МАШИНА И СПОСОБ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКА, ТАКОГО КАК КОФЕ
MACHINE AND METHOD FOR PREPARATION OF DRINK, SUCH AS COFFEE

Предпосылки создания изобретения
Из множества способов приготовления кофе, ценители считают способ французского пресса одним из лучших по полученным вкусовым качествам и по эффективности использования молотого кофе (эффективность пропорциональна отношению количества приготовленного напитка к количеству использованного молотого кофе). Считается, что хороший вкус и высокая эффективность являются результатом относительно полного смачивания частиц молотого кофе, полученного способом французского пресса. Смачивание - это функция площади поверхности частиц молотого кофе, контактирующих с водой во время приготовления. Чем больше площадь контакта и время контакта, тем полнее происходит смачивание частиц молотого кофе.
Способ французского пресса описан со ссылками на Фиг.1 и 2.
Как показано на Фиг.1, молотый кофе 10 и горячую воду 12 помещают в контейнер 14 и варят кофе. Поскольку частицы молотого кофе часто плавают на поверхности воды 123, можно перемешивать или взбалтывать смесь молотого кофе и воды для более полного смачивания отдельных частиц молотого кофе.
Как показано на Фиг.2, после того, как кофе 15 будет готов, берут фильтр 18 за ручку 16, вставляют фильтр в контейнер 14 и прижимают фильтр вниз, доводя его до дна кофейника. Чтобы вкус приготовленного кофе был относительно единообразен от контейнера к контейнеру, обычно используют таймер, отслеживая время приготовления кофе без использования автоматики.
Поскольку фильтр 18 пропускает жидкость, но не пропускает частицы, имеющие размер частиц молотого кофе, когда фильтр прижимают ко дну кофейника 14, участок кофейника, расположенный над фильтром, заполняет кофе, по существу не содержащий частиц молотого кофе, тогда как фильтр удерживает частицы 10 молотого кофе в той области кофейника, который расположен под фильтром. Разумеется, кромка 20 фильтра и внутренняя стенка 22 кофейника 14 образуют уплотнение, достаточное для препятствования прохождению частиц молотого кофе между кромкой фильтра и внутренней стенкой кофейника.
После того, как фильтр 18 будет прижат ниже уровня носика 24 кофейника 14, можно через носик наливать по существу не содержащий частиц молотого кофе напиток 15 в чашку (на Фиг.1 и 2 не показана). Хотя после того, как фильтр 18 окажется ниже уровня носика 24, можно прекратить прижимать фильтр вниз, обычно фильтр вдавливают в кофейник полностью, пока он не достигнет дна кофейника 14, чтобы уменьшить шансы прохождения нежелательных частиц молотого кофе через фильтр и попадания их в чашку.
Как показано на Фиг.2, после того, как нужное количество сваренного напитка 15 будет налито в чашку, фильтр 18 извлекают из кофейника 14, вытягивая его за рукоятку 16, молотый кофе 10 удаляют из кофейника и очищают фильтр и кофейник.
К сожалению, проблема вышеописанного способа французского прессования заключается в том, что он требует слишком длительного времени и слишком труден в использовании в таких заведениях, как кофейни и рестораны, а также на рабочем месте, где потребляется значительное количество кофе. Вкус приготовленного кофе обычно зависит от параметров приготовления, к которым относится размер частиц молотого кофе (т.е., помол или консистенция), температура воды, соотношение молотого кофе и воды и время приготовления. Даже небольшие изменения в одном из этих параметров приготовления может привести к заметному изменению вкуса приготовленного кофе. Поскольку, по меньшей мере, часть параметров этого способа, при котором используется французский пресс, контролируется без использования автоматики, с помощью оборудования, не показанного на Фиг.1 и 2, (например, кофемолка, таймер, термометр, измерительный сосуд), и часто бывает затруднительно контролировать все эти параметры приготовления или такой контроль отнимает много времени, особенно с той степенью точности, которая необходимая для приготовления множества кофейников с напитком, имеющим по существу единообразный вкус от кофейника к кофейнику. И поскольку каждая чашка напитка, налитая из одного кофейника, обычно находилась в этом кофейнике разное время, вкус приготовленного напитка может существенно меняться даже от чашки к чашке.
Краткое описание изобретения
Вариант машины для приготовления напитка, такого как кофе, содержит камеру и узел поршня, расположенного в камере. Камера выполнена с возможностью размещения жидкости, такой как вода, и ароматизирующей основы, такой как молотый кофе, и приготовления напитка из смеси жидкости и основы. Узел поршня выполнен с возможностью фильтрования твердых частиц, таких как частицы израсходованного молотого кофе из приготовленного напитка, путем перемещения в первом направлении, и с возможностью выведения отфильтрованного напитка из камеры путем перемещения во втором направлении.
Модифицируя или автоматизируя часть шагов или все шаги способа французского прессования, такая машина может управлять одними или более из параметров приготовления с такой степенью точности, которая позволит получить приготовленный кофе с единообразным вкусом от чашки к чашке. Кроме того, такая машина может готовить кофе с такой скоростью, которая позволяет использовать эту машину в заведениях, где подают значительное количество кофе. Дополнительно, такая машина позволяет легко менять рецепт приготовления от чашки к чашке, и такой рецепт может быть адаптирован к конкретному сорту кофе или предпочтениям конкретного клиента. К другим преимуществам такой машины относятся свежесть (кофе делается по заказу и на "выстаивается"), выбор (поскольку машина может варить кофе по одной чашке за раз, выбор не ограничивается заранее приготовленным или "бочковым" кофе, который в кофейнях готовят заранее), скорость (один вариант машины готовит кофе, затрачивая четверть того времени, которое требуется для конкурирующих технологий) и чистота (один вариант машины можно очищать относительно быстро и легко после каждой чашки).
Краткое описание чертежей
Фиг.1-2 - иллюстрируют обычную технологию приготовления кофе способом французского прессования.
Фиг.3 - блок-схема машины для приготовления напитка, такого как кофе, согласно варианту воплощения настоящего изобретения.
Фиг.4 - вид сбоку с вырезом кофеварки с Фиг.3 согласно варианту воплощения настоящего изобретения.
Фиг.5 - вид с разнесением деталей в изометрии фильтра с Фиг.4 согласно варианту воплощения настоящего изобретения.
Фиг.6 - изометрический вид основания фильтра с Фиг.4 согласно варианту воплощения настоящего изобретения.
Фиг.7-12 - иллюстрация цикла приготовления в машине с Фиг.3 для приготовления напитка согласно варианту воплощения настоящего изобретения.
Фиг.13-15 - иллюстрация цикла эвакуации остатков в машине с Фиг.3 для приготовления напитка согласно варианту воплощения настоящего изобретения.
Фиг.16-19 - иллюстрация цикла приготовления в машине с Фиг.3 для приготовления напитка согласно другому варианту воплощения настоящего изобретения.
Фиг.20-22 иллюстрации части цикла приготовления в машине с Фиг.3 для приготовления напитка согласно еще одному варианту воплощения настоящего изобретения.
Фиг.23 - вид в перспективе машины с Фиг.3 для приготовления напитка согласно варианту воплощения настоящего изобретения.
Фиг.24 - вид кофемолки, которая может использоваться в сочетании с машинами с Фиг.3 и 23 для приготовления напитка согласно варианту воплощения настоящего изобретения.
Подробное описание
Нижеследующее описание предназначено для того, чтобы специалисты могли воспроизвести и использовать один или более из вариантов воплощения настоящего изобретения. Общие принципы, описанные здесь, могут применяться к вариантам и задачам, не вошедшим в настоящее подробное описание, но не выходящим за пределы изобретательской идеи и объема защиты настоящего изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не ограничивается показанными вариантами, но должно толковаться в самом широком смысле, не противоречащем принципам и признакам, раскрываемым или предлагаемым в настоящем описании.
На Фиг.3 показана блок-схема машины 30 для приготовления напитка согласно варианту воплощения настоящего изобретения. Машина 30 для приготовления напитка может готовить кофе по одной чашке за один раз, используя модифицированный или частично или полностью автоматизированный способ французского прессования, что позволяет машине варить кофе быстрее и более единообразно от чашки к чашке, чем это может делать человек-оператор, реализующий обычный способ французского прессования, описанный выше со ссылками на Фиг.1-2. Следовательно, машина 30 часто более подходит для тех заведений, в которых варят и подают существенное количество кофе, чем в тех, где человек-оператор реализует обычный способ французского прессования.
Машина 30 содержит следующие компоненты: фильтр 32 воды, расходомер 34, водяной бак и нагреватель 36, узел 38 управления температурой воды, узел 40 держателя чашки и дренажа отходов и жидкости, пролившейся при переполнении, узел 42 раздачи напитка, узел 44 транспортировки напитка, узел 46 приготовления напитка, узел 48 определения наличия чашки, узел 50 удаления жидких отходов, узел 52 удаления твердых отходов, барьер 54 и контроллер 58. Хотя машина 30 может варить напитки (чай, какао), не являющиеся кофе, для пояснения структуры и работы машины, она будет описана как машина для приготовления кофе.
