УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ И ВСПЕНИВАНИЯ ЖИДКОСТИ
DEVICE FOR LIQUID HEATING AND FOAMING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к устройству для нагревания и вспенивания жидкости, включающему средство для образования пара, который предназначен для нагревания жидкости, где средство для образования пара включают нагретую полость, имеющую впускное отверстие для воды, которая преобразуется в пар, и дополнительно включает впускное отверстие для воздуха, который предназначен для использования при вспенивании жидкости.
Кроме того, настоящее изобретение относится к блоку устройства для приготовления напитков, включающему закрываемую и открываемую полость для приема и содержания объема экстракта напитка, средство для подачи жидкости в полость и средство для передачи напитка из полости к выходному отверстию устройства, а также к устройству для нагревания и вспенивания жидкости, как упоминалось.
ПРЕДЫСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство для нагревания и вспенивания жидкости хорошо известно. Практическим примером жидкости, подвергаемой нагреванию и вспениванию, является молоко. Во многих случаях горячая молочная пена используется в области приготовления кофейных напитков, таких как латте маккьято и капучино.
В общем, известно использование так называемой паровой трубки с целью создания пены в объеме молока и нагревания молока в процессе, который управляется вручную. Недостатком использования паровой трубки является то, что необходимы навыки для заключения подходящего количества воздуха в молоке. Одним из способов заключения воздуха в молоко является удерживание наконечника паровой трубки непосредственно под поверхностью молока, что не очень легко делать.
Чтобы избежать трудностей, связанных с использованием паровой трубки, были разработаны способы и устройства для автоматического выполнения функций вспенивания и нагревания молока. В частности, выполняется отдельная подача воздуха помимо подачи пара.
Европейский патент EP 1776905 описывает способ нагревания и взбивания молока и устройство для осуществления способа, в частности для приготовления капучино в кофеварках. В известном устройстве нагревание и взбивание молока осуществляется комбинированным действием потока пара, который высвобождается из бойлера, который образует водяной пар, и потока сжатого воздуха, который высвобождается из присоединенного компрессора. Пар и воздух передаются в емкость, содержащую молоко, посредством трубок. Обе трубки для подачи пара и для подачи воздуха соединены с направляющей трубкой, которая имеет открытый конец и которая используется для управления струей пара и сжатого воздуха через ее открытый конец из двух трубок, как упоминалось ранее, в емкость.
Недостатком устройства, известного из европейского патента EP 1776905, является то, что требуется довольно разветвленная система трубок. Кроме того, пользователю необходимо заботиться о том, чтобы немедленно убирать емкость со вспененным молоком из устройства, когда молоко готово. Если пользователь оставит емкость на месте после того как обработка паром закончится, то есть вероятность возникновения явления, известного как обратный приток, который означает, что молоко засасывается из емкости в бойлер под действием пониженного давления в бойлере.
Европейский патент EP 2070455 описывает другой тип устройства для вспенивания молока. Кроме всего прочего, устройство включает блок нагревания/вспенивания и линии подачи для подачи молока, воздуха и пара в блок. Во время работы устройства происходит фактическая подача молока, воздуха и пара в блок нагревания/вспенивания, в котором данные флюиды смешиваются внутри узла, таким образом, что образуется горячее вспененное молоко. В линии подачи воздуха расположен воздушный насос, на основе которого возможно точно контролировать особенности подачи воздуха. Недостатком устройства, известного из европейского патента EP 2070455, является то, что есть возможность обратного притока, как и в случае способа, известного из европейского патента EP 1776905. Другим недостатком является то, что как линия подачи воздуха, так и линия подачи пара должны отсоединяться от блока нагревания/вспенивания с целью очистки. Исходя из этого, в устройстве должны быть представлены два соединителя.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является создание устройства нового типа для нагревания и вспенивания жидкости, такой как молоко, которым легко управлять и которое не имеет недостатков, упомянутых ранее в отношении известных устройств. Данная цель достигается устройством, включающим средство для образования пара и входное отверстие для воздуха, как упоминалось ранее, в котором данное отверстие для входа воздуха расположено в нагреваемой полости средства для образования пара и в котором обеспечены средства для нагнетания воздуха в нагретую полость средства для образования пара через воздухозаборник.
