ОШПАРИВАТЕЛЬ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГОРЯЧЕГО НАПИТКА Российский патент 2019 года по МПК A47J31/52 

Настоящее изобретение относится к способу приготовления горячего напитка, в частности, кофейного напитка, а также соответствующему ошпаривателю, при котором в процессе ошпарирования задаваемое количество ошпаривающей воды с нагружением давлением пропускают через размещенное в камере ошпаривания количество ароматоносителя, в частности, молотый кофе.

Присутствующие на рынке кофеварки, например, полностью автоматические кофеварки или машины для приготовления сорта «эспрессо» содержат камеру ошпарирования, которую заполняют молотым кофе, молотый кофе при необходимости уплотняют и в завершение через него под давлением пропускают горячую воду. Иногда такие машины дополнительно содержат мельницу, с помощью которой производят свежее измельчение кофейных зерен.

Давление, под которым горячую воду пропускают через камеру ошпарирования, при этом падает главным образом в спрессованном в камере ошпарирования кофейном порошке, «кофейном кеке». Для получения лучшей пенки часто предлагают также предусматривать вверх по потоку от камеры ошпарирования дроссельный клапан, с помощью которого может быть повышение давление в камере ошпарирования.

В заявке ЕР 1 133 944 В1 предложено предусмотреть после камеры ошпарирования механический регулировочный клапан, при котором пружина стремится удерживать корпус клапана в открытом положении, и при котором корпус клапана может быть заперт находящимся под давлением кофейным напитком против усилия предварительного натяжения пружины в направлении запирания. Описанное устройство с регулировочным клапаном служит для поддержания расхода воды на неизменном уровне в пределах известных рамок. С помощью регулировочного винта может быть произведено ручное регулирование предварительного натяжения пружины и, тем самым, требуемого расхода воды.

Применительно к известным кофеваркам было замечено, что вкус и качество заваренного кофе подвержен значительным колебаниям. Наряду с используемыми сортом и количеством кофе существенное влияние на вкус заваренного кофейного напитка оказывает прежде всего степень помола кофе и степень уплотнения молотого кофе в камере ошпарирования. Помимо этого, однако, часто замечают также, что после длительного простоя кофеварки вкус и качество первого приготовленного кофе значительно ниже ожидаемых и иногда кофе даже приходится выбрасывать. Однако, также и в ходе текущего режима при в остальном остающихся неизменными условиях были замечены отклонения качества и вкуса приготовленного кофейного напитка.

Поэтому задача настоящего изобретения состоит в создании таких ошпаривателя и способа, с помощью которых достигается повышение вкусового качества свежеприготовленного кофейного напитка, по меньшей мере, однако, повышение постоянства во вкусовом выражении поочередно приготовленных кофейных напитков.

Задачу решают с помощью ошпаривателя по пункту 1 и способа по пункту 16 формулы изобретения. Предпочтительные исполнения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Соответствующий изобретению ошпариватель содержит нагружаемую давлением камеру ошпаривания для пропускания заранее задаваемого количества ошпаривающей воды во время процесса ошпаривания через размещенное в камере количество молотого кофе, а также расположенное перед камерой ошпаривания или за ней измерительное устройство для определения объемного потока ошпаривающей воды или количества уже пропущенной или еще подлежащей пропусканию ошпаривающей воды, регулируемый клапан противодавления, расположенный в направлении прохождения потока предпочтительно за камерой ошпаривания, и систему управления для управления клапаном противодавления в зависимости от определенной измерительным устройством величины. При этом клапан противодавления выполнен в виде приводимого в действие электродвигателем игольчатого клапана, который система управления отпирает или запирает посредством управления соответствующим приводным электродвигателем, то есть, например, постепенно или пошагово.

Таким образом, с помощью настоящего изобретения осуществляют активное управление противодавлением, выработанным расположенным в направлении потока за камерой ошпаривания клапаном противодавления, в результате чего на протяжении всего процесса заваривания давление над находящимся в камере ошпаривания кофейным кеком можно поддерживать главным образом неизменным. При этом использующийся в соответствии с изобретением игольчатый клапан обеспечивает, с одной стороны, особо точное и, с другой стороны, быстро срабатывающее регулирование расхода воды. С одной стороны, активное управление потоком при противодавлении позволяет осуществлять регулирование неизменного расхода и неизменного выходного объемного потока в процессе ошпаривания. Исследования показали, однако, что лучшие результаты могут быть достигнуты в отношении по возможности неизменного качества кофе, для чего осуществляют регулирование до неизменного общего времени протекания ошпаривающей воды в рамках процесса ошпаривания.

Проведенные с помощью сенсоров исследования показали, что при регулировании неизменного времени протекания при молотом кофе с различной тонкостью помола могут быть приготовлены кофейные напитки, практически идентичные во вкусовом и качественном отношениях. Это неожиданное и абсолютно поразительное познание, поскольку прежде исходили из того, что на вкус кофейного напитка в существенной мере влияет степень измельчения, то есть размер зерна молотого кофе, и при приготовлении прежде всего кофейных напитков вкусовой линии «эспрессо» использовали по возможности мелкий помол кофе. В случае настоящего изобретения в этом более нет необходимости, поскольку удалось приготовить из несколько более грубых помолов лучшие в органолептическом отношении кофейные напитки вкусового направления «эспрессо», нежели при использовании специальных, особо тонких помолов «эспрессо», что согласно опыту заявительницы следует объяснить тем, что вследствие слишком тонкого помола может быть потерян аромат кофе.

