Способ приготовления напитка из капсулы с предварительным смачиванием
Изобретение относится к способу и устройству приготовления напитка. Способ приготовления напитка в устройстве (1) для приготовления напитка из капсулы (2), содержащей ингредиенты напитка, посредством подачи воды в капсулу через первую стенку (6) капсулы с помощью водяного насоса (16) устройства, управляемого блоком (21) управления, причем экстракция заваренного напитка осуществляется через вторую стенку (9) капсулы. Указанная вторая стенка открывается для экстракции заваренного напитка за счет эффекта нагнетания давления внутри капсулы в результате подачи воды в капсулу; включающий: подачу первого объема воды (V1) в капсулу, содержащую ингредиенты напитка в сухом состоянии, для предварительного смачивания ингредиентов напитка в капсуле перед экстракцией напитка из второй стенки (9) капсулы - предварительное смачивание; подачу второго объема воды (V2-V1) в капсулу для экстракции напитка из второй стенки (9) капсулы; причем подача первого объема регулируется по меньшей мере одним значением расхода, которое обеспечивает непрерывное повышение давления воды из насоса на первом этапе (30) повышения давления воды, и при этом подача второго объема воды регулируется так, чтобы она выполнялась сразу же и без прерывания потока после подачи первого объема воды, и регулируется для повышения давления воды до по меньшей мере одного давления экстракции после второго этапа повышения давления (31), которое регулируется так, чтобы оно было резче первого этапа (30) повышения давления. Технический результат заявленной группы изобретений заключается в сокращении времени приготовления напитка, а также снижении потребления электрической мощности во время приготовления напитка. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу приготовления напитка в устройстве для приготовления напитка, таком как кофемашина, из капсулы, содержащей ингредиенты, посредством подачи воды насосом устройства в капсулу через первую стенку капсулы и последующей экстракции напитка через вторую стенку капсулы. Более конкретно способ сосредоточен на приготовлении горячего напитка, в частности кофе, из капсул, содержащих молотый кофе, для повышения качества напитка в чашке посредством усовершенствованного контроля и конкретной последовательности определенных параметров приготовления, в частности потока и давления воды, подаваемой в капсулу.
Уровень техники
Устройства для приготовления напитков, в которых применяются капсулы с ингредиентами для напитков, широко известны и распространены. Наиболее популярны устройства, в которых используются одноразовые капсулы, также называемые контейнерами или картриджами, которые содержат молотый кофе, смеси молотого кофе и молока, быстрорастворимый кофе, листовой чай или их комбинации. В данной области общеизвестны закрытые капсулы, такие как раскрытые в документе EP0512468, которые открываются по достижении достаточного давления. Способы, в которых применяются такие капсулы, также известны, например, в документе EP0512470.
Также известно, что предварительное смачивание кофе в профессиональных кофемашинах посредством впрыска небольшого количества воды и выдержки в течение нескольких секунд способно улучшить или изменить результаты экстракции, например, усилить ароматы.
Документ EP0870457 относится к гибкой водонепроницаемой капсуле (саше), располагаемой в камере, оснащенной фиксированным игольчатым средством, подходящим для перфорации материала капсулы после нагнетания в ней давления и ее смещения к стенкам камеры и средству для перфорации. В соответствии с настоящим документом вода подается в капсулу и поток воды прерывается до достижения давления, достаточного для обеспечения перфорации стенок капсулы.
Документ EP2001343B1 относится к способу приготовления напитка, включающему в себя стадии подачи воды в закрытую камеру приготовления напитка, в частности в закрытый жесткий картридж, для приготовления напитка, открытия камеры и выдачи приготовленного таким образом напитка из выходного канала камеры, причем он включает в себя следующие стадии:
- подача воды в камеру приготовления до достижения первого давления (P1), которое составляет по меньшей мере 3 бара,
- по меньшей мере однократное прерывание потока воды в камеру приготовления (tподачи),
- поддержание камеры для приготовления в закрытом состоянии при первом давлении (P1) в течение времени поддержания (tподачи-t1) давления, которое находится в диапазоне от 1 до 60 секунд,
- открытие выходного канала камеры приготовления и
- выдача приготовленного таким образом напитка.
Иными словами, способ в соответствии с настоящим патентом включает в себя этап предварительного смачивания ингредиентов в жестком картридже, во время которого поток воды прерывается и давление поддерживается постоянным в течение нескольких секунд перед возобновлением потока для экстракции напитка.
Документ WO2015104165 относится к другому способу, согласно которому в капсулу подается первый объем воды, а после прерывания — второй объем воды, и при этом время прерывания потока воды в капсулу определяется путем оценки выходного сигнала измерения расходомера. В соответствии с этим способом можно более точно и более четко определить момент времени, в который капсула должным образом заполнится водой для предварительного смачивания.
Проблема способов, известных в данной области техники, заключается в том, что предварительное смачивание имеет ряд недостатков. Это может привести к проблемам с блокировкой потока, если его регулирование не выполняется должным образом, в частности, если поток возобновляется при открытии подающей стенки капсулы. Управление насосом значительно более сложное, чем проиллюстрировано в документе WO2015104165. Время приготовления напитка также существенно возрастает по сравнению со стандартным способом приготовления без предварительного смачивания. Действительно, насос должен перейти из выключенного в полностью рабочий режим, а повышение давления займет больше времени. Используемая электрическая мощность также довольно существенна.
Цель настоящего изобретения заключается в предоставлении решения для этих недостатков.
