CN108351177A - 冷波装置 - Google Patents

Abstract

咖啡机，包括带有与热咖啡冲泡器结合和相匹配的动力制冷系统，其被配置用于通过热接触的方式对现冲泡的咖啡进行冷却，从而对在冷却接收管道中的少量现冲泡的咖啡进行制冷。管道中配置有蒸发器旋管，其可以用于使饮品结冰。冷却系统可以是一种鲁棒系统，相变制冷压缩类型的系统，其采用的是容积式压缩机，其尺寸与热冷却速度、饮品的温度以及热量和液体接触组件的传导率相关，一旦需要，其可以快速地将热咖啡的温度降低到冰冻温度2‑5℃。现冲泡的速冷咖啡具有纯粹的和完整的风味。一种集成的装置可以包括咖啡冲泡器和在单个设备中的冷却器，以及滑动开关或者阀体，其允许使用者可以选择热咖啡或者冰咖啡。

Description

冷波装置

相关申请

本申请涉及的是于2015年11月13日向美国专利局提交的第62/254,993号美国专利申请，并在此要求享有所述临时申请的全部利益。所述申请的全文及其所揭示的内容，以及其中的附图，技术鉴定和对可行的工况测定和可替换的方案全部的讨论都通过引证并入本文。

技术领域

本发明涉及的是用于准备饮品的装置和设备。本发明也会涉及制冷设备或者冷却设备，以及涉及改进的咖啡冲泡设备。

发明内容

在本文中，该发明通常是指“装置”，即一种饮品设备，其特征在于具有动力冷却系统和接触式冷却部分，其中带有液体接触部分，例如，浸入式冷却旋管或者冷却液环绕的壁板或墙板(一种“冷却体”或“旋管”)，其是通过动力冷却系统进行冷却的，而且被配置或者被定位为通过其中的热接触对热饮品进行冷却。冷却系统和主体是相互匹配的，而且可以与热饮品的制造商相配合，主体被定位为能够快速和有效地对小批量的饮品进行制冷，例如，单杯，或者在某些实施方案中是酒杯的现场冲泡的饮品或者热咖啡，这些杯装饮品通过或者穿过通道而被去除其中的热量，并将饮品的温度降至冰点。这样的应用将结合咖啡冲泡器来进行描述，例如“容器类型”或者“K杯”冲泡器或者过滤滴漏式冲泡器，作为一个单独的部件与制冷剂/冷却剂组件集成在一起，并被进行配置从而让使用者可以选择集成的冲泡器/冷却装置的饮品输出是现冲泡的热咖啡还是现冲泡并且现制冷的冰咖啡。因此，所形成的“冰”咖啡是一种增强了口味的饮品，可以快速而方便地进行准备而无需延长制冷时间或者使用冰块，并且不会具有通过传统的方式准备的冰冻或者冰箱保鲜的饮品所特有的被稀释，放置很久或者氧化的味道。

冷却器部分优选的是通过鲁棒冷却系统来进行冷却，例如，相变制冷压缩类型的系统，其采用的是由电马达驱动的容积式压缩机，而该压缩机的尺寸是根据的热量冷却速度的要求来确定的，与热量和饮品的传热性和流体接触的导管组件都相关，将一杯热咖啡或者一批热咖啡降到冰冷的温度，例如，降到大约2到5℃(35-40°F)，根据要求并且在与冲泡时间相一致的时间周期内，举例来说，大约少于2分钟的时间，单杯的实施方案中容量设定为4-,6-,8-或10-盎司每杯。优选的是，当装置单元选定为开启时，选择器控制部分启动制冷剂压缩机，从而对相变制冷剂进行预压缩或者对冷却阶段进行预制冷，以致冲泡初始的杯子是现场被冷却的或者是被快速冷却的。

当在集成式或者双重温度(可选择的热/冷)的咖啡设备中具体化时，加热和冲泡部分或者“第一阶段”可能会允许采用传统的结构，例如，可以包括阶段或者部分，它们大致上类似于流行的“Mr.Coffee”，“Keurig”或者常见的酒吧类型的Expresso冲泡托架。然而，装置可以进一步包括可操作的部件，以致现场冲泡的热咖啡可以在短时间内流动，或者集成式或开关流动路径，从第一冲泡阶段部分，通过第二冷却阶段部分，到输出端口从而提供现场冲泡风味的冰咖啡。。在一个集成式冲泡器-冷却器的实施方案中，冲泡和冷却部分是垂直排列的，位于装配紧凑的单元中，例如，上部和下部流通阶段，具有冷却器，其被构造为蒸发器旋管的样式，悬挂旋转的可移动的咖啡接收导管或者杯子中。

本发明也可以体现在柜台的顶部且仅有冷却的装置中。仅有冷却的装置可以装配有固定的冷却杯，举例来说，在从装置中延伸出来的臂上安装，以致通过移动装置，冷却杯就可以被定位在杯式或者瓶架或者常用的家庭式冲泡器的支撑架上。所述结构是用作仅有冷却的装置，冷却器可以仅仅需要使用者打开开关，而无需特定的控制回路来协调和与冲泡器相配合。而且更为常见的是，虽然仅有冷却的装置可以是一种柜台式的冷却器，一种单机饮品的制冷器可以接收“冷却杯”或者位置可移动的导管来盛放热咖啡，而且杯子或者导管是被支撑的或者是被确定位置的，以致制冷剂单元的蒸发器旋管可以延伸进入到冷却杯中，并且被将要被冷却的热饮所围绕。冷却杯也可能是通过旋转安装、卡扣式或者磁耦合的方式来固定到冷却器的手柄上。在一个实施方案中，大量回转叶片被布置在蒸发器旋管的中心位置或围绕在其周围，而且可以通过马达或者齿轮来进行驱动，从而使流体发生偏离或者在导管中搅动流体，以致可以加速热消散，并确保实现饮品能够快速和均匀地冷却，同时与相对适中的制冷单元和冷却部件或者适当尺寸的导管协同操作。