Фильтр 32 воды фильтрует воду, используемую для приготовления кофе. Однако фильтр 32 может и не использоваться в машине 30 для приготовления напитка, особенно в заведениях, оснащенных автономными системами очистки воды (не показанными на Фиг.3).
Расходомер 34 измерят объем воды, которую водяной бак и нагреватель 36 подает на узел 46 приготовления напитка и, тем самым, позволяет контроллеру 58 управлять объемом приготавливаемого кофе. Например, если необходимо приготовить чашку кофе емкостью 16 унций, то контроллер 58 открывает заполняющий клапан (не показан на Фиг.3) в узле 36, электронным способом отслеживает показания расходомера 34, и закрывает заполняющий клапан, когда расходомер покажет, что 16 унций воды (или другой объем воды, заранее определенный для получения 16 унций кофе) прошли в узел 36 (и, следовательно, вышли из узла 36, как описано ниже). Поскольку расходомер 34 расположен на входе (т.е., определяет объем холодной воды) узла 36, он может быть менее дорогим, более надежным и иметь увеличенный срок службы, чем если бы он располагался на выходе (т.е., определял объем горячей воды) узла 36.
о
Водяной бак и нагреватель 36 получает холодную водопроводную воду через водяной фильтр 32 и расходомер 34, хранит эту воду и под управлением контроллера 58 нагревает хранящуюся воду до заданной температуры, например в диапазоне от прибл. 65С до температуры чуть ниже точки кипения. Узел 36 содержит котел, один или более нагревательный элемент, дефлектор потока и один или более датчик температуры (эти компоненты на Фиг.3 не показаны). Каждый нагревательный элемент может быть электрическим или любым другим типом обычного нагревательного элемента, а дефлектор позволяет заполнять котел с одной стороны (например, с дна), а опорожнять - с другой (например, сверху) так, чтобы горячая вода по существу не смешивалась с поступающей холодной водой. Каждый датчик температуры показывает контроллеру 58 температуру воды в соответствующем положении в котле; если имеется множество датчиков и нагревательных элементов, контроллер может определить температурный профиль внутри котла и управлять им (либо без обратной связи, либо с обратной связью) для более точного управления температурой воды, подаваемой в узел 50 приготовления. В одном варианте емкость котла и тепловая мощность нагревательного элемента (элементов) таковы, что машина 30 может приготовить чашку емкостью 16 унций приблизительно за 40-60 с и может продолжать работать с такой производительностью неопределенно длительное время. Как вариант, бак и нагреватель 36 может содержать регулируемый вручную термостат (не показан на Фиг.3), который поддерживает температуру воды на величине, заданной на термостате.
Бак и нагреватель 36 может содержать другие обычные компоненты (не показаны на Фиг.3), такие как предохранительный клапан, автоматический термовыключатель, сетчатый фильтр, регулятор давления, противосифонный обратный клапан и изоляция. Предохранительный клапан предотвращает превышение давления в котле заранее определенного безопасного уровня и может опорожнять узел 50 удаления жидких отходов через узел 40 дренажа пролитой жидкости. Автоматический термовыключатель отключает нагревательный элемент (элементы), если температура в котле превысит заранее определенную температуру. Сетчатый фильтр захватывает крупные частицы, которые могут выйти из фильтра 32 и попасть в расположенные после него компоненты, а регулятор давления, который может быть расположен между фильтром 32 и расходомером 34, регулирует давление, с которым вода входит в расходомер, например 2,76 бар для нормальной работы в меняющихся условиях. Вместо регулятора давления также можно использовать регулятор потока. Противосифонный обратный клапан предотвращает "обратный" поток воды из котла через расходомер 34 и фильтр 32 в источник водопроводной воды, а изоляция снижает потери теплоты в котле.
Узел 38 управления температурой воды может менять температуру воды, поступающей из бака 36, чтобы применять воду разной температуры в разных чашках. Узел 38 управления температурой получает воду из бака 36 во время цикла приготовления напитка и, в ответ на команду контроллера 64, регулирует температуру воды, полученной из бака. В одном варианте узел 36 бака и нагревателя нагревает воду в баке до заранее определенной максимальной температуры, а узел 38 управления температурой содержит клапанный узел (не показан на Фиг.3) для смешивания горячей воды из бака 36 с холодной, не подогретой водой из расходомера 34. Холодная вода понижает температуру воды, используемой для приготовления кофе относительно температуры воды в баке. Узел 38 управления температурой может работать без обратной связи, полагаясь на термодинамический алгоритм, который, используя измеренную температуру горячей и холодной воды, регулирует количество холодной воды, подмешиваемой в горячую воду, чтобы получить рабочую воду требуемой температуры. Альтернативно, узел 38 управления температурой может работать с обратной связью, определяя температуру воды, подаваемой в узел 46 приготовления и, в ответ на измеренную температуру, регулируя количество холодной воды, подмешиваемой к горячей воде для получения рабочей воды требуемой температуры. Если температура холодной воды известна и относительно стабильна, можно ввести эту температуру в запоминающее устройство 62 с панели 64 управления, и узел 38 управления температурой может работать без обратной связи. Более того, вместо подмешивания холодной водопроводной воды из расходомера 34 в горячую воду, узел 38 управления температурой может содержать теплообменник для охлаждения нагретой воды без подмешивания холодной воды. Используя этот способ, охлаждающая вода может обходить фильтр 32 и расходомер 34, тем самым потенциально увеличивая срок их службы. Узел 38 управления температурой также может быть выполнен с возможностью подогрева рабочей воды выше температуры воды в баке 36.
Как вариант, можно исключить узел 38 управления температурой из машины 30 и для подогрева воды до требуемой температуры использовать узел 36 бака и нагревателя. Например, узел 36 может поддерживать температуру воды в баке на заранее определенном минимальном уровне, а затем подогревать воду до соответствующей требуемой температуры в начале каждого цикла приготовления. Однако если узел 36 нагреет воду сверх требуемой температуры приготовления, то машина 30 может частично или полностью сменить воду в котле один раз или несколько раз для снижения температуры воды до требуемого уровня.
Преимущество узла 38 управления температурой заключается в том, что он подает воду требуемой температуры относительно быстро или немедленно, если вода в баке 36 имеет требуемую температуру или температуру выше требуемой; а недостатком узла 38 является усложнение конструкции и повышение стоимости машины 30.
Для сравнения, хотя отсутствие узла 38 управления температурой может замедлить скорость работы машины, узел 36 бака и нагревателя может нагревать воду, используемую для приготовления каждой чашки кофе от заранее определенной минимальной температуры до любой требуемой рабочей температуры под управлением программы (через контроллер 64), что не повышает стоимость или не увеличивает сложность машины. Можно спроектировать котел (не показан на Фиг.3) так, чтобы холодная водопроводная вода, поступающая в бак 36 для замены израсходованной на приготовление напитка воды, снижала температуру воды в баке до заранее определенной минимальной температуры или ниже, тем самым подготавливая бак к следующему циклу.
Узел 40 удержания чашки и дренажа отходов и пролившейся воды удерживает чашку (не показана на Фиг.3), пока узел 42 раздачи напитка заполняет ее приготовленным напитком. Узел 40 также содержит дренажный участок для поглощения, например, пролитого содержимого чашки, капель из узла 42 раздачи после извлечения чашки, промывочной жидкости после цикла промывки и чистящего раствора из цикла очистки (циклы промывки и очистки будут описаны ниже со ссылками на Фиг.7-12). Дренажный участок узла 40 может быть съемным для опорожнения или может быть выполнен с возможностью соединения с узлом 50 удаления жидких отходов, или непосредственно с канализационной линией (не показана на Фиг.3) заведения, в котором установлена машина 30. И, как описано выше, предохранительный клапан узла 36 бака и нагревателя может стравливать давление в дренажный участок узла 40, особенно когда этот дренажный участок соединен с узлом 50 удаления жидких отходов или непосредственно с канализационной линией.
Узел 42 раздачи напитка содержит носик (не показан на Фиг.3) и раздает приготовленный напиток в чашку (не показана на Фиг.3), как описано в предыдущем параграфе. Как вариант, узел 42 может содержать множество взаимозаменяемых носиков для разных напитков и чашек разного размера.
Узел 44 транспортировки напитка транспортирует приготовленный напиток от узла 46 приготовления напитка к узлу 42 раздачи, а также может транспортировать жидкие отходы в узел 50 удаления жидких отходов. Узел 48 может содержать электрически управляемый клапан (не показан на Фиг.3), который в ответ на команду контроллера 58 открывается после того, как узел 46 приготовления приготовит напиток, позволяя напитку перетечь в узел 42 раздачи. Чтобы предотвратить раздачу напитка узлом 42 раздачи, когда чашка отсутствует, контроллер 58 может закрывать этот клапан, если узел 48 определения наличия чашки указывает на отсутствие чашки в участке держателя узла 40. Контроллер 58 также может закрывать этот клапан и в других случаях и иным образом управлять клапаном, как описано ниже со ссылками на Фиг.7-15. Как вариант, узел 44 транспортировки напитка может содержать множество клапанов, как описано ниже со ссылками на Фиг.16-19.
