52 и поворотным устройством 56, в которых образованы каналы 51 и 53. Таким образом, даже в открытом состоянии клапана 50 на фиг. 2b напиток, выходящий из канала 51, не может протечь в область клапана 50, а скорее должен будет выйти через радиальный или горизонтальный канал 53 (путь движения жидкости показан стрелками «L»). Благодаря такой герметизации обода 59 мембраны 54 внутренняя часть мембраны продвигается поворотным устройством 56 в направлении закрытого состояния клапана при высоких скоростях вращения.
В варианте осуществления на фиг. 2a, 2b мембрана приводится в движение шарнирным поворотным устройством 56. Шарнирное поворотное устройство 56 является примером внешнего средства управления клапаном. Слово «внешний» следует понимать таким образом, что такое устройство управления клапаном прикладывает усилие снаружи (относительно средства для слива напитка). Такое усилие противоположно внутренним силам, действующим на средство для слива напитка и создаваемым, например, центрифугированным напитком при воздействии на внутренние стенки или другие элементы внутри средства для слива напитка. Таким образом, состояние клапана в соответствии с настоящим изобретением является функцией таких регулирующих сил, создаваемых внешним средством управления клапаном.
В варианте осуществления на фиг. 2a, 2b мембрана является примером клапанного элемента, который является частью стенки средства для слива напитка. Клапанный элемент может быть дополнительно или в альтернативном варианте осуществления размещен также внутри средства для слива напитка.
В приведенном примере мембрана является примером гибкой стенки средства для слива напитка, которая является частью клапана. Однако средство для слива напитка может иметь жесткие стенки, которые не деформируются при изменении состояния клапана. В таких случаях внутри стенок средства для слива напитка обычно обеспечен подвижный клапанный элемент.
В варианте осуществления на фиг. 2a, 2b мембрана является подвижной частью средства для слива напитка, которая воздействует на неподвижные части средства для слива напитка. Однако клапан может содержать более одной подвижной части.
В варианте осуществления на фиг. 2a, 2b состояние клапана изменяется путем изменения скорости вращения капсулы и вращающихся частей устройства для приготовления напитка. В одном примере таким образом можно контролировать образование «крема» сверху кофейного напитка путем регулирования скорости вращения в процессе приготовления напитка. Состояние клапана можно также изменять в процессе приготовления напитка так, чтобы, например, клапан был закрыт в течение только некоторого периода времени, меньшего, чем весь процесс приготовления напитка. Например, образование крема можно активировать в конце процесса приготовления напитка. Таким образом, рабочий цикл, в течение которого клапан закрыт, является по меньшей мере одним параметром процесса приготовления напитка, определяющим количество и качество крема.
Возможны другие варианты осуществления, в которых состояние клапана изменяется не скоростью вращения, а, например, средствами включения/блокировки, которые могут избирательно блокировать изменение состояния клапана таким образом, что клапан будет оставаться в своем текущем состоянии даже при изменении скорости вращения. Образование крема можно деактивировать или блокировать независимо от скорости вращения.
В варианте осуществления на фиг. 2a, 2b устройство управления состоянием клапана является чисто механическим. Средства управления клапаном в данном варианте осуществления можно рассматривать в качестве «пассивных» элементов как движущей силы изменения состояния клапана, т.е. центробежная сила генерируется «пассивно» путем вращения. Однако в других вариантах осуществления средство управления клапаном может содержать активный исполнительный механизм, вызывающий изменение состояния клапана независимо от вращения.
Например, устройством управления состоянием клапана может быть по меньшей мере один исполнительный механизм с электроприводом, такой как электромеханический, электрический, электромагнитный или индукционный исполнительный механизм, такой как соленоид, электромагнит (-ы), электродвигатель (-и) и т.п. В таком случае состоянием клапана можно управлять полностью независимо от скорости вращения. Точнее, состоянием клапана можно управлять при любой подходящей скорости вращения. Таким образом, для переключения состояния клапана могут использоваться электрические сигналы, посылаемые одному или более исполнительным механизмам с электроприводом.
