CN100508845C - 具有用于为通过咖啡壶输送的水加压的泵的咖啡壶 - Google Patents

Abstract

一种咖啡壶包括用于为水加压的泵，连接到所述泵的出口侧的泵管，和适于容纳咖啡垫的冲泡室。在咖啡壶操作期间，水被加热并通过咖啡垫挤压以便获得咖啡。为了使咖啡壶性能稳定，重要的是在冲泡室中获得预定压强。发现性能的稳定性取决于在泵管长度和由泵操作期间在所述泵管中所引起的波的波长之间的比率。如果所述比率在0.3±0.5N到0.7±0.5N的范围之内，其中N是整数，那么咖啡壶的性能是稳定的。然而，如果所述比率在此范围之外，那么咖啡壶的性能是不稳定的。

Description

具有用于为通过咖啡壶输送的水加压的泵的咖啡壶

技术领域

本发明涉及一种咖啡壶，包括一种用于为通过咖啡壶输送的水加压的泵。

应当注意，术语“咖啡壶”应当被理解为覆盖了所有可以获得至少一杯咖啡或咖啡派生物的所有装置，包括咖啡售货机和浓咖啡机。

背景技术

一种已知类型的咖啡壶包括冲泡室，实际上在所述冲泡室中制作咖啡。当用户希望获得一杯咖啡时，他把包括用一些装满磨碎咖啡豆的封袋的咖啡垫放入冲泡室中。在咖啡壶操作期间，通过咖啡垫冲进一些水。在该过程中，封袋充当咖啡过滤器。因而在冲泡室内的加压水和咖啡垫之间的交互作用产生所想要的一杯咖啡。

发明内容

咖啡壶包括用于加热水的蒸煮器。咖啡壶包括用于为水加压的泵。泵、蒸煮器和冲泡室借助于用于输送水的管道互连。

为了借助于已知的咖啡壶获得预定量的咖啡，重要的是借助泵把水中的压强提高到预定水平。此外，水量和压强对所获得的咖啡口味都有影响。

在已知的咖啡壶的一个实施例中，规定泵在冲泡室中以1.4巴的压强递送136ml±8ml水以便获得一杯咖啡。然而在实践中，发现在所述实施例中所获得的咖啡量大约为124ml±15ml。由于咖啡量的变化大于所期望的，所以证明咖啡壶具有不想要的不稳定性能。为了克服此不稳定性能的问题，本发明提出如开头段所述的一类咖啡壶，其中连接到泵出口侧的泵管长度L在以下范围内

0.3λ±0.5Nλ到0.7λ±0.5Nλ，

其中N是整数，并且其中λ是由泵在操作期间在泵管中所引起的波的波长。

波长λ可以通过实验确定，也可以使用以下方程式来计算：

$\mathrm{\λ}=\frac{1}{f}\sqrt{\frac{E}{3\mathrm{\ρ}}\frac{R_2^2-R_1^2}{R_2^2}}$

其中f是泵给出压力脉冲的频率，ρ是泵管内水的密度，E是泵管材料的弹性模量，R₁是所述泵管的内径，并且R₂是所述泵管的外径。

本发明是基于以下认识的，不稳定的性能与在咖啡壶中所使用的泵类型以及连接到泵出口侧的泵管特性相关。所使用的泵类型是活塞泵，所述活塞泵以确定频率f(例如50Hz)向泵管给予压力脉冲。看起来这些脉冲像波一样穿过泵管。脉冲在泵管的末端被反射，并且取决于泵管的特性而被增强或削弱。在冲泡室中是否获得预定压强取决于在脉冲的波长和泵管的长度L之间的比率。

实验表明大约为0.25λ±0.5Nλ的泵管长度L导致冲泡室中压强最小，其中N是整数。此外，发现如果泵管长度L范围在0.3λ±0.5Nλ到0.7λ±0.5Nλ，那么冲泡室中的压强是稳定的。

