Устройство и способ управления вкусом кофе и кофеварка, содержащая такое устройство
DEVICE AND METHOD OF THE COFFEE TASTE CONTROLLING AND COFFEE MAKER CONTAINING SUCH DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Варианты осуществления настоящего изобретения в целом относятся к приготовлению кофе, и, более конкретно, к устройству для управления вкусом кофе, способу управления вкусом кофе, и кофеварке, содержащей указанное устройство.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В настоящий момент производители кофе предпринимают огромные усилия для оптимизации систем заваривания и предложения кофейных зерен или помола, отличающихся по вкусу, для обеспечения быстрого и удобного приготовления кофе, обеспечивающее получение кофе с различными вкусами. Более того, множество кофеварок было протестировано на вкусы приготавливаемого им кофе и сертифицировано уполномоченными органами. Таким образом, машины для приготовления кофе могут содержать графический знак, на котором указано, например, “Сертифицировано итальянскими дегустаторами”. Однако эти дегустации выполняют при контролируемых параметрах, и на практике потребителям сложно получить желаемый вкус кофе, поскольку кофеварки могут быть использованы в различных окружающих условиях с различными параметрами. Это значит, что кофеварка может приготавливать кофе с различными вкусами, даже если ее используют с одними и теми же кофейными зернами.
[0003] Например, вода, как один из наиболее важных ингредиентов кофе, обычно имеет сильно различающиеся свойства в различных местах по всему миру. Более того, даже если предлагается заваривать кофе с чистой водой или бутилированной водой, многие потребители кофе все еще доверяют качеству водопроводной воды и используют ее для заваривания кофе. Эти различия могут привести к тому, что кофе будет иметь различные вкусы.
[0004] Кроме того, хотя кофеварки могут варить кофе, вкус которого рекомендован или считается специалистами самым лучшим, потребители всегда имеют их собственные привычки по употреблению кофе. Фактически, разные люди обычно имеют разные предпочтения по вкусу кофе. Например, некоторые люди предпочтут более крепкий кофе, в то время как другие предпочтут более слабый кофе; некоторым людям нравится более крепкий кофе по утрам и более слабый кофе после обеда, в то время как другие люди имеют другие предпочтения. Таким образом, то же самый кофе, даже если он настоятельно рекомендован специалистами, не может удовлетворить всех потребителей кофе.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] В связи с этим в настоящем изобретении предложено решение, обеспечивающее возможность управления вкусом кофе с целью устранения или по меньшей мере частичного разрешения по меньшей мере части вышеуказанных проблем.
[0006] В первом аспекте настоящего изобретения предложено устройство для управления вкусом кофе. Устройство содержит управляющий блок и блок регулирования pH (pondus Hydrogenii, водородный показатель). Управляющий блок выполнен с возможностью определения целевого значения pH воды, соответствующего желаемому вкусу кофе, и соответствующего управляющего сигнала регулирования.  Блок регулирования pH выполнен с возможностью регулирования, в ответ на управляющий сигнал регулирования, подаваемый на блок регулирования pH, значения pH воды, подлежащей подаче в варочный блок кофеварки, до целевого значения pH.
[0007] Во втором аспекте настоящего изобретения предложен способ управления вкусом кофе. Способ включает в себя определение целевого значения pH воды, соответствующего желаемому вкусу кофе, и соответствующего управляющего сигнала регулирования; и регулирование, в ответ на управляющий сигнал регулирования, значения pH воды, подлежащей подаче в варочный блок кофеварки, до целевого значения pH.
[0008] В третьем аспекте настоящего изобретения кроме того предложена кофеварка, содержащая устройство для управления вкусом кофе согласно первому аспекту настоящего изобретения.
[0009] В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения значение pH воды, подлежащей подаче в варочный блок кофеварки, может быть отрегулировано для обеспечения желаемого вкуса кофе. Таким образом, влияние свойств воды на вкус кофе может быть значительно уменьшено, и таким образом обеспечена возможность приготовления кофе с тем же желаемым вкусом даже при использовании воды с разными свойствами.
[0010] Другие признаки и преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения будут также понятны из последующего описания конкретных вариантов осуществления при рассмотрении в сочетании с сопроводительными чертежами, которые в качестве примера иллюстрируют принципы вариантов осуществления настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0011] Варианты осуществления изобретения представлены в качестве примеров, и их преимущества более подробно объяснены ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых одинаковые ссылочные номера обозначают одни и те же или подобные компоненты.
[0012] На фиг. 1 показана структурная схема управления вкусом кофе согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
[0013] На фиг. 2 показана блок-схема приведенного в качестве примера устройства для управления вкусом кофе согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
[0014] На фиг. 3 показана структурная схема приведенных в качестве примера факторов, которые могут быть использованы при определении целевого значения pH, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
[0015] На фиг. 4A-4D показано примерное соотношение между значениями pH и вкусами кофе согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
3
[0016] На фиг. 5 показан график растворимости CaCO в воде с различными значениями pH.
[0017] На фиг. 6 показана схема приведенной в качестве примера схематичной конструкции кофеварки, содержащей блок регулирования pH, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
[0018] На фиг. 7 показана структурная схема приведенного в качестве примера блока регулирования pH согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
[0019] На фиг. 8A и 8B показаны структурные схемы принципа работы для регулирования значения pH согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
[0020] На фиг. 9A и 9B показано выполнение регулирования значения pH согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
[0021] На фиг. 10 показана структурная схема ионного обмена для заваривания кофе согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0022] На фиг. 11A и 11B показаны структурные схемы приведенных в качестве примера ионообменных смол, которые могут быть использованы в настоящем изобретении.
