УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСТРАКЦИИ НАПИТКА ИЗ КАРТРИДЖА
DEVICE FOR BEVERAGE EXTRACTION FOR CARTRIDGE

Область техники
Изобретение относится к устройству для экстракции напитка из картриджа, в котором гнездо для картриджа образовано двумя обращенными друг другу опорами для картриджа в виде узла, позволяющего предотвращать образование подтеков на выпускном отверстии устройства по окончании цикла экстракции. В частности, такое устройство для экстракции может использоваться в устройствах для приготовления напитков.
В настоящем описании термин «напиток» означает любую жидкую пищу, такую как чай, кофе, горячий или холодный шоколад, молоко, суп, детское питание и т.д. Картриджи означают любые герметичные конструкции для вмещения разделенного на порции ингредиента, являющиеся жесткими, такими как капсулы, или мягкими или гибкими, такими как чалды, и изготовленные из любого материала, вторсырья и не вторсырья, биоразрушаемого и небиоразрушаемого, такого как алюминий или пластик, в частности алюминиевые чалды или алюминиевые капсулы.
Уровень техники
Одной из проблем, возникающих при обращении с картриджами, содержащими ингредиенты, является размещение этих картриджей в устройстве для экстракции и смыкание последнего вокруг картриджа для проведения процесса экстракции. Картридж обычно должен размещаться потребителем на опоре картриджа или в корпусе, после чего устройство вручную или автоматически смыкается вокруг картриджа.
Важно корректно поместить картридж, чтобы устройство смыкалось надлежащим образом вокруг последнего и создавало надежную герметизацию для обеспечения хороших условий экстракции. Неправильное размещение может повредить картридж и в результате повлиять на условия экстракции.
Для того чтобы герметизация устройства вокруг картриджа обеспечивала надлежащую экстракцию при прохождении через картридж жидкости под давлением без нежелательного протекания, смыкание устройства вокруг картриджа должно осуществляться с высокой точностью. Расстояние смыкания механических средств смыкания таких устройств обычно регулируется вручную в процессе изготовления устройства для достижения требуемой точности.
Также загрузка капсулы должна быть легкой, без ошибок и коррекции положения капсулы в устройстве. Загрузка также должна выполняться как можно быстрее и не требовать избыточных манипуляций.
В документе WO 2005/004683 представлено капсульное устройство приготовления напитка, содержащее первую часть; вторую часть, которая может перемещаться относительно первой; корпус для капсулы, ограничивающий перемещение подвижной части вдоль оси в указанном корпусе в закрытом положения напротив фиксированной части в положении экстракции; часть для вставки и размещения капсулы, содержащую средства для направления капсулы, устроенные таким образом, чтобы капсула вставлялась под действием силы тяжести и размещалась в промежуточном положении; систему разливания напитка; и вторую движущуюся часть, сконструированную и выполненную таким образом, чтобы перемещать капсулу из промежуточного положения в положение экстракции, когда устройство закрывается.
В документе ЕР 1721553 описано заварное устройство для кофемашин с применением капсул. Устройство имеет фронтальную часть с выпускным отверстием для напитка и заднюю часть с впускным отверстием для горячей воды. Фронтальная и задняя части монтируются между парой обращенных друг к другу плечевых направляющих элементов. Фронтальная часть перемещается между данными направляющими элементами для подгонки вплотную к задней части, образуя с задней частью заварную камеру для размещения капсулы для экстракции, а незанятый объем остается впереди фронтального элемента между направляющими элементами внутри машины.
В документе ЕР 1659547 описана машина для приготовления напитков путем экстракции, а именно приготовления кофе эспрессо. Данная машина включает в себя экстракционную камеру внутри заварного блока, который имеет подвижную фронтальную часть с возвратной пружиной и выпускной канал для напитка, который проходит через наружный корпус машины. Подвижная фронтальная часть взаимодействует с задней частью, которая движется внутри корпуса и которую можно толкать на подвижную фронтальную часть для сжатия возвратной пружины, в результате чего выпускной канал выдвигается через наружный корпус. Чалда проходит через наружный корпус в экстракционную камеру через жесткий канал подачи чалды, и затем она перемещается в экстракционную камеру наружной втулкой на подвижной задней части заварного блока, который снабжен криволинейным каналом для движения задней части. Такое устройство имеет несколько проблем. Чалда должна перемещаться во время закрывания заварной камеры, и это может вызывать блокирование, а также делает средства фиксации чалды более сложными. Более того, открывание и закрывание заварной камеры вызывает одновременное линейное смещение подвижной задней части в пределах корпуса, подвижной передней части в пределах корпуса и выпускного канала через корпус, что увеличивает риск слишком сильного направления и застревания или неправильного расположения различных частей, которые линейно перемещаются друг относительно друга. Жидкостная система содержит подвижный узел, который делает эту систему более сложной для сборки. Когда после экстракции заварной блок повторно открывается для удаления чалды, содержащаяся в экстракционной камере вода под давлением может выходить за пределы корпуса. Кроме того, в машине остается незанятый объем между передним элементом и корпусом, когда выпускной канал находится в задвинутом положении.
В документах US 3260190 и WO 2005/072574 раскрыта кофемашина, имеющая выдвижную секцию для размещения на ней емкости с кофе. Выдвижная секция может перемещаться горизонтально в кофемашину и подниматься по направлению к устройству впрыска воды. В документе WO 2006/023309 описана кофемашина с выдвижной секцией для вставки картриджа с кофе в машину. Выдвижная секция перемещается между открытым и закрытым положениями и имеет две полуоболочки для картриджа, которые могут поворачиваться вплотную друг к другу для образования заварной камеры, когда выдвижная секция находится в закрытом положении, и поворачиваться друг от друга, когда выдвижная секция выдвигается из машины. В документе US 6966251 представлена кофемашина с горизонтально перемещающейся выдвижной секцией для размещения в ней капсулы. Когда выдвижная секция задвигается в машину, она может двигаться вверх по направлению к закрепленному корпусу капсулы для формирования заварной камеры. В документе ЕР 1566126 описана кофемашина с вертикальным заварным блоком для размещения чалд с кофе. Заварной блок имеет неподвижную верхнюю часть и подвижную нижнюю часть для размещения чалд, которая может выталкиваться для открывания заварного блока и подводиться для вставки и удаления чалд.
