CN111227642A - 具有成比例预浸系统的咖啡机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种咖啡机(1)，包括：适于容纳至少一个咖啡剂量(3)的过滤器支架(2)，具有适于向所述咖啡剂量(3)上发送热水流的分配喷嘴(40)的分配单元(4)，供水系统(5)，其具有：泵(50)，用于向所述分配喷嘴(40)供应已加压的水；加热器(6)，其加热待供应至分配喷嘴(40)的水；分配阀(7)，用于向分配喷嘴启用/禁用热水供应，预浸阀(9)安装在分配阀(7)的上游；控制单元(10)，其包括致动机构(11)以致动预浸阀(9)；预浸阀(9)为可编程、成比例类型的双向电磁阀。

Description

具有成比例预浸系统的咖啡机
技术领域
用于工业发明的本专利申请涉及一种具有成比例预浸系统的咖啡机。
背景技术
众所周知，咖啡机包括过滤器支架，在该过滤器支架中放置压缩的磨碎咖啡。具有咖啡剂量的过滤器支架位于咖啡机的分配单元下方。分配单元具有连接到供水系统的分配喷嘴，供水系统以高压(大约9～11巴)供应热水。然而，事实证明，在如此高的热水压力(9～11巴)下，咖啡剂量中的水流量会减少而不是增加，这是因为细粉(即最细的咖啡颗粒)的过度迁移导致咖啡剂量的过度压缩。因此，饮料的提取效率不高。
EP2959808公开了针对该技术问题的解决方案，该解决方案提供了在分配加压的热水之前弄湿咖啡剂量(预浸)。鉴于以上原因，与没有预浸的情况相比，湿咖啡在热水的压力下较少压缩，并且热水的流量增加，从而获得了更有效的提取。
EP2959808公开了一种咖啡机，包括：
-已加压的水源；
-连接到已加压的水源和分配喷嘴的加热器；
-设置在加热器和分配喷嘴之间的分配阀；以及
-在已加压的水源和加热器之间设置附加阀。
为了进行预浸，关闭附加阀，关闭分配阀，并将加热器中的水加热，以使压力略有增加，从而从加热器朝向分配喷嘴足以排出最少量的水。然后，仅打开分配阀，从加热器中喷出少量的低压水，以便通过分配喷嘴达到并浸泡咖啡剂量。在整个预浸过程中，附加阀保持关闭状态。预浸过程完成后，打开附加阀，使已加压的水达到咖啡剂量，提取饮料。
由于将加热器中的水完全加热需要时间，因此现有技术的这种预浸系统受到一些缺点的损害。而且，通过在预浸步骤期间使咖啡剂量完全且连续地变湿，预浸不是完美的，并且在提取饮料的过程中会遇到效率问题。
US2011/097454公开了一种咖啡机，该咖啡机具有用于控制分配的压力的系统，即，供应容纳磨碎咖啡的过滤器内的水的压力。
发明内容
本发明的目的是通过公开一种具有快速、有效、通用、可靠、廉价且易于制造的预浸系统的咖啡机来消除现有技术的缺点。
根据本发明，通过独立权利要求1的特征来实现这些目的。
本发明的有利的实施方式通过从属权利要求体现。
在进行了几次实验测试后，申请人惊奇地发现，可以通过将咖啡剂量用一定比例的加压的热水浸泡来实现将咖啡剂量完美地预浸到过滤器支架中，从而逐渐增加流量，直至达到最大值并逐渐减小流量，直到分配操作中断。实际上，在水流量逐渐减小的过程中，获得了咖啡剂量的沉降和松弛。咖啡剂量的这种松弛产生了反压，该反压在饮料提取期间相继确定了流过咖啡的水流量的增加，从而实现了更高的效率。
通过在供水系统中安装可编程、成比例类型的预浸阀来获得这种结果，该预浸阀为分配单元的分配喷嘴供水。这样的预浸阀是一种具有开闭器的成比例的电磁阀，该开闭器适于部分地和逐渐地打开和关闭与供水系统的连通。
有利地，对这种成比例的电磁阀进行编程，以进行至少两个水分配操作，这些操作由不分配水的时间间隔分开。
附图说明
通过下面的描述，本发明的附加特征将变得更加清楚，下面的描述仅是说明性而不是限制性的实施例，如附图所示，其中：
图1为示意性地示出根据本发明的咖啡机的第一实施方式的框图；