[0023] На фиг. 12 показана структурная схема приведенной в качестве примера подготовки ионообменника согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
[0024] На фиг. 13 показано влияние воды на индекс объема пенки (crema volume index, CVI) согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
[0025] На фиг. 14 показано влияние воды на значение pH заваренного кофе согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
[0026] На фиг. 15 показана блок схема приведенного в качестве примера способа управления вкусом кофе согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0027] Здесь и далее варианты осуществления настоящего изобретения будут подробно описаны со ссылкой на сопроводительные чертежи. Следует понимать, что хотя описание содержит множество особенных деталей выполнения, эти детали не следует толковать как ограничения объема изобретения или того, что может быть заявлено, а напротив как описание признаков, которые могут быть специфическими для частных вариантов осуществления частных изобретений. Конкретные особенности, которые описаны в этом описании в контексте отдельных вариантов осуществления, также могут быть выполнены совместно с одним вариантом осуществления. Напротив, различные признаки, которые описаны в контексте одного варианта осуществления, также могут быть выполнены во множестве вариантов осуществления по отдельности или в любой подходящей частичной комбинации. Более того, хотя признаки могут быть описаны выше как действительные в конкретных комбинациях и даже могут быть первоначально заявлены как таковые, одна или более особенностей заявленных комбинаций в некоторых случаях могут быть исключены из комбинаций, а заявленные комбинации могут быть направлены на частичную комбинацию или вариант частичной комбинации.
[0028] Как правило, все термины, использованные в формуле изобретения, следует толковать согласно их обычному значению в области техники, если в настоящем документе явно не указано иное. Все ссылки на определенные и неопределенные формы единственного числа «a/an/the/said» английского языка [элемент, устройство, компонент, средства, этап и т.д.] следует толковать открыто как ссылающиеся по меньшей мере на один пример указанного элемента, устройства, компонента, средства, блока, этапа и т.д., без исключения множества таких устройств, компонентов, средств, блоков, этапов и т.д., если явно не указано иное.
[0029] Здесь и далее сделаны ссылки на фиг. 1-14 для описания сначала устройства для управления вкусом кофе и кофеварки, содержащей это устройство согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
[0030] Сначала будет сделана ссылка на фиг. 1, на которой показана структурная схема управления вкусом кофе согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано, в кофеварке выполнено новое добавленное устройство 102 для управления вкусом кофе, которое может обрабатывать воду 101, подлежащую использованию в варочном блоке 106, в частности путем регулирования значения pH воды так, что вода становится подходящей для достижения желаемого вкуса кофе. Затем обработанную воду подают к варочному блоку 106. С другой стороны, кофейные зерна 104 также подают к варочному блоку 106 после помола в блоке 105 помола. В варочном блоке 106 осуществляют приготовление кофе в процессе заваривания с использованием обработанной воды и помолотых кофейных зерен. После завершения процесса заваривания получают кофейный напиток 107, который готов к употреблению.
[0031] Кроме того, устройство 102 также может быть использовано для других целей, например, для удаления накипи, что обозначено позицией 103. Следует понимать, что управление вкусом кофе выполняют с помощью обработки воды путем регулирования значения ее pH, которая также может быть использована для удаления накипи. Таким образом, в варианте осуществления настоящего изобретения устройство 102 также может быть использовано для обработки воды для удаления накипи из кофеварки в циклах промывки.
[0032] Как указано выше, вода имеет сильно отличающиеся свойства в различных местах по всему миру, которые могут существенно влиять на вкус кофе. Например, в Европе значения pH воды изменяются от менее чем 4,5 до более чем 8,5.  Однако в существующих кофемашинах едва ли проводят какие-либо измерения для регулирования воды, чтобы она стала подходящей для заваривания. Во-первых, выбор используемой воды остается за конечным пользователем, а во-вторых, производители кофеварок имеют ограниченное влияние на выбор воды. В некоторых из существующих кофемашин, только с целью удаления накипи, выполнены фильтры компании Brita для удаления загрязнений из воды и смягчения воды, уменьшая, таким образом, образование накипи. Таким образом, фактически существующие кофеварки совсем не принимают в расчет воздействие воды на вкус кофе. Именно в силу этого в вариантах осуществления настоящего изобретения предложено решение для управления вкусом кофе путем регулирования значения pH воды, подлежащей подаче в варочный блок машины для приготовления кофе.
[0033] Далее, сделана ссылка на фиг. 2 для описания приведенного в качестве примера устройства для управления вкусом кофе согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 2, устройство 102 содержит управляющий блок 102a и блок 102b регулирования pH. Управляющий блок 102a выполнен с возможностью определения целевого значения pH воды, соответствующего желаемому вкусу кофе, и соответствующего управляющего сигнала регулирования. Управляющий блок 102a может быть выполнен в форме встроенного микропроцессора или любого другого подходящего процессора или контроллера, который подходит для использования в кофеварке. Затем, установленный управляющий сигнал регулирования будет подан к блоку 102b регулирования pH, выполненному с возможностью регулирования, в ответ на подаваемый на него управляющий сигнал регулирования, значения pH воды, подлежащей подаче в варочный блок кофеварки, до целевого значения pH.