В документе WO 00/49926 раскрыта кофемашина, имеющая экстракционную камеру с верхней частью, которая может перемещаться из первого, поднятого положения во второе, опущенное положение, и нижней частью, установленной на подвижных салазках, снизу верхней части.
Кроме того, заварные блоки описаны в патентных документах ЕР 0730425, ЕР 0862882, ЕР 1219217, ЕР 1480540, ЕР 1635680, ЕР 1669011, ЕР 1774878, ЕР 1776026, ЕР 1893064, FR 2424010, US 3260190, US 4760774, US 5531152, US 6904840, US 7131369, US 2005/0106288, US 2006/0102008, WO 2005/002405, WO 2005/016093, WO 2006/005756, WO 2006/066626 и WO 2007/135136.
Известно использование гидравлической смыкающей системы для предотвращения проблем, связанных с точным механическим смыканием устройства для экстракции вокруг картриджа с ингредиентом, причем в системе нагретая вода, используемая для экстракции ингредиента в картридже, также используется для приведения в действие гидравлического смыкающего механизма. В этом случае смыкающее расстояние не требует специальной регулировки, поскольку гидравлическое смыкающее усилие сжимает опоры для картриджа устройства для экстракции между собой вокруг картриджа. Пример подобной системы раскрыт, например, в документе WO 2008/037642. На основе этой идеи были созданы различные системы, рассмотренные, например, в документах ЕР 1219217, ЕР 1480540, ЕР 1776026, ЕР 1912542, WO 2005/115206, а также в документе WO 2006/005736.
Проблема с использованием подогретой воды для приведения в действие смыкающего механизма заключается в вероятности образования в гидравлическом механизме накипи от подогретой воды.
В документе ЕР 1545278 предложено использовать две параллельные линии подачи воды, соединенные с единственным источником воды и регулируемые общим многоходовым клапаном. Один контур циркуляции воды - экстракционный контур - проходит через нагреватель в устройство для экстракции, а другая линия подачи неподогретой воды используется для гидравлического смыкания устройства. На первом этапе многоходовой клапан обеспечивает подачу воды под давлением в гидравлическую смыкающую систему устройства для экстракции. После смыкания устройства для экстракции увеличение давления в гидравлической смыкающей системе за счет наличия воды под давлением заставляет воду циркулировать по второй линии через запорный клапан в устройство для экстракции через нагреватель. После завершения экстракции общий многоходовой клапан переводится в положение для соединения гидравлической смыкающей системы со стравливающим контуром для удаления воды под давлением, которая удерживалась в гидравлическом водяном контуре во время экстракции, а также удаления излишков воды, которая не была впрыснута в экстракционный контур. Аналогичная система раскрыта и в документе ЕР 1353591.
Одна из проблем такого решения заключается в сложности конструкции из параллельных контуров для гидравлического смыкания и впрыскивания горячей воды, а также сопряженного с ними многоходового затворного клапана. Другая проблема данной системы заключается в том, что после стравливания воды из гидравлического контура после каждого цикла экстракции контур необходимо предварительно вновь заполнить для его использования с целью смыкания варочного блока. Однако поскольку во время процесса экстракции жидкость внутри гидравлической смыкающей системы не циркулирует, а неподвижно стоит на месте, то для предотвращения загрязнения и в целях обеспечения гигиеничности данной части контура необходимо производить стравливание.
Непосредственно сам принцип стравливания контура текучей среды устройства для приготовления напитков известен в данной области техники. Например, в документе ЕР 1764014 раскрыто устройство для приготовления напитков с контуром текучей среды, включающим в себя насос и нагреватели в виде линейных термоблоков, ведущие к выпускным отверстиям для горячей воды, пара и напитков. Контур текучей среды включает в себя дренажный клапан для текучей среды, расположенный со стороны впускных отверстий нагревателей и позволяющий уменьшить образование накипи в змеевике термоблоков. Дренажный клапан, расположенный со стороны впускных отверстий термоблоков сопряжен с клапаном, расположенным по потоку после термоблока, который открывается одновременно для продувания термоблока, т.е. замены текучей среды в термоблоке воздухом. Подобная операция осуществляется однократно, после того как термоблок не использовался в течение определенного периода времени. Другими словами, подобная операция имеет смысл в том случае, когда машина простаивает или будет простаивать в течение продолжительного периода времени либо когда она останавливается или переходит в режим ожидания.
Другая проблема связана с подтеканием жидкости через выпускное отверстие устройства для приготовления напитков после завершения цикла раздачи. Это может происходить, когда система находится в режиме непосредственной готовности к следующему циклу экстракции, т.е. когда контур для воды не пустой, а заполнен водой. Это отличается от систем, которые стравливаются каждый раз непосредственно после завершения цикла приготовления напитка, как это, например, раскрыто в вышеупомянутом документе ЕР 1545278, в которых для стравливания параллельных водяных контуров для экстракции и гидравлического смыкания используется многоходовой клапан.
На самом деле, особенно при приготовлении кофе или чая путем экстракции молотого кофе или чая в варочной камере, сообщающейся с выпускным отверстием для напитков, на выпускном отверстии для напитков в течение продолжительного периода времени, после того как насос машины остановлен, но система в целях поддержания ее непосредственной готовности к следующему циклу экстракции не стравлена, обычно образуются подтеки. Кроме этого в конце цикла экстракции пользователю непонятно когда он может забрать чашку из-под выпускного отверстия, поскольку кажется, будто раздача медленно, по капле, продолжается и после отключения насоса. Для предотвращения того, чтобы подобные подтеки не загрязняли саму машину или окружающие предметы, она может оснащаться поддоном, устанавливаемым снизу выпускного отверстия и предназначенным для сбора капель после удаления заполненной чашки из-под выпускного отверстия. Примеры подобных каплесборников раскрыты, например, в документах ЕР 1867260, ЕР 1811881, а также в документе WO 2009/074557.
Такие каплесборники обеспечивают решение гигиенических аспектов данной проблемы, связанной с подобными подтеками. Между тем, по-прежнему существует потребность в решении невнятного завершения цикла раздачи напитков, чтобы у пользователя не возникало вопросов относительно того, когда он может забрать свою кружку из-под выпускного отверстия для напитка.
