JP2012511936A - 液体抽出器 - Google Patents

Abstract

遠心ボウルは、回転軸のまわりに回転することができるベースを有する。穴が開いた周辺側ふるい壁の形をとる濾過ふるいが、開口端から前記ベースまで延在し、複数の羽根が、該穴が開いた周辺側ふるい壁の内面において主に径方向に配置される。

Description

本発明は、ジューサの遠心ボウル装置のような固形物から液体を抽出するための装置に関する。

国際特許出願公開WO2005110173は、果汁抽出器のための複動ふるいを開示している。該開示された複動ふるいは、ベースの円錐に配置された、より急な角度を持つ円錐を有する。斯かるジューサは、限られた果汁の抽出量しか持たない。

本発明の目的は、液体の抽出量を増大させることができる遠心ボウル装置を提供することにある。本発明の他の目的は、液体の抽出量を改善するための方法を提供することにある。

本発明の目的は、回転軸のまわりに回転することができるベースを有する遠心ボウルを提供することにより達成される。穴が開いた周辺側ふるい壁の形をとる濾過ふるいが開口端から前記ベースまで延在し、複数の羽根が、前記穴が開いた周辺側ふるい壁の内面において主に径方向に配置される。開示される遠心ボウルは、回転速度を正に適用することにより分離を効率的に増大させ、従って液体の抽出量を増大させる。

本発明の一実施例においては、前記羽根の形状は三角形であり、供給管と前記穴が開いた周辺側ふるい壁との間の空間を幾分か満たす。前記羽根の形状は、穴が開いた周辺側ふるい壁及び供給管の方向に基づいて選択される。三角形の形状の前記羽根は、捕獲効率を改善する。

本発明の更なる実施例においては、前記羽根の数は６枚である。羽根の数と、羽根のサイズと、垂直方向の分散挙動と、捕獲効率との間には関係がある。本発明者は、６枚の羽根が好適な捕獲効率に帰着し、それによりジューサの抽出量を増大させることを見出した。

本発明の更に他の実施例においては、前記羽根は、前記穴が開いた周辺側ふるい壁と前記羽根との間に漏れが生じないように配置される。このことは、固形物が遠心ボウル内に残ることを確実にする。このことは、漏れによる損失を最小化し、液体の抽出量を増大させる。

本発明の更に他の実施例においては、前記ベースはドーム型であり、ドーム構造の内側に配置された切歯を持つ。該ドーム構造は、果肉と果汁との混合物の、垂直方向により分散されたパターンを生成し、それ故果汁の抽出量を増大させる。

本発明の更なる目的によれば、ジューサの果汁抽出量を改善する方法が開示される。前記ジューサは、回転軸のまわりに回転することができるベースを備えた遠心ボウルを持つ。穴が開いた周辺側ふるい壁の形をとる濾過ふるいが、開口端から前記ベースまで延在する。前記果汁抽出量を改善する方法は、接線方向における流体及び固形物の両方の滑りを防止するステップを有する。

本発明の一実施例においては、前記接線方向における流体及び固形物の両方の滑りを防止するステップは、前記穴が開いた周辺側ふるい壁の内面において主に径方向に複数の羽根を備えるステップを有する。前記羽根はコリオリ力を生じさせ、回転する基準系において移動する粒子が、移動の方向及び回転の軸に対して垂直にはたらくコリオリ力を受ける。前記羽根は遠心力を増大させ、それにより果汁の抽出量を増大させる。

上述した態様、特徴及び利点は、単に例として添付図面を参照しながら更に説明され、添付図面において、同一の参照番号は同一又は類似する部分を示す。

ジューサの例を部分切断図で示す。 図１に示されたジューサのための遠心ボウル装置の例を示す。 回転する遠心ボウルにおいて粒子がとる経路の一般的な幾何を模式的に示す。 回転する遠心ボウルにおいて粒子がとる経路の一般的な幾何を模式的に示す。 時間−空間図を模式的に示す。 捕獲効率を模式的に示す。 半径に対する角度αの変化を模式的に示す。 粒子が脱出できるようになる臨界速度を模式的に示す。 粒子が脱出できるようになる臨界速度を模式的に示す。 捕獲される粒子の割合及び脱出する粒子の割合を模式的に示す。 本発明による遠心ボウル装置の例を示す。 本発明による遠心ボウル装置の例を示す。

ここで図１を参照すると、特に柑橘類のような果物（オレンジ、レモン、グレープフルーツ）から果汁を抽出し、該果汁を該器具の本体に隣接して配置された容器（例えば果汁用の水差し）へと排出することが可能なモータ駆動型の家庭用電気器具の形をとるジューサ装置１が備えられている。