[0034] На практике, управляющий блок 102a может определять целевое значение pH воды, соответствующее желаемому вкусу кофе, на основании множества релевантных факторов. Далее, только с целью иллюстрации, на фиг. 3 показана структурная схема некоторых приведенных в качестве примера факторов, которые могут быть использованы при определении значения pH согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено этими факторами, как представлено на фиг. 3, и специалист в данной области техники может предположить другие факторы, которые также могут быть использованы при определении значения pH из предложенных там идей.
[0035] Как показано на фиг. 3, управляющий блок 102a может определять целевое значение pH воды на основании, например, профессиональной оценки A1 вкуса. Другими словами, для управления вкусом оно может определять эталонное значение pH для эталонного вкуса кофе. Эталонный вкус кофе может быть рекомендуемым вкусом или оптимальным вкусом, определяемым специалистами посредством профессиональной оценки вкуса. Посредством профессиональной оценки вкуса также может быть получено соотношение между значениями pH и вкусами кофе. Соотношение может быть получено на основании информации, предоставленной специалистами, осуществляющими профессиональную оценку вкуса, и сохраняемой производителями в памяти кофеварки. Соотношение может быть эталонным значением pH или эталонным диапазоном значений pH, соответствующим различным вкусам кофе. Например, специалисты могут рекомендовать соответственно эталонные значения pH или диапазоны для различных сортов кофе.
[0036] На фиг. 4A-4D показан пример соотношения между значениями pH и вкусом кофе согласно варианту осуществления настоящего изобретения, полученного посредством профессиональной оценки вкуса. В частности, на фиг. 4A показаны соотношения между значениями pH и бальными оценками (S) сладости; на фиг. 4B показаны соотношения между значениями pH и бальными оценками (S) послевкусия; на фиг. 4C показаны соотношения между значениями pH и бальными оценками (S) кислотности; и на фиг. 4D показаны соотношения между значениями pH и бальными оценками (S) аромата. Как показано на фиг. 4A-4D, оптимальные значения pH различны для различных вкусовых свойств кофе. На основании вышеуказанных соотношений для эталонного вкуса обеспечена возможность определения целевого значения pH воды, соответствующего конкретному вкусу кофе. Таким образом, значением pH можно управлять для получения целевого значения для обеспечения рекомендуемого вкуса, который специалисты считают идеальным. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает подлежащий получению насыщенный вкус для конкретного сорта кофе.
[0037] Кроме того, целевое значение pH также может быть определено на основании личных предпочтений A2 потребителя относительно вкусовых свойств кофе или свойств воды. Например, в кофеварке могут быть предусмотрены некоторые функции, активируемые средствами пользовательского интерфейса, так что потребитель может вводить его/ее личные предпочтения. Пользовательский интерфейс может содержать, например, сенсорное дисплейное устройство, жидкокристаллический дисплей с кнопками, который используют для отображения вкусовых свойств кофе или свойств воды и обеспечения интерактивного интерфейса для потребителя. Использование жидкокристаллического дисплея может обеспечить визуальное отображение для потребителя. В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения кофеварка может быть выполнена с более абстрактным представлением в качестве пользовательского интерфейса, например, числовыми шкалами, цветными колесиками для отражения различных вкусовых свойств кофе и т.д. Такое абстрактное представление позволит потребителю осуществить уверенный выбор. Таким образом, следует понимать, что выбор вкусовых свойств кофе или свойств воды может быть осуществлен или по отдельности, или непрерывно.
[0038] Вкусовые свойства кофе, предоставленные пользовательским интерфейсом, могут включать в себя, например, горькость, сладость, кислотность, аромат и т.д. Таким образом, с помощью пользовательского интерфейса потребитель может выбирать вкусовые свойства кофе на основании его/ее личных предпочтений. Различные вкусовые свойства кофе соответствуют различным целевым значениям, и таким образом выбор потребителя будет приводить к изменению свойств воды. На основании выбора потребителя управляющий блок 102 может присвоить целевое значение pH, соответствующее вкусу кофе, выбранному потребителем. Например, он может использовать информацию из профессиональной оценки A2 вкуса, которая дает соотношение между значениями pH и вкусом кофе или вкусовыми свойствами кофе, чтобы связать выбор потребителя с целевыми значениями pH.
[0039] Кроме того, пользовательский интерфейс также может непосредственно предоставлять функции относительно свойств воды, такие как значение pH воды. Пользовательский интерфейс может позволить потребителям осуществить выбор несколькими путями, такими как явно выбрать pH воды на основании примерных мест обитания (например, в европейский странах, азиатских странах). В этом случае, диапазон возможных значений pH может быть присвоен вводу пользовательского интерфейса, так что потребитель может осуществить выбор согласно его/ее вкусовым предпочтениям. Таким образом, например, управляющий блок 102a может получать выбор пользователя от интерфейса и непосредственно присваивать выбор соответствующему значению pH, которое будет взято за целевое значение pH.
[0040] Кроме того, также может быть учтена другая информация, такая как привычки питья кофе, персональные физические условия. Эта информация также может помочь в определении или изменении подходящих вкусовых свойств кофе для потребителя автоматически и затем присвоить их соответствующему значению pH или диапазону. Эти соотношения могут быть предоставлены производителями.
