УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКОВ
DEVICE FOR PREPARATION OF BEVERAGES

Изобретение относится к устройству для приготовления напитков из ингредиента напитка, размещенного в устройстве. Более конкретно, изобретение относится к такому устройству, содержащему камеру приготовления напитка, в котором жидкость приводится во взаимодействие с указанным ингредиентом напитка, причем ингредиент напитка содержится в расфасованном виде в закрытой капсуле.
Устройства для приготовления напитков путем подачи, например, находящейся под давлением текучей среды в капсулу хорошо известны, в особенности, для приготовления чая, кофе или напитков кофейного типа. Кроме того, для получения напитка путем экстрагирования или растворения могут использоваться другие вещества, такие как шоколад или молочные продукты. Преимущества такой системы, в частности, заключаются в обеспечении сохранности и свежести ингредиентов, а также в возможности упрощения операций по приготовлению напитка.
Взаимодействие между жидкостью и ингредиентами, например внутри капсулы, может представлять собой, например, растворение, получение экстракта, заваривание или любой другой тип взаимодействия для приготовления напитка из ингредиентов, содержащихся внутри капсулы. Подобная капсула известна из патентных документов WO 2007/042414 A1 и WO 2008/025730 A1 и в основном содержит охватывающий элемент, определенный корпусом или оболочкой, и фильтрующим средством.
Во время приготовления в подобном устройстве, например, чая возникает проблема, связанная с наличием воздуха в жидкости (например, в воде), подаваемой к капсуле. Этот воздух в основном появляется из-за нагрева воды, который проводится нагревателем, имеющемся средстве для подачи жидкости в камеру приготовления напитка. Воздух или воздушные пузырьки появляются, как только температура жидкости (воды) достигает примерно 70°C. В результате в капсулу вместе с жидкостью попадает воздух, но обычно он не пересекает фильтрующее средство (обычно бумажный фильтр), которое помещено внутри капсулы, как описано выше. Поскольку в потоке воды с низким давлением, при котором происходит приготовление, например, чая отсутствует существенное перемешивание воды и завариваемого продукта (ингредиента напитка в виде порошка), воздушные пузырьки могут отделяться от жидкости, медленно подниматься в верхнюю часть камеры приготовления напитка, такую как например капсула, и оставаться за фильтром внутри капсулы. Их объем увеличивается по мере подачи воды в капсулу. Однако этот объем может стать настолько значительным, что, например, листья чая не будут погружаться в достаточной степени в жидкость (воду), и не будет обеспечено достаточное заваривание чая.
Настоящее изобретение разработано с учетом вышеупомянутых недостатков и его целью является разработка устройства для приготовления напитков со сниженным количеством воздуха в жидкости, используемой для заваривания ингредиента напитка.
Согласно первому аспекту изобретения устройство для приготовления напитков содержит камеру приготовления напитка, конструкция которой допускает взаимодействие жидкости с содержащемся в капсуле ингредиентом напитка, средство подачи жидкости в указанную камеру, установленное в средстве подачи жидкости средство нагрева жидкости и секцию отделения воздуха, расположенную в средстве подачи жидкости после средства ее нагрева для отделения содержащегося в жидкости воздуха или другого газа. Секция отделения воздуха содержит вход для жидкости, средства гашения кинетической энергии подаваемой через вход жидкости, выход для удаления жидкости из секции, отделенный от входа средствами гашения кинетической энергии, и выход для удаления воздуха из секции, также отделенный от входа средствами гашения кинетической энергии.
Упомянутые средства обеспечивают эффективное снижение скорости потока жидкости при ее входе в секцию отделения воздуха. В результате появляется возможность снижения скорости потока жидкости таким образом, что воздух или газ не захватывается жидкостью за счет ее скорости и может подниматься и удаляться через выход для воздуха, осуществляя тем самым отделение воздуха от нагретой жидкости.
Согласно первому варианту осуществления изобретения средство для гашения кинетической энергии поступающей через вход жидкости представляет собой пористую стенку. Пористая стенка может образовывать пористую камеру внутри секции отделения воздуха. Предпочтительно пористая камера имеет цилиндрическую форму. Пористая стенка может представлять собой сито или фильтр. В результате обеспечивается возможность простого снижения количества воздуха в нагретой жидкости, поскольку воздух улавливается ячейками пористой стенки и, следовательно, может легко подниматься в верхнюю часть секции отделения воздуха, откуда он выводится через выход для воздуха, в то время как избавленная от воздуха жидкость выводится через выход для жидкости.
Для отделения воздуха или другого газа от нагретой жидкости путем улавливания газа в ячейках указанного сита или фильтрующего элемента может применяться простой элемент из распространенного материала. Предпочтительно пористая стенка образует пористую камеру внутри секции отделения воздуха. Для отделения выхода для жидкости и выхода для воздуха от входа пористая стенка предпочтительно располагается внутри секции отделения воздуха таким образом, что она окружает вход для жидкости внутри секции отделения воздуха, образуя пористую камеру. Пористая камера 41 может иметь любую форму. Предпочтительно она имеет форму цилиндра, основанием которого является часть боковой стенки секции отделения воздуха, окружающей вход для жидкости. Предпочтительно продольная ось секции отделения воздуха и продольная ость пористой камеры находятся по существу на одной линии. Вход для жидкости может быть размещен по существу в центральной части боковой стенки секции отделения воздуха, соответствующей продольной оси секции отделения воздуха и пористой камеры. В результате обеспечивается равномерное поступление жидкости в секцию отделения воздуха и равномерное распределение жидкости внутри этой секции.
Пористая камера 41 может быть наклонена относительно горизонтальной оси, и ее продольная ось может подниматься в соответствии с направлением потока. За счет этого облегчается разделение воздуха и жидкости, поскольку воздух легко может подниматься в самую верхнюю часть секции отделения воздуха, а жидкость может просто выводиться из нижней части этой секции.
