КОФЕМАШИНА И КЛАПАННОЕ УСТРОЙСТВО, ПРИГОДНОЕ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В КОФЕМАШИНЕ Российский патент 2024 года по МПК A47J31/46 F16K37/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к кофемашинам и клапанным устройствам, пригодным для использования в кофемашинах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Хорошо известно, что кофе, приготовленный из свежеизмельченных зерен, дает лучшее качество, чем предварительно измельченный кофе. Часто при приготовлении кофе эспрессо используются свежие зерна.

Существует множество различных типов коммерчески доступных эспрессо-кофемашин для использования в домашних условиях или в барах, ресторанах и гостиницах. Тип машины, который подходит для конкретных условий, например, зависит от объема использования и бюджета.

В ручной эспрессо-машине пользователь заполняет емкость для приема кофе, известную как портафильтр, молотым кофе. Затем пользователь должен выполнить трамбовку молотого кофе внутри портафильтра с достаточным усилием, таким как около 200 Н, чтобы создать так называемую таблетку. Затем портафильтр устанавливают в кофемашину обычно посредством байонетного соединения. Далее, кофемашина пропускает горячую воду через таблетку в портафильтре, и полученный кофе выдается через носик, который обычно встроен в портафильтр. После заваривания пользователь должен извлечь и опорожнить портафильтр, выбрасывая использованную кофейную гущу.

В условиях бара ручной процесс проводит бариста. В домашних условиях ручные этапы процесса могут заставлять пользователя чувствовать себя более вовлеченным в процесс приготовления кофе, и, следовательно, могут создавать ощущение выполнения роли баристы.

Также существуют ручные эспрессо-машины со встроенным измельчителем. Пользователь переключает портафильтр между первым положением, в котором он принимает молотый кофе, и вторым положением, в котором кофе заваривается. Трамбовка может быть выполнена вручную или с помощью рычага с ручным управлением.

В полностью автоматической эспрессо-машине все вышеперечисленные этапы выполняются автоматически в одной и той же машине. Машина содержит емкость для зерен и измельчитель для приготовления молотого кофе. Этот молотый кофе транспортируется в заварочную камеру и трамбуется автоматически посредством поршня, который может быть приведен в действие гидравлически или с помощью электродвигателя. Затем горячую воду пропускают через молотый кофе в заварочной камере, заваривают и разливают кофе, а использованную кофейную гущу выбрасывают из заварочной камеры в мусорный бак внутри машины.

Этот процесс устраняет ручные этапы, необходимые для ручной эспрессо-машины, и, следовательно, экономит время, а также обеспечивает более равномерные результаты.

Ручная эспрессо-машина может быть изготовлена по более низкой цене, чем полностью автоматизированная эспрессо-машина, так как множество этапов транспортировки не нуждаются в автоматизации. Однако результаты могут быть менее однородными вследствие участия пользователя в процессе наполнения и трамбовки, в частности, участия пользователя в задании объема или веса молотого кофе, а также усилия и однородности (прямолинейности) трамбовки молотого кофе в таблетку. Ручная эспрессо-машина нуждается в меньшем обслуживании, так как кофейная таблетка удаляется после каждого заваривания потребителем в рамках процесса заваривания.

Полностью автоматическая машина дает более стабильные результаты, но является более дорогостоящей. Она также избавляет баристу от ощущения использования ручной эспрессо-машины. Полностью автоматическая кофемашина также нуждается в большем обслуживании (заполнении кофейными зернами, заполнении водой, удалении сточных вод и выбросе кофейных отходов в мусорный бак). Полностью автоматическая кофемашина также может быть более громоздкой.

Был предложен третий тип кофемашины, который объединяет элементы двух типов, описанных выше. В настоящем документе этот тип описан как гибридная эспрессо-машина.

Например, в US 9125519 раскрыта кофемашина со съемным портафильтром, используемым в ручной эспрессо-машине, но которая также включает в себя емкость для зерен и кофейную мельницу для доставки кофейного порошка во вставленный портафильтр. Портафильтр функционирует в качестве заварочной камеры, а распределительный фильтр (образующий поршень) используется для автоматической трамбовки и, таким образом, уплотнения порошка кофе в портафильтре перед подачей горячей воды под давлением в портафильтр.

Таким образом, эта гибридная эспрессо-машина сочетает в себе элементы ручной эспрессо-машины и полностью автоматизированной эспрессо-машины. Таким образом, в машине этого типа пользователю необходимо только подключить пустой портафильтр к машине. Измельчение, дозирование молотого кофе в портафильтре, трамбовка молотого кофе, подача горячей воды и выдача кофе после этого автоматизированы как в полностью автоматизированной машине. После заваривания пользователь должен отсоединить портафильтр и выгрузить отходы кофе аналогично тому, как это выполняется при использовании ручной эспрессо-кофемашины.

Некоторые примеры в этом документе могут быть применимы к эспрессо-машине или кофемашине ручного, полностью автоматического и/или гибридного типа. Другие примеры относятся более конкретно к гибридному типу кофемашины, включая съемный портафильтр или сосуд для кофе, который работает в качестве заварочной камеры, емкость для кофейных зерен, измельчитель и обеспечение автоматической трамбовки.

Хотя гибридная кофемашина может быть гораздо менее сложной, чем полностью автоматическая кофемашина, процесс трамбовки все еще усложняет конструкцию кофемашины, в частности, с поршнем, который необходимо вводить в установленный портафильтр или сосуд для кофе. Желательно также упростить конструкции как ручных, так и полностью автоматических машин.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение определено формулой изобретения.

В примерах согласно изобретению предложено пассивное клапанное устройство, приспособленное для использования в гидравлической схеме кофемашины, содержащее:

входной канал;

выходной канал;

клапанный элемент между входным и выходным каналами, который смещен для изоляции входного и выходного каналов и выполнен с возможностью соединения входного и выходного каналов в ответ на давление, присутствующее во входном канале; и

встроенный детектор состояния клапана для обеспечения обратной связи по состоянию клапана.

Это обеспечивает пассивный клапан для использования в гидравлической схеме кофемашины со встроенным, а следовательно, компактным и недорогим, детектором состояния клапана. Это позволяет отслеживать работу клапана, чтобы можно было выполнять действия по управлению, которые зависят от состояния клапана.

Пассивное клапанное устройство может содержать первый и второй выводы датчика, выполненные с возможностью перемещения в направлении друг к другу и друг от друга в ответ на перемещение клапанного элемента. Это позволяет образовать контактный датчик или емкостный датчик.

Клапанный элемент, например, содержит мембрану клапана между входным каналом и выходным каналом и имеет открытое состояние и закрытое состояние.

Пассивное клапанное устройство может дополнительно содержать:

приводной элемент, приводимый в движение вдоль оси приводного элемента смещением пружины, для приведения мембраны клапана в закрытое состояние, причем мембрана клапана выполнена с возможностью перемещения в открытое состояние против смещения пружины в ответ на давление, присутствующее во входном канале;

Пассивное клапанное устройство дополнительно может содержать кулачок на приводном элементе, при этом один из первого и второго выводов датчика выполнен с возможностью деформации или перемещения кулачком перпендикулярно оси приводного элемента, тем самым изменяя расстояние между первым и вторым выводами датчика, причем первый и второй выводы датчика вместе образуют детектор состояния клапана.

Кулачок позволяет детектору состояния клапана работать с боковым перемещением, тем самым ограничивая пространство, занимаемое детектором.

Альтернативой является датчик перепада давления, в котором штырьки датчика перемещаются двумя различными приводными элементами.

Таким образом, кулачок обеспечивает внешний исполнительно-приводной механизм, который перемещается вместе с работой клапана, так что добавление детектора состояния клапана не нарушает внутреннюю работу клапана. Выводы датчика находятся за пределами путей текучей среды.

Каждый из первого и второго выводов датчика может быть установлен в фиксированном положении вдоль оси приводного элемента. Каждый из первого и второго выводов датчика может быть установлен в одном и том же положении вдоль оси приводного элемента. Это обеспечивает компактную компоновку устройства.