[0041] Следует понимать, что на практике предпочтения потребителя могут отклоняться от мнения специалиста и значительно отличаться в зависимости от региональных и личных предпочтений. Однако в вариантах реализации настоящего изобретения потребителям может быть предоставлена возможность управления вкусом кофе согласно их личным соответствующим вкусовым предпочтениям вместо того, чтобы осуществлять выбор из вкусов кофе, рекомендуемых специалистами. Таким образом, может быть достигнуто индивидуальное управление вкусом.
[0042] В соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения устройство 102 может также содержать датчик, выполненный с возможностью определения свойств A3 кофейных зерен или помола. В свою очередь управляющий блок 102a может быть выполнен с возможностью определения целевого значения pH воды на основании установленных свойств A3 кофейных зерен или помола. Следует понимать, что для различных сортов кофе, в особенности различных свойств A3 кофейных зерен или помола, таких как тип зерен, происхождение зерен, степень обжарки и т.д., подходящее значение pH воды может отличаться. На основании установленных результатов от датчика управляющий блок может определять подходящее значение pH в качестве целевого значения. На практике, фактическое значение pH, которое подходит для заваривания в отношении конкретных свойств зерен, может быть определено производителями. Следует понимать, что фактор A3 может быть использован отдельно или в комбинации с одним или большим количеством других факторов, таких как профессиональная оценка A1 вкуса, личные предпочтения A2 потребителя и т.д.
[0043] В соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения частое заваривание, например, с водопроводной водой, вызовет проблему образования накипи в кофеварке. Обычно, удаление накипи обеспечивается путем добавления конкретного раствора, такого как умягчители воды типа уксуса, в воду для получения кислой воды. Известные кофеварки обычно требуют измерения потребителем свойств местной воды перед использованием кофеварки и затем соответствующим образом программируют устройство через пользовательский интерфейс. Затем, на основании количества заваренных чашек, устройство подает сигнал потребителю, что необходимо произвести удаление накипи. Хотя умягчители воды имеют преимущество в том, что могут легко решать проблему образования накипи, их использование сопровождается другой проблемой, которую нельзя игнорировать, т.е. ухудшением вкуса кофе. Умягчители воды обычно образованы слоем ионообменных смол, которые улавливают ионы кальция и заменяют их ионами натрия. Однако избыток ионов натрия изменяет свойства исходной воды, что может неблагоприятно повлиять на вкус кофе.
3
3
[0044] Чтобы преодолеть проблему образования накипи, управляющий блок 102a также может определять целевое значение pH воды для удаления накипи на основании установки жесткости воды и/или эффективности A4 обработки для удаления накипи из кофеварки в цикле промывки. Другими словами, управляющий блок 102a также может управлять блоком регулирования pH для удаления накипи. На основании установки жесткости воды и эффективности обработки управляющий блок 102a может определять целевое значение pH для удаления накипи. Например, может быть зафиксировано количество поданного кофе, например, количество чашек. Таким образом, когда достигнуто заранее определенное количество кофе, может быть осуществлено удаление накипи путем обработки воды до получения целевого значение pH для удаления накипи во время цикла промывки. Таким образом, образование накипи в кофеварке может быть предотвращено. На фиг. 5 показан график растворимости CaCO (моль/л) в воде с различными значениями pH. Из графика видно, что вода с низким pH может растворить больше CaCO, т.е. кислая вода способствует удалению накипи. Таким образом, обеспечена возможность удаления накипи в кофеварке в цикле промывки путем регулирования значения pH воды. Когда цикл промывки завершен, обработанная вода будет выпущена как отработанная вода.
[0045] С другой стороны, также обеспечена возможность удаления накипи непрерывным образом. Другими словами, удаление накипи может быть осуществлено каждый раз при приготовлении кофе. Например, возможно сначала отрегулировать значение pH воды до целевого значение pH для удаления накипи для удаления накипи в кофеварке перед регулированием значения pH до целевого значения pH, соответствующего желаемому вкусу. Таким образом, образованная накипь может быть удалена перед завариванием кофе. Обработанная вода будет выпущена как отработанная вода. Кроме того, обеспечена возможность удаления накипи в кофеварке после заваривания кофе. Более того, следует понимать, что при периодическом удалении накипи требуется раствор с низким pH (более кислый), чем при непрерывном удалении накипи, поскольку конкретное количество накипи уже наросло до цикла промывки.
[0046] После определения целевого значения pH управляющий блок 102a может определять соответствующий сигнал регулирования, подлежащий подаче к блоку регулирования pH. Сигнал регулирования pH может быть определен на основании целевого значения pH и исходного pH воды. Исходное значение pH может быть получено от датчика для распознавания поступающей воды или может быть получено потребителем, который вручную измеряет значение pH воды. Сигнал регулирования pH может быть, например, напряжением, подлежащим подаче блоку 102b регулирования pH. В этом случае, на основании целевого значения pH и исходного pH воды, сигнал регулирования pH может быть отмечен на полярности и амплитуде напряжения как сигнал регулирования pH для конкретного расхода воды. Кроме того, регулирование pH также возможно путем подачи тока к блоку 102b регулирования pH. В соответствии с альтернативным или дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения сигнал регулирования pH может быть также сигналом для управления скоростью потока в блоке 120b регулирования pH. Определение сигнала регулирования pH будет подробно описано ниже со ссылкой на фиг. 6-9B.