Раскрытие изобретения
Изобретение относится к способу приготовления напитка в устройстве для приготовления напитков из капсулы, содержащей ингредиенты напитка, посредством подачи воды в капсулу через первую стенку капсулы с помощью насоса устройства; причем экстракция заваренного напитка осуществляется через вторую стенку капсулы; при этом указанная вторая стенка предпочтительно открывается для экстракции заваренного напитка по меньшей мере за счет эффекта нагнетания давления внутри капсулы в результате продолжения подачи воды в капсулу; включающему:
- подачу первого объема воды в капсулу, содержащую ингредиенты напитка в сухом состоянии, для предварительного смачивания ингредиентов напитка в капсуле перед экстракцией напитка из второй стенки капсулы («предварительное смачивание»);
- подачу второго объема воды в капсулу для экстракции напитка из второй стенки капсулы;
причем подача первого объема регулируется по меньшей мере одним значением расхода, которое обеспечивает непрерывное повышение давления воды из насоса на первом этапе повышения давления воды, и
при этом подача второго объема воды регулируется так, чтобы она выполнялась сразу же и без прерывания потока после подачи первого объема воды, и регулируется для повышения давления воды до по меньшей мере одного давления экстракции после второго этапа повышения давления, которое регулируется так, чтобы оно было резче первого этапа повышения давления.
Таким образом, изобретение обеспечивает эффективное предварительное смачивание ингредиентов напитка в капсуле посредством непрерывной подачи воды в капсулу без помех и при низком или пониженном расходе во время предварительного смачивания. Таким образом изобретение позволяет устранить проблемы, связанные со значительным временем выдержки капсулы, полностью заполненной водой, а также проблему, связанную с возобновлением потока из насоса после прерывания, и потенциальные проблемы с блокировкой, обусловленные таким изменением состояния насоса.
В одном аспекте расход насоса регулируется для подачи первого объема воды, в частности для соответствия по меньшей мере одной уставке расхода до тех пор, пока не будет достигнуто заданное время потока или заданный объем воды либо пока не будет достигнута заданная уставка давления, которая ниже давления экстракции. Таким образом, расход измеряют и сравнивают с уставкой, а конец первого объема определяют с помощью любого одного или любой комбинации: значения постоянной времени, значения постоянной объема или в ряде случаев значения постоянной давления. В последнем случае значение давления измеряется, например, непосредственно с помощью датчика давления или опосредованно путем измерения датчиком тока, потребляемого насосом, вычисления давления и сравнения с уставкой давления для прекращения подачи первого объема воды при более низком или пониженном расходе. Однако самым простым способом является определение предустановленного времени для первого объема воды, подаваемого в капсулу при регулируемом расходе.
В предпочтительном аспекте подачу первого объема воды регулируют в диапазоне от 20 до 120 мл/мин, более предпочтительно от 50 до 100 мл/мин в течение периода от 3 до 25 секунд, более предпочтительно от 5 до 20 секунд. При превышении заданного максимального предела расхода время предварительного смачивания необходимо сократить, а предварительное смачивание становится не таким эффективным, тогда как при значении ниже минимального предела время предварительного смачивания слишком велико, давление повышается слишком медленно и/или приготовление занимает слишком много времени.
В одном аспекте давление водяного насоса регулируется для подачи второго объема воды, в частности для соответствия по меньшей мере одной уставке давления. Второй объем воды можно подавать до тех пор, пока не будет экстрагирован целевой объем напитка. В альтернативном варианте дополнительный(-ые) объем(-ы) воды подают до экстракции целевого объема напитка. Такой(-ие) дополнительный(-ые) объем(-ы) воды может(могут) регулироваться расходом или давлением. В частности расход и/или давление дополнительного(-ых) объема(-ов) может быть ниже или выше расхода и/или давления второго объема подаваемой воды. Изменение расхода и/или давления от одного объема к другому может быть непрерывным или ступенчатым в зависимости от регулирования.
Следовательно, в отличие от первого объема воды, второй объем предпочтительно регулируется не расходом, а только давлением, поскольку становится возможно обеспечить разные значения давления экстракции в зависимости от типов капсул (например, содержащих смеси молотого кофе разного происхождения). Более того, актуальнее регулировать давление экстракции, чтобы избежать слишком высокого или слишком низкого давления экстракции для данной капсулы. Конечно же, можно предусмотреть и другие способы регулирования, например, регулирование расхода или смешанное регулирование (расхода и давления).
Расход второго объема воды, подаваемого через первую стенку капсулы, выше, чем расход первого объема воды, подаваемого для предварительного смачивания. При регулировке давления для второго объема воды регулировка насоса выполняется при уставке давления выше 6 бар, предпочтительно от 8 до 25 бар, более предпочтительно при уставке давления от 10 до 20 бар.
Предпочтительно, чтобы подача второго объема воды начиналась до достижения давления вскрытия для вскрытия второй стенки капсулы. Как правило, отверстие второй стенки получают посредством излома, разрезания или разрыва стенки об опору капсулы устройства, содержащую один или множество выступов. Для преодоления перепада давления, требуемого для вскрытия стенки, необходимо задать достаточно высокую уставку давления таким образом, чтобы этап повышения давления был достаточно резким и вскрытие прошло успешно.
Предпочтительно выбран тип насоса с возможностью регулирования давления и расхода, такой как шестеренный, мембранный или шприцевой насос. Размер насоса выбирают так, чтобы он обеспечивал расход в широком диапазоне значений расхода, например, от 50 до 500 мл/мин.