筐体１０１は、遠心ボウル１０５を駆動することができる駆動軸１０３を持つモータ１０２を収容する。

遠心ボウル１０５は円錐台形の形状を持ち（図２を参照）、
ｉ）駆動シャフト１０３に装着され回転軸のまわりに回転することができるベース（切歯が該ベースの内側に配置され、斯くしてすりおろし円盤を形成している。該ベースの直径は、開口端の直径以下である）、及び
ii）ふるい１５１とふるい支持部１５２とを有する濾過ふるい１０５（濾過ふるい１０５は、開口端からベースまで延在する穴が開いた周辺側ふるい壁の形をとる。ベース３及び濾過ふるい１０５は、保持部１０４により支持される。保持部１０４は、ベース３及び濾過ふるい１０５の両方を有する遠心ボウルが回転されることができるように、ジューサ内で駆動軸１０３上に配置される）、
から成る。

動作時には、ベース３（即ちすりおろし円盤）は、野菜及び／又は果物をすりおろし、果汁及び果肉が濾過ふるい１０５へと投じられる。果汁は濾過ふるい１０５を通って滴り落ち、果汁収集部１０７により収集され、そこから噴出口１０８を介して例えば該果汁噴出口の下に置かれたグラス／容器（例えば果汁用の水差し）へと排出される。果肉は、濾過ふるい１０５の下端から押し出され、果肉容器１０６に集められる。

筐体１０１は、モータ１０２、駆動軸１０３、遠心ボウル、濾過ふるい１０５、果汁収集部１０７、及び果肉容器１０６と共に、蓋１０９によりカバーされる。蓋１０９は、果物や野菜等をジューサに供給する、即ちベース（即ちすりおろし円盤）に置くための、入口部分２を持つ。図１に示された例においては、入口部分２は、供給管の形状を持ち、該管の内側開口２０３は、ベースとの隙間を形成するように、ベース（即ちすりおろし円盤）の直ぐ上に配置される。入口部分２は、遠心ボウルのベース（即ちすりおろし円盤）よりも僅かに小さな内径を持つように寸法決めされる。

ジューサは、特定の果汁抽出量（即ち単位重さ当たりの果汁）を持つ。果汁抽出量とはここでは、特定の果物から抽出されることができる全果汁のうちの果汁の一部を取得する能力を示す。

果汁抽出は２つのステップを有する。第１のステップにおいて果物がすりおろされ、第２のステップにおいて、通常は果汁と果肉との混合物であるすりおろされた物質から果汁が抽出される。

開示される遠心ボウルの動作原理は、以下に基づく。
１．コリオリの効果
２．捕獲効果
３．空気のポンプ効果

例えば果物又は野菜を押すために入口部分に導入され隆起部２０２により導かれるべきプッシャにより、果物又は野菜が入口部分２を介してジューサに入れられると、該果物又は野菜は、細かい断片へとすりおろされるようにプッシャ及び入口部分２の側壁２０１により保持される（即ち、果肉と果汁との混合物がすりおろし円盤により形成される）。これら断片は次いで、遠心力により前記隙間を通過させられる。

動作時には、果汁と果肉との混合物は、供給管と高速回転ベースとの間のスリットから自由に飛行することができ、果汁−果肉混合物を含む粒子（即ち断片）の垂直に分散したパターンを形成する。該垂直に分散したパターンの粒子は、回転する遠心ボウルにより生成される遠心力を受ける。遠心力が大きいほど好ましい。

垂直に分散したパターンの飛行する粒子は、これらの遠心力を受ける。これら遠心力により、飛行する粒子は、穴が開いた周辺側ふるい壁において捕獲される。該穴が開いた周辺側ふるい壁において捕獲された飛行粒子から、果汁が分離される（即ち果肉−果汁混合物から果汁を分離する）。ここで、飛行する粒子の一部が該穴が開いた周辺側ふるい壁において捕獲され、飛行する粒子の幾分かは該穴が開いた周辺側ふるい壁において捕獲されずに脱出することに留意されたい。該穴が開いた周辺側ふるい壁において捕獲される飛行する粒子の量における減少のため、果肉−果汁混合物から分離されることができる果汁の量は減少し、それによりジューサの全体の果汁抽出量を低減させる。一般に、分離効率は高い必要がある。分離効率とはここでは、果肉−果汁混合物から果汁を分離する効率を示す。分離効率が高い場合には、穴が開いた周辺側ふるい壁へと入る果汁の量は増大し得る。このことは、果汁抽出量を増大させ得る。

