RU2422075C2 - Устройство и способ для приготовления горячих напитков за счет заваривания состоящего из отдельных частиц, экстрагируемого посредством воды вещества - Google Patents

Abstract

Предлагается устройство для приготовления горячих напитков за счет заваривания состоящего из отдельных частиц, экстрагируемого посредством воды вещества - порошка для напитка. Устройство (1) включает нагреватель (6) воды, средства (5) для подачи горячей заварочной воды в заварочную зону (24). Транспортирующий орган в форме снабженного, по меньшей мере, одной винтовой лопастью (13) щнекового вала (10) для транспортирования вещества через заварочную зону (24) и частично окруженный корпусом (18). Подача вещества в заварочную зону (24) и из нее осуществляется в одном и том же направлении. Устройство имеет расположенную после заварочной зоны (24) зону (25) отжима, в которой вещество сжимается в аксиальном направлении и при этом происходит выжимание экстракта. Шнековый вал (10) в устройстве (1) проходит, по меньшей мере, вдоль заварочной зоны (24), а также зоны (25) отжима, и при этом шаг винтовой лопасти (13) в области зоны (25) отжима меньше, чем в области заварочной зоны (24), за счет чего объем приготавливаемой порции напитка может свободно варьироваться в широком диапазоне. 2 н. и 27 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение касается устройства для приготовления горячих напитков за счет заваривания состоящего из отдельных частиц, экстрагируемого посредством воды вещества согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, а также способа приготовления горячих напитков согласно ограничительной части пункта 20 формулы изобретения.

Устройства обсуждаемого здесь типа служат для полностью автоматического приготовления горячих напитков, например, таких как кофе "эспрессо". В качестве кофе "эспрессо" называется кофейный напиток, при приготовлении которого через кофейный порошок проходит горячая заварочная вода под давлением. Для приготовления одной порции свежего кофе "эспрессо" соответствующие родовому понятию устройства имеют мельницу, посредством которой соответственно может размалываться необходимое для приготовления порции кофейного напитка количество кофейных зерен. Затем размолотые кофейные зерна в виде кофейного порошка периодически подаются в заварочную камеру или заварочное пространство, где кофейный порошок сначала сжимается, а затем через него под давлением пропускается предварительно заданное количество горячей заварочной воды и он повергается экстрагированию.

В зависимости от количества горячей заварочной воды, которое используется для экстрагирования находящегося в заварочной камере кофейного порошка, может приготавливаться от очень маленькой до очень большой порции напитка и подаваться в соответствующую емкость. Используемое для приготовления соответствующей порции напитка количество вещества, а именно кофейного порошка, варьируется, если вообще может варьироваться, только в незначительных границах, поскольку объем заварочной камеры заранее определен и не может принять сколь угодно большие по величине или, соответственно, различные количества вещества или, соответственно, кофейного порошка. Другими словами, это означает, что для так называемого "эспрессо", для приготовления которого обычно используется значительно меньшее чем 100 мл количество воды, применяется практически то же самое количество кофейного порошка, что и в случае приготовления так называемого жидкого кофе, например кофе с молоком, для приготовления которого вполне могут использоваться большие 100 мл количества воды. Кроме того, максимальное количество горячей заварочной воды, которое используется для приготовления напитка, ограничено, так как из предварительно заданного максимального количества подлежащего завариванию вещества, не может приготавливаться сколь угодно большое количество высококачественного, богатого вкусом кофейного напитка. При приготовлении такого кофейного напитка часть растворимых составных веществ, в частности красящих, вкусовых и ароматических веществ, последовательно уменьшается в кофейном порошке, что, в частности, при приготовлении жидкого кофе ощущается в качестве недостатка, поскольку вытекающий из выпуска для напитка кофейный напиток в начале процесса приготовления имеет от темной до черной окраску, в то время как к концу процесса приготовления из выпуска для напитка вытекает лишь бесцветная жидкость. Другой недостаток заключается в том, что с увеличивающейся продолжительностью экстрагирования вкус напитка может невыгодно изменяться, а количество растворенного кофеина увеличивается.

Из JP 05292884 А известно устройство с наклонно установленным шнековым транспортером, позволяющее экстрагирование кофейного порошка в непрерывном противоточном способе. При этом вода подается в самой верхней точке транспортера и после этого течет по каналу транспортера сверху вниз, в то время как кофейный порошок транспортируется шнеком вверх. Описанное устройство работает совершенно без приложения давления и соответствует приблизительно фильтрации "жидкого" или даже "американского" кофе. Время фильтрации жестко задано посредством длины транспортирующего шнека и не может варьироваться. В осуществляемом с помощью такого устройства способе кофе приобретает горький вкус, а также в большом количестве вывариваются вредные примеси, например кофеин.

В US 3357339 описана автоматическая кофеварка для непрерывного изготовления кофе. Подлежащий экстрагированию кофейный порошок помещают в замкнутую, выполненную в виде шланга ленту, которая выполнена из водопроницаемого фильтровального материала. Для изготовления кофейного напитка лента непрерывно пропускается через заварочную камеру, где горячая вода точно распределяется посредством расположенной над лентой распылительной головки так, что лента увлажняется вместе со своим содержимым. После этого увлажненная лента пропускается между двумя отжимными роликами, вследствие чего кофейный порошок отжимается и экстрагируется. Под обоими отжимными роликами расположен воронкообразный сливной элемент, по которому кофейный напиток может подаваться к емкости.