在任何一种情况下，无论配置是用于接收到热饮冲泡器或者被配置为自立式冷却器装置，冷却器组件中的制冷部分是具有冷却能力的，而且热量和冷却速度是与一杯热咖啡或者提供热咖啡的服务相适应的，还是配置用于传统家用的热液体的输出或者午餐厅中的咖啡冲泡器，举例来说，适用于少量、中等量或者大量的咖啡杯的尺寸，或者在某些实施方案中，配置用于冲泡器的少量咖啡的批量生产(例如，20-30盎司)。

当作为通常所使用的柜台式冷却器来使用时，实施方案可以有利地与制冷部件结合在一起，例如，压缩机和冷凝器的组件，它们都安装在柜台的下方，通过软管或硬管与位于柜台上方的饮品冷却手柄相连接，手柄可以包括蒸发器的旋管，该旋管延伸进入到可移动可固定的杯子或者导管中，在此放置着将要被冷却的饮品。优选的是，柜台式冷却器占据的位置很小，而且可以与冷饮柜果汁刨冰装置相类似；例如，这样的部件也可以用于对其他的样品进行冷却，例如，果汁，含酒精的鸡尾酒或者葡萄酒。

集成式冲泡器-冷却器装置的实施方案包括机械阀或者电动阀，其适用于选择性地将冲泡后的饮品引导到直接输出端口(例如，热咖啡杯)，或者引导到冷却导管中。这种集成式的装置可以进一步包括点控制，其与具有加热/冲泡循环的设备的制冷剂部件的操作是协调的，举例来说，为了实现初始的压缩制冷剂，或者为了对冷却器导管或者旋管进行预冷却，或者可以包括功率控制部件，其可以改变和/或选择开关制冷剂的压缩计时和液体流动规则，并允许设备对至少一杯热饮进行现场冷却操作，和/或有效地对大批量的热咖啡进行冷却，例如，24,30或40盎司的热咖啡，或者是直接的(如果配置有较大的导管或者制冷组件)，或者当冲泡好热饮之后，在控制时间或时间间隔内连续对少量的杯装液体进行冷却。控制和开关部件可以被进行设定，例如，当初始开关位于开启时，制冷部件被供电；当在较短时间后将冲泡好热咖啡时，这时需确定压缩机、冷凝器和蒸发器处于预备操作状态。

本发明也可以考虑以下实施方案，其中加热器的功率开关和压缩机马达的功率开关在补偿间隙都受到选择或者自动控制的影响，这样就限制总功率低于家用功率消耗的理想峰值，例如，低于1200，或者低于900，或者低于600瓦特。所述控制可以是编程的，而且，除此之外还可以响应于热传感器，该热传感器可以检测到导管，导管附件初始温度，和/或当对冲泡进行冷却时，控制流动阀体并对制冷组件供电，以致获得快速和有效的冲泡，并紧紧是通过冷却部分而无需连续延伸或者同时操作供电部件，或者在冲泡和冷却间隙导致延迟。在这样的实施方案中，冷却主体或者导管的热量，以及制冷系统的冷却速度或者能力都可以进行优化为有效操作模式，这是通过对于冷却主体或者导管进行部分预冷却来实现的，以及冲泡和现场对初始的咖啡杯进行冷却，同时可以更为适当的速度随机地对冲泡好的随后到来的咖啡进行冷却。具有上述排列结构的装置可以现场对咖啡杯进行冷却，但是降低的峰值或者高电流的周期是通过采用制冷压缩中固有的时间延迟来获得的，而且体现在液体的接触式制冷的热传导特性，和典型的加热水的延迟和滴漏-冲泡或者K杯咖啡机装置的热咖啡的流动速度。

首选的实施方案是单杯冲泡器-制冷器设备，其具有冲泡器部分，该部分可以冲泡出热咖啡，和冷却器部分，热咖啡在该部分可以选择性地冷却，和流动选择器或阀体，其可以使热咖啡直接流入到输出端口，或者选择在热咖啡流向输出端口之前将其引入到冷却器部分。

附图说明

本发明的各种特征将通过参考以下附图的方式进行理解，并参考本文中的描述和随附的权利要求书的内容，其中：

附图1是适用于装置的实施方案的用于解释说明的功能部件和结构的示意图，和系统流程图，其可以选择冲泡咖啡，或者冲泡并冷却咖啡；

附图2显示的是饮品制冷器的温熵图的热传导制冷剂的理想状态；

附图3A，3B，3C和3D是通过可以效仿的方式显示制冷器装置中的制冷剂组件中有用的压缩机，冷凝器，节流阀和蒸发器部件；

附图4显示的是由若干个混合器所获得的测定的冷却时间，以及在集成的制冷器结构中测定和确定的过程的冷凝器的变化；

附图5A和附图5B显示的是集成的家用冲泡器/制冷器装置的右前和左前视图；

附图6A，6B和6C显示的是附图5中的装置的左后侧视图，其对集成到咖啡冲泡器中的制冷部件进行解释说明；

附图7A和7B对饮品选择机构的热操作(附图7A)和冷操作(附图7B)进行解释说明；以及

附图8A，8B，8C和8D进一步对附图5-7中的装置的可选冷却杯的结构细节进行解释说明。

具体实施方式

附图1对本发明的实施方案的功能部件和结构进行了示意性的解释说明，其适用于即时“冲泡”的冰咖啡的装置。装置的操作包括冲泡热咖啡，并对咖啡进行制冷，从而产生所需要的饮品，其中装置中用于冷却或者制冷的部件都是与热负荷和冲泡路径相匹配的，其被确定尺寸，位置和操作从而可以快速地生产出一杯冰咖啡。

附图1中的上半部分显示的是装置中的冲泡器的各个阶段，其可以通过以下的传统的家用咖啡冲泡器的结构进行解释说明，其中从水腔11中通过泵13的作用将水泵送到加热腔12中，加热腔是通过空气泵14加压的，从而热水沿着通道进入到冲泡阶段15，例如，容器类型或者K杯或者锥形过滤咖啡冲泡器，从而制成热的现冲泡咖啡。所制成的热咖啡从冲泡器15的底部，或者直接倒入到杯子16中，或者导入到冷却腔18中，在此对咖啡进行冷却从而形成并咖啡。当使用者选择“热”咖啡时，冲泡的过程沿着流动路径集中通过冷却腔，而不会接触到冷却部件。这样的排列结构将在下文中进一步讨论，并在附图5-8中进行解释说明。