图2为示意性地示出根据本发明的咖啡机的第二实施方式的框图；
图3为在横坐标轴上以秒为单位的时间值，在纵坐标轴上以流量百分数表示的图表，其示出了在预浸阀的分配时间期间流量作为时间的函数的趋势；
图4是与图3相同的图表，其示出了在预浸阀的预浸循环期间流量作为时间的函数的趋势。
具体实施方式
参考附图，公开了根据本发明的一种咖啡机，其通常用附图标记1表示。
参考图1和图2，咖啡机1包括带有壳体20的过滤器支架2，该壳体20适于接收一剂或多剂咖啡剂量3。咖啡为研磨咖啡或粉末咖啡的形式，并在过滤器支架的壳体20中进行压缩。过滤器支架2具有与壳体20连通的抽取喷嘴21，从中提取饮料。
过滤器支架2设置在具有分配喷嘴40的分配单元4内，以向咖啡剂量3供应热水。
分配单元的分配喷嘴40连接到供水系统5。供水系统5包括泵50，该泵50通常用于从水箱(图中未示出)以大约9～11巴的压力供应已加压的水。
在供水系统5中，在泵50和分配单元的分配喷嘴40之间设置加热器6。加热器6适于将水加热到大约88℃～96℃的温度，即适于提取饮料的温度。
因此，在供水系统5中，加热器6上游的水是冷的，而加热器6下游的水是热的，温度约为88℃～96℃。
分配阀7设置在分配单元4内，以启用或禁用从供水系统5向分配单元的分配喷嘴40的水供应。
分配阀7为三通电磁阀，连接到三个管道：
-与供水系统5连通的入口管道51，
-与分配喷嘴40连通的出口管道52，
-与排水管8连通的排水管道53。
在提取饮料的过程中，分配阀7打开入口管道51和出口管道52之间的连通，并关闭与排水管道53的连通。当分配操作完成时，分配阀7打开出口管道52和排水管道53之间的连通，并关闭与入口管道51的连通。鉴于以上所述，在提取结束时，将残留在咖啡剂量3和分配单元4之间的水排出，以消除分配单元的该区域中的压力，并允许移除过滤器支架2，而不会从供水系统5泄漏任何已加压的水。
根据本发明，预浸阀9设置在分配阀7的上游的供水系统5中。
根据图1的第一实施方式，预浸阀9设置在加热器6的下游，即，在容纳温度为88℃～96℃的热水的入口管道51中。
根据图2的第二实施方式，预浸阀9设置在加热器6的上游，即在包含冷水的管道54中。管道54设置在泵50与加热器6之间。
预浸阀9是可编程、成比例类型的双向电磁阀。换言之，预浸阀9具有开闭器，该开闭器适于部分地和逐渐地打开和关闭电磁阀的两个方向之间的连通。
预浸阀9连接到具有致动机构11的咖啡机的控制单元10，该致动机构适于向预浸阀9发送指令信号S以使电磁阀的开闭器与指令信号S成比例地逐渐移动，获得电磁阀的逐渐打开，直到电磁阀完全打开，以及使电磁阀逐渐关闭，直到电磁阀完全关闭。
为了说明的目的，预浸阀9可以是电压控制的成比例的电磁阀。在这种情况下，致动机构11为可变电压发生器，而指令信号S为可变电压信号，该可变电压信号适于向预浸阀提供与待获得的预浸阀的开度成比例的可变电压。
预浸阀9可以是频率控制的成比例的电磁阀。在这种情况下，致动机构11为可变频率的交流电的发生器，并且指令信号S为具有可变频率的交流电的信号，其适于向预浸阀供给与待获得的预浸阀的开度成比例的、具有可变频率的交流电。
预浸阀可以是具有致动开闭器的步进马达的电磁阀。在这种情况下，致动机构11为步进电动机的驱动器，而指令信号S为根据待获得的电磁阀的开度成比例地调节步进电动机的旋转的电流信号或电压信号。在这种情况下，马达具有编码器以控制电磁阀的开闭器的位移速度和位置。
图3示出了一个实施例，其中，预浸阀9被编程为具有5秒的分配时间Te，其中预浸阀被逐渐地打开和关闭。
从时间0开始，预浸阀逐渐开始打开；
-在0.8秒钟后，预浸阀部分打开，以获得相对于预浸阀完全打开时的最大流量的40％的流量；
-在2秒钟后，预浸阀完全打开，以允许最大流量；
-预浸阀保持完全打开状态1秒钟；
-在3秒钟后，预浸阀开始逐渐关闭；