Таким образом, соответствующее изобретению регулирование потока с противодавлением пригодно для почти полного уравнивания различий в степени помола кофейного порошка, так что при приготовлении кофейных напитков из свежеизмельченных кофейных зерен можно использовать существенно более простые в техническом отношении и, тем самым, менее дорогие мельницы.

С другой стороны, соответствующее изобретению регулирование потока с противодавлением посредством целенаправленного изменения времени протекания с использованием молотого кофе с той же степенью помола позволяет экстрагировать напитки с различным органолептическим выражением. В соответствии с этим оптимизация времени вытекания при главном образом неизменном качестве кофейного напитка позволяет использовать меньшее количество молотого кофе, в результате чего соответствующее изобретению регулирование потока с противодавлением ведет также к экономии молотого кофе.

В случае предпочтительной формы исполнения изобретения, таким образом, непрерывно или, по меньшей мере, многократно определяют количество уже пропущенной или еще подлежащей пропусканию ошпаривающей воды в целях управления клапаном противодавления в зависимости от определенного вместе с этим количества, в результате чего процесс ошпаривания осуществляют в течение заранее определяемого общего времени протекания воды. В зависимости от того, должно ли быть большее или меньшее количество ошпаривающей воды при заранее заданном общем количестве ошпаривающей воды в течение оставшегося временного интервала пропущено вплоть до достижения заранее заданного общего времени протекания через камеру ошпаривания, клапан противодавления открывают на большую величину или запирают на большую величину для увеличения или уменьшения объемного потока.

В качестве величины измерения и входной величины для соответствующего изобретению регулирования потока с противодавлением могут быть использованы измеренные величины объемного потока, которые определяют, например, с помощью расположенного в линии подвода воды датчика расхода. На основании их можно несложным образом определить количество уже пропущенной ошпаривающей воды, например, посредством интеграции с помощью ПИД-регулятора (пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора).

В целесообразном случае игольчатый клапан содержит укрепленную на ходовом винте иглу клапана, которая может быть перемещена в осевом направлении относительно отверстия клапана путем регулировки ходового винта. В частности, ходовой винт может быть нагружен пружиной относительно ходовой гайки. Такая пружина предварительного натяжения, с помощью которой осуществляют предварительное натяжение ходового винта относительно ходовой гайки, служит прежде всего для устранения зазора ходового винта, который в ином случае был бы заметен на основании разностей углов поворота при отпирании и запирания клапана. Это особенно предпочтительно при использования шагового электродвигателя для управления ходовым винтом.

Отверстие клапана имеет диаметр предпочтительно от 1 до 5 мм, далее, предпочтительно от 1 до 3 мм. При этом игла клапана, по меньшей мере, на участке может быть выполнена с конической формой и иметь угол наклона, составляющий от 2° до 10°, предпочтительно от 4° до 7°.

В качестве приводного электродвигателя, как уже упоминалось, используют предпочтительно шаговый электродвигатель. Шаговый электродвигатель обеспечивает, с одной стороны, возможность быстрого отпирания и запирания клапана и, с другой стороны, весьма прецизионное регулирование отверстия клапана.

При этом особо предпочтительна возможность эксплуатации шагового электродвигателя в режиме полного шага и в режиме частичного шага. С помощью системы управления возможно управлять его работой таким образом, что в течение первой фазы отпирания вначале приготовления продукта он работает в режиме полного шага, а в течение второй фазы в процессе приготовления продукта работает в режиме частичного шага. За счет этого, с одной стороны, достигают быстрого отпирания в начале процесса приготовления продукта, а также запирания в конце процесса приготовления продукта и, с другой стороны, в процессе приготовления продукта обеспечивается возможность весьма точного управления клапаном при малом шаге.

Предпочтительно система управления выполнена для управления клапаном противодавления в зависимости от определенных измерительным устройством величин таким образом, что процесс ошпаривания осуществляют или завершают при заранее задаваемой, главным образом неизменной скорости протекания, однако, предпочтительно в течение заранее задаваемого общего времени протекания воды. В частности, система управления может быть выполнена в виде ПИД-регулятора.

При предпочтительном усовершенствовании изобретения систему управления можно программировать с использованием самообучения, в результате чего она рассчитывает из предшествовавших процессов ошпаривания значение, на величину которого протекание жидкости через клапан противодавления должно быть дросселировано в фазе запуска после начала процесса ошпаривания после применения потока жидкости, чтобы достичь требуемого общего времени протекания или предусмотренной скорости протекания. То есть было установлено, что именно в фазе запуска после начала процесса ошпаривания следует ожидать сильно колеблющейся характеристики протекания воды, которую, возможно, можно объяснить термическими эффектами расширения или характеристикой упругости материала в области клапана. В частности, при использовании игольчатого клапана, приводимого в действие шаговым электродвигателем в фазе запуска необходимо дополнительное регулирование клапана противодавления, иногда в существенном объеме, для достижения требуемого протекания воды. В данном случае была установлена предпочтительность обучения на основании непосредственно предшествовавших процессов ошпаривания и определения того, в какой мере должно быть произведено дополнительное регулирование клапана после задействования потока жидкости в начале процесса приготовления продукта.