В одном аспекте расход определяется с помощью средства определения расхода, расположенного в соответствии с любым одним или комбинации следующих способов:
а) путем определения уменьшения объема за единицу времени в напорной водяной камере шприцевого насоса устройства, или
b) путем измерения с помощью расходомера расхода воды, подаваемой насосом в капсулу, или
c) путем измерения скорости вращения двигателя роторного объемного насоса и соответствующего вычисления расхода.
В частности, в способе a) уменьшение объема напорной водяной камеры можно определить по относительному смещению подвижной разграничивающей камеру стенки, смещаемой электрическим исполнительным механизмом, в зависимости от времени.
Более того, тип капсулы можно идентифицировать устройством для приготовления напитка. Некоторые параметры приготовления определяют блоком управления в зависимости от типа идентифицированной капсулы. В частности, блок управления может управлять подачей первого объема воды и/или второго объема воды в зависимости от типа идентифицированной капсулы. Например, в зависимости от типа капсулы, например, кофейной смеси, подача первого объема воды может быть регулируемой с разным расходом или значениями расхода и/или подача второго объема воды может выполняться при разном давлении или значениях давления. Также можно регулировать подачу дополнительного(-ых) объема(-ов) воды.
Как правило, подача первого объема воды может быть альтернативно задана с помощью блока управления без регулирования расхода, но с простой подачей питания с заданным уровнем силы тока на насос в течение заданного времени, чтобы обеспечить низкий расход и постоянное повышение давления, требуемого для предварительного смачивания. В этом случае эти характеристики для подачи первого объема воды, т.е. питание насоса и временной интервал, могут быть заданы, например, в зависимости от типа капсулы.
Изобретение дополнительно относится к устройству для приготовления напитка для реализации вышеупомянутого способа, содержащему:
источник воды,
отверстие для выдачи,
варочный блок для приема капсулы,
водяной насос для подачи воды в варочный блок,
при этом оно содержит блок управления, расположенный с возможностью регулирования насоса для:
- подачи первого объема воды в капсулу, содержащую ингредиенты напитка в сухом состоянии, для предварительного смачивания ингредиентов напитка в капсуле перед экстракцией напитка из второй стенки капсулы («предварительное смачивание»);
- подачи второго объема воды в капсулу для экстракции напитка из второй стенки капсулы;
причем подача первого объема регулируется по меньшей мере одним значением расхода, которое обеспечивает непрерывное повышение давления воды из насоса на первом этапе повышения давления воды, и
при этом подача второго объема воды регулируется так, чтобы она выполнялась сразу же и без прерывания потока после подачи первого объема воды, и регулируется для повышения давления воды до по меньшей мере одного давления экстракции после второго этапа повышения давления, которое регулируется так, чтобы оно было резче первого этапа повышения давления.
Устройство может содержать шприцевой насос, с помощью которого определяют расход воды, или же расход вычисляют по уменьшению объема напорной водяной камеры в зависимости от времени. Альтернативно устройство содержит насос и расходомер для измерения расхода, подаваемого насосом в капсулу. Также альтернативно устройство может содержать роторный объемный насос, с помощью которого измеряют скорость вращения двигателя и в соответствии с результатом данного измерения вычисляют расход воды.
Устройство может также содержать датчик давления или датчик для измерения по меньшей мере одного электрического параметра, характеризующего потребление питания насосом. Электрический параметр обеспечивает исходные данные для блока управления, характеризующие давление воды. Блок управления может быть соединен с насосом для регулирования питания, подаваемого на насос, для поддержания выходного потока воды при уставке давления или для изменения давления в соответствии с профилем давления, включающим в себя более одной уставки давления.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показано типовое схематическое изображение устройства для приготовления напитка, выполненное с возможностью реализации способа в соответствии с изобретением.
На фиг. 2 представлен типовой график, где изображено измеренное увеличение объема воды, подаваемого насосом в капсулу (левая ось Y), и измеренное давление воды (правая ось Y) в зависимости от времени (ось X) при подготовке и подаче воды объемом 60 мл для приготовления жидкого кофейного экстракта.
На фиг. 3 представлен пример составленной на компьютере контрольной диаграммы приготовления кофейной жидкости, изображенной на фиг. 2, на которой приведены соответственно (сверху вниз) временная шкала, температура воды, целевой объем воды, гибридное регулирование потока и давления, порог расхода при регулировании потока и уставка давления при регулировании давления.
На фиг. 4 показан более подробный внутренний вид в поперечном сечении устройства для приготовления напитка со шприцевым насосом для реализации способа по изобретению.
На фиг. 5 представлен вид в перспективе в поперечном сечении водяного насоса устройства, изображенного на фиг. 4.
На фиг. 6 представлен вид в перспективе исполнительного механизма и трансмиссии водяного насоса устройства, изображенного на фиг. 4.
На фиг. 7 представлен вид в поперечном сечении водяного насоса, изображенного на фиг. 4, на котором схематически проиллюстрировано электрическое соединение насоса с источником электропитания, связанным с датчиком тока, предназначенным для измерения по меньшей мере одного электрического параметра, характеризующего потребление питания исполнительным механизмом.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение относится к способу приготовления с применением устройства 1 для приготовления напитка, представленного на фиг. 1 и не имеющего ограничительного характера. Как правило, устройство 1 выполнено с возможностью приема капсулы 2 для приготовления напитка и приготовления из нее напитка. Капсула, как правило, поступает в блок 3 экстракции напитка, выполненный с возможностью вмещения капсулы и ее заполнения водой, поступающей из регулируемой линии 4 подачи жидкости. Устройство может необязательно содержать блок 5 идентификации капсулы, в котором каждая капсула 2 может быть индивидуально идентифицирована, чтобы обеспечить адаптацию приготовления, в частности параметры приготовления, в соответствии с идентифицированной капсулой. Например, условия предварительного смачивания могут быть изменены в зависимости от типа капсулы, идентифицированной с помощью блока 5 идентификации.