В общем, приведение клапана в состояние повышения гидравлического сопротивления может производиться каждый раз при осуществлении процесса приготовления напитка. В альтернативном варианте осуществления это можно осуществлять избирательно, т.е. в зависимости от сигнала от устройства 10 идентификации капсулы устройства для приготовления напитка (включая обнаружение идентификационного признака капсулы) и/или сигнала от пользовательского интерфейса 9 (сенсорный экран, пульт дистанционного управления, выключатели и т.п.), соответственно поддерживающих связь с блоком 7 управления. Таким образом, состоянием клапана можно управлять в зависимости от типа капсулы и/или входных данных пользователя.
Кроме того, в варианте осуществления на фиг. 2a, 2b устройства управления клапаном не содержат механизма обратной связи для реализации управления с обратной связью. Особенно в случае электрического управления на средстве для слива напитка или внутри него может быть предусмотрено сенсорное средство, которое измеряет, например, давление или падение давления напитка на клапане или расход напитка в альтернативном варианте осуществления.
Сенсорное средство для измерения давления или расхода также может быть расположено во входной трубке 3 для подачи жидкости в капсулу 17.
Блок 7 управления может поддерживать связь с устройством управления состоянием клапана и осуществлять управление состоянием клапана с обратной связью, так что измеренный параметр (давление, скорость напитка и т.д.) можно регулировать до заданного номинального значения. Номинальное значение может зависеть от скорости вращения с предоставлением таблицы, кривой или функции «номинальное значение/скорость вращения». Номинальное значение может изменяться в ходе процесса приготовления напитка.
На фиг. 3 приведен пример возможной рабочей кривой падения давления как функции скорости вращения для устройства настоящего изобретения. Это один пример управления состоянием клапана, которое зависит от скорости вращения или инициируется благодаря скорости вращения (например, посредством центробежных сил). Поскольку противодавление, создаваемое клапаном, т.е. падение давление на клапане, является функцией состояния клапана, нулевое противодавление на фиг. 3 достигается в открытом состоянии клапана.
В приведенном примере клапан удерживается в открытом состоянии, и, таким образом, противодавление на клапане поддерживается на уровне нуля в диапазоне от 0 об/мин до порогового значения скорости вращения. При достижении порогового значения скорости вращения клапан переключается в закрытое состояние. Следует понимать, что в закрытом состоянии полученный напиток по-прежнему может проходить через клапан, хотя и с повышенным гидравлическим сопротивлением.
Выше порогового значения скорости вращения гидравлическое сопротивление и, следовательно, противодавление увеличиваются, например, с квадратом повышающейся скорости вращения. Возможно также, что выше порогового значения скорости вращения противодавление остается постоянным или возрастает в соответствии с другой, например линейной, функцией посредством соответствующего управления клапаном (например, с применением управления с обратной связью с помощью сенсорного средства, измеряющего противодавление).
Возможно также, что клапан управляется таким образом, что противодавление повышается, начиная с нулевого значения скорости вращения. Однако удержание клапана в открытом состоянии до достижения порогового значения скорости вращения имеет то преимущество, что после приготовления напитка подача жидкости в капсулу прекращается, и капсулу можно полностью опорожнить путем ее вращения со скоростью вращения от нулевого значения до порогового значения скорости вращения. Таким образом, капсулу можно опорожнить при нахождении клапана в средстве для слива напитка в максимально открытом состоянии, и, таким образом, в средстве для слива напитка создается наименьшее гидравлическое сопротивление.
Второй вариант осуществления устройства для приготовления напитка по настоящему изобретению показан на фиг. 4–9. Главное отличие заключается в том, что средство для слива напитка содержит периферийный клапан 50 на периферии вращающегося узла подачи жидкости. Клапан содержит непрерывную кольцевую мембрану 54. Внешнее устройство управления клапаном содержит множество поворотных устройств, распределенных по окружности узла 8 подачи жидкости (фиг. 7). Поворотные элементы чувствительны к действию центробежной силы при вращении узла и предусмотрены с возможностью управления состоянием периферийного клапана.
Мембрана может быть выполнена из мягкого и эластичного материала, такого как силиконовый каучук или термопластичный эластомер.
Мембрана 54 расположена над камерой 63 высокого давления, которая также является кольцевой и непрерывной на периферии узла подачи жидкости. Дополнительно предусмотрено твердое приводное кольцо 64 клапана, которое расположено вплотную к кольцевой мембране 54 для воздействия на мембрану для закрытия камеры 63, когда к ней прикладывается усилие поворотными устройствами. Для этого приводное кольцо 64 клапана имеет множество выступов 65, равномерно распределенных по его верхней поверхности; причем каждый выступ расположен в отверстии 66 верхней дискообразной опорной части 67 узла подачи жидкости.
