NO813475L - Fremgangsmaate og anordning for aa nedsette oksydasjon og fordampning av kaffe - Google Patents

Description

Kvalitetsforringelsen av kaffe, nemlig tapet av "frisk" eller velsmakende aroma, oppstår hovedsakelig på grunn av oksydasjon og fordampning. I en vanlig kaffekanne som rommer 8-10 kopper

kaffe inntrer vanligvis denne smaksforringelse så fullstendig

i løpet av en eller to timer, alt etter forbruket, at resten

av kaffen må regnes for udrikkbar.

Den rolle som oksydasjonen alene stiller ved smaksforringelse av kaffe er åpenbar for alle som drikker kaffe fra termosflaske. Når termosflasken først åpnes, selv om dette finner sted etter en eller flere timer, vil kaffen smake helt frisk. Hvis imidlertid termosflasken atter lukkes med en liten gjenværende kaffemengde, slik som f.eks. en halv kopp, smaksforringes denne raskt, slik det klart vil fremgå av den dårlige smak på kaffen når den drikkes f.eks. en time senere. Det var åpenbart ingen vesentlig-: fordampning fra den lukkede termos, men frisk luft ble sluppet inn når den første kopp ble skjenket fra termosen.

Fordampningens smaksforringende virkning vil være ennå mer åpenbar, da kaffeløsningen faktisk konsentreres ved fordampningen.

Ideen om å forlenge kaffens "kanneliv", nemlig økning av den tidsperiode hvor kaffen opprettholder smak og aroma av nylig brygget kaffe, ved hovedsakelig å utelukke kaffens forbindelse med den ytre atmosfære samtidig som mulighetene for å skjenke kaffe på vanlig måte ble opprettholdt, ble først fremlagt i søkernes tidligere US-patentskrift nr.3.974.758. Denne patenterte idé går ut på å avtette hovedandelen av kaffemengden i en kaffekanne av skjenketypen overfor den ytre atmosfære. Toppen av kaffekannen avtettes av et bevegelig følgestykke, slik som en belg eller pose, mens den kaffe som inneholdes i den nedre ende av en helletut med liten diameter og med åpning inn i kaffekannen nær dens bunn, gjør herunder tjeneste som en flytende tetning mellom atmosfæren og hovedmengden av den kaffe som finnes i kannen.

En følge av dette er at den eneste oksydasjon som kan fore-komme finner sted ved kaffens overflate i helletuten. Ved å gjøre helletutens tverrsnitt tilstrekkelig lite, vil den kaffemengde som oksyderes og derpå finner veien gjennom den

flytende tetning til hovedmengden av kaffe i kannen være

;ubetydelig under de første 4^8 timer, alt etter helletutens tverrsnitt. Likeledes vil det eneste fordampningstap til atmosfæren være det som finner sted ved den lille kaffeoverflate i helletuten, da en likevektstilstand nødvendigvis vil foreligge over et grensesjikt mellom gass og fordampbar væske i en avtettet beholder.

Denne allerede patenterte idé går med andre ord ut på å skjenke kaffe fra bunnen av kannen mens toppen av kannen er avtettet ved hjelp av et bevegelig følgestykke som opprettholder atmosfæretrykk på kaffen, således at den kan skjenkes uten at det dannes en vakuumlås.

Foreliggende oppfinnelse fjerner imidlertid behovet for å anvende et bevegelig følgestykke, samtidig som oksydasjon og fordampning av en gjenværende kaffemengde i en kanne reduseres ytterligere, for derved å øke kaffens"kanneliv".

Foreliggende oppfinnelse har to formål, nemlig:

1) å innføre en "innsnevret lufteinnretning" ved en kanne uten bevegelige deler for derved å oppnå et forlenget kanneliv som nærmer seg det som er mulig ved den patenterte kanne som er fullstendig avtettet, samt 2) å frembringe en "temperaturforskjell for å øke kaffens kanneliv, og som ikke krever noen spesiell toppinnretning på kannen for avtetning eller dannelse av innsnevret lufteinnretning, idet toppen av kannen kan omfatte den store midtåpning som er karakteristisk for vanlige automatiske kaffe-traktere av dryppetypen.

Disse formål er angitt hver for seg, da en full kaffekanne ved høyt kaffeforbruk typisk tømmes f.eks. i løpet av en eller to timer, og "temperaturforskjell"-effekten vil da være helt tilstrekkelig for å holde kaffen frisk, mens "den innsnevrede lufteinnretning" vil kunne øke kaffens kanneliv opp til 4 eller

5 timer ved lengre forbruksperioder. Når de to foranstaltninger

kombineres i en og samme kanne, slik som angitt i det følgende,

i kan kannelivet økes opp til 6-8 timer, hvilket nærmer seg den verdi som oppnås ved den nevnte patenterte, helt avtettede kanne.

Fellesnevneren og det kritiske trekk ved begge tiltak er at kaffen skjenkes fra et område i umiddelbar nærhet av kannens bunn.

Hvis den innsnevrede lufteinnretning skal anvendes i forbindelse med en borsilikat-kanne som er fremstilt på vanlig måte, men ikke utformet med en helletut, går den allerede patenterte ut-førelse ut på at hovedmengden av den kaffe som foreligger i kannen avtettes overfor den ytre atmosfære ved hjelp av en væsketetning som omfatter væskesøylen i en helletut av liten diameter og sem strekker seg ned til kannens bunn, således at det trekk at kaffen skjenkes fra bunnen av beholderen, opprettholdes. Helletuten strekker seg imidlertid oppover fra bunnen av kannen innenfor kannens yttervegger inntil den rager opp gjennom en øvre lokkinnretning som lukker den øvre ende av kannen.