Наконец, в WO 2005/117669 описан способ и устройство, а именно кофеварка, для приготовления отдельного потребляемого количества напитка. Согласно первому примеру осуществления кофеварка или тому подобное имеет резервуар для зерен, расположенную под ним мельницу, подающее устройство, а также носитель размолотого вещества в форме вращающейся, водопроницаемой транспортирующей ленты. Носитель размолотого вещества транспортирует размолотый кофейный порошок в область экстракции, в которой транспортирующая лента поддерживается фильтровальной пластиной. В области экстрагирования, с одной стороны, посредством компрессионной ленты сжимается кофейный порошок, а с другой стороны, подается горячая вода для экстрагирования кофейного порошка. Компрессионная лента слегка наклонена по отношению к транспортирующей ленте в направлении транспортировки так, что сжатие кофейного порошка увеличивается. Экстрагированный кофейный порошок посредством транспортирующей ленты передается в сборник отходов. С помощью этого устройства должно обеспечиваться непрерывное приготовление кофейного напитка. В альтернативном примере осуществления предлагается в качестве транспортирующего средства использовать две транспортирующее ленты, которые снабжены множеством перегородок. Обе транспортирующие ленты проходят между двумя пластинами через область экстрагирования. Посредством перегородок образуются камеры для приема ароматоносителя - кофейный порошок - и для его экстрагирования. В некоторых других примерах осуществления транспортирующий орган сформирован в виде транспортирующего шнека, который соответственно снабжен спиралью с постоянным шагом. В одном примере для создания дискретных камер, в которых может приниматься ароматоноситель, предусмотрен снабженный канавками валик, который находится в зацеплении со спиралью транспортирующего шнека. В другом примере предусмотрен двойной шнек, спирали которого для создания дискретных камер находятся во взаимном зацеплении. Наконец, также еще предусматриваются транспортирующие шнеки, сердечник которых изменяется в диаметре, а именно расширяется относительно сжимающего (уплотнительного) конуса. Вследствие этого винтообразное пространство между сердечником, спиралью и охватывающей транспортирующий шнек трубчатой стенкой должно сужаться так, что транспортируемый посредством транспортирующего шнека ароматоноситель сжимается или уплотняется в направлении транспортировки. Поскольку это сжатие осуществляется перед областью экстрагирования, то должно создаваться место сжатия, которое препятствует тому, что ароматоноситель может увлажняться перед местом сжатия. Если сжатие осуществляется после области экстрагирования, то за счет этого ароматоноситель может выдавливаться. Однако даже в этих примерах спираль всегда имеет постоянный шаг.

Изобретение направлено на то, чтобы усовершенствовать устройство для приготовления горячих напитков за счет заваривания состоящего из отдельных частиц, экстрагируемого посредством воды вещества таким образом, что количество или, соответственно, объем приготавливаемой порции напитка может свободно варьироваться в широком диапазоне, причем устройство просто выполнено и должно подходить для приготовления высококачественного напитка.

Для этого в соответствии с изобретением предлагается устройство согласно пункту 1 формулы изобретения.

Вследствие того, что шнековый вал проходит, по меньшей мере, вдоль заварочной зоны, а также зоны отжима, а шаг винтовой лопасти в области зоны отжима меньше, чем в области заварочной зоны, сжатие кофейного порошка в зоне отжима и выжимание экстракта может осуществляться особенно благоприятным образом.

Предпочтительные усовершенствования устройства более подробно описаны в зависимых пунктах 2-19 формулы изобретения.

Так, в одном предпочтительном примере осуществления предусмотрено, что устройство имеет питающую зону, в которой окружающий шнековый вал корпус конически сужается, причем шнековый вал имеет питающую область, которая подогнана к контуру питающей зоны. Вследствие этого, создается принципиальное условие, что производительность шнекового вала может изменяться за счет аксиального перемещения относительно корпуса.

Кроме того, в пункте 20 заявлен способ приготовления горячих напитков за счет заваривания состоящего из отдельных частиц, экстрагируемого посредством воды вещества. Предпочтительные примеры осуществления способа более подробно описаны в зависимых пунктах 21-30 формулы изобретения.

Далее примеры осуществления поясняются более подробно посредством чертежей, на которых представлено:

Фиг.1 - устройство для приготовления горячих напитков в схематичном представлении.

Фиг.2 - увеличенный фрагмент из фиг.1.

Фиг.3 - альтернативный пример осуществления устройства.

Фиг.4 - один предпочтительный пример осуществления устройства.

Фиг.5 - устройство согласно фиг.4 с аксиально смещенным транспортирующим органом.

Фиг.6 - одна предпочтительная геометрия винтовой лопасти шнека в поперечном сечении.

На фиг.1 схематично показано устройство для приготовления горячих напитков за счет заваривания состоящего из отдельных частиц, экстрагируемого посредством воды вещества. В данном случае устройство выполнено примерно как кофеварка для приготовления кофе "эспрессо", в которой горячая заварочная вода пропускается под давлением через кофейный порошок и он при этом экстрагируется.

Показанное устройство 1 включает в себя мельницу 2, заварочное устройство 3, приводное устройство 4, подающий насос 5, нагреватель 6 воды, выпуск 7 для напитка, а также сборник 8 для экстрагированного кофейного порошка. Нагреватель 6 воды, предпочтительно, выполнен в виде прямоточного подогревателя, причем для использования также может подходить водогрейный котел. Кроме того, устройство 1 включает в себя накопительный резервуар для кофейных зерен, который, однако, в целях более наглядного представления не показан. Источник пресной воды для отбирания горячей заварочной воды также не показан.

Центральная часть устройства 1 образована заварочным устройством 3. Заварочное устройство включает в себя полый шнековый вал 10, который установлен с возможностью вращения в корпусе 18, причем собственно тело 11 шнекового вала проходит через корпус 18. В качестве привода шнекового вала 10 служит приводное устройство 4, которое состоит из приводного мотора 15, а также соединенного со шнековым валом 10 передаточного механизма 16, который соединен с проходящей через корпус 18 областью тела 11 шнекового вала. Корпус 18 состоит из воронкообразной впускной области 19, а также из цилиндрического участка 20, причем корпус 18 или, соответственно, шнековый вал 10 по длине L поделен на различные области 22, 23, 24, 25, которые ниже будут поясняться более подробно.