Раскрытие изобретения
Один из объектов изобретения относится к устройству для приема картриджа с ингредиентом и экстракции ингредиента путем пропускания жидкости через картридж. Устройство содержит гнездо для картриджа, выполненное с возможностью приема картриджа для экстракции; выпускное отверстие для напитка, соединенное с гнездом для картриджа для раздачи напитка во время экстракции, например, в устанавливаемую снизу него чашку или кружку пользователя; а также узел впрыскивания жидкости, содержащий насос для нагнетания под давлением жидкости и подачи ее из источника через гнездо для картриджа к выпускному отверстию для напитка, например известные в устройствах для приготовления напитков возвратно-поступательный поршневой или роторный насос. Узел впрыскивания жидкости дополнительно содержит клапан, расположенный между насосом и гнездом для картриджа.
Обычно указанное устройство, в которое устанавливаются картриджи с ингредиентами, такие как капсулы или чалды, является частью машины для приготовления напитка, например кофе, чая, шоколада или супа. В частности, машина выполнена с возможностью приготовления напитка внутри гнезда для картриджа путем пропускания горячей воды или другой жидкости через картридж с ингредиентом приготовляемого напитка, таким как молотый кофе, или чай, или шоколад, или какао, или сухое молоко.
Например, машина для приготовления напитка содержит блок приготовления напитка, выполненный с возможностью приема картриджей и удаления их после использования, например устройство для экстракции; корпус с отверстием, ведущим к области, в которую удаляются картриджи из блока приготовления; емкость с полостью, образующей пространство для сбора картриджей, удаляемых в эту часть емкости до уровня ее заполнения. Емкость может вставляться в область для сбора использованных картриджей и может выниматься из этой области для выгрузки накопленных картриджей. Примеры подобных устройств раскрыты в документах WO 2009/074550 и WO 2009/130099.
Насос обычно выполнен с возможностью создания повышенного давления жидкости, подаваемой в гнездо для картриджа, обычно в диапазоне от 5 до 25 бар, например от 10 до 20 бар.
Согласно изобретению узел впрыскивания жидкости выполнен с возможностью сброса с помощью клапана давления находящейся в нем жидкости и удержания ее между насосом и гнездом для картриджа после остановки насоса для того, чтобы предотвратить подтекание через выпускное отверстие для напитка. Клапан сброса давления, в частности, является одноходовым.
Таким образом, узел впрыскивания жидкости выполнен с возможностью сброса давления по потоку перед гнездом для картриджа по завершении работы насоса за счет открытия клапана сброса давления, расположенного между насосом и гнездом для картриджа. Это может сопровождаться удалением небольшого количества жидкости через подобный клапан с целью сброса давления жидкости между насосом и гнездом для картриджа. В отличие от известных узлов, раскрытых, например, в документах ЕР 1545278 и ЕР 1764014, в данной конструкции жидкость остается во впрыскивающем узле, который не стравливается и который не нужно повторно заполнять для следующего цикла экстракции. За счет сброса давления лишь по потоку перед гнездом для картриджа жидкость, находящаяся во впрыскивающем узле по потоку перед гнездом для картриджа, не выталкивается через гнездо для картриджа и его выпускное отверстие. Таким образом, использование подобного впрыскивающего узла с клапаном сброса давления, в частности одноходового клапана, эффективно препятствует образованию подтеков у выпускного отверстия. За счет подобной конструкции образование подтеков может быть заметно уменьшено или даже предотвращено, в частности, в комбинации с отверстием в гнезде для картриджа.
Кроме того, всего лишь за счет сброса давления из горячих частей впрыскивающего узла, например из линейного нагревателя узла, без стравливания, можно предотвратить образование накипи на подобных горячих частях. На самом деле, подобные линейные нагреватели обычно выполнены с возможностью нагрева циркулирующей жидкости от комнатной температуры до температуры порядка 60-95°С, в частности от 80 до 93°С. При нормальном использовании никаких испарений из нагревателя не происходит. Однако если нагреватель сливается сразу после использования, то находящаяся в нем жидкость может испаряться, поэтому предпочтительно оставлять жидкость во впрыскивающем узле после использования, не стравливая ее немедленно. Таким образом, для предотвращения подтекания создаваемое насосом повышенное давление жидкости сбрасывается через клапан сброса давления, а не через гнездо для картриджа, причем жидкость остается в нагревателе, что предотвращает испарение из нагревателя и образование в нем накипи.
Для сброса давления клапан сброса давления может быть связан с насосом и/или устройством управления устройства для экстракции, которое управляет работой различных его частей, например устройством управления электрическими компонентами, раскрытым в документе WO 2009/130099.
Как отмечено выше, узел впрыскивания жидкости выполнен с возможностью сброса давления и удержания жидкости после сброса давления в узле впрыскивания жидкости между насосом и гнездом для картриджа в первом режиме использования. Кроме этого узел впрыскивания жидкости может быть также выполнен с возможностью стравливания упомянутой жидкости из впрыскивающего узла между насосом и гнездом для картриджа во втором режиме использования, в частности, за счет продувания впрыскивающего узла между ними через клапан сброса давления. Другими словами, помимо предотвращения образования подтеков на выпускном отверстии гнезда для картриджа после каждого цикла экстракции, узел впрыскивания жидкости может быть также выполнен с возможностью стравливания в другом режиме использования, как это, например, раскрыто в документе ЕР 1764014.
Узел впрыскивания жидкости может быть выполнен с возможностью открытия клапана сброса давления на период времени, составляющий по меньшей мере 0,05 сек, в частности от 0,1 до 2 сек, от 0,25 до 1,5 сек, от 0,4 до 1 сек. Открытие клапана сброса давления на короткий промежуток времени достаточно для сброса давления, когда стравливание впрыскивающего узла, как у известных систем, не требуется.
Обычно узел впрыскивания жидкости содержит линейный нагреватель, расположенный между насосом и гнездом для картриджа, при этом клапан, в частности, расположен между насосом и нагревателем. При использовании клапана сброса давления для стравливания системы в необязательном режиме использования впрыскивающего узла нагревателю обычно дают немного остыть перед стравливанием жидкости из нагревателя для предотвращения повышенного образования накипи, вызванного нагревом. С другой стороны, если клапан сброса давления используется лишь для снижения давления жидкости во впрыскивающем узле, то жидкость не стравливается из нагревателя, поэтому нет необходимости ждать, пока нагреватель остынет. Операция по сбросу давления может выполняться при завершении работы насоса или вскоре после этого.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения гнездо для картриджа содержит первую опору для картриджа и обращенную к ней вторую опору для картриджа, которые выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга из разомкнутого положения для вставки или удаления картриджа из гнезда в сомкнутое положение для пропускания жидкости через картридж.