Предпочтительно объем секции отделения воздуха достаточен для демпфирования поступающей в него жидкости. По этой причине предпочтительно, чтобы площадь сечения входа и площадь сечения секции отделения воздуха имели соотношение не менее 1:10, предпочтительно - не менее 1:100. Указанные сечения по существу перпендикулярны направлению потока жидкости либо во входе, либо в секции отделения воздуха.
Согласно второму варианту осуществления изобретения средства гашения кинетической энергии подаваемой через вход жидкости могут представлять собой элементы для изменения направления потока жидкости. Предпочтительно средства гашения кинетической энергии подаваемой через вход жидкости изменяет направление потока жидкости на противоположное по меньшей мере дважды. Изменение направления потока жидкости на противоположное означает, что направление потока жидкости по существу изменяется примерно на угол 180°. Более предпочтительно по меньшей мере дважды изменять направление потока жидкости на противоположное, что обеспечивается посредством особой конструкции средств гашения кинетической энергии жидкости. При этом обеспечивается эффективное снижение скорости текучей среды. Предпочтительно подобные средства могут представлять собой перегородку или лабиринтный канал. Предпочтительно сечение потока через средства гашения кинетической энергии жидкости увеличивается при каждом изменении направления потока текучей среды через указанные средства.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения средства гашения кинетической энергии жидкости представляют собой лабиринт, образованный по меньшей мере тремя концентрическими цилиндрическими элементами, конструкция которых обеспечивает направление поступающей из входа жидкости к изгибу от центральной части лабиринта к его периферийной части. Цилиндрические элементы могут быть установлены таким образом, что между ними имеются по меньшей мере два зазора. Предпочтительно зазоры между цилиндрами постепенно увеличиваются от центра к периферийной части лабиринта. Предпочтительно больший цилиндрический элемент соединяется с периферийной частью лабиринта через отверстие в верхней части большего цилиндрического элемента. Предпочтительно периферийная часть лабиринта сверху соединяется с выходом для воздуха, а снизу - с выходом для жидкости.
Согласно предпочтительному аспекту изобретения выход для жидкости снабжен первым клапаном. Посредством указанного клапана величина давления, при котором происходит открытие клапана, может устанавливаться равным давлению жидкости, необходимому для ее подачи в камеру приготовления напитка и для приготовления напитка. В результате в средстве подачи жидкости перед камерой 41 приготовления напитка не требуется наличия дополнительного обратного клапана.
Согласно другому предпочтительному аспекту изобретения выход для воздуха снабжен вторым клапаном. Посредством указанного клапана достаточное удаление воздуха может осуществляться без утечек жидкости через указанный клапан.
Предпочтительно величина давления для открытия первого клапана выше, чем для открытия второго клапана. Удаление воздуха может выполняться до вывода жидкости из секции отделения воздуха. В результате снижается вероятность повторного смешивания отделенного воздуха с жидкостью, и подаваемая в камеру приготовления напитка жидкость содержит минимальное количество воздуха или другого газа. Величина давления для открытия первого клапана может составлять не менее 0,2 бар, а предпочтительно - не менее 0,4 бар. Таким образом, жидкость подается в камеру приготовления напитка при давлении, необходимом для приготовления напитка.
Выход для воздуха обычно расположен относительно горизонта выше, чем выход для жидкости. В результате предотвращается повторное смешивание воздуха с жидкостью после их разделения. Это обеспечивается за счет того, что выход для воздуха расположен выше выхода для жидкости, а поскольку воздух легче жидкости (например, воды), он поднимается к верхней части секции отделения воздуха, где он может быть простым способом выведен из этой секции, а жидкость может выводиться через расположенный ниже выход для жидкости. Предпочтительно выход для воздуха расположен в наиболее высокой части секции отделения воздуха относительно устройства для приготовления напитков. За счет этого при подъеме воздуха в наиболее высокую часть секции отделения воздуха обеспечивается достаточное удаление воздуха из этой секции. Выход для жидкости может располагаться на входной боковой стенке секции отделения воздуха. За счет этого жидкость располагается на большом расстоянии от стороны с отверстием для выхода воздуха, в особенности когда секция отделения воздуха выполнена наклонной.
Обычно вход соединен с нагревательным средством, выход для жидкости соединен с камерой приготовления напитка, а выход для воздуха соединен с отсеком для отходов или с сапунным средством. В результате секция отделения воздуха может простым способом применяться в стандартном устройстве приготовления напитков, например, для приготовления чая.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения секция отделения воздуха может также содержать дополнительный выход для жидкости, снабженный клапаном для сброса жидкости с температурой ниже заданной. Предпочтительно дополнительный выход для жидкости располагают в самой нижней части секции отделения воздуха. Секция отделения воздуха предпочтительно содержит два отверстия для выхода воды, одно из которых снабжено уже упомянутым первым клапаном для обеспечения сброса воды при заданном давлении. Второе отверстие для выхода воды предпочтительно расположено в области первого отверстия для выхода воды. В результате второе отверстие для выхода воды предпочтительно обеспечивает рециркуляцию воды в случае, когда температура ниже необходимой для приготовления напитка. Второе отверстие для выхода воды предпочтительно снабжено клапаном для управления сбросом воды через второе отверстие для выхода воды. Предпочтительно у второго отверстия для выхода воды установлен двухходовой электромагнитный клапан, который удерживается в открытом состоянии, пока температура воды ниже требуемой для приготовления напитка. Для измерения температуры воды в секции отделения воздуха может устанавливаться специальный датчик температуры, который предпочтительно соединен с двухходовым электромагнитным клапаном или блоком управления, соединенным с этим электромагнитным клапаном. Датчик температуры может представлять собой любое внутреннее или внешнее средство, установленное в районе секции отделения воздуха, пригодное для измерения температуры находящейся s секции жидкости. Вода, которая сбрасывается через второе отверстие для выхода воды, подается обратно в средство подачи воды выше по потоку от секции отделения воздуха. Предпочтительно вода, которая сбрасывается через второе отверстие для выхода воды, подается обратно средством подачи воды в секцию отделения воздуха. В соответствии с этим, если температура воды не достаточно высока для приготовления напитка, второе отверстие для выхода воды обеспечивает возврат сброшенной воды выше по потоку относительно секции отделения воздуха. При достижении заданного значения температуры воды клапан второго отверстия для выхода воды закрывается, соответственно, давление воды в зоне выходного отверстия секции отделения воздуха увеличивается, и при достижении давления открытия открывается клапан первого отверстия для выхода воды.