Например, первый и второй выводы датчика выполнены с возможностью замыкания и размыкания контакта посредством действия кулачка. Таким образом, детектор состояния клапана является контактным/бесконтактным датчиком, выдающим двоичный выходной сигнал, представляющий состояние клапана. Альтернативой является обеспечение аналогового сигнала, например, на основе изменения емкости или сопротивления как функции смещения.

Первый и второй выводы датчика, например, выполнены с возможностью замыкания контакта в разомкнутом состоянии и размыкания контакта в замкнутом состоянии. Таким образом, клапан нормально закрыт (т.е. при отсутствии давления на входе). Разомкнутый контакт обеспечивает нулевое потребление тока в этом нормально замкнутом состоянии, а также защищает контакты от коррозии.

Первый вывод датчика может содержать контактный рычаг, который смещен внутрь для контакта со вторым выводом датчика, когда контактный рычаг не входит во взаимодействие с кулачком, и перемещен наружу от второго вывода датчика против смещения контактного рычага, когда с контактным рычагом взаимодействует кулачок. Таким образом, кулачок перемещает контактный рычаг против смещения, когда язычок выталкивается наружу, и контактные рычаги отпружиниваются назад, когда кулачок удаляется.

Например, первый вывод датчика содержит основной рычаг, соединенный с контактным рычагом пружинным изгибом. Таким образом, кулачок перемещает оба рычага вместе против смещения изгиба, когда язычок выталкивается наружу, и оба рычага отпружиниваются друг от друга, когда кулачок удаляется. Это обеспечивает цельный компонент для каждого вывода датчика. Те же выводы могут образовывать охватываемый соединитель на боковой наружной кромке клапанного устройства.

Контактный рычаг может содержать наклонный язычок для взаимодействия с кулачком для выталкивания контактного рычага наружу.

Кроме того, этот набор примеров также обеспечивает кофемашину, содержащую:

резервуар для воды;

водонагреватель;

водяной насос;

сосуд для кофе для приема молотого кофе;

систему подачи воды, имеющую головку подачи воды для подачи нагретой воды в сосуд для кофе;

гидравлическую схему, соединяющую резервуар для воды, водонагреватель, водяной насос, сосуд для кофе и систему подачи воды, причем гидравлическая схема включает в себя по меньшей мере одно пассивное клапанное устройство, как определено выше.

Кофемашина может быть любого типа, в которой используется гидравлическая схема. Пассивный клапан может быть использован в ручных, полностью автоматических или гибридных эспрессо-кофемашинах, или даже кофемашинах других типов.

Например, в кофемашине, имеющей функцию пара, пассивное клапанное устройство может быть использовано для управления прохождением воды в поддон для сбора капель перед подачей пара в выпускное отверстие для пара. Обнаружение состояния клапана в этом случае может указывать на то, что давление в системе упало в достаточной степени (и, следовательно, пассивный клапан закрылся), чтобы обеспечить безопасную подачу пара к выпускному соплу для пара машины.

Вместо этого пассивный клапан может образовывать часть гидравлической схемы трамбовки. Например, кофемашина может дополнительно содержать:

систему трамбовки для уплотнения молотого кофе в сосуде для кофе путем обеспечения относительного перемещения между головкой подачи воды и сосудом для кофе,

при этом:

система трамбовки содержит гидравлический исполнительный механизм;

выходное отверстие для воды из водяного насоса соединено с гидравлическим приводом посредством первого соединения по текучей среде;

выходное отверстие для воды из водяного насоса соединено с головкой подачи воды посредством второго соединения по текучей среде, которое включает в себя пассивное клапанное устройство; и

пассивное клапанное устройство выполнено с возможностью открытия, когда давление достигает требуемого давления трамбовки.

В этой кофемашине водяной насос используется как для подачи воды, так и для нагнетания давления в процессе трамбовки. Это уменьшает количество компонентов и, следовательно, снижает затраты. Это также может уменьшить размер машины. Использование пассивного клапана устраняет необходимость взаимодействия с пользователем для выбора между трамбовкой и завариванием кофе и устраняет необходимость использования устройств с регулируемым потоком, даже если в обоих случаях используется один и тот же насос. Например, пассивный клапан открывается, когда достигнуто давление трамбовки. Затем трамбовка завершается и происходит подача воды. Это обеспечивает возможность управления по давлению.

Положение головки подачи воды, например, фиксировано относительно основного корпуса, а гидравлический исполнительный механизм системы трамбовки выполнен с возможностью смещения сосуда для кофе относительно головки подачи воды таким образом, чтобы обеспечить трамбовку молотого кофе, содержащегося в сосуде для кофе.

Для осуществления процесса трамбовки смещается сосуд, а не головка подачи воды. Это означает, что не требуется перемещение каналов для текучей среды в машине, что упрощает конструкцию. Кроме того, смещение сосуда может обеспечивать визуальную обратную связь в процессе трамбовки и/или закрытия. Смещение сосуда может быть смещением вверх и вниз. Это может быть простое линейное перемещение сосуда для кофе к неподвижной головке подачи воды и от нее. Однако возможны и другие смещения, например, поворотное перемещение или даже боковое перемещение.

Сосуд для кофе может быть установлен с возможностью снятия в наружном установочном отверстии кофемашины. Сосуд для кофе работает в качестве заварочной камеры, но является внешним по отношению к машине. Он может быть опорожнен пользователем. Сосуд для кофе может быть заполнен вручную в случае кофемашины ручного типа. Альтернативно он может быть заполнен машиной в случае гибридной или полностью автоматической кофемашины. В таком случае могут быть предусмотрены емкость для зерен и измельчитель зерен, имеющий выпускное отверстие для молотого кофе.

Сосуд для кофе может содержать фильтр или корзинку для фильтра. Он также может содержать опору, в которой может быть размещен фильтр или корзинка для фильтра. Опора может иметь рукоятку для способствования присоединению сосуда для кофе к установочному отверстию.

Сосуд для кофе может быть смещен между первым положением во время подачи молотого кофе ниже выпускного отверстия для молотого кофе и вторым положением с верхней частью сосуда для кофе выше выпускного отверстия для молотого кофе во время подачи нагретой воды в сосуд для кофе.

Таким образом, пар, поднимающийся из сосуда для кофе во время процесса заваривания, не может поступать к кофе, находящемуся в измельчителе и емкости, тем самым сохраняя свежесть кофейных зерен. Благодаря обеспечению этой функции в качестве части перемещения сосуда для кофе вверх для процесса трамбовки, перемещение сосуда для кофе обеспечивает множество преимуществ.

Сосуд для кофе может, например, физически закрывать выпускное отверстие для молотого кофе во время подачи нагретой воды в сосуд для кофе. Это обеспечивает дополнительную изоляцию кофе в измельчителе и емкости от пара, образующегося во время заваривания.

Кроме того, кофемашина может дополнительно содержать вышеупомянутую систему трамбовки; при этом:

выходное отверстие для воды из водяного насоса соединено с гидравлическим приводом посредством первого соединения по текучей среде; и

выходное отверстие для воды из водяного насоса соединено с головкой подачи воды посредством второго соединения по текучей среде, которое включает в себя пассивный клапан, причем пассивный клапан выполнен с возможностью открытия, когда давление достигает требуемого давления трамбовки.

Эта концепция может быть применена к любой кофемашине с автоматической трамбовкой и, таким образом, может быть применена к ручным, полностью автоматизированным или гибридным типам эспрессо-кофемашин.

В одном примере первое соединение по текучей среде выполнено между резервуаром для воды и гидравлическим исполнительным механизмом без прохождения через водонагреватель, а второе соединение по текучей среде выполнено между гидравлическим исполнительным механизмом и головкой подачи воды с прохождением через водонагреватель.

Таким образом, холодная вода используется для трамбовки, а горячая вода используется для заваривания. Нагрев осуществляется между гидравлическим исполнительным механизмом и головкой подачи воды. Это позволяет избежать охлаждения воды во время процесса трамбовки и снижает энергопотребление.

