专利名称：调制咖啡和茶的装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明基本上是关于厨具的，尤其是关于调制咖啡和茶的装置和系统的。
背景技术：
咖啡是通过使热水和碾磨及烘烤过的咖啡渣相接触一定时间来调制的。咖啡豆包含大约600种化合物，其中高百分比的化合物导致苦的、味道不好的咖啡，这种咖啡通常被错误地称作“浓咖啡”。当热水和咖啡渣保持相当长时间的接触时，这些所不希望的化合物通常释放进调制好的咖啡中。因此，对调制好的咖啡味道的主要影响因素是“调制时间”，也就是热水和咖啡渣相接触的时间的长短。类似地，调制时间对于调制茶也是重要的。
咖啡工业专家推荐采用调制时间在两到四分钟范围内的方法来调制所谓的“普通磨碎”咖啡，在这里，调制时间是热液体和咖啡豆接触的时间。对于细碎咖啡(经常称作“蒸汽加热煮出的碎咖啡”)，建议调制时间是大约20至30秒。同时建议使用加热到大约205°F的热水来调制咖啡。
在商业和用户使用的典型的咖啡调制器中，咖啡渣保存在锥形的塑料或金属腔室内部的滤纸上。在腔室的底部有固定尺寸的孔。热水(在以前技术中通常只加热到170°F和185°F之间)以一个比较恒定的速度(在下面的讨论中，这个速度太低，从而导致调制时间太长)泵到塑料腔室中的咖啡渣上。通过上述孔，调制好的咖啡从调制室中流出，聚集在位于调制室下方的接收器中。调制好的咖啡流出调制室的速度是相对恒定的，取决于孔的直径以及过滤器表面上咖啡的聚集所导致的流动的限制。
因为以前技术中的咖啡调制器以恒定的流动速度把热水泵到咖啡渣上，并且从调制室中释放调制好的咖啡，所以液体和咖啡渣接触的时间长度和要调制的咖啡多少成比例。比如，如果要调制大量的咖啡，那么大量调制好的咖啡要比少量的咖啡花费更长时间流进调制室和从调制室排出。这样，4杯咖啡的调制时间大约是12杯咖啡调制时间的1/3。因此，以前技术中的咖啡调制器在咖啡渣和液体之间维持接触的时间比推荐时间要长得多。在现在可以得到的咖啡调制器中，对于12杯咖啡，调制时间是大约8分钟到15分钟，其中，一“杯”咖啡通常是5盎司。
以前技术中的咖啡调制器采用各种机理将热水泵到调制室中。一种以前技术的咖啡调制器采用“热泵”来加热水，并且把热水送到调制室中。
为了在热泵装置中调制咖啡，用户把咖啡调制器中的蓄水器充满冷水。水从蓄水器中向下流动，穿过柔性管道，单向阀，最后进入被热板加热的金属管中，热板也支撑咖啡壶。垂直方向的塑料管道和热管道相连通，它有一个延伸进调制室中的排出端。
当蓄水器充满水时，热管道和塑料管道都充满一定量的水。用户打开电源开关，开始调制，使得加热管道把它内部的水加热到沸点。沸水产生蒸汽泡，蒸气泡上升，推动管道竖直部分中的这部分水向上运动，直到这部分水流出管道的排出端，流到咖啡渣上。当水出了管道后，气泡的压力减小。这样气泡迅速膨胀，在很短的时间内将这部分水推出而单向阀防止了蒸汽泡把水推回蓄水器中。
一旦蒸汽泡已经出了管道，附加的水从蓄水器进入管道，这个循环重复进行。这个系统产生一种“脉搏式的”流动，它在总的流动时间上有比较恒定的流动速度。
另一种现在可以得到的咖啡调制器采用热脉冲技术和换向阀相结合，换向阀将一部分热水直接转移到调制室下面的咖啡壶中，而剩余的热水直接进入调制室中。换了向的水稀释调制好的咖啡，降低它被感觉到的“强度”。这种方法，有时也称作80/20方法因为大约20％的热水被换向，这种方法出现在商业用途以及家庭使用的调制系统中。
现在可以得到的第三种类型的咖啡调制系统采用泵的机理，它有一个类似于家庭热水加热器的加热容器。温度在200°F的水一直保存在加热容器中。为了调制咖啡，用户通过装置顶部的开口倒入适当数量的冷水。冷水通过管道流进加热容器中，排挤热水，使热水通过位于咖啡渣上方的出口流出加热容器。倒入加热容器中的冷水随后被加热到200°F，以便为下一个咖啡调制循环作准备。
加热容器系统比热脉动系统有优点，表现在在加热容器系统中热水流到咖啡渣上的速度实际上更高些。比如，10杯咖啡一般在大约4分钟内调制好。
尽管每个上述咖啡调制系统对于调制少量咖啡多少是令人满意的，但是已经发现用那些系统调制的咖啡的味道在那些系统所能产生的整个咖啡的量的范围内是不一致的。已经发现，如果对于系统中任意量的正调制咖啡来说，调制过程中使用的调制时间基本上相同的话，就能生产出有相同味道的咖啡，而不管一次所要调制的咖啡的量。上述每个以前技术的系统都缺乏一个特征，那就是能维持一致的调制时间，而不管系统中要调制的咖啡的数量。因此采用一致的调制时间的一种新的咖啡调制系统是所希望的。