В первом варианте осуществления изобретения выход для жидкости предпочтительно смещен в радиальном направлении от входа относительно продольной оси секции отделения воздуха. По этой причине выход для жидкости может быть легко размещен в секции отделения воздуха и не пересекаться, например, с входом. Кроме того, в первом варианте осуществления изобретения выход для жидкости предпочтительно расположен под нижней пористой гранью пористой камеры относительно устройства приготовления напитков. В результате жидкость, из которой был удален воздух, может легко удаляться из секции отделения воздуха для подачи в камеру приготовления напитков под действием гравитации, поскольку жидкость, такая как вода, легче воздуха и, следовательно, она собирается на дне секции отделения воздуха, а воздух собирается в верхней части секции отделения воздуха.
Во втором варианте осуществления изобретения выход для жидкости предпочтительно расположен на части лабиринта или перегородки, которая находится по существу под отверстием для выхода воздуха. Так, после гашения кинетической энергии посредством лабиринта или перегородки, воздух, который скапливается в верхней части лабиринта или перегородки, может легко быть удален через выход для воздуха. Кроме того, жидкость, из которой был удален воздух и которая скапливается в нижней части лабиринта или перегородки, может удаляться через выход для жидкости.
Предпочтительно выход для воздуха по существу расположен на стороне, противоположной отверстию для входа жидкости и являющейся выходной стороной секции отделения воздуха. За счет этого выход для воздуха и выход для жидкости максимально отдалены друг от друга, следовательно, вероятность смешивания жидкости и воздуха после разделения достаточно мала.
Изобретение также относится к способу отделения воздуха от нагретой жидкости посредством вышеописанного устройства отделения воздуха.
Другие особенности и преимущества настоящего изобретения будут более понятны из дальнейшего подробного описания вариантов его осуществления со ссылками на чертежи.
На фиг.1 показана схема устройства приготовления напитков в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.2 - средство отделения воздуха в устройстве приготовления напитков согласно первому варианту осуществления изобретения, вид сверху в перспективе;
на фиг.3 - средство отделения воздуха согласно второму варианту осуществления изобретения, вид сбоку в разрезе;
на фиг.4 - схема устройства приготовления напитков, содержащего средство отделения воздуха, соответствующее изображенному на фиг.3.
На фиг.1 показан предпочтительный вариант выполнения устройства 1 для приготовления напитков в соответствии с настоящим изобретением. Ингредиент T для приготовления напитка помещен в капсулу 20 или в подобный ей элемент, также называемый камерой приготовления напитка, которая удерживается в манипулирующем средстве 2, содержащим манипулирующие элементы 3, 4. Капсула преимущественно содержит оболочку 21, содержащую ингредиенты T напитка, такие как листовой чай и им подобные. Оболочка 21 предпочтительно ограничена чашеобразным корпусом 22 и фильтрующей стенкой 23. Капсула предпочтительно закрыта уплотнительной стенкой 24, которая герметично закрывает оболочку 21. Капсула 20 может дополнительно содержать крышку 25, которая также крепится к корпусу 22 и перекрывает уплотнительную стенку 24. Крышка 25 образует внутренний канал 26, который завершается у ее бокового торца выходом 27. Предпочтительно на крышке 25 обозначен участок перфорирования, выполненный в виде отверстия заданного размера или ослабленного или разрушаемого участка.
Устройство 1 может также содержать средство P для перфорирования уплотнительной стенки 24 на сливном участке оболочки 21. Как показано на фиг.1, перфорирующее средство P может приводиться в действие после смыкания манипулирующих элементов 3, 4 вокруг капсулы 20. Перфорирующее средство P проталкивается или направляется в крышку 25 через обозначенный участок перфорирования, отверстие в котором несколько большее, чем размер перфоратора P. Перфоратор P может взаимодействовать с уплотнительной стенкой 24 при перфорировании для создания сливного отверстия, а затем выходить из отверстия, полностью его открывая. Перфоратор P может приводиться соленоидом или любым другим средством привода или даже вручную.
Несмотря на вышеприведенное описание, капсула 20 не ограничена какими-либо размером или конструкцией, и возможно применение любого известного средства хранения ингредиентов или камеры приготовлении напитка, также содержащих фильтрующий элемент для приготовления напитка путем заваривания ингредиентов напитка в нагретых жидкостях, предпочтительно, в нагретых жидкостях, находящихся под низким давлением. Далее под жидкостью понимаются любые типы жидкостей, используемые в устройстве приготовления напитков, такие как, например, вода.
Устройство 1 для приготовления напитков в указанном варианте осуществления изобретения также содержит резервуар 5 с жидкостью, такой как водяной бак, жидкостной насос 6, средство 7 средство нагрева жидкости, такое как нагреватель, и магистраль подачи жидкости, также называемую средством 8 подачи жидкости. Устройство 1 может также содержать контроллер и плату пользовательского интерфейса (не показано на фигурах) для управления циклами приготовления напитков, известными в данной области техники. Кроме того, для снижения давления на входной стороне или на впускном элементе 10 в камере 20 приготовления напитка может устанавливаться обратный клапан 9. Предпочтительно впускной элемент 10 представляет собой и иглу (иглы) или лезвие (лезвия), и вход для жидкости. Вместо обратного клапана 9 может использоваться насос низкого давления, который подает текучую среду при низком давлении.