Когда применяется настоящее изобретение, воздух подается непосредственно в нагретую полость средства для образования пара через входное отверстие для воздуха, которое обеспечивает доступ в полость, как упоминалось ранее, в результате чего достигается то, что из средства для образования пара выходит смесь пара и воздуха. В отношении паровой трубки это означает, что использование паровой трубки больше не требует специальных навыков вспенивания, так как смесь пара и воздуха просто закачивается во вспениваемую жидкость, при этом нет необходимости в специальных навыках работы с паровой трубкой. В отношении устройства для автоматического выполнения процесса вспенивания жидкости это означает, что нет необходимости в трубке для передачи воздуха из воздухозаборника в жидкость. На основании этого факта система трубок может быть менее сложной. Также в устройстве, включающем узел, в котором смешиваются жидкость, пар и воздух, например, как в устройстве, известном из европейского патента EP 2070455, больше нет необходимости в двух соединителях, так как больше нет отдельной линии подачи воздуха. Вместо этого подача воздуха и пара объединены в единую линию подачи. Кроме того, это является очень хорошей возможностью избежать обратного притока, в особенности потому, что используются средства для подачи воздуха в нагретую полость средства для образования пара осуществлением накачки. Фактически средство накачки может быть активировано на заданный период времени после того как закончилась обработка паром, таким образом предотвращается понижение давления в парогенераторе.
Предпочтительно, чтобы средство для накачивания воздуха непосредственно в нагретую полость парогенератора включало электрический насос. Данный тип насоса обеспечивает точный контроль подачи воздуха.
Устройство по настоящему изобретению может дополнительно включать средство управления работой средства накачки и пользовательский интерфейс, который соединен со средством управления. Когда присутствуют такое средство управления и пользовательский интерфейс, работу средства накачки можно будет контролировать в зависимости от вводимого сигнала, задаваемого пользователем. Например, пользователю может быть предоставлен выбор нагревания и вспенивания жидкости или только нагревание жидкости. Таким образом, могут быть приготовлены хорошие рецепты только одним нажатием кнопки.
Когда средство управления, как упоминалось, присутствует в устройстве, данное средство может быть адаптировано для создания активного состояния средства накачки в течение определенного промежутка времени после отключения средства для образования пара в рабочем цикле устройства. Как уже упоминалось ранее, таким путем можно избежать обратного притока.
В практическом варианте осуществления устройства по настоящему изобретению входное отверстие для воздуха расположено на входной стороне средства для генерации пара, т.е. на стороне, где расположено входное отверстие для воды, которая преобразуется в пар. Когда воздух будет накачиваться в парогенератор с другой стороны, существует риск того, что процессы образования пара и выпуска пара будут уравновешены.
Средство для образования пара может включать тепловой блок, как известный в технике, в отличие от отверстия для входа воздуха, т.е. нагреваемый блок, через который проходит, по меньшей мере, один трубопровод для передачи воды. В данном случае внутренняя часть трубопровода служит как нагретая полость, в которой во время работы происходит процесс преобразования воды в пар.
Когда применяется настоящее изобретение, целесообразно иметь одну линию в устройстве, которая проходит от средства для образования пара к блоку, в котором во время работы устройства смешиваются жидкость, пар и воздух, при этом единая линия служит для передачи и пара и воздуха. Блок, как упоминалось, может быть сконструирован таким образом, чтобы функционировать в соответствии с так называемым принципом Вентури. В данном случае блок включает область расширения, причем линия для передачи и пара и воздуха заканчивается непосредственно в области расширения ограничителем пара. В связи с эффектом схода-расхождения при последовательном расположении ограничителя пара и пространства для расширения энергия давления пара преобразуется в кинетическую энергию, так что внутри блока возникает зона низкого давления. На основании этого явления жидкость может быть втянута в блок. Использование принципа Вентури и накачки жидкости с помощью пара является очень преимущественной опцией вследствие того, что нет необходимости в отдельном насосе для накачки жидкости, что экономит затраты и упрощает конструкцию. Для полноты следует отметить, что когда реализуется данная опция, пар действует не только для нагревания жидкости, но также для накачки жидкости.