В капсуле 2, как правило, содержится первая стенка 6, через которую вода из линии подачи жидкости подается в ингредиенты 7 напитка в капсуле. Для обеспечения подачи воды первая стенка может быть, например, перфорирована перфорационными элементами 8. В капсуле дополнительно содержится вторая стенка 9, через которую осуществляется экстракция напитка из капсулы. Вторая стенка предпочтительно изначально закрыта и открывается вследствие спаренного эффекта повышения давления в капсуле и механического взаимодействия с опорой 10 капсулы устройства. Как известно, опора капсулы может содержать один или множество выступов, механически взаимодействующих со второй стенкой, которая под давлением деформируется до разрыва или перфорации. Напиток может поступать через каналы или отверстия 11 и собираться в накопительной камере 12, а затем выдаваться через выходной канал 14 в приемный сосуд 13, помещенный ниже. Также в объем изобретения входит капсула со второй стенкой, которая открывается только вследствие повышения давления в капсуле и без какого-либо механического воздействия или в результате спаренного эффекта повышения давления в капсуле и механического взаимодействия элемента(-ов), предусмотренных в самой капсуле.
Линия подачи жидкости в устройстве для приготовления напитка содержит источник воды, который может представлять собой, например, водяной бак 15. Водяной бак, как правило, является многоразовым и поэтому может иметь разъемное соединение на одном конце линии подачи жидкости. Линия 4 подачи жидкости дополнительно содержит водяной насос 16, соединенный по текучей среде с водяным баком, например, посредством первого водопровода 17, в который подается вода. Она также содержит водонагреватель 18, соединенный по текучей среде с водяным насосом, например, посредством второго водопровода 19. Варочный блок 3 может быть соединен с водонагревателем, например, посредством третьего водопровода 20. Допускается применение дополнительных водопроводов, не проиллюстрированных в настоящем документе, например, для обхода водонагревателя или подключения к дополнительным компонентам, таким как водоохладитель, продувочный или предохранительный клапан либо циркуляционные водопроводы.
Устройство для приготовления напитка содержит блок 21 управления, который, как правило, выполнен с возможностью получения входных данных 22 от разных электронных компонентов устройства и регулирования такими компонентами, например, обеспечивая вывод данных 23 на различные электронные компоненты устройства. Блок 21 управления может быть разделен на электронным образом соединенные подблоки, которые могут быть физически разделены в устройстве. Блок управления по существу содержит средство обработки, такое как микроконтроллер, по меньшей мере одно энергозависимое и/или энергонезависимое запоминающее устройство для кодирования команд для реализации способа, например, в форме одной или более операционных программ и значений, таких как уставки, например, температур(-ы), расход(-ов), давления(-ий), связанных с током данных, времени и т.п.
Устройство может содержать средство определения расхода для измерения расхода воды, поступающей в капсулу. Средство определения расхода может содержать расходомер 24, расположенный по текучей среде в линии подачи жидкости для измерения потока воды, подаваемой из насоса 16 в капсулу, расположенную в варочном блоке, и предоставления соответствующих входных данных о расходе в блок управления. Как проиллюстрировано на фиг. 1, расходомер 24 может быть расположен в водопроводе 17 между водяным баком 15 и насосом 16 или в другом положении вдоль водяной линии, если это требуется в большей степени. Средство определения расхода также может быть осуществлено в самом насосе. Например, насос может представлять собой шприцевой насос, с помощью которого по уменьшению объема напорной камеры в зависимости от времени определяется расход воды. Более подробное описание устройства, содержащего шприцевой насос, приведено в отношении фиг. 4 и 7, а также подробно описано в одновременно рассматриваемой заявке на европейский патент № 16177217.3. Насос может содержать вращающуюся часть, скорость вращения которой пропорциональна расходу воды, вычисляемому блоком управления.
Водяной насос 16 может быть любого подходящего типа, но предпочтительно насос выполнен с возможностью регулирования, например, посредством широтно-импульсной модуляции, блоком управления мощности, подаваемой на исполнительный механизм 25 насоса, для изменения расхода и/или давления. Таким образом, насос предпочтительно представляет собой мембранный, шестеренный или шприцевой насос. Исполнительный механизм 25 может представлять собой вращательный электропривод, действующий на активацию мембраны, передаточного средства или поршня шприцевого насоса. Он включает в себя средство ввода, которое принимает входные сигналы от блока управления для регулирования скорости его вращения. Исполнительный механизм дополнительно предпочтительно соединен с датчиком 26 тока, который соединен с блоком управления для ввода сигнала, характеризующего ток, потребляемый исполнительным механизмом. Для измерения по меньшей мере одного электрического параметра, характеризующего потребление энергии исполнительным механизмом от источника тока, снабжающего исполнительный механизм (не представлен), может использоваться по меньшей мере один из амперметра, вольтметра и потенциометра.
Для определения давления воды в выходном канале 52 насоса блок 21 управления, соединенный с датчиком 26 тока, расположен в соответствии со своей логической схемой управления. Измеренный(-ые) электрический(-ие) параметр(-ы), такой как потребляемый ток, может представлять собой по меньшей мере один параметр, предусмотренный для определения давления. В свою очередь, блок управления выполнен с возможностью регулирования электропитания, подаваемого на исполнительный механизм 25 от источника электропитания (не представлен). Следует отметить, что датчик 26 тока может быть интегрирован в сам блок управления или в исполнительный механизм насоса. Блок управления также может являться частью силового блока, включающего в себя источник питания.