Следующая выгода и синергетический эффект клапана противодавления обусловлены полным запиранием клапана противодавления после завершения процесса ошпарирования. Таким образом предотвращают подтекание из заполненной кофейным напитком выпускной линии, которое обычно наблюдают в случае обычных кофеварок. При этом, однако, в качестве следующего предпочтительного фактора было определено повторное отпирание запертого после приготовления продукта клапана противодавления через заранее заданный или заранее задаваемый промежуток времени после завершения процесса ошпаривания. В частности, при использовании игольчатого клапана с весьма точной регулировкой именно после завершения приготовления продукта вследствие охлаждения может произойти горячая запрессовка или заклинивание иглы клапана в седле клапана. Это предотвращают за счет того, что повторное отпирание игольчатого клапана происходит своевременно до момента существенного охлаждения, например, через 5 или 10 с. с момента приготовления продукта. Обычно после истечения этого временного промежутка пользователь уже извлек свою емкость со свежевыданным кофейным напитком, а возможно еще оставшиеся в выпускной линии остатки напитка могут быть опорожнены в сцежу.

Следующий предпочтительный аспект возникает в результате такого программирования системы управления, при котором инициацию клапана противодавления производят перед началом процесса ошпаривания посредством отпирания и последующего запирания. За счет этого обеспечивают, с одной стороны, нахождение клапана противодавления в определенном, закрытом состоянии. С другой стороны, в частности, в случае игольчатого клапана обеспечивают запирание клапана с определенным усилием запирания. Тем самым избегают обусловленного термическими эффектами или эффектами упругости материала колебания в начальной фазе запуска клапана и, тем самым, повышают воспроизводимость характеристики выпуска. Если привод клапана производят с помощью шагового электродвигателя, то может быть целесообразно управление работой шагового электродвигателя при запирании клапана с помощью пониженного тока катушки, в результате чего уменьшается усилие срабатывания при запирании и, в соответствии с этим, опасность заклинивания или повреждения клапана при запирании.

Измерительное устройство, вырабатывающее величины измерения для управления клапаном противодавления, может предпочтительно содержать проточный датчик. Такого рода проточный датчик или расходомер измеряет актуальный расход или объемный расход потока через заранее заданное поперечное сечение линии. За счет интеграции на основании объемного расхода может быть определено количество уже пропущенной ошпаривающей воды. Соответствующий проточный датчик может быть расположен либо в линии подвода свежей воды вверх по потоку относительно водяного насоса для подачи ошпаривающей воды и выработки давления, либо между водяным насосом и бойлером для нагрева ошпаривающей воды. Было бы также возможно расположение проточного датчика между бойлером и камерой ошпаривания. Такой проточный датчик может быть одновременно использован для порционирования кофейного напитка, то есть для дозирования заранее задаваемого общего количества ошпаривающей воды, за счет чего может быть достигнут следующий синергетический эффект. Предпочтительно такой проточный датчик расположен в холодной зоне, то есть перед использующимся для нагрева ошпаривающей воды бойлером, поскольку здесь количество воды может быть измерено с наибольшей точностью, так как на него не оказывают вредное влияние возможные пузырьки пара и связанное с этим увеличение объема жидкости.

Наряду с измерением расхода может быть определена и задействована любая другая величина измерения, с помощью которой можно определить количество уже пропущенной или еще подлежащей пропусканию ошпаривающей воды. Например, под емкостью для напитка, которую позиционируют под выпускным отверстием для приема кофейного напитка, могут быть расположены весы, взвешивающие количество кофейного напитка, уже выданного в емкость для напитка. Таким же образом заранее заданное количество ошпаривающей воды могло бы быть закачено в цилиндр насоса и с помощью поршня выдавлено через камеру ошпаривания. Количество уже проведенной через камеру ошпаривания или еще подлежащей проведению через камеру ошпаривания ошпаривающей воды в этом случае можно определить непосредственно на основании пути хода поршня. Другие способы измерения, например, индукционное или емкостное измерения объема, также находятся в рамках настоящего изобретения.

В случае способа приготовления кофейного напитка, при котором в камеру ошпаривания закладывают определенное количество молотого кофе и в завершение через камеру ошпаривания с нагружением давлением пропускают заранее задаваемое количество ошпаривающей воды, в соответствии с изобретением задачу решают за счет того, что во время процесса ошпаривания непрерывно или, по меньшей мере, многократно, определяют величину для объемного потока ошпаривающей воды перед камерой ошпаривания или за ней и/или для количества уже пропущенной или еще подлежащей пропусканию ошпаривающей воды и в зависимости от определенной величины осуществляют управление регулируемым клапаном противодавления, расположенным в направлении потока предпочтительно за камерой ошпаривания.