По меньшей мере одна опора картриджа может гидравлически приводиться в действие и перемещаться в сомкнутое положение при помощи узла впрыскивания жидкости.
Узел впрыскивания жидкости обычно выполнен с возможностью незначительной задержки сброса давления жидкости после остановки насоса, в частности задержки на период времени от 0,1 до 5 сек, в частности от 0,25 до 2 сек, например от 0,4 до 1 сек. Подобная задержка позволяет предотвратить возврат гидравлически приводимой в действие и перемещаемой опоры для картриджа, а также преждевременное повторное размыкание гнезда для картриджа, которое может привести к разрушающему расширению картриджа, находящемуся в гнезде, прежде чем произойдет механический сброс давления впрыскиваемой жидкости, находящейся под давлением, внутри гнезда для картриджа. При отсутствии гидравлической приводной системы сброс давления через клапан сброса давления, в целом, может происходить одновременно с остановкой насоса либо с задержкой.
В результате после остановки насоса в течение короткого периода времени жидкость под давлением, находящаяся в гнезде для картриджа, в частности в передней по потоку его части, может пропускаться к выпускному отверстию гнезда для картриджа, т.е. завершать нормальный процесс экстракции.
При отсутствии обратного клапана, например второго клапана, рассматриваемого ниже, если сброс давления начинается одновременно с завершением работы насоса, то может возникнуть ситуация, когда жидкость под давлением, находящаяся в передней по потоку части, будет устремляться назад в узел впрыскивания жидкости. Таким образом, избегая одновременной остановки насоса и сброса давления через клапан можно предотвратить обратный проход жидкости из гнезда для картриджа во впрыскивающий узел. Между тем, такой второй клапан желательно использовать в целях предотвращения возврата какой-либо жидкости из гнезда для картриджа в узел впрыскивания.
Кроме того, узел впрыскивания жидкости может быть выполнен с возможностью открытия клапана сброса давления до повторного гидравлического смыкания гнезда для картриджа, т.е. насос повторно приводится в действие для того, чтобы убедиться, что гидравлически приводимая в действие и перемещаемая опора для картриджа может перемещаться вперед и назад для повторного уплотнения гнезда для картриджа при его смыкании. Гнездо для картриджа может быть соединено с датчиком положения для определения положения гидравлически приводимой в действие и перемещаемой опоры для картриджа, а также закрытия клапана сброса давления, после того как он определит, что опора находится в разомкнутом (убранном) положении. Гидравлически приводимая в действие и перемещаемая опора для картриджа также может быть соединена с возвратной пружиной для ее возврата в прежнее разомкнутое (убранное) положение при сбросе давления через клапан сброса давления. В этом случае клапан сброса давления может открываться лишь на непродолжительное время, например, как было рассмотрено ранее.
В любом случае для предотвращения подтекания жидкость со сниженным давлением удерживают во впрыскивающем узле между насосом и гнездом для картриджа. Продувания или стравливания впрыскивающего узла не требуется.
Узел впрыскивания жидкости может быть выполнен с возможностью нагнетания под давлением и подачи ненагретой жидкости в упомянутую опору для картриджа для приведения ее в действие и перемещения при помощи подаваемой ненагретой жидкости, а также направления упомянутой ненагретой жидкости под давлением от упомянутой опоры через нагреватель в гнездо для картриджа для экстракции ингредиента.
Обычно гидравлически приводимая в действие и перемещаемая опора перемещается линейно. Гидравлически приводимая в действие и перемещаемая опора может быть соединена с расширительной камерой, через которую циркулирует жидкость под давлением, расширяя камеру и перемещая гидравлическую опору.
Такая гидравлически перемещаемая опора для картриджа может содержать поршень, например поршень, перемещающийся в поршневой камере, при этом узел впрыскивания жидкости соединен с поршневой камерой для впрыскивания в нее жидкости под давлением и гидравлического перемещения опоры с поршнем относительно противостоящей опоры в сомкнутое положение. В данном случае узел впрыскивания жидкости выполнен с возможностью впрыскивания ненагретой жидкости под давлением в поршневую камеру и подачи ее через линейный нагреватель из поршневой камеры в гнездо для картриджа. Поршневая камера может иметь впускное и выпускное отверстия для циркуляции через нее жидкости под давлением, когда опоры для картриджа находятся в сомкнутом положении.
Жидкость, которая может нагнетаться для приведения в действие гидравлического смыкающего механизма, т.е. поршня, перемещающегося в поршневой камере, проходит под давлением от впускного к выпускному отверстию поршневой камеры и продолжает проходить также под давлением от поршневой камеры к гнезду для картриджа через нагреватель в течение всего процесса экстракции. Другими словами, непрерывная линия циркуляции жидкости под давлением проходит через поршневую камеру, нагреватель и гнездо для картриджа. При этом жидкость, циркулирующая через поршневую камеру, не нагрета, что препятствует образованию в камере накипи, а нагревается, находясь под давлением, после прохождения камеры в нагревателе, после чего нагретая жидкость под давлением впрыскивается в гнездо для картриджа.
Разумеется, допустимо, чтобы каждая опора для картриджа устройства гидравлически приводилась в действие и перемещалась, в частности, за счет ее сопряжения с собственным гидравлическим поршнем и поршневой камерой. В этом случае узел впрыскивания текучей среды может быть выполнен с возможностью нагнетания жидкости под давлением из одной поршневой камеры в другую, а затем подачи жидкости, также под давлением, через нагреватель в гнездо для картриджа.
Узел впрыскивания жидкости может быть выполнен с возможностью нагнетания ненагретой жидкости под давлением из упомянутой опоры для картриджа через второй клапан, например запорный клапан, в гнездо для картриджа, причем этот второй клапан выполнен с возможностью создания регулируемого давления в ненагретой циркулирующей жидкости, приводящей в действие и перемещающей упомянутую по меньшей мере одну опору. В частности, узел впрыскивания может иметь второй клапан, расположенный между выпускным отверстием поршневой камеры и впускным отверстием гнезда для картриджа для создания регулируемого давления жидкости, проходящей под давлением через поршневую камеру. Такой второй клапан также может выполнять функцию обратного клапана, препятствующего возврату любой жидкости из гнезда для картриджа. Согласно менее предпочтительному варианту осуществления изобретения можно не использовать такой клапан, а для создания давления в жидкости, приводящей в действие гидравлическую опору, использовать картридж с ингредиентом, надлежащим образом расположенный напротив впускного отверстия для жидкости гнезда для картриджа.