Вышеописанные и другие аспекты настоящего изобретения будут очевидны и описаны со ссылкой на последующее подробное описание устройства, включающего тепловой блок и воздушный насос, где насос устроен таким образом, чтобы накачивать воздух непосредственно в тепловой блок.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение далее будет объяснено более подробно со ссылкой на фигуры, на которых обозначены одинаковые или аналогичные части одинаковыми условными знаками и в которых
на фиг.1 показано в виде диаграммы количество компонентов устройства для нагревания и вспенивания молока, как известно из европейского патента EP 2070455, и проиллюстрирована конфигурация данных компонентов; и
на фиг.2 в виде диаграммы показано количество компонентов устройства для нагревания и вспенивания молока по настоящему изобретению и проиллюстрирована конфигурация данных компонентов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение будет объяснено в контексте устройства для нагревания и вспенивания молока. Подчеркивается, что это не означает, что настоящее изобретение ограничено данным контекстом, так как настоящее изобретение также относится к устройствам, которые подходят для нагревания и вспенивания других типов жидкости. Сначала будет рассмотрено устройство известного уровня техники, а именно устройство, известное из европейского патента EP 2070455, а затем будут освещены отличительные признаки настоящего изобретения.
На фиг.1 в виде диаграммы показан ряд компонентов известного устройства 1 для нагревания и вспенивания молока, как упомянуто выше. Устройство 1 включает линию 10 подачи молока и линию 20 подачи воздуха, используемых в процессе вспенивания молока. Помимо этого, устройство 1 включает линию 30 для подачи пара, причем все три линии 10, 20, 30 соединяются в блоке 40 нагревания/вспенивания. Одной из функций подачи пара является нагревание и вспенивание молока, таким образом, устройство 1 способно выпускать молоко при температуре, удобной с точки зрения применения молока в контексте горячих напитков, таких как кофе.
Устройство 1 включает молочную емкость 11 для хранения молока, которое будет вспенено в блоке 40 нагревания/вспенивания. Молочная емкость 11 соединена с блоком 40 нагревания/вспенивания посредством ограничителя 12.
На линии 20 подачи воздуха расположен воздушный насос 21. Поток воздуха, который подается в блок 40 нагревания/вспенивания во время работы устройства 1 по вспениванию, можно точно регулировать, контролируя работу воздушного насоса 21. В частности, воздушный насос 21 может быть насосом, работающим от электричества, и может быть обеспечена комбинация микроконтроллера 22 и пользовательского интерфейса 23 для контроля электрической мощности, подаваемой на насос 21. Пользователь устройства 1 может просто задать различные качества пены, так как особенности процесса получения данных конкретных качеств пены, в частности особенностей работы воздушного насоса 21, могут быть заранее определены и храниться в памяти 24 микроконтроллера 22, где пользовательский интерфейс 23 включает кнопки 25 или тому подобные для выбора одной из заранее определенных опций.
Для осуществления задачи получения пара устройство 1 включает водяную емкость 31 для хранения воды и тепловой блок 32 для нагревания воды в пар, в которой установлен насос 33 для накачки воды из водяной емкости 31 в тепловой блок 32 через входное отверстие 34, расположенное в тепловом блоке 32. Как и линия 10 подачи молока, линия 30 подачи пара соединена с блоком 40 нагревания/вспенивания при помощи ограничителя 35.
На фиг.1 направление потоков текучих сред молока, воздуха, воды, пара и вспененного молока обозначено стрелками. Камера для выхода вспененного и нагретого молока обозначена позиционным обозначением 50. Естественно, данная камера 50 расположена ниже по потоку от блока 40 нагревания/вспенивания на выходной стороне устройства 1.