В другом примере первое соединение по текучей среде выполнено между резервуаром для воды и гидравлическим исполнительным механизмом без прохождения через водонагреватель, а второе соединение по текучей среде выполнено между резервуаром для воды и головкой доставки воды с прохождением через водонагреватель. В этом случае имеются два параллельных канала из резервуара для воды, только один из которых включает в себя водонагреватель. Водяной насос используется в обеих соединениях по текучей среде, и это общее соединение разветвляется на два параллельных соединения в точке разветвления ниже по потоку относительно водяного насоса, но выше по потоку относительно водонагревателя.

Холодная вода также используется для трамбовки, а горячая вода используется для заваривания, также позволяя избежать охлаждения воды во время процесса трамбовки и снижая энергопотребление.

Вместо направления воды из различных точек гидравлической схемы в сосуд для кофе и гидравлический исполнительный механизм, как в двух приведенных выше примерах, вода может направляться из одной и той же точки разветвления ниже по потоку относительно водонагревателя. Тем не менее, нагревом можно управлять так, чтобы нагретая вода не использовалась для трамбовки.

Во всех вариантах реализации кофемашина предпочтительно также содержит контроллер. Контроллер может получать информацию о состоянии клапана от детектора состояния клапана. Эта информация о состоянии клапана может использоваться, например, для управления временем работы нагревателя и/или насоса, и/или других функций управления. Таким образом, даже если используется пассивный клапан, обратная связь, касающаяся состояния клапана, может использоваться для целей управления в зависимости от состояния клапана. Контроллер может быть, например, выполнен с возможностью отключения водонагревателя во время приведения в действие гидравлического исполнительного механизма и включения водонагревателя во время подачи воды в головку подачи воды. В целом, это экономит энергию, и для примеров, когда водонагреватель находится в обоих соединениях по текучей среде, он предотвращает нагрев воды, используемой для управления гидравлическим контуром. Это также предотвращает превращение воды внутри нагревателя в пар. Если водонагреватель остается включенным, когда вода не проходит через него, это в конечном итоге приводит к тому, что вода внутри нагревателя достигает температуры кипения даже при высоком давлении. Использование пара для заваривания кофе определенно снижает качество кофе, но также может привести к тому, что пар будет выдуваться из выдачного носика.

Кофемашина дополнительно может содержать систему стабилизации, выполненную с возможностью сохранения давления трамбовки во время подачи воды к головке подачи воды. Таким образом, заданное давление поддерживается в сосуде для кофе (т.е. заварочной камере) во время заваривания.

Система стабилизации содержит, например, запорный клапан или механический фиксатор.

Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны и разъяснены со ссылкой на вариант (варианты) осуществления, описанный ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для лучшего понимания изобретения и более ясного представления о том, как его можно реализовать на практике, теперь исключительно для примера будет сделана ссылка на сопроводительные чертежи, на которых:

на ФИГ. 1 показана общая конструкция кофемашины, к которой могут быть применены различные варианты реализации изобретения;

на ФИГ. 2A-2C показаны три примера возможной гидравлической схемы;

на ФИГ. 3 показаны этапы процесса трамбовки;

на ФИГ. 4 показан пример альтернативного перемещения трамбовки;

на ФИГ. 5-8 показано, как подход трамбовки по ФИГ. 3 реализован с использованием гидравлической схемы по ФИГ. 2A;

на ФИГ. 9 показан в схематическом виде пассивный клапан с детектором состояния клапана;

на ФИГ. 10 более подробно показана конструкция пассивного клапана;

на ФИГ. 11 показаны выводы датчика;

на ФИГ. 12 показано, как происходит (левое изображение) и разрывается (правое изображение) контакт;

на ФИГ. 13 показаны три возможные конструкции контактного выступа на виде сверху и в разрезе;

на ФИГ. 14 показан кулачок приводного элемента;

на ФИГ. 15 показан вид сверху корпуса клапана и показан боковой охватываемый соединитель, образованный двумя выводами датчика;

на ФИГ. 16 показан охватываемый соединитель более подробно;

на ФИГ. 17 показано, как выводы датчика проталкиваются через отверстия с образованием охватываемого соединителя; и

на ФИГ. 18 показан пример гидравлической схемы для полностью автоматической кофемашины и показано, как пассивный клапан по ФИГ. 9 может быть использован в гидравлической схеме полностью автоматической машины.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее описано изобретение со ссылкой на чертежи.

Следует понимать, что подробное описание и конкретные примеры, указывающие на приведенные для примера варианты осуществления устройства, систем и способов, представлены только в целях иллюстрации и не предназначены для ограничения объема изобретения. Эти и другие признаки, аспекты и преимущества устройства, систем и способов настоящего изобретения станут более понятными из нижеследующего описания, приложенной формулы изобретения и сопроводительных чертежей. Следует понимать, что чертежи являются лишь схематическими и изображены без соблюдения масштаба. Кроме того, следует понимать, что одинаковые ссылочные обозначения использованы на всех фигурах для обозначения одинаковых или аналогичных деталей.

Данное изобретение, в частности, относится к пассивной клапанной системе, выполненной с возможностью использования в гидравлической схеме кофемашины. Она содержит входной канал и выходной канал с клапанным элементом между входным и выходным каналами, который смещен для изоляции входного и выходного каналов и выполнен с возможностью соединения входного и выходного каналов в ответ на давление, присутствующее во входном канале. Для обеспечения обратной связи по состоянию клапана используется встроенный детектор состояния клапана.

На ФИГ. 1 показана общая конструкция кофемашины, к которой может быть применено изобретение. Примером по ФИГ. 1 может быть ручная эспрессо-машина или гибридная эспрессо-кофемашина, в зависимости от того, как осуществляется измельчение. Изобретение также может быть применено в полностью автоматической кофемашине или кофемашине любого другого типа.

Кофемашина 10 содержит основной корпус 12, имеющий наружное установочное отверстие 14 для приема сосуда 16 для кофе. Показанная машина дополнительно содержит сопло 24 для пара.

Сосуд 16 для кофе может содержать фильтр или корзинку 17 для фильтра (см. ФИГ. 2A). Он также может включать в себя опору 18 для размещения фильтра или корзинки для фильтра. Сосуд 16 для кофе дополнительно может содержать нижний носик 20 для выдачи заваренного кофе. Он дополнительно может содержать рукоятку 19. Сосуд 16 для кофе может соответствовать обычному портафильтру, как показано на чертежах. При использовании сосуд 16 для кофе может быть установлен в наружное установочное отверстие 14, например, с помощью байонетного соединения.

Термин «сосуд для кофе» в настоящем описании обычно используется для обозначения контейнера, который заполнен молотым кофе и затем закрыт с образованием заварочной камеры, в которой заваривают кофе.

В случае ручной машины эта заварочная камера может считаться «внешней», поскольку она образована наружной частью, т.е. съемным сосудом для кофе (который может иметь форму обычного портафильтра). В случае машины гибридного типа заварочная камера может рассматриваться как по меньшей мере частично внешняя, поскольку она образована внешней съемной частью. Тем не менее, молотый кофе подается внутри. Для машин обоих типов выгрузка таблетки после заваривания выполняется снаружи пользователем. В случае полностью автоматической машины заварочная камера может считаться внутренней. Сосуд для кофе представляет собой внутреннюю часть машины, которая не удаляется до и после каждого цикла заваривания.

Термин «сосуд для кофе» предназначен для охвата всех этих возможностей, так что фактическое название компонента зависит от типа используемой машины. Сосуд для кофе включает в себя часть, которая уже содержит кофе. Он может включать в себя, например, фильтр или корзинку для фильтра.

Основной корпус 12 содержит гидравлическую схему, обеспечивающую соединения по текучей среде между источником воды (как правило, резервуаром для воды), внутренним водонагревателем и системой подачи воды, имеющей головку подачи воды для подачи нагретой воды в сосуд для кофе.

На ФИГ. 2A-2C показаны три примера возможной гидравлической схемы. На различных чертежах используются одинаковые ссылочные обозначения для обозначения одинаковых компонентов. На ФИГ. 2A-2C показаны примеры гидравлической схемы с внутренним измельчителем, но внешним сосудом для кофе, и, таким образом, все они пригодны для использования в кофемашине гибридного типа.

