JP2008501889A - 飲料製造器 - Google Patents

Abstract

本発明はホットドリンク製造器に使用する熱駆動ポンプを提供する。ポンプは、熱アクチュエータ（２０）とピストン（４２）からなる。ピストンはシリンダ（５０）内に配置されて、熱アクチュエータに接続され、使用時、熱アクチュエータに供給される熱によりアクチュエータがピストンを駆動しさらにシリンダ内に押し込み、シリンダ内の圧力上昇を生じさせるようになっている。

Description

本発明はエスプレッソコーヒー等のホット飲料を製造するのに使用することができる装置に関する。

従来のエスプレッソコーヒー製造器は、コーヒー粉末に熱水を高圧（典型的には９又は１０バール）で通過させることにより、コーヒー粉末から物質の正しい混合物を抽出することができる。

初期のエスプレッソ製造器は、水密ピストンをシリンダ内に閉じ込められた熱水に向かって押圧することにより高圧を得ていた。このピストンは手で駆動され、通常は大きな力を生じるレバー装置を利用している。英国特許第７１８９６５号は、このような装置の初期の形態を示し、国際公開第０３／１０１２６４号はごく最近の例を示している。しかし、これらの初期のコーヒー製造器は、良いエスプレッソを製造するのに高度の熟練を要するので、頼りにならない。また、嵩張るのでコーヒー店の外で使用するのに適していなかった。

最近のエスプレッソ製造器は、ピストンとシリンダを典型的には主電源により給電される電動ポンプに置き換えることで、レバーの手動操作の必要性を排除している。米国特許第３１１９３２２号はこのような機器の概説している。これらの機器は、通常冷水を機器に取り入れ、加熱する前に加圧する必要がある。これらの機器は非常に多くの部材を必要とするので、典型的には複雑で、重く、嵩張っている。これは非常に高価になることを意味する。
英国特許第７１８９６５号 国際公開第０３／１０１２６４号 米国特許第３１１９３２２号

したがって、レバーピストン機器よりも熟練と努力を要せずに操作することができ、電動ポンプ機器よりも易く、簡単、軽量で、小さなエスプレッソ製造器に対する要求がある。

本発明によると、ホットドリンク製造器に使用する熱アクチュエータポンプにおいて、熱アクチュエータとピストンからなり、ピストンはシリンダ内に配置され、ピストンは熱アクチュエータに接続され、使用時に、熱アクチュエータに供給される熱により、熱アクチュエータはピストンを駆動し、シリンダ内にさらに進入して、シリンダ内の圧力の増加を生成する熱アクチュエータポンプが提供されている。

一般に、熱アクチュエータは、加熱すると著しく膨張する材料からなり、例えば溶融すると膨張する固体（パラフィンワックスのようなもの）、煮沸すると膨張する液体（アルコールのようなもの）、ある温度で結晶構造に変化させると膨張する材料（ニッケルーチタニウムのようなもの）からなる。本発明による熱アクチュエータは、熱源例えば熱アクチュエータと接触する熱液体からエネルギーを取得し、このエネルギーを使用してピストンを駆動し、熱水を加圧し、コーヒー粉末により生成される収縮部（constriction）を通してエスプレッソコーヒーを作る原理で作動する。熱源が熱アクチュエータと接触する熱液体からなるとき、熱アクチュエータは、熱液体がエスプレッソコーヒーを作るのに十分な温度以上になったときにのみ膨張するのが好ましい。典型的には、熱液体は熱水であり、好ましくはこの熱水が圧縮されてコーヒー粉末を通り、エスプレッソコーヒーを作るのが好ましい。

熱アクチュエータ及びこの熱アクチュエータと接触する熱液体は、シリンダ又は凹部に収容することができる。

熱アクチュエータ及びこの熱アクチュエータと接触する熱液体がシリンダに収容されているとき、それらはシリンダの上部に収容されていてもよいし、シリンダの底部に収容されていてもよい。ここで、上部と底部は分離手段によって分離されている。通常、ピストンはピストンヘッドとピストン軸を有し、好ましくはピストンヘッドは分離手段として使用される。

