КОФЕВАРКА Российский патент 2002 года по МПК A47J31/54 

Изобретение относится к кофеваркам в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения.

Кофеварка имеет подвод воды или емкость для воды, систему нагрева для нагрева воды, варочную камеру, шпаритель для получения кофе и средства подачи воды из емкости для воды в варочную камеру. В зависимости от типа кофеварки отличаются по выполняемым функциям. Таким образом, в кофеварках типа экспресс вода нагревается и подается в варочную камеру под высоким (около 10 бар) давлением с помощью насоса, а кофе должно быть мелкого помола. В кофеварках типа мокка вода в виде пара подается по вертикальной трубе в варочную камеру, где находится кофе в виде порошка мелкого помола. В случае фильтровальной кофеварки вода также подается в виде пара по вертикальной трубе, но потом пар конденсируется и в виде горячей жидкости поступает в камеру с молотым кофе, а затем под давлением окружающей среды медленно проходит через фильтр.

В традиционных кофеварках система нагрева обычно состоит из массивного электронагревательного элемента, который обладает высокой теплоемкостью и температурной инерцией. С одной стороны это является преимуществом, так как его температура только незначительно снижается, когда через него проходит имеющийся объем воды, и осуществляет, таким образом, теплосъем. Однако, с другой стороны, высокая теплоемкость является недостатком, так как к электронагревательному элементу необходимо подводить большое количество энергии для увеличения его температуры до необходимого уровня. Для традиционной кофеварки после ее включения требуется некоторое время (несколько минут), перед тем как она сможет приготовить первую порцию кофе. Это время является потерянным для пользователя.

Для того чтобы не разогревать нагревательный элемент перед каждым приготовлением кофе, тепловая энергия подается на него все время, пока включена кофеварка. Таким образом, в режиме ожидания для кофеварки постоянно требуется подвод энергии, которая бесполезно рассеивается в окружающую среду. Если кофеварка на время отключается, то для приготовления кофе только один раз электронагревательный элемент должен разогреваться вновь, и в этом случае только часть затрачиваемой энергии используется для приготовления кофе. Таким образом, подытоживая сказанное, можно отметить, что использование традиционных кофеварок ведет к непродуктивным затратам времени и электроэнергии.

В патенте США 1631753 предложен электроводонагревательный элемент кофеварки быстрого нагрева. В состав этого водонагревательного элемента входят три спиральные навивки, коаксиальные телескопические медные трубки, по которым вода поступает на нагрев. Вокруг центральной трубки навит резистивный нагреватель. Эти трубки и резистивный нагреватель изолированы с помощью асбестовой ленты. В результате этого в центральной трубке происходит прямой нагрев воды с помощью резистивного нагревательного элемента, а в наружных и внутренних трубках вода нагревается за счет радиации. Нагретая таким образом вода поступает в варочную камеру, в которой находится молотый кофе. Этот водонагревательный элемент работает намного быстрее, чем массивный электронагревательный элемент. Однако он обладает температурной инерцией в результате наличия толстых медных трубок и асбестовой изоляции. Нагрев медных трубок и подвод тепла к воде через асбестовую изоляцию происходит довольно долго.

В патенте США 5262621 проблема длительного нагрева решена путем применения системы индукционного нагрева и электронной системы контроля и регулирования. В водонагревательном устройстве, описанном ниже, используется металлическая трубка, окруженная электромагнитной катушкой. При прохождении воды по этой металлической трубке к катушке прикладывается напряжение переменного тока. С помощью электромагнитной индукции нагревается металлическая трубка, а с помощью теплопроводности нагревается проходящая по трубке вода. Частота переменного тока регулируется системой электронного контроля и регулирования в зависимости от температуры воды на выходе.

В задачу настоящего изобретения входит разработка кофеварки, которая, во-первых, не нуждалась бы во времени для предварительного разогрева и, во-вторых, в режиме ожидания.

В табл. 1 представлен сравнительный анализ характеристик нагревательных элементов по настоящему изобретению и для традиционной кофеварки.