Каждое поворотное устройство 56 имеет криволинейную поверхность 68, расположенную над отверстиями 66 и предусмотренную с возможностью вхождения в зацепление с выступом 65 приводного кольца при вращении в преобладающем направлении (например, в направлении по часовой стрелке). Поворотные устройства 56 установлены с возможностью поворота в опорной части 67. Ось поворота 55 каждого поворотного устройства предпочтительно является перпендикулярной радиусу узла подачи жидкости. В результате поворотные устройства способны вращаться в радиальных направлениях под действием центробежных сил при вращении средства подачи жидкости.
В приведенном примере имеется шесть поворотных устройств, которые поворачиваются вокруг шести различных шарнирных соединений 55. Поворотное устройство 56 содержит инерционную массу 61 (например, кусок меди), находящуюся на свободном конце напротив криволинейной поверхности. Инерционная масса усиливает рычажное усилие, создаваемое криволинейной поверхностью на приводном кольце.
Приводное кольцо дополнительно соединено со множеством пружинных элементов 57. Пружинный элемент 57 расположен, например, в углублении узла подачи жидкости с возможностью оттягивания приводного кольца в направлении (A) от закрытого положения мембраны в камере (фиг. 6). Например, пружинный элемент 57 создает тяговое усилие через связь, образованную промежуточным рычагом 69, прикрепленным к штифту 70 приводного кольца. Имеется столько же пружинных элементов и связей, сколько и поворотных устройств. Положение пружинных элементов может быть с угловым смещением относительно поворотных устройств 56 для обеспечения достаточно компактного строения. Однако возможны многие другие компоновки.
Камера 63 высокого давления предпочтительно является кольцевой и отграничена снаружи кольцевым ограничительным выступом 71, который захватывается мягкой эластичной мембраной при движении поворотных устройств с прижатием к ней посредством приводного кольца клапана. Таким образом, поток напитка может распределяться в камере 63 высокого давления в круговом направлении (B). Разумеется, кольцевой ограничительный выступ может быть предусмотрен на поверхности мягкой мембраны в альтернативном варианте осуществления или дополнительно.
Можно отметить, что два предшествующих варианта (фиг. 2a–2b и фиг. 4–9) могут иметь много общих признаков, таких как признаки, описанные в отношении фиг. 1. Рабочая кривая, описанная в отношении фиг. 3, относится также и ко второму варианту осуществления.
В частности, при низких скоростях вращения (т.е. при определенном пороговом значении или ниже его) устройства клапан остается открытым, причем мягкая эластичная мембрана находится в разъединенном положении (фиг. 6), а пружинный элемент оттягивает приводное кольцо в направлении (A) от камеры высокого давления. В результате камера открывается и напиток может вытекать из капсулы и канала 51 и течь к узлу подачи и камере 63 высокого давления и подвергаться центрифугированию в направлении наружу (L). В этом состоянии противодавление, производимое в камере высокого давления, является низким и зависит от ограничительного отверстия 72 между ограничительным выступом 71 и мягкой мембраной 54. Это ограничительное отверстие можно задавать для обеспечения большего или меньшего количества крема.
L
A
При повышении скорости вращения поворотные устройства 56 поворачиваются в радиальных направлениях под действием центробежных сил. Поворотные устройства действуют посредством своих криволинейных поверхностей на приводное кольцо и прижимают мягкую мембрану в направлении камеры высокого давления. Приводное усилие направлено к мягкой мембране (направление C на фиг. 5) и противодействует тяговому усилию пружинного элемента (направление A на фиг. 6). Центробежная сила F, исходящая от центрифугированной жидкости в канале 51 и камере высокого давления, также имеет тенденцию к удержанию мягкой мембраны в по меньшей мере частично открытом положении и увеличивает усилие пружины F. Таким образом достигается динамическое равновесие давления, при котором при достаточной скорости вращения или диапазоне скоростей клапан оказывает на напиток противодавление (более высокое, чем при низкой скорости вращения), и жидкость может быть вытеснена из камеры высокого давления. В этом рабочем режиме создается такое противодавление, что в готовом напитке образуется крема.