Узел 46 приготовления напитка получает нагретую воду из узла 36 бака и нагревателя (через узел 38 управления температурой воды, если он имеется), получает молотый кофе от оператора (не показан на Фиг.3), готовит кофе модифицированным способом французского прессования и, затем, подает приготовленный кофе на узел 42 раздачи через узел 44 транспортировки напитка. Разумеется узел 46 приготовления может готовить не только кофе (например, чай). Узел 46 приготовления будет описан ниже со ссылками на Фиг.4-12 и 20-22.
Как описано выше, узел 48 определения наличия чашки указывает контроллеру 58, имеется ли чашка (не показанная на Фиг.3) в участке держателя узла 40 держателя чашки и дренажа пролитой жидкости. Если после того, как узел 46 приготовления приготовил кофе, чашка отсутствует, то контроллер 58 может выключить узел 44 транспортировки напитка, чтобы предотвратить раздачу напитка узлом 42 раздачи кофе прямо в дренажный участок узла 40. Альтернативно, если во время цикла промывки или очистки (описанных ниже) чашка присутствует, то контроллер отключает узел 44 транспортировки, чтобы предотвратить попадание промывочной жидкости или моющего раствора в чашку. Узел 48 определения наличия чашки содержит датчик любого типа, например оптический (работающий на отражение или на прерывание), механический, или ультразвуковой.
Узел 50 удаления жидких отходов принимает жидкие отходы из узла 40 держателя чашки и дренажа пролившейся жидкости и/или от узла 44 транспортировки напитка, как описано выше, и удаляет эти отходы. Узел 50 удаления может содержать трубопровод (не показан на Фиг.4), соединенный с канализационной линией (не показана на Фиг.3) заведения, в котором установлена машина 30, или с контейнером для жидких отходов (не показан ан Фиг.3). Альтернативно узел 50 удаления может принимать жидкие отходы от одного или более компонентов машины 30.
Узел 52 удаления твердых отходов получает использованный молотый кофе и расходуемые фильтры (если они используются) из узла 46 приготовления, как описано ниже. Узел 53 удаления может содержать контейнер, который периодически извлекают из машины для опорожнения, или может иметь желоб, выходящий в электронное устройство удаления мусора, непосредственно в канализационную линию заведения, в котором установлена машина 30, или в бункер, требующий периодического опорожнения. Дополнительно узел 52 удаления твердых отходов может быть подключен к водопроводу и использовать водопроводную воду для промывки использованного молотого кофе из узла в устройство удаления мусора или непосредственно в канализацию. Узел 52 удаления может периодически требовать автоматического цикла промывки, например, после приготовления каждой чашки кофе. Или цикл промывки можно запускать, или осуществлять вручную.
Барьер 54 от влаги может отделять контроллер 58 и связанные с ним цепи (не показаны на Фиг.3) от других компонентов машины 30. Например, пар от горячей воды и приготавливаемого или приготовленного кофе может конденсироваться и повреждать контроллер 58 или иным образом приводить его в неработоспособное состояние. Кроме того, конденсат на трубках, по которым течет холодная водопроводная вода, может привести к подобным проблемам. Поэтому барьер 54 от влаги помогает удерживать контроллер 58 и сопутствующие цепи сухими. Как вариант, варочная камера (не показана на Фиг.3) узла 46 приготовления может действовать как барьер от влаги, и в этом случае отдельный барьер 54 можно исключить.
Контроллер 58 управляет работой некоторых или всех из других компонентов машины 30, как описано выше, и содержит процессор 60, запоминающее устройство 62, панель управления и дисплей 64, и коммуникационный порт 66.
Процессор 60 выполняет программу, хранящуюся в запоминающем устройстве 62 или в другом запоминающем устройстве (не показано) и управляет работой компонентов машины 30, как описано выше и как описано ниже.
Помимо хранения одной или более программ в запоминающее устройство 62 (которое может быть энергонезависимым или содержать энергонезависимый участок) можно вводить набор заранее определенных параметров приготовления, как описано ниже со ссылками на Фиг.7-12, и оно может служить оперативным запоминающим устройством для процессора 60. Запоминающее устройство 62 также может вести учет общего количества приготовленных чашек, количества чашек каждого объема, общего количества воды, пропущенной через машину 30, или общего объема напитка, приготовленного с момента первого использования машины, с момента последнего обслуживания, или с момента замены детали в ходе регламентного обслуживания. Запоминающее устройство 62 также может вести учет количества циклов промывки и очистки для документирования качества обслуживания машины для целей гарантийного ремонта. Дополнительно, запоминающее устройство 62 может вести учет ошибок машины для облегчения диагностики проблемы при обслуживании. Запоминающее устройство 62 может хранить метки времени (контроллер 58 может содержать часы реального времени для генерирования меток времени) для одного или более из указанных выше событий. Кроме того, запоминающее устройство 62 может хранить флаги для индикации состояния машины 30 от включения к включению. Например, если бак 36 однажды опустеет и не будет заполнен, то запоминающее устройство 62 может хранить соответствующий флаг, который выведет на дисплей 64 предупреждение от необходимости заполнить бак при следующем включении машины 30. Кроме того, запоминающее устройство может регистрировать другие задачи и детали задач в дополнение к перечисленным выше. Например, запоминающее устройство 62 для каждого цикла приготовления может регистрировать метку времени, указывающую время начала и конца цикла, размер порции напитка, желательную температуру воды, фактическую температуру воды, был ли отменен цикл приготовления (и штамп, указывающий, когда произошла отмена) и выжидала ли машина 30, и как долго, пока вода не достигнет рабочей температуры. Кроме того, запоминающее устройство 62 может регистрировать для каждого цикла промывки и очистки метку времени, указывающую время начала и конца цикла и желательную и фактическую температуру воды. Запоминающее устройство 62 может регистрировать метку времени, указывающую время каждого включения машины 30. Такие детальные учетные данные могут дать владельцу кофейни или человеку, занимающемуся обжаркой кофе, требуемую информацию об использовании и демографическую информацию, например, о времени суток, когда готовится/продается наибольший объем кофе, и типы покупаемого кофе.
Панель управления и дисплей 64 позволяют оператору (не показан на Фиг.3) вводить варианты приготовления (напр., тип кофе, размер чашки, параметры приготовления, последовательность процесса приготовления) или выбирать варианты приготовления из меню, которое процессор 60 может генерировать на дисплее. Например, оператор может выбирать через панель управления и дисплей 64 индивидуальные параметры приготовления (напр., температуру воды, размер чашки, время приготовления) или задавать заранее определенные параметры приготовления, хранящиеся в запоминающем устройстве 62. Такие предпочтительные параметры для своего кофе может определять человек, занимающийся обжаркой кофе. Затем такие параметры вводят в запоминающее устройство 62 как набор и связывают этот набор с идентификатором, например, названием или типом такого кофе. Поэтому вместо того, чтобы вводить или выбирать каждый параметр индивидуально, что утомительно, оператор просто вводит или выбирает из меню идентификатор, а контроллер 68 заставляет машину 30 сварить кофе в соответствии с набором параметров, соответствующих этому идентификатору.
Коммуникационный порт 66 позволяет процессору 60, запоминающему устройству 62, панели управления и дисплею 64 сообщаться с одним или более из устройств, являющихся внешними относительно машины 30. Например, порт 66 может быть соединен с компьютером (не показан на Фиг.3) так, чтобы можно было программировать машину или проводить ее диагностику с компьютера. Или порт 66 можно соединить с Интернетом так, чтобы загружать в запоминающее устройство 62 машины данные, например наборы параметров приготовления от поставщиков кофе или компаний, обжаривающих кофейные зерна, или считывать через Интернет из запоминающего устройства информацию об использовании машины или демографическую информацию, такую, как описана выше и ниже, учетные данные об обслуживании и ошибках или о наладке машины. Если процессор 60 поддерживает сетевой интерфейс (не показан на Фиг.3), можно получить доступ к машине через броузер по защищенному каналу, который требует, например, ввода имени пользователя и пароля для получения удаленного доступа к машине. Дополнительно, порт 66 может принимать по беспроводному каналу такие данные, как параметры приготовления от метки RFID, или штрих-код на контейнере с кофе или на кофейной чашке (метка может содержать код предпочитаемого владельцем кофе, размер чашки, или параметры приготовления). Кроме того, порт 66 может позволить процессору 60 выдавать демографическую информацию, такую как предпочтения потребителя кофе и количество приготовленных чашек, поставщикам кофе или компаниям, обжаривающим кофейные зерна, или производителю/поставщику машины 30. Кроме того, порт 66 может быть подключен к другим машинам (например, кассовому аппарату) кофейни и получать от них информацию (например, о количестве заказанных порций, их цене, размере) и действовать в качестве портала для обмена информацией с такими другими машинами.