发明提要本发明的一种用选定的调制时间调制所希望数量咖啡的一种方法和系统。相应于所希望的咖啡的量的水被加热，并且被引导使其在调制室中与咖啡渣接触。使至少部分热水和咖啡之间的接触维持大约选定的调制时间，以便生成调制好的咖啡。然而，调制时间独立于所希望的要调制的咖啡的量。在调制时间期满时，通过限制室中的开口，调制好的咖啡被释放到下面的接收器中。
这种新咖啡调制器的优点是它使用户能调制出品质一致的咖啡，而不管所调制咖啡的量。这一点可以通过维持恒定的“调制时间”而不管要调制的咖啡的量而实现，“调制时间”就是咖啡渣暴露在热水中的时间。在优选实施例中，这是通过把热水快速分配到含有咖啡渣的调制室中来实现的。控制水从调制室的流出，使得咖啡渣暴露在调制室的热水中的时间为所希望的调制时间。
本发明的咖啡调制系统能提供一致的味道良好的咖啡，并且使用户能按照个人的偏爱和经验来控制调制时间以便调整咖啡的味道，这种调制系统适用于标准的咖啡渣和细碎的、蒸汽加压类型的咖啡渣。
附图的简要说明
图1是按照该发明的咖啡调制器的透视图。
图2A和2B分别是按照该发明的咖啡调制器的前横截面图和侧横截面图。
图3是按照该发明的调制室组件的侧平面图。
图4A，4B和4C是图3中调制室组件的滤网组件，过滤器和锥形部分的侧平面图。
图5A和5B分别是液体穿过以前技术中的咖啡调制装置以及穿过按照该发明的调制装置流动的图解模型。
图6A和6B是按照该发明的调制室组件的第二个实施例的侧横截面图。
图7A和7B是该发明的咖啡调制器的优选阀体的下侧的部分横截面图。
图8A和8B是和图2A中的咖啡调制器一起使用的阀体的第二个实施例的下侧的部分横截面图，图8C是图8A和8B所示阀体的辊子的侧面图。
图9是该发明的阀体的前平面图，表示控制旋纽和它周围的标志。
图10A和10B是该发明的咖啡调制器的阀体的第三种形式的下侧的部分横截面图。
图11A和11B是该发明的咖啡调制器的阀体的第四种形式的下侧的部分横截面图。
图12是使用图11A和11B中的阀体的咖啡调制系统的简化图解表示。
图13是使用图11A和11B中的阀体的咖啡调制系统的简化流程图。
图14是用于该发明的阀体系统的第五种实施例的调整室组件的侧剖面图。
图15A到15D是图14中调制室的一系列上剖面图，表示内部锥形部分和外部锥形部分的孔的对齐的不同程度。
图16和17是图14中调制室的侧面图，表示打印在锥形部分的侧边以方便用户控制调制时间的不同的标志。
图18是按照该发明的阀体系统的第六种实施例的侧平面图，用简化的图解形式表示了放大器电路，定时器和输入设备。
图19是按照该发明的咖啡调制系统的第七种实施例的部分侧横截面图，其中，通过控制水流进调制室的流动速度来控制调制时间。
图20是滤网部件的另一种形式的侧面正视图，其中滤网的表面是曲折的。
发明的详细说明本发明控制热液体与咖啡渣接触的时间，为的是能连续生产味道良好的咖啡，而不管所要调制的咖啡的量。通过在调制系统中下述两个地方的一处控制液体流动的速度来维持调制时间的控制一处是在调制好的咖啡流出调制室(热水和咖啡渣在调制室中混合)的地方，一处是在热水进入调制室的地方。下面将说明每种类型的调制时间控制的例子。尽管这些例子是关于咖啡的，但是应该理解，该发明同样适用于其他调制的液体，比如茶。输出控制优先实施例和几个其他的实施例通过调节调制好的咖啡流出调制室的速度来控制调制时间。
参看图2A，优先实施例一般包括外壳10，热水容器32，调制室组件12，阀体14和咖啡接收器16。一般来说，在操作过程中，水在热水容器32中被加热，并且以连续流形式被泵到调制室12中，在调制室12中，热水和咖啡渣相接触。阀体14可以被调节来提高或降低液体从调制室12中流出的速度，这样可以保证预定的“调制时间”，即热水与咖啡渣接触的大约时间。
按照优先实施例的咖啡调制器，其前剖面图如图2A所示，侧剖面图如图2B所示。正如所能看到的，外壳10包括一个底壁18，一对侧壁20，22和一个后壁24。正如图1所示，前壁26占据外壳10的一侧。外壳10也有一个顶壁28，在顶壁28的一侧上有个开口30。
再参看图2A和2B，要加热的用于调制过程的水在容器32中被加热，容器32安装在外壳10的后壁24上。此容器最好有两升的容量，而且最好是由不锈钢制成。容器32的盖34最好密封在以通常方式焊接在容器上的凸缘36上。在盖34上有孔38(图2B)。