Предпочтительно средство 8 подачи жидкости содержит, помимо прочего, магистраль 11 подачи горячей жидкости, которая расположена между средством 7 нагрева жидкости и камерой 20 приготовления напитка для подачи горячей жидкости в камеру 20 для приготовления/заваривания напитка.
В магистрали 11 подачи горячей жидкости установлено средство 30 отделения воздуха, также называемое секцией отделения воздуха, которое предпочтительно разделяет магистраль 11 подачи горячей жидкости на первую магистраль 12, содержащую воздух, и вторую магистраль 13 без воздуха, подающую горячую жидкость в камеру 20 приготовления напитка. Секция 30 отделения воздуха и ее работа будут описаны ниже.
Предпочтительно вторая магистраль 13 соединяется с секцией 30 отделения воздуха, а более предпочтительно соединяется с ним через первый клапан 31. Первый клапан 31 может представлять собой клапан любого известного типа, применяемого в подобных устройствах приготовления напитков, такой как, например, обратный клапан. Предпочтительно указанный клапан выполнен так, что он открывается при заданном пороговом значении давления. Указанное пороговое значение давления для открытия первого клапана 31 может, например, составлять не менее 0,2 бар, а более предпочтительно - не менее 0,4 бар. В результате жидкость подается в камеру 20 приготовления напитка при давлении, необходимом для приготовления напитка, и исчезает необходимость в обратном клапане 9.
Предпочтительно устройство 1 содержит магистраль 14 выпуска воздуха для доставки воздуха из секции 30 в отсек 15 для отходов и/или сапу иное средство 16. Следует отметить, что термин «воздух» используется в качестве замены названия любых газов и относится не только к воздуху. Предпочтительно магистраль 14 выпуска воздуха присоединена к секции 30 отделения воздуха, а более предпочтительно - присоединена к нему через второй клапан 32. Второй клапан 32 выполнен так, что он остается открытым, когда пред клапаном находится воздух, но немедленно закрывается в случае появления жидкости. Клапан подобного типа хорошо известен в данной области техники (например, WO 02/088580) и обеспечивает достаточное удаление воздуха, не допуская утечек жидкости. В предпочтительном варианте осуществления изобретения величина давления открытия первого клапана 31 больше, чем величина давления открытия второго клапана 32. в результате чего удаление воздуха может выполняться до удаления жидкости из секции 30 отделения воздуха. В результате вероятность повторного смешивания отделенного воздуха с жидкостью снижается, следовательно, жидкость, подаваемая в камеру 41 приготовления напитка, содержит минимальное количество воздуха.
Ниже со ссылкой на фиг.2 приведено описание секции 30 отделения воздуха.
Согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения, показанному на фиг.2, секция 30 отделения воздуха предпочтительно содержит корпус 33. имеющий цилиндрическую форму, но не ограничивающийся подобной формой. Предпочтительно секция 30 отделения воздуха также имеет входное отверстие 34, соединенное с входом 35, который соединен с первой магистралью 12 и, следовательно, со средством 7 нагрева жидкости, отверстие 36 для выхода жидкости, соединенное с выходом 37 для жидкости, который, в свою очередь, соединен со второй магистралью 13, а значит и с камерой 20 приготовления напитка, и отверстие 38 для выхода воздуха, соединенное с выходом 39 для воздуха, которое присоединено к магистрали 14 выхода воздуха и, следовательно, соединено с отсеком 15 для отходов или сапунным средством 16. Предпочтительно первый клапан 31 установлен между секцией 30 отделения воздуха и выходом 37 для жидкости, но также может быть установлен ниже по потоку во второй магистрали 13. Второй клапан 32 предпочтительно прикреплен к секции 30 отделения воздуха между отверстием 38 для выхода воздуха из секции 30 отделения воздуха и выходом 39 для воздуха. В результате обеспечивается приемлемое отделение воздуха без попадания жидкости в выход 39 для воздуха и без попадания воздуха в выход 37 для жидкости.
Внутри секции 30 отделения воздуха установлено средство гашения кинетической энергии жидкости, поступающей через вход 35. В указанном предпочтительном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.2, указанное средство гашения кинетической энергии жидкости, поступающей через вход 35, представляет собой стенку 40, далее также называемую пористой стенкой. В альтернативном или дополнительном варианте указанное средство гашения кинетической энергии жидкости, поступающей через вход 35, может также представлять собой средство изменения направления потока жидкости, такое как, например, перегородка или лабиринт, показанные на фиг.3.
Стенка 40 предпочтительно проходит от боковой стенки SW секции 30 отделения воздуха к его внутренней стороне. Предпочтительно боковая стенка SW является одной из верхних или нижних стенок предпочтительно цилиндрической секции 30 отделения воздуха. Выход 37 для жидкости и выход 39 для воздуха отделены от входа 35 указанной пористой стенкой 40. В результате пористая стенка 40 предпочтительно расположена внутри секции 30 отделения воздуха таким образом, что она окружает впускное отверстие 34. В результате секция 30 отделения воздуха предпочтительно разделена на по меньшей мере два участка, которые представляют собой первый объем 41, с которым соединен вход 35, и второй объем 42, с которым соединены выход 37 для жидкости и выход 39 для воздуха. Первый объем 41 внутри стенки 40 предпочтительно ограничен стенкой 40 и боковой стенкой SW секции 30 отделения воздуха. Второй объем 42 расположен между внешней стороной стенки 40 и секцией 30 отделения воздуха, т.е. корпусом 33.