Преимущества кофеварки по настоящему изобретению достигаются сочетанием следующих свойств. Применение нагревателя потока воды с малой теплоемкостью вместо массивного электронагревательного элемента. Применение контура управления для получения требуемой начальной температуры воды. Материалы и конструкция необогреваемых элементов вдоль водяного тракта подобраны таким образом, что они могут выдерживать большое давление воды и при этом обеспечивать минимальный теплосъем. В частности, названные необогреваемые элементы должны обладать малой теплоемкостью и по отношению к воде малым коэффициентом теплопередачи, и при этом иметь достаточную прочность.

Ниже, с помощью приведенных рисунков, подробно описаны кофеварки по настоящему изобретению:
На фиг. 1 схематично изображено вертикальное сечение кофеварки.

На фиг. 2 показан перспективный вид на нагревательный элемент потока воды с изображением отдельных слоев.

На фиг. 3 изображен нагревательный элемент потока воды и насос с системой регулирования.

На фиг. 4 изображено сечение по варочной камере и ее запирающему устройству.

На фиг. 5 изображен внешний вид кофеварки.

На фиг. 6 и 7 изображены сечения по решетке для двух чашек разного размера.

На фиг. 1 схематично изображено вертикальное сечение кофеварки по предпочтительному варианту изобретения. Емкость для воды 1 установлена в верхней части 2 кофеварки. Она может изготавливаться из прозрачного материала, преимуществом такого решения является то, что пользователь может постоянно наблюдать за уровнем воды и при необходимости доливать воду. При необходимости осуществления мойки емкость для воды 1 легко удаляется. Емкость снабжена крышкой 3, которая свободно снимается и может навинчиваться с помощью резьбы или крепиться на петле.

Для подачи воды из емкости для воды 1 к насосу 5 используется шланг или трубка 4. Насос может располагаться в "шейке" 6 кофеварки. Вода перекачивается по шлангу или трубке 7 в нагреватель потока воды 8 и далее. В нагревателе потока воды 8 вода нагревается то требуемой температуры, превышающей 90 ^oС, или до испарения. Нагреватель потока воды выполнен, например, в виде многослойной трубки, снабженной системой электронагрева. Подробное описание насоса 5 и нагревателя потока воды 8 приводятся ниже при описании фиг. 2 и 3.

Перемычка 9, выполненная, например, из нержавеющей стали, соединяет нагреватель потока воды 8 и варочную камеру 10. В перемычке 9 вода скорее всего охлаждается на несколько градусов. В варочной камере 10 находится молотый кофе 10', через который под давлением проходит горячая вода или пар. В состав варочной камеры 10 входит, в основном, основание варочной камеры 11 и крышка варочной камеры 12. Основание варочной камеры 11 помещено в корпус 13 с ручкой 14. Корпус 13 задвигается пользователем в кофеварку и крепится к ней с помощью запирающего устройства 15, таким образом происходит крепление варочной камеры 10. При описании фиг.4 подробно рассмотрены как варочная камера 10, так и запирающее устройство 15.

Готовый кофе выходит из варочной камеры 10 через носик 16 в чашку 17. Чашка 17 установлена на решетке 18, которая расположена на вставке 19', которая в свою очередь находится в основании 19. Для повышения устойчивости кофеварки ее основание 19 может выполняться более массивным за счет ввода в конструкцию дополнительного утяжеления, например из цинковой отливки или свинца 20. В предпочтительном варианте изобретения подвод питания к кофеварке осуществляется через основание 19 кабелем 22 с использованием штепсельного разъема 21.

В табл. 2 рассмотрен водяной тракт как последовательность из четырех участков, каждый из которых отличается по своей температуре и давлению. Численные данные носят приближенный характер и приведены для случая быстрого приготовления кофе и могут отличаться в случаях приготовления кофе другого типа.

На фиг. 2 изображена конструкция нагревателя потока воды 8 для случая предпочтительного варианта изобретения. В сравнении с традиционным массивным электронагревательным элементом преимуществом такого нагревателя потока воды 8 является его способность быстро изменять температуру нагрева. Следовательно, он не требует предварительного разогрева, а также дополнительной энергии в режиме ожидания. В предпочтительном варианте изобретения в состав нагревателя потока воды 8 входит внутренняя трубка 23, по которой может проходить вода и которая может изготавливаться, например, из алюминия, нержавеющей стали или термостойкого пластика.