供给管道40延伸穿过盖34上的开口38，穿过外壳10的顶壁28的开口30(图1)。供给管道40有一个罩42，罩42把供给管道密封起来，防止一些蒸汽和/或压力损失，尽管在供给管道40上刚好在罩42的下部形成一个直径大约是0.030英寸的通风口44。在使用过程中，当容器中的水被加热时，通风口44允许少量蒸汽从此容器中漏出。
容器32的盖34上的第二个孔46安装有排出管道48。在优先实施例中，排出管道48有一个长的竖直部分50，竖直部分50向下延伸穿过盖34上的孔46，离容器32的底部不到1/8英寸。基本上水平的部分52大体上垂直于竖直部分50延伸，水平部分52和竖直部分50是流体连通的。最后，排出端54从水平部分52(也和水平部分52流体连通)向下延伸。排出端54有一个出口，通过这个出口，热水进入调制室12中，正如下面将详细说明的一样。
加热器56装在容器32的外部。加热器56最好是900至1200瓦的带状加热器，通过恒温装置62，加热器(用通常方式)电连接到电源开关58上。电源开关依次以通常方式电连接到电源上，比如电池(未画出)或一根可以插进墙上电源插座中的电线60。
恒温装置62固定在容器32上，正好在加热器56的上方。当恒温装置探测到容器壁温度超过240°F时，它就自动地给加热器切断电源，以防止容器过热。
接下来描述调制室12。参看图3和图4A-4C，可以看出，优先调制室组件12一般有三个组成部分。第一个组成部分是一个滤网组成部分64，它包括一个有上边和下边65和67的塑料环66。滤网68连接到环66的边部67上。滤网68最好是由采用直径0.010英寸的不锈钢线的、每平方英寸有20个网孔的网组成。
调制室组件12的第二个部分是横截面为圆形的、有开口顶部72的塑料或金属锥形部分70(图4C)。锥形部分70的底部由底壁74封闭。与锥形部分70流体连接的管道76从锥形部分上突出，如图4C所示。管道76最好由食品级硅酮制成，而且内部直径最好是0.5英寸。
过滤器78位于调制室组件12上滤网部分64和锥形部分70之间。过滤器78最好是一般可得到的与滴水咖啡调制器一起使用的纸、尼龙或金属过滤器，尽管在这个系统中可以使用很多材料中任一种制成的过滤器。为了描述的目的，术语“过滤器”用来表示用于调制咖啡和/或茶的任何类型的过滤器，包括用纸、尼龙或金属制成的过滤器。有大叶或整叶的茶可以不用过滤器调制，因为这些茶没有较小的颗粒，而小的颗粒要求用过滤器来除去。
当调制室组件12装配好时，过滤器78的上边80夹在环66底部的边缘82和锥形部分70的顶部72之间，为的是堵塞和密封过滤器的边部。这防止了使用中过滤器坍陷或折迭，并且防止热水绕过过滤器。环66和锥形部分70的顶部72之间的连接最好应该是防漏的，因为在使用中整个调制室(相应于12“杯”咖啡，最好有大约60盎司的容积)可能充满热水。
正如上面所述，由于水从调制室流出的越快，调制时间就越短，因而直接控制水从调制室中流出的速度是一种保持调制时间不变的有利方法。调制室组件12中的滤网固定环66和滤网68有利于对流入和流出调制室12的流量进行控制。
正如上面所描述的，在通常的咖啡调制器中，咖啡渣湿的底层和调制室内湿的滤纸对流出调制室的流动起到限制作用。水流出调制室的流动可以将其建模成带有图5A中所示的一系列限制的管子P1。穿过管模型P1流动的水由箭头W1表示。正如图示，水必须流过咖啡渣C1的底层，然后流过过滤器F1，最后流过孔O1，孔O1有一设定直径的开口，而且它包括一个流动控制阀V1用来控制流过孔O1的速度。由于流体流动的有效控制最容易在流动控制阀处进行，因此沿水的流动路径，流动控制阀应该是最有限制性的部分。然而相反，由于放在调制室中的咖啡的底层的厚度和浓度原因，咖啡底层成了流动路径中最有限制性的部分，这样它妨碍了流动控制阀的有效性。因此，希望减少由咖啡底层引起的流动限制的程度，使得流动控制阀更有效地控制水的流动速度。
该发明的调制室设计是一种有效的减少由调制室中的咖啡底层引起的限制程度的方法。当咖啡装进调制室中时，咖啡渣被滤网68截住。当热水快速进入调制室时，形成浆液，而且当水从调制室中排出时，大约70％的咖啡渣被滤网截住，而其余的咖啡渣穿过滤网下落到过滤器78上。因此滤网防止咖啡渣的底层在过滤器上变得太厚，而且它使得水容易流过滤网以及流过被截在滤网上的咖啡渣。过滤器上咖啡的底层的限制作用比没有滤网时要小(这样减少了大约70％)，这样穿过这一层的速度提高了。咖啡渣的总限制作用比没有滤网的情况小，而且它使流动控制阀在控制水的流动上具有支配作用。这一点在图5B中用“管模型”P2表示出来，其中，该发明的调制室的流动限制被建模，W2，C2，F2和V2分别代表水流，咖啡层，过滤器和控制阀。参看图20，也希望用有卷缠表面的滤网或篱状物468来取代滤网68，为的是提高滤网的表面积，使得在滤网上形成的咖啡底层有更小的厚度。