-在4.3秒钟后，预浸阀部分关闭，以获得相对于电磁阀完全打开时的最大流量的60％的流量；以及
-在5秒钟后，预浸阀完全关闭，而流量中断。
预浸阀9被构造为：
-从预浸阀打开的时刻到预浸阀关闭的时刻的分配时间Te，
-从预浸阀开始打开的时刻到预浸阀完全打开的时刻的打开时间T1，
-预浸阀完全打开的最大流量时间T2，
-从预浸阀开始关闭的时刻到预浸阀完全关闭的时刻的关闭时间T3。
有利地，致动机构11以如下方式控制预浸阀：打开时间T1大于分配时间Te的1/3，最大流量时间T2小于分配时间Te的1/3，而关闭时间T3大于分配时间Te的1/3。出于说明目的，打开时间T1约为分配时间的2/5，最大流量时间T2约为分配时间的1/5，而关闭时间约为分配时间的2/5。
可以通过控制单元10设置预浸阀的分配时间Te、打开时间T1、最大流量时间T2以及关闭时间T3。
必须注意的是，预浸阀9在高压(9～11巴)下供水。但是，由于电磁阀的逐渐打开，达到咖啡剂量3的水不足以压缩咖啡粉，并且由于电磁阀的逐渐关闭，咖啡被水浸泡的时间足以引起咖啡粉的松弛。
如图3所示，在预浸周期中，预浸阀仅执行一次分配操作，总共持续5秒。
有利地，可以这样的方式对预浸阀9进行编程，使得在预浸循环期间，电磁阀进行至少两个分配操作，这些分配操作由电磁阀完全关闭的空闲时间间隔分开。
图4示出了一个实施例，其中预浸阀9被编程为具有5秒的持续时间Tp的预浸周期，该持续时间Tp包括由空闲时间To分隔的三个分配时间Te。每个分配时间Te持续1秒，每个空闲时间To持续1秒。通过控制单元10设定预浸周期Te的分配时间的次数和频率。
在空闲时间To期间，在没有给咖啡剂量3加水的情况下，咖啡沉降和松驰；随后，以逐渐增加和逐渐减少的流量供应热水，从而浸泡咖啡。这样的系统防止了咖啡的过度压缩，咖啡的过度压缩会阻碍高压流动。
当预浸时间结束时，可以使预浸阀9保持全部或部分打开，以使热水的连续流量达到预浸咖啡的剂量，以提取饮料。
替代地，预浸阀9也可以在饮料提取期间以替代模式操作。实际上，已经注意到，通过以交替模式，即，将持续时间为1秒的分配时间Te与持续时间为1秒的空闲时间To交替，操作预浸阀9，在大约5秒钟后，就可以完美地提取饮料，而不会对提取饮料产生任何阻碍。
必须注意的是，在咖啡的预浸和饮料提取的整个过程中，分配阀7保持打开状态。取而代之的是，预浸阀9至少在预浸期间内运行，该预浸期间必须至少为4秒。当预浸周期结束时，预浸阀9可以保持打开状态以允许连续流动进行提取，或者可以交替模式操作以允许间歇性流动进行提取。
必须注意，由于分配阀7不能以成比例的模式或交替的模式运行，因此预浸阀9的功能不能由分配阀7执行。实际上，分配阀7是开/关型的三通阀，其仅允许一个或多个方向完全关闭或完全打开。分配阀7的第三个方向连接到通向排水管8的排水管道53。因此，通过在预浸或分配步骤期间以交替模式打开和关闭分配阀7，在第一提取步骤期间，与咖啡剂量3接触的水将被输送至排水管8。这样，从咖啡剂量3中消除了被水部分溶解和提取的物质和香气，并且，所述物质和香气在通过咖啡剂量时不会被过滤器支架的提取喷嘴21提取。
由于提供了双向预浸阀9，供水系统5和分配单元4的容纳咖啡剂量3的区域始终可以装满，从而增加和减少了水在咖啡剂量上的压力，在提取饮料的过程中水不会向排水管8泄漏。
可以在本领域技术人员的能力范围内对本发明的当前实施例做出许多等同的变化和修改，无论如何都落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种咖啡机(1)，包括：
-适于容纳至少一剂咖啡剂量(3)的过滤器支架(2)，
-适于容纳所述过滤器支架(2)的分配单元(4)；所述分配单元具有适于向容纳在所述过滤器支架内的咖啡剂量(3)发送热水流的分配喷嘴(40)，
-供水系统(5)，其具有泵(50)以将已加压的水供应到所述分配单元的所述分配喷嘴(40)，