この実施形態では、シリンダの底部は熱水が圧縮されてエスプレッソコーヒーを作る場所である。

熱アクチュエータが熱液体例えば熱水によって加熱されると、この熱液体は続いてピストンによって圧縮され、ホットドリンクを作ることができる。これを達成するために、液体は典型的にはシリンダの上部に好ましくは上面の多孔を通して導入され、そしてシリンダの底部に移送されて圧縮される。この移送を促進するために、１又は複数の移送パイプ及び/又はエアベントが導入されてもよい。ここで、使用時に、移送パイプは液体がシリンダの上部からシリンダの底部に流れるのを許容し、エアベントは置換空気がシリンダの底部から逃げるのを許容する。好ましくは、１又は複数の移送パイプ及び/又はエアベントは分離手段に形成される。１又は複数の移送パイプは、液体が（シリンダの底部に）一方向にのみ流れることができるような弁を含むことが好ましい。好ましくは、この弁はフロートタイプの逆止弁である。エアベントは好ましくはシリンダが満杯になったときに閉じてさらに空気又は水が漏れるのを防止するように形成されている。

水、実際にはアクチュエータを加熱するのに使用される任意の液体は、シリンダの上部に置かれる前に加熱されるか、シリンダの上部及び/又は底部内で加熱される。液体がシリンダの上部及び/又は底部内で加熱される場合、該液体は（従来のポンプ駆動エスプレッソ製造器のように）内部熱源を介して加熱されてもよいし、炎のような外部熱源を介して加熱されてもよい。好ましくは、加熱要素のような内部熱源が使用され、これはシリンダの上部及び/又は底部に設置することができ、熱アクチュエータと接触する液体は当該熱アクチュエータと接触する前又は接触している間に加熱されるようになっている。

代案の実施形態では、熱アクチュエータ及び該熱アクチュエータと接触する任意の熱液体は、凹部に収容されてもよい。任意の液体は熱水であり、この熱水は続いて圧縮されてコーヒー粉末を通り、エスプレッソコーヒーを作ることが好ましい。このために、凹部は、移送パイプによりシリンダに接続され、使用時に、移送パイプが熱水を凹部からシリンダに運ぶようになっている。さらなるオプションとして、移送パイプは、凹部に隣接するが該凹部には接続されていないリザーバを凹部に接続し、使用時に、凹部内の熱アクチュエータが熱を受ける前に、すなわち、熱アクチュエータが膨張する前に、リザーバに設置された熱液体がシリンダに流入するようにしてもよい。移送パイプは、リザーバと凹部の両方からの熱液体が好ましくは当該移送パイプを介してシリンダに流入するように形成してもよいということも考えられる。

本発明によるポンプが凹部からなるとき、シリンダは付加的に、シリンダが満杯になると閉じる弁と組み合わせて、エアベントを有していてもよい。さらに、各移送ポンプは、液体がシリンダにのみ流れることができるような一方向弁を有していてもよい。好ましくは、これらの弁はフロートタイプの逆止弁である。

凹部を含む熱駆動ポンプ内に収容される熱液体は、直接に凹部及び/又はリザーバに供給されてもよいし、凹部及び/又はリザーバ内で加熱されてもよい。液体が凹部及び/又はリザーバ内で加熱される場合、当該液体は、（従来のポンプ駆動エスプレッソ製造器のように）内部熱源を介して加熱されてもよいし、炎のような外部熱源を介して加熱されてもよい。

前記実施形態のいずれかによる熱駆動ポンプは、前記アクチュエータの伸長に対して前記シリンダ内で形成される圧力を制御する手段をさらに有し、使用時に前記シリンダ内が危険圧力に達するまで前記ピストンが前記シリンダ内に進入しない。したがって、このような手段は、ピストンを作動する前に熱アクチュエータにより熱源（例えば熱液体）からエネルギーを抽出するための一時貯蔵手装置として動作する。好ましくは、前記形成された圧力を制御する手段は、前記熱アクチュエータと前記ピストンの間に装着されたスプリングと、前記シリンダからの流路内に装着された解放弁との組合わせからなる。このような解放弁は、手動又は自動で操作されてもよいし、例えばコーヒー粉末により形成される収縮部（constriction）の前又は後に設置されてもよい。