Вокруг внутренней трубки 23 располагаются внутренние изолирующие слои 24 - 26, изготовленные из электроизолирующего, термостойкого материала, например хромоникелевого сплава. Вокруг нити накала 27 расположен по крайней мере один внешний изолирующий слой 28 - 30, изготовленный также, например, из термостойкого пластика.

Нагреватель потока воды 8 является основным узлом системы нагрева по настоящему изобретению, на фиг. 3 изображена вся система нагрева. На фиг. 3 показана нить накала 27, которая находится внутри нагревателя потока воды 8, который, по предпочтительному варианту изобретения, выполняется в виде спирали и располагается свободно. На входе нагревателя потока воды 8 установлен насос 5 с трубкой 7, напорный патрубок насоса соединен с перемычкой 9. По предпочтительному варианту изобретения насос 5 находится в подвешенном состоянии и вибрирует во время работы как диафрагменный насос. Вибрация передается на нагреватель потока воды 8. Вибрация нагревателя потока воды 8 предотвращает или снижает образование отложений на внутренней трубке 23 или способствует удалению отложений с внутренней поверхности трубки.

По предпочтительному варианту изобретения нагреватель потока воды 8 снабжен контуром управления, который обеспечивает нагрев воды до требуемой температуры во время каждого приготовления кофе. Для этого предусмотрен температурный датчик, который устанавливается на выходе нагревателя потока воды 8. По предпочтительному варианту изобретения температура Т, измеряемая датчиком, является контролируемым параметром, по которому устанавливается мощность Р_р насоса 5 и расход воды F. В другом варианте температура Т является контролируемым параметром для регулирования мощности нагрева (нагревательной способности) Р_Н нити накала 27. По третьему варианту одновременно регулируется как мощность насоса Р_р, так и мощность нагрева P_H. Для целей регулирования или контроля в предпочтительном варианте изобретения используется микропроцессор 32, который устанавливается рядом с насосом 5. Для обеспечения целей регулирования вместо микропроцессора 32 может использоваться простая электронная схема.

Температурный датчик 31 и микропроцессор 32 необходимы также для предупреждения пользователя о наличии отложений в нагревателе потока воды 8. При наличии отложений на стенках нагревателя потока воды 8 время нагрева t при данной мощности нагрева Р_H увеличивается. Таким образом, выводы относительно наличия отложений на внутренней поверхности трубок нагрева могут быть сделаны исходя из несоответствия мощности нагрева Р_Н мощности насоса Р_р и времени разогрева t. При каждом приготовлении кофе микропроцессор проверяет непревышение величиной отложений предельно допустимого значения. Если это значение превышено, пользователь оповещается об этом звуковым и/или световым сигналом. После получения такого сигнала пользователь может предпринять соответствующие меры.

Температура приготовления кофе очень сильно влияет на вкус напитка. Несмотря на то, что данное изобретение обеспечивает экономию времени и энергии, качество кофе должно постоянно оставаться высоким и не должно зависеть от степени разогрева необогреваемых элементов 9-12, расположенных вдоль водяного тракта между нагревателем потока воды 8 и молотым кофе 10. Таким образом, на протяжении всего тракта между нагревателем потока воды 8 и молотым кофе 10' может отбираться только небольшая часть энергии. Для этого необходимо выполнить два требования. Первое, необогреваемые элементы 9-12, расположенные вдоль всего водяного тракта, должны иметь низкую теплопоглощающую способность, т.е. низкую удельную теплоемкость и малую массу. Второе, необогреваемые элементы 9-12 должны иметь низкие коэффициенты теплопередачи по сравнению с водой, т.е. низкие коэффициенты теплопередачи и/или низкую теплопроводность. Однако необогреваемые элементы 9-12 должны выдерживать высокое давление горячей воды (до 10 бар), которое возникает при быстром приготовлении кофе. Подбор материалов и конструкция этих элементов 9-12 должны быть оптимизированы по термическим и механическим свойствам, которые часто противоречат друг другу. В предпочтительном варианте изобретения предложен хороший пример оптимизации этой задачи. Перемычка 9 выполняется короткой и прочной. Основание 11 и крышка 12 варочной камеры 10 выполняются из термоизоляционного материала, например высокопористого, керамического материала, типа полой керамики или полого фарфора или термоизолирующего пластика, с минимальной массой.