Гидравлически перемещаемая опора для картриджа может быть выполнена с возможностью перемещения от противостоящей опоры за счет сброса давления в узле впрыскивания жидкости с помощью клапана. Устройство для экстракции может иметь поддон для капель, в частности, соединенный со сборником для использованных картриджей и предназначенный для сбора жидкости, стекающей между опорами для картриджа при их перемещении в стороны друг от друга. В данной особо предпочтительной компоновке жидкость, находящаяся в гнезде для картриджа, в конце процесса нагнетания выпускается непосредственно через проход, образуемый в результате гидравлического повторного размыкания гнезда для картриджа, не проходя через выпускное отверстие для напитка. Такое повторное размыкание происходит автоматически при помощи клапана сброса давления в узле впрыскивания. Жидкость, сливаемая через гнездо для картриджа, может собираться в поддоне для капель и/или в сборнике для картриджей или ином специальном накопительном узле.
Такой накопительный поддон для капель, а также сборник для картриджей, расположенный под гнездом для картриджа, также могут использоваться вне зависимости от гидравлического приведения в действие гнезда для картриджа, как это описано, например, в ЕР 1867260.
При необходимости повторное размыкание, в частности гидравлическое повторное размыкание гнезда для картриджа, может быть механизировано и происходить автоматически, например, за счет использования пружинных средств, которые отклоняются при смыкании гнезда для картриджа, а при их ослаблении способствуют повторному размыканию.
Узел впрыскивания жидкости может быть выполнен с возможностью впрыскивания нагретой жидкости в гнездо для картриджа через впускное отверстие для жидкости в одной из опор для картриджа, при этом в противолежащей опоре для картриджа имеется выпускное отверстие для выпуска жидкости после экстракции ингредиента.
Узел впрыскивания жидкости может быть выполнен с возможностью впрыскивания нагретой жидкости в гнездо для картриджа через впускное отверстие для жидкости в гнезде, расположенном в одной из опор для картриджа, при этом в противолежащей опоре для картриджа имеется выпускное отверстие для выпуска жидкости после экстракции ингредиента в картридже.
По меньшей мере одна из опор для картриджа может перемещаться как в сторону противолежащей опоры для картриджа, так и от нее при помощи механического приводного узла. Такой механический приводной узел содержит рычаг для передачи усилия, в частности кулачковый узел, и/или силовую зубчатую передачу, в частности прямозубую цилиндрическую зубчатую передачу. Такой механический приводной узел может приводиться в действие управляемой вручную ручкой и/или двигателем, в частности электрическим.
Обычно механический приводной узел выполнен с возможностью совместного перемещения опор для картриджа на определенную часть расстояния смыкания, например на 80%, 90% или 95% расстояния смыкания, и использования гидравлического смыкания для герметичного уплотнения двух опор для картриджа друг с другом. Таким образом, герметичное уплотнение обеспечивается не за счет регулирования последнего отрезка расстояния смыкания, а за счет влияния на смыкающее давление в поршневой камере. В результате можно избежать проблем с допусками для расстояния смыкания гнезда для картриджа и его ручной точной регулировки. Например, гидравлическое расстояние смыкания находится в пределах от 0,05 до 2 мм, в частности от 0,1 до 1 мм, например от 0,2 до 0,7 мм. Это существенно отличается от чисто механических систем смыкания (негидравлических), которые приходится регулировать в процессе сборки с высокой точностью допуска, обычно вручную.
Одна из упомянутых первой и второй опор для картриджа может перемещаться механическим приводным узлом как в сторону противолежащей опоры для картриджа, так и от нее. Эта опора может приводиться в действие и перемещаться гидравлически. Гидравлически приводимая в действие и перемещаемая опора для картриджа также может перемещаться механическим приводным узлом.
Узел впрыскивания жидкости может быть выполнен с возможностью впрыскивания нагретой жидкости в гнездо для картриджа через впускное отверстие для жидкости гнезда, расположенного в гидравлически приводимой в действие и перемещаемой опоре для картриджа. Другими словами, одна и та же опора с гнездом может быть сопряжена как с циркуляционной линией для холодной воды, так и с циркуляционной линией для подогретой воды. В связи с этим расположенный по потоку спереди узел циркуляции текучей среды, идущий к гнезду для картриджа, может быть сопряжен лишь с одной опорой для картриджа, т.е. он может не соединяться с обеими опорами. Это позволяет уменьшить длину соединительных трубок. Кроме того, существенным преимуществом может быть неподвижная установка поршневой камеры в устройстве для экстракции, поскольку в этом случае можно сократить или вообще отказаться от использования гибких трубок для циркуляции жидкости, соединение которых при автоматизированной сборке затруднено, в пользу жестких трубок, которые можно соединять автоматически.
Нагреватель может быть сопряжен с узлом регулировки температуры. Узел регулировки температуры может содержать по меньшей мере один датчик температуры, расположенный или по потоку перед гидравлически приводимой в действие и перемещаемой опорой; или на и/или рядом с гидравлически приводимой в действие и перемещаемой опорой; или между гидравлически приводимой в действие и перемещаемой опорой и нагревателем; или между нагревателем и гнездом для картриджа; и/или рядом с гнездом для картриджа.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения узел регулировки температуры включает в себя датчик температуры, расположенный у выпускного отверстия нагревателя. Датчик (датчики) температуры предпочтительно соединен (соединены) с электрической управляющей цепью нагревателя, в частности, для регулирования замкнутой цепи нагревателя.
Например, в системе имеется первый датчик для определения температуры жидкости между поршневой камерой и нагревателем, а также второй датчик для определения температуры между нагревателем и гнездом для картриджа. Эти два датчика используются для управления питанием нагревателя с целью регулирования температуры воды, выходящей из нагревателя.
Изобретение также относится к системе, включающей в себя картридж с ингредиентом и устройство, подобное рассмотренному выше, при этом картридж с ингредиентом удерживается в гнезде для картриджа упомянутого устройства.