附图说明

现在参考附图更详细地解释本发明，其中类似的部分由相同的附图标记来表示，并且其中：

图1是用于示出咖啡壶的各个组件的框图；

图2a-2f示意地图示了咖啡壶的泵管中的波动，所述泵管位于所述咖啡壶的泵的出口侧；

图3是用于描绘实验上所确定的在咖啡壶的冲泡室中的压强和泵管长度之间的关系的图表；

图4是用于描绘实验上在两个不同的泵频率时所确定的在咖啡壶的冲泡室中的压强和泵管长度之间的关系的图表；和

图5是用于描绘实验上所确定的在咖啡壶的冲泡室中的压强以及在泵管的长度和泵管中的波长间的比率之间的关系的图表。

具体实施方式

图1图解示出了咖啡壶1的各个组件。

第一组件是用于容水的水箱2。此水箱2可以依照任何适当的方式来定形。优选地是，水箱2可分离地布置，以便用户能够为水箱2安置水龙头等以便在不必移动整个咖啡壶1的情况下填充所述水箱2。本发明还适合于不包括水箱但是经由适当的闭合装置(诸如水龙头)连接到某种供水系统的咖啡壶。

第二组件是用于强迫水流过咖啡壶1的泵3。泵3可以是任何适当的类型，并且例如可以是活塞泵。活塞泵是公知类型的泵，包括在外壳内所容纳的活塞，以致活塞可相对于所述外壳线性地移动。在泵操作期间，活塞以确定的频率f(例如50Hz)依照往复方式相对于外壳移动。

第三组件是用于加热水的蒸煮器5。蒸煮器5可以是任何适当的类型。蒸煮器5和泵3借助于泵管4互连。当操作泵3时，强迫水经由泵管4从泵3流到蒸煮器5。泵管4充当泵3的出口管。在所示出的例子中，泵管4还充当蒸煮器5的入口管。

第四组件是冲泡室7。冲泡室7和蒸煮器5借助于蒸煮器管6互连。冲泡室7适于容纳至少一个咖啡垫。在操作期间，因为是在冲泡室7中强迫水流过咖啡垫，所以制作咖啡的实际过程发生在冲泡室7内。

第五组件是出口喷嘴8，所述出口喷嘴8直接连接到冲泡室7并且用于递送来自咖啡壶1的新煮的咖啡。

借助于咖啡壶1所制作的一杯咖啡的方式可以如下：

1)用户向水箱2填入水。在该过程中，用户需要注意水箱2中的水量至少是能够制作一杯咖啡所需要的水量。

2)用户把咖啡垫放在冲泡室7中。咖啡壶1例如可以包括用于接收咖啡垫的独立载体，所述咖啡垫可以容易地插入冲泡室7中。

3)用户把咖啡杯放在适当的位置以便接收来自咖啡壶1的咖啡。

4)用户激活蒸煮器5，在所述蒸煮器5中已经存在一些水。在蒸煮器5内把水加热到预定温度。

5)用户激活泵3以便强迫热水从蒸煮器5流到冲泡室7。在冲泡室7内，通过咖啡垫挤压热水，来获得咖啡。新煮的咖啡被迫通过出口喷嘴8从冲泡室7流到位于咖啡壶1之外的咖啡杯。在泵3的操作期间，水被迫从水箱2流到蒸煮器5，以便蒸煮器保持填有预定的水量，在下次操作咖啡壶1时可以使用其中的至少部分水量。

为完整起见，应当注意上述使用咖啡壶1来制作一杯咖啡的过程只是此过程的许多现有可能性中的一个例子。

重要的是咖啡壶1的性能是稳定的，这意味着所获得的咖啡量必须在所指定的范围之内，并且冲泡室7中的压强必须到达指定水平。

依照本发明的根本认识，在与泵3、泵管4和水相关的几个特性之间的关系对咖啡壶1性能的稳定性具有重要影响。特别地是，在泵3的长度L、泵3给予压力脉冲的频率f、水的密度ρ、泵管4材料的弹性模量E、泵管4的内径R₁和泵管4的外径R₂之间的关系必须在所指定的限制内以便使咖啡壶1的性能是稳定的。由在泵管4中所发生的过程看来，发现对所提及的特性的影响的解释。此过程由图2a-2f图示。