Запирающее устройство 15 варочной камеры 10 и сама варочная камера описаны ниже при рассмотрении фиг. 4. В традиционных кофеварках корпус варочной камеры зафиксирован в кофеварке и одновременно заперт байонетом или защелкой. Однако в кофеварке по настоящему изобретению варочная камера 10 встроена в корпус 13, который переносится одной рукой за ручку 14 и задвигается в кофеварку. Корпус 13 может изготавливаться из пластика. Другой рукой с помощью рычага 33 (фиг. 5) пользователь приводит в действие запирающее устройство, расположенное снаружи кофеварки. Поворотом рычага 33 приводится кулачок 34, который отводит крышку варочной камеры 12 вниз и запирает варочную камеру 10. При повороте рычага 33 в другую сторону крышка варочной камеры 12 поднимается и варочная камера 10 открывается, таким образом, корпус 13 удаляется и молотый кофе 10' заменяется на новый.

Удаление воды также контролируется рычагом 33 или крышкой варочной камеры 12. Горячая вода поступает в варочную камеру и из нее в чашку 17 только тогда, когда крышка варочной камеры 12 находится в нижнем положении. Однако, если крышка варочной камеры 12 находится в верхнем положении и варочная камера 10 открыта, то горячая вода, или по желанию пар, выходит из кофеварки через паропровод 35. Горячая вода из паропровода 35 может использоваться, например, для приготовления чая, а пар для подогрева молока.

Точка переключения потока на один из двух трактов находится на входе перемычки 9. Перемычка 9 находится в корпусе 36, который уплотнен двумя кольцевыми прокладками 37, 38 и передвигается вместе с крышкой варочной камеры 12. В верхнем положении верхнее уплотнительное кольцо 37 находится выше входа воды 39 и предотвращает поступление горячей воды или пара в перемычку 9, таким образом, горячая вода или пар поступают на вход 40 паропровода 35. В нижнем положении верхнее уплотнительное кольцо 37 находится ниже входа воды 39 и горячая вода поступает на вход 41 перемычки 9.

На кофеварке установлен переключатель типа кофе 42 для выбора типа приготавливаемого напитка. Например, переключатель может занимать положение "Экспресс", "Мокко", "Фильтрованный кофе", "Капуччино" или другое положение. С помощью переключателя типа кофе 42 микропроцессор 32 выбирает различные программы, в соответствии с которыми в каждом конкретном случае устанавливается температура воды Т и соответствующая производительность насоса P_p.

Для различных типов кофе предусмотрены различные основания варочной камеры 11, которые устанавливаются в корпус 13 в виде сменных модулей. Основание варочной камеры 11 для кофе типа мокка или экспресс выполнено в виде перфорированной тарелки из термоизоляционного материала. Для приготовления фильтрованного кофе в основании варочной камеры 11 должен устанавливаться фильтр и должен быть предусмотрен сливной носик. Молотый кофе 10' загружается в варочную камеру либо без упаковки, либо с упаковкой, например в пакетиках.

Помимо корпуса 13, рычага 33 и переключателя типа кофе 42, кофеварка по настоящему изобретению снабжена также общим выключателем 43. Этот выключатель имеет три положения, которые можно назвать, например, "Пар", "Выключено" и "Кофе", и сочетает две функции. В соответствии с первой функцией кофеварка включается или отключается. В положении "Выключено" кофеварка отключается и не потребляет энергию, в отличие от традиционных кофеварок, которые находятся в режиме ожидания. Пользователь определяет необходимое количество кофе, которое он хочет получить, после этого он переключает выключатель с положения "Выключено" в положение "Кофе", и затем прекращает подачу кофе путем переключения выключателя из положения "Кофе" в положение "Выключено". То же самое происходит и в случае получения пара. В соответствии со второй функцией общий выключатель работает как термореле для вывода потока из паропровода 35. Если рычаг 33 находится в верхнем положении, а общий выключатель находится в положении "Пар", то из паропровода 35 выходит пар, а если общий выключатель находится в положении "Кофе", то выходит горячая вода. Кроме того, если общий выключатель находится в положении "Пар", а рычаг находится в нижнем положении, то подвод воды механически перекрывается. В табл. 3 перечислены все положения рычага и общего выключателя. Кофеварка по настоящему изобретению может снабжаться устройством автоматической регулировки количества кофе.