图6A和6B表示另一种调制室组件312。调制室组件312包括锥形部分370和锥形部分370上的基本上向下延伸的管376。过滤器378位于锥形部分370的内部。
延长部分371以活动方式安装在锥形部分370的顶部，延长部分371包括一对穿过它延伸的基本上平行的篱状物373。每个篱状物373有一个穿过它的开口375，孔375最好和另一个篱状物373的开口竖直对齐。在这种可选调制器312的使用过程中，延长部分371被从锥形部分370上取下，咖啡渣400放在过滤器378上。当热水被泵进调制室中时(正如下面详细描述的)，咖啡渣和水形成浆液，浆液上升到篱状物373的上面。当液体通过调制室组件312流进咖啡壶(参看图2A中的壶16)时，调制室中的液面L(图6B)降低，浆液中的咖啡渣开始沉降。咖啡渣400的很大部分沉降在图6B中所示篱状物的上表面上，从而防止咖啡渣的流动限制(即，厚的层)层在过滤网上形成。
参看图2A，调制室组件12(或者，可选地，图6A和6B中的调制室组件312)安装在盖84上，盖84连接到外壳10的后壁24上。盖84有一个开口86，排出管48的排出端54穿过开口86延伸。
当调制室组件安装在盖上时，管76穿过阀体14延伸。阀体14安装在外壳10的侧壁20和后壁24上。一般来说，阀体14包括一个阀，调制好的咖啡通过此阀流出调制室12。咖啡流出调制室的速度被阀控制，为的是控制咖啡的调制时间。比如，假如需要两分钟的调制时间，而且进一步假如需要调制12杯咖啡。在调制过程中，调制室中会有大量的水，因为大量咖啡将比少量咖啡花费更长的时间来流出调制室，所以流出调制室的流动速度必须相当高，以便对于全部调制好的咖啡，使其在两分钟调制时间结束时已经流出控制室。另一方面，当只有4杯咖啡要调制时，流出调制室的流动速度要慢，为的是调制室中的水能和咖啡渣维持接触满两分钟。
图7A和7B表示控制调制好的咖啡流出调制室的速度的控制阀，图7A和7B是阀体14的底部横截面图。如图所示，阀体14有一个矩形开口88，开口88在竖直方向完全穿过阀体延伸，阀体还有第二个开口89，开口89从外壳10的后壁24向阀体的前部94延伸，然而它没有完全穿过阀体。开口88和89彼此连接，如图7A所示。参看图4C，从锥形部分70上延伸的硅酮管76(或者图6A中锥形部分370上的管376)向下延伸穿过开口88。
一般表示为98的控制旋纽组件包括一个杆102，杆102延伸穿过镗孔，镗孔从阀体14的前部94延伸到开口88。杆102包括一个带螺纹的部分103，螺纹部分103和阀体中的螺纹105相接合。在杆102的一端是位于阀体前部94的控制旋纽100。杆102的另一端紧靠摇臂107，摇臂107可以绕固定在阀体14中的摇臂枢轴109转动。
摇臂107又与U形轭状物111紧靠，轭状物有一对平行的臂113。轭状物可以在平行于杆102的纵向轴的方向上在开口88和89中滑动。轭状物111在图7A所示位置处(即，对着后壁24)被在轭状物111和后壁24之间延伸的弹簧121加上偏压。
一对楔形的阀的凸轮115用枢销117以枢轴方式安装在臂113上。每个凸轮115有一个圆的一侧，此圆的一侧对着另一个凸轮的圆的一侧。管76固定在凸轮两个圆形侧面之间，如图所示。
每个阀的凸轮115有一个可以在阀体14上的引导槽(未画出，但它相对于销的取向用长划线画出，而且在图7A和7B中用119指示出来)中滑动的引导销119。
图7A表示处于完全开启位置的控制阀组件。为了关闭阀，把控制旋纽100沿图7B所示方向旋转，由于螺纹部分103和螺纹105的相互作用，使得杆102在阀体中前进。当杆102前进时，它推动摇臂，使摇臂绕摇臂枢轴109转动，进而推动轭状物111向阀体14的前部移动。当轭状物111向前移动时，它使得凸轮115沿图7B所示箭头方向绕枢轴转动，从而压迫在它们之间的管76。在该发明的范围内，轭状物也可以以其它方式向前移动，比如通过在轭状物和一个电机之间连接的丝杠。为了开启阀，旋纽100沿图7A所示方向旋转，使得摇臂107绕枢轴转动离开轭状物111，弹簧121的活动使轭状物111向后臂24滑动。轭状物的这个向后的移动使凸轮115绕枢轴转动，成为图7A所示的取向，从而减轻管76上的压力。