Транспортирующий орган в форме шнекового вала 10 снабжен служащей в качестве транспортирующего элемента для кофейного порошка винтовой лопастью 13, которая в аксиальном направлении, т.е. в направлении транспортировки, имеет различный шаг для формирования, по меньшей мере, трех различных зон 23, 24, 25 вдоль цилиндрического участка 20 корпуса. В зоне воронкообразной впускной области 19 шнековый вал 10 снабжен расширенным, выполненным в форме двойного конуса начальным участком 27, в котором расположен радиально выступающий счищающий элемент 28, который в случае вращающегося шнекового вала 10 продольно касается внутреннего края 29 воронкообразной входной области 19. Для формирования питающей зоны 22 винтовая лопасть 13 шнека в начале, т.е. в воронкообразной впускной области 19, имеет большой шаг, чтобы перемещенный из мельницы 2 во впускную область 19 кофейный порошок транспортировать с сильным продвижением в направлении цилиндрического участка 20 корпуса. В начале цилиндрического участка 20 корпуса винтовая лопасть 13 шнекового вала 10 для формирования зоны 23 уплотнения имеет незначительный шаг. Эта зона уплотнения проходит, предпочтительно, на протяжении от одного до трех витков шнека. Кофейный порошок посредством винтовой лопасти 13 сильно сжимается в этой зоне 23 уплотнения. За зоной 23 уплотнения следует собственно заварочная зона 24, в которой винтовая лопасть 13 шнекового вала 10 имеет больший по сравнению с зоной 23 уплотнения шаг, так что кофейный порошок в этой заварочной зоне 24 может опять немного разжиматься. К заварочной зоне 24 со стороны выпуска примыкает зона 25 отжима, в которой винтовая лопасть 13 шнекового вала 10 в свою очередь имеет меньший по сравнению с заварочной зоной 24 шаг. Посредством меньшего шага винтовой лопасти 13 уже частично экстрагированный кофейный порошок дополнительно сжимается в зоне 25 отжима. Вследствие этого сжатия кофейного порошка, с одной стороны, вызывается дополнительное экстрагирование кофейного порошка, а с другой стороны, - создается уплотнение или герметизация относительно протекающей через заварочную камеру 36 горячей заварочной воды, так что заварочная зона 24 герметизируется со стороны выпуска.

Между внутренней стороной корпуса 18 и телом 11 шнекового вала вдоль трех названных зон 23, 24, 25 формируются камера 35 уплотнения, заварочная камера 36 и камера 37 отжима.

Объем предусмотренной для собственно экстрагирования кофейного порошка заварочной камеры 36 выбран таким образом, что в нем может приниматься только часть необходимого для заваривания порции напитка количества вещества, а именно кофейного порошка. Для приготовления порции кофе, а именно маленькой чашки "эспрессо" или традиционной чашки кофе, обычно используется приблизительно 7-9 грамм кофейного порошка. Поэтому заварочная камера 36 предпочтительным образом образована для приема от приблизительно 1,5 до максимум 3 граммов кофейного порошка. Наличие относительно маленькой заварочной камеры имеет также и другое преимущество, заключающееся в том, что может обеспечиваться равномерное экстрагирование принятого в заварочной камере кофейного порошка. Другие преимущества, которые предоставляются имеющей малый объем заварочной камеры, более подробно будут поясняться ниже.

Выпуск нагревателя 6 воды соединен с трубопроводом 31 для горячей заварочной воды, который направлен в полое внутреннее пространство 12 шнекового вала 10 и в конечной области 32 снабжен множеством радиальных выпускных отверстий 33, через которые горячая заварочная вода может поступать из трубопровода 31 во внутреннее пространство 12 шнекового вала 10. Полое тело 11 шнекового вала снабжено радиальными каналами 14, которые, предпочтительно, выполнены в виде просверленных отверстий, расположены вдоль заварочной зоны 24, а также зоны 25 отжима, проходят от полого внутреннего пространства 12 шнекового вала 10 к наружной боковой поверхности шнекового вала 10 и соединяют внутреннее пространство 12 шнекового вала 10 с собственно заварочной камерой 36 так, что транспортируемая посредством насоса 5 и нагреваемая нагревателем 6 воды горячая заварочная вода может через трубопровод 31 для горячей заварочной воды поступать во внутреннее пространство 12 шнекового вала 10, а оттуда радиально, т.е. поперек направления транспортировки, через радиальные каналы 14 в теле 11 шнекового вала, в заварочную камеру 36. Трубопровод 31 для горячей заварочной воды выполнен с возможностью перемещения в аксиальном направлении относительно шнекового вала 10, как это обозначено двойной стрелкой 34. Посредством аксиального перемещения трубопровода 31 для горячей заварочной воды горячая заварочная вода при необходимости может подаваться в заварочную камеру 36 в различных местах. Горячая заварочная вода подается в заварочную зону 24 или, соответственно, заварочную камеру 36 предпочтительно под давлением приблизительно от 5 до 20 бар. Посредством сжатия кофейного порошка в расположенной со стороны выпуска зоне 25 отжима на этом участке обычно преобладает более высокое гидростатическое давление, чем в заварочной зоне 24 или, соответственно, в заварочной камере 36. Подача горячей заварочной воды в области заварочной зоны 24 имеет преимущество, заключающееся в том, что в этой зоне кофейный порошок почти не сжат или сжат лишь незначительно. Следовательно, горячая заварочная вода может подаваться в область заварочной зоны 24 при необходимости в значительной мере без давления или, соответственно, с незначительным избыточным давлением. Совершенно иначе получается, если горячая заварочная вода подается в области, в которой кофейный порошок сильно сжат. В этом случае горячая заварочная вода должна принудительно вводиться в кофейный порошок под относительно высоким давлением, чтобы можно было гарантировать эффективное и полное увлажнение кофейного порошка.