Hvis kannens øvre åpne ende var fullstendig avtettet uten anvendelse av et bevegelig følgestykke for å opprettholde atmosfæretrykk i kaffekannen, vil det ikke være mulig å skjenke kaffe gjennom helletuten, på grunn av den vakuumlås som da ville oppstå. Behovet for et bevegelig følgestykke kan imidlertid oppheves uten at skjenkningen av kaffe blir vanskelig og samtidig som alle fordelene ved fullstendig avtettet kanne opprettholdes, hvis det anvendes en lufteinnretning av sådant lite omfang at damptrykket over en kaffemengde i kannen over-skrider atmosfæretrykket. Resultatet er en damptetning over lufteinnretningen og som hindrer inntrengning av luft til enhver tid, bortsett fra når kaffe faktisk skjenkes gjennom helletuten. Det luftvolum som trenger inn under skjenkningen er imidlertid ubetydelig sammenlignet med det volum som trenger inn i en vanlig åpen kanne under et tidsrom fra en til flere timer.

En medfølgende og vesentlig fordel ved den innsnevrede lufteinnretning er sterkt nedsatt fordampning sammenlignet med en

vanlig skjenkekanne som dampen fritt kan slippe ut fra.

I det tilfelle damp fritt kan slippe ut, oppnås således ikke likevekt over grenseflaten mellom gass og væske og fordampningen kan fortsette uten hinder. I et lukket system vil på den annen side partialtrykket av kaffedampen øke inntil det oppnås en likevektstilstand hvor hvert molekyl i gassform som trenger gjennom grenseflaten umiddelbart erstattes av et annet molekyl som vender tilbake fra gassform til væskeform, således at det ikke finner sted noe ytterligere væsketap på grunn av fordampning. Det sistnevnte hendelsesforløp er.det som opptrer, ved- den allerede patenterte prosess, hvor området over kaffeinnholdet i kannen er fullstendig avtettet.

Tilsvarende resultat kan oppnås ved den innsnevrede lufteinnretning som presenteres og patentsøkes i denne ansøkning, og hvorved det opprettes et tilbaketrykk på gassfasen i kannen, således at det inntrer tilnærmet likevekttilstand med den følge at prosentandelen av tilbakevendende gassmolekyler til vaeskefasen er tilnærmet lik andelen av gassmolekyler som unn-slipper.fra væskefasen til gassfasen. Resultatet er dette er at det over en tidsperiode på opptil 6-8 timer, avhengig av i hvilken grad kaffeutskjenkning finner sted, opptrer ubetydelig tap av kaffemengde på grunn av fordampning. Ved faktiske prøver utført med et innhold på 6 kopper i en kanne som rommer 12 kopper og med kaffetemperaturen holdt på 80°C og med anvendelse av et enkelt luftehull med diameter 1,6 mm, var fordampningstapet mindre enn en tredjedels kopp i løpet av en femtimers periode, i motsetning til et fordampningstap på to og en halv kopp fra en vanlig skjenkekanne. Det vil også være åpenbart at jo mindre lufteinnretningen er jo nærmere vil man komme likevektstilstanden, og jo mindre fordampningstap vil det opptre.

Med hensyn til lufteinnretningen, som i foreliggende forklarende beskrivelse kan antas å være et enkelt nålehull i en ellers avtettet øvre ende av en kaffekanne, som er utstyrt med en helletut som strekker seg nesten ned til bunnen av beholderen, vil lufteinnretningen være nødvendig for å muliggjøre skjenking av kaffe i fravær av bevegelige deler, uten at det oppstår en

damplås. For å oppnå redusert oksydasjon må lufteinnretningen ha tilstrekkelig lite samlet åpningstverrsnitt til å frembringe et tilbaketrykk eller overatmosfærisk trykk inne i beholderen, for å hindre inntrengning av luft ved hjelp av en damptetning over lufteinnretningen når kannen befinner seg i opprettstående stilling, hvor ingen skjenkning finner sted. Den rolle som den innsnevrede lufteinnretning spiller for å redusere fordampningstapet, går ut på å bringe partialtrykkene over grenseflaten mellom gass og væske i nærheten av likevekt.

Da hovedformålet for oppfinnelsen er å sikre at hele innholdet av en kaffekanne kan fortæres uten at de siste kopper må kastes på grunn av at de har blitt smaksforringet til en udrikkelig tilstand, må viktigheten av en helletut med liten diameter og som strekker seg nesten ned til bunnen av beholderen og befinner seg nedsenket hele tiden kaffenivået i kannen avtar, sterkt understrekes. Ved det tidspunkt kaffenivået er sunket i betraktelig grad, f.eks. ned til et nivå som tilsvarer to eller tre kopper, vil både oksydasjon og fordampning, hvis de tillates å finne sted, spille en meget større smaksforringende rolle enn ved en full kaffekanne med nytillaget kaffe. For det første vil det mindre kaffevolum befinne seg ved høyere temperatur enn i den opprinnelige fylte kanne (det antas at det anvendes en automatisk kaffemaskin av standard dryppetype),

og som de fleste øvrige kjemiske reaksjoner økes oksydasjonstakten ved stigende temperatur, liksom også fordampningstakten. For det annet vil smaksforringelsen på grunn av oksydasjon skride raskere frem på grunn av det større fri overflateområde i forhold til volumet ved en liten kaffemengde, samtidig som selv like stor fordampningstakt frembringer meget større relativ konsentrasjon i en liten enn i en stor væskemengde. Hvis den nedre ende av helletuten ikke forblir nedsenket mens kaffenivået synker, vil væskelåsen bli brutt og luft nå frem til den gjenværende kaffemengde for oksydering av denne, samtidig som den tilnærmede likevekttilstand over væske/gass-grenseflate ødelegges og fordampningen tillates å finne sted uhindret. Dette er årsaken til at mange vanlige kaffekanner av elektrisk type eller perkolator,_type med ytre helletut

ikke er egnet for anvendelse i forbindelse med foreliggende

oppfinnelse. Ved alle sådanne kanner vil i det minste en del av helletutens åpning ligge i et nivå som ligger godt over bunnen av kannen, og så snart dette øvre nivå av helletutens åpning inn i kannen er nådd av det synkende kaffenivå, vil resten av kaffen raskt smaksforringes ved oksydasjon og fordampning.