Как показано на Фиг.3, предусмотрены альтернативные варианты машины 30 для приготовления напитков. Например, машина 30 может содержать один или более компонент (не показан), один или более из вышеописанных компонентов может быть исключен, функции нескольких узлов могут быть объединены в меньшем количестве узлов или функции одного узла могут быть распределены по нескольким узлам. Кроме того, машина 30 для приготовления напитков (Фиг.3) может иметь модульную конструкцию, которая позволяет снимать узел 46 приготовления напитка и один или более из других узлов машины, облегчая ремонт или замену съемных узлов. Кроме того, машина 30 может быть автоматизирована так, чтобы от оператора не требовалось засыпать молотый кофе в узел 46 приготовления напитка. Такая автоматизированная версия машины 30 может содержать бункер для кофейных зерен, кофемолку, узел транспортировки молотого кофе и один или более из других компонентов, например, описанных в международной заявке на патент № РСТ/US2006/013930, поданной 11 апреля 2006 г. и включенной в настоящее описание путем отсылки.
На Фиг.4 представлено частичное сечение узла 46 приготовления напитка по Фиг.3, по варианту настоящего изобретения. Как описано выше со ссылками на Фиг.3, узел 46 приготовления напитка позволяет машине 30 варить кофе модифицированным способом французского прессования, а также варить другие напитки (например, чай).
Узел 46 приготовления напитка содержит блок 70 камеры, варочную камеру 72, расположенную внутри блока, узел 74 поршня, расположенный в варочной камере, приводной вал 76, двигатель 78 для перемещения узла поршня вверх и вниз в варочной камере и теплоизоляцию 80, расположенную вокруг варочной камеры.
Блок 70 камеры имеет плоскую верхнюю поверхность 82.
Варочная камера 72, которая может быть цилиндрической, содержит отверстие 84, боковую стенку 86 из нержавеющей стели, пластиковую крышку 88 и выпускное отверстие 90 и удерживает молотый кофе и воду (на Фиг. 4 не показаны) пока кофе варится. Крышка 88 наклонена к выпускному отверстию 90 так, чтобы направлять жидкость (т.е., сваренный кофе, промывочную жидкость или моющий раствор) в порт для раздачи через транспортирующий и раздающий узлы 44 и 43 (Фиг.3) или для удаления через узел 50 удаления жидких отходов (Фиг.3). Хотя вершины теплоизоляции 80 и боковой стенки 86 показаны лежащими на одной плоскости с поверхностью 82, поверхность 82 может заходить на изоляцию и/или боковую стенку и закрывать их.
Узел 74 поршня имеет такую же форму, что и варочная камера 72 и содержит уплотнение 92 (выполненное из ПТФЭ, известного как Teflon), прижимной элемент 94 для уплотнения (например, резиновая прокладка) и узел 96 фильтра. Прижимной элемент 94 прижимает уплотнение 92 к боковой стенке 86 варочной камеры 72 так, что узел 74 поршня образует водонепроницаемое уплотнение с боковой стенкой. Узел 96 фильтра, подробнее описываемый ниже со ссылками на Фиг.5-6, содержит фильтр 98 и основание 100, имеющее один или более обратный клапан 102. Как более подробно описано ниже со ссылками на фиг.7-12, когда узел 74 поршня движется вверх, узел 98 фильтра фильтрует частицы использованного молотого кофе из приготовленного напитка; а когда узел поршня движется вниз, узел фильтра выталкивает сваренный кофе из варочной камеры 72 через выпускное отверстие 90. Кроме того, основание 100 узла 96 фильтра может навинчиваться или иным способом съемно крепиться к приводному валу 76 для облегчения ремонта или замены узла 74 поршня.
Приводной вал 76 может быть обычным ходовым винтом, который перемещает узел 74 поршня вверх, когда двигатель 78 вращается в одном направлении, и вниз, когда двигатель вращается в противоположном направлении. Блок 70 камеры может содержать упоры или другие компоненты (на Фиг.4 не показаны), предотвращающие вращение узла 74 поршня вместе с валом 76 и двигателем 78.
Двигатель 78, управляемый контроллером 58 (Фиг.3), может быть двигателем любого типа, например шаговым двигателем, подходящим для приведения в действие узла 74 поршня. Блок 70 камеры или двигатель 78 могут включать узел датчика (не показан на Фиг.4), например один или более концевой выключатель, который дает информацию контроллеру 58 о положении, скорости и направлении движения узла 74 поршня.
Теплоизоляция 80 может позволить более точно управлять температурой варки, ограничивая потери теплоты через боковые стенки 86 варочной камеры. Теплоизоляция 80 может также содержать нагревательный элемент и датчик температуры (не показаны на Фиг.4), которые позволяют контроллеру 58 поддерживать заранее заданную температуру боковой стенки 86. Альтернативно, теплоизоляция 80 может содержать водяную рубашку (не показана), которую узел 36 бака и нагревателя (или узел 38 управления температурой воды, если он имеется) по Фиг.3 или другой источник (не показанный на Фиг.4) заполняет горячей водой. Используя датчик температуры, контроллер 58 может осуществлять управление с обратной связью температурой боковой стенки, регулируя поток воды через рубашку. Для охлаждения боковой стенки 86 контроллер 58 может пропускать через рубашку водопроводную воду.
Возвращаясь к Фиг.4, предусмотрены и альтернативные варианты узла 46 приготовления напитка (Фиг.3). Например, машина может содержать не показанные компоненты или один или несколько из показанных компонентов может быть исключен. Кроме того, компоненты могут быть изготовлены из любых подходящих материалов. Кроме того, хотя варочная камера 72 показана ориентированной вертикально, она может быть ориентирована в другом направлении, например горизонтально, при соответствующей модификации (например, непоказанного уплотнения над отверстием 84 камеры) машины 30.
На Фиг.5 представлен разнесенный изометрический вид фильтра 98 по Фиг.4 по варианту настоящего изобретения, где варочная камера 72 (Фиг.4) выполнена цилиндрической.
Фильтр 98 содержит один или более (показано три) слоя 110, 112 и 114 проволочной сетки, установленной на плите 116.
Сетчатые слои 110, 112 и 114 могут быть спечены, или иным образом скреплены друг с другом и с плитой 116, и могут быть сформированы из нержавеющей стали или любого другого подходящего материала. Верхний сетчатый слой 110 может иметь отверстия диаметром 30-150 мкм (например, 70 мкм) или другого размера, в зависимости от желаемой избирательности фильтра 98. Средний слой 112 может иметь отверстия большего размера, чем верхний слой 110, а нижний слой 114 может иметь отверстия, большие, чем отверстия среднего слоя. Наличие отверстий увеличивающегося диаметра от верхнего слоя 110 к нижнему слою 114 позволяет предотвратить забивание фильтратом (т.е., использованным молотым кофе) фильтра 98 и позволяет нижним слоям образовать структуру фильтра, не ограничивающего поток жидкости. Как вариант, один или более из слоев 110, 112, 114 могут иметь протравленные отверстия. Преимущество верхнего слоя 110 с протравленными отверстиями заключается в том, что протравленные отверстия могут позволить придать верхнему слою более плоскую поверхность, что может облегчить удаление отфильтрованного вещества (т.е., молотого кофе) с верхнего слоя, например, протиркой губкой.
Монтажная плита 116 может быть сформирована из нержавеющей стали или любого другого подходящего материала, может иметь множество больших отверстий 118 и крепежные средства 120 и вместе с нижними слоями 112 и 114 придавать фильтру 98 прочность и жесткость.
Поверх верхнего слоя 110 может устанавливаться не показанный бумажный фильтр, который может удаляться после каждого использования. Бумажный фильтр может обеспечить более тонкую фильтрацию, чем фильтр 98.
На Фиг.6 представлен вид в изометрии основания 100 фильтра по Фиг.4 по варианту настоящего изобретения, где варочная камера 72 (Фиг.4) и фильтр 98 (Фиг.4-5) выполнены цилиндрическими.
Основание 100 является плитой, которая может быть выполнена из нержавеющей стали или из любого другого подходящего материала и дополнительно к одному или более обратному клапану 102 содержит один или более портов 130 для обратного клапана, одно или более гнездо 132 для установки фильтра, дно 134 и гнездо 136 (пунктирная линия) для крепления резьбового вала.