На ФИГ. 2A показаны резервуар 30 для воды, расходомер 32 (для управления расходом и дозированием), водонагреватель 34, водяной насос 36 и контроллер 38. Расходомер 32 может обеспечивать измерение расхода для контроллера 38, а контроллер 38 управляет нагревателем и насосом для выполнения процесса заваривания кофе. Водонагреватель может быть, например, проточным нагревателем, например термоблоком. Расходомер 32 не является обязательным. Альтернативно управление дозированием и расходом может быть осуществлено с помощью подходящего средства управления насосом 36 (уровнем мощности и временем работы насоса).

В показанном варианте реализации сосуд 16 для кофе показан в виде портафильтра, содержащего корзинку 17 для фильтра, установленную внутри опоры 18 с помощью рукоятки 19.

Система подачи воды содержит канал для текучей среды для подачи нагретой воды в головку 40 подачи воды, которая, в свою очередь, подает нагретую воду в сосуд 16 для кофе. Головка подачи воды содержит водораспределительный диск. Водораспределительный диск обеспечивает область подачи воды к молотому кофе. Головка подачи воды дополнительно может содержать фильтр, который обеспечивает прохождение воды, а также удерживает молотый кофе, так что он может быть уплотнен во время трамбовки.

Предусмотрена система трамбовки для уплотнения молотого кофе в сосуде для кофе путем обеспечения относительного перемещения между головкой 40 подачи воды и сосудом 16 для кофе. Это относительное смещение закрывает сосуд для кофе с образованием закрытой камеры, т.е. заварочной камеры, и прикладывает усилие к молотому кофе для выполнения трамбовки. В показанном конкретном примере относительное перемещение достигается перемещением сосуда 16 для кофе вместо перемещения головки подачи воды.

Система трамбовки может содержать электрический приводной механизм для перемещения сосуда 16 для кофе. Однако в показанном варианте реализации предусмотрен гидравлический исполнительный механизм 42. Гидравлический исполнительный механизм 42 содержит поршень, который приводится в действие гидравлическим давлением. Он также может содержать возвратную пружину для способствования втягиванию поршня после заваривания.

Выходное отверстие для воды из водяного насоса 36 соединено с гидравлическим исполнительным механизмом 42 посредством первого соединения 44 по текучей среде. Выходное отверстие для воды из водяного насоса также соединено с головкой 40 подачи воды посредством второго соединения 46 по текучей среде. Второе соединение по текучей среде включает в себя пассивный встроенный клапан 48. Пассивный встроенный клапан открывается, когда давление на впускной стороне гидравлического исполнительного механизма (т.е. в точке 50A разветвления) достигает желаемого давления трамбовки.

Ниже этого давления клапан 48 остается закрытым. В данном случае может иметь место гистерезис, так что клапан 48 открывается при первом пороговом давлении (давлении открытия), но закрывается повторно только тогда, когда достигается более низкое второе пороговое давление (давление закрытия). Альтернативно может быть только одно пороговое давление.

Таким образом, водяной насос 36 используется как для подачи воды для заваривания, так и для подачи воды для трамбовки. Пассивный встроенный клапан 48 автоматически переключается между этими двумя функциями подачи воды без необходимости взаимодействия с пользователем или электрическими приводами. Пассивный клапан 48 открывается при достижении давления трамбовки, т.е. при завершении трамбовки. Затем подача воды осуществляется к головке подачи воды через открытый клапан 48. Во время подачи воды к головке подачи воды поддерживается давление трамбовки.

Пассивный клапан 48 работает в качестве системы с управлением по давлению в том смысле, что он реагирует на преобладающее давление. Таким образом, трамбовка является надежной и повторяемой. При осуществлении управления по давлению желаемое давление трамбовки может быть приложено к любому объему кофе в сосуде для кофе, что достигается с трудом, если используется управление по положению.

В примере, показанном на ФИГ. 2A, первое и второе соединения 44, 46 по текучей среде встречаются в точке 50A разветвления ниже по потоку относительно нагревателя 34. Вода направляется из одной и той же точки 50A разветвления либо к гидравлическому исполнительному механизму 42, либо к головке 40 подачи воды. Чтобы избежать использования горячей воды для процесса трамбовки, контроллер 38 может выключать водонагреватель 34 во время приведения в действие гидравлического исполнительного механизма 42 и включать водонагреватель во время подачи воды к головке 40 подачи воды.

Для того, чтобы знать, когда включать и выключать нагреватель, пассивный клапан 48 может включать в себя систему обнаружения состояния (открыт/закрыт), а контроллер 38 может получать информацию 52 о состоянии клапана (открыт/закрыт) от системы обнаружения состояния. Ниже описан подходящий пример пассивного клапана с системой обнаружения состояния. В качестве альтернативы, гидравлический исполнительный механизм может быть снабжен средством обнаружения для определения различия между трамбовкой и завариванием, например, на основании положения поршня внутри гидравлического исполнительного механизма.

На ФИГ. 2B показана модификация гидравлической схемы по ФИГ. 2A, в которой первое соединение 44 по текучей среде вместо показанного положения находится между резервуаром 30 для воды (или, более конкретно, водяным насосом 36) и гидравлическим исполнительным механизмом 42 без прохождения через водонагреватель 34, поскольку горячая вода не требуется для приведения в действие гидравлического исполнительного механизма 42. Однако второе соединение 46 по текучей среде расположено между резервуаром 30 для воды (или, более конкретно, водяным насосом 36) и головкой 40 доставки воды с прохождением через водонагреватель 34.

Таким образом, на ФИГ. 2B вода направляется из различных точек в гидравлической схеме. Первое соединение 44 по текучей среде включает насос 36, но находится между резервуаром 30 для воды и гидравлическим исполнительным механизмом 42 без прохождения через водонагреватель 34. Второе соединение 46 по текучей среде также включает в себя насос 36, но находится между резервуаром 30 для воды и головкой 40 доставки воды с прохождением через водонагреватель 34. Таким образом, существует два параллельных соединения по текучей среде из резервуара 30 для воды, только одно из которых включает в себя водонагреватель 34. Водяной насос 36 используется в обоих соединениях по текучей среде, и этот общий участок соединения по текучей среде разветвляется на два параллельных соединения по текучей среде в точке 50B разветвления ниже по потоку относительно водяного насоса, но выше по потоку относительно водонагревателя.

На ФИГ. 2C первое соединение 44 по текучей среде находится между резервуаром 30 для воды и гидравлическим исполнительным механизмом 42 без прохождения через водонагреватель 34 и включает в себя насос 36. Второе соединение 46 по текучей среде расположено между гидравлическим исполнительным механизмом 42 и головкой 40 подачи воды и проходит через водонагреватель 34. Таким образом, два соединения по текучей среде расположены последовательно, по одному с каждой стороны гидравлического исполнительного механизма 42. Насос 36 находится в первом соединении 44 по текучей среде, а нагреватель 34 находится во втором соединении 46 по текучей среде.

Холодная вода снова используется для трамбовки, а горячая вода используется для заваривания. Нагрев осуществляется между гидравлическим исполнительным механизмом и головкой подачи воды. Это позволяет избежать охлаждения воды во время процесса трамбовки и снижает энергопотребление.

Как упоминалось выше, после открытия клапана 48 необходимо удерживать давление трамбовки во время подачи воды к головке 40 подачи воды. Для этой цели может быть использована система стабилизации. Как будет объяснено ниже более подробно, эта система стабилизации может содержать различные активные и/или пассивные компоненты потока, например, запорный клапан, механический фиксатор, обратный клапан 51 и/или ограничитель 53 потока. Кроме того, соотношение площадей поршня может играть определенную роль, как будет пояснено ниже. Все стабилизирующие компоненты могут быть настроены таким образом, чтобы поддерживать желаемое усилие трамбовки, в то же время позволяя достаточному количеству воды протекать в заварочную камеру и через нее. Некоторые из вышеупомянутых клапанов могут быть реализованы в виде клапана избыточного давления для работы в качестве предохранительного устройства и ограничения величины усилия, прилагаемого во время трамбовки и заваривания.