-设置在所述供水系统(5)内的加热器(6)，以加热待供应到所述分配喷嘴(40)的水，
-设置在所述供水系统内的分配阀(7)，位于所述加热器(6)和所述分配喷嘴(40)之间，以启用/禁用向所述分配喷嘴的热水供应，
-预浸阀(9)，设置在所述供水系统(5)内、所述分配阀(7)的上游，以及
-控制单元(10)，其包括用于致动所述预浸阀(9)的致动机构(11)，
其中所述预浸阀(9)为可编程、成比例类型的双向电磁阀，其包括开闭器，所述开闭器适于根据所述致动装置(11)发送的指令信号(S)成比例地在电磁阀的两个方向之间逐渐打开和关闭连通；
其特征在于
所述致动机构(11)和预浸阀(9)被构造为具有：
-从预浸阀打开的时刻到预浸阀关闭的时刻的分配时间(Te)，
-从预浸阀开始打开的时刻到预浸阀完全打开的时刻的打开时间(T1)，
-预浸阀完全打开的最大流量时间(T2)，以及
-从预浸阀开始关闭的时刻到预浸阀完全关闭的时刻的关闭时间(T3)；
其中所述打开时间(T1)大于所述分配时间(Te)的1/3，所述最大流量时间(T2)小于所述分配时间(Te)的1/3，以及所述关闭时间(T3)大于所述分配时间(Te)的1/3。
2.根据权利要求1所述的咖啡机(1)，其中，所述打开时间(T1)约为所述分配时间(Te)的2/5，所述最大流量时间(T2)约为所述分配时间(Te)的1/5，以及所述关闭时间(T3)约为所述分配时间(Te)的2/5。
3.根据权利要求1或2所述的咖啡机(1)，其中，所述致动机构(11)和所述预浸阀(9)被构造为，使所述预浸阀(9)在预浸周期中仅进行一次分配操作。
4.根据权利要求1或2所述的咖啡机(1)，其中，所述致动机构(11)和所述预浸阀(9)被构造为，使所述预浸阀在预浸周期中进行至少两个分配操作，这些操作由电磁阀完全关闭的空闲时间间隔分开。
5.根据前述权利要求中任一项所述的咖啡机(1)，其中，所述预浸阀(9)为具有电压或频率控制的成比例的电磁阀，并且所述致动机构(11)为可变电压或交流电的发生器，并且控制信号(S)为可变电压或具有可变频率的交流电的信号，适于与待获得的所述预浸阀的开度成比例地向预浸阀提供可变电压或具有可变频率的交流电。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的咖啡机(1)，其中，所述预浸阀(9)为电磁阀，其具有用于致动所述开闭器的步进马达；致动机构(11)为步进马达的驱动器，并且控制信号(S)为电流或电压信号，该电流或电压信号与待获得的预浸阀的开度成比例地控制步进马达的旋转。
7.根据前述权利要求中任一项所述的咖啡机(1)，其中，所述预浸阀(9)安装在所述加热器(6)的下游或上游。
8.用咖啡机(1)提取咖啡的方法，包括以下步骤：
-通过在所述咖啡剂量(3)上供应已加压的热水流来预浸容纳于过滤器支架(2)内的咖啡剂量(3)，
-通过供应已加压的热水来提取饮料，
其中
所述预浸的步骤通过预浸阀(9)来执行，该预浸阀包括可编程、成比例类型的双向电磁阀，包括开闭器，所述开闭器适于与致动机构(11)发送的指令信号(S)成比例地逐渐地打开和关闭所述电磁阀的两个方向之间的连通，
其特征在于，
所述方法包括：
-从预浸阀打开的时刻到预浸阀关闭的时刻的分配时间(Te)，
-从预浸阀开始打开的时刻到预浸阀完全打开的时刻的打开时间(T1)，
-预浸阀完全打开的最大流量时间(T2)，以及
-从预浸阀开始关闭的时刻到预浸阀完全关闭的时刻的关闭时间(T3)；
其中所述打开时间(T1)大于所述分配时间(Te)的1/3，所述最大流量时间(T2)小于所述分配时间(Te)的1/3，所述关闭时间(T3)大于所述分配时间(Te)的1/3。
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