Как показано на Фиг.4 и 6, каждый обратный клапан 102 выполнен из гибкого материала, например из силиконовой резины, и установлен в порте 130 и содержит одно или более отверстии 138, упругий вал 140 и головку 142. Когда узел 74 поршня движется вниз, когда нижняя часть варочной камеры 72 под узлом поршня заполнена жидкостью (например, сваренным кофе), давление, генерируемое движением поршня, прижимает головку 142 к основанию 100 так, что головка образует непроницаемое для жидкости уплотнение с основанием. Следовательно, ни газ, ни жидкость не протекают за головку и через соответствующий порт 130. Если узел 44 транспортировки напитка (Фиг.3) открывает выпускное отверстие 90, то узел поршня 74 передает давление на жидкость, выталкивая ее через выпускное отверстие. Наоборот, когда узел 74 поршня движется вверх, когда в верхней части варочной камеры 72 над узлом поршня содержится жидкость и узел 44 транспортировки напитка закрывает выпускное отверстие 90, давление в нижней части варочной камеры уменьшается. Это уменьшение давления генерирует всасывание, которое отводит головку 142 от основания 100, и такой отвод возможен за счет растяжения эластичного вала 140, следовательно, это всасывания затягивает жидкость из верхней части варочной камеры через отверстия 138 и порт 130 в нижнюю часть варочной камеры 72. Однако фильтр 98 препятствует попаданию в нижнюю часть варочной камеры 72 твердых частиц, таких как частицы молотого кофе, тем самым фильтруя жидкость.
Возвращаясь к Фиг.6, гнезда 132 для крепления фильтра имеют размер, позволяющий принимать крепежные средства 120 на плите 116 для крепления фильтра (Фиг.5), и винты (не показаны на Фиг.6), вставленные сквозь гнезда снизу основания 100, взаимодействуют с резьбовыми выступами для крепления основания к фильтру 98 (Фиг.5). В гнезда 132 могут быть установлены кольцевые уплотнения (не показаны на Фиг.6) или другие уплотняющие элементы для предотвращения протечки жидкости через резьбу винтов.
Дну 134 основания 100 может быть придан контур для направления жидкости к портам 130 обратных клапанов, когда узел 74 поршня (Фиг.4) движется вверх.
Гнездо 136 для резьбового вала позволяет осуществлять разъемное крепление узла 74 поршня (Фиг.4) к валу 76 (Фиг.4).
На Фиг.7-12 показана работа машины 30 для приготовления напитка по Фиг. 3 во время цикла варки напитка по варианту настоящего изобретения, со ссылками на узел 44 транспортировки напитка по Фиг.3 и на узел 46 приготовления напитка по Фиг.3-4. В этом варианте узел 44 транспортировки напитка содержит клапан 150, который в первом положении (показанном, например, на Фиг.7) соединяет выпускное отверстие 90 с узлом 42 раздачи напитка (Фиг.3) и который во втором положении (показанном, например, на Фиг. 8) соединяет выпускное отверстие с узлом 50 удаления жидких отходов (Фиг.3). Кроме того, хотя явно это может не указываться, контроллер 58 (Фиг.3) может управлять одним или более из нижеперечисленных шагов. Кроме того, хотя работа машины 30 описана в отношении варки кофе, работа по варке другого напитка, такого как чай, может быть такой же, или подобной той, что описана для кофе.
Далее следует описание работы машины 30 для приготовления напитка во время цикла приготовления напитка со ссылками на Фиг. 3-4 и 7-12 по варианту настоящего изобретения.
Как показано на Фиг. 7, после того как человек-оператор (не показан на Фиг.3-4 и 7-12) включает машину 30, например, выключателем питания (не показан на Фиг.3-4 и 7-12) машина 30 выполняет цикл самопроверки/инициализации, во время которого узел 74 поршня движется в соответствующее "исходное" положение, если уже не находится в этом положении. Например, узел 74 поршня может двигаться в положение, находящееся на заранее определенном расстоянии под поверхностью блока 82 камеры, образуя достаточно большое пространство для приема молотого кофе 152, засыпаемого оператором. Альтернативно, узел 74 поршня может уже находиться в исходном положении после последнего цикла варки, или может двигаться в другое, не исходное положение, пригодное для начала цикла варки. Когда узел 74 поршня движется в исходное положение или в другое начальное положение, клапан 150 находится в его первом положении (т.е., соединяет выпускное отверстие 90 с узлом 42 раздачи напитка), поэтому в нижней части варочной камеры 72 под узлом поршня не возникает ни давления, ни разрежения. Кроме того, чтобы убедиться, что в камере 72 нет жидкости (например, сваренного кофе, воды), при самопроверке/инициализации машина 30 может сначала выполнить операцию продувки, чтобы удалить "остаточную" жидкость из камеры через выпускное отверстие 90 (или через отдельное отверстие для отходов, как показано на Фиг.16-18). Хотя машина 30 не может "знать" объема этой "остаточной" жидкости, она может "предположить", что в камере 72 находится максимальный объем жидкости (например, 16 унций или 473,18 мл). Такой остаток жидкости может возникнуть в результате прерывания цикла предыдущей варки, промывки или очистки, например, при перебоях питания, системной ошибки или ошибки оператора. Последовательность продувки может быть аналогична последовательности раздачи напитка, описанной ниже со ссылками на Фиг.11. После выполнения продувки машина 30 продолжает выполнение программы самопроверки/инициализации. Кроме описанных выше функций во время программы самопроверки/инициализации машина 30 может выполнять и другие функции (например, включение котла).
Далее оператор через панель 70 управления задает размер порции (например, 8 унций, 16 унций) и один или более из параметров приготовления (например, температуру воды, время варки). Машина 30 может позволить оператору ввести нестандартный размер порции (например, 9 унций, 11 унций) или ограничить оператора одним или более заранее определенным размером порции (например, от 6 до 16 унций с приращениями по 2 унции). Кроме того, оператор может вводить каждый параметр приготовления отдельно или может вводить идентификатор, например наименование выбранной степени обжарки, для выбора набора заранее определенных параметров приготовления, который хранится в запоминающем устройстве 62 и ассоциирован с этим идентификатором. Если оператор вводит параметры приготовления отдельно, но забудет ввести один или более из требуемых параметров, машина 30 может присвоить не введенным параметрам стандартное значение. А если оператор вводит набор параметров приготовления через идентификатор, он может изменить один или более из заранее запрограммированных параметров, либо непосредственно, либо абстрактно. Примером последней возможности является случай, когда оператор выбирает "абстрактную" крепость напитка (например, слабую, нормальную, высокую), которую контроллер 58 преобразует в фактическое время или температуру варки в соответствии с заранее введенной программой. Дополнительно, машина 30 может через дисплей 64 напомнить оператору о необходимости установить чашку (не показана на Фиг.7) в держатель 40.
Затем оператор отмеряет и мелет некоторое количество кофейных зерен до конкретного помола, используя кофемолку (не показана на Фиг.7), отдельную от машины 30, и загружает молотый кофе 152 в камеру 72 через отверстие 84. Контроллер 58 на основе размера порции и параметров приготовления, ранее введенных оператором, может через дисплей 64 указать оператору количество зерен, которые оператор должен смолоть, и требуемый помол. Можно заранее ввести в запоминающее устройство 62 программу со справочной таблицей, которая ассоциирует количество и помол молотого кофе с размером порции и параметрами приготовления, или контроллер может рассчитывать количество молотого кофе и помол по одному или более из размеров порций и параметров приготовления (например, крепость напитка), которые оператор ввел или выбрал.
Как показано на Фиг.8, после того, как оператор загрузит молотый кофе 152 в варочную камеру 72, двигатель 78 перемещает узел 74 поршня вниз ко дну камеры. Когда узел поршня достигнет требуемого положения, клапан 150 перемещается во второе положение (т.е., соединяет выпускное отверстие 90 с узлом 50 удаления жидких отходов), которое эффективно перекрывает выход из варочной камеры 72.
Пока оператор мелет и загружает кофе 152 в варочную камеру 72, а узел 74 поршня перемещается вниз, узел 36 бака и нагревателя нагревает воду до заранее определенной температуры, если вода еще не находится при этой температуре. В одном примере узел 36 нагревает воду выше требуемой температуры варки так, чтобы узел 38 управления температурой воды мог подать в камеру 72 воду с нужной температурой варки, подмешивая в горячую воду из бака холодную водопроводную воду, как описано выше со ссылками на Фиг.3. В другом примере узел 36 бака и нагревателя нагревает воду до температуры варки а узел 38 управления температурой не включается или отсутствует. Если в этом последнем примере температура воды слишком высока, (например в результате предыдущего цикла варки), то машина 30 может продуть рассчитанное или заранее определенное количество воды из котла в узле 36 бака для охлаждения воды до требуемой температуры или ниже; в последнем случае узел 36 бака и нагревателя затем нагревает воду до требуемой температуры. Этот и другие способы позволяют управлять температурой варки от чашки к чашке.