附图1中的下半部分对装置的制冷部件的排列结构进行示意性解释说明，以及它们与热咖啡冲泡阶段的衔接，以及对蒸发器旋管进行冷却的操作。为了制作冰咖啡，装置的制冷部分和冲泡部分在冷却腔18上相互叠加，其中来自冲泡器15的咖啡在制冷间隙得以保留并与蒸发器旋管相互接触。当选择的是输出热咖啡时，冷却腔就会被避开。正如在附图1中所示，装置中的制冷部分可以包括相变制冷压缩机21，其可以压缩并促使制冷剂进入到冷凝器22中。冷凝器可以通过风扇或者风扇阵列进行冷却，从而更好地对冷凝或者压缩过程中产生的热量进行驱散，在附图中标注为Q导通。来自于冷凝器的制冷剂扩散到节流阀23，并作为需进一步冷却的流体进入到蒸发器旋管24中。蒸发器旋管24被定位在冷却腔18中，从而对从冲泡器中输出的热咖啡进行冷却，这是通过接触并吸收来自于饮品的热量来实现的，在附图中标注为Q蒸发。然后，在进入到压缩机21之前，制冷剂流入到蓄热器25中，以便进行下一个压缩循环。制冷流体的状态在附图1中的制冷剂的循环中的各个不同的点发生改变，从阶段1进入到压缩机开始，到阶段2进入到冷凝器中被压缩但未加热，在此热量得以保留，以达到阶段3，然后当其通过节流阀23时开始扩展并制冷，并达到阶段4，进入大蒸发器中，作为被冷却后的热传导介质，在再次返回到阶段1之前，其可以用于吸收来自饮品的热量，其中蓄热器已准备好进行下一个压缩循环。

附图2显示的是一幅温熵图，其对应的是阶段1-4，可以用于对压缩制冷剂和对热咖啡进行冷却的工作过程进行解释说明。

借鉴背景技术和现有技术中的细节内容，本申请中的应用是建立在于2015年11月13日向美国专利局提交的第62/254993号美国临时专利申请的基础上的，并与其相关联，其中全部的教导通过引证并入本文。所述临时申请文件对作为原型的具有制冷剂部分的家用咖啡制冷器的原理和可选用的技术特征进行了描述，其中的制冷剂部分与冲泡器相互匹配，从而可以有效地现场调制出冰咖啡，而且根据调查显示，热交换非常有效，而且文中也描述了冷却部件中的若干结构的实际的或作为技术特征的饮品制冷时间，包括具有制冷压缩机的流体冷却，其对蒸发器旋管或者冷却盘进行驱动；而且咖啡的冷却速度受到若干不同的流体混合和搅拌方式的影响。临时专利申请中也暗示使用独立的制冷器结构，集成的冲泡-制冷器结构，以及改进的冰咖啡装置模型在单独部分的K杯冲泡器上运行，或者在大型的滴漏式冲泡器上运行。我们鼓励读者翻阅申请的全文和所揭示的内容以及其中的附图，分析模型和技术鉴定，以及可以选择使用的结构，为了对饮品冷却器的有效实现的技术进行描述，一些相关的因素和总则性的内容，包括原理、硬件、应用和各种测试规程或结果都对实施方案进行了解释说明和描述，而且对限定特征和范围的技术因素进行了阐明，而功率和操作特征是可以通过本发明中的各种实施方案实现的或者是可以获得的。

行文至此，作为相关内容，申请人发现可以获得适当的若干分钟内的制冷时间，这是通过使用小型(极小马力，低于500瓦特)制冷压缩机来实现的，而且通过搅拌或者混合机构的作用可以增强制冷，上述机构位于冷却腔18中，从而可以提高热交换速度并保证冷却的统一性，以及可以避免在蒸发器旋管上形成冰块。这些热计算和原则性论证的实验是通过调整修改后的制冷循环周期中的元部件来执行的，而且常用的蒸发器与接收管道或者腔室相互热接触，其被确定尺寸以有效地与热咖啡杯或者热咖啡组进行热交换。所述实验证明并确定了：大约每千瓦可以获得的能够适用于联合加热和冷却的要求能量，和在两分钟的时间内所得到的制冷次数以及元部件的适当的尺寸和材料，其适用于根据咖啡冷却器所要求的杯尺寸或者瓶尺寸。这样设置的尺寸和大小可以使得制冷器组件的实施方案能够与传统的咖啡机中的开关、流体交换和流体导流部件结合在一起，并能够与咖啡机的热负载相互匹配，从而形成一种整体式多功能的咖啡冲泡-制冷-分配器，其可以选择根据家用的柜台式装置的要求提供热咖啡或者冰咖啡。

结果是，尺寸、功率和热特性落入到较低的范围内，并且被设计为可以全部获得快速和高效地对热饮品进行冷却。除此之外，由于本装置包括了压缩机，其可以对以制冷剂为基础的冷却循环提供动力，在某些实施方案中，其也可以连续运行或者是几乎是连续的冷却模式(举例来说，在控制操作下获得或者维持特定的操作温度)，以及被操作为对无限数量的热咖啡杯进行连续冷却，或者在一段较长的时间范围内对大量的饮品进行较慢的冷却。因此，所述的集成式装置的实施方案可以被调整为多功能或者选项的应用，而且，本发明并不限制在典型的家用或者小型的咖啡厅中使用。