[0047] Здесь и далее приведенная в качестве примера конструкция устройства 102 в кофеварке будет описана со ссылкой на фиг. 6, на которой показана схема приведенной в качестве примера схематичной конструкции кофеварки, содержащей блок 102b регулирования pH согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Что касается управляющего блока 102a, следует понимать, что он может быть контроллером, выполненным отдельно от процессора, который уже находится в кофеварке или которого еще нет в кофеварке. Другими словами, для осуществления настоящего изобретения может быть добавлен новый процессор или может быть повторно использован первоначальный процессор.
[0048] Как показано на фиг. 6, вода 101 входит в водяной бак 110 и будет нагнетаться и подаваться по трубкам 120a, 120b, 120c и 120d к клапану 112 и к электромагнитному клапану 113 с помощью насоса 111. Когда клапан 112 открыт, вода будет протекать через трубку 120f в блок 102b регулирования pH, в котором ее обрабатывают. При этом, когда электромагнитный клапан 113 открыт, вода будет протекать в бойлер 114, в котором она нагревается. В блоке 102b регулирования pH значение pH воды будет отрегулировано до целевого значения pH, и вода с целевым значением pH в свою очередь будет подана к теплообменнику 115. В теплообменнике 115 будет осуществляться теплообмен между водой, содержащейся в теплообменнике 115, и паром и водой, содержащимися в бойлере 114. Другими словами, вода, содержащаяся в теплообменнике 115, будет нагрета от пара и горячей воды, содержащихся в бойлере 114. После этого, нагретая вода, содержащаяся в теплообменнике 115, будет далее подана в варочный блок кофеварки, в особенности, в варочную головку через трубку 120h. Пар в бойлере 114 будет доставлен к паровому клапану через трубку 120i, и может быть использован для вспенивания молока, пока горячая вода в бойлере 114 может протекать в трубку 120j и в завершение протекать обратно в редукционный клапан давления через трубку 120k.
[0049] Следует понимать, что блок 102b регулирования pH также может быть встроен в водяной бак 110 для управления свойствами воды в баке. В этом случае, будет необходимо каждый раз регулировать свойства воды всей воды в баке. Кроме того, также возможно расположить блок регулирования pH в любом другом положении между теплообменником 115 и водяным баком 110, например, ниже по потоку относительно насоса 111. Однако следует понимать, что предпочтительным является получение необходимого количества воды из бака и затем регулирование свойств воды до необходимого значения pH.
2
2,
-
+
[0050] Блок 120b регулирования pH может использовать обычные технологии электролиза воды для регулирования pH воды. Подход на основе электролиза предполагает подачу электрической мощности для разложения воды на кислород O и водород H с образованием в то же время в воде ионов OH и H. Химическая реакция может быть выражена следующими уравнениями (1) и (2):
+
-
2
[0051] 2H+2e→H (катод) (1)
-
-
2
2
[0052] 4OH- 4e→2HO+ O (анод) (2)
[0053] Таким образом, значение pH воды может быть изменено так, чтобы получить щелочную воду или кислую воду. Однако недостатком этой технологии является то, что будет образована нежелательная отработанная вода.
[0054] В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения может быть использована технология однонаправленного (uni-directional, Uni-D) регулирования pH, которая основана на псевдофарадеевской реакции. Здесь и далее блок регулирования pH, основанный на технологии однонаправленного регулирования pH, будет подробно описан со ссылкой на фиг. 7-9B.
[0055] Ниже следует ссылка на фиг. 7, которая представляет собой структурную схему приведенного в качестве примера блока регулирования pH согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 7, блок 120b регулирования может содержать водяную емкость 701, электрод 702 и электрод 703 в качестве противоэлектрода. Водяная емкость 701 выполнена с возможностью приема воды, подлежащей электролизу, через впускное отверстие 704 для воды и выпуска обработанной воды через выпускное отверстие 705 для воды, или другими словами вода 101 будет поступать в водяную емкость через впускное отверстие 704 для воды и подвергаться электролизу, а затем обработанная вода 101’ будет выпущена из него через выпускное отверстие 705 для воды. Однако следует понимать, что и впускное отверстие 704 для воды, и выпускное отверстие 705 для воды показаны схематически только с целью иллюстрации, и настоящее изобретение не ограничено конкретным положениями и/или формами, как показано на фиг. 7.
[0056] Два электрода 702 и 703 расположены друг напротив друга в водяной емкости 701, и один из них выступает в роли анода, а другой в роли катода. Два электрода 702 и 703 соединены с источником питания (не показан), таким как источник питания постоянного тока, который выполнен с возможностью управления с помощью блока 102b контроллера и обеспечения необходимого управляющего сигнала регулирования pH под управлением управляющего блока для достижения необходимого значения pH. Например, электрод 702 может быть соединен с положительным полюсом источника питания, а электрод 703 - с отрицательным полюсом источника питания. Электрод 702 может быть изготовлен, например, из Ti, Pt, Au или любого другого инертного металла или его оксида, такого как TiMMO (Titanium Mixed Metal Oxide, смешанный оксид титана). Электрод 22 может быть изготовлен, среди прочего, из активированного угля.