Работа устройства 1 предусматривает активацию насоса 33 для перемещения воды из водяной емкости 31 в тепловой блок 32. Тепловой блок 32 также активируется, и вода нагревается до такой степени, что образуется пар. Пар попадает в блок 40 нагревания/вспенивания через ограничитель 35 пара.
Блок 40 нагревания/вспенивания сконструирован таким образом, чтобы работать в соответствии с так называемым принципом Вентури. Соответственно, блок 40 нагревания/вспенивания включает пространство 41 для расширения. Линия 30 подачи пара заканчивается непосредственно в пространстве 41 для расширения, и из-за эффекта схода-расхождения последовательно расположенных ограничителя 35 пара и пространства 41 для расширения энергия давления преобразуется в кинетическую энергию, таким образом создавая область пониженного давления внутри блока 40 нагревания/вспенивания. На основе данного явления молоко выталкивается из блока 40 нагревания/вспенивания через ограничитель 12 и захватывается паром. Воздух подается в блок 40 нагревания/вспенивания также в результате активации воздушного насоса 21. Молоко, воздух и пар смешиваются внутри блока 40 нагревания/вспенивания, в котором взаимодействие с воздухом приводит к вспениванию молока, и в котором взаимодействие с паром приводит к нагреванию молока. На пути к выходной стороне устройства 1 полученная смесь подвергается вторичному сжатию под воздействием преобразования кинетической энергии обратно в энергию давления.
Суммируя вышесказанное, во время работы устройства 1 воздух накачивается в блок 40 нагревания/вспенивания, а молоко всасывается в блок 40 нагревания/вспенивания под воздействием подачи пара, где пар используется и для целей накачивания и для целей нагрева. В результате получают горячее вспененное молоко, которое подается в выходную камеру 50 для последующего использования. Особенности потоков молока, воздуха и пара определяются различными факторами, включая размер ограничителей 12, 35 в линиях подачи 10, 30 для подачи молока и пара, и техническими показателями работы воздушного насоса 21. Количество и размер пузырьков полученной пены главным образом определяются количеством воздуха, накачанного в блок 40 нагревания/вспенивания.
В практическом варианте осуществления устройства 1, известного из европейского патента EP 2070455, в целях очистки и линия 20 подачи воздуха и линия 30 подачи пара являются отсоединяемыми от блока 40 нагревания/вспенивания. Поэтому устройство 1 оснащено соединителями 26, 36, где соединитель 26 расположен между блоком 40 нагревания/вспенивания и линией 20 подачи воздуха и где другой соединитель 36 расположен между блоком 40 нагревания/вспенивания и линией 30 подачи пара.
На фиг.2 показано устройство 2 по настоящему изобретению, которое повторяет в большой степени известное устройство 1, за исключением расположения воздушного насоса 21. В устройстве 2 по настоящему изобретению воздушный насос 21 расположен таким образом, что накачивает воздух напрямую в тепловой блок 32 через входное отверстие 27 для воздуха, расположенное в тепловом блоке 32. Как следствие, один из соединителей 26, 36, присутствующих в известном устройстве 1, отсутствует. В особенности нет необходимости в соединении с блоком 40 нагревания/вспенивания, так как уже присутствует паровое соединение.
Накачивание воздуха непосредственно в тепловой блок 32, т.е. в часть устройства 2, где пар генерируется нагревом воды, имеет другое преимущество, помимо того факта, что количество соединителей 26, 36 уменьшено на один, а именно предотвращение попадания молока на линию 30 подачи пара. В конце процесса обработки паром в тепловом блоке 32 превалирует пониженное давление, что может привести к тому, что произойдет попадание молока, как упомянуто. Однако в контексте настоящего изобретения, прямое соединение между воздушным насосом 21 и тепловым блоком 32 может быть использовано для предотвращения попадания молока, как упомянуто. Как факт микроконтроллер 22 может быть запрограммирован таким образом, чтобы воздушный насос 12 оставался в активном состоянии сразу после дезактивации теплового блока 32. В результате входящего потока воздуха не может произойти падение давления.