Говоря иначе, в качестве параметра регулирования служит зависимая от мгновенного и/или аккумулированного расхода ошпаривающей воды величина, которую в соответствии с изобретением непрерывно или, по меньшей мере, многократно определяют во время процесса ошпаривания для управления клапаном противодавления или его дополнительно регулирования.

Дальнейшие преимущества и свойства изобретения вытекают из примеров исполнения и приложенных чертежей. При этом чертежи показывают:

фиг. 1 показывает схематическую схему водотока соответствующего изобретению ошпаривателя;

фиг. 2 показывает в сечении чертеж игольчатого клапана, который используется в рамках изобретения для регулирования потока с противодавлением;

фиг. 2а показывает детальный чертеж игольчатого клапана и отверстия клапана из фиг. 2;

фиг. 3 показывает диаграмму временного прохождения сигналов управления во время процесса ошпаривания;

фиг. 4 показывает временную диаграмму заданного значения и измеренного фактического значения регулирования потока с противодавлением во время процесса ошпаривания;

фиг. 5 показывает для служащего для управления клапаном шагового электродвигателя временную диаграмму с прохождением кривой регулирования для положения клапана по шагам и фактическое значение расхода, измеренное проточным датчиком; и

фиг. 6 показывает второй пример исполнения соответствующего изобретению ошпаривателя.

На фиг. 1 на так называемой схеме водотока показана конструкция ошпаривателя для приготовления кофейных напитков, который может быть использован, например, в составе полностью автоматических кофеварок. Ошпариватель содержит группу 1 ошпаривания, бойлер 2 с ошпаривающей водой, расположенный на стороне подвода водяной насос 3 и выпускное отверстие 4 для свежеприготовленных кофейных напитков. В направлении потока перед водяным насосом 3 расположен главный водяной клапан 5, через который ошпариватель подключают к линии 6 повода свежей воды. На стороне давления насос 3 через проточный датчик 7, называемый часто также расходомером, и обратный клапан 8 соединен с подводящей линией бойлера 2 с ошпаривающей водой. Ошпаривающую воду из бойлера 2 подводят к группе 1 ошпаривателя. Между группой 1 ошпаривателя и выпускным отверстием 4 расположен регулируемый клапан 9 противодавления, управление которым производят с помощью системы 10 управления в зависимости от величин, измеренных проточным датчиком 7. При этом система 10 управления может быть реализована в виде микропроцессора, в котором могут быть реализованы также другие процессы управления и регулирования для полностью автоматической кофеварки.

Группа ошпаривателя содержит известным по себе образом нагревательное устройство 11, с помощью которого осуществляют нагрев и поддержание в горячем состоянии группы ошпаривателя, и камеру 12 ошпаривания, в которую загружают разделенный на порции, свежеизмельченный кофе 13. Группа ошпаривателя, которая может быть использована в рамках настоящего изобретения, описана, например, в заявке ЕР 2561778 А1, на которую, тем самым, во избежание ненужных повторений дается целиковая ссылка.

Группа 1 ошпаривателя выполнена таким образом, что она может быть открыта для заполнения разделенным на порции количеством молотого кофе, который предварительно был измельчен в мельнице полностью автоматической кофеварки. Кроме того, при открытой группе ошпаривателя после процесса ошпаривания оставшаяся кофейная гуща может быть выброшена в резервуар для отходов. Группа ошпаривателя содержит, кроме того, подвижный поршень (не изображен), который спрессовывает загруженный молотый кофе относительно находящейся в камере ошпаривания сетки для ошпаривания. После отвода поршня через спрессованный таким образом молотый кофе может быть пропущена находящаяся под давлением ошпаривающая вода.

Выработанное насосом 3 давление, под которым горячую воду пропускают через камеру 12 ошпаривания, составляет в типичном случае, не ограничивая, однако, этим изобретение, около 8-12 бар. В случае обычных кофеварок это давление ошпаривающей воды уменьшается над спрессованным в камере 12 ошпаривания кофейным кеком 13. Скорость, с которой ошпаривающая вода проходит через молотый кофе 13, при этом в решающей мере зависит от степени измельчения молотого кофе, сорта кофе, количества и степени уплотнения. При использовании соответствующего изобретению ошпаривателя уменьшение давления происходит, напротив, прежде всего на расположенном за камерой 12 ошпаривания клапане 9 противодавления, с помощью которого посредством системы 10 управления осуществляют целенаправленное управление скоростью прохождения или расходом порошка через камеру 12 ошпаривания, а именно в зависимости от фактического значения, измеренного проточным датчиком 7 расхода.

В примере исполнения клапан 9 противодавления выполнен в виде приводимого в действие шаговым электродвигателем игольчатого клапана, который изображен в сечении на фиг. 2. Основным элементом игольчатого клапана является гнездо 20 клапана со сквозным отверстием 21 клапана, в которое погружена игла 22 клапана. Она изображена в увеличенном масштабе на фрагменте В на фиг. 2. В случае примеров исполнения отверстие 21 клапана имеет диаметр 1,5 мм. Игла 22 клапана расположена под весьма острым углом наклона, составляющим всего 4°.