Решетка 18, на которой расположены чашки 17, сконструирована таким образом, что может переворачиваться во вставке 19'. Таким образом, между сливным носиком 16 и решеткой 18 могут быть установлены два интервала разной величины, что позволяет устанавливать под кофеварку чашки 17, 17' разной высоты. Расстояние между сливным носиком 16 и чашкой 17 должно быть достаточно большим, иначе над поверхностью кофе не сможет образоваться пена.

На фиг. 6 показана маленькая кофейная чашка 17, установленная на решетке 18, при этом решетка находится в верхнем положении, а на фиг. 7 изображена большая кофейная чашка 17', установленная на решетке 18, при этом решетка находится в нижнем положении.

Таким образом, в состав кофеварки по настоящему изобретению входит емкость для воды 1, насос 5, нагреватель потока воды 8 для нагрева воды и варочная камера 10 для загрузки молотого кофе 10'. Нагреватель потока воды 8 обладает малой теплоемкостью. Кофеварка по настоящему изобретению снабжена по крайней мере одним температурным датчиком 31, установленным на выходе из нагревателя потока воды 8 или между названным нагревателем и варочной камерой 10, а также контур управления, который регулирует такой параметр, как температура воды Т на выходе из нагревателя потока воды 8. Что касается механических и температурных характеристик необогреваемых элементов 9-12, расположенных вдоль водяного тракта между нагревателем потока воды 8 и молотым кофе 10', то они оптимизированы таким образом, чтобы обеспечить соответствующую прочность при повышении давления в системе и низкую теплоемкость в сравнении с водой, а также низкие коэффициенты теплопроводности.

Кофеварка предназначена для приготовления различных типов кофе. Для нее не требуется время для подогрева, и она не затрачивает энергии в режиме ожидания. В кофеварку входит емкость для воды, насос, нагреватель потока воды и варочная камера для загрузки молотого кофе. Нагреватель потока воды обладает малой теплоемкостью и поэтому допускает быструю смену температур в течение короткого интервала времени. Для получения требуемой начальной температуры воды используется контур управления. Необогреваемые элементы, расположенные вдоль водяного тракта между нагревателем потока воды и молотым кофе, устроены таким образом, что отбирают у горячей воды только небольшую часть ее энергии, но в то же время эти элементы обладают достаточной прочностью. Это обеспечивает повышение удобства в пользовании кофеваркой. 16 з. п. ф-лы, 7 ил., 3 табл.