Диаметр радиальных каналов 14 предпочтительно выбран таким образом, что он меньше, чем среднестатистическое значение (математическое ожидание) диаметра отдельной частицы кофейного порошка. Вследствие этого может предотвращаться то, что отдельные кофейные частицы могут проникать во внутреннее пространство 12 шнекового вала 10. При необходимости радиальные каналы также могут предусматриваться с большим диаметром, причем в этом случае каналы предпочтительно должны перекрываться мелкоячеистым фильтром, как это имеет место в известном уровне техники в области фильтрации кофе.

Корпус 18 на обращенной к выпуску 7 для напитка стороне снабжен собирающим участком 39, который на ориентированной к шнековому валу 10 внутренней стороне снабжен выполненной в виде фильтра стеновую часть 40, которая, по меньшей мере, частично окружает шнековый вал 10 и через которую свежезаваренный кофейный напиток может радиально выходить из заварочной камеры 36. Выполненный в виде фильтра стеновой участок 40 может быть выполнен в виде традиционного, изогнутого перфорированного листа. Вместо перфорированного листа также может использоваться, например, керамический фильтр или, так называемый, пружинный фильтр. Экстрагированный кофейный порошок в конце аксиально удаляется из корпуса 18 и посредством направляющей пластины 41 направляется в сборник 8.

Предпочтительно устройство снабжено клапаном, посредством которого после приготовления порции кофе или, соответственно, между приготовлениями двух порций кофе может прерываться вытекание или, соответственно, "подтекание" кофе из выпуска для напитка.

Посредством фиг.2, которая показывает увеличенный фрагмент устройства в области цилиндрического участка 20 корпуса, более подробно поясняется собственно процесс приготовления напитка. В данном случае исходят из того, что в начале процесса приготовления в корпусе 18 и, соответственно, в различных зонах 22, 23, 24, 25 отсутствует кофейный порошок. Процесс приготовления начинается с размола мельницей свежих кофейных зерен. Кофейный порошок транспортируется не показанным подробно средством в воронкообразную впускную область, где он захватывается винтовой лопастью 13 вращающегося шнекового вала 10 и транспортируется в цилиндрическую область 20 корпуса. Как только кофейный порошок "К" доставлен шнековым валом 10 до расположенной со стороны выпуска зоне 25 отжима или, соответственно, пространство 37 отжима наполнено сильно сжатым кофейным порошком К1, может начинаться процесс заваривания, поскольку заварочная камера 36 герметизируется с двух сторон в аксиальном направлении посредством сильно сжатого в зоне 23 уплотнения и в зоне 25 отжима кофейного порошка. При вращающемся валу 10 горячая заварочная вода В с температурой от приблизительно 90° до 95° и давлением от приблизительно 5 до 20 бар подается по трубопроводу 31 для горячей заварочной воды. Горячая заварочная вода "В" в концевой области 32 трубопровода 31 для горячей заварочной воды протекает через радиальные выпускные отверстия 33 во внутреннее пространство 12 шнекового вала 10 и оттуда через радиальные каналы 14 в теле 11 шнекового вала в заварочную камеру 36, как это показано стрелкой 34. Горячая заварочная вода распределяется в заварочной камере 36, причем сильно сжатый кофейный порошок в зоне 23 уплотнения или, соответственно, в зоне 25 отжима мешает ей сколько-нибудь заметно проникать в аксиальном направлении в зону 23 уплотнения или, соответственно, зону 25 отжима. Разумеется, горячая заварочная вода может протекать в аксиальном направлении наверх в направлении зоны 23 уплотнения и, по меньшей мере, смачивать находящийся вверху или, соответственно, в расположенной со стороны впуска области заварочной зоны 24 кофейный порошок "К", вследствие чего кофейный порошок "К" в этой области может разбухать и начинается своего рода фаза предварительного ошпаривания, что само по себе дает преимущество в отношении вкуса приготавливаемого напитка. Посредством непрерывно перемещающегося в аксиальном направлении через заварочное пространство 36 кофейного порошка "К" обеспечивается то, что радиально вводимая в заварочную камеру 36 горячая заварочная вода протекает через эту заварочную камеру 36 не абсолютно радиально, а скорее наклонно.

Подаваемая по трубопроводу 31 для горячей заварочной воды горячая заварочная вода В протекает, по существу, радиально через заварочную камеру 36 и, тем самым, также через кофейный порошок "К", чтобы затем в виде жидкого кофейного экстракта поступать через выполненную в виде фильтра стеновую часть 40 в собирающий участок 39 и в виде свежезаваренного кофейного напитка вытекать через выпуск 7 для напитка в находящуюся под ним емкость 9. Скорость вращения шнекового вала 10 предпочтительно выбирается так, чтобы соответствующая часть кофейного порошка гарантированно полностью экстрагировалась в течение приблизительно 25-30 секунд. Незадолго до того, как будет приготовлено желаемое количество кофейного напитка, сначала прекращается процесс размола и затем, т.е. после заранее заданного интервала времени, прекращается подача горячей заварочной воды. Чтобы достичь оптимального использования молотого кофейного порошка, подача горячей заварочной воды в заварочную камеру 36, предпочтительно, прекращается только тогда, когда в воронкообразной входной области больше не имеется кофейного порошка. Разумеется, должно гарантироваться, что до прекращения подачи горячей заварочной воды в зоне уплотнения имеется еще достаточно сжатый кофейный порошок, чтобы до конца процесса заваривания была гарантирована герметизация расположенного со стороны впуска конца заварочной камеры 36. Предпочтительным образом, после прекращения подачи горячей заварочной воды шнековый вал 10 еще продолжает вращаться до тех пор, пока из цилиндрической области 20 корпуса не будет удален весь кофейный порошок и в отдельных зонах 23, 24, 25 заварочного устройства 3 больше не останется никакого кофейного порошка. Поскольку объем заварочной камеры 36 и, в частности, примыкающей камеры 35 уплотнения, выбран относительно малым, в крайнем случае, удаляется лишь очень малое количество неиспользованного, то есть не экстрагированного, кофейного порошка из камеры 35 уплотнения и, в случае необходимости, из заварочной камеры 36. В случае необходимости перед удалением кофейного порошка из цилиндрической области 20 корпуса после прекращения подачи горячей заварочной воды также выдерживается предварительно заданный промежуток времени, поскольку кофейный порошок, соответственно, не должен удаляться из цилиндрической области 20 корпуса в случае коротких следующих друг за другом циклов приготовления, а удаление осуществляется по гигиеническим соображениям только тогда, когда в течение определенного промежутка времени, например нескольких минут, кофейный напиток больше не готовится.