Игла 22 клапана укреплена на ходовом винте 23, который приводят в действие с помощью шагового электродвигателя 24. Седло 20 клапана и игла 22 клапана размещены в корпусе 25 клапана, с которым шаговый электродвигатель 24 соединен с помощью байонетного замка. Образованная корпусом 25 клапана клапанная коробка 26 уплотнена в направлении вниз к шаговому электродвигателю 24. На верхнем конце клапанной коробки 26 расположено подводящее отверстие 28, с которым соединена группа 1 ошпаривания. Сбоку на корпусе 25 клапана расположено выпускное отверстие 29, которое соединяют с выпускным отверстием 4 кофеварки.

Ходовой винт 23 взаимодействует с ходовой гайкой 30, которая укреплена на корпусе шагового электродвигателя 24. Пружина 31 предварительного натяжения, которая опирается на опорную пластину 32 на нижней стороне корпуса 25 клапана и соединенный с иглой 22 клапана поясок 33, осуществляет предварительный прижим иглы 22 клапана или ходового винта 23 к ходовой гайке 30 и, тем самым, устраняет возможный люфт в приводе с ходовым винтом.

По гигиеническим соображениям корпус 25 клапана, седло 20 клапана и игла 22 клапана выполнены из полимерного материала. Для гнезда клапана и иглы клапана хорошо зарекомендовали себя, в частности, устойчивые к высоким температурам термопластичные полимерные материалы, в частности РЕЕК (полиэфирэфиркетон). Альтернативно гнездо клапана и игла клапана могут быть выполнены также из благородной стали. Корпус клапана может состоять, например, из материала PPS (полифенилсульфид) или PPSU (полифенилсульфон).

Для достижения пригодной характеристики клапана используют иглу клапана с конусообразным профилем, причем угол раствора составляет от 2° до 15°. Наилучшая характеристика регулирования была определена для использующейся в примере исполнения иглы клапана с конусообразным профилем с углом раствора, составляющим 4°.

Управление шаговым электродвигателем 24 можно осуществлять выборочно с полными шагами или шагами в одну восьмую. При выбранном передаточном числе ходового винта полный шаг соответствует ходу в 0,021 мм. Перемещение ходового винта между полным отпиранием и запиранием игольчатого клапана составляет около 100 полных шагов. Для быстрого отпирания и запирания управлением шаговым электродвигателем осуществляют с использованием полных шагов. В режиме регулирования, напротив, производят переключение на шаг в одну восьмую. Кроме того, управление шаговым электродвигателем можно осуществлять током катушки с различной силой, 50 мА и 100 мА. Для отпирания и при работе в режиме регулирования управление шаговым электродвигателем осуществляют соответственно полным током катушки, а при запирании игольчатого клапана ток катушки уменьшают для запирания клапана с незначительным усилием во избежание заклинивания иглы 22 клапана в отверстии 21 клапана в результате большой крутизны иглы.

На фиг. 3 показана временная характеристика при управлении ошпаривающим устройством. Перед началом приготовления напитка клапан противодавления полностью открыт. При начале приготовления продукта, когда пользователь с помощью соответствующих средств ввода произвел выбор продукта и запустил процесс приготовления, происходит запирание клапана противодавления. Как было пояснено, запирание происходит в режиме полного шага при уменьшенном токе катушки. В ходе последующего шага происходит запуск водяного насоса, который вырабатывает давление воды. Теперь ошпаривающая вода протекает от бойлера 2 к группе 1 ошпаривателя до момента его заполнения. Клапан 9 противодавления остается в течение этого времени в запертом положении. После остановки потока воды, поскольку группа 1 ошпаривателя заполнена водой, клапан 9 противления в завершение переходит в открытое положение и начинается процесс ошпаривания.

Теперь происходит переключение системы управления шаговым электродвигателем в режим шага в одну восьмую и с помощью системы 10 управления на основании величин измерения, измеренных проточным датчиком 7, происходит регулирование клапана противодавления. После завершения процесса ошпаривания происходит отключение водяного насоса. Кроме того, происходит запирание клапана противодавления. За счет этого предотвращают подтекание еще оставшихся в линиях остатков жидкости из выпускного отверстия 4 кофеварки. Теперь приготовление продукта завершено и пользователю на графическом дисплее интерфейса пользователя выдается сообщение о том, что он может извлечь емкость для напитка с выбранным напитком.

В завершение по истечении заранее определенного промежутка времени с момента завершения процесса приготовления продукта вновь происходит полное отпирание дроссельного клапана. Это происходит исходя из того, что вследствие высокой крутизны иглы и термического расширения гнезда 20 клапана и иглы 22 клапана иглу 22 может заклинить в отверстии 21 клапана вследствие так называемой напрессовки в горячем состоянии. В худшем случае более не удалось бы произвести отпирание клапана после охлаждения. Для предотвращения этого клапан отпирают в соответствии с описанным после завершения приготовления продукта, однако, своевременно, до момента слишком сильного охлаждения.