Følgelig må hele den nedre åpne ende av helletuten være anordnet slik at den befinner seg fullstendig nedsenket til enhver tid og med væskelåsen opprettholdt, inntil etter hvert all kaffe i kannen er skjenket ut. Hvis ikke dette er tilfelle vil den viktige fordel ved å opprettholde kaffens smak og aroma gå tapt. Ved forskjellige kaffekanner med et innhold på 8-12 kopper er det i praksis viktigs å sikre at væskelåsen opprettholdes, hvis mulig, inntil nest siste kopp er skjenket ut, således at det bare blir en kopp igjen som utsettes for den forringende virkning av oksydasjon og fordampning. I praksis er det imidlertid funnet at denne siste kaffekopp vanligvis drikkes før den blir vesentlig smaksforringet. På bakgrunn av det som nettopp er angitt, vil det innses at den nedre åpne ende av helletuten bør anbringes i sådan høyde over bunnen av kannen at hele den nedre åpne ytterende av tuten forblir fullstendig nedsenket selv ved gjenværende kaffenivåer som hovedsakelig faller innenfor området 1/6-1/4 av den fulle fyllehøyde for en kanne med et innhold på 8-10 kopper. Dette område er angitt for å ta hensyn til forskjellige kannestør-relser og former, skjønt det vil være åpenbart at den nedre ende av helletuten bør ligge så lavt som mulig.

Skjønt lokkinnretningen og kanneveggen over kaffenivået i seg selv vil gjøre tjeneste som en kondensator, er det mulig å ytterligere redusere selv det lille fordampningstap til atmosfæren som finner sted gjennom ventilinnretningen, ved å anordne ytterligere overflateområde på toppen av lokkinnretningen og som hovedsakelig utgjør en kondensatorseksjon.

Det er tanken om å kombinere en helletut og en toppinnretning med lufting, og som eventuelt kan omfatte en kondensatorseksjon som en samordnet konstruksjon som kan behandles som en enhet i

forbindelse med en vanlig kaffekanne som utgjør et viktig trekk ved foreliggende oppfinnelse.

Hvis toppinnretningen skal anbringes på en kanne etter at den er fylt med kaffe, behøver lufteinnretningen bare å omfatte en eneste lufteåpning, men hvis toppinnretningen skal anbringes på kannen før dens plassering under en kaffebereder av dryppetypen for å motta fersk tilberedt kaffe gjennom en midtre "lufteinnretning", må en annen lufteåpning anordnes for å tillate utslipp av fortrengt luft når kannen fylles. Alternativt kan kannen fylles gjennom en stor midtåpning i lokkinnretningen, slik det er vanlig, idet denne åpning derpå lukkes ved hjelp av en glideventil eller lignende som omfatter den innsnevrede lufteinnretning. Det er ikke antallet lufteåpninger eller mellomrommet mellom dem som er kritisk, men heller deres samlede åpningstverrsnitt, hvilket vil si at dette samlede åpningstverrsnitt må være tilstrekkelig lite til at overatmosfærisk trykk kan opprettholdes i beholderen,f.eks. når den inneholder en mengde varm kaffe med en temperatur over 70°C. Spesielle hull behøver ikke å gjøres i lokkinnretningen hvis denne innretning er slik sammenføyet med kannens åpne topp at lufting kan finne sted samtidig som utstrømning av kaffe forhindres når kannen skråstilles for å skjenke fra

bunnen". Et eksempel på en sådan lokkinnretning er skruhette som er hovedsakelig, men ikke helt avtettet overfor den ytre atmosfære. Overtrykk i forhold til atmosfæretrykket i en glass-kanne kan lett påvises når helletuten er utført i glass eller et gjennomsiktig plastmaterial, da kaffenivået i helletuten da kan sees å fluktuere innenfor nivåer, ved og over overflatenivået av hovedmengden av kaffe i kannen.

Som en sammensetning vil det da erkjennes at en mengde varm kaffe i en kaffekanne med helletut som har liten diameter og strekker seg oppover fra kannens bunn gjennom dens åpne øvre ende, hovedsakelig kan avtettes overfor den omgivende atmosfære ved hjelp av en lokkanordning som omfatter en lufteinnretning med sådant samlet åpningstverrsnitt at kaffens damptrykk i

kannen overstiger atmosfæretrykket. Bortsett fra når det skjenkes kaffe, vil følgelig kaffemengden i kannen være avtettet fra atmosfæren ved hjelp av en væskelås i helletuten og en damplås over lufteinnretningen, således at oksydasjonen reduseres i vesentlig grad. Fordampning finner stort sett ikke sted, da partialtrykket over væske/gass-grenseflaten ligger nær likevekts-verdien i den hovedsakelig avtettede kanne. Skjønt det etterpå synes enkelt, er en av de største fordeler ved foreliggende oppfinnelsegjenstand sett fra et forbrukersynspunkt, at opp-finnelsens formål faktisk er oppnådd ved en lett håndterbar enhetskonstruksjon uten bevegelige deler og som ikke medfører noen begrensning av vanlige fremgangsmåter ved kaffebehandling.

De viktigste faktorer ved kvalitetsforringelse av kaffe, nemlig oksydasjon og fordampning,kan bare finne sted ved kaffens overflate. Den oksyderte og fordampede kaffemengde '. pr. tidsenhet er begge en direkte funksjon av den foreliggende temperatur. Forlengelsen av kaffens kanneliv -kan-oppnås ved det trekk som går ut på å opprettholde en temperaturforskjell, idet overflatetemperaturen holdes på en lavere nivå enn den drikketemperatur som foreligger ved bunnen av kannen i det område som kaffen skjenkes fra.

En sådan temperaturforskjell opprettholdes i en bunnoppvarmet kaffekanne ved å utføre i det minste de øvre deler av kannens yttervegg og helletut i et material som har forholdsvis liten termisk ledningsevne, slik som f.eks. tykkvegget kjeramikk (glass eller porselen) eller plastmaterial.