Сжатие частично экстрагированного кофейного порошка в зоне 25 отжима имеет преимущество, заключающееся в том, что за счет этого кофейный порошок дополнительно экстрагируется, вследствие выжимания жидкости из кофейного порошка. Таким образом, посредством сжатия кофейного порошка в зоне 25 отжима, с одной стороны, обеспечивается герметизация расположенного со стороны выпуска конца заварочной камеры, а с другой стороны, улучшается экстрагирование кофейного порошка. На расположенном со стороны выпуска конце отжатый кофейный порошок отводится направляющей пластиной 41 в сборник 8.

С помощью соответствующего изобретению устройства, с одной стороны, можно приготовить большое количество высококачественного кофейного напитка при непрерывном процессе заваривания, причем объем, т.е. количество приготавливаемого кофейного напитка, является изменяемым в очень широком диапазоне. Одновременно, разумеется, количество порошка, которое экстрагируется для приготовления соответствующий порции напитка, также может согласовываться с количеством воды. Так, с помощью устройства, например, можно приготовить очень мало кофе "эспрессо" с объемом в несколько миллилитров. С другой стороны, с помощью этого устройства при непрерывном процессе приготовления может быть приготовлено даже несколько литров свежего кофе "эспрессо", причем в любом случае, т.е. независимо от количества приготовленного горячего напитка, крепость кофе может свободно выбираться в широком диапазоне.

Кроме того, посредством изменения различных параметров можно влиять на приготовленный горячий напиток. Наряду с также изменяемыми в других соответствующих родовому понятию устройствах параметрами, например, такими как степень помола или, соответственно, размер частиц кофейного порошка, степень сжатия кофейного порошка, продолжительность экстрагирования, температура горячей заварочной воды и давление горячей заварочной воды в соответствующем изобретению устройстве дополнительно могут изменяться другие рабочие параметры. Например, посредством изменения скорости вращения шнекового вала могут изменяться степень экстрагирования кофейного порошка и тем самым вкус, крепость, содержание кофеина, а также, при необходимости, внешний вид приготовленного кофейного напитка. Кроме того, посредством аксиальной регулировки трубопровода 31 для горячей заварочной воды может определяться, в какой области заварочной зоны горячая заварочная вода должна вводиться в кофейный порошок. Это имеет также смысл, в частности, тогда, когда винтовая лопасть 13 шнекового вала 10 вдоль заварочной зоны имеет различный шаг. В данном случае, посредством аксиального перемещения трубопровода 31 для горячей заварочной воды эта горячая заварочная вода вводится в заварочную камеру 36 в необходимых местах, в которых кофейный порошок имеет различную степень сжатия. Позиция добавления воды оказывает влияние на качество кофейного напитка вследствие различного сжатия кофейного порошка и времени экстрагирования. На основании позиции фильтровального сита и позиции добавления воды относительно друг друга можно оказывать влияние на ход фильтрации и, тем самым, также на время фильтрации.

Следующее преимущество описанного здесь устройства по отношению к выполненному согласно известному уровню техники устройству периодического действия заключается в том, что кофейный порошок во время всего процесса приготовления равномерно экстрагируется, т.е. текущий из выпуска для напитка кофейный напиток имеет всегда одинаковый цвет, одинаковый вкус и одинаковый аромат. Кроме того, количество приготовленного кофейного напитка не зависит от размеров заварочной камеры. Следующее достойное упоминания преимущество заключается в том, что собственно процесс приготовления занимает относительно мало времени, поскольку в противоположность к традиционным кофеваркам не должно сначала размалываться все количество кофейных зерен, которое необходимо для приготовления порции напитка, а должно подготавливаться только то количество кофейного порошка, которое необходимо для наполнения заварочной камеры 36, а также обеих прилегающих камер 36, 37. При приготовлении нескольких порций напитка в пределах коротких промежутков времени полностью отпадает необходимость во "времени наполнения", поскольку в данном случае можно работать практически непрерывно, вследствие необходимости коротких перерывов после приготовления одной порции напитка только на подачу горячей заварочной воды, без необходимости полного удаления кофейного порошка из заварочной камеры 36, а также из расположенной со стороны впуска камеры 35 уплотнения.

При необходимости шнековый вал после прекращения подачи горячей заварочной воды может еще выполнять некоторое небольшое количество оборотов, чтобы удалять уже увлажненный при необходимости кофейный порошок из заварочной камеры и одновременно наполнять заварочную камеру свежим кофейным порошком. Кроме того, при приготовлении нескольких порций напитка в течение коротких промежутков времени также исключается время простоя для удаления выщелоченного (экстрагированного) кофейного остатка в конце соответствующего процесса приготовления, поскольку удаление выщелоченного кофейного остатка осуществляется непрерывно уже во время самого процесса приготовления. Вследствие этого при приготовлении нескольких порций напитка в пределах коротких промежутков времени исключается необходимое для устройств периодического действия время наполнения и, соответственно, время удаления. Следовательно, соответствующее изобретению устройство по сравнению с известными устройствами может достигать значительно более высокой "производительности в чашках". Посредством отжима кофейного порошка в зоне 25 отжима также повышается эффективность (коэффициент использования) за счет того, что при, по меньшей мере, одинаковом качестве для определенного количества кофейного напитка нужно меньше кофейного порошка. Наконец, следующее преимущество заключается в том, что количество воды и, в частности, завариваемое на объем горячей заварочной воды количество порошка свободно выбирается в очень широком диапазоне, так что крепость и качество приготовленного кофейного напитка могут варьироваться в независимости от его объема. С помощью данного устройства также возможно согласовывать количество порошка "К" с количеством воды или, соответственно, подгонять к нему, что дает существенное преимущество, в частности, при приготовлении большой порции напитка.