На фиг. 4 в качестве примера для выставляемых вручную заданных значений показана характеристика последующего изменения фактического значения для расхода. Жирная линия 41 показывает определенное отверстием клапана 9 противодавления заданное значение расхода в миллилитрах в секунду (мл/с). Тонкая линия 42 показывает фактические значения, измеренные проточным датчиком 7. Незначительное временное смещение около 0,8 с. между кривой 41 заданного значения и кривой 42 фактического значения обусловлено тем, что проточный датчик 7 расположен в зоне холодной воды перед бойлером 2. Альтернативно проточный датчик может располагаться непосредственно перед группой 1 ошпаривания или непосредственно за ней.

На фиг. 5 изображено временное прохождение кривой регулирования и фактическое значение измеренного проточным датчиком расхода во время приготовления продукта в осуществляемом системой 10 управления режиме регулирования. Левая ордината относится к управлению игольчатым клапаном в шагах шагового электродвигателя. Соответствующее положение клапана изображено в виде кривой 51. Кривая 51 фактического значения для расхода относится к правой ординате в миллилитрах в секунду (мл/с).

В момент начала приготовления продукта с включением водяного насоса расход сначала скачкообразно идет вверх и в области 52а достигает пикового значения без отпирания при этом клапана 9 противодавления. Эта область в течение времени, пока расход вновь не вернется с временной точки 52b до нуля, относится к заполнению группы 1 ошпаривателя. Сразу после заполнения группы 1 ошпаривателя система 10 управления отпирает клапан 9 настолько, что вновь начинается протекание воды. Вследствие упругих свойств в клапане и множества других эффектов, таких как, например, возможное заклинивание иглы клапана к моменту отпирания, для первого отпирания клапана 9 противодавления необходимо относительно большое количество шагов электродвигателя. В зависимости от эксплуатационной ситуации игольчатого клапана 9 это вполне могут быть от 20 до 40 шагов шагового электродвигателя, и поэтому первое отпирание может быть произведено предпочтительно также с полной шириной шага.

После первого пропускания потока жидкости через камеру 12 ошпаривания клапан 9 противодавления должен быть вновь незамедлительно заперт на определенную величину хода. В этой первой начальной области система регулирования реагирует весьма чувствительно. В соответствии с познаниями заявительницы термические расширения и упругость клапана могут быть причиной того, что до момента своей стабилизации система регулирования отображает эту осциллирующую характеристику. По этой причине предпочтительно имплементировать для этой начальной характеристики после подачи объемного потока регулирование с самообучением, которое на основании предшествовавших процессов ошпарирования определяет, через какое количество шагов после первого отпирания и подачи объемного потока должна быть произведена повторная обратная регулировка игольчатого клапана 9 или его запирание.

С помощью соответствующего изобретению регулирования потока с использованием противодавления кофейные напитки могут быть приготовлены с различными величинами противодавления и, тем самым, с различными вкусовыми оттенками. Возможно изменение противодавления во время процесса ошпаривания в зависимости от измеренного объемного потока. За счет этого может быть произведено регулирование, например, для достижения неизменного, заранее заданного или заранее задаваемого объемного потока на выпуске. Вследствие недетерминантной переходной характеристики, однако, особо предпочтительным оказалось регулирование до достижения неизменного времени вытекания, то есть целенаправленное ускорение или замедление посредством отпирания или запирания клапана противодавления скорости пропускания ошпаривающей воды в зависимости от количества уже пропущенной или еще подлежащей пропусканию ошпаривающей воды, в результате чего в целом достигают заранее заданного общего времени пропускания заранее заданного общего количества ошпаривающей воды для выбранного напитка. Таким образом можно добиться приготовления всех напитков одного и того же типа, например, «эспрессо» или «лунго» с соответственно одним и тем же общим временем пропускания воды. В соответствии с изобретением это ведет к весьма высокой воспроизводимости и неизменности качества кофе для соответственно заранее заданного типа напитка.

Для каждого типа напитка может быть определено или установлено с помощью испытаний оптимальное в отношении требований клиента время пропускания, с помощью которого по сравнению с обычными кофеварками может быть существенно повышено качество кофе. Помимо этого за счет оптимизации времени выпуска можно, по меньшей мере, частично компенсировать уменьшение количества используемого молотого кофе, за счет чего при остающемся сравнительно неизменным качестве достигают экономии количества необходимого кофе. Наконец, различия в степени помола кофе не влияют или влияют лишь незначительно на качестве кофе приготовленного в соответствии с изобретением кофейного напитка, в результате чего в соответствующих изобретению полностью автоматических кофеварках можно использовать менее дорогие мельницы. Наконец, исследования выявили удивительный факт, заключающийся в том, что при использовании несколько более грубых помолов можно без труда добиться даже лучших органолпептических результатов по сравнению с использовавшимися прежде тонкими помолами, в частности, в области сорта напитка «эспрессо».

Чем больше время пропускания, выставленное с помощью соответствующего изобретению регулирования потока с использованием противодавления, тем больше выход экстрагирования нелетучих ингредиентов в приготовленном кофейном напитке и тем сильнее органолептическое восприятие в отношении вкусовых характеристик (кислинка, горечь), а также оскомины. Оно обеспечивает возможность целенаправленного управления и оптимизации кофейных напитков, приготовленных в соответствии с изобретением.