Skjønt konveksjonsstrømninger.i et bunnoppvarmet, innesluttet væskevolum normalt vil ha en tendens til å opprettholde jevn temperatur gjennom hele væskevolumet, kan denne tendens for-andres til å frembringe en vesentlig temperaturforskjell mellom overflate og bunn i den innesluttede væskeeved å utføre vedkommende kanne i et material med liten termisk ledningsevne. Grunnen til dette er at den øvre del av kanneveggen da hovedsakelig vil bli oppvarmet ved varmeledning fra den innesluttede væske, hvis maksimumtemperatur i typiske tilfeller vil ligge innenfor området 70-80°C, i motsetning til også å bli oppvarmet

i vesentlig grad av varmeledning gjennom kanneveggen fra en varmekilde på 190°C som kannen er anbragt på, slik det er tilfelle ved en metallkanne samt, i noe mindre grad, ved en kort, tynnvegget kaffekanne av blåseformet borosilikat. Ved en kaffekanne utført i et material med relativ liten termisk ledningsevne, slik som porselen eller tykkvegget glass vil en følge av dette være at kannens øvre veggområde vil være kaldere enn dens nedre veggområde samt kannebunnen som befinner seg direkte på brenneren. Dette medfører en temperaturforskjell på 3-8°C mellom kaffeoverflaten i kannen og bunnen av den kaffemengde som det skjenkes kaffe fra.

Den nedsatte overflatetemperatur, som skiller seg fra den høyere "drikketemperatur" som opprettholdes i bunnen av den kanne som det skjenkes kaffe fra, fører til en vesentlig reduksjon både av oksydasjon og fordampning, slik det klart vil fremgå av den eksponensielle karakter av damptrykkukurven for vann over det aktuelle temperaturområde.

Den ønskede temperatur for kaffe i en kanne antas vanligvis å være 80°C. Kaffe som holdes ved denne temperatur oppviser et damptrykk på omtrent 335 mm Hg i motsetning til et damptrykk på omtrent 130 mm Hg ved 70°C. Da fordampning bare kan finne sted fra væskens overflate vil det være åpenbart at den kaffe som skal drikkes og skjenkes fra bunnen av kannen, kan holdes ved en ønsket drikketemperatur på 80°C, samtidig som kaffens overflate befinner seg ved en vesentlig lavere temperatur og således utøver et meget lavere damptrykk, hvilket medfører en kraftig senkning av fordampningstapet til atmosfæren.

I det spesielle eksempel som nettopp er gitt, vil damptrykket

i en vanlig kanne som inneholder kaffe ved 80°C være over 50 % høyere enn damptrykket for kaffe som befinner seg i samsvar med "temperaturforskjell"-prinsippet, hvor det foreligger en forskjell på 8°C mellom topp og bunn i kannen.

Da også oksydasjon bare kan finne sted fra væskeoverflaten

og da oksydasjonstakten er en direkte funksjon av temperaturen, slik som ved de fleste kjemiske reaksjoner, vil det være klart

at oksydasjonen reduseres på lignende måte.

Temperaturforskjellens nøyaktige verdi bestemmes blant annet

av kannens høyde og veggtykkelse. Den spesielle kanne som her er vist i figurene 5-8 er utført i porselen og har for størstedelen en veggtykkelse på 6,35 mm med lokale fortykninger ved helletuten, ved håndtakfestet og ved kannebunnen som hviler på kaffevarmeren. Prøvedata ble fastlagt ved en lignende utformet porselenkanne som rommer 1.800 gram samt har en største diameter nedentil på 12.7 cm og en fyllehøyde på 17,8 cm. Kannen ble innledningsvis fylt med kaffe fra en automatisk kaffebereder av dryppetypen som frembrakte kaffe ved en temperatur på 80°C. Kaffevarmeren ble innstilt til å frembringe en maksimal overflatetemperatur på 190°C og å holde kaffetemperaturen i umiddelbar nærhet av kannens bunn på 80°C. Temperaturen ved det øvre kaffenivå i kannen stabiliserte seg så på 74°c, mens temperaturen ved kaffeoverflaten i helletuten med liten diameter stabiliserte seg på 71°C. Dette lar seg lett forklare ut fra den nødvendigvis reduserte konveksjonstrømning inne i den relativt lange småle

helletut som forøvrig er ytterligere fjernet fra konduksjons-oppvarming både fra kaffeinnholdet i kannen og fra varmeren.

I prøvekannen ble den anvendt en helletut med sirkulært tverrsnitt og diameter på 9,5 mm. Den ytterligere betydning av sterkt nedsatt temperatur ved kaffeoverflaten i helletuten vil bli for-'.klart; senere i sammenheng med kombinasjonen av "temperaturforskjell-prinsippet og "lufteinnretnings"-prinsippet.

Betydning av en temperaturforskjell på 5-6°C mellom topp og bunn av kaffeinnholdet i kannen vil være innlysende ut fra damptrykk-kurvens forløp i det aktuelle temperaturområdé, slik som allerede beskrevet.

Ved anvendelse av en lokkanordning av mer eller mindre vanlig utførelse og med en stor midtåpning som dampen fritt kan slippe ut gjennom, oppnås omtrent en fordobling av kaffens kanneliv hvis den oppbevares i samsvar med det nettopp angitte eksempel, alt etter i hvilken takt kaffen utskjenkes.

En kraftig økning av kaffens kanneliv oppnås når prinsippet

med "innsnevret lufteinnretning" kombineres med "temperatur-

. forskjell"-prinsippet som nettopp er beskrevet. I dette tilfellet vil fordampningstapet til atmosfæren og oksydasjonen ved den store kaffeoverflate inne i kannen bli drastisk redusert ved den ovenfor nevnte tilnærmede likevekt og den oppnådde damplås. Begge disse to forringelsefaktorer reduseres også ytterligere ved den lavere overflatetemperatur inne i kannen når denne er utført i dårlig varmeledende material.