从一个高水准的系统的角度来考虑，设备的基本功能是根据要求有效地冷却少量的液体，而无需进行稀释。更为具体的说就是，适用于冲泡热饮品，例如，茶或者咖啡；本装置首先是进行冲泡，然后对将饮品从“接近沸腾”冷却到“冰冷”的程度；而且冷却在较短的时间间隔内是有效的，这是指与常用的单一功能的家用冲泡器的冲泡时间相比较而言的。可以用于解释说明的是，咖啡的冷却温度降低超过150°F在1分钟或者2分钟的操作时间内是有效的。通过将冷却部件放置在冷却导管的周围，设备可以被配置，从而当需要热咖啡时，手动操作的人员可以允许冲泡出的流体仅仅是集中通过冷却导管，而不会损失热量。集成式的冲泡/制冷装置也可以被配置有传感器，从而可以感应到冷却后的液体的温度和/或控制回路，从而可以对冷却剂的循环进行控制，或者可以促使流体分别沿着“热”或者“冰”的路径进行流动，以致可以相对应地接收到不同的饮品杯。在某些实施方案中，对输出温度的控制，或者对输入和输出温度的控制，本装置也可能会被配置为仅仅是制冷，并且可以被操作为对其他的饮品进行制冷，例如，含酒精的鸡尾酒，从少量的极低初始温度，例如，从室温-或酒窖温度到冷却后的温度或者接近冰冻的温度。

本装置的结构将从用于解释说明的实施方案的描述开始得到最好的解读，其作为柜台式单一功能的咖啡冷却装置。

从工艺流程的角度考虑，制冷循环是可以集成到配料制冷容器中或者集成到接收导管中的。制冷剂的蒸发器可以包括螺旋形线圈，其不治在导管腔中，或者包括嵌入到导管壁上的软管中，而且其可以被布置用于从接收导管的饮品中去除热量(例如，制冷)。饮品可以自动地流入到容器中，或者在某些实施方案中，饮品被倾倒出来(通过手动的方式)，而且也可以被维持在冷却周期中，然后再倾倒出来，举例来说，通过手动操作的龙头、在导管底部的自动开关的阀，或者通过去除导管并倾注出冷却后的饮品来实现。优选的是，放料、冷却和倾倒功能通过逻辑插件来协调完成，其可以触动压缩机/制冷部件以及在流动路径上的适当的阀体。温度传感器也可能检测到理想的热端温度(例如，35°F)，并关闭压缩机，打开输出阀，和/或启动新的放料/制冷循环。

正如在附图1的下半部分所示，制冷的硬件可能会包括压缩机、冷凝器、节流阀和蓄热器，它们的实施例在附图3A,3B,3C和3D有所显示。这样的硬件类似于一种标准的小型制冷机或者室内空调机中的硬件，但是其尺寸有具体的确定并且被改编用于适应对一杯热饮品或者批量的热饮品进行快速冷却的应用。优选的是，使用蒸发器来作为一种常用的线圈，这样的线圈被配置到腔室中，而且，其可以是一种螺旋结构，双螺旋结构或者是其他的形状，或者是由制冷剂软管进行冷却的盘状物，其可以被合并到饮品的容器中，从而可以实现有效的制冷。我们已经发现，位于圆筒形制冷容器中的单独的螺旋形线圈的作用是有效的。优选的是，一种混合机构也可以用于加速热饮品和冷却导管中的蒸发器的组件中流体接触的表面积之间进行的热交换。混合的操作可以提高传热速度，尤其是在中等温度或者中间温度的情况下。

我们发现可以使用两个混合机构来实现刮片式混合(例如，搅拌)和起泡式混合。上述混合可以通过旋转的搅拌器来执行，所述搅拌器是由一种扩展到液体中的小型驱动来提供动力的，或者一种隔膜式的空气泵，它们各种分别提供空气流来搅动流体。刮片式混合(例如，具有回转叶片的组件)可以避免潜在的氧化或者产生絮状物，上述情况可能会发生在多种冲泡的起泡式混合器中。混合的优势包括提高传热系数；降低对蒸发器的元部件的表面积、冷却组件或者导管的要求；并且可以避免在蒸发器的旋管上形成冰块。

在热咖啡/冰咖啡的冲泡应用中，装置中咖啡冲泡的部分可以采用的结构包括现有技术中的冲泡器；然而，冷却技术和咖啡部分与冷却部件的结合被认为是具有新颖性和创造性的。下文中结合附图5-8所进行的讨论对一种基础性的集成冲泡器/冷却器设备进行解释性说明。

作为一种常用的饮品冷却器，本装置与其说是用作一种单机设备，而不如说是冲泡设备中的一个阶段，其可以使得使用者能够冷却或者处理任何类型的饮品。然而，为了将技术结合到单杯的冲泡器中，优选的是K杯或者其他单杯的咖啡产品，优选的是，本装置中配置有旋转式制冷剂的压缩机，从而可以获得适当变窄的轨迹，并配置控制程序卡片和用户控制按钮、开关和液流阀，从而可以对制冷部件和流动路径进行控制，以致提高传统的冲泡设备的能力，从而可以提供如下选项服务，即，通常的热咖啡或者“冲泡的热，并经冷却的”冰咖啡。本装置将冲泡和冷却操作结合在一起的方式可以获得冰咖啡的产品，所述产品具有意想不到的风味和新鲜度。在冲泡手柄中的单独的弹簧阀能够提供可靠的单一滑动来确定使用者的操作，而无需复杂的电子或者控制回路来实现。