さらに、前述の実施形態のいずれかによる熱駆動ポンプは、各使用後に前記ピストンと前記アクチュエータがスタート位置に戻るようにする戻し機構をさらに有することが好ましい。この戻し機構は、スプリングからなることが好ましい。

前記実施形態のいずれかによる熱駆動ポンプは、前記シリンダに接続されたバスケットをさらに有し、使用時にいずれかの解放弁が開放されると加圧熱液体が前記シリンダから前記バスケットに通過するようにすることが好ましい。好ましくは、バスケットは、使用時にホットドリンクを作るための濃縮物（concentrate）を収容するように配置され、さらに好ましくは、前記濃縮物はコーヒー粉末である。

本発明はさらに、熱駆動ポンプを有するエスプレッソコーヒー製造器、ホットドリンクを作るためのそのようなエスプレッソコーヒー製造器の使用、及びホットドリンクを作るための熱駆動ポンプの使用を提供する。しかしながら、好ましくは、本発明によるエスプレッソコーヒー製造器及び熱駆動ポンプは、エスプレッソを作るのに使用するように配置される。

以下、添付図面の助けを借りて本発明を例証する。

図１Ａと１Ｂは、本発明による熱駆動ポンプの第１実施形態を示す。この実施形態では、ほぼ円筒形の熱アクチュエータ２０がシリンダ５０の中に位置し、この熱アクチュエータ２０の中にピストン軸４２が嵌め込まれている。ピストン軸４２は、熱アクチュエータ２０の軸に沿って延び、熱アクチュエータ２０の上端から突出し、多孔シリンダ蓋２００と接触するようになっている。

ピストンヘッド４４は、熱アクチュエータ２０の上端とシリンダ壁の間の隙間を橋絡し、シリンダ５０の上部５２とシリンダ５０の底部５４を分離している。

フロートタイプの形態を採ることができる２つの一方向弁８０がピストンヘッド４４に配置され、水がシリンダ５０の上部５２からシリンダ５０の底部５４に流れることを可能にし、置換空気がシリンダ５０の底部５４から上部５２に逃げることを許容している。

シリンダ５０の底部５４は、加熱要素３００を有し、この加熱要素３００にてシリンダ５０の底部５４の水が加熱される。シリンダ５０の下方には、使用時にコーヒー粉末１００を収容するバスケット９０がある。カップ１１０は、バスケット９０の下方に設置される。

冷水を多孔シリンダ蓋２００を介してシリンダ５０の上部５２に注入すると、図１Ａに示すように、水は一方向弁８０の一方を通ってシリンダ５０の底部５４に流れ込む。
置換空気は他方の一方向弁８０を通って逃げる。シリンダ５０の底部５４が一杯になると、一方向弁８０が閉じるので、水はシリンダ５０の底部５４から出てシリンダ５０の上部５２に再流入することができない。

シリンダ５０の底部５２の冷水は、加熱要素３００により加熱され、少し遅れて、熱アクチュエータ２０が膨張し、加熱要素３００がサーモスタット（不図示）によりオフされる。熱アクチュエータ２０の膨張により、ピストン軸４２は熱アクチュエータ２０内での占有体積が少なくなり、この結果、ピストン軸４２を上方に押す力が生じる。しかし、ピストン軸４２は多孔容器蓋２００により拘束されているので、図１Ｂに示すように、ピストン４４が代わりに下方に押しやられ、シリンダ５０の下部５４の熱水を圧縮する。前述したように、一方向弁８０は水がシリンダ５０の上部５２に戻るのを防止している。

シリンダ５０の下部５４が十分な圧力に到達すると、水はコーヒー粉末を収容するバスケット９０を通って押し出される。エスプレッソコーヒーはバスケット９０から抽出され、熱アクチュエータポンプ１０の下方に設置されているカップ１１０に収集される。