Det mest betydningsfulle trekk ved denne kombinasjon av de to prinsipper henger imidlertid sammen med det øvre kaffenivå i helletuten. Ved anvendelse av prinsippet med "innsnevret lufteåpning" vil hovedreservoaret av kaffe i kannen være beskyttet mot oksydasjon og fordampning, idet bare helletuten med liten diameter oppviser en kaffeoverflate hvor oksydasjon og fordampning uhindret kan finne sted. Det forhold at dette fri overflateområde er ganske lite, således at dets^kvalitetsforringende virkninger kan anses ubetydelige over et tidsrom på flere timer, utgjør grunnlaget for den suksess som er oppnådd ved "innsnevret lufteåpning". Kvalitetsforringing finner imidlertid sted ved denne fri overflate, skjønt i ubetydelig utstrekning sammenlignet med en vanlig kanne med uhindret lufttilgang. Selv denne begrensede kvalitetsforringing som finner sted i helletuten, kan imidlertid reduseres kraftig i samsvar med det "temperaturforskjell"-prinsipp som er beskrevet her. Ved betraktning av damptrykk-kurven vil det innses.at temperaturforskjellen (ca. 9°C ved den beskrevede prøve) mellom det øvre kaffenivå i

helletuten og bunnen av den kanne som kaffe skjenkes ut fra, vil frembringe en betraktelig økning i kaffens kanneliv, selv utover det som oppnås ved hjelp av "innsnevret lufteåpning" alene.

På grunn av helletutens lille tverrsnitt, vil den nettopp angitte temperaturforskjell (80°C ved kannens bunn og 71°C ved kaffe-overf laten i helletuten),, ikke føre til noen vesentlig senkning i temperaturen av den kaffe som skjenkes ut. Ved skjenkeprøver i en kopp ved romtemperatur ble det målt sterkt sammenfallende

temperaturer innenfor området 7 3,5 +- 1°C, som ligger meget nær den vanligvis godtatte idealtemperatur på 74°C i en kaffekopp.

Som det vil fremgå av det som er angitt ovenfor, foreligger det ingen vesentlig temperaturforskjell mellom øvre og nedre område av en kaffemengde som inneholdes i en vanlig tynnvegget bor-silikatkanne, slik som angitt i de vedføyde figurer 1-4, og dette gjelder også for det øvre kaffenivå i den indre helletut i figurene 1-4. Det sistnevnte forhold kan forklares på det grunnlag at helletuten med liten diameter og lite væskevolum raskt når temperaturlikevekt med hele den omgivende væske, i motsetning til forholdet ved ytre helletut, slik som angitt i figurene 5-8 og som er forholdsvis godt isolert mot oppvarming fra væsken i kannen.

Oppfinnelsen vil nu bli nærmere beskrevet under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: figur 1 viser et vertikalsnitt, med visse deler stiplet, av en kjent kaffekanne av borsilikat og med "innsnevret lufteinnretning" samt en indre helletut,

figur 2 viser en del av figur 1 sett' ovenfra,

figur 3 viser et vertikalsnitt, med visse deler i oppriss,

av en modifisert variant av den utførelse som er vist i figur 1,

figur 4 viser figur 3 sett ovenfra,

figur 5 er et vertikalsnitt gjennom en kaffekanne av porselen og utført for å opprettholde en vesentlig temperaturforskjell mellom overflaten og bunnen av en kaffemengde i kannen,

figur 6 viser figur 5 sett ovenfra,

figur 7 viser et vertikalsnitt gjennom en kanne av samme art som i figur 5, men utstyrt med en annen lokkanordning innrettet for å opprettholde overtrykk i kaffekannen i forhold til den ytre atmosfære,

figur 8 viser kannen i figur 7 sett ovenfor, og

figur 9 viser en damptrykk-kurve for vann.

Figurene 1 og 2 viser kaffekanne 10 med en ubrudt omkretsvegg 5 av tynt borsilikatglass eller lignende, hvis åpne øvre ende danner en sirkulær kantvulst 14.

En lokkanordning 16 av plastmaterial omfatter en indre og en ytre omkretsflens 18,20 som mellom seg danner et nedoverrettet låsespor dimensjonert for å smekkes tett over kantvulsten 14.

En helletut 24 i et stykke med lokkanordningen strekker seg fra området nær bunnen av kannen 10 til oversiden av lokkanordningen 16 og er utstyrt med avstivningsribber 26. En midtre fylleåpning 28 i lokkanordningen 16 er utført for å kunne lukkes av et glidestykke 30 anordnet i føringsbraketter 32 i et stykke med lokkanordningen. Glideventilen 30 er utstyrt med en liten lufteåpning 34 for å tillate skjenking av kaffe gjennom helletuten 34 når glidestykket 30 er i lukkestilling. Lokkanordningen 16

er fortrinnsvis fremstilt ved sprøytestøpning av et plastmaterial, slik som polysulfon eller polykarbonat, da temperaturområdet for den kaffe som den nedre ende av helletuten vil være i varig kontakt med, vil variere fra 71°C og oppover til omkring 88°C

på grunn av at de forskjellige kaffevarmere som kannen vil bli anvendt sammen med, vil variere betraktelig med hensyn til sin kalibrering. Det ønskede temperaturområde ligger tett omkring 80°C for å gi en ønsket temperatur på 74°C for utskjenkét kaffe i kopp.

Smekksporet 22 kan hvis nødvendig være avbrutt for innpasning

. av den øvre ende 38 av håndtaket 40, hvis dette er utformet

for å rage opp over et avsnitt av den øvre kantvulst 14 på oversiden av håndtaket, all den stund smekkforbindelsen hovedsakelig er tett. Det vil erindres at det er uten betydning om en sådan avbrytelse i smekksporet 22 (ikke vist) danner tett pasning! på begge sider av håndtakets øvre ende 38, da det er det samlede luftetverrsnitt som er av betydning. Hvis således perfekt tetning ikke er oppnådd på en eller begge sider av håndtaket, vil likevel det utette parti være meget lite, således at dets "luftetverrsnitt" sammen med luftetverrsnittet av den

sentrale lufteåpning 34 fremdeles utgjør en "innsnevret lufteinnretning" som vil opprettholde overtrykk i beholderen i nærvær av en kaffemengde méd temperatur over 71°C. Det er imidlertid viktig at tetningen er god på skjenkesiden av kannen, således at kaffe ikke lekker ut over kantvulsten ved kaffeskjenkning gjennom helletuten.