В настоящем описании термин «подогретая жидкость» означает жидкость, которая была непосредственно нагрета нагревателем устройства для экстракции; «неподогретая жидкость» означает жидкость, которая, в частности, пока еще не вышла из поршневой камеры и не прошла через нагреватель. Таким образом, термин «неподогретая жидкость» включает в себя жидкость из источника жидкости, например резервуара, расположенного по потоку перед поршневой камерой, а также внутри поршневой камеры и, в целом, по потоку перед нагревателем.
Другие особенности и преимущества настоящего изобретения приведены в дальнейшем описании со ссылкой на чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг.1a-1c показана часть устройства для экстракции напитков согласно изобретению, вид в поперечном разрезе в разомкнутом положении;
на фиг.2a и 2b - то же, вид в перспективе в сомкнутом и разомкнутом положениях;
на фиг.3 показана схема устройства для экстракции напитков с его частью, представленной на фиг.1a-2b, вид в продольном разрезе в сомкнутом положении.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение описано со ссылкой на конкретный вариант его осуществления, показанный на фиг.1a-3.
На данных фигурах показано устройство 1 для экстракции, являющееся частью машины для приготовления напитков посредством прохождения нагретой жидкости, такой как вода, через картридж 2 с ингредиентом в форме мягкой чалды, например, изготовленной из герметичной и воздухонепроницаемой алюминиевой оболочки, содержащей ингредиент напитка, например молотый кофе, как, например, выпускаемый под знаком NESPRESSO™.
Устройство 1 для экстракции имеет гнездо 10 для картриджа, содержащее первую опору 20 для картриджа и вторую опору 30 для картриджа напротив первой опоры 20 для картриджа. Опоры выполнены с возможностью приема картриджа 2 в разомкнутом положении, когда они находятся на расстоянии друг от друга, и закрытия картриджа 2 в сомкнутом положении для экстракции, когда они сведены друг к другу. На фиг.1a, 1b, 1c и 2b показано гнездо 10 для картриджа с опорами 20, 30 для картриджа в их разомкнутом положении, когда они разведены друг от друга. На фиг.2а и 3 показано посадочное гнездо 10 для картриджа с опорами 20, 30 для картриджа в их сомкнутом положении для экстракции, когда они сведены друг к другу и картридж 2 закрыт в гнезде 10.
На фиг.1а показана загрузка картриджа 2 под действием силы тяжести сверху в гнездо 10 для картриджа. В частности, картридж 2 показан над впускным каналом 11 для картриджа, который ведет к гнезду 10, расположенному снизу него.
На фиг.1b показан картридж 2, удерживаемый в гнезде 10 для картриджа в разомкнутом положении перед экстракцией. Гнездо 10 для картриджа соединено с фиксирующими картридж элементами 12 для удержания картриджа 2 в гнезде 10, когда опорные элементы 20, 30 находятся в разомкнутом положении на расстоянии друг от друга. В частности, фиксирующие элементы 12 расположены по краю гнезда 10 таким образом, чтобы ободок 3 картриджа 2 опирался на элементы 12 и прижимался к ним вплотную в данном промежуточном положении загрузки картриджа. Когда опорные элементы 20, 30 сведены вместе, картридж 2 с ободком 3 проталкивается опорным элементом 30 через расположенный на краю элемент 12 вплотную к противолежащему элементу 20 в положение для экстракции, в котором картридж 2 закрыт между опорными элементами 20, 30 (как показано на фиг.3).
На фиг.1c гнездо 10 для картриджа показано в повторном разомкнутом положении после завершения экстракции, когда опорные элементы 20, 30 расположены на расстоянии друг от друга. Устройство 1 выполнено с возможностью удаления использованного картриджа 2 под действием силы тяжести из гнезда 10 через нижний разгрузочный проход 13. Картриджи 2 могут накапливаться в сборнике для картриджей (не показан), расположенном снизу под гнездом 10.
Общий принцип устройства для экстракции с фиксирующими элементами, используемыми при вставке, промежуточном положении, смыкании и удалении картриджа 2, более подробно раскрыт в документе ЕР 1859714, в частности, для мягких и гибких картриджей, например чалд, а также в документе ЕР 1646305, в частности, для жестких картриджей, например капсул.
На фиг.2а и 3 опорные элементы 20, 30 показаны сведенными вместе, закрывающими картридж 2 в гнезде 10.
Как более подробно показано на фиг.3, гидравлическая опора 20 для картриджа имеет цилиндрический поршень 21, перемещающийся внутри поршневой камеры 25. Поршневая камера 25 ограничена внешней, в целом имеющей форму чаши, передней частью 26, удерживающей переднюю часть опоры 20 для картриджа, и по существу цилиндрической задней частью 27, внутри и вдоль которой может перемещаться поршень 21.
Кроме того, устройство 1 для экстракции соединено с узлом впрыскивания жидкости, который включает в себя: источник жидкости, такой как холодная вода, в частности емкость 50; насос 60 для нагнетания жидкости под давлением из емкости 50 через трубку 61 и впускное отверстие 28 камеры в поршневую камеру 25 и далее, также под давлением, через выпускное отверстие 29 камеры в линейный нагреватель 70 через трубку 71, а затем из нагревателя 70 через запорный клапан 80 и трубку 81 в поршневую трубку 21, образующую впускное отверстие гнезда 10 для картриджа для подогретой жидкости.
В гнезде 10 для картриджа нагретая жидкость под давлением проходит через картридж 2 для приготовления напитка путем экстракции ингредиента, содержащегося в картридже 2. Напиток собирается и выдается через выпускное отверстие 35, соединенное с опорой 30 для картриджа, например, в чашку или кружку, установленную пользователем.
Траектория потока жидкости, проходящей через устройство 1 для экстракции, схематически показана на фиг.3 жирными стрелками.
Таким образом, узел впрыскивания жидкости соединен с поршневой камерой 25 для впрыскивания ненагретой жидкости под давлением в камеру 25 и гидравлического перемещения опоры 20 для картриджа поршнем 21 вплотную к противолежащей опоре 30 для картриджа в сомкнутое положение. Уплотнения 22, 23, например уплотнительные кольца, между опорой 20 для картриджа, поршнем 21 и передней и задней частями 26, 27 предотвращают протечки из камеры 25. После прохождения через поршневую камеру 25 жидкость далее непрерывно следует под давлением из поршневой камеры 25 через нагреватель 70 в гнездо 10 для картриджа.