1. Кофеварка с емкостью для воды (1), насосом (5) и варочной камерой (10) для загрузки молотого кофе (10'), отличающаяся тем, что она снабжена нагревателем потока воды (8), в состав которого входит внутренняя трубка (23), по которой подается вода, с по крайней мере одним внутренним изолирующим слоем (24-26), расположенным снаружи внутренней трубки (23), и нитью накала (27), навитой вокруг по крайней мере одного внутреннего изолирующего слоя (24-26), при этом нагреватель потока воды (8) обладает малой теплоемкостью, по крайней мере одним температурным датчиком (31), расположенным на выходе нагревателя потока воды (8) или между нагревателем и варочной камерой (10), а также контуром управления, который контролирует температуру Т воды на выходе нагревателя потока воды, при это необогреваемые элементы (9-12), расположенные вдоль водяного тракта между нагревателем потока воды (8) и молотым кофе (10'), обладают соответствующей прочностью, способны выдерживать давление в системе до 10 бар и выполнены из высокопористого керамического материала, пластика или сплава железа, при этом они обладают малой теплоемкостью по сравнению с водой и малым коэффициентом теплопередачи. 2. Кофеварка по п. 1, отличающаяся тем, что один или большее число необогреваемых элементов (9-12), расположенных вдоль водяного тракта, изготовлены из термоизоляционного материала. 3. Кофеварка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что нагреватель потока воды (8) имеет по крайней мере один внешний изолирующий слой (28-30), расположенный вокруг нити накала. 4. Кофеварка по одному из пп. 1-3, отличающаяся тем, что внутренняя трубка (23) нагревателя потока воды (8) изготовлена из алюминия, нержавеющей стали или термостойкого пластика, изолирующие слои (24-26, 28-30) - из термостойкого пластика, а нить накала (27) - из высокоомного металлического сплава. 5. Кофеварка по одному из пп. 1-4, отличающаяся тем, что во избежание отложений на внутренней поверхности трубки нагреватель потока воды (8) установлен в свободном состоянии, насос (5) подвешен свободно с возможностью вибрации во время работы, при этом нагреватель потока воды и насос соединены между собой таким образом, что нагреватель потока воды воспринимает исходящие от насоса вибрации. 6. Кофеварка по одному из пп. 1-5, отличающаяся тем, что в нее входит микропроцессор (32) для контроля и регулирования мощности (Р_р) насоса (5), мощности нагрева (Р_Н) нагревателя потока воды (8) и времени разогрева (t). 7. Кофеварка по п. 6, отличающаяся тем, что при каждом приготовлении кофе микропроцессор (32) на основании данных по мощности (Р_р) насоса (5), мощности нагрева (Р_Н) нагревателя потока воды (8) и времени разогрева (t) рассчитывает величину отложений на внутренней трубке (23) нагревателя потока воды (8) и выдает акустический и/или световой предупредительный сигнал, если отложения превышают предельно допустимый уровень. 8. Кофеварка по одному из пп. 1-7, отличающаяся тем, что варочная камера (10) состоит в основном из основания (11) варочной камеры и крышки (12) варочной камеры. 9. Кофеварка по п. 8, отличающаяся тем, что для приготовления разного вида кофе используются различные основания (11) варочной камеры, которые вставляются пользователем в корпус (13), который может вставляться в кофеварку. 10. Кофеварка по п. 8 или 9, отличающаяся тем, что в нее входит запирающее устройство (15), поворачиваемый пользователем рычаг (33), соединенный с рычагом кулачок (34) и крышка (12) варочной камеры, которая может подниматься и опускаться кулачком и которая запирает варочную камеру (10), когда ее основание (11) вставлено в кофеварку. 11. Кофеварка по п. 10, отличающаяся тем, что рычаг (33) одновременно регулирует выход воды, при этом при открытой варочной камере (10) пар или горячая вода поступает в паропровод (35), а при закрытой варочной камере горячая вода подается на молотый кофе (10'). 12. Кофеварка по п. 11, отличающаяся тем, что позиция переключения с одного тракта на другой расположена на входе перемычки, которая расположена в трубчатом кожухе (36), при этом перемычка уплотнена по поверхности кожуха с помощью двух уплотнительных колец (37, 38) и может передвигаться вместе с крышкой (12) варочной камеры таким образом, что при открытой варочной камере (10) верхнее уплотнительное кольцо (37) располагается выше входа воды (39), предотвращает поступление горячей воды или пара в перемычку (9) и горячая вода или пар поступает на вход (40) паропровода (35), а при закрытой варочной камере верхнее уплотнительное кольцо располагается ниже входа воды и горячая вода поступает на вход перемычки (41). 13. Кофеварка по п. 11 или 12, отличающаяся тем, что в нее входит общий выключатель (43), который с одной стороны включает и отключает кофеварку, а с другой стороны, используется как термореле для выпуска жидкости из паропровода (35). 14. Кофеварка по п. 13, отличающаяся тем, что общий выключатель (43) имеет три положения, которые могут быть названы, например, "Пар", "Выключено" и "Кофе", при этом в положении "Выключено" прекращается подача питания на кофеварку, при переключении выключателя из положения "Отключено" в положение "Кофе" из сливного носика (16) или из паропровода (35) поступает горячая вода, а при переключении выключателя из положения "Кофе" в положение "Выключено" все прекращается, при переключении выключателя из положения "Выключено" в положение "Пар" из паропровода выходит пар, подача которого может быть прекращена при переключении выключателя из положения "Пар" в положение "Выключено". 15. Кофеварка по одному из пп. 1-14, отличающаяся тем, что емкость для воды (1) установлена сверху кофеварки на виду, изготовлена из прозрачного материала, может сниматься пользователем и снабжена крышкой (3). 16. Кофеварка по одному из пп. 1-15, отличающаяся тем, что она снабжена утяжеленным основанием (19) для повышения ее устойчивости. 17. Кофеварка по п. 16, отличающаяся тем, что под сливным носиком (16) расположена вставленная в основание (19) решетка (18) для кофейных чашек (17, 17') с возможностью ее переворачивания для регулировки состояния от нее до сливного носика.