凸轮115限制管76的程度取决于，使液体暴露在给定量的咖啡渣中的时间为所希望的调制时间所需要的流动速度。图9表示刻在控制旋纽100周围的阀体14上的标志的例子，它为的是使用户知道对于所希望的调制时间，沿某个方向应该旋转多少。箭头112被印在控制旋纽100上。正如图9中的例子所示，对于咖啡调制器每次所能调制的咖啡量(比如4杯，8杯，12杯)，调制时间有一个范围，从最小(“min”)到最大(“max”)。这个值最好表示2分钟到4分钟范围内的调制时间，已经发现，标准咖啡渣在这个时间范围内被调制得最成功，对于细的咖啡渣，时间更短些。这样，对于任意量的咖啡，2分钟的调制时间时硅酮管所受的限制小于4分钟调制时间时硅酮管所受的限制。而且，两分钟调制时间调制4杯咖啡需要的限制明显地大于两分钟调制时间调制12杯咖啡所需要的限制，由于两者间量的不同。
图8A，图8B和8C表示另一种控制阀设计。如图所示，阀体14b有一个基本上是矩形的开口88b。一个短壁90接近外壳10的后壁24延伸进开口88b中。从锥形部分70(参看图4C)延伸出来的硅酮管76延伸穿过开口88b，使得它位于短壁90和侧壁91之间形成的拐角中。
有螺纹的镗孔92从阀体14b的前部94延伸穿过阀体14b，到达矩形开口88b。镗孔92有一个没有螺纹的直径减小的部分96。
一般用98b表示的控制旋纽组件，安装在孔92中。控制旋纽组件98b包括延伸进镗孔92中的杆102b。在杆102b的一个端部是位于阀体前部94b处的控制旋纽100b。在杆102b的另一端是一个辊子托板104和用销108安装在托板上的辊子106，使得辊子106能绕销108轴向转动。辊子106最好是由橡胶，塑料或任何其他合适材料制成。杆102b包括一个位于镗孔92的螺纹部分中的带螺纹的部分110。
当要调制少量的咖啡时，起动控制阀，通过压缩硅酮管76(或图6A中的管376)，来控制流出控制室的流动速度，目的是确保热水在调制室中与咖啡渣保持接触所希望的调制时间。当要调制大量的咖啡时，需要提高流过阀的流动速度，使得液体暴露在咖啡渣中的时间不是太长。这样，当要调制大量咖啡时，需要很小或不需要压缩硅酮管。
参看图8A，当控制旋纽100b沿箭头A1所示方向旋转时，镗孔92的螺纹部分和螺纹套筒110之间的相互作用使控制旋纽组件98沿箭头A2所示方向移动，远离硅酮管76。这就是“开启”状态，在这个位置实现最大的流出调制室的速度，因为辊子106对硅酮管76没有压力。
当控制旋纽沿图8B中箭头A3所示方向旋转时，控制旋纽组件98沿箭头A4方向移动。这样辊子106压在硅酮管76上，以限制管76。然而，因为管76处于拐角处，不能用辊子完全使它堵死。
接下来描述优先实施例的操作。在咖啡调制过程开始时，调制室组件12和咖啡调制器脱离，滤网组成部分64和锥形部分70分离。用户把干净的过滤器78放进锥形部分70中，并且把调制室组件12安装进图3所示的构造中。接下来用户把适当量的咖啡渣放进滤网组成部分64中。
优选的咖啡渣量是对于标准碎咖啡(最好是7号碎咖啡)，12杯咖啡是10勺(此处，标准的咖啡勺是大约2大汤匙)；8杯咖啡是
勺；4杯咖啡是
勺。如果是喜欢“蒸汽加压碎咖啡”，则调制4杯咖啡用
勺5号碎咖啡。
最初咖啡渣被滤网68截住，但是后来在咖啡渣和热水形成浆液之后，大约30％的咖啡渣落到过滤器上。咖啡渣也可以直接放到过滤器上。在这种情况下，当咖啡渣和热水形成浆液时，咖啡渣穿过滤网。然后当液体开始从调制室中排出时，大约30％的咖啡渣穿过滤网，落到过滤器上。
接下来，把调制室组件12安装在外壳10中，使得滤网夹持器66和盖84相连接，并且把管76送入阀体14的开口88(图7A)，如图7A所示。
如果使用图6A和6B中的调制室组件312，那么首先将延长部分371从锥形部分370上分离开，把干净的过滤器378放到锥形部分370上，然后再把延长部分371重新连接到锥形部分370上。用勺子把咖啡渣装进锥形部分370中，并且把调制室312装在外壳中，使得延长部分371与盖84相连接，使得管376进入阀体14的开口88，并且位于凸轮115之间。
接着，把盖42从供给管40上取下(图2A)，并且通过供给管40把与一定量的被调制咖啡相当的冷的或室温水，或者部分热或预热的水倒进容器32中。用比所希望的咖啡量稍微多一些的水量也是可以的，以补偿由于咖啡渣对水的吸收以及由于蒸汽蒸发导致少量水的损失。然后把盖42密封在供给管40的顶部。