動作時には、遠心ボウルが回転する。細断された飛行粒子は、穴が開いた周辺側ふるい壁に沿って輸送される。メッシュ（濾過ふるい上の小さな穴）が、果汁と果実繊維とを分離する。果汁は、ふるい穴を通って果汁収集部１０７へと流れる。噴出口を通って、果汁はジュース用の水差しへと直接に流れる。更に、固形物繊維は、果肉容器１０６へと直接にスピンして出る。

ジューサは、果汁抽出工程が終了したときにも、滴り続ける。十分に分離されなかった幾分かの果肉−果汁混合物が、穴が開いた周辺側ふるい壁に残り得る。該果肉−果汁混合物からは、幾分かの量の果汁が依然として抽出され得る。一般に重力が、残りの果汁を全て取り出す。代替としては、濾過ふるい及び果汁収集部から果汁用の水差しへと完全に果汁を吹き飛ばし得る空気がポンピングされても良い。

本発明者は、穴が開いた周辺側ふるい壁の回転速度が、飛行する粒子に対して完全に作用する見込みは非常に小さいことを見出した。このため、粒子の幾分かの割合は抜け出てしまい、穴が開いた周辺側ふるい壁に捕獲されない可能性がある。

開示される遠心ボウルは、上述した効果、即ち
−コリオリの効果（飛行する粒子に作用する遠心力の量が増大される）
−捕獲効果（周辺側ふるい壁において捕獲される飛行する粒子の量が増大される）、及び
−空気のポンプ効果（濾過ふるい及び果汁収集部に残った残りの果汁が果汁用の水差しに完全に吹き飛ばされることを確実にするように、十分な空気がポンピングされる）
を利用する。

穴が開いた周辺側ふるい壁の内面に羽根を追加することにより、遠心力が増大させられる。羽根なる語はここでは、回転して空気又は液体を押す平坦な面を示す。羽根は、コリオリの効果を生じさせる。コリオリ力は、飛行する粒子に作用する遠心力を増大させる。

更に、開示される遠心ボウルは、回転速度を果肉−果汁混合物に対して正に作用させる。このことは、回転方向における果肉−果汁混合物の滑りを防止又は減少する。このことは、果汁の抽出量を増大させ得る。

更に、放射状の羽根が、穴が開いた周辺側ふるい壁から排出口へと果汁を吹き飛ばすに十分な力を供給し、滴下を防止する。放射状の羽根はまた、果汁（液体）を果肉−果汁混合物から押し出すための付加的な力を供給し、分離効率を増大させ得る。

更に、羽根の捕獲効果は、垂直方向に果肉−果汁混合物を逆噴射する効果的な手法である。羽根は捕獲効率を増大させ、従って果汁抽出量を著しく増大させ得る。捕獲効率とはここでは、穴が開いた周辺側ふるい壁において捕獲される飛行粒子の割合を示す。羽根の効果の解析は、以下に説明される。

幾何学的には、全ての粒子の経路（即ち回転する遠心ボウルにおける）は、開始半径ｒにより完全に記述されることができ、接線方向に進む。速度に大きな（明確な）形方向成分が存在するときには、半径ｒは供給管の半径に比べてかなり小さい。このことは図３に示されており、ここでｒは軌道、Ｒ_１は先頭羽根、Ｒ_２は末尾羽根、ｖはｒにより影響を受ける羽根−入口の角度である。

スリットと濾過ふるいに当たる点との間の果肉と果汁との混合物がとる経路、及びその分離効率に与える影響は重要であり、幾つかのパラメータ、即ち
Ｖ：速度、
Ｒ：半径、
α：水平面と軌道とのなす角
により特徴付けられ得る。

粒子の軌道に沿って、図４に示されるように座標ｘが定義される。図４から、

であることが分かる。

ｘ座標における事象についての時間−空間図が、図５に示される。水平軸は時間を表し、垂直軸は、羽根がｘ軸上のどこで該座標と交差するかを表す。

一実施例においては、提案される設計は６枚の羽根を持ち、即ち６０度毎に新たな羽根が通過する（図１１ａ、１１ｂ参照）ことを意味する。羽根の数と、羽根のサイズと、垂直方向の分散挙動と、望ましい捕獲効率との間には関係がある。図１に示されたジューサの例については、６枚の羽根が好適に動作する。幾つかの実施例においては、２７枚の羽根（サイズはより小さい）が利用されても良く、同様に好適に動作し、捕獲効率を増大させる。水平方向の線（図５を参照）は、最大半径において羽根と一致する軌道に沿った距離を表す。ここで、羽根のサイズ及び羽根の形状は、優れた捕獲効率に帰着するように選択されることに留意されたい。更に、放射状のリブ構造が、径方向の渦巻ポンプとして動作する。該ポンプは、空気をポンピングする。この空気の流れは、果汁収集部から排出口へと果汁を吹き飛ばすのに十分な力を持つ。