当操作泵3时，所述泵3以指定的频率f给予压力脉冲。这些脉冲像波一样穿过泵管4。图2a-2f图解示出了波，波运动的方向由箭头来表明。

图2a和2b图解示出了朝向泵管4的一端45前进的第一波41。图2c图解示出了在泵管4的一端45右边位置的第一波41。在此位置中第一波41被反射，结果它开始在相对方向上移动。图2d图解示出了所反射的第一波41，其刚离开泵管4的端45并且远离此端45移动，并且图2e图解示出了在略微远离端45的位置中的第一波41。在图2f中示出了移向泵管4的端45并且遇到第一波41的第二波42，所述第二波42在相对方向上移动。取决于管的特性，波41、42碰撞结果被增强或削弱。特别地是，在泵管4中的反射波41、42之间碰撞的结果受在波41、42的波长λ和泵管4的长度L之间比率的影响。

依照流体力学原理，波长λ由以下方程式给出：

$\mathrm{\λ}=\frac{1}{f}\sqrt{\frac{E}{3\mathrm{\ρ}}\frac{R_2^2-R_1^2}{R_2^2}}$

在本发明的范围内所执行的实验中已经确定在冲泡室7中的压强和泵管4的长度L之间的关系。在图3-5中所示出的图表是基于这些实验的结果的。

在图3的图表中，压强被绘制为泵管4的长度L的函数。显然此图表所基于的结果是通过改变泵管4的长度L并且测量相关联的冲泡室7内的主要压强，同时保持泵3、泵管4和水的所有其它特性恒定，换句话说同时保持波长λ恒定，来获得的。对于具有硬度为60肖氏(shore)、内径R₁为2mm并且外径R₂为4mm的泵管4，在50Hz的泵频率f下获得冲泡室7中的压强和泵管4的长度L的示出值。在这些情况下，发现波长λ在880mm周围。应当理解所提及的值的组合只是许多现有可能性之一。

如图3所示的图表清楚地图示了当改变泵管4的长度L时压强不会保持在一个恒定水平。相反地，交替出现的不稳定区域和稳定区域是可区别的。在不稳定区域中，当改变泵管长度L时压强强烈地改变，而在稳定区域中当改变泵管长度L时所述压强基本上保持在恒定水平，换句话说，所述压强似乎与泵管长度L无关。重要的是选择泵管长度L以致在所述压强和此泵管长度L之间的关系位于稳定区域中，以便保证在冲泡室7中获得预定压强。如果所述关系位于不稳定区域中，那么存在压强不够高的很大风险。

不稳定区域和稳定区域互相交替以致第一不稳定区域后面是第一稳定区域，第一稳定区域后面是第二不稳定区域，所述第二不稳定区域后面是第二稳定区域等。第一不稳定区域在其中泵管长度L等于215mm并且压强近乎为最小值的点周围延伸。第二不稳定区域在其中泵管长度L等于640mm的点周围延伸。为了避免咖啡壶1的不稳定和不可预测的性能，应当选择泵管长度L以便使其在不稳定区域之外。

此外，图表示出了第一稳定区域从其中泵管长度L近似等于280mm的点延伸到其中泵管长度L近似等于510mm的点。在这些点之间，压强变化很小并且可被允许。

为完整起见，注意到在先前段中所提及的泵管长度L值与具有硬度为60肖氏、内径R₁为2mm、外径R₂为4mm的泵管4以及50Hz的泵频率相关联。如果改变这些特性中的至少一个，那么压强和泵管长度L之间的关系将会改变。由图4图示了此现象。在此图中所示出的图表表示了对于两个不同的泵频率(即50Hz和60Hz)在实验上所获得的压强和泵管长度L之间的关系。虚线涉及50Hz的泵频率f而实线涉及60Hz的泵频率f。

对于具有硬度为69肖氏、内径R₁为2mm并且外径R₂为4mm的泵管4，获得酿造室7中的压强和泵管长度L的示出值。显然通过在两个不同水平的泵频率f改变泵管4的长度L并且测量相关联的冲泡室7内的主要压强，同时保持泵3、泵管4和水的所有其它特性恒定，来获得示出值。