Кроме того, посредством непрерывного перемещения кофейного порошка предотвращается образование в кофейном порошке каналов и устраняется возможность формирования гидравлических "коротких замыканий", что, как известно, могло бы приводить к неединообразному и неполному экстрагированию расположенного в заварочной камере кофейного порошка.

Фиг.3 показывает альтернативный пример осуществления соответствующего изобретению устройства. Вместо уменьшающегося шага винтовой лопасти шнекового вала для формировании зоны уплотнения, в этом примере, уменьшается пространство 43, 44 между корпусом 18 и телом 11 шнекового вала в области зоны 25 отжима. Конкретно, уменьшается диаметр окружающего шнековый вал 10 корпуса 18 в области зоны 25 отжима в направлении транспортировки шнекового вала 10. Понятно, что геометрия винтовой лопасти 13 шнекового вала в зоне 25 отжима подогнана к геометрии конически сходящегося корпуса 18. В свою очередь, вещество в области зоны 25 отжима за счет конически уменьшающегося в диаметре в направлении транспортировки корпуса 18 сжимается таким образом, что отжимается экстракт. Шаг вертикальной лопасти 13 шнекового вала между заварочной зоной 24 и зоной 25 отжима в данном случае не должен изменяться, а может оставаться одинаковым. Однако при необходимости, шаг винтовой лопасти 13 шнекового вала в этом варианте осуществления также может изменяться и подгоняться к желаемым требованиям.

Вместо конического сужения корпуса 18 диаметр тела 11 шнекового вала также мог бы выполняться расширяющимся в направлении транспортирования таким образом, что пространство между корпусом 18 и собственно телом 11 шнекового вала в области 25 отжима снова уменьшается, даже если корпус выполнен цилиндрическим.

Однако наряду с уже названными выше рабочими параметрами на приготавливаемый горячий напиток также можно влиять посредством некоторых других параметров устройства. Например, может изменяться абсолютный и/или относительный шаг винтовой лопасти шнекового вала в отдельных зонах или, соответственно, между отдельными зонами. На качество завариваемого горячего напитка также можно оказывать влияние посредством длины заварочной зоны и ее релевантного диаметра.

Понятно, что описанное выше устройство имеет лишь примерный характер и в рамках изобретения имеется возможность реализации варианта осуществления, который отличается от описанного. Например, горячая заварочная вода могла бы вводиться в заварочную зону снаружи внутрь, а заваренный кофейный напиток мог бы отводиться через полый стержень тела 11 шнекового вала или расположенный в нем трубопровод. Также, вместо радиальной подачи вполне допустимо наклонное введение горячей заварочной воды в заварочную камеру. Заварочная камера также могла бы быть выполнена конической.

Настоящее устройство пригодно, в частности, для приготовления кофе "эспрессо". Однако с его помощью также могут приготавливаться другие горячие напитки, например, такие как чай, супы и т.п.

В качестве альтернативы описанному выше примеру осуществления, в котором горячая заварочная вода вводится в заварочную камеру под высоким давлением посредством насоса, возможны также примеры осуществления устройств, которые обходятся без насоса. Сжатие состоящего из отдельных частиц вещества или, соответственно, кофейного порошка в расположенной со стороны выпуска зоне отжима открывает относительно этого новые возможности за счет того, что горячая заварочная вода должна подаваться к заварочной зоне необязательно под высоким давлением, а должно гарантироваться лишь то, что кофейный порошок при прохождении заварочной зоны полностью увлажняется введенной горячей заварочной водой. В данном случае заварочная зона необязательно является той же самой зоной, в которой кофейный порошок также фактически заваривается и экстрагируется, а под понятием "заварочная зона" может пониматься зона, в которой кофейный порошок лишь, по меньшей мере, увлажняется или, в крайнем случае, частично экстрагируется введенной горячей заварочной водой.

Если отказаться от насоса для принудительной подачи горячей заварочной воды, то вместо насоса мог бы быть предусмотрен, например, регулируемый клапан, посредством которого запускается или, соответственно, прерывается введение горячей заварочной воды. Горячая заварочная вода могла бы следуя силе тяжести подаваться из расположенной над устройством емкости с пресной водой или устройство или, соответственно, нагреватель воды могло бы или мог бы непосредственно присоединяться к трубопроводу пресной воды/домовому водопроводу так, что для подачи горячей заварочной воды используется и так уже имеющееся в водопроводе пресной воды давление воды. Собственно процесс экстрагирования происходил бы тогда, главным образом, в зоне отжима, где посредством сжатия кофейного порошка из него выжимался бы жидкий кофейный экстракт. При необходимости этот жидкий кофейный экстракт, который является высококонцентрированным, мог бы разбавляться водой для получения желаемой типичной концентрации приготавливаемого кофейного напитка. При этом разбавление могло бы осуществляться с помощью воды, которая, приблизительно как в случае фильтрованного кофе, подается без давления через уже отжатый кофейный остаток.

При необходимости транспортирующее давление насоса также может уменьшаться и одновременно уменьшается шаг винтовой лопасти шнекового вала в направлении транспортировки так, что сжатие кофейного порошка увеличивается в направлении транспортировки, что в конечном счете также приводит к желательно хорошему экстрагированию кофейного порошка. Наконец, устройство также может эксплуатироваться прерывисто (порционно) или квази непрерывно, транспортируя кофейный порошок в заварочную камеру и затем останавливая шнековый вал так, что экстрагирование после этого осуществляется известным образом, а выщелоченный кофейный порошок выталкивается в качестве остатка. В противоположность выполненным согласно известному уровню техники устройствам периодического действия, в которых подача свежего порошка осуществляется в противоположном направлении по отношению к выталкиванию выщелоченного остатка, в соответствующем изобретению устройстве подача состоящего из отдельных частиц вещества в заварочную зону осуществляется в нее и из нее наружу соответственно в одном и том же направлении.