粒子はまた軌道座標に沿って飛行し、時間−空間図における該粒子の経路は直線となる。該直線は、速度を示す傾きを持つ。更に、粒子はランダム的な時間に供給管から出ることができ、従って特定の速度を持つ特定の粒子が、いずれかの場所において水平方向の線と交差するが、依然として速度に応じた特定の傾きを持つ。

従って、６４ｍｍ／１１０度よりも大きな速度を持つ粒子は、脱出することが可能である。これより小さな速度しか持たない全ての粒子は、羽根により閉じ込められる。

ジューサが毎秒１００回転で動作すると仮定すると、速度は、
Ｖ＝（６４＊１０^−３）／（１１０／（３６０＊０．０１））＝２１ｍ／ｓｅｃ
となる。

この速度を臨界速度ｖ_ｃとして表すと、以下に従う。

ここで、
ｎ：等間隔の羽根の数を表す。
ｆ：回転周波数を表す。

粒子が該臨界速度よりも速く進む場合、捕獲される粒子の一部が存在する。特定の粒子については、このことはｘ軸における速度及び時間に依存する。このことは特定の傾き（即ち速度）を持つ直線に変換され、時間軸（即ちタイミング）において開始する。該線が羽根と交差するとき、該粒子は捕獲され、そうでなければ捕獲されない。このことは、種々の値αにおける効率を示した図６（算出結果に基づく）に模式的に示されている。

一実施例においては、これら羽根は三角形の形状をしており、供給管（２）と穴が開いた周辺側ふるい壁との間の空間を幾分か満たす。三角形の形状は、穴が開いた周辺側ふるい壁及び垂直方向の供給管の方向に基づいて選択される。より効率的に粒子を捕獲するため、羽根は供給管に近い必要があり、穴が開いた周辺側ふるい壁に接続される必要がある。上辺（三角形の第３の辺）は直線に選択されても良いが、いずれの輪郭を持っても良く、斯くして三角形とは異なる幾何学的形状を生成しても良い。三角形の羽根は、飛行する粒子（即ち果肉と果汁との混合物）に対して、濾過ふるいの角速度を作用させる。予測されない効果は、羽根がまた、ゼロよりも大きな角度αを持つ軌道を持つ粒子を遮断することである。斯かる粒子がトラップされると、該粒子は羽根に付いてしまい、濾過ふるいに対してα＝０で放射状に滑り、分離工程が行われる。このことに対して、いつ粒子がトラップされるか、及びいつ粒子が逃されるか、といった幾つかの幾何学的な考察が為され得る。図７を参照すると、角度αが増大すると、見かけの半径Ｒ_２が減少する。これは、軌道が三角形の羽根の上辺と交差するからである。

ここで図８を参照すると、所与のｒ及びＲ_２に対して、特定の速度ｖ_ｃ、即ち臨界速度が存在し、該臨界速度を超えると粒子が脱出できる。該速度は、羽根の数にも依存する。最高速度が半径ｒにおける接線速度に等しいと仮定すると、羽根の数とＲ_２の組み合わせを算出することができる。

ｖ_ｃ＝ｗｒとすると、

となる。

ここで図９及び図１０を参照すると、速度が臨界速度よりも大きい場合、特定の割合が脱出することができる。この割合は、所与のｖ、ｒ及び幾何について推定されることができる。特定の角度において粒子が離れる等しい可能性があることが仮定される。
ｖ_ｃ＜ｖ＜ｖ_ｅ：一部が捕獲される

ｆ_ｃ（捕獲される割合）は、図示された幾何から算出され得る。
ｖ_ｅ：羽根の他の辺が当たるときの速度
ｖ_ｅ＝ｄｘ／ｄｔ＝ｄ（ｒ・ｔａｎ（ｗｔ））／ｄｔ
＝ｗ＊ｒ／ｃｏｓ^２ｗｔ
＝ｗ＊ｒ（ｔ＝０において）