Далее, узел 36 бака и нагревателя заполняет варочную камеру 72 требуемым количеством воды 154, имеющей требуемую варочную температуру, через сопло (не показанное на Фиг.3-4 и 7-12). Контроллер 58 открывает клапан (не показан на Фиг.3-4 и 7-12) так, чтобы вода текла от фильтра 32 через расходомер 34 и в бак 36. Холодная вода, текущая в бак 36, вытесняет горячую воду из резервуара вверх и в варочную камеру 72. Когда расходомер 34 покажет, что в камеру 72 вошло требуемое количество воды,154, контроллер 58 закрывает клапан. Затем оператор может перемешать смесь воды и кофе в камере 72, например, взбалтывая смесь. Такое перемешивание способствует полному смачиванию молотого кофе. Струя из сопла также может перемешивать смесь, любо контроллер 58 может пропускать воду через сопло в импульсном режиме для дополнительного перемешивания.
Как показано на Фиг.9, после того, как нужное количество молотого кофе 152 и воды 154 окажется в камере 72, смесь остается в этой камере в течение заданного времени варки. Во время варки контроллер 58 может включить нагревательный элемент (не показан на Фиг.3-4 и 7-12) в теплоизоляции 80 для поддержания температуры варки, как описано выше со ссылками на Фиг.4. Альтернативно, нагревательный элемент в теплоизоляции 80 может быть включен постоянно, или включаться перед циклом варки.
Как показано на Фиг.10, после истечения времени варки, узел 74 поршня движется вверх для фильтрования частиц 152 молотого кофе из сваренного кофе 156. Как описывалось выше со ссылками на Фиг.4, когда узел 74 поршня движется вверх, сваренный кофе 156, расположенный над узлом 74 поршня, под воздействием разрежения засасывается через фильтр 98 и порты 130 обратных клапанов под узел поршня. Фильтр 98 блокирует частицы 152 молотого кофе от протекания через порты 130 обратных клапанов. Узел поршня 74 продолжает двигаться вверх пока весь сваренный кофе 156 не окажется под узлом поршня, а все частицы 152 молотого кофе не останутся на фильтре 98. В варочной камере 72 может быть установлен датчик давления (не показан на Фиг.3-4 и 7-12), и контроллер 58 может регулировать скорость узла 74 поршня, используя обратную связь для поддержания силы всасывания под узлом поршня в заданном диапазоне, чтобы предотвратить повреждение, например, клапана 150. Альтернативно, движение узла 74 поршня может осуществляться по другому подходящему профилю, например, без обратной связи. Например, узел 74 поршня может двигаться непрерывно с постоянной скоростью, или может двигаться шагами с соответствующими остановками между последовательными шагами. Это позволит согласовать расход через порты 130 обратных клапанов с разрежением под узлом 74 поршня.
Как показано на Фиг.11, узел 74 поршня продолжает двигаться вверх, пока верхняя поверхность фильтра 98 на сровняется с поверхностью 82 блока 70 камеры.
Далее оператор удаляет молотый кофе 152 с фильтра 98, например, сметая молотый кофе с фильтра на поверхность 82 и в узел 52 удаления твердых отходов, губкой или другим инструментом (не показан на Фиг.11). Оператор может через панель управления 64 указать, что молотый кофе удален и в ответ на это сообщение цикл варки продолжается.
Как вариант, узел 74 поршня не движется в положение, в котором фильтр 98 находится на одной плоскости с поверхностью 82, или не остается в этом положении достаточно долго, чтобы оператор смог удалить молотый кофе 152. В таком альтернативном варианте оператор удаляет молотый кофе 152 позже, как описано ниже со ссылками на Фиг.12.
Затем узел 48 определения наличия чашки указывает, имеется ли чашка (не показана на Фиг.3-4 и 7-12) в держателе 40 - в одном примере чашкой является лоток для капель. Если чашки в держателе 40 нет, то контроллер 58 может остановить цикл варки и выдавать звуковое или визуальное предупреждение, пока оператор не вставит чашку в держатель. Если в держателе 40 чашка имеется, цикл варки продолжается, как описано ниже.
После того, как узел 74 прекратит движение вверх и в держателе 40 будет установлена чашка, клапан 150 переводится в первое положение для соединения выпускного отверстия 90 с узлом 42 раздачи напитка.
Далее узел 74 поршня начинает двигаться вниз для раздачи сваренного кофе 156 в чашку (не показана на Фиг.3-4 и 7-12) через выпускное отверстие 90 и клапан 150. Направленное вниз движение узла 74 поршня может быть непрерывным или шаговым и может иметь любой подходящий профиль скорости/ускорения. Как описано выше со ссылками на Фиг.4, когда узел 74 поршня движется вниз, обратные клапаны 102 закрываются, не пропуская сваренный кофе 156 и любые другие текучие среды (например, воздух, водяной пар) обратно через фильтр 98. Следовательно, узел 74 поршня вытесняет сваренный кофе 156 через отверстие 90 и через клапан 150. Узел 74 поршня может двигаться вниз только на заранее определенное расстояние в соответствии с размером порции, чтобы не вытеснять воздух через узел 42 раздачи напитка. Как вариант, узел 74 движется вниз достаточно, чтобы пропустить немного воздуха через узел 42 раздачи напитка, чтобы вытеснить сваренный кофе 156 до последней капли из узла 42 раздачи напитка в чашку. После того, как узел 74 поршня закончит движение вниз, клапан 150 может быть переключен во второе положение.
Как показано на Фиг.12, после того как сваренный кофе 156 будет налит в чашку, узел 74 поршня движется вверх обратно в исходное положение. Разумеется, если узел 74 поршня уже находится в исходном положении, он остается в нем. Кроме того, контроллер 58 может указать оператору через дисплей 64 или через другой индикатор (не показан на Фиг.3-4 и 7-12), что он может извлечь наполненную кофе чашку из держателя 40.
Далее, клапан 150 переводится во второе положение (если он не перешел в него ранее) так, чтобы любой остаток сваренного кофе в узле 44 транспортировки напитка или в трубке между клапаном и узлом транспортировки напитка мог стечь под воздействием силы тяжести в узел 50 удаления жидких отходов.
Если оператор еще не извлек использованный молотый кофе 152 из фильтра 98, как описано выше со ссылками на Фиг.11, узел 74 поршня сначала движется вверх в положение, в котором верхняя поверхность фильтра сравнивается с поверхностью 82.
После того, как оператор уберет использованный молотый кофе 152, узел 74 поршня движется вниз, обратно в исходное положение. Как указано выше, оператор через дисплей 64 может указать, что использованный молотый кофе удален. Как вариант, узел 74 поршня может оставаться в этом копланарном положении до следующего цикла варки так, чтобы оператору было легче определить, был ли узел очищен, и протереть его, если он еще не очищен.
Ссылаясь на Фиг.3-4 и 7-12, настоящее изобретение предусматривает и другие варианты вышеописанного цикла варки. Например, порядок вышеописанных шагов может быть иным, шаги, которые описаны как выполняющиеся одновременно, могут выполняться в разное время, а шаги, описанные как выполняющиеся в разное время, могут выполняться одновременно. Кроме того, часть шагов может быть опущена, или могут быть добавлены другие, не описанные шаги.
На Фиг.13-15 показана работа машины 30 для приготовления напитка по Фиг.3 во время цикла удаления остаточной жидкости по варианту настоящего изобретения. Хотя явно это может быть не указано, контроллер 58 (Фиг.3) может управлять одним или более из нижеописанных шагов.
Как показано на Фиг.13 и как описано выше со ссылками на Фиг.12, после завершения цикла приготовления напитка, узел 74 поршня возвращается в исходное положение в ожидании следующего цикла варки.
Однако из-за поверхностного натяжения воды (или другой жидкости, используемой для приготовления напитка) небольшая, т.е., остаточная часть сваренного напитка может пристать к стенке 86 камеры и к узлу 74 поршня даже после раздачи напитка.
Со временем этот остаток 160 стекает вниз; поскольку клапан 150 находится во втором положении, чтобы дать остатку в узле 44 транспортировки напитка (в данном варианте - трубка) стечь, остаток 160 скапливается в нижней части варочной камеры 72.
Как показано на Фиг.14, для того, чтобы слить остаток 160 из варочной камеры 72, клапан 150 перемещается во второе положение и тем самым позволяет остатку собраться в клапане и в узле 44 транспортировки напитка.
Кроме того, как показано на Фиг.15, для того, чтобы слить остаток 160 из клапана 150 и узла 44 транспортировки напитка, клапан возвращается во второе положение и тем самым позволяет остатку стечь в узел 50 удаления жидких отходов (в данном варианте также являющийся трубкой).
Как показано на Фиг.14-15, машина 30 (Фиг.3) может повторять переключение клапана 150 между первым и вторым положениями один раз или несколько раз, чтобы слить дополнительный остаток 160, который может в дальнейшем накопиться на дне варочной камеры 72. Кроме того, машина 30 может начать переключение клапана 150 немедленно после завершения цикла варки или через заранее определенное время после его окончания, чтобы дать время на накопление остатка на дне варочной камеры 72.