В одном варианте датчик 26 тока может быть заменен на датчик давления (например, преобразователь давления) или эквивалентное средство определения давления.
Водонагреватель 18 также соединен с блоком 21 управления посредством обеспечения исходных данных о температуре воды, например, с помощью одного или более датчиков 27 температуры (таких как датчики с отрицательным температурным коэффициентом). Блок управления соединен с нагревателем для регулирования активации нагревательного элемента и для соответствующего регулирования температуры.
Необязательно устройство оснащено элементом 28 идентификации капсул, предназначенным для идентификации капсулы и/или считывания данных с носителя данных на капсуле перед приготовлением напитка в варочном блоке. Элемент идентификации капсулы обеспечивает подачу входного сигнала на блок управления с данными о типе капсулы и/или параметрах приготовления (например, уставках, времени, объемах и т.д.), связанных с такой капсулой. Характеристика капсулы, которая могут быть измерена с помощью элемента идентификации капсулы, может относиться к механическому, электрическому, электромагнитному и/или оптическому свойству. Определяться может по меньшей мере одно из цвета, графического рисунка, формы, электрической проводимости, емкостной проводимости, индуктивной проводимости и магнитной проницаемости капсулы.
Идентификация капсулы позволяет определить тип капсулы и соответствующим образом адаптировать параметры приготовления, включая условия регулирования первого объема для предварительного смачивания и второго объема воды для экстракции напитка. Разные типы капсул могут соответствовать разным характеристикам капсулы, таким как разные кофейные смеси, массы кофе, размеры капсул и их комбинации. Разные кофейные смеси могут включать в себя разные характеристики измельчения кофе (например, гранулометрический состав, средние диаметры), области происхождения кофе, значения плотности, степень обжарки и их комбинации.
Ниже будет описан способ по изобретению со ссылкой на фиг. 2 и 3. После поступления капсулы в варочный блок 3 и соответствующей подачи на блок управления сигнала начала приготовления (например, после идентификации капсулы и/или нажатия кнопки в интерфейсе пользователя устройства) первый объем воды V1 под управлением блока управления подается от насоса в капсулу для предварительного смачивания ингредиентов напитка (фиг. 2). Этот первый объем воды V1 предпочтительно регулируется посредством расхода с применением средства определения расхода. Поток регулируется так, чтобы он был медленным, но непрерывным. Медленный расход, предпочтительно в диапазоне от 50 до 100 мл/мин, поддерживается в течение нескольких секунд, предпочтительно от 5 до 20 секунд. В течение этого периода времени напиток не экстрагируется из второй стенки 9 капсулы. Вторая стенка капсулы остается предпочтительно невскрытой до окончания подачи первого объема, поскольку давление у стенки не достигает давления вскрытия, например, давления разрыва. Для этого расход и время потока задаются в зависимости от давления вскрытия предпочтительно капсул каждого типа с учетом их характеристик противодавления. Как проиллюстрировано на фиг. 2, давление растет постепенно на первом этапе 30 повышения давления по мере заполнения капсулы водой. Регулирование расхода водяного насоса осуществляется с помощью блока управления с использованием средства измерения потока таким образом, что измеренный расход сравнивается с по меньшей мере одной уставкой расхода (допускается несколько разных значений для возможного профиля расхода на данном этапе), а для соответствия уставке расхода расход насоса корректируется, например, посредством широтно-импульсной модуляции. В проиллюстрированном примере в памяти присутствует уставка расхода в блоке, равная 50 мл/мин.
Сразу после предварительного смачивания первым объемом воды насос подает в капсулу второй объем воды V2 - V1 без перерыва между первым и вторым объемами воды (фиг. 2). В частности, давление значительно повышается, например, посредством блока управления, повышающего силу тока на насосе. Во время подачи второго объема воды работа насоса регулируется блоком управления посредством давления, но предпочтительно не расхода, как это происходило ранее. Для этого управляющая логическая схема блока управления расположена с возможностью немедленного переключения от регулирования расхода к регулированию давления, например, по истечении времени, установленного для первого объема, путем определения давления воды в выходном канале насоса. По меньшей мере одна уставка давления становится контрольной для регулировки силы тока, подаваемого на насос. Уставку давления выбирают так, чтобы значение превышало характеристику вскрытия второй стенки капсулы. Например, уставку давления принимают равной 20 бар, тогда как давление вскрытия второй стенки составляет 8 бар. Переход к такой максимальной уставке давления приводит к тому, что насос подает воду в капсулу с более высоким расходом по меньшей мере временно и адаптирует расход в зависимости от возникшего противодавления. Этапы экстракции могут быть запрограммированы для постепенного или ступенчатого уменьшения или увеличения расхода. Количество этапов экстракции не ограничено, и такие этапы можно регулировать посредством давления или расхода. В одном из возможных примеров регулирование насоса можно запрограммировать, чтобы обеспечить капельное дозирование напитка по аналогии с принципом действия капельной кофеварки.
В начале подачи второго объема воды ингредиенты напитка, такие как молотый кофе, могут спрессовываться о вторую стенку, при этом может существенно расти противодавление. В результате этого для противодействия противодавлению также может по меньшей мере временно увеличиваться расход. Это может приводить к формированию более крутого участка кривой расхода (на что указывает часть объема 32 аккумулированной воды от объема воды V3-V1). В результате этого этап 31 повышения давления для второго объема воды становится более крутым, чем этап 30 повышения давления в первом объеме.