图4清楚地图示了一个特性值(在这种情况下为泵频率f)的变化对冲泡室7中的压强和泵管4长度L之间关系的影响。例如，在泵管长度L大约为300mm并且泵频率为50Hz时，在压强和泵管长度L之间的关系处于不稳定区域，而所述关系在泵频率f为60Hz时处于稳定区域。

图5是基于图3和4中图表的图表。几个图表之间的差异在于图3和4的图表图示了在冲泡室7中的压强和泵管4的长度L之间的关系，而图5的图表图示了在冲泡室7中的压强和比率之间的关系，所述比率为泵管4的长度L和所述泵管4中的波长λ之间的比率。所有图表是基于这样的实验的，在所述实验中改变泵管4的长度L并且测量相关联的冲泡室7中的压强，并且由于波长λ不受泵管4的长度L变化的影响，所以在图5中所示出的曲线形状对应于在图3和4中所示出的曲线形状。

使用具有硬度为60肖氏、内径R₁为2mm并且外径R₂为4mm的泵管4，并且以50Hz的泵频率f已经确定所示出的在冲泡室7中的压强和比率之间的关系，所述比率为在泵管4的长度L和泵管4中的波长λ之间的比率。为了完整性起见，注意到此关系不仅在这些特定环境下有效，而且当应用具有不同特性的泵管4和/或泵频率f是不同的时候也有效。在泵管4的长度L和波长λ之间的比率不考虑这些长度L、λ的精确值并且不考虑波长λ的决定性因素的精确值而确定了所获得的冲泡室7中的压强。

如图5所示的图表尤其图示了每0.5λ就重复稳定区域和不稳定区域的图案。此外，图表示出了第一不稳定区域在其中泵管长度L等于0.25λ并且压强近乎为最小值的点周围延伸。第二不稳定区域在其中泵管长度L等于0.75λ的点周围延伸，第三不稳定区域在其中泵管长度L等于1.25λ的点周围延伸等。

此外，图表示出了第一稳定区域从其中泵管长度L近似等于0.3λ的点延伸到其中泵管长度L近似等于0.7λ的点。在这些点之间，压强变化很小并且可被允许。像不稳定区域一样，每0.5λ就重复稳定区域。因此，例如第二稳定区域从其中泵管长度L近似等于0.8λ的点延伸到其中泵管长度L近似等于1.2λ的点。

如果泵管4的长度L在0.33λ±0.5Nλ到0.65λ±0.5Nλ的范围之内，那么冲泡室7中的主要压强更是可预测的。因此在咖啡壶1的优选实施例中，选择泵管4的长度L以便在范围0.33λ±0.5Nλ到0.65λ±0.5Nλ之内。在更优选实施例中，泵管4的长度L在0.35λ±0.5Nλ到0.55λ±0.5Nλ的范围之内。在甚至更优选的实施例中，泵管4的长度L在0.38λ±0.5Nλ到0.5λ±0.5Nλ的范围之内。

本发明还覆盖了其中选择泵管4的长度L以便使冲泡室7中的压强最大的咖啡壶1的实施例。此长度L在0.4λ±0.5Nλ到0.45λ±0.5Nλ的范围之内。如果允许压强变化，那么不必非常准确地确定泵管4的长度L，并且所述长度L可以是低于0.4λ的值或高于0.45λ的值。优选地是，如果长度L具有更低值，那么此值在0.35λ±0.5Nλ到0.4λ±0.5Nλ的范围之内。优选地是，如果长度L具有更高值，那么此值在0.45λ±0.5Nλ到0.55λ±0.5Nλ的范围之内。

概括地说，在图3和4所示出的图表中交替出现的不稳定区域和稳定区域是可区别的，借此图示了在实验上所确定的冲泡室7中的压强和泵管4的长度L之间的关系，并且在图5所示出的图表中也是可区别的，借此图示了在实验上所确定的冲泡室7中的压强和比率之间的关系，所述比率为泵管4的长度L和波长λ之间的比率。在不稳定区域中，当改变泵管长度L时压强强烈地改变，而在稳定区域中当改变泵管长度L时所述压强基本上保持在恒定水平。