Возвращаясь к Фиг.7-12, далее будет описан цикл промывки машины 30 (Фиг.3) по варианту настоящего изобретения. Цикл промывки может быть аналогичен циклу варки, описанному выше со ссылками на Фиг.3-4 и 7-12, за исключением того, что в камеру, как показано на Фиг.7, не засыпается кофе или какая-либо другая ароматизирующая основа, а вода не должна выстаиваться в камере 72 полное время варки. Кроме того, машина 30 может не ждать, пока вода в баке 36 нагреется до какой-либо конкретной температуры, и поскольку никакой ароматизирующей основы, препятствующей движению воды через фильтр 98, нет, узел 74 поршня может двигаться лишь на часть расстояния, которое он проходит во время цикла варки. Кроме того, машина 30 может останавливать цикл промывки, если узел 48 определения наличия чашки (Фиг.3) определит присутствие чашки в узле держателя 40, и может выдать сигнал (звуковой или визуальный) оператору (не показан на Фиг.7-12); это позволит предотвратить слив промывочной воды в чашку. Машина 30 может выполнять цикл промывки один раз или несколько раз, чтобы слить остатки сваренного напитка из камеры 72, узла 44 транспортировки напитка и узла 42 раздачи напитка в узел 50 удаления жидких отходов.
После цикла промывки машина 30 может выполнить цикл удаления остатков жидкости, описанный выше со ссылками на Фиг.13-15 для слива остатков промывочной воды из камеры 72.
Со ссылками на Фиг.7-12 далее следует описание цикла очистки машины 30 (Фиг.3) по варианту настоящего изобретения. Цикл очистки может быть аналогичен циклу варки, описанному выше со ссылками на Фиг.3-4 и 7-12, за исключением того, что вместо кофе или другой ароматизирующей основы оператор (не показан на Фиг.3-4 и 7-12) закладывает в камеру по Фиг.7 детергент или другое очищающее средство, (например, уксус). Кроме того, когда детергент или другое чистящее вещество является жидким, то машина 30 может выполнять цикл очистки без введения воды в камеру 72. Кроме того, машина 30 может сдвигать узел 74 поршня шагами, например пятью шагами вверх и пятью шагами вниз, выдерживая заранее определенное время, например одну минуту, между каждым шагом для увеличения времени замачивания и циркуляции чистящего вещества через узел 74 поршня. Дополнительно, машина 30 может останавливать цикл очистки, если узел 48 определения наличия чашки (Фиг.3) определит, что в держателе 40 имеется чашка, и выдать звуковой или визуальный предупреждающий сигнал, чтобы известить оператора (не показан на Фиг. 7-12); это предотвращает слив чистящего раствора в чашку. Кроме того, дисплей 64 (Фиг.3) может запросить оператора протереть и отскоблить верхнюю поверхность фильтра 98 (Фиг.4), когда верхняя поверхность фильтра находится в одной плоскости с поверхностью 82, и оператор может указать через панель управления 64, что очистка/скобление завершена. Кроме того, бак 36 может периодически подавать воду в камеру 72 во время этапа замачивания цикла очистки, чтобы перемешивать чистящий раствор. После цикла очистки машина 30 может выполнить вышеописанный цикл промывки один раз или несколько раз, чтобы смыть остатки чистящего раствора из камеры 72, узла 44 транспортировки напитка и узла 42 раздачи напитка. Кроме того, машина 30 может выполнить один цикл промывки или несколько циклов промывки перед циклом очистки, чтобы отмочить и удалить твердые частицы, например, частицы молотого кофе.
На Фиг.16-19 показана работа машины 30 для приготовления напитка по Фиг.3 во время цикла приготовления напитка по другому варианту настоящего изобретения, со ссылками на узел 44 транспортировки напитка по Фиг.3 и узел 46 приготовления напитка по Фиг.3-4. В этом варианте узел 44 транспортировки напитка содержит два клапана, клапан 150 и клапан 170, а узел приготовления напитка содержит два выпускных отверстия - раздающее выпускное отверстие 90 и сливное выпускное отверстие 172. Клапан 170 в первом положении соединяет сливное выпускное отверстие 172 с узлом 50 удаления жидких отходов (в этом варианте - трубка), а во втором положении отсоединяет это сливное выпускное отверстие от узла удаления жидких отходов. Кроме того, хотя это может быть явно не указано, контроллер 58 (Фиг.3) может управлять одним или более из описанных ниже шагов. Кроме того, хотя работа машины 30 описана в отношении приготовления кофе, работа по приготовлению другого напитка, например чая, может быть такой же или подобной описанным операциям.
Как показано на Фиг.3-4 и 16-19, работа машины 30 для приготовления напитка во время цикла приготовления напитка описана в отношении другого варианта настоящего изобретения. Если не указано иное, шаги нижеописанного цикла приготовления аналогичны шагам, описанным выше со ссылками на Фиг.3-4 и 7-12. Поэтому некоторые шаги и функции, общие для обоих вариантов цикла приготовления, для краткости не описываются.
Как показано на Фиг.16, после того, как оператор (не показан на Фиг.3-4 и 16-19) включает машину 30, например, включив выключатель питания (не показан на Фиг.3-4 и 16-19), машина 30 выполняет цикл проверки/инициализации, во время которого поршень 74 движется в соответствующее "исходное" положение, если он в нем не находится. Когда поршень 47 движется в исходное положение или в иное начальное положение, клапан 150 находится во втором положении (т.е., соединяет узел 50 удаления жидких отходов с узлом 44 транспортировки напитка), чтобы слить остаток жидкости в узлах 44 и 42 транспортировки и раздачи напитка; это предотвращает вытеснение остаточной жидкости через узлы 44 и 42, когда узел 74 поршня движется вниз. Далее клапан 170 находится в первом положении (т.е., соединяет отверстие 172 с узлом 50 удаления) так, что в той части камеры 72, которая находится под узлом 74 поршня, не возникает ни давления, ни разрежения.
Как показано на Фиг.17, после того, как оператор загрузит молотый кофе 152 в варочную камеру 72, двигатель 78 перемещает узел 74 поршня вниз, ко дну камеры.
После того, как узел 74 поршня достигнет требуемого положения, клапан 150 остается во втором положении (т.е., соединяет узел 50 удаления жидких отходов с узлом 44 транспортировки напитка), а клапан 170 переключается во второе положение (т.е., отсоединяет отверстие 172 от узла 50 удаления жидких отходов).
Далее узел 36 бака и нагревания заполняет варочную камеру 72 требуемым количеством воды, имеющей нужную для приготовления температуру, и смесь воды и молотого кофе остается в камере в течение заданного времени приготовления.
По истечении времени приготовления узел 74 поршня движется вверх для фильтрования частиц 152 молотого кофе из сваренного кофе 156.
Как показано на Фиг.18, после того, как узел 74 поршня прекратит движение вверх, клапан 150 переходит во второе положение для соединения выпускного отверстия 90 с узлом 44 транспортировки напитка, а клапан 170 остается во втором положении.
Затем узел 74 поршня начинает двигаться вниз для раздачи приготовленного кофе 156 в чашку (не показана на Фиг.3-4 и 16-19) через выпускное отверстие 90 и клапан 150.
Как показано на Фиг.3 и 19, после того, как сваренный кофе 156 будет налит в чашку, клапан 150 переходит обратно во второе положение, чтобы слить остаток 160 их узлов 44 и 42 транспортировки и раздачи, а клапан 170 переходит в первое положение, чтобы слить остаток 160 из камеры 72. Клапаны 150 и 170 могут оставаться в своих соответствующих первых положениях до следующего цикла приготовления, промывки или очистки.
Возвращаясь к Фиг.3-4 и 16-19, предусмотрены и другие варианты цикла приготовления. Например, порядок вышеописанных шагов может быть изменен, шаги, описанные выше как выполняемые одновременно, могут выполняться в разное время, а шаги, описанные как выполняемые в разное время, могут выполняться одновременно. Некоторые шаги могут быть опущены, и могут быть добавлены другие шаги, не описанные со ссылками на Фиг.16-19 (например, шаги, описанные выше со ссылками на Фиг.7-12).
Как показано на Фиг.16-19, циклы промывки и очистки машины 30 (Фиг.3) для приготовления напитка могут быть аналогичны циклу приготовления, описанному выше со ссылками на Фиг.3-4 и 16-19, и могут быть аналогичны циклам промывки и очистки, описанным выше со ссылками на Фиг.7-12, и содержать те же шаги.
На Фиг.20-22 показана работа машины 30 по Фиг.3 для приготовления напитка во время части цикла приготовления напитка по другому варианту настоящего изобретения со ссылками на узел 46 приготовления напитка по Фиг.3-4. В этом варианте вода из узла 36 бака и нагревателя подается в камеру 72 из одного или более впускного отверстия 180 (на Фиг.20-22 показано только одно), расположенного над отверстием 84 камеры, и ширина отверстия (отверстий) 180 не превышает толщину узла 74 поршня. Кроме того, хотя это может быть явно не указано, управлять одним или более из нижеописанных шагов может контроллер 58 (Фиг.3). Кроме того, хотя работа машины 30 описана в отношении приготовления кофе, работа машины по приготовлению другого напитка, например чая, может быть такой же или подобной описанной. Дополнительно, хотя работа машины 30 описана для варианта узла 46 приготовления напитка, имеющего только одно впускное отверстие 180, работа варианта с множеством впускных отверстий 180 будет аналогичной.