Предпочтительно стенка 40 выполнена из пористого материала, который может представлять собой любой из материалов, пригодных для пищевых продуктов, такой как полимерная пленка, нетканый полиэстер, полипропилен, полиэтилен, бумажные материалы, металлокерамические материалы и комбинации данных материалов, но не ограничивается этими материалами. Пористая стенка 40 служит в качестве сита или фильтрующего элемента, за счет которого воздух или газ, содержащийся в нагретой жидкости, может отделяться от указанной жидкости за счет улавливания его пористым материалом или ячейками стенки 40.
Предпочтительно пористый материал стенки 40 имеет конструкцию, создающую малое сопротивление, что обеспечивает выравнивание давления в первом объеме 41 и равномерное распределение потока по всей поверхности стенки 40.
Предпочтительно стенка 40 образует пористую камеру 41 внутри секции 30 отделения воздуха, охватывающую первый объем 41, обозначенный пунктирной линией на фиг.2. Термин «пористая камера» относится только к камере 41, содержащей пористую 41 имеет форму цилиндра или колокола с по существу цилиндрической основной частью 40a и полусферической торцевой частью 40b на противоположном краю боковой стенки SW. Ее основание является частью боковой стенки SW секции отделения воздуха, окружающей вход 35. В результате отделение воздуха или другого газа от нагретой жидкости может усиливаться, поскольку газ, который улавливается ячейками пористой стенки 40, может соединяться, образуя большой пузырь, который не может удерживаться ячейками стенки 40 и, следовательно, может легко подниматься в наиболее высокую часть секции 30 отделения воздуха.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения продольная ось LC секции 30 отделения воздуха и продольная ось LW предпочтительно колоколообразной или цилиндрической стенки 40 или пористой камеры 41 находятся по существу на одной линии. В результате обеспечивается равномерное поступление жидкости в секцию 30 отделения воздуха и равномерное распределение жидкости внутри секции 30 отделения воздуха.
Как уже было упомянуто выше, предпочтительно первый объем 41 соединен с входом 35 через входное отверстие 34, предпочтительно выполненное в боковой стенке SW секции 30 отделения воздуха, для подачи горячей жидкости, нагретой средством 7 нагрева жидкости, на стенку 40. Предпочтительно входное отверстие 34 выполнено по существу в центральной части боковой стенки SW секции 30 отделения воздуха, соответствующего продольным осям LC, LW секции 30 отделения воздуха и пористой камеры 41, для усиления равномерного потока жидкости в первый объем 41, который дополнительно усиливается совмещением секции 30 отделения воздуха и стенки 40 или пористой камеры 41. Вход для жидкости может располагаться по существу в центральной части боковой стенки секции отделения воздуха, соответствующей продольной оси секции отделения воздуха и пористой камеры.
Предпочтительно второй объем 42 соединен с выходом 37 для жидкости через отверстие 36 для выхода жидкости для удаления жидкости из секции 30 отделения воздуха и с выходом 39 для воздуха для удаления воздуха из этой секции 30. В предпочтительном варианте осуществления изобретения выход 37 для жидкости выполнен на входной стороне, которая находится около боковой стенки SW секции 30 отделения воздуха. Кроме того, выход 39 для воздуха предпочтительно выполнен на стороне секции 30 отделения воздуха, противоположной стороне выхода жидкости. В результате разделение воздуха и жидкости улучшается, и не допускается повторное смешивание воздуха с жидкостью после его отделения и попадания во второй объем 42, поскольку воздух выпускается через торец секции 30 отделения воздуха, удаленный от выхода 37 для жидкости в боковой стенке SW.
Выход 39 для воздуха или отверстие 38 для выхода воздуха предпочтительно расположены выше, чем выход 37 для жидкости или отверстие 36 для выхода жидкости относительно горизонта. Предпочтительно выход 37 для жидкости расположен под нижней гранью стенки 40 относительно горизонтали, а выход 39 для воздуха расположен над верхней гранью стенки 40 относительно горизонтали. В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения выход 37 для жидкости расположен в самой нижней части, т.е. на самом нижнем по вертикали участке секции 30 отделения воздуха относительно отделения 1 приготовления напитка, а выход 39 для воздуха находится в самой верхней части, т.е. на самом верхнем по вертикали участке секции 30 отделения воздуха относительно отделения 1 приготовления напитка. Поскольку воздух легче применяемой жидкости (например, воды), он скапливается в самой верхней части секции 30 отделения воздуха во втором объеме 42, располагаясь, таким образом, рядом с отверстием 38 для выхода воздуха, откуда он может быть легко удален через второй клапан 32, а освобожденная от воздуха жидкость может выводиться через первый клапан 31 на удаленном от отверстия 38 краю секции 30, так что не допускается повторного смешивания воздуха и жидкости, и жидкость содержит минимальное количество воздуха.
В альтернативном или дополнительном варианте, по меньшей мере, пористая камера 41 (или, лучше, ее продольная ось LW) внутри секции 30 отделения воздуха или секция 30 отделения воздуха вместе с пористой камерой 41 могут быть предпочтительно выполненными наклоненными под углом а (фиг.1) относительно горизонтали, так что вход 35 расположен на нижней стороне наклонной пористой камеры 41 и, следовательно, ниже полусферической торцевой части 40b пористой камеры 41 и выхода 39 для воздуха. В отдельном варианте осуществления изобретения стенка 40 или пористая камера 41 расположены вертикально относительно устройства 1, т.е. угол α равен 90°, а вход 35 расположен в нижней части секции 30 отделения воздуха так, что боковая стенка SW образует нижний участок секции 30 отделения воздуха, а выход 39 для воздуха расположен в верхней части указанной секции 30. В результате обеспечивается простое разделение воздуха или газа и жидкости, поскольку воздух может легко подниматься вверх в самую высокую часть секции 30 отделения воздуха, а жидкость может быть простым способом выведена из нижней части (боковой стенки SW) секции 30 отделения воздуха. Таким образом, воздух располагается на наибольшем удалении от выхода 37 для жидкости во втором объеме 42. Кроме того, при этом улучшается объединение воздуха или газа, уловленного ячейками стенки 40, поскольку пузырьки воздуха легко соскальзывают к верхней части стенки 40, где они легко образуют большой воздушный пузырь, который легко отделяется от стенки 40 из-за предпочтительной полусферической формы верхней торцевой части 40b пористой камеры 41 и поднимается в самую верхнюю в вертикальном направлении часть секции 30.