Когда в гидравлический исполнительный механизм 42 закачивается вода, привод закрывается, так что давление может нарастать и перемещать поршень вверх. В конце цикла заваривания эту воду необходимо слить из привода, чтобы позволить поршню втянуться. При необходимости может быть обеспечена возвратная пружина (не показана) для содействия втягиванию поршня.

Для отвода воды из гидравлического исполнительного механизма может быть предусмотрен обратный путь между гидравлическим исполнительным механизмом 42 и резервуаром 30 для воды, как показано на ФИГ. 2A-2C. Кроме того, предусмотрен клапан 60 для открытия или закрытия обратного пути. Клапан 60 может содержать, например, электронный запорный клапан. Однако такой клапан является относительно дорогим. Следовательно, предпочтительно клапан 60 реализован в виде механического фиксатора, который может быть приведен в действие либо отдельной рукояткой, либо путем прикрепления/отсоединения сосуда 16 для кофе. Более конкретно, клапан 60 может быть закрыт, когда сосуд 16 для кофе прикреплен, и может быть открыт, когда сосуд для кофе отсоединен. Таким образом, открытием и закрытием клапана 60 можно управлять в ответ на действие пользователя или во время него. Поскольку это действие пользователя уже является обязательной частью процесса заваривания кофе, фактически от пользователя не требуется никаких дополнительных действий.

Во всех примерах по ФИГ. 2A-2C в дополнение к пассивному встроенному клапану 48 имеется только один активный клапан 60. Этот активный клапан может приводиться в действие вставкой и удалением сосуда для кофе, как описано выше. Гидравлические схемы по ФИГ. 2A-2C дополнительно могут включать одну или более пассивных частей, в частности, один или более обратных клапанов (односторонних клапанов) 51 и/или ограничителей 53 потока, как указано пунктирными линиями.

Показанные обратные клапаны 51 выполнены с возможностью предотвращения обратного потока от гидравлического исполнительного механизма 42. Такой обратный поток в противном случае может обеспечивать опускание поршня и открытие заварочной камеры. Обратный поток может возникать, например, в кофемашинах, которые включают в себя этап предварительного заваривания после трамбовки. Во время такого этапа предварительного заваривания водяной насос 36 кратковременно включается для выдачи небольшого количества воды на уплотненный кофе, затем выключается, чтобы позволить молотому кофе распуститься, и затем снова включается, чтобы начать фактический процесс заваривания. В то время, когда насос выключен, давление может упасть, и может возникнуть обратный поток от гидравлического исполнительного механизма 42. В показанных примерах это предотвращается посредством обратного клапана (клапанов) 51.

Обратный клапан (клапаны) 51 также может обеспечивать преимущество в случае, если соотношение площадей поршня для трамбовки является неоптимальным, т.е. отношение между площадью поперечного сечения внутренней части гидравлического исполнительного механизма 42, который подвергается давлению воды, подаваемой насосом, и площадью поперечного сечения внутренней части заварочной камеры, которая подвергается давлению заваривания во время заваривания. Если это соотношение площадей не является подходящим, усилие, прикладываемое к поршню давлением заваривания (и при необходимости возвратной пружиной), может быть больше усилия, прикладываемого к поршню давлением воды, подаваемой насосом. Благодаря предотвращению любого выхода воды из гидравлического исполнительного механизма 42 посредством обратного клапана 51, как описано выше, можно избежать того, что поршень начнет втягиваться. В таком случае предпочтительно также может быть обеспечен клапан избыточного давления, действующий в качестве предохранительного клапана, чтобы избежать достижения давлением внутри гидравлического исполнительного механизма 42 слишком высоких значений.

Альтернативно или дополнительно соотношение площадей может быть оптимизировано. Ниже объяснена значимость этого соотношения площадей. Во время трамбовки молотый кофе сжимается. Чем сильнее сжат кофе, тем большее противодавление он создает, когда через него прокачивают воду. Поскольку вся система подключена к одному и тому же насосу, увеличение давления заваривания (создаваемого молотым кофе при пропускании воды) также увеличивает давление в гидравлическом исполнительном механизме, используемом для трамбовки кофе. Это вызывает большее усилие, которое должно быть приложено к молотому кофе, еще сильнее сжимая его. Это, в свою очередь, увеличивает давление заваривания, в результате чего возрастает давление трамбовки, и т.п.Это может привести к блокировке самой системы по прошествии достаточного времени.

Путем регулировки соотношения площадей можно подстроить соотношение вышеупомянутых противодействующих сил, позволяя поршню небольшое перемещение во время заваривания. Это является одним из способов предотвращения блокировки системы. В таком случае предпочтительно также может быть обеспечено предохранительное устройство для предотвращения случайного открытия заварочной камеры, вызванного перемещением поршня.

Альтернативно или дополнительно в схему может быть добавлен гидравлический ограничитель (сопротивление) 53, как показано на ФИГ. 2B пунктирными линиями. Этот ограничитель 53 создает перепад давления, зависящий от количества протекающей через него воды. Чем выше расход, тем больше перепад давления между давлением в заварочной камере и давлением в гидравлическом исполнительном механизме 42 (при этом давление в гидравлическом исполнительном механизме 42 выше). Если площади поршней равны, усилие, прилагаемое давлением воды в гидравлическом исполнительном механизме, станет больше, чем усилие, прилагаемое давлением в заварочной камере. Это создаст результирующее движение поршня вверх, что приведет к дальнейшему сжатию молотого кофе. Это, в свою очередь, приведет к увеличению давления в гидравлическом исполнительном механизме и заварочной камере, поскольку насосу необходимо работать интенсивнее, чтобы протолкнуть воду через молотый кофе. Поскольку насосы в кофемашине имеют более низкий расход при более высоком давлении (и наоборот), увеличение давления приведет к более низкому расходу. В результате этого поток через ограничитель 53 также будет ниже, что приведет к уменьшению перепада давления и результирующего усилия, действующего на поршень. Таким образом, ограничитель 53 потока может способствовать уравновешиванию перепада давления, который может существовать на поршне, с заданным соотношением площадей.

Из вышесказанного ясно, что давления и усилия, действующие на поршень во время использования, если они не сбалансированы хорошо, могут привести к непреднамеренному открытию заварочной камеры во время заваривания или к созданию поршнем такого усилия трамбовки, что вода не сможет проходить через молотый кофе, тем самым блокируя систему. Давления, усилия и расходы, преобладающие в системе, также могут зависеть от количества молотого кофе в заварочной камере и/или размера помола.

Давления, усилия и расходы могут быть уравновешены путем регулировки соотношения площадей поршня, усилия возвратной пружины поршня (если таковая имеется) и/или размера ограничителя 53. Кроме того, могут быть добавлены обратные клапаны 51 для предотвращения обратного потока из исполнительного механизма.

На ФИГ. 2A-2C также показаны резервуар 54 для зерен и измельчитель 56 зерен, имеющий выпускное отверстие 58 для молотого кофе. Таким образом, на ФИГ. 2A-2C показана конструкция гибридного типа с внутренним измельчителем зерен и заварочной камерой в виде сосуда 16 для кофе, который установлен с возможностью снятия в наружном установочном отверстии 14 и опорожняется снаружи пользователем в качестве части нормальной работы кофемашины.

Как упоминалось выше, показанный пример имеет головку 40 подачи воды, положение которой фиксировано относительно основного корпуса 12, а гидравлический исполнительный механизм 42 системы трамбовки смещает сосуд 16 для кофе (или его часть) относительно головки 40 подачи воды для обеспечения закрытия заварочной камеры и трамбовки.

Этот подход использования стационарной головки 40 подачи воды и подвижного сосуда 16 не ограничивается конкретными примерами гидравлической схемы, показанными на ФИГ. 2A-2C. Например, пассивный клапан 48 может быть активно управляемым клапаном. Кроме того, он не ограничивается гидравлическими исполнительными механизмами. Вместо этого она может быть применена к кофемашинам с любым приводным механизмом, например электродвигателем. Кроме того, этот подход может быть применен к кофемашинам без внутренней подачи кофе и измельчителя и, следовательно, может быть применен к ручным эспрессо-машинам, при этом сосуд для кофе может быть заполнен измельченным кофе самим пользователем перед установкой сосуда для кофе в машину.