+
-
+
-
[0057] На фиг. 8A и 8B показаны структурные схемы принципа работы блока регулирования pH согласно варианту осуществления настоящего изобретения, в которых электрод 702 представляет собой, например, электрод из TiMMO, а электрод 703 представляет собой, например, электрод из активированного угля. Сначала, для случая, показанного на фиг. 8A, электрод 702, изготовленный из TiMMO, выступает в роли анода, а электрод 703, изготовленный из активированного угля, выступает в роли катода. Во время процесса электролиза на аноде проходит псевдофарадеевская реакция, в результате которой оксидантный статус переходного металла увеличивается. Анод теряет электроны, а анионы в растворе поглощаются TiMMO, причем отмеченная зона схематически показывает электрохимическую реакцию поглощения ионов. Другими словами, ионы H в воде 101, подаваемой в водяную емкость, расходуются путем сбора  электронов на катоде, а ионы OH в воде не расходуются на аноде и остаются в воде. Это нарушает исходный баланс между ионами H и OH, и таким образом значение pH раствора увеличивается, и образуется щелочная вода 101’a.
-
-
+
+
-
2
2
[0058] С другой стороны, как показано на фиг. 8B, электрод 702, изготовленный из TiMMO, выступает в роли катода, а электрод, изготовленный из активированного угля, выступает в роли анода. В блоке регулирования pH на катоде проходит псевдофарадеевская реакция, в результате которой статус окисления переходного металла уменьшается совместно с поглощением катионов в решетке TiMMO, причем отмеченная зона схематически показывает электрохимическую реакцию поглощения ионов. На аноде или рядом с ним ионы OH в воде становятся окисленными из-за потери электронов (т.е. являются окисленными), таким образом, образуя HO и O. Другими словами, ионы OH в воде расходуются, а ионы H остаются в воде. Соответственно, дисбаланс между H и OH вызывает уменьшение значения pH раствора, и таким образом образуется кислотная вода 101’b.
-
+
-
+
+
-
[0059] Фиг. 9A и 9B иллюстрируют эффективность блока регулирования pH согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Из графиков, показанных на чертежах, можно увидеть, что эффективность регулирования pH зависит от времени электролиза и тока/напряжения. Чем дольше вода находится в контакте с электродами, тем больше анионов OH или катионов H (в зависимости от того, выступает ли электрод из TiMMO в роли анода или катода) образуется, что означает возможность достижения более низкого или более высокого pH. С другой стороны, увеличение тока/напряжения будет увеличивать скорость переноса электронов между электродами и водой, и таким образом скорость образования ионов OH или H в воде может быть соответственно увеличена. Кроме того, хотя это не показано, следует также понимать, что расход воды также оказывает существенный эффект на выполнение регулирования pH. Как правило, чем больше расход, тем короче время, которое вода будет находится в контакте с электродом, и таким образом образуется меньшее количество ионов H или OH, и наоборот.
[0060] При использовании блока однонаправленной регулирования pH согласно вариантам осуществления настоящего изобретения регулирование pH может быть эффективно достигнуто, и в то же время указанный блок регулирования не будет образовывать любой нежелательной отработанной воды.
[0061] Кроме того, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения для улучшения вкуса кофе, особенно кофе эспрессо, устройство 102 может дополнительно содержать ионообменник для увеличения количества пенки. Как известно, пенка является одним из наиболее важных компонентов для кофе эспрессо, а ее объем и текстура значительно влияют на первое впечатление потребителя кофе. Индекс объема пенки используют для определения количества пенки, который обычно может быть представлен отношением объема пенки к общему объему жидкости. Помимо пенки, другим критическим параметром для оценки вкуса кофе является его кислотность. Как правило, итоговый индекс объема пенки для кофе, приготовленного имеющейся кофеваркой, ниже 10%, что гораздо ниже минимального значения индекса объема пенки для идеальной пенки. В настоящем документе дополнительно обеспечено решение, посредством которого количество пенки может быть увеличено посредством ионного обмена.
+
+
+
+
[0062] На фиг. 10 показана структурная схема ионного обмена для заваривания кофе согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 10, вода 1001 будет подана к ионообменнику 1002, в котором она будет обработана посредством анионного ионного обмена так, что обработанная вода станет обогащенной бикарбонат-ионами, которые могут быть основными компонентами пенки. Затем, обработанную воду подают в нагревательную систему 1003 для нагрева и затем в варочный блок 1006. При этом, кофейные зерна 1004 будут поданы в блок 1005 помола и размолоты в нем, а после этого размолотые кофейные зерна будут поданы в варочный блок 1006. В варочном блоке 1006 кофе будет заварен с обработанной водой и размолотыми кофейными зернами.  После операции заваривания кофе 1007 готов. Вследствие обилия бикарбонат-ионов в обработанной воде в процессе заваривания кофе будет образовано больше пенки. Таким образом, итоговый индекс объема пенки будет значительно улучшен. Помимо анионного обмена, относящегося к бикарбонат-ионам, катионный обмен также может быть осуществлен для обмена катионами жесткости (такими как Ca2, Mg2 или им подобные), содержащимися в воде, которые могут привести к проблемам образования накипи, на полезные катионы (такие как Na, K и т.д.), которые являются полезными для человеческого организма, и которые не приводят к проблемам образования накипи. Таким образом, в то же время также может быть уменьшена проблема удаления накипи.