2
2
Предпочтительно площадь сечения входа 35 и площадь сечения пористой стенки 40 или пористой камеры 41 секции 30 отделения воздуха соотносятся, по меньшей мере, как 1:10, а более предпочтительно, как 1:100, что обеспечивает эффективное снижение скорости потока жидкости при ее входе в первый объем 41. Указанные сечения по существу перпендикулярны направлению потока жидкости либо во входе 35, либо в секции 30 отделения воздуха. В предпочтительном варианте осуществления изобретения диаметр впускной трубки составляет 2 мм (площадь 3.15 мм), а площадь сечения пористой стенки 40 составляет не менее 500 мм. Однако изобретение не ограничено данными значениями. Таким образом, секция 30 отделения воздуха предпочтительно имеет объем достаточный для демпфирования потока входящей в него жидкости. При этом обеспечивается такое снижение скорости потока жидкости, что исключается захват воздуха жидкостью за счет ее скорости, и воздух (в виде пузырьков) может подниматься для улавливания ячейками стенки 40, где он может оставаться на пористой поверхности. После улавливания воздух собирается в крупный пузырь, который затем поднимается в самую верхнюю часть корпуса рядом с выпускным отверстием 39 для выхода воздуха, через которое он затем и выводится. Таким образом, за счет снижения скорости потока жидкости дополнительно улучшается отделение воздуха от нагретой жидкости. Следует отметить, что упомянутое соотношение просто должно быть настолько большим, чтобы обеспечивалась скорость потока жидкости, достаточная для отделения газа от жидкости при помощи пористой стенки, как описано выше.
Далее описан способ отделения воздуха от жидкости в устройстве 1 для приготовления напитков в соответствии с настоящим изобретением. Данный способ описан на примере варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.2, однако данный способ также применим и для варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.3.
Содержащаяся в резервуаре 5 жидкость прокачивается при помощи жидкостного насоса 6 через средство 8 подачи жидкости через средство 7 нагрева жидкости, в котором жидкость нагревается до предпочтительной температуры. Затем нагретая жидкость подается через первую магистраль 12 магистрали 11 подачи горячей жидкости средства 8 подачи жидкости к входу 35 секции 30 отделения воздуха. Затем жидкость входит в первый объем 41, ограниченный пористой стенкой 40 и боковой стенкой SW, образующими пористую камеру 41 внутри секции 30 отделения воздуха, через впускное отверстие 34, выполненное в указанной секции 30. При входе в первый объем 41, т.е. пористую камеру 41, скорость жидкости, содержащей воздух, предпочтительно снижается за счет гашения кинетической энергии жидкости, поступающей через указанный вход 35. Предпочтительно это осуществляется за счет того, что площадь сечения входа 35 и площадь сечения пористой камеры 41 или секции 30 отделения воздуха находятся в соотношении не менее 1:10, а предпочтительно - не менее 1:100. Однако возможно гашение кинетической энергии поступающей через впускное отверстие жидкости за счет наличия средств изменения направления потока жидкости, например, перегородки или лабиринтного канала, подобным показанным на фиг.3. За счет снижения скорости потока жидкости происходит подъем воздушных пузырьков к верхней грани стенки 40 или пористой камеры 41 и их отделение от жидкости за счет улавливания материалом стенки 40.
На границе или стыке между первым объемом 41 и вторым объемом 42, образованном пористой камерой 41 или стенкой 40, пузырьки улавливаются ячеистой или подобной фильтру пористой стенкой 40. Со временем пузырьки воздуха или газа соединяются, образуя большой пузырь, который не может удерживаться ячейками стенки 40. Таким образом, пористая камера 41, имеющая форму колокола, является предпочтительной, поскольку воздух или газ может легко скользить по стенке 40 к ее криволинейной верхней торцевой части 40b, где он легко образует большой пузырь, который легко отделяется от стенки 40, как описано выше. Это пузырь затем поднимается в самую верхнюю в вертикальном направлении точку секции 30 отделения воздуха внутри второго объема 42, где в предпочтительном варианте осуществления изобретения установлен клапан 32 выпуска воздуха у отверстия 34 для выхода воздуха.
Тем временем жидкость вытекает из первого объема 41 через пористую стенку 40 во второй объем 42 между стенкой 40 и секцией 30 отделения воздуха, т.е. в корпус 33, и воздух или газ полностью улавливается ячейками стенки 40, а затем поднимается в самую верхнюю часть секции 30 отделения воздуха. При этом жидкость во втором объеме 42 не содержит воздушных пузырьков. Второй объем 42, т.е. объем между секцией 30 отделения воздуха и стенкой 40, заполняется жидкостью, не содержащей пузырьков воздуха, за исключением области в зоне выхода 39 для воздуха (клапана 32).
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, когда давление внутри секции 30 отделения воздуха превышает заданную величину, которая меньше, чем давление открытия первого клапана 31, второй клапан 32 открывается, и воздушные пузырьки покидают секцию 30 отделения воздуха. При этом второй клапан 32 закрывается каждый раз, когда жидкость появляется около отверстия 39 для выхода воздуха, благодаря чему обеспечивается достаточное удаление воздуха без потерь жидкости. Воздух, удаленный через второй клапан 32 из второго объема 42, затем предпочтительно направляется в окружающую атмосферу.