Термин «более крутой» для оценки второго этапа 31 повышения по сравнению с первым этапом 30 повышения означает, что часть кривой давления на данном этапе является более вертикальной в направлении оси приложения давления (ось Y). Более конкретно, в зависимости от предлагаемого предварительного смачивания по изобретению, выполняемого при низком расходе, на первом и втором этапах повышения давления может формироваться кривая, являющаяся экспоненциальной или близкой к экспоненциальному росту. Таким образом, любой тангенс (первая производная экспоненциальной кривой в этой точке), измеренный на втором этапе 31 повышения, имеет более высокий наклон (и, следовательно, «более крутой»), чем любой тангенс, измеренный на первом этапе повышения.
Вскрытие второй стенки капсулы по существу происходит в промежуточной точке 33 давления, которая может отличаться в зависимости от капсулы, так как зависит от параметров вскрытия второй стенки (например, толщины стенки, материала). После вскрытия капсулы давление, как правило, продолжает расти до давления экстракции 34, регулируемого блоком. После достижения максимального давления экстракции давление может стабилизироваться на уровне максимального давления 34 экстракции до конца процесса экстракции или даже снизиться.
В одном из вариантов для цикла приготовления напитка может быть предусмотрено несколько уставок давления для формирования профиля давления (вместо одной уставки давления). Таким образом, регуляция экстракции напитка может осуществляться при более чем одном значении давления экстракции, например, двух или трех разных уставках в зависимости от времени. На кривую давления может также влиять противодавление, создаваемое в капсуле и на границе контакта с опорой капсулы, например, за счет прессования ингредиентов и/или области отверстия потока, создаваемой во второй стенке при экстракции.
Конец подачи второго объема воды может определяться по аккумулированному объему воды, определяемому с помощью средства определения расхода и регулируемого посредством блока управления. Насос останавливается соответственно при достижении объема аккумулированной воды (например, при 60 мл на фиг. 2 и 3).
Предпочтительно часть или все параметры приготовления, в частности аккумулированный(-ые) объем(-ы) воды, уставка(-и) расхода, уставка(-и) давления, время подачи первого объема воды, температура воды или нагревателя могут составлять параметры приготовления, которые могут храниться в памяти блока управления. Эти параметры могут частично или полностью содержаться в по меньшей мере одной справочной таблице памяти или могут быть частично или полностью перенесены с носителя данных на капсуле или внешнего устройства в память блока управления.
На фиг. 4–7 проиллюстрирован пример осуществления устройства 1 для приготовления напитка с водяным баком 15 и отверстием 14 для выдачи, соединенным посредством водяного насоса 16. Водяной бак 15 может соединяться с соединительным трубопроводом 17 для соединения водяного бака 15 с насосом 16. Водяной насос 16 может быть выполнен с возможностью подачи воды из водяного бака к выходному каналу через капсулу (не представлена), расположенную в блоке 3 экстракции напитка.
Насос 16 представляет собой насос шприцевого типа, который включает в себя камеру 35 и подвижную стенку 36, разграничивающую камеру. Насос дополнительно содержит электрический исполнительный механизм 25, приводящий в движение подвижную стенку 36 между первым положением и вторым положением, обеспечивая подачу жидкости из источника воды в камеру 35 и обеспечивая отток воды из камеры 35 в камеру экстракции напитка. Например, такая вода подается насосом через нагреватель 18.
Насос 16 включает в себя силовой блок 38, который содержит источник 39 электропитания и который выполнен с возможностью подачи питания на исполнительный механизм 25. Силовой блок 38 может быть подключен при помощи штепсельной вилки или разъема 37 к сети электропитания или другому источнику питания, например, аккумулятору или трансформатору (постоянного тока) и/или источнику возобновляемой энергии (источнику фотоэлектрической солнечной энергии).
Силовой блок 38 имеет датчик 26 для измерения по меньшей мере одного электрического параметра, характеризующего потребление исполнительным механизмом 25 энергии от источника электропитания. Силовой блок 38 содержит блок 21 управления, соединенный с датчиком 26 и источником питания. Блок 21 управления выполнен с возможностью регулирования питания, подаваемого на электрический исполнительный механизм 25 источником 39 питания, в зависимости от: по меньшей мере одного измеренного параметра; и требуемого объема подачи воды в камеру 35 и/или требуемого объема отведения жидкости из камеры 35, например, требуемого потока и/или давления подачи и/или отвода жидкости.
Блок 21 управления может управлять водонагревателем 18. Блок 21 управления может управлять открытием и закрытием варочного блока 3, содержащего опору 10 капсулы и сетку 41 капсулы. Блок управления может также управлять открытием и закрытием подвижного гнезда 40, на котором может быть расположена капсула перед вставкой в устройство (также показано на фиг. 1).
Блок 21 управления может быть подключен посредством проводного или беспроводного соединения к пользовательскому интерфейсу 42 или к модулю связи для обмена данными с внешним устройством, например сетью и/или портативным устройством (например, смартфоном).
При использовании шприцевого насоса водяная камера 35 может иметь входной канал 43 насоса, находящийся в соединении по текучей среде с водяным баком, и выходной канал 44 насоса, находящийся в соединении по текучей среде с водонагревателем и варочной камерой. Такой входной канал 43 насоса может иметь обратный клапан 53 для предотвращения оттока жидкости из камеры 35 через входной канал. Выходной канал 44 насоса может иметь обратный клапан 54 для предотвращения притока жидкости в камеру 35 через выходной канал. Как правило, водяная камера 35 образует единую полость переменного объема, с которой такое входной и выходной каналы имеют соединение по текучей среде.