Фиг.4 показывает предпочтительный пример осуществления устройства в продольном разрезе. Относительно описанного выше примера осуществления ссылочные позиции одинаковых или аналогичных частей дополнительно снабжены буквой "а". Устройство в данном случае расположено горизонтально. Корпус 18а в данном примере образуется задней частью 43 корпуса, а также передней частью 44 корпуса. Задняя часть корпуса выполнена в виде корпусного блока, в то время как передняя часть корпуса выполнена трубчатой и имеет, по существу, полоцилиндрическое внутреннее пространство. Задняя часть 43 корпуса снабжена радиальной впускной областью 45 для подачи молотого кофейного порошка. В этой радиальной впускной области 45 расположен перемешивающий и счищающий элемент 28. Задняя часть 43 корпуса снабжена в примыкании к впускной области 45 конически сужающейся в направлении транспортировки шнекового вала 10а питающей зоной 46. Как видно, шнековый вал 10а имеет подогнанную к контуру питающей зоны 46 питающую область 47, которая тоже конически сужается в направлении транспортировки. Шнековый вал 10а выполнен с возможностью перемещения в аксиальном направлении относительно корпуса, как это показано двойной стрелкой 48, причем принципиально не играет никакой роли, корпус ли, в частности задняя часть 43 корпуса, или сам шнековый вал 10а выполнен с возможностью перемещения. На фиг.4 шнековый вал 10а находится в своем самом переднем положении, в котором между наружной боковой поверхностью винтовой лопасти 13а шнекового вала и внутренней стороной корпуса 43 практически не существует радиального зазора. Передняя часть 44 корпуса имеет немного расширенную в наружном диаметре относительно расположенного со стороны выпуска конца концевую область 49. В этой конечной области 49 расположена заварочная зона 24а, из которой радиально вниз выводится выпуск 7а. Заварочная зона 24а снабжена фильтрующим устройством 50, которое включает в себя множество фильтровальных дисков. Каждый из этих фильтровальных дисков снабжен радиально проходящими пазами, поперечное сечение которых выбрано так, что отдельные частицы молотого кофе удерживаются в заварочной зоне 24а. Вместо отдельных фильтровальных дисков может также использоваться, например, пружинный фильтр, который состоит из спиралеобразных пружинных элементов, у которого отдельные витки контактируют друг с другом и также снабжены радиальными пазами. При необходимости между заварочной зоной 24а и выпуском может еще вставляться регулирующий давление клапан, который открывается только при предварительно заданном значении избыточного давления.

Фиг.5 показывает устройство согласно фиг.4, причем шнековый вал 10а смещен назад в аксиальном направлении относительно корпуса 18а так, что между наружной боковой поверхностью винтовой лопасти 13а шнекового вала и внутренней стороной корпуса 43 имеется радиальный зазор. Вследствие этого подача в питающую область уменьшается, что влечет за собой снижение степени сжатия кофейного порошка в последующих зонах. Таким образом, посредством аксиального перемещения шнекового вала 10а относительно корпуса 18а можно непосредственно влиять на завариваемый напиток. Степень сжатия кофейного порошка определяет уровень давления воды (гидростатического давления), которое может уменьшаться за счет фильтрованного остатка. Это, в свою очередь, непосредственно влияет на степень экстрагирования и тем самым на цвет, вкус, а также крепость готового кофейного напитка.

Должно быть понятно, что вместо аксиальной подвижности шнекового вала 10а также может быть реализована аксиальная подвижность корпуса 18а, что в конечном счете приводит к тому же самому результату.

Показанный вариант осуществления шнекового вала, в котором степень сжатия кофейного порошка изменяется посредством шага винтовой лопасти шнекового вала, имеет по отношению к другим вариантам преимущество, заключающееся в том, что не возникает никаких мертвых зон, в которых могут осаждаться остатки кофейного порошка или, соответственно, через которые не протекает горячая заварочная вода. Посредством свободных переходов в предложенном решении не возникают никакие плохо проницаемые зоны, в которых может осаждаться порошок. Кроме того, шнековый вал имеет хорошее самоочищение.

Наконец, фиг.6 показывает в поперечном сечении и в увеличенном представлении предпочтительную геометрию винтовой лопасти шнекового вала. Как видно, винтовая лопасть 13а шнекового вала имеет трапецеидальное поперечное сечение. Эта геометрия оптимизирует сжатие порошка тем, что возникает дополнительная силовая составляющая, которая прижимает кофейный порошок снаружи к внутренней стороне боковой поверхности корпуса. Это увеличивает трение на боковой стороне, что, в свою очередь, приводит к более высокому сжатию порошка и вследствие этого способствует самоочищению шнекового вала.

Claims (29)

1. Устройство (1) для приготовления горячих напитков за счет заваривания состоящего из отдельных частиц, экстрагируемого посредством воды вещества с нагревателем (6) воды, средствами (5) для подачи горячей заварочной воды в заварочную зону (24), а также, по меньшей мере, частично окруженным корпусом (18) транспортирующим органом в форме снабженного, по меньшей мере, одной винтовой лопастью (13) шнекового вала (10) для транспортирования состоящего из отдельных частиц вещества через заварочную зону (24), причем подача состоящего из отдельных частиц вещества в заварочную зону (24) и из нее осуществляется в одном и том же направлении, и при этом устройство имеет расположенную после заварочной зоны (24) зону (25) отжима, в которой вещество сжимается, и при этом происходит выжимание экстракта, отличающееся тем, что шнековый вал (10) проходит, по меньшей мере, вдоль заварочной зоны (24), а также зоны (25) отжима, и при этом шаг винтовой лопасти (13) в области зоны (25) отжима меньше, чем в области заварочной зоны (24).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство имеет расположенную перед заварочной зоной (24) зону (23) уплотнения, вдоль которой проходит шнековый вал (10), и при этом шаг винтовой лопасти (13) в области зоны (23) уплотнения меньше, чем в области заварочной зоны (24).