動作時には、放射状の羽根は、遠心濾過ふるいから果汁を排出口に吹き飛ばすのに十分な力を提供し、滴下を防止し、液体を果肉から押し出す付加的な力を提供する。

ここで図１１ａ及び図１１ｂを参照すると、一実施例において、羽根が辺側ふるい壁の内面に放射状に配置され、濾過ふるいと羽根との間で漏れないべきである。このことは、果肉−果汁混合物の全体が遠心ボウルに留まり、漏れによる果肉−果汁混合物の損失を最小化する。更に、果汁の抽出量が増大する。

望ましい滑りと遠心力との間のバランスに応じて、他の多くの羽根の構造もとり得る。一実施例においては、ベース３（即ちすりおろし円盤）がドーム状の構造であり、該ドーム構造の内側に配置された切歯を持つ。該ドーム構造は、果汁の抽出量を増大させ得る、果肉と果汁との混合物の垂直方向により分散されたパターンを生成する。

開示された遠心ボウル装置は、接線方向における流体及び果肉の双方の滑りを防止する。開示された遠心ボウル装置は、捕獲効率及び分離効率を増大させ、従って果汁の抽出量を増大させる。更に、開示された遠心ボウルは、国際特許出願公開WO2005110173に開示された複動ふるいに比べて構造が単純である。なぜなら、１つのふるいしかないため、ふるい同士を接着させふるいのバランスをとる必要がないからである。

要約すると、連続的な遠心ジューサの果汁抽出量は、構造が単純な穴が開いた周辺側ふるい壁の内面に放射状の羽根を追加することにより増大させられることができる。

開示された遠心ボウルは、流体が分離を引き起こすため遠心力にさらされ、濾過ふるいを通して輸送されるべきであるような、全ての装置において利用されることができる。開示された遠心ボウルは、遠心力による果汁抽出の原理を利用する果汁抽出器にも適している。開示された遠心ボウルはまたジューサに適用可能であるが、圧縮機、コーヒーメーカー及び泡生成器のような、固形物から液体を抽出するいずれの食品加工装置にも適用され得る。更に、多くの装置が内部的な流体の通路を持つ。これらの通路に吹きかけることは、該通路を再び乾燥させる効果的な手段である。斯かる場合には、開示された遠心ボウルは、例えばPerfectDraft、Senseo（登録商標）及び台所用品において利用されることもできる。

図面及び以上の記述において主題が詳細に説明されたが、斯かる説明及び記載は説明するもの又は例示的なものであり限定するものではないとみなされるべきであって、本主題は開示された実施例に限定されるものではない。図面、開示及び添付される請求項を読むことにより、請求される対象を実施化する当業者によって、開示された実施例に対する他の変形が理解され実行され得る。「有する（comprising）」なる語及びその語形変化は、請求項又は明細書に記載されたもの以外の要素の存在を除外するものではない。要素又はステップ先行する冠詞「１つの（a又はan）」は、複数の斯かる要素の存在を除外するものではない。単一のユニットが、請求項に列記された幾つかのアイテムの機能を実行しても良い。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に利用されることができないことを示すものではない。図面及び説明は単に例示的なものであるとみなされるべきであって、対象を限定するものではない。請求項におけるいずれの参照記号も、請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (8)

1. 回転軸のまわりに回転することができるベースと、
   開口端から前記ベースまで延在する穴が開いた周辺側ふるい壁の形をとる濾過ふるいと、
   を有し、複数の羽根が、前記穴が開いた周辺側ふるい壁の内面において主に径方向に配置された、遠心ボウル。
2. 前記羽根の形状は三角形であり、供給管と前記穴が開いた周辺側ふるい壁との間の空間を幾分か満たす、請求項１に記載の遠心ボウル。
3. 前記羽根の数は６枚である、請求項１に記載の遠心ボウル。
4. 前記複数の羽根は、前記穴が開いた周辺側ふるい壁と前記羽根との間に漏れがないように配置された、請求項１に記載の遠心ボウル。
5. 前記ベースはドーム型であり、前記ドームの内面に配置された切歯を持つ、請求項１に記載の遠心ボウル。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の遠心ボウルを有するジューサ。
7. ジューサの果汁抽出量を改善する方法であって、前記ジューサは、回転軸のまわりに回転することができるベースと、開口端から前記ベースまで延在する穴が開いた周辺側ふるい壁の形をとる濾過ふるいと、を備えた遠心ボウルを持ち、前記果汁抽出量を改善する方法は、接線方向における流体及び固形物の両方の滑りを防止するステップを有する方法。
8. 前記接線方向における流体及び固形物の両方の滑りを防止するステップは、前記穴が開いた周辺側ふるい壁の内面において主に径方向に複数の羽根を備えるステップを有する、請求項７に記載の方法。

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