c
В варианте осуществления на фиг. 10 клапан 50 содержит сжимаемый канал 73 для напитка, который предусмотрен с возможностью сжатия сжимающим элементом 74. Сжимающий элемент предусмотрен с возможностью перемещения под действием центробежных сил (направление F), которые возникают при приведении капсулы во вращательное движение узлом 8 подачи жидкости и держателем 16 капсулы. Сжимающий элемент соединен с пружинным элементом 57, который предусмотрен с возможностью поддержания сжимающего элемента в состоянии без сжатия канала при наличии достаточно слабых центробежных сил, т.е. при достаточно низких скоростях вращения или в диапазоне низких скоростей. Пружинный элемент 57 может быть жестко соединен с вращающимся узлом 8. В состоянии без сжатия канал для напитка поддерживается достаточно открытым для того, чтобы не создавать препятствий для потока напитка или чтобы такие препятствия были незначительными. В таком состоянии противодавление, создаваемое клапаном 50, отсутствует или является низким. По мере увеличения центробежной силы, т.е. при более высоких скоростях вращения или в диапазоне более высоких скоростей вращения, сжимающий элемент приводится в состояние, при котором он сжимает сжимаемый канал 73 (направление повышения гидравлического сопротивления). В этом втором состоянии канал деформируется и создается ограничение, так как поперечное сечение канала уменьшается, и тем самым создается противодавление на поток напитка.
Следует отметить, что сжимаемый канал в средстве для слива напитка может составлять лишь какую-то часть всего канала для напитка. Он может представлять собой мягкую трубку, например трубку из силиконового или бутадиен-нитрильного каучука. Например, он может проходить от входного отверстия 75 для напитка на внутренней поверхности узла подачи жидкости до выходного отверстия 76 для напитка, находящегося перед коллектором 33 для напитка.
В варианте осуществления на фиг. 11 клапан 50 содержит сжимаемый канал 73, который содержит поджимающее средство или средство 57 восстанавливающего усилия. Поджимающее средство может быть образовано по меньшей мере одной частью стенки канала или самим каналом, который упруго деформируется под давлением сжимающего элемента. Сжимающий элемент может образовывать поворотное устройство 56 с поворотным рычагом 77, который крепится на шарнире или оси 55 вращения, и сжимающим участком 78, образующим свободный конец сжимающего элемента. Сжимающий участок может быть увеличенного размера по сравнению с рычагом для образования центробежной инерционной массы, которая прилагает значительное смыкающее усилие на сжимаемый канал 73 под действием центробежных сил. Каналу можно придать некруглое поперечное сечение на поверхности, где он сдавливается сжимающим элементом.
Следует отметить, что сжимающий элемент может двигаться поступательно, а не вращаться.
Вариант осуществления на фиг. 12 представляет собой вариант, в котором клапан управляется внешним устройством управления клапаном, которое управляет состоянием клапана независимо от центробежных сил при вращении капсулы и держателя капсулы. В частности, клапан 50 содержит исполнительный механизм 79 клапана или привода, который управляет состоянием клапана при получении специальных входных данных от блока управления. Например, исполнительным механизмом клапана может быть соленоид, который действует на сжимающий элемент 74 клапана. Сжимающий элемент 74 клапана входит в зацепление с упругим сжимаемым каналом 73, например путем сдавливания такого канала. В первом состоянии (пунктирные линии) исполнительный механизм клапана отводится таким образом, что канал не сжимается, и создаваемое клапаном противодавление относительно низкое. Такое состояние предпочтительно соответствует низким скоростям вращения узла подачи жидкости. Во втором состоянии (сплошные линии) исполнительный механизм 79 клапана выдвинут и побуждает сжимающий элемент 74 в направлении повышения гидравлического сопротивления для сдавливания канала с достаточным усилием для создания значительного противодавления. Канал значительно деформируется, тем самым затрудняя поток центрифугированного напитка. Такое состояние предпочтительно соответствует более высоким скоростям вращения. Переход из одного состояния в другое может инициироваться блоком управления как реакция на входные данные, отражающие скорость вращения капсулы в устройстве.
В общем, расход жидкости, подаваемой в капсулу, регулируется насосом, который управляется блоком управления при переменных значениях расхода (насос 5 на фиг. 1). Такой расход можно варьировать независимо от работы клапана. Например, расход можно увеличить до большего значения, когда клапан находится в полностью открытом состоянии, и уменьшить, когда клапан находится в состоянии ограничения или высокого противодавления.