本装置的操作将会通过其基础操作的热特性来获得较好的理解，包括以制冷剂为基础的冷却模块，该模块对咖啡接收的冷却管道进行冷却，并根据柜台操作的要求确定尺寸。附图1示意性地对本装置的实施方案中的功能部件以及它们的系统的流程进行了解释说明，而附图2显示的是T-s(温度-熵)图表中对应的理想状态(在某一时刻)。正如在附图1的左侧所示，在阶段1中，制冷剂初始是作为饱和的蒸汽，通过压缩机的作用变换为压缩阶段2，或者是冷凝器在较高温度下的进行压缩。在冷凝器的旋管中，压缩的热量从制冷剂中排出并具有热流Q_cond其从冷凝器进入到周围空气中，并在阶段3中降低压缩后的制冷剂的温度。在某些实施方案中配置的位于冷凝器中的风扇或者是小风扇的排列是用于提供空气循环的，并可以确保足够的热量传递，从而避免冷凝器出现过热。从阶段3中流出的压缩后的制冷剂通过节流阀，该阀体可以调节冷却后的压缩冷凝剂的流速，然后，在阶段4中，其流入到蒸发器的旋管内。正如在附图1中所示，蒸发器的旋管被放置在热交换的位置上，或者被放置于饮品的导管中，在此其可以通过将饮品的热流Q_evap吸收到制冷剂流中的方式对饮品进行冷却，其发生膨胀或者蒸发并流入到蓄热器中，直至再次进入到压缩机的阶段。因此，从阶段4到阶段1，热量在蒸发器中从热饮品中传递到制冷剂中，之后流入到另外一个压缩/制冷循环。确定蓄热器的位置从而可以防止流体进入到压缩机中。在附图1中，饮品导管通过附图的右侧进行了示意性的解释说明，对应的是咖啡冲泡器的输出；在实践中，蒸发器的旋管可能是结合到咖啡冲泡设备上的，而且导管可能是一种卡口固定件的接收咖啡的杯子，其被设置在蒸发器的周围，并且可以盛装咖啡并可以将蒸发器从热咖啡中升起或者将蒸发器浸入到热咖啡中。附图2中的温熵图对上述阶段(1)-(4)进行了解释说明。在实践中，一种适当的制冷剂组件的操作功率是300到500瓦特，提供足够功率的马达来有效地操作所描述的家用咖啡制冷机。

借鉴于普通消费者所需产品的相对应的部分，制冷部分的硬件部件或者子系统可以由被改编或者与之相类似，例如，小型的室内空调机或者个人使用的集体宿舍内的制冷机。在附图3A-3D中对这种设备的典型部件进行了解释说明，并对技术补偿中的某些特征进行了讨论。确定硬件(压缩机、冷却器旋管)的尺寸并改变外形以适应总体积的要求，而且在某些实施方案中可以将柜台式装置设计为让人赏心悦目的外观或者程式化的外形。因此，举例来说，马达和压缩机可以是一种圆柱形的功能单元，其直径在大约10–12cm之间，高度在大约25–30cm之间；冷凝器的旋管可以是一种矩形阵列的结构，即定位在装置的背面上的大约20×30cm的阵列，而且其是通过小型的风扇单元的阵列进行冷却的，蒸发器的路径可以是由螺旋状的软管构成的，其被定位于浸入到杯形的腔室或者导管中，安装在冲泡/滴漏路径的下部并且可以接收热饮品。

附图3A显示的是几种压缩机的选项，其可以包括旋转式(左侧图片所示)和往复式(右侧图片所示)压缩机装置。上述两种装置都是容积式压缩机，都可以在低流速的制冷剂中进行有效操作，而且在空气调节和制冷装置中也都是可以通用的。旋转式压缩机可以包括流体蓄热器，正如在附图3A的偏左侧所示，其可以确保流体不会进入到压缩机阶段。从性能的角度考虑，上述两种压缩机的功率都是足够的，而且对于需要合并到本发明中的装置的压缩机的选择而言，主要是考虑成本和输出。考虑到模拟板和初始热分析，旋转式的压缩机可以采用由LG公司提供的5,000BTU型空气调节器，其具有缩减尺寸的冷凝器和蒸发器的结构，但也能有效地进行冷却，并能很好地与单杯式冲泡器或者手动倾倒式热咖啡机相匹配。

本装置将会占据类似于常用的家庭是咖啡冲泡器的工作台面，而且与之相类似的是，可能会包括可编程的控制芯片，该芯片可以操作用于设定启动咖啡冲泡操作的某些特征，以及设定本装置所特有的操作，例如，启动压缩机的冷却和/或预冷却的操作，对热咖啡进行冷却，结束冷却循环，以及在某些实施方案中，自动地促使冷却后的饮品流动到输出端或者流入到接收杯中。由于解释说明的旋转式的压缩机也暗示着尺寸和总外形是类似于家用的咖啡冲泡器的，例如，Keurig型或者咖啡转换冲泡器，这样的总外观都是可以作为原型进行选择的。

各种可选项都可以执行从而形成制冷模块的冷凝器部分。附图3B对若干可能的冷凝器的结构进行了解释说明。左侧的图显示出的是圆翼型散热器的排列，其与强制对流(风扇驱动)的空气调节器相同，而右侧的图显示的是自然对流型的空气调节器，例如，通常在低功率或者连续操作的制冷器中使用。这清楚明显地使用强制对流型的冷凝器的旋管，从而获得集成的和便宜的柜台式装置。

附图3C显示的是若干单体节流阀的结构。左侧的图显示的是毛细管，而右侧的图对回流缩减孔进行解释说明。并不考虑使用面积可变的阀体，这是处于成本和最小控制的考虑，出于对额定的饮品进行冷却的任务的重要性的考虑，以及已知的初始温度可以允许清晰地限定固定的节流阀的开度。选择使用毛细管是在于其较小的灵敏度不会干扰线性，而且我们已经发现其更为有效，以及在同类可选用的制冷装置中更为常用，例如，在空气调节器中。

附图3D对蒸发器的若干可行的方案进行了解释说明。左侧的图显示的是一种裸露的螺旋形软管，其可以浸入到饮品中。右侧的图显示的是冷却盘式的热交换，其中中间介质可以提供一种平坦的饮品界面。冷却盘结构的使用将会导致成本的升高，而且潜在的会引入热阻抗，尤其是相对于任何一种空气间隙(即使是在厚度为0.001in的间隙)而言，其可能会存在于制冷剂管线和盘表面之间，而当使用加长式的或者双螺旋式的蒸发器旋管时，清洁度的问题将会成为一种潜在的交换。然而，如果咖啡冲泡器的部件是附着或者建立在热交换接触表面的基础上的话，那么在构成上最坏的方面是影响美观性，而不是产生的细菌、残渣，因此，出于对冷却效率的性能考虑，以及为了执行本装置，裸露的蒸发器旋管是首要的选择。