図２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、本発明による熱アクチュエータポンプの第２実施形態を示す。
これらの図において、ピストン軸４２とピストンヘッド４４は、熱アクチュエータ２０によって分離され、前述したように使用時に熱アクチュエータの膨張によりピストンヘッド４４が下方に移動するようになっている。この実施形態では、移送パイプ１５０とエアベントパイプ１６０がピストンヘッド４４に形成され、水が移送パイプ１５０を介してシリンダ５０の底部５４に流入し、空気がエアベントパイプ１６０を介してシリンダ５０の底部５４から流出するようになっている。多孔保持ケージ１９０内に保持されている単一のフロートタイプの逆止弁ボール１８０がこれらの動きを制御する。これにより設計が大いに単純化する。熱水は典型的にはシリンダ５０の上部５２に注入される。

図２Ｂは、シリンダ５０の底部５４が空で、移送パイプ１５０とエアベントパイプ１６０が空間１７０に接続されているときの第２実施形態を示す。使用時に、水がシリンダ５０の上部５２から移送パイプ１５０を通ってシリンダ５０の底部５４に流入し、置換空気がシリンダ５０の底部５４からエアベントパイプ１６０を介して離脱することができるようになっている。しかしながら、シリンダ５０の底部５４が水で満たされると、図２Ｃに示すように、フロートタイプの逆止弁ボール１８０はシリンダの底部５４内の水の表面に浮遊し、保持ケージ１９０内で上昇する。これにより、空間１７０がシールされ、移送パイプ１５０を通る水の流れはエアベントパイプ１６０を介してシリンダの上部５２に戻ることができる。シリンダ５０の底部５２は、もはや大気圧と平衡することができない。したがって、第１実施形態と同じ方法で、水の圧縮が保証される。

図３は、本発明による熱アクチュエータポンプ１０の第３実施形態を示す。熱アクチュエータ２０は井戸状凹部（well）３０内に位置している。熱アクチュエータ２０は規則的に構成されたピストン４０に接続され、アクチュエータの駆動によりピストンがシリンダ５０に押し込まれるようになっている。熱水は典型的には凹部３０に注入される。

凹部３０は、移送パイプ６０によってシリンダ５０に接続され、移送パイプ６０は一方向弁７０を収容している。置換空気は、ピストンヘッドに設置されたフロートタイプ逆止弁８０を介してシリンダから逃れることができる。

シリンダの下方には、使用時にコーヒー粉末１００を収容するバスケット９０がある。カップ１１０は熱駆動ポンプ１０の下方に設置され、使用時にエスプレッソコーヒーで満たされる。

図４Ａは、シリンダ５０を完全に満たす前の図３の熱駆動ポンプを示す。熱水が（Ｗで示すように）凹部３０の上方から注入されると、その熱水は移送パイプ６０を通って流れ、一方向弁７０を通過し、シリンダ５０に流入する。置換空気はフロートタイプ逆止弁８０を通ってシリンダ５０から離脱し、大気圧を維持する。シリンダが満たされると、フロートタイプ逆止弁８０は閉じ、シリンダの大気圧との平衡はもはや生じない。熱水がさらに付加されると、シリンダ全体、移送パイプ及び凹部は、図４Ｂに示すように満杯になる。少し遅れて、凹部内の熱水により熱アクチュエータ２０が膨張し（Ｘで示す）、これによりピストン４０は下方に駆動されてシリンダ５０に進入する。

これにより、シリンダ内に収容されている水が（Ｙで示すように）圧縮される。一方向弁７０と逆止弁８０は、装着圧力が熱水を移送パイプ６０の上方へ又はシリンダの外へ逆流しないことを保証する。

ピストンがさらに前進すると、圧力はエスプレッソコーヒーを作るのに適切な圧力に到達するまで上昇を続ける。この配置を図４Ｃに示す。この時点で、熱水はコーヒー粉末１００を収容しているバスケット９０を通過する。エスプレッソコーヒーはバスケットから流出し、熱アクチュエータポンプ１０の下方のカップ１１０に（Ｚで示すように）収集される。