На фиг. 6 показан следующий пример исполнения соответствующего изобретению ошпаривателя. В отличие от показанного на фиг. 1 ошпаривателя в данном случае блок 1’ ошпаривания выполнен для порционирующей кофеварки для работы с кофейными капсулами 14. Камера 12’ ошпаривания выполнена для приема кофейных капсул. Такие кофейные капсулы могут быть изготовлены из алюминия или полимерного материала и на заводе-изготовителе заранее заполнены разделенным на порции молотым кофе 13’ и закрыты, например, как показано на фиг. 6, с помощью мембраны на нижней стороне капсулы 14.

В примере исполнения камера 12’ ошпаривания выполнена известным по себе образом в виде гнезда для капсул, которое охватывает вложенную кофейную капсулу 14. на верхней стороне капсулу 14 пробивают одним или несколькими пробойниками 16. Это можно осуществлять автоматически или вручную. Нижней стороной капсула прижата к оснащенной сквозными отверстиями несущей пластине 17, так называемой пирамидальной пластине. После запуска процесса ошпаривания ошпаривающую воду нагнетают под давлением из бойлера 2 с горячей водой в капсулу 14. Если давление внутри капсулы 14 еще является достаточно высоким, происходит надрыв мембраны 15 на нижней стороне капсулы 14 и приготовленный внутри капсулы кофейный напиток может теперь протекать через перфорированную мембрану 15 и пирамидальную пластину 17 в направлении выпускного отверстия 14. Дополнительно или альтернативно к бойлеру 2 с горячей водой в линии подвода воды блока 1’ ошпаривателя может быть расположен проточный нагреватель 11’, с помощью которого производят нагревание или подогрев ошпаривающей воды.

Также как и в первом примере исполнения, в выпускной линии между камерой 12’ ошпаривания и выпускным отверстием 4 расположен клапан 9 противодавления, с помощью которого с использованием системы 10 управления можно осуществлять управление протеканием воды в зависимости от величин, измеренных проточным датчиком 7. Также и в этом случае с помощью регулирования потока с использованием противодавления можно осуществлять регулирование до достижения заранее заданного расхода, однако, предпочтительно, до достижения заранее заданного общего времени протекания заранее заданного количества ошпаривающей воды.

В случае изготовленных в промышленных условиях и заранее заполненных кофейных капсул 14 различия в тонкости измельчения поставленного молотого кофе 13’ играют существенную роль, однако, также в случае работающей с капсулами кофеварки с помощью соответствующего изобретению регулирования потока с использованием противодавления можно обеспечить существенно более высокое постоянство органолептических характеристик или качества выданных кофейных напитков за счет регулирования общего времени пропускания воды, одинакового для всех поочередно приготовленных напитков. Кроме того, с помощью варьирования или оптимизации общего времени пропускания воды можно добиться согласования вкусовых свойств с предпочтениями пользователя.

Само собой разумеется, соответствующее изобретению регулирование потока с использованием противодавления при каждых типах порционирующих кофеварок можно использовать как для режима с использованием кофейных капсул, так и для режима с использованием кофейных таблеток. Также в рамках соответствующего изобретению регулирования потока с использованием противодавления количество подлежащей пропусканию ошпаривающей воды может быть изменено и общее время пропускания воды может быть соответствующим образом согласовано, например, для выдачи различных кофейных напитков или также для разделения на одинарные или двойные порции.

В целом соответствующее изобретению регулирование потока с использованием противодавления можно использовать также для всех типов систем горячих напитков, причем горячие напитки могут быть приготовлены с долей не только кофе, но и также других вкусовых сортов или ароматоносителей, таких как какао или чай.

В случае способа и соответствующего ошпаривателя для приготовления горячего напитка, в частности кофейного напитка, при которых в камеру (12) ошпаривания загружают количество ароматоносителя, в частности молотого кофе, и в завершении в процессе ошпаривания через камеру (12) ошпаривания пропускают под давлением заранее задаваемое общее количество ошпаривающей воды, вкусовые качества свежеприготовленного кофейного напитка повышают, по меньшей мере, увеличивают постоянство во вкусовом выражении поочередно приготовленных кофейных напитков за счет того, что во время процесса ошпаривания производят непрерывное или, по меньшей мере, многократное определение величины для объемного потока ошпаривающей воды перед камерой (12) ошпаривания или за ней и/или количества уже пропущенной или еще подлежащей пропусканию ошпаривающей воды и в зависимости от определенной величины осуществляют управление расположенным в направлении потока предпочтительно за камерой ошпаривания регулируемым клапаном (9) противодавления. При этом клапан (8) противодавления выполнен в виде приводимого в действие электродвигателем игольчатого клапана, который далее отпирают или запирают с помощью системы (10) управления посредством управления соответствующим приводным электродвигателем (20). 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Ошпариватель для приготовления горячего напитка, в частности кофейного напитка, содержащий

- камеру (12) ошпаривания для пропускания заранее определяемого количества ошпаривающей воды во время процесса ошпаривания через камеру (12) ошпаривания с размещенным в камере (12) ошпаривания количеством ароматоносителя, в частности молотого кофе (13),

отличающийся тем, что имеется

- расположенное позади камеры (12) ошпаривания измерительное устройство (7) для определения объемного потока ошпаривающей воды или количества уже пропущенной или еще подлежащей пропусканию ошпаривающей воды,

- расположенный в направлении протекания потока позади камеры (12) ошпаривания регулируемый клапан (9) противодавления и

- система (10) управления клапаном (9) противодавления в зависимости от величины, определенной измерительным устройством (7),

причем клапан противодавления выполнен в виде приводимого в действие электродвигателем игольчатого клапана (9), посредством системы (10) управления осуществляется дальнейшее отпирание или запирание игольчатого клапана (9) посредством управления работой приводного электродвигателя (24).