Håndtaket 40 og dets feste ved hjelp av et stålband 42 er av helt vanlig art og utgjør intet trekk ved foreliggende oppfinnelse, utover det forhold at en viss håndtaksanordning alltid er påkrevet.

Ved bruk av den utførelse av kannen som er vist i figur 1 og 2, sammenføyes lokkanordningen 16 med kannen 10 og glidestykket anbringes i den åpne stilling som er vist i figur 2. Kannen anbringes så under en automatisk kaffebereder av dryppetypen og fersk tilberedt kaffe bringes til å strømme gjennom den midtre fylleåpning 28. Når kannen er fylt, forskyves glidestykket 30

i lukket stilling. Ved en vanlig kaffevarmer som holder kaffetemperaturen på omtrent 80°C, vil dampen over kaffeoverflaten befinne seg i et hovedsakelig lukket system på grunn av den væskelås som blokkerer helletuten 24,og nålehull-luftingen 34 som gir betraktelig mindre damptap til den ytre atmosfære enn det som bygges opp ved fordampning over grenseflaten mellom væske og gass i kannen. Resultatet av dette er en overtrykks-tilstand inne i kannen som sperrer for luftinnslipp gjennom lufteanordningen og gir tilnærmet likevekt over væske/gass-grenseflaten således at fordampningstap til atmosfæren hovedsakelig forhindres. Oksydasjonsvirkningen av det forholdsvis ubetydelige luftvolum som trekkes inn gjennom lufteanordningen medfører liten kvalitetsforringelse på grunn av oksydasjon over en periode på 3-6 timer, alt etter i hvilken takt kaffe skjenkes ut.

I stedet for å benytte en midtre fylleåpning og glideventil,

kan oversiden av lokkanordningen 16 være ubrudt bortsett fra en lufteåpning. I dette tilfellet må lokkanordningen settes på etter at kannen er fylt.

Den utførelse som er vist i figurene 3 og 4 angir anvendelse

av foreliggende oppfinnelse ved en kaffekanne av annen ut-førelse og utnytter en lokkanordning med forstørret overflate

og hvor lufteanordningen også gjør tjeneste som fylleåpning.

I figur 3 er det vist en kaffekanne 44 av tynt glass og hvis åpne øvre ende omfatter et sylinderformet halsparti 46.

En lokkanordning 48 utformet av et deformerbart material, slik som et plastmaterial eller lignende, omfatter et sylinderformet skjørt som er dimensjonert for å passe inn i halsåpningen 46 samt er avtettet med hensyn till.denne ved hjelp av deformerbare tetningsringer 52,54, som ligger an mot henholdsvis øvre og nedre kant av den sylinderformede halsåpning. Lokkanordningen omfatter et innfoldet kondensatorparti 56 med en sentral brønn 58, hvis nederste del er utformet med en kombinert fylle- og lufteåpning 60. En ytterligere lufteåpning 62 er anbrakt på et sted utenfor brønnpartiet på den side av dette som ligger lengst bort fra kannens skjenkeside. En helletut 64 med liten diameter strekker seg fra et område nær bunnen av kannen 44 til oversiden av lokkanordningen 48. Helletuten 64 kan ha en indre diameter på 9,5 mm og er utført i et stykke med lokkanordningen 48 ved hjelp av blåseforming eller:.lignende,. eller den kan være utformet separat og festet til lokkanordningen ved hjelp av et ytterligere prosesstrinn. I begge tilfeller utgjør lokkanordningen 48, som omfatter kondensatorpartiet 56 og helletuten 54 en enhetlig sammenstilling som kan anbringes i halsåpningen 46

på en vanlig utformet kanne.

Ved anvendelse sammen med en automatisk kaffebereder av dryppetype kan lokkanordningen 48 anbringes på kannen 44 før kaffen tilberedes. Den nylagede kaffe bringes så til å strømme ned i brønnen 58 samt gjennom dryppeåpningen 60 ned i kannen. Lufte-hullet 62 tillater utslipp av fortengt luft etter hvert som kannen fylles over den nedre åpne ende av helletuten 64.

Det samlede tverrsnitt av lufteåpningene 60 og 62 er valgt tilstrekkelig lite til å opprettholde overtrykk når kaffemengden i kannen holdes ved minst 71°C. Ved den vanlige kaffetemperatur på 80°C, kan lufteåpningen 60 ha en diameter på 1,6 mm, mens lufteåpningen 62 har en diameter på 0,4 mm. Hvis kaffe ikke skal^innføres i kannen gjennom brønnåpningen 60, er det ønskelig at denne gjøres ennå mindre for ytterligere å nedsette damputslippet til atmosfæren.

Utnyttelse av "temperaturforskjell"-prinsippet alene for å øke kaffens kanneliv er anskueliggjort i figurene 5 og 6. I disse figurer er det vist en kaffekanne 100 med en ytre helletut 102 som står i forbindelse med det indre av kannen gjennom en åpning 104 i umiddelbar nærhet av en tykkvegget bunn 106 som er utformet for å anbringes på en kaffevarmer, som ikke er vist. Kannen og helletuten utgjøres av en forholdsvis tykkvegget porselenkon-struksjon og helletutens nedre åpning 104 ligger fullstendig innenfor den nederste sjettedel av kannens fyllenivå. En lokkanordning 108 med en stor midtåpning 110 står langs sin omkrets

i tett forbindelse med den øvre ende 112 av kaffekannen 100 ved hjelp av en deformerbar pakning 114.