Исполнительный механизм 25, который, как правило, представляет собой электродвигатель, соединен с подвижной стенкой 36 при помощи трансмиссии 46. Трансмиссия 46, связанная с двигателем, может содержать зубчатую передачу, такую как прямозубая цилиндрическая зубчатая передача, механизм которой состоит из одного или более (зубчатых) колес 47, (зубчатой) шестерни 48, спирали или архимедова винта 49 так, что зубчатое колесо 47 посредством зубчатой шестерни 48 соединено с дополнительным зубчатым колесом 50, находящимся в зацеплении с архимедовым винтом 49, прикрепленным к подвижной стенке 36.
Блок 21 управления может быть выполнен с возможностью управления источником электропитания, чтобы подавать на электрический исполнительный механизм 25 требуемое напряжение, такое как постоянное или переменное напряжение, например переменное напряжение с постоянной или регулируемой частотой и/или с постоянной или регулируемой амплитудой. Датчик 26 может быть выполнен с возможностью измерения по меньшей мере одного параметра потребления тока исполнительным механизмом при требуемом напряжении.
Блок 21 управления может быть выполнен с возможностью управления источником электропитания, чтобы подавать на электрический исполнительный механизм 25 требуемый ток, такой как постоянный или переменный ток, например переменный ток постоянной или регулируемой частоты и/или с постоянной или регулируемой амплитудой. Датчик 26 может быть выполнен с возможностью измерения по меньшей мере одного параметра потребления напряжения исполнительным механизмом 25 при требуемой силе тока.
Блок 21 управления может быть выполнен с возможностью:
- выполнения сравнения, такого как сравнение во времени, по меньшей мере одного измеренного параметра и заданной уставки, сохраненной в блоке управления, например, заданной уставки, выбранной из: уставки, сохраненной на заводе; заданной уставки, сохраненной в результате обновления блока управления, например обновления с применением проводных или беспроводных средств связи; и ввода заданной уставки, предусмотренной специально для порции напитка, например заданной уставки, связанной с ингредиентом порции напитка или с пользовательским вводом, предназначенным для порции напитка; и
- регулирования питания, подаваемого на исполнительный механизм 25, в зависимости от результата сравнения.
Блок 21 управления может быть выполнен с возможностью корректировки потребления напряжения исполнительным механизмом 25 от источника питания для обеспечения требуемого потребления тока исполнительным механизмом, которое получают в результате измерения при помощи датчика 26 тока потребления тока в качестве по меньшей мере одного параметра, например для подачи жидкости с требуемым давлением из камеры 35 в направлении отверстия для выдачи.
Блок 21 управления может быть выполнен с возможностью корректировки потребления тока исполнительным механизмом 25 от источника питания для обеспечения требуемого потребления напряжения исполнительным механизмом, которое получают по результатам измерения при помощи датчика 26 тока потребления напряжения в качестве по меньшей мере одного параметра, например для подачи жидкости с требуемым расходом (мл/мин) из камеры 35 в направлении выходного канала.
Блок 21 управления может быть выполнен с возможностью прерывания питания исполнительного механизма 25, когда подвижная стенка 36, разграничивающая камеру, достигает торцевой стенки 51 камеры или конечного положения, определяемого физически или при помощи датчика, например концевого положения, определяемого при помощи магнитного или оптического датчика, или концевого положения, определяемого механическим упором (не представлен).
Для определения расхода воды блок 21 управления может принимать входной сигнал, относящийся к уменьшению объема камеры 35 в зависимости от времени. Объем камеры 35 уменьшается непосредственно за счет смещения подвижной стенки 36 в направлении торцевой стенки 51. Таким образом, смещение может быть определено путем измерения датчиком скорости вращения по меньшей мере одного из элементов вращения трансмиссии, например, шестерни 47. Затем вычисляют расход на основании измерения скорости вращения с учетом пропорциональности объему камеры. Альтернативно положение подвижной стенки или архимедова винта можно определить с помощью датчиков положения и расхода, вычисленного на основании положения стенки в зависимости от времени.
Блок 21 управления, как правило, может быть выполнен с возможностью: проведения сравнения, такого как сравнение во времени по меньшей мере одного измеренного параметра и заданной уставки, которые связаны с капсулой; регулирования питания, подаваемого на исполнительный механизм 37, в зависимости от результата сравнения. Например, блок 21 управления регулирует питание, подаваемое на исполнительный механизм 25, чтобы свести к минимуму разницу между заданной уставкой и по меньшей мере одним измеренным параметром (например, давлением воды). Заданная уставка может быть получена на основании характеристики капсулы, содержащей ингредиенты, или пользовательского ввода, связанного с ингредиентом. Характеристика ингредиентов могут быть получена на основании характеристик потока ингредиентов в варочном блоке. Эти характеристики потока могут быть получены на основании по меньшей мере одного электрического параметра, характеризующего потребление питания от источника исполнительным механизмом, который измеряется датчиком тока. В зависимости от типа напитка ингредиент (например, молотый и/или растворимый кофе, чай, молочный концентрат или порошок), используемый для его приготовления, может быть более или менее устойчив к потоку протекающей через него жидкости.