На ФИГ. 3 показаны этапы процесса трамбовки.

На ФИГ. 3A сосуд 16 для кофе показан в виде портафильтра с опорой 18, фильтром 17 и рукояткой 19. Сосуд 16 для кофе устанавливается пользователем в установочном отверстии 14. Затем измельченный кофе подается в сосуд для кофе посредством измельчителя 56, которым может управлять контроллер 38.

На ФИГ. 3B приводной механизм смещает сосуд 16 для кофе к головке 40 подачи воды. Это обеспечивает уплотнение молотого кофе. Как минимум смещен фильтр 17, т.е. контейнер, непосредственно окружающий удерживаемый кофе, как показано на ФИГ. 3. Однако альтернативно может быть смещен весь сосуд 16 для кофе (соответствующий портафильтру в случае ФИГ. 3).

Головка 40 подачи воды может содержать впускной фильтр для сосуда для кофе, а фильтр 17 образует или содержит выпускной фильтр. Трамбовка происходит между этими двумя фильтрами. Сосуд для кофе может даже не включать в себя фильтр, поскольку оба фильтра могут быть выполнены в виде отдельных элементов, например, отдельно загруженных в основной корпус машины. Таким образом, возможно множество различных конфигураций.

На ФИГ. 3C заваривание кофе происходит с помощью горячей воды, подаваемой в головку 40 подачи воды под давлением.

На ФИГ. 3D приводное устройство возвращает фильтр 17 в исходное положение, так что сосуд 16 для кофе может быть извлечен для удаления кофейной таблетки.

При смещении сосуда для кофе, вместо головки подачи воды, для осуществления процесса трамбовки не требуется перемещение каналов для текучей среды в машине, что упрощает конструкцию. В случае, когда сосуд для кофе виден снаружи, как это обычно бывает в гибридной и ручной эспрессо-машинах, процесс трамбовки может стать видимой частью процесса приготовления кофе, поскольку перемещение внешнего сосуда для кофе может быть видимым или почти видимым.

В показанном примере приводной механизм перемещает сосуд для кофе вверх и вниз. Это показано как простое линейное перемещение сосуда для кофе к неподвижной головке 40 подачи воды и от нее. Однако возможны и другие смещения, например, поворотное перемещение или даже боковое перемещение.

На ФИГ. 4 показан пример альтернативного перемещения с помощью поворотного устройства. Возможны другие перемещения, в том числе горизонтальные и вертикальные.

Однако имеется дополнительное преимущество, которое может быть достигнуто при смещении сосуда для кофе вверх и вниз. Это дополнительное преимущество можно видеть на ФИГ. 3, в частности, на ФИГ. 3B и 3C.

Приводной механизм смещает сосуд для кофе между первым и вторым положениями. В первом положении происходит подача молотого кофе, как показано на ФИГ. 3A. В это время верхняя часть сосуда 16 для кофе находится под выпускным отверстием 58 для молотого кофе, так что молотый кофе может быть доставлен под действием силы тяжести. Во втором положении происходит подача нагретой воды в сосуд для кофе через головку подачи воды, как показано на ФИГ. 3C. В это время верхняя часть сосуда для кофе находится над выпускным отверстием 58 для молотого кофе.

Таким образом, пар, поднимающийся из сосуда для кофе во время процесса заваривания по ФИГ. 3C, не может поступать в кофе в измельчителе 56 или емкости для кофейных зерен, тем самым сохраняя свежесть кофейных зерен. Это также предотвращает блокировку, которая может возникнуть в результате увлажнения кофейных зерен. Таким образом, перемещение сосуда для кофе во время трамбовки обеспечивает множество преимуществ.

Сосуд для кофе или приводной механизм также могут быть выполнены с возможностью физического закрытия выпускного отверстия 58 для молотого кофе во время подачи нагретой воды в сосуд для кофе через головку подачи воды. Это обеспечивает дополнительную изоляцию кофе в измельчителе и емкости от пара, образующегося во время заваривания.

На ФИГ. 5-8 показано, как этот подход трамбовки реализуется с использованием гидравлической схемы по ФИГ. 2A просто в качестве примера.

На ФИГ. 5 показана вставка сосуда 16 для кофе. В схеме отсутствует поток текучей среды, и клапан 60 закрыт.

На ФИГ. 6 показан процесс трамбовки. Гидравлический исполнительный механизм в данном примере поднимает весь сосуд 16 для кофе. Насос работает для создания давления в гидравлическом исполнительном механизме 42, но нагреватель 34 остается выключенным. Клапан 60 остается закрытым.

На ФИГ. 7 достигнуто давление трамбовки. Пассивный клапан 48 открывается, нагреватель включается (например, на основании обнаружения того, что клапан 48 открылся), и происходит заваривание. Таким образом, заполняется чашка кофе.

На ФИГ. 8 клапан 60 открыт.Это может быть выполнено ручным действием пользователя, например, с помощью переключателя с ручным управлением или путем выполнения начального этапа удаления сосуда для кофе, например, вращения в его байонетном соединении, как описано выше. Таким образом, вода из гидравлического исполнительного механизма может поступать обратно в резервуар 30 для воды через клапан 60. Слив воды из гидравлического исполнительного механизма приводит к тому, что поршень и сосуд для кофе опускаются, а заварочная камера открывается. В этом случае может произойти утечка некоторого количества водяного пара. Этот водяной пар перемещается вверх от остатка молотого кофе в измельчителе.

После полного опускания пользователь может извлечь сосуд для кофе и опорожнить его.

На ФИГ. 9 схематически показан пассивный клапан с детектором состояния клапана, подходящий для использования в качестве клапана 48 в приведенных для примера схемах по ФИГ. 2A-2C.

Пассивный клапан, показанный на ФИГ. 9, основан на конструкции клапана, подробно описанной в WO 2018/122055.

Пассивное клапанное устройство содержит корпус 90a, 90b, который образует впускной канал 92 и выпускной канал 94.

Мембрана 96 дискообразного клапана расположена между впускным каналом и выпускным каналом и имеет открытое состояние и закрытое состояние. В показанном примере впускной канал 92 открывается к центральной части мембраны клапана, а выпускной канал открывается к кромочной области мембраны клапана.

Приводной элемент 98, в данном примере выполненный в виде поршня, приводится в движение вдоль оси 100 приводного элемента смещением пружины (не показана) для приведения мембраны клапана в закрытое состояние. Мембрана клапана перемещается в открытое состояние против смещения пружины в ответ на давление, присутствующее во впускном канале 92.

В той мере, в какой это описано выше, конструктивное исполнение клапана соответствует описанию в WO 2018/122055, на которое сделана ссылка.

Эта конструкция может быть изменена путем включения чувствительного механизма, который может быть основан на емкостном измерении, оптическом обнаружении или магнитном распознавании, на основании нижнего и/или верхнего положения приводного элемента 98. Чувствительный механизм выбран для предотвращения любого существенного влияния на давление открытия клапана.

Одним из примеров подходящей модификации конструкции по WO 2018/122055 является обеспечение первого и второго выводов датчика, в целом обозначенных как 102. В этом примере они перемещаются друг к другу и друг от друга с перемещением приводного элемента 98.

Это может быть использовано для обеспечения контактного/бесконтактного распознавания с получением двоичного сигнала обнаружения. Альтернативно емкостное измерение может быть использовано для получения диапазона значений обнаружения для расстояния открытия клапана.

На ФИГ. 10 более подробно показан подход, основанный на контактном/бесконтактном распознавании. Приводной элемент 98 смещен к мембране 96 пружиной 103. Приводной элемент имеет кулачок 104 на наружной поверхности. Он используется для взаимодействия с конструкцией первого и второго выводов датчика.

Каждый вывод датчика может быть установлен в фиксированном положении вдоль оси 100 приводного элемента. Один из первого и второго выводов датчика деформируется или перемещается перпендикулярно оси приводного элемента под действием кулачка. Это изменяет расстояние между первым и вторым выводами датчика.