В известном устройстве 1 воздушный насос 21 используется для предотвращения попадания молока на линию 20 подачи воздуха в блок 40 нагревания/вспенивания. Однако, что касается линии 30 подачи пара, нет каких-либо мер предосторожности. В устройстве 2 по настоящему изобретению существует линия 60 объединенной подачи воздуха и пара, и данная линия может поддерживаться в свободном от молока состоянии при помощи воздушного насоса 21. Отсутствуют другие линии подачи, которые могут быть загрязнены, кроме линии 10 подачи молока.
Хотя устройство 2 по настоящему изобретению является устройством для нагревания и вспенивания жидкости, можно использовать устройство 2, например, только для нагревания жидкости. Пользовательский интерфейс 23 может быть разработан таким образом, чтобы предлагать пользователю выбор между получением напитка с пеной или напитка без пены. В первом случае воздушный насос 21 работает во время процесса обработки паром, в то время как во втором случае воздушный насос 21 не работает.
Следует отметить, что устройство 2 по настоящему изобретению может быть использовано как отдельное самостоятельное устройство, но также может быть частью устройства для приготовления напитков на основе ингредиентов, таких как экстракт напитка и вода. Пример устройства для приготовления напитков, частью которого могут быть устройства 2 по настоящему изобретению, является кофеварка, в особенности кофеварка, подходящая для приготовления капучино, латте макьято или другого вида кофе, содержащего молоко. В любом случае, так как устройства для приготовления напитков хорошо известны, не будет дополнительного объяснения, в комбинации с каким из них может быть использовано устройство 2 по настоящему изобретению.
Для специалиста в данной области техники будет понятно, что суть настоящего изобретения не ограничена описанными и вышеприведенными примерами и в него могут быть внесены изменения и модификации, не отклоняющиеся от сути настоящего изобретения, как определено в приложенной формуле изобретения. Несмотря на то, что настоящее изобретение было проиллюстрировано и подробно рассмотрено на фигурах и в описании, данные фигуры и описание следует считать только пояснительными и типичными, но не ограничивающими. Настоящее изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления.
Изменения раскрытых вариантов осуществления изобретения могут быть понятны и применены специалистами в данной области техники при реализации на практике заявленного изобретения при изучении фигур, описания и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения слово «включающий» не исключает других стадий или элементов, а неопределенные артикли не исключают множества. Тот факт, что некоторые показатели перечислены в различных взаимно зависимых пунктах формулы изобретения, не свидетельствует о том, что комбинация данных показателей не может быть преимущественно использована. Никакие ссылочные знаки в приложенной формуле изобретения не следует считать ограничивающими объем притязаний настоящего изобретения.
Для полноты следует отметить, что средство для образования пара может быть проточного типа, как в случае с тепловым блоком 32, как описано выше. Это не исключает того факта, что средство для образования пара может также включать бойлер или т.п., где вода нагревается в спокойном состоянии.
Настоящее изобретение может быть резюмировано следующим образом. Устройство 2 для нагревания и вспенивания жидкости, такой как молоко, включает средство 32 для образования пара, который используется для нагревания жидкости, и входное отверстие 27 для воздуха, который используется для вспенивания жидкости. В отличие от традиционного устройства 1, входное отверстие 27 расположено в средстве 32 для образования пара таким образом, что становится возможным подавать воздух непосредственно в средство 32 образования пара, а именно через входное отверстие 27 для воздуха, и создать объединенный поток пара и воздуха, который очень хорошо подходит для использования в осуществляемом процессе нагревания и вспенивания. Как следствие, блок 40 нагревания/вспенивания, являющийся частью устройства 2, требует только одного присоединения к линии 60 подачи, кроме присоединения к линии 10 подачи жидкости. Помимо того, в течение всего времени может быть предотвращено нежелательное попадание молока в средство 32 образования пара, так как давление, превалирующее внутри средства 32 образования пара, может удерживаться на соответствующем уровне при помощи прямого ввода воздушного потока.