用户把电源开关58(图1)旋到“开”位置，以启动加热器56。当容器32中的水被加热时，它的体积增加。由于通风口44能让被扩涨的水取代的的那些气体离开容器32，因而就防止这种体积增加引起水通过排出口48流进咖啡渣中。
一旦水开始沸腾，蒸汽就充满容器32中位于水表面W上方的空间。少量的蒸汽由通风口44排出。因为通风口很小，蒸汽产生的速度远远超过蒸汽从通风口44释放的速度，因此容器32中的压力继续增加。
室中增加的压力迫使水在容器中向下移动，并且把水推动穿过排出管48。容器32中达到的最大压力是大约15英寸高水的压力。热水流过排出管48的速度基本上是恒定的(而且它是排出管尺寸和容器中蒸汽产生速度的函数)。对于优先实施例，选择优先的排出管直径是0.5英寸，这是因为它提供了恒定的流动，而且因为它提供足够强的流动速度以使水和调制室中的咖啡渣完全混合。优先实施例在大约30秒内把12杯(1.8升)水泵出容器32。这比以前技术中的系统比如热泵系统有优点，因为它处在或接近工业推荐的温度205°F时把水送到调制室。相反，热泵系统把170°F到185°F之间温度的水送到调制室。
也可以希望构造一个室，使得水被预热，并且保持在一个升高的温度，然后用户打开开关时再升到调制温度。加热室/排出管48也可以被直接位于调制室上方的加热室所取代，当一达到调制温度时，加热室把水直接释放进调制室中。在这个系统中，温度可以用传感器来检测，比如图18所描述类型的传感器，通过使用图18中实施例所描述类型的螺形线圈来把水释放进调制室中。
图10A和10B表示第三种形式的控制阀组件98C。这个控制阀组件98C包括一个延伸进在阀体14C上形成的螺纹镗孔92C中的杆102C。在杆102C的一端是位于阀体14C的前部94C处的控制旋纽100C。杆102C的另一端与从锥形部分70延伸出来的硅酮管76相接触(参看图4C，或者图6A中从锥形部分370延伸出的管376)，硅酮管76延伸穿过阀体14C上基本上是矩形的开口88C。通过用上面描述的方式旋转控制旋纽100C，可以使杆102C限制(图10A)或放开(图10B)硅酮管76。
图11A和11B表示第四种形式的阀体14d。和其他阀体构造一样，阀体14d包括一个开口88d，从锥形部分70(参看图4C)延伸出的硅酮管76至少部分地延伸穿过开口88d。一个步进电机130安装在咖啡调制器外壳10(图1-2B所示的外壳)的后壁24d上。带有倾斜端的柱塞132从步进电机130上延伸穿过后壁24C上的开口。柱塞132和步进电机130彼此连接在一起，使得步进电机130的启动就使柱塞132相应于步进电机130的驱动信号向着管76或远离管76移动。
图12是表示体现第四种阀体14d形式的咖啡调制系统的简化图解图。有一个用户界面装置(它可以是键板，拨号盘，或任何其他形式的输入装置)，它使用户能输入表示要调制的咖啡量的信息(比如4杯，6杯等)以及输入所希望的调制时间(比如，2分钟或4分钟)。或者，装置可以是预先设定的，只提供一个调制时间，比如4分钟，在这种情况下，用户仅仅输入要调制的咖啡量。用户界面134通过控制器136与步进电机130发生作用，控制器136产生相应于用户输入的驱动信号。
简化的流程13表示图11A和11B中的系统的运行步骤。在步骤500，(通过界面134)从用户接收输入。在步骤502，控制器136把输入转变成步进电机的驱动信号。控制器136最好包括存储表，表示对于选定的咖啡量，实现所希望的调制时间所需的流动速度。代表使步进电机起动而通过一定数目的步进增量(或方向)所需要的驱动信号数据也被存储在控制器中，这些数目的步进增量将使柱塞132向前移动一定量，以限制管76，实现所希望的调制时间所需的流动速度。这样，在步骤502，控制器首先对所希望的咖啡量，确定为出所希望的合适调制时间所需的流动速度，然后它再确定以某个量限制或打开管76以实现这个流动速度所需的步进电机的驱动信号。
最后，在步骤504，驱动信号被送到步进电机，步进电机被启动以设定管76的孔的开口(比如，通过柱塞132限制或释放对管的压力)。在设定完管76的孔之后，在步骤506，用人工启动上面描述的电源开关或者用其他方式(比如由控制器136把信号送到图2A中的加热器56)来开始调制循环。
在上述实施例中，通过使用各种限制穿过硅酮管的流动的方法来控制流动速度(为的是实现预定的调制时间)，硅酮管把调制好的咖啡排出到咖啡壶或其他容器中。应该理解，可以采用很多方法来控制流动速度和/或设定调制时间，而不超过该发明的范围。