在本装置的饮品冷却的各种实施方案中，混合机构也是需要的，其可以提供蒸发器/冷却导管，从而提高蒸发器和周围的流体之间的热交换速度，以及降低对表面积和相应的尺寸的要求，并防止在流体与蒸发器接触的过程中形成冰块。两种机构是可以考虑的：(1)马达驱动的刮片、桨状物，用于搅拌流体的搅拌器或者螺旋桨，以及(2)由空气压缩机驱动的通风装置/喷水口，其可能类似于在鱼缸中使用的部件，或者类似于在通风装置的后部机构上适用的压力。

可以考虑使用如下几种制冷剂，包括R134a和R410a。R134a是当前家庭应用中更为通用的制冷剂，但是碳氟混合物的混合物R410a的使用可以得到更好的性能，出于环境原因的考虑，R410a正在被逐步采用，尤其是在家庭应用中更具优势。出于上述原因的考虑，本装置优选使用R410a。

为冷却过程所建立的热模型大体上针对的是在2分钟内将一杯12盎司的咖啡从200°F降低到35°F。蒸发器中从咖啡到制冷剂之间热交换的平均时间是：

假设制冷的性能系数是3，压缩机的功率通过以下方程式得出：

能量平衡给出的在冷凝器中从制冷剂到空气的热损耗如下：

根据热交换，蒸发器的热交换由以下方程式得出：

其中U_evap是总传热系数，A_evap是咖啡/热交换器的接触面积，以及T_evap是咖啡和制冷剂之间的温度差。假设总的传热系数是1000W/m2/K(强制对流，水)，以及温差是60F，传热表面积是：

同样适用于冷凝器，假设100W/m/K(强制对流，空气)，以及温度差是20°F

压缩机和节流阀可以是有源的，使用的是传统的制冷剂部分，在上文中对冷却负载有所说明。压缩机的大致规格是：体积流量为0.5到1.0cfm，和压力升高值为100到200psi，这都取决于制冷剂的类型。节流阀的大致规格是：毛细管尺寸为0.040到0.050ID，管长度为2到3英尺。上文中的性能计算是粗略估计的平均时间。最优化的方案需要通过细节性分析和硬件测试来获得；然而，需要作出说明的是，本文中已经包括了若干测试程序的简要概括说明。

为了确认模型，对一种5000BTU/hr的窗式空气调节器(R410a)进行解构并用适当尺寸的蒸发器的热交换器进行取代。性能水平在前文中所提到的临时性申请文件有所报告，而且做出的判定是初始的产品设计需要使用螺旋式蒸发器旋管。测试进一步显示出混合可以有效地防止在线圈中出现结冰的现象。在大量的混合操作中也进行了测量。

附图4显示的是若干种原型混合器和蒸发器的各种变形版本的冷却运行的测试结果的子集。饮品的温度变化范围粗略估计从200降到40°F。计算的结果显示，出于理想的性能水平的考虑，冷凝器的尺寸扩大了大约2倍，而且在随后的测试中也得到证实。一种四刮片式的混合器比八刮片式混合器的性能更好，而且对于速度，其递减效益也显现了，可以解释说明的是，仅仅需要的是中等速度。有意思的是，空气混合可以类似于刮片式混合，因此，对于最终应用的产品设计而言，如果没有相反的尝试或者由通风所导致的感受，空气混合和刮片混合之间的选择都是可以参考使用的。也可以考虑使用围绕在线圈周围的明轮叶片的排列。通过使用压缩机、冷凝器、节流阀和蓄热器硬件，原型机制造测试的是标准的制冷部件，而当常用的线圈被完全确定并且是集成式或者自立式咖啡冷却机的被激活的结构时，一经要求其就可以进行批量的冷却操作，蒸发器是一种相对于标准的外形而言的螺旋式结构。位于圆柱形的饮品冷却导管中的螺旋式的蒸发器旋管可以根据要求快速和有效地进行制冷，而增加的任何不同的若干混合机构-刮片式混合和起泡式混合-增强性能，并能防止线圈结冰，证明了本装置具有执行持续批量制冷任务的连续操作的能力，可以完成累积的大量任务，例如，社交聚会中需要基于重复操作的个别服务。正如在上文中所表述内容，混合操作的其他优势是可以防止在线圈处出现结冰的现象，包括提高热传导系数并降低所需要的表面积，从而消除设计上所规定的空间和重量的参数，控制台的可视表面或者包含在本装置中的单元。

附图5A和附图5B对本发明中的集成式冲泡器/制冰器进行了解释说明，其体现在容器式冲泡器50中，显示了正右侧视图(附图5A)和正左侧视图(附图5B)。本装置具有控制面板52，其可以包括一个或者适当配置的有线按钮开关，开启、关闭、制冷或者备用，以及一个或者多个LED指示灯，以便报告所处的状态，例如，准备就绪或者冲泡完成。使用者充水腔53，其占据本装置的左侧，而右侧是由容器-或者滴漏式冲泡器的顶端55组成，显而易见的是，其中包括热/冷选择器的手柄56，位于容器或者滴漏式冲泡器的水平位置(将在下文中参考附图7A和附图7B做进一步讨论)，而冷却器的杯体或者导管组件57垂直定位在冲泡容器的下方和化霜水盘60的上方。

附图6A,6B和6C是集成式装置50的后面和左侧的透视图，其中显示出制冷剂单元结合的细节。冷凝器的旋管组件62安装在装置50的后表面上，位于活动盖板的下方，活动盖板用于保护通道冷却空气，所述空气是由风扇63a，63b(位于冷凝器旋管62的下方的风扇盘64上)提供的，空气穿过冷却塔或者空气管道65，其形成本装置的主体的后面部分。这样的排列结构提供了制冷剂的热消散部件和冷却导管之间的一定程度的绝热，同时提高小型制冷组件的总体冷却能力。

回到前文中的透视图，附图7A和附图7B对冲泡悬筐组件的细节，以及与热/冷选择器的手柄56的结合操作，和附图5A中的冷却导管57进行了解释说明。附图7A显示的是热/冷旋选择器处于热位置上，以及冲泡悬筐71的相对应的位置，而且冷却导管57显示为处于附图7A的较低的位置上。在该位置上，输出通道72处于冲泡悬筐71的底部位置，其直接进入到导管57的中心输出通道57a中，这样可以允许热咖啡通过而不会接触到蒸发器旋管80(附图8B-8D)，其呈圆周状分布在中心区域的周围，而且热咖啡是直接流入到停驻在滴漏盘60上的咖啡杯中的。附图7B显示的是当选择器手柄56移动到右侧时的相对应的视图，进入到冷或者冰咖啡的位置。这样的移动使得冲泡悬筐的输出通道72偏离中心位置，因此，其不再对准热咖啡的输出通道57a的中心，因此会导致热饮流入并充满冷却导管，接触蒸发器旋管并对咖啡进行冷却。