Это обеспечивает пассивный клапан встроенным компактным и недорогим детектором состояния клапана. Это позволяет отслеживать работу клапана, так что могут быть предприняты действия по управлению, которые зависят от состояния клапана, как объяснялось выше. Кулачок 104 позволяет детектору состояния клапана работать с боковым перемещением, тем самым ограничивая пространство, занимаемое датчиком.

На ФИГ. 11 показаны выводы датчика;

Первый вывод 110 датчика содержит контактный рычаг 112, который смещается внутрь (т.е. по направлению к оси 100) для контакта со вторым выводом 120 датчика, когда с контактным рычагом 112 не взаимодействует кулачок, и перемещается наружу от второго вывода 120 датчика против смещения контактного рычага, когда с контактным рычагом взаимодействует кулачок. Показанный контактный рычаг 112 имеет контактный выступ 113 и язычок 114. Кулачок взаимодействует с язычком 114 для перемещения контактного рычага против смещения, когда язычок 114 выдвинут наружу, и контактный рычаг возвращается назад, когда кулачок удаляется.

Первый вывод датчика в показанном примере содержит базовый рычаг 116, соединенный с контактным рычагом 112 пружинным изгибом 118. Таким образом, кулачок сводит два рычага 112, 116 первого вывода датчика вместе против смещения изгиба, когда язычок вытолкнут наружу, и два рычага отпружинивают друг от друга, когда кулачок удаляется. Это обеспечивает возможность использования цельного компонента для каждого вывода датчика.

Противоположные концы выводов 110, 120 датчика образуют охватываемый соединитель со встроенными соединительными штырьками 122. Этот охватываемый соединитель предпочтительно расположен на боковой наружной кромке клапанного устройства.

Первый и второй выводы 110, 120 датчика устанавливают и разрывают контакт посредством действия кулачка 104. Таким образом, в данном примере детектор состояния клапана является контактным/бесконтактным датчиком, выдающим двоичный выход, представляющий состояние клапана. Альтернативой является обеспечение аналогового сигнала, например, на основе изменения емкости или сопротивления как функции смещения и, следовательно, расстояния между выводами датчика.

На ФИГ. 12 показано, как устанавливается контакт (левое изображение) и разрывается контакт (правое изображение).

На ФИГ. 13 показаны три возможные конструкции контактного выступа 113 на виде сверху и в разрезе. Это может быть усеченная пирамида, полусфера с плоской вершиной или прямоугольный гребень. Контактный выступ может быть образован в виде выемки (которая затем выступает с противоположной стороны) или складки.

На ФИГ. 14 показан кулачок 104 приводного элемента 98. По периферии может быть расположен набор кулачковых элементов. Для взаимодействия с выводами датчика требуется только один. Однако множество кулачков позволяют приспосабливать приводной элемент в различных угловых положениях. Кулачки могут быть использованы в качестве элементов выравнивания для обеспечения правильного совмещения одного из кулачков с язычком 114 первого вывода 110 датчика. Они также могут использоваться в качестве направляющих, так что угловое положение приводного элемента закреплено, когда он скользит вверх и вниз (разумеется, это необходимо, только когда он является круговым). Например, направляющая стенка в корпусе 90a, 90b может проходить между парой кулачков.

Пассивный клапан обычно закрыт, потому что при отсутствии входного давления пружина смещает приводной элемент 98 к мембране 96 клапана. Таким образом, приводной элемент проходит вниз (для ориентации, используемой на чертежах). Это означает, что кулачок 104 взаимодействует с язычком 114, так что контакт между выводами датчика нарушается. Это обеспечивает нулевое потребление тока датчиком в этом нормально закрытом состоянии пассивного клапана.

Это также означает, что контакты (контактный выступ 113) нормально разделены. При контакте коррозия материала происходит быстрее. Таким образом, ограничение количества времени контакта ограничивает коррозию и ограничивает величину расчетного усилия, необходимого для обеспечения коррозионной стойкости в течение срока службы устройства. Например, может быть достаточно более тонкого слоя золота или другого пассивирующего металла.

На ФИГ. 15 показан вид сверху корпуса 90a, 90b клапана и показан боковой охватываемый соединитель 150 с отверстиями 152 для соединительных штырьков 122 двух выводов 110, 120 датчика. Охватываемый соединитель 150 может быть, например, разъемом JST. Разъем JST обычно имеет сплошные штырьки. Однако выводы 110, 120 датчика выполнены в виде листового металла. Для того чтобы их концы 122 функционировали в качестве квадратных контактных штырьков, может быть использовано Г-образное поперечное сечение стержня выводов 110, 120, как показано на ФИГ. 11. Это противодействует изгибу. Для рычагов 112, 116 может быть использован плоский профиль.

На ФИГ. 16 более подробно показан охватываемый соединитель 150 с соединительными штырьками 122, вставленными через отверстия 152.

На ФИГ. 17 показано, как концы 122 выводов 110, 120 датчика продвинуты через отверстия 152 с образованием охватываемого соединителя.

На ФИГ. 2A-C и 5-8 показаны примеры гидравлических схем, в которых пассивное клапанное устройство с обнаружением состояния, как описано выше, в качестве преимущества используется для переключения между режимом закрытия/трамбовки и режимом подачи воды для заваривания. В результате может быть использован один насос как для подачи горячей воды для заваривания, так и для нагнетания давления в гидравлический исполнительный механизм системы закрытия/трамбовки.

Пассивное клапанное устройство с обнаружением состояния может в качестве преимущества использоваться в других гидравлических схемах кофемашин других типов. Например, клапанное устройство может быть использовано для переключения между режимами пара и горячей воды, что может быть особенно полезным в случае, когда пар и горячая вода вырабатываются посредством одного нагревателя. Это будет объяснено ниже со ссылкой на ФИГ. 18.

На ФИГ. 18 показана гидравлическая схема для кофемашины, содержащая резервуар 30 для воды, в случае необходимости расходомер 32, водяной насос 36, водонагреватель 34 и клапан 70 избыточного давления, выполненный с возможностью открытия в поддон 72, если давление в гидравлической схеме становится слишком высоким.

Нагреватель 34 выполнен с возможностью выборочной выработки горячей воды, например, примерно 100°C для заваривания кофе, и пара, например, примерно 140°C (или больше) для вспенивания молока. Пар может подаваться к соплу 74 для доставки пара через первый клапан 76, который может быть, например, электронным клапаном. Горячая вода может подаваться в сосуд 16 для кофе (который в данном случае является частью внутренней заварочной камеры) через второй клапан 80 и блок 82 управления. Заваренный кофе может быть выдан из машины через выдачной носик 78.

Блок 82 управления может обеспечивать возможность выпуска воды в каплесборник 72, например, во время охлаждения нагревателя 34. Кроме того, он может управлять приводным механизмом 84, например, для открытия и закрытия заварочной камеры 16.

Кофемашина дополнительно может содержать емкость для зерен и измельчитель, как показано в предыдущих примерах. В качестве альтернативы молотый кофе может подаваться в капсулах, таблетках или тому подобной порционной кассете. Эти элементы не показаны, поскольку они не относятся к гидравлическим компонентам.

Второй клапан 80 может быть выполнен в виде пассивного клапанного устройства, описанного выше в связи с ФИГ. 9-17. Целью в этом случае является удаление воды в виде жидкости из гидравлической схемы, в частности, нагревателя 34 перед подачей пара, чтобы иметь сухой пар высокого качества (относительно влажный пар будет вырабатывать молочную пену низкого качества).

При эксплуатации, когда выбран напиток, требующий вспенивания молока (например, капучино), нагреватель 34 сначала нагревают примерно до 140°C (или больше) для выработки пара для вспенивания молока. До тех пор, пока в нагревателе или схеме все еще находится вода в виде жидкости (из предыдущего цикла заваривания), нагрев этой воды будет создавать достаточно высокое давление для открытия пассивного клапана 80, таким образом позволяя воде вытекать, например, в каплесборник 72.