1. Способ приготовления напитка в устройстве (1) для приготовления напитка из капсулы (2), содержащей ингредиенты напитка, посредством подачи воды в капсулу через первую стенку (6) капсулы с помощью водяного насоса (16) устройства, управляемого блоком (21) управления; причем экстракция заваренного напитка осуществляется через вторую стенку (9) капсулы; причем указанная вторая стенка открывается для экстракции заваренного напитка за счет эффекта нагнетания давления внутри капсулы в результате подачи воды в капсулу; включающий:
- подачу первого объема воды (V1) в капсулу, содержащую ингредиенты напитка в сухом состоянии, для предварительного смачивания ингредиентов напитка в капсуле перед экстракцией напитка из второй стенки (9) капсулы - предварительное смачивание;
- подачу второго объема воды (V2 - V1) в капсулу для экстракции напитка из второй стенки (9) капсулы;
причем подача первого объема регулируется по меньшей мере одним значением расхода, которое обеспечивает непрерывное повышение давления воды из насоса на первом этапе (30) повышения давления воды, и
при этом подача второго объема воды регулируется так, чтобы она выполнялась сразу же и без прерывания потока после подачи первого объема воды, и регулируется для повышения давления воды до по меньшей мере одного давления экстракции после второго этапа повышения давления (31), которое регулируется так, чтобы оно было резче первого этапа (30) повышения давления.
2. Способ по п. 1, в котором расход водяного насоса (16) регулируется для подачи первого объема воды (V1), для соответствия по меньшей мере одной уставке расхода до тех пор, пока не будет достигнуто заданное время потока или заданный объем воды либо пока не будет достигнута заданная уставка давления, которая ниже давления экстракции.
3. Способ по п. 1, в котором подача первого объема воды (V1) регулируется предварительно заданной подачей питания водяного насоса (16) в течение заданного периода времени.
4. Способ по пп. 1–3, в котором подача первого объема регулируется в диапазоне от 50 до 100 мл/мин в течение периода от 5 до 20 секунд.
5. Способ по любому одному из пп. 2–4, в котором давление водяного насоса (16) регулируется для подачи второго объема воды (V2 - V1), для соответствия по меньшей мере одной уставке давления.
6. Способ по п. 5, в котором второй объем воды (V2 - V1) подают до экстракции целевого объема напитка.
7. Способ по п. 5 или 6, в котором второй объем воды регулируется с возможностью запуска до достижения давления (33) вскрытия, при котором происходит вскрытие второй стенки (9) капсулы.
8. Способ по пп. 5–7, в котором давление для подачи второго объема (V2 - V1) измеряют с помощью датчика давления или датчика (26), измеряющего связанную с током переменную двигателя, приводящего в действие водяной насос (16).
9. Способ по пп. 5–8, в котором давление регулируется при уставке давления в диапазоне от 8 до 20 бар или в диапазоне от 10 до 15 бар.
10. Способ по любому из предшествующих пп. 2, 4–9, в котором расход определяют при помощи средства определения расхода в соответствии с любым из следующих способов:
a) путем определения уменьшения объема в единицу времени в напорной водяной камере шприцевого насоса (16) устройства, или
b) путем измерения с помощью расходомера расхода воды, подаваемой насосом в капсулу, или
c) путем измерения скорости вращения двигателя роторного объемного насоса и соответствующего вычисления расхода.
11. Способ по п. 10, в котором в способе a) уменьшение объема напорной водяной камеры в единицу времени определяют по относительному смещению подвижной разграничивающей камеру стенки, смещаемой электрическим исполнительным механизмом.
12. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором тип капсулы идентифицируют устройством для приготовления напитка, и по меньшей мере подачу первого объема воды (V1) и/или второго объема воды (V2 - V1) регулируют блоком управления в зависимости от типа идентифицированной капсулы.
13. Устройство для приготовления напитка для реализации способа по любому из предшествующих пунктов, содержащее:
источник воды (15),
отверстие (14) для выдачи,
варочный блок (3) для приема капсулы (5),
водяной насос (16) для подачи воды в варочный блок,
причем оно содержит блок (21) управления, расположенный с возможностью регулирования насоса для:
- подачи первого объема воды (V1) в капсулу, содержащую ингредиенты напитка в сухом состоянии, для предварительного смачивания ингредиентов напитка в капсуле перед экстракцией напитка из второй стенки (9) капсулы - предварительное смачивание;
- подачи второго объема воды (V2 - V1) в капсулу для экстракции напитка из второй стенки (9) капсулы;
причем подача первого объема (V1) регулируется по меньшей мере одним значением расхода, которое обеспечивает непрерывное повышение давления воды из насоса на первом этапе (30) повышения давления воды, и
при этом подача второго объема воды регулируется так, чтобы она выполнялась сразу же и без прерывания потока после подачи первого объема воды, и регулируется для повышения давления воды до по меньшей мере одного давления экстракции после второго этапа повышения давления (31), которое регулируется так, чтобы оно было резче первого этапа (30) повышения давления.
14. Устройство для приготовления напитка по п. 13, которое содержит:
- шприцевой насос (16), с помощью которого определяют расход воды путем уменьшения объема напорной водяной камеры в единицу времени, или
- насос (16) и расходомер (24) для измерения расхода, подаваемого насосом в капсулу, или
- роторный объемный насос, с помощью которого измеряют скорость вращения двигателя роторного объемного насоса и соответствующим образом вычисляют расход.
15. Устройство для приготовления напитка по любому из п. 13 или 14, которое содержит датчик (26) для измерения по меньшей мере одного электрического параметра, характеризующего потребление питания водяным насосом, и блок управления, соединенный с насосом для регулирования подачи питания на насос с целью поддержания расхода воды при соответствующей уставке давления или изменения давления в соответствии с профилем давления, содержащим более одной уставки давления.