附图8A-8D对冷却导管的进一步的细节进行了解释说明，以及对适用于所述操作的蒸发器的旋管也作出了解释说明。正如附图所示，蒸发器的旋管80通常填充在周围区域中，而通过通道57a的热咖啡是在中心位置附近，而且对准冲泡悬筐的输出72定位(附图7A)。在附图8D中可以很好地看到，热旁路通道57a，其在顶部表面上可以具有接触阀当不需要直接接触冲泡悬筐的输出72时，该接触阀是关闭的，并引入到打开的旁路管道57b中，其可以保持热流远离蒸发器旋管的附近区域，并允许热饮绕开冷却杯及直接滴漏到用户的杯子中。然而，当冲泡悬筐的输出72没有对准通道57a，57b时，热咖啡滴落到顶部盘57c中，并流入到侧面或者周围区域中，流过蒸发器旋管，以致饮品得以冷却。借助这样的排列结构，螺旋形的蒸发器旋管可能被布置在狭小的或者紧密的适当的环形区域中，该区域位于中心主体和导管的外围壁之间，从而可以确保冷却的速度和效率。正如在附图8C中可以很好地看到的那样，蒸发器的组件或者导管可能会进一步包括呈圆周状安装的倾斜叶片组85。这些叶片是通过马达或者驱动齿轮进行驱动的，所述驱动齿轮处于明轮移动状态，从而可以产生偏离或者驱动热流体径向通过蒸发器的旋管，以致提高咖啡的冷却速度，所述咖啡位于冷却杯的环形区域中，其围绕在蒸发器旋管的周围。将旋管定位在环形导管中而不是定位在开口的杯子中可以确保旋管一定的浸入度，以实现有效的热交换和冷却，而无需引入定位冰桥或者不均匀的热量。

附图7和附图8对冲泡悬筐的特殊的排列结构和冷却导管的通道进行了解释说明，其适用于获得旁路或者冷却操作，而无需电动操作的阀体，人们可以理解的是，用于解释说明的手动操作的选择器的机构是可以容易地调整到各种常用的冲泡悬筐状态，例如，容器型、K杯、滴漏式或者蒸汽加压型的咖啡机，而且，更进一步的是，所述机构的流体选择器可能会替换为更有效的按钮、电动阀、选择器和/或泵机构。而且，在各种不同的实施方案中，混合可能会由不同的桨状物或者搅拌器或者螺旋桨式的搅拌来执行，或者偏离流动，或者位于冷却导管中的再循环机构，从而驱动咖啡紧靠在蒸发器的旋管上，从而可以快速有效地进行热交换而无需冰冻。本领域内的普通技术人员都能理解的是，当冷却机构被集成，或者手动定位在不同外形的、尺寸或者方面的热咖啡冲泡器的底部时，部件的布局排列可以是相应变化的。

此外，冲泡部分的样式结构也可以在大范围的结构中有所变化。因此，举例来说，当传统的K杯或容器型或者其他的冲泡器通常是具有一个位于顶部的盖子，其可以略微升起从而方便插入杯子或者容器，或者具有放置咖啡和滴漏过滤器的位置，本发明中冲泡手柄可以配置到冲泡器机构中，这样就可以向前拉出从而允许插入咖啡填充，以致能够减少对柜台顶部操作所需的垂直间隙的需要。在冲泡器类型的实施方案中，热/冷咖啡的路径也可以通过不同的方式执行，举例来说，与不同的冲泡器的位置相对应，其可以操作为通过不同的路径实现咖啡的填充，以便直接输出或者绕行到蒸发器的冷却器中。人们也可以理解的是，附图6中的实施方案通常是将热损耗的冷凝器放置在装置的平背板上，而且能够通过加压的空气排风风扇组件来提高效率，冷凝器定位在任何一侧的方案都是可行的，而且，当本装置适用于不常使用的单杯或者少量的操作而非广泛的家用咖啡机时，被动的空气流也是足够使用的。其他各种不同的变化都可以合并，与现有技术中常用的冲泡机构配合或者从这样的机构开始，而且可以用装有发动机的泵运动，电动阀来替换压力源，而非使用所描述的手动选择器来将水或者冲泡好的咖啡引导大不同的路径上，与冲泡组件相关的是，冷却器的导管分布在不同的位置上。

至此，本发明所揭示的内容和代表性的实施方案得以描述，对于本领域内的任何一名普通技术人员而言，任何进一步的修改和变化都是显而易见的，而且上述所有的修改和变化都可以被认为是包含在本发明的范围，以及随附的权利要求书的范围之内。

Claims (23)

1.一种带动力的饮品冷却装置，包括：

带动力的冷却组件，该组件包括压缩机、冷凝器和蒸发器，适用于压缩和循环相变的制冷剂，从而在蒸发器中提供选择性冷却，

确定蒸发器的外形并配置用于进行热传导，热传导与管道中的热饮部分相接触，接触板或者导管也可以对饮品部分进行冷却，

其中确定带动力的冷却组件的尺寸和配置为将一杯热咖啡快速地冷却到冰冷的状态，而在大约2分钟的服务周期时间内无需稀释或者冰冻。

2.根据权利要求1中的装置，该装置配备和集成有咖啡冲泡器，其具有适用于在装置的输出端口上选择性提供热饮或者冷饮的控制。

3.根据权利要求2中的装置，其中蒸发器被配置为驻留在接收热咖啡的接收导管中，而且当选择提供热饮时，将热咖啡引导通过导管而不会与蒸发器接触。

4.根据权利要求2中的装置，进一笔包括混合器，该混合器适用于将流体混合到接收导管中，从而提高热传导而对咖啡进行冷却，其中混合器可以包括一个或者多个搅拌棒、喷水口、回转叶片，和流动混合器设备用于加速咖啡的均匀制冷而不会在蒸发器处结冰。