本発明の代案の実施形態を図５と図６に示す。

図５は、圧力制御装置を組み込んだ熱アクチュエータを示す。この実施形態では、圧力制御装置は、スプリング１２０の形態をとる。スプリング１２０は、熱アクチュエータ２０とピストン４０の間に装着されて、前の実施形態のピストン軸の一部の役割を果たすようになっている。スプリング１２０は、シリンダからバスケットへの流路内に装着された解放弁１３０と関連して存在する。代案として、この解放弁１３０はコーヒー粉末１００から機器の外に導く出口チューブに設けることができ、これによりエスプレッソがカップ１１０に注入されるようになっている。使用時、熱アクチュエータの伸長によりスプリング１２０の圧縮が生じ、シリンダ５０内の熱水に生じる圧力を制御することができる。この圧力は、スプリング１２０の剛性とそのプリ圧縮力により決定される。閉鎖位置にある解放弁１３０は、熱水がコーヒー粉末１００を通って逃げるのを防止する。

熱アクチュエータが完全伸長状態に到達し、スプリング１２０が完全に圧縮されると、解放弁１３０が開放され、これにより熱水はコーヒー粉末１００をカップ１１０に漏出することができる。しかしながら、シリンダ５０が空になった際に熱水に作用する圧力は、他の実施形態におけるような熱アクチュエータの伸長量よりもむしろ、スプリング１２０の剛性とプリ圧縮により制御される。スプリング１２０の剛性とプリ圧縮の適切な選択と、開放弁１３０の特性の適切な選択とにより、熱水は動作中許容範囲に維持することができる。

図６は、凹部１３０と分離したリザーバ１４０を組み込んだ熱アクチュエータポンプを示す。この実施形態では、移送パイプ１５０は、リザーバ１４０と凹部３０をシリンダ５０に接続する。使用時、この配置は、熱アクチュエータ２０を熱水にさらす前に、シリンダをリザーバからの水で満たすことを促進し、シリンダ５０がアクチュエータ２０の伸長が始まる前に満杯になることを保証する。

前記実施形態に開示された個々の特徴は所望により交換できるし組み合わせることもできることは、当業者に理解されるであろう。

本発明による熱駆動ポンプの側面図を示す。 本発明による熱駆動ポンプの側面図を示す。 代案の熱駆動ポンプの側面図を示す。 代案の熱駆動ポンプの側面図を示す。 代案の熱駆動ポンプの側面図を示す。 凹部を組み込んだ熱駆動ポンプの側面図を示す。 図３の熱駆動ポンプの使用時の概略図を示す。 図３の熱駆動ポンプの使用時の概略図を示す。 図３の熱駆動ポンプの使用時の概略図を示す。 圧力制御装置と凹部を組み込んだ熱駆動ポンプの側面図を示す。 凹部と分離したリザーバを組み込んだ熱駆動ポンプの側面図を示す。

符号の説明

１０ 熱アクチュエータポンプ
２０ 熱アクチュエータ
３０ 凹部
４０ ピストン
４２ ピストン軸
４４ ピストンヘッド
５０ シリンダ
５２ 上部
５４ 底部
６０ 移送パイプ
７０ 一方向弁
８０ 一方向弁
９０ バスケット
１００ コーヒー粉末
１１０ カップ
１２０ スプリング
１３０ 解放弁
１４０ リザーバ
１５０ 移送パイプ
１６０ エアベントパイプ
１７０ 空間
１８０ 逆止弁ボール
１９０ 多孔保持ケージ
２００ シリンダ蓋
３００ 加熱要素

Claims (24)