例如，参看图14到17的第五个实施例，可以提供一个调制室200，它包括一对相互套入的锥形部分202，204。第一个孔206在内侧锥形部分204的底部，第二个孔208在外侧锥形部分202的底部。调制室200可以安装在类似于图1中外壳10的外壳中，或者它可以有一个凸缘211，使它可以直接放在咖啡接收器的上面。
内侧锥形部分204可以用人工方法在外侧锥形部分206中转动。边部210从内侧锥形部分204的上边缘延伸出来，以方便于抓住内侧锥形部分转动。如图15A到15D所示，内侧锥形部分204相对于外侧锥形部分202的转动，使得内侧锥形部分中的孔206朝着或远离外侧锥形部分中的孔208移动。当孔206和208没有重迭时，液体不能穿过孔流进下面的咖啡接收器中。当内侧锥形部分204相对于外侧锥形部分202转动时，孔206开始和孔208重迭，以提高孔的有效开口，如图15B～15D所示，从而提高液体流出调制室200的速度。应该理解，类似地可以在该发明的范围内使用其他构造，其中，第一个有孔的物体相对于第二个有孔的物体移动，为的是增加或减少孔的部分重迭。
参看图16和17，指示箭头212从边部210处向下延伸。代表要调制的咖啡量(参看图16)和/或要调制的咖啡量和调制时间范围(最好是“最小值”为2分钟，“最大值”为4分钟)的组合(参看图17)的标志，被打印在外侧锥形部分206的外表面。可以选择每个标志的位置，使得对于选定量的咖啡来说，液体经过孔的流动速度就能给出合适的调制时间。例如，在图16的实施例中，希望调制4杯咖啡的用户把指示器212定位得与标有“4杯”的标志对齐。在图17的实施例中，它给用户一个很短的可得到的调制时间范围，希望用最大调制时间4分钟调制4杯咖啡的用户可转动内侧锥形部分204，直到指示器212定位在图17所示位置。希望用最大调制时间4分钟调制8杯咖啡的用户可转动内侧锥形部分204，直到指示器212指到“8杯”区段的“最大值”处。对于比处所有给定的调制时间，应该指出，关于这个实施例说明的调制时间仅仅是为了说明的目的。设计和应用上的变动远大于这些例子。
或者，锥形部分可以构造成有可以相互交换的底部插入部分，每个插入部分有尺寸不同的孔，每个孔允许以不同的流动速度把咖啡从调制室中释放到咖啡壶中。对于特定量的咖啡，这样一种构造可以允许用户选择具有可以提供所希望的调制时间的孔的插入部分。
图18表示控制阀的第六个实施例。这个实施例对于调制茶尤其有用，在这个实施例中，在所希望的调制时间期间，热水存放在调制室中，然后在调制时间结束时热水很快释放到下面的接收器中。
参看图18，从锥形部分70延伸出来的管76配备有传感器114，用来探测调制室14中热水的存在。传感器114可以是几种一般知道的能检测液体、物质的增加或温度的增加的传感器中的一种。比如，传感器114可以是探测管76中温度增加的热电偶。或者，传感器114可以是检测管中水的存在的导电电极，因为水比空气的导电性高得多。
管76的开口被阀门116盖住。阀门116在开启状态(用长划线表示)和关闭状态之间绕销118转动，在它的开启状态用通常的方式被加偏压。弹簧加载的电磁线圈120安装在阀体14C上，它包括销122，当电磁线圈120处于未通电状态时，销122紧靠阀门116，把阀门保持在关闭状态。
传感器114电连接到能放大来自传感器的探测信号(表示热水已进入调制室)的放大器电路124上。定时器126电连接到放大器电路124上。输入装置128(比如键板，控制旋纽，或其他输入装置)也连接到定时器126上。定时器126的输出电连接到电磁线圈120上。
在调制过程开始以前，用户使用输入装置128，通过输入相应于所希望的调制时间的数据来设定定时器126。然后用户启动上述加热装置的电源开关。一旦传感器114探测到调制室中热水的存在时，通过放大器电路124，它把信号送到定时器126。定时器126用倒计数方式计算所希望的调制时间，在调制时间结束时，它把电流脉冲送到电磁线圈120。
电磁线圈120通电，使得销122缩回，从而使阀门116根据它的偏压绕销旋转，成为开启状态。这样调制好的咖啡就从调制室释放出来。对于本实施例而言，希望管76的直径要尽可能大。这就能使调好的咖啡以快的流动速度流出调制器，为的是不增加调制时间。调制好的咖啡离开调制室花费的时间被计算进调制时间中，而且它是调制时间的函数。