+
+
+
+
-
-
2-
2-
2-
3
4
4
4
[0063] В вариантах осуществления настоящего изобретения ионообменные смолы для анионного ионного обмена и катионного ионного обмена могут быть отдельными смолами. Например, как показано на фиг. 11A, катионообменная смола 1002A с противоионами Na или K может быть использована для удаления ионов жесткости, таких как Ca2, Mg2 или им подобных. Анионообменная смола 1002B с противоионами HCOиспользуется для поглощения анионов, таких как Cl, SO, SiO,PO и высвобождения бикарбонат-ионов в воду. В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 11B, ионообменные смолы также могут быть амфотерными ионообменными смолами 1002C, которые одновременно содержат положительные группы и отрицательные группы на полимерной цепи, например, ионообменная смола DOW 11A8.
+
-
-
-
-
3
3
3
3
[0064] На фиг. 12 показана схема приведенной в качестве примера подготовки ионообменника согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Могут быть использованы катионообменные смолы с противоионами Na, обозначенные как 1002A, которые доступны для приобретения. Исходные анионообменные смолы могут быть Cl-типа. Перед использованием они могут быть погружены в насыщенный бикарбонатный раствор, такой как раствор NaHCO, раствор KHCO и т.д, на несколько часов, чтобы обменять все ионы Cl в смоле на HCO. Таким образом, могут быть получены анионообменные смолы с ионами HCO. После этого два типа смол могут быть смешаны в пропорции, и, наконец, получены биионные смолы (1002A+B). Наконец, смешанные смолы вводят в емкость 1002D, которая содержит впускное отверстие 1002E для воды и выпускное отверстие 1002F для воды. Вода, подлежащая подаче в варочный блок, может быть введена в емкость 1002D через впускное отверстие 1002E для воды; в емкости будет осуществлен ионный обмен, и затем вода будет выпущена из емкости 1002D через выпускное отверстие 1002F для воды после обработки. Как правило, обработка подаваемой воды может занять несколько минут, что зависит от расхода воды. Например, испытания показали, что если установлен расход 100 мл/мин, 500 мл обработанной воды будет получено спустя 5 минут, которой достаточно, чтобы заварить 4 порции эспрессо.
2+
2+
+
2+
2+
-
3
[0065] Кроме того, может быть понятно, что вода, такая как водопроводная вода, часто содержит ионы жесткости, ионы кальция, ионы магния, ионы хлора, сульфат ионы, ионы кремния, фосфат ионы и т.д., но после обработки, все анионы могут быть заменены карбонат ионами, и в то же время эти ионы жёсткости, такие как Ca, Mg заменены моноковалентными ионами, такими как Na. Другими словами, обеспечено наличие более полезных ионов, а обработанная вода становится гораздо более подходящей для заваривания кофе. Вследствие уменьшения ионов жесткости, таких как Ca и Mg, существует гораздо меньший риск того, что нагреватель будет подвергаться проблемам образования накипи, а вследствие того факта, что содержание HCO в обработанной воде выше, может быть приготовлен кофе эспрессо с более высоким объемом пенки во время извлечения кофейных ароматизаторов из кофейных порошков при использовании нагретой воды.
[0066] Изобретатели провели эксперименты на четырех взятых в качестве примера типах воды, приготовленной для заваривания эспрессо, и свойства каждого типа воды приведены в Таблице 1.
[0067] Таблица 1 Свойства проб воды
Вода
Временная жесткость(<sup>o</sup>dH)
Жесткость (<sup>o</sup>dH)
Электропроводность (s/См)
pH
W1
6
13
491
8,07
W1_обработанная
14
<1
445
7,4
W2
10
20
614
7,53
W2_обработанная
17
<1
601
7,47
[0068] В таблице вода W1_обработанная и W2_обработанная представляют собой воду, полученную путем обработки воды W1 и W2 посредством катионного и анионного обмена, как предложено в настоящем изобретении.  По сравнению с водой W1 и W2, временная жесткость (показатель бикарбонат-ионов) воды W1_обработанной и W2_ обработанной существенно увеличена; жесткость воды W1_ обработанной и W2_ обработанной уменьшена до менее чем 1; электропроводность воды W1_ обработанной и W2_ обработанной слегка уменьшена вследствие более слабой электрической проводимости бикарбонат-ионов; pH воды W1_ обработанной и W2_ обработанной слегка уменьшен из-за отсутствия фосфат ионов, ионов кремния, которые приводят к более высоким значениями pH.
[0069] Каждая из проб воды была использована для заваривания кофе эспрессо.  В данном случае были использованы кофейные зерна компании Illy (средняя степень обжарки). После заваривания был зафиксирован объем пенки, и был протестирован pH заваренного напитка. На фиг. 13 и 14 соответственно показан зафиксированный индекс объема пенки (CVI) и значения испытаний на pH. Из фиг. 13 очевидно, что вода с большим количеством бикарбонат-ионов обеспечивает больше пенки. В частности, индекс объема пенки W1 увеличен до примерно 12% после обработки, а пенки W2 увеличен до примерно 15% после обработки. Из фиг. 14, на которой отмеченная зона обозначает оптимальные диапазоны pH заваренных кофейных напитков, можно увидеть, что значения pH заваренного напитка для всех четырех типов воды находятся в пределах оптимального диапазона, и обработка с помощью ионного обмена почти не имела никакого влияния на вкус кофе, например, на кислотность кофе.