2. Ошпариватель по п. 1, отличающийся тем, что игольчатый клапан (9) содержит укрепленную на ходовом винте (23) иглу (22) клапана, установленную с возможностью перемещения в осевом направлении относительно отверстия (21) клапана посредством регулировки ходового винта (23), причем ходовой винт (23) предпочтительно предварительно нагружен пружиной относительно ходовой гайки (30).

3. Ошпариватель по п. 2, отличающийся тем, что отверстие (21) клапана имеет диаметр от 1 до 5 мм, предпочтительно от 1 до 3 мм, причем игла (21) клапана выполнена, по меньшей мере, частично конусообразной и имеет угол наклона, составляющий от 2° до 10°, предпочтительно от 4° до 7°.

4. Ошпариватель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что приводной электродвигатель (24) представляет собой шаговый электродвигатель.

5. Ошпариватель по п. 4, отличающийся тем, что шаговый электродвигатель (24) установлен с возможностью эксплуатироваться в режиме полного шага и режиме частичного шага, причем система (10) управления выполнена с возможностью управления работой шагового электродвигателя (24) в первой фазе в момент начала приготовления напитка в режиме полного шага и в режиме частичного шага во второй фазе во время приготовления напитка.

6. Ошпариватель по п. 4 или 5, отличающийся тем, что система (10) управления выполнена с возможностью управления работой шагового электродвигателя (24) при запирании игольчатого клапана (9) уменьшенным током катушки, за счет чего уменьшается усилие срабатывания при запирании.

7. Ошпариватель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что система (10) управления выполнена с возможностью управления игольчатым клапаном (9) в зависимости от определенных измерительным устройством (7) величин таким образом, что процесс ошпаривания завершается по истечении заранее задаваемого общего времени протекания воды.

8. Ошпариватель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что система (10) управления выполнена в виде ПИД-регулятора.

9. Ошпариватель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что система (10) запрограммирована с возможностью на основании предшествовавших процессов ошпаривания определять значение, на величину которого должно быть дросселировано протекание жидкости через игольчатый клапан (9) в фазе запуска после начала процесса ошпаривания для достижения необходимого общего времени протекания или расхода жидкости.

10. Ошпариватель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что система (10) управления запрограммирована с возможностью запирания игольчатого клапана (9) после завершения процесса ошпаривания, предпочтительно вновь отпирания игольчатого клапана (9) через заранее заданный или заранее задаваемый промежуток времени после завершения процесса ошпаривания.

11. Ошпариватель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что система (10) управления запрограммирована для инициации игольчатого клапана (9) посредством отпирания и последующего запирания перед началом процесса ошпаривания.

12. Ошпариватель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что для подачи ошпаривающей воды и для выработки давления предусмотрен водяной насос (3) и измерительное устройство содержит проточный датчик (7), расположенный в направлении потока перед водяным насосом (3) или между водяным насосом (3) и камерой (1) ошпаривания.

13. Ошпариватель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что камера (12’) ошпаривания выполнена для приема кофейных капсул (14) и ошпариватель оснащен средствами (16) для вскрытия кофейных капсул (14).

14. Кофеварка с ошпаривателем по любому из предыдущих пунктов, содержащая мельницу для измельчения кофейных зерен к виду молотого кофе или выполненная в виде порционирующей кофеварки, предпочтительно в виде капсульной кофеварки.

15. Способ приготовления горячего напитка, в частности кофейного напитка, со следующими этапами:

- укладка определенного количества ароматоносителя, в частности молотого кофе (13), в камеру (12) ошпаривания,

- пропускание с нагружением давлением в процессе ошпаривания через камеру (12) ошпаривания заранее задаваемого общего количества ошпаривающей воды,

отличающийся тем, что

- во время процесса ошпаривания осуществляют непрерывное или, по меньшей мере, многократное измерение количества уже пропущенной или еще подлежащей пропусканию ошпаривающей воды, что предпочтительно во время процесса ошпаривания осуществляют непрерывное или, по меньшей мере, многократное определение величины для объемного потока ошпаривающей воды перед камерой ошпаривания или за ней и на основании измеренных величин объемного потока определяют количество уже пропущенной или еще подлежащей пропусканию ошпаривающей воды, и что

- управление работой расположенного в направлении потока за камерой (12) ошпаривания регулируемого клапана (9) противодавления, выполненного в виде приводимого в действие электродвигателем игольчатого клапана (9), осуществляют для завершения процесса ошпаривания по истечении заранее задаваемого общего времени протекания в зависимости от соответственно определенного количества.