Когда давление внутри секции 30 отделения воздуха превышает заданное значение для открытия первого клапана 31, жидкость (без воздуха), содержащаяся во втором объеме 42 секции 30 отделения воздуха, выводится через выход 37 для жидкости. Поскольку отверстие 38 для выхода воздуха расположено выше, чем отверстие 36 для выхода жидкости, обеспечивается достаточное отделение воздуха от жидкости, и, следовательно, жидкость, выводимая из секции 30 отделения воздуха через выход 37 для жидкости для использования при приготовлении напитка в камере 20 приготовления напитка, не содержит воздуха или газа, либо содержит его в незначительном количестве.
В случае падения давления ниже порогового значения открытия первого клапана 31 указанный первый клапан 31 вновь закрывается до тех пор, пока вновь не будет превышено пороговое значение давления.
Жидкость без воздуха затем подается через вторую магистраль 13 в камеру 20 приготовления напитка устройства 1 приготовления напитков и впрыскивается в нее через впускной элемент 10. В камере 20 приготовления напитка производится приготовление напитка путем заваривания ингредиента T напитка в освобожденной от воздуха жидкости. Поскольку жидкость (например, вода) не содержит воздуха или газа, либо содержит его минимальное количество, за фильтрующей стенкой 23 внутри камеры 20 не остается воздуха или газа или остается незначительное его количество, благодаря чему ингредиенты T напитка хорошо погружены в жидкость в течение всего времени, и обеспечивается достаточное заваривание напитка, такого как чай, из ингредиентов напитка, таких как чайные листья.
Далее со ссылками на фиг.3 и 4 описан второй предпочтительный вариант выполнения секции 30 отделения воздуха. На фиг.3 секция 30 отделения воздуха показана ориентированной внутри устройства 1 под углом к горизонту для улучшения удаления пузырьков газа из нагретой воды.
Как показано на фиг.3, секция 30 отделения воздуха имеет по существу цилиндрическую форму, причем внутри секции 30 сформирован лабиринт 55. В результате нагретая вода подается в центральную часть 54 лабиринта через вход 35 для воды. Лабиринт сформирован из по меньшей мере трех зацепляющихся цилиндрических элементов 46, 47 и 48, отходящих от плоскостей 50 и 51 секции 30 отделения воздуха. Предпочтительно плоскости 50 и 51 по существу перпендикулярны продольной центральной оси секции 30 отделения воздуха и, в частности, лабиринта 55. Длины трех зацепляющихся цилиндрических элементов 46, 47 и 48 меньше расстояния между плоскостями 50 и 51, и эти элементы расположены так, что нижняя часть одного цилиндра находится рядом с верхней частью другого. За счет этого вода, достигающая края, например, цилиндра 46 попадает в следующий больший цилиндр, например, цилиндр 47 и проходит через него. Предпочтительно больший цилиндр 48 гидравлически соединен с периферийным участком лабиринта через отверстие 481, расположенное в его верхней части для улучшения разделения газа и воды.
1
2
2
3
3
2
2
3
1
2
3
3
1
2
3
4
4
2
1
1
2
3
4
4
4
4
4
Предпочтительно отверстие 35 для входа жидкости соединено с внутренним цилиндрическим элементом 46, имеющим диаметр t. Центральная часть лабиринта 55 может содержать перегородку 54 между внутренним цилиндрическим элементом 46 и вторым цилиндрическим элементом 47. Перегородка обеспечивает отклонение подаваемой через вход 35 жидкости в промежуточный объем t между внутренним цилиндрическим элементом 46 и вторым цилиндрическим элементом 47. Указанный внутренний промежуточный объем t гидравлически связан с промежуточным объемом t, имеющимся между вторым и третьим цилиндрическими элементами 47 и 48. В результате промежуточные объемы t и t разделены плоскостью 51 секции 30 отделения воздуха, которая выполняет функцию отклоняющего элемента для обеспечения перемещения жидкости из внутреннего промежуточного объема t во второй промежуточный объем t лабиринта 55. Поскольку цилиндрические элементы 46, 47 и 48 являются концентрическими друг относительно друга, промежуточные объемы t, t и t, рассоложенные между ними, обеспечивают изменение направления потока W жидкости на противоположное по меньшей мере дважды в пределах лабиринта 55. Промежуточный объем t гидравлически связан с внешней частью большего цилиндрического элемента 48 через отверстие 481, расположенное в верхней части указанного большего цилиндрического элемента 48. Лабиринт 55 в своей верхней части имеет выход 49, за счет чего воздух, который легче жидкости, может выходить из лабиринта в его верхнюю часть, на которой с лабиринтом связан выход 39 для воздуха. На фиг.3 подъем воздуха внутри секции 30 отделения воздуха обозначен пунктиром A. Поток смеси воды и воздуха, подаваемой в секцию 30 отделения воздуха, показан на фиг.3 штриховой линией W, а поток воды, из которой удален воздух, показан сплошной линией. Вода подается в центральную часть лабиринта и затем вынуждена отклоняться при движении между цилиндрическими элементами 46, 47 и 48. Поскольку цилиндрические элементы расположены концентрически, направление потока W воды меняется на противоположное по меньшей мере дважды. В результате обеспечивается эффективное уменьшение кинетической энергии жидкости, подаваемой в секцию отделения воздуха. Кроме того, предпочтительно гидравлическое сечение лабиринта увеличивается при каждом изменении направления потока для снижения скорости. Соответственно, промежуточные объемы t, t и t внутри и между цилиндрическими элементами 46, 47 и 48 предпочтительно постепенно увеличиваются от центра 54 к периферийной части 53 лабиринта, поэтому между третьим цилиндрическим элементом 48 и периферийной частью 53 лабиринта 55 предпочтительно расположен