После того, как вся вода в виде жидкости будет удалена, давление больше не будет создаваться, так как жидкость для кипения отсутствует.Сопутствующий перепад давления приведет к закрытию пассивного клапана 80. Изменение состояния обнаруживается средствами обнаружения состояния клапана. Контроллер 82 на основании указанного обнаружения состояния в этом случае откроет клапан 76 и запустит насос 36 для перекачивания небольшого количества воды в нагреватель для создания пара. Поскольку для функции парообразования требуется только относительно небольшое количество пара (и, следовательно, воды), создаваемые давления также являются небольшими, т.е. слишком малыми, чтобы открыть клапан 80. Весь пар, таким образом, будет подаваться к соплу 74 для подачи пара через клапан 76.

В конце процесса парообразования нагреватель выключают, чтобы позволить нагревателю остыть, например, от 140°C до 100°C. Насосом управляют для подачи большего количества воды (достаточного для заваривания кофе). В результате, сопутствующее давление будет достаточно высоким, чтобы открыть клапан 80. Во время этапа охлаждения исходная вода, поступающая из нагревателя, все еще может быть слишком горячей для заваривания кофе. Эту воду можно сливать в каплесборник 72 через блок 82 управления. После того, как вода достигла нужной температуры, она подается в заварочную камеру 16.

Таким образом, в данном примере пассивное клапанное устройство функционирует в качестве управляемого по давлению переключателя, который запускает блок 82 управления для запуска режима подачи пара только после того, как вся вода в виде жидкости была удалена из схемы. В конце режима подачи пара, при запуске режима подачи горячей воды, пассивный клапан автоматически возвращается в исходное положение.

Другие вариации описанных вариантов реализации могут быть поняты и реализованы специалистом в данной области техники при осуществлении заявленного изобретения на практике после ознакомления с чертежами, описанием и прилагаемой формулой изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а грамматический показатель единственного числа не исключает наличия множества. Единственный процессор или иной модуль может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Тот факт, что некоторые средства описаны во взаимно различных зависимых пунктах формулы, не означает, что объединение этих средств не может быть использовано для обеспечения преимущества. Если термин "приспособлен для" используется в формуле изобретения или описании, то следует отметить, что термин "приспособлен для" предназначен для эквивалентного обозначения термина "выполнен с возможностью". Никакие ссылочные обозначения в формуле изобретения не следует рассматривать как ограничивающие объем.

Изобретение относится к кофемашинам и клапанным устройствам, пригодным для использования в кофемашинах. Кофемашина содержит резервуар (30) для воды, водонагреватель (34), водяной насос (36), сосуд (16) для кофе для приема молотого кофе, систему подачи воды для подачи нагретой воды в сосуд для кофе. Гидравлическая схема соединяет резервуар для воды, водонагреватель, водяной насос, сосуд для кофе и систему подачи воды. Гидравлическая схема включает в себя пассивное клапанное устройство, содержащее входной канал (92), выходной канал (94), клапанный элемент (96) между входным и выходным каналами. Клапанный элемент смещен для изоляции входного и выходного каналов и выполнен с возможностью соединения входного и выходного каналов в ответ на давление, присутствующее во входном канале. Встроенный детектор (102) состояния клапана обеспечивает обратную связь по состоянию клапана для использования в управлении работой кофемашины. Достигается технический результат – автоматизация попеременной подачи пара и воды, а также поддержание свежести кофейных зерён в измельчителе за счёт предотвращения попадания в него горячего пара. 13 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Кофемашина, содержащая:

резервуар (30) для воды;

водонагреватель (34);

водяной насос (36);

сосуд (16) для кофе для приема молотого кофе;

систему подачи воды для подачи нагретой воды в сосуд для кофе;

гидравлическую схему, соединяющую резервуар для воды, водонагреватель, водяной насос, сосуд для кофе и систему подачи воды, причем гидравлическая схема включает в себя пассивное клапанное устройство, содержащее:

входной канал (92);

выходной канал (94);

клапанный элемент (96) между входным и выходным каналами, который смещен для изоляции входного и выходного каналов и выполнен с возможностью соединения входного и выходного каналов в ответ на давление, присутствующее во входном канале; и

встроенный детектор (102) состояния клапана для обеспечения обратной связи по состоянию клапана для использования в управлении работой кофемашины.

2. Кофемашина по п. 1, в которой пассивное клапанное устройство содержит первый и второй выводы (110, 120) датчика, выполненные с возможностью перемещения друг к другу и друг от друга в ответ на перемещение клапанного элемента.

3. Кофемашина по п. 1 или 2, в которой пассивное клапанное устройство содержит:

приводной элемент (98), приводимый в движение вдоль оси приводного элемента смещением пружины, для приведения клапанного элемента в закрытое состояние, причем клапанный элемент выполнен с возможностью перемещения в открытое состояние против смещения пружины в ответ на давление, присутствующее во входном канале.

4. Кофемашина по п. 3, при его зависимости от п. 2, содержащая кулачок (104) на приводном элементе, при этом один вывод (110) датчика из первого и второго выводов датчика выполнен с возможностью деформации или перемещения кулачком (104) перпендикулярно оси приводного элемента и тем самым изменения расстояния между первым и вторым выводами датчика, при этом первый и второй выводы датчика вместе образуют детектор состояния клапана.

5. Кофемашина по п. 4, в которой каждый из первого и второго выводов (110, 120) датчика установлен в фиксированном положении вдоль оси приводного элемента.

6. Кофемашина по п. 4 или 5, в которой первый и второй выводы датчика выполнены с возможностью замыкания и размыкания контакта посредством действия кулачка, например, замыкания контакта в разомкнутом состоянии и размыкания контакта в замкнутом состоянии.

7. Кофемашина по любому из пп. 4-6, в которой первый вывод (110) датчика содержит контактный рычаг, который смещен внутрь для контакта со вторым выводом (120) датчика, когда с контактным рычагом не взаимодействует кулачок, и перемещен наружу от второго вывода датчика против смещения контактного рычага, когда с контактным рычагом взаимодействует кулачок (104).

8. Кофемашина по п. 7, в которой контактный рычаг содержит наклонный язычок (114) для взаимодействия с кулачком для выталкивания контактного рычага наружу.

9. Кофемашина по любому из пп. 1-8, также содержащая:

головку (40) подачи воды для подачи нагретой воды в сосуд для кофе;

систему трамбовки для уплотнения молотого кофе в сосуде для кофе путем обеспечения относительного перемещения между головкой подачи воды и сосудом для кофе,

при этом:

система трамбовки содержит гидравлический исполнительный механизм (42);

выходное отверстие для воды из водяного насоса соединено с гидравлическим исполнительным механизмом посредством первого соединения (44) по текучей среде;

выходное отверстие для воды из водяного насоса соединено с головкой подачи воды посредством второго соединения (46) по текучей среде, которое включает в себя пассивное клапанное устройство; и

пассивное клапанное устройство выполнено с возможностью открытия, когда давление достигает требуемого давления трамбовки.

10. Кофемашина по любому из пп. 1-9, дополнительно содержащая контроллер (38), который принимает информацию о состоянии клапана от детектора состояния клапана, причем контроллер выполнен с возможностью выключения водонагревателя, когда клапанный элемент находится в закрытом состоянии, и включения водонагревателя, когда клапанный элемент находится в открытом состоянии.

11. Кофемашина по любому из пп. 1-10, содержащая основной корпус (12), имеющий наружное установочное отверстие (14), причем сосуд для кофе выполнен с возможностью съемного крепления к наружному установочному отверстию.

12. Кофемашина по любому из пп. 9-11, в которой положение головки (40) подачи воды зафиксировано относительно основного корпуса, а гидравлический исполнительный механизм (42) системы трамбовки выполнен с возможностью смещения сосуда для кофе относительно головки подачи воды таким образом, чтобы обеспечить трамбовку молотого кофе, содержащегося в сосуде для кофе.

13. Кофемашина по любому из пп. 1-12, дополнительно содержащая емкость (54) для зерен и измельчитель (56) зерен, имеющий выпускное отверстие (58) для молотого кофе.

14. Кофемашина по п. 13, содержащая контроллер (38), выполненный с возможностью управления по меньшей мере одним из:

нагревания воды;

измельчения кофейных зерен;

дозирования молотого кофе в сосуд для кофе;

смещения сосуда для кофе относительно головки подачи воды и

подачи горячей воды.