在第六个实施例中，在传感器114位置处可以使用位于调制室中或邻近调制室的双金属弹簧(未画出)。这样一个弹簧可以相应于热的存在而发生机械变形，因而可以用来用机械方式来启动倒计时器126。输入控制上述实施例通过控制流体流出调制室的速度来维持恒定的调制时间，而不管咖啡量的多少。或者，可以在调制室的输入侧控制流体的流动。换句话说，可以控制热水泵进调制室的速度，为的是维持预定的调制时间。
图19表示有输入侧控制的咖啡调制器的一种实施例。图19中实施例的很多组成部分类似于图2A所示的优先实施例的组成部分，不再重新说明。然而，与优先实施例不同的是，排出管54e是由柔韧的硅酮管形成，盖84e是带有控制旋纽55的阀体，盖84e可以有类似于图7A～7B，8A～8B，10A～10B和12A～12B所示的阀体中的一种结构。这样，通过旋转旋纽55，用户能控制热水流进调制室12e的速度。和那些实施例一样，转动旋纽提供或去除作用在管上的压力，以改变它的有效面积或开口。
图19的实施例与优先实施例的不同之处在于，物体14e不是阀体，而只是一个有宽的排出口15的物体，排出口15和锥形部分70e底部类似尺寸的开口对齐。由于通过控制流进调制室的速度，可以调整调制时间，因此希望一个大尺寸的开口，使得咖啡能快速地从调制室12e中排出，为的是不延长调制时间。
也可以使用很多其他方法控制流进调制室的流速，而不超出该发明的范围。比如，也可以使用有可变冲程速度的泵，来把热水泵到调制室中。或者，可以改变供给加热器(比如图2B中加热器56)的电源，来控制它把热水泵进调制室的速度。结论本文已经表示和描述了一种新的制造调制饮料的系统的几种实施例。通过举例方式已经说明了这些例子，但是这些例子的目的并不是限制附加的权利要求的范围。应该理解，可以设计另外的实施例(比如，但并不限于此，通过组合上述各种实施例的特征，或通过在容器中增加水的预热功能)，这些实施例仍属于该发明的范围之内。
权利要求
1.调制所需量咖啡的一种方法，该方法包括下面的步骤(a)提供接收调制好的咖啡的容器，而且提供一个调制室，在调制室中有过滤器用来保存咖啡渣；(b)选择相应于所要调制的咖啡量的一定量的水；(d)把加热到调制温度的水引导进入调制室中，与在过滤器网中的咖啡渣相接触；(e)维持至少部分热水与咖啡渣之间接触一段时间，这个时间基本上独立于选定的要调制的咖啡的量；(f)把调制好的咖啡转移到接收器中。
2.权利要求1中的方法，其特征在于，提供一个容器用来容纳选定量的在调制之前的水，并且调制室和接收器的容积都比该容器大。
3.权利要求2中的方法，其特征还在于，它还包括在开始把水运送到调制室之前，把选定量的水基本上加热到调制温度的步骤。
4.权利要求1中的方法，它包括在调制室中的容器和过滤器之间插入一个滤网，用来在咖啡渣到达过滤器之前截住咖啡渣，以提高咖啡流过过滤器的速度。
5.用来调制所希望数量咖啡的装置，它包括(a)用来接收调制好的咖啡的接收器；(b)一个调制室，在调制室中包括过滤器，用来保存咖啡渣；(c)用来选择相应于要调制的咖啡量的一定量的水的装置；(d)用来把水加热到调制温度，并且把热水引导进调制室中用来与过滤器网中的咖啡渣相接触的装置；(e)用来维持至少部分热水与咖啡渣接触一段时间的装置，这段时间基本上独立于选定的要调制的咖啡的量；(f)用来把调制好的咖啡送到接收器中的装置。
6.权利要求5中的装置有一个用来容纳选定量的在调制之前的水的容器，调制室和接收器的容积都比该容器大。
7.权利要求6中的装置，其中，加热选定量的水的装置包括在开始把水送到调制室之前，用来把容器中的水基本上加热到调制温度的装置。
8.权利要求5中的装置，其中，滤网安装在调制室中的容器和过滤器之间，用来在咖啡渣到达过滤器之前截住咖啡渣，以便提高咖啡流过过滤器的速度。
全文摘要
一种在选定的调制时间内调制所希望体积的咖啡的方法和系统，其中，相应于所希望的咖啡量的水被加热并且被引导进调制室(312)中与咖啡渣(400)相接触。使至少部分热水与咖啡渣之间的接触维持大约选定的调制时间，以便生成调制好的咖啡。然而，调制时间基本上独立于所希望的要调制的咖啡量，它是通过控制热液体流进或流出调制室的速度来加以控制的。在调制时间期满时，调制好的咖啡通过调制室中的开口(376)释放到下面的接收器(16)中。
文档编号A47J31/02GK1165472SQ96191046
公开日1997年11月19日 申请日期1996年7月19日 优先权日1995年7月20日
发明者小哈利D·杰弗逊, D·W·普勒格 申请人:小哈利D·杰弗逊