I bruk innføres den nylig tilberedte kaffe inn i kannen ved ut-strømning fra en automatisk kaffebereder av dryppetypen gjennom midtåpningen 100 i lokkinnretningen 108. Når kannens bunn 106

er anbrakt på en vanlig termostatstyrt kaffevarmer, hvis høyeste overflatetemperatur vil variere innenfor området 177-218°C, alt etter type og merke, vil kaffetemperaturen i umiddelbar nærhet av bunnen vanligvis stabilisere seg ved en "drikketemperatur" innenfor området 71-82°C. På grunn av den dårlige termiske ledningsevne for porselenkonstruksjonen, vil overflatetemperaturen av kaffemengden i kannen ligge 3-8,5°C under drikketemperaturen i avhengighet av blant annet kaffevarmerens temperatur, kaffe-volumet samt kaffekannens høyde og veggtykkelse. I alle tilfeller vil en iboende temperaturforskjell foreligge i en sådan bunnoppvarmet kanne, og denne forskjell er enda større ved kaffeoverflaten i helletuten. Ved betraktning av den damptrykk-kurve for vann som er vist i figur 9, vil det innses at kurvens eksponensielle karakter over vedkommende temperaturområde gjør at selv en liten temperaturforskjell innebærer en stor forandring i damptrykk. På grunn av det forhold at kaffen skjenkes ut fra bunnen av kannen, hvor drikketemperatur opprettholdes, vil den

lavere overflatetemperatur ikke innebære noen ulemper når det "gjelder å servere varm kaffe, men har den fordel at fordampningstapet i høy grad reduseres på grunn av det lavere damptrykk.

Den lavere overflatetemperatur fører også til en lavere oksy-dasjonstakt.

Det vil forstås at kannen 100 i figur 5 og 6 har full luftefor-bindelse med atmosfæren gjennom den store midtåpning 110, således at både oksydasjon og fordampning fritt kan finne sted ved og fra overflaten av den kaffe som befinner seq i kannen. Det er her reduksjonen av begge disse kvalitetsforringende faktorer på grunn av den lavere overflatetemperatur sammenlignet med den høvere drikketemperatur som nødvendigvis må opprettholdes ved kannens bunn, som bidrar til å øke kaffens kanneliv. Kanttetningen. 114 mellom lokkanordningen og kannen er anordnet for å sikre mot lekkasje over kannens øvre kant når kaffe skjenkes gjennom helletuten 10 2.

Kannen 120 i figurene 7 og 8 er forskjellig fra kannen 100 i figur 5 bare ved utførelsen av lokkanordningen 122. Denne lokkanordning 122 omfatter et toppstykke 124 som langs sin omkrets er avtettet overfor kannens toppkant 126 ved hjelp av en paknings-ring 128. Toppstykket 124 er krummet nedover for å danne et brønnparti 130 og er ugjennombrudt bortsett fra en liten sentral-lufteåpning 132 med diameter av størrelseorden 1,6 mm samt et ytterligere luftehull 134. Den øvre ende av toppstykket 134 er dekket med en avtagbar pyntehette 136 med en stor midtåpning 138. I bruk innføres kaffe i brønnpartiet 130 gjennom midtåpningen 138, og herfra strømmer kaffe ned i kannen 120 gjennom den midtre lufteåpning 132. Nålehullet 134 tillater luftfortrengning fra kannen 120 etter hvert som kaffenivået stiger over den nedre åpning 140 for helletuten. Med kaffekannen 120 fylt og kaffen i umiddelbar nærhet av kannens bunn opprettholdt ved drikketemperatur, vil til og med det reduserte damptrykk som oppnås ved den ovenfor angitte temperaturforskjell føre til et overtrykk i forhold til den ytre atmosfære over kaffemengden i kannen, på grunn av de sterkt innsnevrede lufteåpninger 132 og 134.

Det vil forstås at denne virkning kan økes og kannelivet ytterligere forlenges ved å anordne bare et eneste nålehull i stedet for midtåpningen 132, og i dette tilfellet må lokkanordningen 122 påføres kannen etter at denne er fylt med kaffe, I begge tilfeller.er kaffemengden i kannen avtettet i forhold til atmosfæren når kannen befinner seg i opprett stående, ikke-j-skj enkende stilling ved hjelp av en væskelås i helletuten 142 og en damptetning over den innsnevrede lufteinnretning. Oksydasjonen begrenses således i høy grad. Likeledes vil partialtrykket over grenseflaten mellom væske og gass nærme seg likevektstilstand og kraftig begrense fordampningtapet.

Opp til dette punkt er forklaringen på begrenset oksydasjon og fordampning ved hjelp av innsnevret lufteinnretning den samme som beskrevet ovenfor i forbindelse med figurene 1-4.

Skjønt kombinasjonen av temperaturforskjell og innsnevret lufteinnretning fører til en betraktelig større økning av kaffens kanneliv enn hver av disse to faktorer alene, antas det at det viktigste trekk i forbindelse med kombinasjonen av disse prin— sipper er det forhold at den ytre helletut er forholdsvis godt termisk isolert fra de foreliggende varmekilder (kaffemengden i kannen og kaffevarmeren). Følgende forklaring kan gis på dette:

Da det øvre kaffenivå i helletuten er det eneste område, skjønt

det er ganske lite, hvor oksydasjon og fordampning kan foregå uhindret, vil det være åpenbart at hvis temperaturen i denne kombinasjon ved kaffeoverflaten i helletuten er vesentlig mindre enn den drikketemperatur som nødvendigvis opprettholdes, vil både oksydasjon og fordampning fra dette område bli nedsatt.

Da temperaturreduksjonen er endå større enn ved overflatenivået

i kannen på grunn av den større avstand, og idet det aktuelle temperaturområde ligger på et eksponensialparti av damptrykk-kurven, vil betydningen av å kombinere disse prinsipper lett innses. Ved de tynnveggede kanner i figurene 1-4, vil temperaturen ved det øvre kaffenivå i helletuten være hovedsakelig den samme som i den omgivende kaffemengde i kannen, som i sin tur befinner seg ved hovedsakelig samme temperatur som ved bunnen av kannen,

da denne er av en tynnvegget borsilikat-utførelse, således at kaffens kanneliv ved en sådan kanne (figurene 1-4) er mindre enn ved de utførelser som er vist i figurene 7 og 8 og utnytter både innsnevret lufteinnretning og temperaturforskjell.