Кроме того, опора 30 для картриджа может перемещаться как в сторону противолежащей опоры 20 для картриджа, так и от нее при помощи механического приводного узла.
Как более детализированно показано на фиг.2а и 2b, механический приводной узел содержит ручку 41, которой можно управлять вручную, причем ручка 41 установлена с возможностью поворота на неподвижной раме 40 посредством оси 42. Пара кривошипов 43 одним концом 44 установлены с возможностью вращения на ручке 41 на расстоянии от оси 42, а другим концом 45 - с возможностью поворота на опоре 30 для картриджа, поэтому, когда ручка 41 переводится из разомкнутого положения (фиг.2b) в сомкнутое положение (фиг.2а), кривошипы 43, приводимые в движение ручкой 41, вращающейся вокруг оси 42, перемещают опору 30 для картриджа в направлении опоры 20 для картриджа. Для реализации этого одного из возможных вариантов осуществления изобретения могут использоваться различные механические приводные узлы, приводимые в действие вручную или моторизованные, например подобные тем, что раскрыты в документах ЕР 1646305, ЕР 1859713, ЕР 1767129, а также WO 2009/043630.
На раме 40 также установлены закрывающая панель 40' для защиты трубки 61, впускного отверстия 28, а также передней и задней частей 26, 27, ограничивающих поршневую камеру 25. Передняя и задняя части 26, 27 также неподвижно закреплены на раме 40, поэтому трубки 61,71 могут устанавливаться между неподвижными элементами 26, 60, 70, 80 и могут изготавливаться из жестких материалов, которые легко обрабатывать при автоматизированном производстве.
Кроме того, для облегчения повторного размыкания ручки 41 используется пружинный элемент, который нагружается во время движения смыкания, а при движении размыкания автоматически возвращает ручку 41 назад. В частности, винтовая пружина 46 одним концом закреплена на раме 40, а другим концом - на оси 42. Винтовая пружина 46 установлена вокруг оси 42. Разумеется, для получения данного или аналогичного эффекта могут использоваться различные пружинные узлы. Кроме того, для обеспечения эргономичного ощущения от управления узлом механического привода во время движений размыкания и смыкания при помощи ручки 41, а также для повышения удобства пользователя при использовании ручки 41 предусмотрен демпфер движения. В данном конкретном примере демпфер выполнен в виде прямозубой цилиндрической зубчатой передачи, которая следует за вращением оси 42. Первое зубчатое колесо 47 установлено на оси 42, а второе зубчатое колесо 48, взаимодействующее с первым, установлено с возможностью поворота на раме 40 для демпфирования вращения оси 42.
Разумеется, можно установить пружину в противоположном направлении, т.е. для содействия движению смыкания устройства для экстракции.
Дополнительные детали эргономических аспектов устройства для экстракции раскрыты в документе ЕР 09173600.9.
Устройство 1 для экстракции также имеет выталкиватель 90, предназначенный для выталкивания картриджа 2 при повторном размыкании после экстракции и содействующий удалению картриджа 2. Штанга выталкивателя 90 может перемещаться внутри трубчатого поршня 21 и приводится в действие кулачком 49 и кулачковым следящим устройством 91 при перемещении ручки 41, с которой соединен кулачок 49. На фиг.3 выталкиватель показан в убранном положении, а на фиг.1b выталкиватель 90 показан в выдвинутом положении для выталкивания картриджа 2 из опоры 20 для картриджа.
На фиг.3 также показано, что опора 20 для картриджа оснащена оросителем 95 для впрыскивания подогретой жидкости в картридж 2 при помощи полых игл 96, прокалывающих картридж 2. Во время использования подогретая жидкость под давлением подается из трубки 81 в трубчатый поршень 21, проходя вокруг выталкивателя 91 вдоль оросителя 95 и поступая в картридж 2 через иглы 96. Используемые уплотнения 92, 93, например уплотнительные кольца, предназначены для предотвращения протечек впрыскиваемой воды вдоль выталкивателя 90. Противолежащая опора 30 для картриджа опирается на узел 97 вскрытия, например, в виде пластины с разрывными элементами, такими как пирамиды. В результате подогретая текучая среда, впрыскиваемая в картридж 2 через иглы 96, экстрагирует содержащийся в картридже ингредиент и выходит из него через узел 97 вскрытия, откуда она следует к выпускному отверстию 35. После этого напиток, выходящий через выпускное отверстие 35, соединенное с опорой 30 для картриджа, может собираться в кружку или чашку. Выталкиватель 90 существенно упрощает снятие картриджа 2 с игл 96 после экстракции.
После загрузки картриджа 2 в разомкнутое гнездо 10 (фиг.1b) пользователь перемещает рукоятку 41 вниз, в результате чего передняя часть устройства 1 для экстракции, т.е. опора 30 для картриджа перемещается кривошипом 43 и рычажным механизмом, расположенным с обеих сторон устройства 1 для экстракции. В результате периферийные фланцы 3 картриджа 2 сгибаются, а сам картридж 2 выталкивается за пределы фиксирующих элементов 12. После прекращения механического движения смыкания с помощью ручки 41 картридж 2, прокалываемый иглами 96, фиксируется между пластиной узла 97 вскрытия и оросителем 95. На данном этапе обеспечивается предварительное уплотнение гнезда 10 для картриджа вокруг картриджа 2. В данном, почти сомкнутом положении опоры 20, 30 для картриджа обычно расположены на расстоянии друг от друга менее чем 2,5 мм, обычно менее чем 1,5 мм, например менее чем 0,5 мм.
Дополнительные детали такой гидравлической смыкающей системы раскрыты в документе ЕР 09172187.8.
Как вариант, можно также рассчитать расстояние смыкания таким образом, чтобы прокалывание картриджа происходило за счет гидравлического смыкания гнезда для картриджа вместо механического смыкания. Преимущество этого заключается в том, что пользователю не нужно прикладывать дополнительное смыкающее усилие для прокалывания картриджа. Такое смыкающее усилие будет создаваться насосом.
Ручка 41 может быть расположена на раме 40 таким образом, чтобы, когда она переводится в горизонтальное положение, пользователь чувствовал фиксацию, что позволит ему эргономичным образом узнать о завершении движения.