为了使咖啡壶1的性能是稳定的且可预测的，应当选择用于确定波长λ和泵管4的长度L的各种因素的组合以便使其在稳定区域范围之内，从而任何小的干扰不会产生不可接受的压强偏差。依照本发明，这是如果长度L在0.3λ±0.5Nλ到0.7λ±0.5λ的范围之内的情况。

在上述中，公开了一种咖啡壶1，所述咖啡壶1包括用于为水加压的泵3和连接到所述泵3的出口侧的泵管4。此外，咖啡壶1包括适于容纳咖啡垫的冲泡室7。在咖啡壶1的操作期间，水被加热并通过咖啡垫挤压。依照这种方式，获得咖啡。

为了使咖啡壶1的性能稳定，重要的是在冲泡室7中获得预定压强。发现咖啡壶1性能的稳定性取决于在泵管4的长度L和在操作期间由泵3在泵管4中所引起的波41、42的波长L之间的比率。如果所述比率在0.3到0.7±0.5N的范围之内，其中N是整数，那么咖啡壶1的性能是稳定的。然而，如果所述比率在此范围之外，那么咖啡壶1的性能是不稳定的。

对那些本领域技术人员来说清楚地是，本发明的范围不局限于上述例子，在不脱离如所附权利要求定义的本发明范围的情况下可以进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种咖啡壶(1)，包括用于为水加压的泵(3)，所述水通过所述咖啡壶(1)输送，其中被连接到所述泵(3)的出口侧的泵管(4)的长度L在以下范围内

0.3λ±0.5Nλ到0.7λ±0.5Nλ，

其中N是整数，并且其中λ是由所述泵(3)操作期间在所述泵管(4)中所引起的波(41，42)的波长。

2.如权利要求1所述的咖啡壶(1)，其中依照以下方程式计算波长λ：

$\mathrm{\λ}=\frac{1}{f}\sqrt{\frac{E}{3\mathrm{\ρ}}\frac{R_2^2-R_1^2}{R_2^2}}$

其中f是所述泵(3)给予压力脉冲的频率，ρ是所述泵管(4)内水的密度，E是泵管(4)材料的弹性模量，R₁是所述泵管(4)的内径，并且R₂是所述泵管(4)的外径。

3.如权利要求1所述的咖啡壶(1)，其中所述泵管(4)的长度L在0.33λ±0.5Nλ到0.65λ±0.5Nλ的范围之内。

4.如权利要求1所述的咖啡壶(1)，其中所述泵管(4)的长度L在0.35λ±0.5Nλ到0.55λ±0.5Nλ的范围之内。

5.如权利要求1所述的咖啡壶(1)，其中所述泵管(4)的长度L在0.38λ±0.5Nλ到0.5λ±0.5Nλ的范围之内。

6.如权利要求1所述的咖啡壶(1)，其中所述泵管(4)的长度L在0.4λ±0.5Nλ到0.45λ±0.5Nλ的范围之内。

7.如权利要求1所述的咖啡壶(1)，其中所述泵管(4)的长度L在0.35λ±0.5Nλ到0.4λ±0.5Nλ的范围之内。

8.如权利要求1所述的咖啡壶(1)，其中所述泵管(4)的长度L在0.45λ±0.5Nλ到0.55λ±0.5Nλ的范围之内。

9.一种用于制造咖啡壶(1)的方法，包括下列步骤：

提供适于给予具有频率f的压力脉冲的泵(3)；并且

提供意在连接到所述泵(3)的出口侧的泵管(4)，其中在以下范围内选择所述泵管(4)的长度L

0.3λ±0.5Nλ到0.7λ±0.5Nλ，

其中N是整数，并且其中λ是由所述泵(3)在操作时在所述泵管(4)中所引起的波(41，42)的波长。

10.如权利要求9所述的方法，其中依照以下方程式计算波长λ：

$\mathrm{\λ}=\frac{1}{f}\sqrt{\frac{E}{3\mathrm{\ρ}}\frac{R_2^2-R_1^2}{R_2^2}}$

其中f是所述泵(3)在操作时给予压力脉冲的频率，ρ是在所述咖啡壶(1)中所使用的水的密度，E是所述泵管(4)的材料的弹性模量，R₁是所述泵管(4)的内径，并且R₂是所述泵管(4)的外径。

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