[0070] Здесь и далее, главным образом приведены варианты осуществления устройства, как обеспечено в настоящем изобретении, а следующая ссылка сделана на фиг. 15 для описания способа управления вкусом кофе согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
[0071] Как показано на фиг. 15, на этапе S1501 может быть определено целевое значение pH воды, соответствующее желаемому вкусу кофе, и соответствующий управляющий сигнал регулирования. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения целевое значение pH воды может быть определено на основании профессиональной оценки (A1) вкуса, в частности соотношения между значениями pH и вкусами кофе, полученного посредством профессиональной оценки вкуса. Например, вкус кофе, подлежащего приготовлению, будет рекомендован специалистами, и таким образом целевое значение pH будет определено как значение pH, которое считается специалистами оптимальным для вкуса кофе, так что возможно обеспечить насыщенный вкус для конкретных сортов кофе. В дополнительном или альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения целевое значение pH воды также может быть определено на основании личных предпочтений (A2) потребителя, особенно относительно вкусовых свойств кофе или свойств воды. Потребитель может выбирать свои личные предпочтения через пользовательский интерфейс, выполненный на кофеварке. Выбор пользователя может быть присвоен целевому значению или связан с профессиональной оценкой вкуса, которая в свою очередь будет присвоена соответствующему значению pH. Таким образом, обеспечена возможность осуществления индивидуального управления вкусом. Более того, кофеварка может дополнительно определять свойства кофейных зерен или помола на этапе S1503. В этом случае, в дополнительном или альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения целевое значение pH воды может быть кроме того определено на основании установленных свойств кофейных зерен или помола. Таким образом, путем определения целевого значения pH могут быть учтены различные свойства кофейных зерен или помола, таким образом обеспечивая дополнительную возможность приготовления чашки желаемого кофе. На основании определенного целевого значения может быть определен соответствующий управляющий сигнал регулирования, который может быть полярностью и амплитудой тока/напряжения и/или расходом воды.
[0072] Затем, на этапе S1502, в ответ на управляющий сигнал регулирования, значение pH воды, подлежащей подаче в варочный блок кофеварки, может быть отрегулировано до целевого значения pH. Регулирование pH может быть осуществлено на основании обычных технологий электролиза. В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения регулирование pH может быть осуществлено на основании технологии одноправленного регулирования pH, которая не будет образовывать любой нежелательной отработанной воды.
[0073] Кроме того, целевое значение pH воды для удаления накипи может быть кроме того определено на основании по меньшей мере одного из следующего: установка жесткости воды и эффективность обработки, чтобы удалить накипь из кофеварки в цикле промывки или непрерывным способом на этапе S1504. Таким образом, также могут быть решены проблемы образования накипи.
[0074] Кроме того, для получения большего количества пенки на этапе S1505 анионы, присутствующие в воде, подлежащей подаче в варочный блок кофеварки, могут быть заменены на бикарбонат-ионы с помощью ионообменных смол. В частности, ионообменные смолы получены путем погружения анионообменных смол в насыщенный раствор бикарбоната. В то же время, катионы, содержащиеся в воде, также могут быть заменены на полезные катионы с помощью ионообменных смол или дополнительных ионообменных смол на этапе S1506. Таким образом, в процессе приготовления кофе может быть получено больше пенки, и при этом также может быть решена проблема образования накипи.
[0075] Предложенный выше в настоящем изобретении способ был кратко описан, однако следует понимать, что подробные операции в способе соответствуют операциям устройства, как показано со ссылками на фиг. 1-14, и таким образом в отношении подробностей относительно способа, предложенного в настоящем документе, может быть сделана ссылка на описание со ссылкой на фиг. 1-14.
[0076] Кроме того, следует понимать, что ионообменник 1002 может быть объединен с устройством 102 для управления кофе, например, расположенным ниже по потоку или выше по потоку относительно блока 102b регулирования pH устройства, но это не следует толковать в ограничительном смысле, и также возможно выполнение ионного обмена в отдельности в качестве отдельного решения. В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения, хотя пенка была описана как один из наиболее важных параметров оценки кофе эспрессо, предложенный в настоящем изобретении ионный обмен не ограничен только кофе эспрессо, но также может быть осуществлен всегда, когда потребитель желает больше пенки. Например, пользовательский интерфейс может иметь функцию для большего количества пенки; если потребитель выбирает больше пенки, ионный обмен может быть выполнен; иначе, ионный обмен не может быть выполнен. Это может быть осуществлено путем обеспечения перепускной трубки без ионообменника и двух клапанов для управления протеканием воды через перепускную трубку или трубку с ионообменником.
[0077] Кроме того, следует понимать, что факторы, показанные на фиг. 3, могут быть использованы по отдельности или совместно друг с другом в любой подходящей форме. Более того, возможно добавить другие факторы, отличающиеся от тех, что приведены на фиг. 3, или возможно использовать меньше факторов при определении целевого значения pH в зависимости от требований конкретных применений.
[0078] Таким образом, следует понимать, что варианты осуществления настоящего изобретения приведены только с целью иллюстрации, и настоящее изобретение не ограничено конкретными вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе. Предполагается, что модификации и другие возможные варианты осуществления включены в объем прилагаемой формулы изобретения.