После приведения в действие насоса 60 для приготовления напитка неподогретая жидкость, например холодная вода, поступает в поршневую камеру 25. Затем жидкость выходит из поршневой камеры 25 и следует через нагревательный элемент 70 до запорного клапана 80. По мере увеличения давления текучей среды перед запорным клапаном 80 опора 20 для картриджа с поршнем 21 перемещается и прижимается повышенным давлением жидкости в поршневой камере 25 к противостоящей опоре 30 для картриджа для надлежащего уплотнения картриджа 2 внутри гнезда 10. Открытие клапана 80 происходит при давлении, достаточном для исключения любых возможных протечек между опорами 20, 30 для картриджа, как это показано на фиг.3.
При открытии клапана 80 для прохода текучей среды подогретая жидкость под давлением проходит через ороситель 95 в картридж 2 через иглы 96, в результате чего давление в картридже 2 увеличивается до тех пор, пока картридж не разорвется о пластину узла 97 вскрытия, позволяя жидкости выйти из картриджа 2 во время процесса экстракции.
Для удаления картриджа 2 после использования пользователь отпускает ручку 41, что приводит к ее автоматическому размыканию под действием пружины 46 с регулируемой скоростью за счет наличия демпфера 47, 48.
Таким образом, передняя часть устройства 1 для экстракции, т.е. опора 30 для картриджа, перемещается в сторону от задней части устройства 1, т.е. от опоры 20 для картриджа. Это приводит к дальнейшему размыканию гнезда 10 для картриджа, при этом выталкиватель 90 выдвигается под действием кулачка 49 и кулачкового следящего устройства 91, выталкивая картридж 2 из опоры 20 и позволяя ему выпасть под действием силы тяжести из гнезда 10 (фиг.1c), например, в находящийся снизу сборник для использованных картриджей (не показан).
В контуре текучей среды устройства 1 между насосом 60 и гнездом 10 для картриджа имеется узел для сброса давления после экстракции, создаваемого в нем насосом 60 во время экстракции. В частности, по потоку после насоса 60 жидкость, находящаяся в системе циркуляции текучей среды, может направляться через одноходовой клапан, например электрический клапан 80', назад в емкость 50 или в поддон 50' для капель, как это показано на фиг.3 пунктирными линиями. Как показано на фиг.3, нагреватель 70 может быть расположен по потоку после клапана 80'. Между тем, для уменьшения давления во впрыскивающем контуре в любом месте по потоку после насоса, например на или после нагревателя, может быть установлен клапан понижения давления.
Как показано на фиг.3, во впрыскивающем контуре имеется клапан 80' для сброса давления, создаваемого в нем, а также по потоку после насоса 60 непосредственно самим насосом 60. Насос выполнен с возможностью создания повышенного давления жидкости, циркулирующей в гнезде 10 для картриджа, обычно в диапазоне от 7 до 23 бар, например от 12 до 18 бар.
По завершении процесса заваривания клапан 80' может быть выключен для сброса давления в поршневой камере 25, в результате чего опоры 20, 30 для картриджа разуплотняются и могут отделяться. Обычно клапан 80', который может быть электромагнитным, выключается после отключения насоса 60.
Клапан 80' может открываться вскоре после отключения насоса 60, например, в течение промежутка времени от 0,1 до 2 сек, в частности от 0,3 до 1,5 сек, для снижения давления в линии для текучей среды, в частности в поршневой камере 25. Падение давления в поршневой камере 25 позволяет отдалить друг от друга опоры 20, 30, образовав проход 35', ведущий в поддон 50' для капель, что показано стрелкой, направленной вниз из прохода 35' в поддон 50' для капель. Таким образом, после экстракции напитка остатки жидкости, находящейся в гнезде 10 для картриджа, не стекают через выпускное отверстие 35 за счет избыточного давления, сохраняющегося по потоку перед гнездом 10 для картриджа. Внутреннее давление непосредственно сбрасывается через клапан 80', а остатки жидкости в гнезде 10 для картриджа могут удаляться через проход 35' в расположенный снизу поддон 50' для капель.
Такой электрический клапан для сброса давления также может использоваться в устройстве для экстракции без гидравлического механизма размыкания/смыкания. Действительно, за счет использования такой системы сброса внутреннего давления жидкость, находящаяся в гнезде для картриджа, не будет выталкиваться за счет остаточного давления по потоку после насоса через выпускное отверстие 35 после отключения насоса. Это существенно уменьшает подкапывание из отверстия 35.
Следует отметить, что сброс давления через клапан 80' необязательно связан с продувом линии для текучей среды. В первом режиме использования, предусматривающем лишь сброс давления в линии для текучей среды, продувка не производится. На самом деле проблема каплеобразования на выпускном отверстии для напитков после экстракции может быть решена или предотвращена всего лишь за счет понижения давления в контуре, в частности выравнивания внутреннего давления с внешним при помощи клапана сброса давления. Для сброса давления клапан 80' сброса давления может открываться по меньшей мере в течение 0,05 сек, например в течение промежутка времени, начинающегося вскоре после остановки насоса и продолжающегося до повторного смыкания гнезда для картриджа вокруг нового картриджа, либо в течение более короткого промежутка времени в зависимости от конструкции гидравлически приводимой в действие и перемещаемой опоры картриджа, рассмотренной выше.
Во втором, необязательном режиме использования, разумеется, также можно использовать клапан 80' для продувки линии для текучей среды. В этом случае воздух должен заходить в линию для текучей среды, например, в районе запорного клапана 80 или гнезда 10 для картриджа после его повторного открытия. Например, запорный клапан 80 является трехходовым клапаном, также используемым для продувки линии для текучей среды.
Небольшая задержка после отключения насоса 60 и до открытия клапана 80', например менее 3 сек, позволяет штатно завершить экстракцию напитка из картриджа 2 в гнезде 10 и выдачу напитка через выпускное отверстие 35. После штатного завершения процесса экстракции, т.е. после того как давление в экстракционной камере 10 по меньшей мере начинает падать, открывается клапан 80'. Это позволяет предотвратить сброс давления, создаваемого в гнезде 10 для картриджа, по потоку перед ним, а также нагнетание содержимого из гнезда 10 под картридж в линию для текучей среды в направлении клапана 80' сброса давления.