3. Устройство по пп.1 или 2, отличающееся тем, что шаг винтовой лопасти (13) для формирования зоны (23) уплотнения посредством сжатого вещества или, соответственно, для сжатия вещества в зоне (25) отжима в аксиальном направлении перед и после заварочной зоны (24) имеет меньший шаг, чем в области заварочной зоны (24).

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство имеет питающую зону (46), в которой окружающий шнековый вал (10а) корпус (18а) конически сужается, причем шнековый вал (10а) имеет подогнанную к контуру питающей зоны питающую область (47).

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что шнековый вал (10а) выполнен с возможностью перемещения в аксиальном направлении относительно корпуса (18а) или, что корпус (18а) выполнен с возможностью перемещения в аксиальном направлении относительно шнекового вала (10а).

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шаг винтовой лопасти (13) в области зоны (25) отжима сформирован так, что смачиваемое или частично экстрагированное горячей заварочной водой в заварочной зоне вещество экстрагируется или, соответственно, окончательно экстрагируется в зоне (25) отжима.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в зоне (25) отжима посредством сжатия вещества имеется более высокое гидростатическое давление, чем в заварочной зоне (24).

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что заварочная зона (24) включает в себя, по меньшей мере, частично цилиндрически или конически выполненную заварочную камеру (36), причем состоящее из отдельных частиц вещество, по существу, аксиально подается в заварочную камеру (36), в то время как горячая заварочная вода (В), по существу, радиально подается в заварочную камеру (36) и/или жидкий экстракт радиально отводится из него.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что шнековый вал (10) выполнен в виде полого вала и снабжен внутренним пространством (12), которое соединено каналами (14) с наружной боковой поверхностью шнекового вала (10).

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что шнековый вал (10) вдоль заварочной камеры (36) снабжен множеством каналов (14).

11. Устройство по п.9 или 10, отличающееся тем, что внутреннее пространство (12) шнекового вала (10) выполнено для подачи горячей заварочной воды (В) или для отвода жидкого экстракта из заварочной камеры (36).

12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что устройство включает в себя проходящий во внутреннее пространство (12) шнекового вала (10) трубопровод (31) для горячей заварочной воды, который снабжен, по меньшей мере, одним выпуском (33), через который(ые) горячая заварочная вода (В) может вводиться во внутреннее пространство (12) шнекового вала (10).

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что трубопровод (31) для горячей заварочной воды выполнен с возможностью перемещения в аксиальном направлении относительно шнекового вала (10) таким образом, что область впуска горячей заварочной воды является изменяемой.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шнековый вал (10) окружен корпусом (18) так, что в различных зонах (23, 24, 25) вдоль шнекового вала (10) создаются различные камеры (35, 36, 37), причем в направлении транспортировки шнекового вала (10) перед заварочной камерой (36) создается, по меньшей мере, одна расположенная со стороны впуска камера (35) уплотнения, а после заварочной камеры (36) создается, по меньшей мере, одна расположенная со стороны выпуска камера (37) отжима.

15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что зона (25) отжима одновременно выполнена в виде уплотняющей зоны.

16. Устройство по п.8, отличающееся тем, что объем заварочной камеры (36) выбран так, что только часть необходимого для приготовления порции напитка количества вещества может быть принята в нем.

17. Устройство по п.14, отличающееся тем, что объем уплотняющего пространства (35) меньше, чем объем заварочной камеры (36).

18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в области зоны (25) отжима расположен собирающий участок (39) для улавливания экстрагированного в зоне (25) отжима жидкого экстракта напитка, причем собирающий участок (39) соединен с выпуском (7) для напитка.

19. Устройство по п.1, отличающееся тем, что винтовая лопасть (13 а) имеет, по существу, трапецеидальное поперечное сечение.

20. Способ приготовления горячих напитков, в частности кофе или чая, посредством заваривания состоящего из отдельных частиц, экстрагируемого посредством воды вещества в заварочной зоне (24), причем вещество транспортируют через заварочную зону (24), а подачу состоящего из отдельных частиц вещества в заварочную зону (24) и из нее осуществляют в одном и том же направлении, отличающийся тем, что состоящее из отдельных частиц вещество после заварочной зоны (24) транспортируют в зону (25) отжима, в которой его сжимают в аксиальном направлении и при этом отжимают экстракт.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что вещество перед заварочной зоной (24) транспортируют через зону (23) уплотнения, в которой его сжимают.

22. Способ по п.20 или 21, отличающийся тем, что вещество для приготовления порции напитка непрерывно транспортируют через заварочную зону (24).

23. Способ по п.20, отличающийся тем, что горячую заварочную воду вводят в заварочную зону (24) таким образом, что горячая заварочная вода протекает через вещество (К), по существу, поперек направления транспортировки этого вещества.

24. Способ по п.20, отличающийся тем, что вещество перед и/или после заварочной зоны (24, 24а) настолько сильно сжимают, что оно в аксиальном направлении действует в качестве уплотнения для вводимой под давлением в заварочную зону (24, 24а) горячей заварочной воды.

25. Способ по п.20, отличающийся тем, что производительность транспортирующего вещества через заварочную зону (24, 24а) транспортирующего органа (10,10а) является изменяемой.

26. Способ по п.25, отличающийся тем, что работоспособность транспортирующего органа (10а) изменяют за счет его аксиального перемещения относительно корпуса (18а).

27. Способ по п.20, отличающийся тем, что область подачи горячей заварочной воды выполнена с возможностью смещения в аксиальном направлении.

28. Способ по п.20, отличающийся тем, что горячую заварочную воду подают в заварочную зону (24), по существу, без давления.

29. Способ по п.20, отличающийся тем, что горячую заварочную воду подают в заварочную зону (24) под давлением от 5 до 20 бар.

Images