последний промежуточный объем t. Предпочтительно указанный промежуточный объем t больше промежуточного объема t, который, в свою очередь, предпочтительно больше промежуточного объема t. Размеры гидравлических сечений t, t, t и t лабиринта 55 предпочтительно отличаются на 5-50%. Поскольку внешний цилиндр 48 открывается только в промежуточный объем t через верхнее выходное отверстие 481, поток воды идет вниз в промежуточный объем t и достигает нижней части секции 30 отделения воздуха, где имеется выход 37 для жидкости, гидравлически связанный с промежуточным объемом t. Выход 37 для жидкости снабжен клапаном 31, который открывается при достижении внутри секции 30 отделения воздуха давления заданной величины, как уже было описано для первого предпочтительного варианта осуществления изобретения. Кроме того, на дне или в самой нижней части секции 30 отделения воздуха имеется второй выход 43 для жидкости, который гидравлически связан с промежуточным объемом t. Указанный выход 43 для жидкости снабжен двухходовым электромагнитным клапаном, который предпочтительно соединен с датчиком температуры (не показанном), который измеряет температуру воды в секции 30 отделения воздуха. Предпочтительно двухходовой электромагнитный клапан закрыт только тогда, когда вода, находящаяся внутри секции 30 отделения воздуха, нагрета до заданной температуры. Если температура воды не достигла температуры, необходимой для приготовления напитка, второй выход 43 для воды находится в открытом состоянии. Вода, сбрасываемая через второй выпускной клапан 43, подается на участок, расположенный по потоку выше насоса 6 устройства 1 (фиг.4). В результате обеспечивается рециркуляция воды, не нагретой до требуемой температуры. Предпочтительная температура для приготовления напитка составляет 70-95°C. Предпочтительно, как показано на фиг.3 и 4, первый и второй выходы 37 и 43 для воды расположены в самой нижней части лабиринта, а выход 39 для воздуха соединен с самой верхней частью лабиринта, вследствие чего обеспечивается разделение воды и воздуха под действием гравитации. Кроме того, поскольку выход 39 для воздуха расположен выше выходов 37 и 43 для жидкости относительно горизонтали секции 30, предотвращается повторное смешивание воздуха и воды после их разделения. Применение этих клапанов также возможно в первом варианте выполнения секции отделения воздуха, содержащей пористую камеру.
На фиг.4 показан поток воды в предпочтительном варианте выполнения устройства, показанного на фиг.3. Однако возможно использование и первого варианта выполнения секции отделения воздуха, содержащей пористую камеру. Вода подается из внешнего или внутреннего резервуара 5, такого как, например, водяной бак к средству 7 нагрева жидкости. Между резервуаром и средством 7 нагрева жидкости расположены насос б и устанавливаемый в качестве дополнительного оборудования расходомер 44. Нагретая вода подеется в секцию 30 отделения воздуха. Если температура воды еще не достигла требуемого значения, двухходовым электромагнитным клапаном 52 открыт второй выход 43 для воды, за счет чего осуществляется рециркуляция воды к впускной стороне насоса 6. Предпочтительно вода, сбрасываемая из отверстия 43 для выхода воды, подается со стороны, расположенной выше по потоку относительно расходомера, как показано па фиг.4. В результате отсутствует необходимость сброса воды, слишком холодной для процесса приготовления напитка, па сливной поддон или ему подобный элемент.
Хотя настоящее изобретение описано со ссылками на предпочтительные варианты его осуществления, рядовой специалист в данной области техники может выполнять модификации и вносить изменения, не выходящие за пределы объема данного изобретения, который определен формулой изобретения. Например, устройство отделения воздуха может применяться в любом типе устройства приготовления напитков известного уровня техники, в котором используется нагретая жидкость для приготовления напитка с использованием завариваемых ингредиентов.
Список принятых обозначений
1 - устройство для приготовления напитка
2 - манипулирующее средство
3, 4 - манипулирующий элемент
5 - резервуар
6 - насос
7 - средство нагрева (нагреватель).
8 - средство подачи
9 - обратный клапан
10 - впускной элемент
11 - магистраль подачи горячей жидкости
12 - первая магистраль
13 - вторая магистраль
14 - магистраль выпуска воздуха
15 - отсек для отходов
16 - сапунное средство
20 - камера (капсула) приготовления напитка.
21 - оболочка
22 - корпус капсулы
23 - фильтрующая стенка
24 - уплотнительная стенка
25 - крышка
26 - внутренний канал
27 - выпускной канал
30 - секция отделения воздуха.
31 - первый клапан
32 - второй клапан
33 - корпус секции отделения воздуха.
34 - впускное отверстие
35 - вход
36 - отверстие для выхода жидкости
37 - выход для жидкости
39 - выход для воздуха
40 - пористая стенка
40a - основной корпусной участок пористой камеры
40b - торцевой участок пористой камеры
41 - первый объем (внутри стенки), пористая камера
42 - второй объем (объем между внешней стороной стенки и корпусом)
43 - второй выход для воды
44 - расходомер
45 - водяной фильтр
46 - первый цилиндрический элемент
47 - второй цилиндрический элемент
48 - третий цилиндрический элемент
481 - верхнее отверстие третьего цилиндрического элемента
49 - выход
50, 51 - плоскости, перпендикулярные цилиндрической секции 30
52 - двухходовой клапан.
53 - периферийная часть лабиринта 55.
54 - центральная часть лабиринта 55
55 - лабиринт.
A - поток воздуха
LC - центральная ось секции отделения воздуха
LW - центральная ось стенки
P - перфорационное средство
SW - боковая стенка (секции отделения воздуха)
T - ингредиент напитка
W - поток воды