1. ホットドリンク製造器に使用する熱アクチュエータポンプにおいて、熱アクチュエータとピストンからなり、ピストンはシリンダ内に配置され、ピストンは熱アクチュエータに接続され、使用時に、熱アクチュエータに供給される熱により、熱アクチュエータはピストンを駆動し、シリンダ内にさらに進入して、シリンダ内の圧力の増加を生成する熱アクチュエータポンプ。
2. 前記熱アクチュエータと接触する熱液体により熱が前記熱アクチュエータに供給される請求項１に記載のポンプ。
3. 熱液体がエスプレッソコーヒーを作るのに十分な温度でない限り、前記熱アクチュエータは伸長しない請求項２に記載のポンプ。
4. 前記ポンプはさらに内部熱源を有する請求項１から３のいずれかに記載のポンプ。
5. 前記シリンダは上部と底部からなり、前記ピストンはピストン軸とピストンヘッドからなり、前記シリンダの上部は前記ピストンヘッドにより前記シリンダの底部から分離しされている請求項１から４のいずれかに記載のポンプ。
6. 前記シリンダの底部は加熱要素を有する請求項５に記載のポンプ。
7. 移送パイプが前記シリンダの上部を底部に接続している請求項５又は６に記載のポンプ。
8. 前記移送パイプは、一方向弁を有し、使用時、液体が前記シリンダの底部に向かってのみ流れる請求項７に記載のポンプ。
9. 前記ピストンヘッド又は前記シリンダの底部は、エアベントを有し、これにより使用時に熱液体がシリンダの底部に初期に流れると置換空気が逃げることができる請求項５から８のいいずれかに記載のポンプ。
10. 前記エアベントは、
    前記シリンダの底部が十分な液体を収容すると、空気はもはや逃れることができないし、前記シリンダの底部の圧力の増加を保証することができる請求項９に記載のポンプ。
11. さらに凹部を有し、前記熱アクチュエータは前記凹部内に位置している請求項１−４のいずれかに記載のポンプ。
12. 移送パイプをさらに有する請求項１１に記載のポンプ。
13. 前記移送パイプは、前記凹部を前記シリンダに接続するように配置され、これにより使用時に、前記移送パイプは熱液体を前記凹部と前記シリンダの間に移送する請求項１２に記載のポンプ。
14. 前記移送パイプは、前記凹部に隣接しているが接続されていないリザーバに接続され、使用時に熱液体を前記凹部に置く前に、熱液体がリザーバに置かれて前記シリンダに流入するように前記シリンダを配置する請求項１２に記載のポンプ。
15. 前記移送パイプは、前記リザーバと前記凹部の両方からの水が当該パイプを介して前記シリンダに流入するように構成されている請求項１２に記載のポンプ。
16. 前記移送パイプは、使用時に熱液体が前記シリンダに向かってのみ流動するように一方向弁を有している請求項１２から１６のいずれかに記載のポンプ。
17. 前記シリンダは、使用時に熱液体が初期に前記シリンダに流入すると、置換空気が逃れることができるように、エアベントを組み込んでいる請求項１２から１６のいずれかに記載のポンプ。
18. 前記エアベントは、一旦前記シリンダが十分な水を収容すると、空気がもはや逃れることができず、前記シリンダ内の圧力の増加を保証できるように構成されている請求項１７に記載のポンプ。
19. 前記エアベントは、フロートタイプの逆止弁である請求項１０，１７又は１８のいずれかに記載のポンプ。
20. 前記アクチュエータの伸長に対して前記シリンダ内で形成される圧力を制御する手段をさらに有し、使用時に前記シリンダ内が危険圧力に達するまで前記ピストンが前記シリンダ内に進入しない請求項１から１９のいずれかの記載のポンプ。
21. 前記圧力制御手段は、前記熱アクチュエータと前記ピストンの間に装着されたスプリングと、前記シリンダからの流路内に装着された解放弁との組合わせからなる請求項２０に記載のポンプ。
22. 各使用後に前記ピストンと前記アクチュエータがスタート位置に戻るようにする戻し機構をさらに有する請求項１から２１のいずれかに記載のポンプ。
23. 前記シリンダに接続されたバスケットをさらに有し、使用時にいずれかの解放弁が開放されると加圧熱液体が前記シリンダから前記バスケットに通過するようにした請求項１から２２のいずれかに記載のポンプ。
24. 請求項１から２３のいずれかに記載の熱アクチュエータポンプを有するエスプレッソコーヒー製造器。

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