Со ссылками на Фиг.3-4 и 20-22 описывается работа машины 30 для приготовления напитка во время части цикла приготовления по другому варианту настоящего изобретения.
Как показано на Фиг.20, после того, как оператор (не показан на Фиг.3-4 и 20-22) заложит молотый кофе в камеру 72, узел 74 поршня движется до уровня, ниже впускного отверстия 180.
Далее клапан 182 (который может быть частью узлов 36 38 и 46 по Фиг.3) открывается, позволяя воде из бака 36 войти в камеру 72 через впускное отверстие 180, которое может иметь форму, предназначенную для перемешивания смеси воды и молотого кофе. Например, впускное отверстие 180 может создавать завихрение смеси в камере 72.
Как показано на Фиг.21, когда вода входит в камеру 72 через впускное отверстие 180, узел 74 поршня начинает двигаться вверх.
Как показано на Фиг.22, узел 74 поршня останавливается, когда верхняя поверхность узла поршня достигнет уровня выше впускного отверстия 180, а затем клапан 182 закрывается. Удержание клапан 182 открытым, пока верхняя поверхность узла 74 поршня не поднимется выше впускного отверстия 180, позволяет потоку воды из этого впускного отверстия предотвратить забивание впускного отверстия частицами молотого кофе и попадание этих частиц во впускное отверстие.
Затем кофе 156 дают свариться.
При раздаче готового кофе 156 машина 30 может ограничить направленное вниз движение узла 74 поршня так, чтобы отфильтрованные частицы кофе (не показанные на Фиг.20-22) на верхней поверхности узла поршня оставались сверху и не забивали впускное отверстие 180 и не попадали в него.
Вновь, как показано на Фиг.20-22, впускное отверстие 180 может также облегчить перемешивание детергента и воды во время цикла очистки машины 30 (Фиг.3) для приготовления напитка. Во время цикла очистки верхняя поверхность узла 74 поршня может оставаться ниже впускного отверстия 180 в течение заранее определенного времени чтобы чистящий раствор контактировал с впускным отверстием и очищал его.
На Фиг.23 показан вид в перспективе машины 30 для приготовления напитка по варианту настоящего изобретения.
Как показано на Фиг.3-4 и 23, в дополнение к узлу 40 держателя и слива, узлу 52 удаления твердых отходов, панели управления и дисплею 64, поверхности 82 и отверстия 84 варочной камеры, машина 30 содержит корпус 190 из нержавеющей стали и пластмассы, патрубок 192 для воды, носик 194 для раздачи напитка, лоток 196 и выключатель 198 питания.
Узел 52 удаления имеет отверстие 199, прилегающее к поверхности 82 так, что когда верхняя поверхность узла 74 поршня лежит в одной плоскости с поверхностью 82, оператор (не показан на Фиг.3-4 и 23) может использовать губку или другой инструмент (не показан на Фиг.3-4 и 23) для сметания частиц молотого кофе или другого фильтрата с узла поршня через поверхность 82 в узел удаления.
Патрубок 192 является частью узла 46 приготовления напитка и направляет воду из зала 36 бака и нагревателя в варочную камеру 72 через отверстие 84, при этом патрубок 192 установлен с зазором (например, 25 дюймов, 635 мм), достаточным для того, чтобы можно было сметать частицы молотого кофе с фильтра 98 (Фиг.4) в узел 52 и снимать узел 74 поршня. Патрубок 192 может быть выполнен с возможностью облегчения смачивания молотого кофе и перемешивания смеси воды и кофе (не показаны на Фиг.23). Например, патрубок 192 может содержать множество расположенных под углом отверстий, расположенных в радиально повторяющемся порядке, как душевая головка, или может создавать единственную струю большого диаметра, для создания требуемого рисунка распыления можно менять следующие параметры патрубка 192: количество струй, расход, диаметр струи, угол выпускного отверстия патрубка, давление на входе патрубка. При проектировании патрубка 192 можно учитывать такие факторы, как требуемое время заполнения варочной камеры 72 (Фиг.4) и потери теплоты водой при движении воды от патрубка до варочной камеры.
Раздающий носик 194 является частью узла 42 раздачи напитка, и лоток 196, выполненный съемным для очистки, является частью узла 40 держателя чашки и слова. Носик 194 может иметь один из множества взаимозаменяемых носиков разного размера для разных напитков или разных размеров чашки.
Предусмотрены и другие варианты машины 30, показанной на Фиг.23. Например, могут меняться расположение и конструкция компонентов (например, узла 52 удаления, контроллера и дисплея 64, патрубка 192, раздающего устройства 194 и лотка 196), и машина 30 может быть выполнена из подходящего материала, а не из нержавеющей стали и пластмассы. Кроме того, хотя узел 52 удаления показан расположенным между отверстием 84 варочной камеры и передней частью машины 30, чтобы оператор мог сметать частицы молотого кофе с узла 74 поршня, перемещая губку к передней части машины, этот узел 52 удаления может быть расположен в другом месте рядом с отверстием камеры. Кроме того, машина 30 может содержать автоматический протирочный узел для сметания частиц молотого кофе с узла 74 поршня в узел 52 удаления. Кроме того, вместо единственного раздаточного носика 194 машина 30 может содержать множество носиков и варочная камера 72 может иметь емкость, достаточную для заполнения нескольких чашек, чтобы машина 30 могла готовить несколько чашек кофе одновременно. Или машина 30 может содержать множество варочных камер 72, чтобы одновременно готовить напитки разных рецептов. Кроме того, коммуникационный порт 66 (Фиг.3) может быть соединен с одним или более кассовым аппаратом для прямого ввода рецепта напитков и организации очереди. Это можно делать и через панель 64 управления. Кроме того, когда заказывается несколько чашек напитка по одному рецепту, машина 30 может одновременно варить общий объем и затем наливать каждую чашку отдельно через один или более носик 194. Например, когда машина 30 наливает каждую чашку через единственный носик 194, машина может налить первую чашку, подсказать оператору о необходимости замены первой чашки на вторую, пустую чашку, и указать через панель управления 64, когда вторая пустая чашка будет на месте, заполнить вторую чашку и повторить эту процедуру для последующих чашек.
На Фиг.24 показана кофемолка 200, имеющая узел 202 оптического измерения кофе по варианту настоящего изобретения.
В дополнение к измерительному узлу 202, кофемолка 200 содержит двигатель 204, мелющую головку 206, загрузочное отверстие для зерен 209 кофе и прозрачный выпускной желоб 201 для молотого кофе, через который мелющая головка выгружает молотый кофе 211.
Измерительный узел 202 может содержать матрицу пикселей, источник освещения, например светоизлучающий диод или полупроводниковый лазер, процессор (эти компоненты не показаны на Фиг. 24) и другие компоненты. Эти компоненты могут быть стандартными деталями, которые также используются в компьютерных манипуляторах типа "мышь".
При работе в отверстие 208 загружают зерна 209 кофе, и мелющая головка 206 мелет зерна и выдает молотый кофе 211 через желоб 210.
Когда молотый кофе 211 проходит через прозрачный желоб 210, измерительный узел 202 с периодическими интервалами снимает изображение молотого кофе. Анализируя эти изображения, используя один или более способов анализа изображения, узел 202 может определить количество молотого кофе 211, прошедшего через желоб 210. Более конкретно, узел 202 ищет векторы движения между последовательными изображениями и по этим векторам определяет двумерный расход кофе 211. Узел 202 затем определяет волюметрический расход через желоб 210, умножая двумерный расход на площадь сечения желоба. Альтернативно, узел 202 может определять только одномерный расход (в направлении от кофемолки 200) и определять волюметрический расход через желоб 210, умножая одномерный расход на площадь сечения желоба.
Предусмотрены и альтернативные варианты измерительного узла 202, показанного на Фиг.24. Например, хотя узел 202 описан в отношении измерения молотого кофе, узел 202 может использоваться для измерения и других веществ. Кроме того, хотя узел 202 описан как встроенный в автономную кофемолку, узел 202 может встраиваться в машину 30 или в автомат для приготовления кофе, например такой, который описан в международной заявке РСТ/US2006/013930, поданной 11 апреля 2006 года, включенной в настоящее описание путем отсылки.
Из вышеизложенного очевидно, что хотя выше для иллюстрации были описаны конкретные варианты, возможны различны модификации, не выходящие за пределы изобретательской идеи и объема защиты. Кроме того, если для конкретного варианта раскрыты альтернативные решения, эти альтернативные решения также могут относиться и к другим вариантам, даже если это специально не оговорено.