5.根据权利要求1中的装置，导管可移动到位置上从而可能从咖啡冲泡装置中接收热咖啡，并对热咖啡进行冷却从而可以获得冰咖啡。

6.根据权利要求4中的装置，其中需要确定蒸发器的尺寸和空间，以致导管可以接收到围绕在蒸发器周围的批量的热咖啡，而且咖啡在导管中被冷却到冰冷的程度而不会形成冰块。

7.根据权利要求1中的装置，包括控制器，该控制器可以选择运行压缩机和一个或者多个加热器，泵或者流量阀，从而可以在一定时间或者功率范围内有效地冲泡或者调制出个人需要的咖啡，可选为热咖啡或者冰咖啡。

8.根据权利要求2中的带动力的饮品冷却器，其中压缩机的吸收功率低于大约500瓦特，而且可以有效地对一批6-12盎司的热咖啡进行冷却，其热循环时间小于大约2分钟。

9.根据权利要求2中的带动力的饮品冷却器，其中压缩机的吸收功率低于大约500瓦特，而且可以子一个或多个冷却循环周期中自动地对成批的20-30盎司的热咖啡进行冷却。

10.根据权利要求2中的带动力的饮品冷却器，可以进一步包括强制通风驱动，其适用于消除来自冷凝器的热量。

11.一种家用咖啡机设备，包括与咖啡冷却器阶段相结合的使用者启动的单机咖啡冲泡器，其被确定尺寸并配置为带动力的制冷剂压缩机，而且可以选择性地根据要求对冲泡好的咖啡进行现场冷却，从而可以在输出端口出调制未经稀释的冰咖啡。

12.根据权利要求11中的家用咖啡机设备，其中咖啡冷却器与冷却循环周期结合操作的，是在大约2分钟的时间内对冲泡好的热咖啡进行冷却。

13.根据权利要求12中的家用咖啡机设备，其中冷却器阶段包括制冷剂的压缩机、冷凝器和蒸发器，而且蒸发器位于与在咖啡接收管道或者腔室进行热接触的位置上。

14.一种适用于对成批的热咖啡瓶或者热咖啡杯进行冷却的装置，该装置包括一种根据要求的制冷剂压缩机，其用于对蒸发器进行冷却，该蒸发器位于接收导管内，其中确定部件的尺寸并将其配置为可以在若干分钟的时间内快速地和有效地将批量的热咖啡的温度冷却到大约2–5℃(35-40°F)。

15.根据权利要求14中的装置，该装置被配置为一种独立的柜台式顶部冷却盖，其可以通过刚性或者柔性的冷冻剂管线连接到柜台下方的制冷剂单元中，而且其可以接收可移动的导管，该导管对其中的所含物进行冷却；或者集成到单杯咖啡的冲泡器中从而可以对冲泡好的咖啡进行冷却，并操作用于调制出未经稀释的具有现场冲泡风味的冰咖啡。

16.根据权利要求15中的装置，与冲泡器的结合进一步包括使用者启动热/冰选择器和控制器，从而有效地控制压缩机的启动和结束冷却循环，而且其中装置可能会接收使用者-提交的批量的热咖啡和对热咖啡杯进行持续冷却并且没有延迟的要求。

17.一种适用于根据要求将热咖啡冷却为冰咖啡的带动力的装置，该装置包括电动制冷单元和接收咖啡的导管，其中确定制冷单元和导管的尺寸并将它们配置为高效率的，而且被配置为可以快速地将一杯热咖啡冷却到冰冷的状态，而无需稀释或者在大约2分钟的服务时间周期内进行冰冻。

18.根据权利要求17中的装置，该装置集成有控制器，其位于单杯咖啡的冲泡器或者滴漏式咖啡冲泡器中，从而可以对热咖啡进行冷却，当需要提供即时的冲泡服务时，可以选择对成批的咖啡或者咖啡瓶进行连续制冷以调制出冰咖啡。

19.一种适用于调制咖啡或者其他热饮的装置，该装置包括：

外壳，

冲泡部分，其位于外壳之内可以冲泡出热饮，以及

位于外壳之内的带动力的冷却组件，其被配置用于冷却为制冷部件，该制冷部件被确定位置，以便实现与热饮的热交换接触，从而对饮品进行冷却，

其中带动力的冷却组件被确定尺寸并被配置用于将一杯热饮冷却到冰冷的状态，而无需稀释或者在大约2分钟的服务时间周期内进行冰冻。

20.根据权利要求19中的装置，其中带动力的冷却组件包括压缩机和蒸发器，其适用于压缩和循环相变的制冷剂，从而提供位于蒸发器中的选择性冷却，而且蒸发器被配置在流动路径中或者在接收导管中，以便接收和现场冷却即时冲泡的热咖啡。

21.根据权利要求20中的装置，其中蒸发器被定位在接收导管中，而且可以进一步包括位于接收导管中的混合器，从而可以提高热传导对咖啡进行冷却，其中混合器包括一个或者多个搅拌棒，而且机械尾翼或者叶片的阵列是被布置在中心位置上的，或者围绕在蒸发器喷水口和流动设备的周围。

22.根据权利要求21中的装置，其中热交换线圈被布置在接收导管中，而接收导管是可移动地装配到外壳中的，继而可以连接到饮品的冷却腔中，其密集地围绕在蒸发器的周围。

23.一种提供柜台服务的装置，包括制冷剂单元，该单元包括相变的制冷剂，压缩机，其适用于对制冷剂进行压缩，冷凝器，其适用于将热量传递到周围空气中，和蒸发器，其适用于热交换从而对热饮进行冷却，其中蒸发器的位置被确定在服务柜台的上方，并被配置为延伸到导管中，以致压缩后的制冷剂能够蒸发，从而对饮品进行冷却，而且其中导管可移动地装配到蒸发器的周围，继而构成柜台式饮品冷却装置。