Skjønt den temperaturforskjell som kan oppnås er noe mindre,

kan temperaturforskjell-prinsippet utnyttes i praksis ved anvendelse av en kanne sammensatt av flere materialer, hvor i det minste det øvre veggavsnitt av kannen er utført i et material med lav termisk ledningsevne. Som eksempel på dette kan nevnes en sammensatt kanne med en rustfri stålbunn forbundet med en øvre veggkonstruksjon av plastmaterial, slik som f.eks. polysulfon, samt en ytre helletut.

Claims (17)

1. Kaffebeholder innrettet for å inneholde en mengde varm kaffe hvis damptrykk overstiger atmosfæretrykket, karakterisert ved at beholderens åpne øvre ende er dekket av en lokkanordning som omfatter en helletut som strekker seg fra et sted i nærheten av beholderens bunn til dens øvre ende og anordnet for skjenking av kaffe fra beholderens bunnområde gjennom tuten, samt utstyr tilordnet lokkanordningen og innrettet for utlufting av beholderen under bibehold av overtrykket i nærvær av nevnte mengde varm kaffe.

2. Kaffebeholder som angitt i krav 1, karakterisert ved at lokkanordningen befinner seg helt innenfor beholderens profil.

3. Kaffebeholder som angitt i krav 1, karakterisert ved at helletutens nedre åpne ende ligger fullstendig innenfor den nedre fjerdedel av beholderen .

4. Kaffebeholder innrettet for å inneholde en mengde varm kaffe hvis damptrykk overstiger atmosfæretrykket, idet kaffebeholderen har en ubrudt omkretsvegg og en åpen øvre ende, karakterisert ved utstyr for å opprettholde overtrykk i beholderen i nærvær av en mengde varm kaffe samt utskjenking av kaffe fra bunnen av beholderen gjennom dens øvre åpne ende.

5. Kaffebeholder som angitt i krav 4, . karakterisert ved at nevnte utstyr omfatter en lokkanordning som hovedsakelig tett tilslutter nevnte åpne ende, en innsnevret luf teinnretning i lokkanordningen, samt en helletut som er avtettet overfor lokkanordningen og strekker seg fra i nærheten av beholderens bunn til oversiden av lokkanordningi

6. Kaffebeholder som angitt i krav 5, karakterisert ved at lokkanordningen omfatter et kondensatorparti.

7. Fremgangsmåte for å nedsette oksydasjon og fordampning av kaffe i en beholder innrettet for utskjenkning av kaffe, idet en kaffemengde innføres i kaffebeholderen og holdes på en temperatur over 71°C, karakterisert ved at det opprettholdes overtrykk i beholderen i forhold til det ytre atmosfæretrykk og kaffen skjenkes ut fra et område i umiddelbar nærhet av kaffemengdens bunn.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at utskjenkningen omfatter skjenking av kaffe gjennom en helletut mens hele den åpne nedre ende av helletuten befinner seg innenfor den nedre fjerdedel av kaffebeholderen.

9. Fremgangsmåte for å nedsette oksydasjon og fordampning av kaffe i en beholder innrettet for skjenkning og som inneholder en mengde varm kaffe som holdes på en temperatur over 71°C, karakterisert ved at overtrykk opprettholdes i beholderen mens kaffenivået senkes ved periodisk å skjenke ut en eller flere kopper kaffe fra et område i umiddelbar nærhet av kaffemengdens bunn, således at nevnte overtrykk bibeholdes etter hver periodisk utskjenkning inntil høyst to kopper kaffe er igjen i beholderen.

10. Kaffekanne som har en helletut med åpning inn i kannen i umiddelbar nærhet av kannens bunn, således at helletutens åpning i sin helhet befinner seg innenfor den nedre sjettedel av kannen, karakterisert ved at kannen består av et material som har dårlig varmeledningsevne.

11. Kaffekanne som angitt i krav 10, karakterisert ved at kannen er utført i porselen.

12. Kaffekanne som angitt i krav 10, karakterisert ved at kannen er utført i tykkvegget glass, hvis veggtykkelse er minst 3,8 mm.

13. Kaffekanne som angitt i krav 10 og med en åpen øvre ende samt innrettet for å inneholde en mengde varm kaffe hvis damptrykk overstiger atmosfæretrykket, karakterisert ved en lokkanordning som dekker den øvre ende av kannen, utstyr som inngår i lokkanordningen og innrettet for utlufting av kannen under bibehold av overtrykket i nærvær av nevnte mengde varm kaffe.

14. Fremgangsmåte for å nedsette oksydasjon og fordampning av kaffe i en kaffekanne innrettet for utskjenkning, idet en kaffemengde innføres i kannen og bunnområdet av kaffemengden holdes på en drikketemperatur over 71°C, karakterisert ved at kaffemengdens overflate- st temperatur holdes på en verdi lavere enn nevnte drikketemperatur og kaffe skjenkes ut fra bunnområdet av kannen.

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 14, karakterisert ved at det i tillegg bibeholdes overtrykk i kannen i forhold til det omgivende atmosfæretrykk.

16. En bunnoppvarmet kaffekanne innrettet for å romme en kaffemengde og opprettholde en temperaturforskjell mellom det nedre bunnoppvarmede område av kaffemengden og dens overflate, karakterisert ved at kannen er utført i tykkvegget porselen og omfatter en helletut i tilslutning til en ytre sidevegg av kannen, idet denne helletut har en åpning inn i kannen i umiddelbar nærhet av nevnte nedre bunnoppvarmede område.

17. Kaffekanne som angitt i krav 16, karakterisert ved at den omfatter utstyr for å opprettholde overtrykk i kaffekannen i forhold til det ytre atmosfæretrykk når det nedre bunnoppvarmede område av kaffemengden holdes ved en temperatur over 71°C.