用于咖啡机的止回阀的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请要求申请号为61/725, 554,申请日为2012年11月13日的美国专利申请的 优先权，该申请完全记录于下述文件中供参考。
技术领域
[0002] 本发明总体上涉及厨房家电领域，尤其涉及滴漏式咖啡机，以及用于控制咖啡机 内水流的阀门。
【背景技术】
[0003] 滴漏式调制咖啡包含将水倒入过滤器内经烘焙且研磨后的咖啡豆上。热水渗入咖 啡粉并吸收了它的颜色与口味，后经重力吸引通过了一个过滤器。使用过后的咖啡粉被保 留于过滤器内，调味液与此同时滴入下方的一个收集容器，如玻璃盛水器或者壶。滴漏式调 制是一种被广泛运用的咖啡调制方法，在家用及商用中都颇受欢迎。尽管能够将冷水通过 单个处理变为热咖啡的电动设备更受欢迎，但手动滴漏调制设备同样存在。小型单杯的滴 漏式咖啡机也是存在的，而且它既有手动也有电动。
[0004] 电动滴漏式咖啡机的运行通常允许水从冷水水器进入咖啡机底座内部的连接 至一根细小金属管或其它加热舱的弹性水管，加热舱可为铝制。一个环绕或者邻接于这个 加热舱的加热元件给水加热。一个恒温器可以安装在加热元件上，用于在需要防止过度加 热时关闭加热元件，并且在温度跌落低于下限水平时再次打开加热元件。
[0005] 加热后的水利用热虹吸原理在设备内流动。"所述热虹吸"是指一种基于自然对流 而被动热交换的方法，其无需机械泵就可以循环一种物质（液体或气体）。在加热及冷却应 用中热虹吸也被用于循环液体及挥发性气体，如：热力泵，热水器，锅炉以及火炉。
[0006] 加热后的水在加热舱中膨胀并使加热舱增压。在电动滴漏式咖啡机中，由热力引 起的压力结合虹吸效果将加热后的水和/或蒸汽从管状加热舱中排出，通常是经过一根绝 缘橡皮或乙烯基的上升水管。单向阀门阻止了热水回流到贮水器。在离开加热器后，热水 继续往上朝喷头的方向。热水随后经很多个孔从喷头洒在下方的咖啡粉上。通常咖啡设置 于喷头下方的滤篮内。热咖啡经过滤器将粉末留于原处，后滴入下方位置的一个容器内，如 玻璃盛水器。
[0007] -个被咖啡行业广泛认可的调制咖啡最佳温度是介于华氏195度与205度之 间。这个范围已经被全美咖啡局的咖啡调制协会（CoffeeBrewingInstituteofthe Pan-AmericanCoffeeBureau)，咖啡调制中心（CoffeeBrewingInstitute)于 1966 年 在纽约出版的第126号设备评估刊物，以及在其它资源中挪威咖啡调制中心（Norwegian CoffeeBrewingCenter)于1980年在其家用咖啡机之评估与认证的第6B号刊物上均已公 开。这个最佳温度范围是指从自动滴漏式咖啡机的喷头流出用于淋湿咖啡机内篮中之咖啡 粉，且能够浸取出最佳口感咖啡的水温。
[0008] 新鲜水被倒入自动滴漏式咖啡机的贮水器中时为常温或者更冷。因此加热系统越 快地将淋于咖啡粉上的水温升到最佳范围，调制物的质量会越好。其它条件相同，使用较低 水温调制而成的咖啡经常为次品。
[0009] 传统滴漏式咖啡机性能总体上是有缺陷的，因为它们需要花长时间将送至咖啡粉 上的水加热到最佳范围。这个问题尤其出现在小型咖啡机上，如那些能够制作五杯或者更 少咖啡的机型，因为输入瓦数和允许用于加热系统及调制咖啡的总时间比全尺寸机型要 小。在一些咖啡机中，水温在调制周期最后才达到最佳范围，届时很多饮品已经在次佳温度 中完成。
[0010] 针对较大的咖啡机，设置更大功率的加热元件以及更大体积的加热舱用于更迅速 地加热更多量的水。更大功率与更大的加热元件是向咖啡粉提供更热的水的方法之一，但 是更大功率的加热器并非总是令人满意，经济，或是可实际操作的。令人不满意的影响可以 包括不完全浸取，以及过多蒸汽的产生。因此需要一个其它方法能快速地将水加热至华氏 195至205度之间，尤其针对较小和功率较低的咖啡机。
[0011] 因加热舱内热水而产生的压力会同时向前推，即朝喷头和咖啡粉的方向，以及向 后推，即朝冷水贮水器的方向。虽然在加热元件中具有双向作用的压力，通常在管路内设置 的单向阀门阻止了在加热元件中的水虹吸回流至冷水贮水器。这个阀门通常是一个位于贮 水器与加热元件间管路上的简单的止回阀，尤其是一个止回球阀。
[0012] 止回阀、瓣阀、逆止阀或者单向阀是一种本质上仅仅允许液体或气体从一个方向 流经的阀门。止回阀是双口阀门，即本体上有两个开口，一个用于流体进入以及另一个用于 流体离开。不同的应用中运用到不同类型的止回阀。尽管止回阀有一个宽范围的尺寸和价 格区间，但止回阀通常小型、简单，以及相对便宜。止回阀一般自动工作，无需借助通过人实 施的或其它类型的外部控制。因此大多数止回阀不包含阀柄或阀杆。止回阀的本体或外壳 通常由塑料或金属制成。
[0013] "开阀压力"是指最低的下游压力，在此压力时止回阀以允许流体按照单向阀的 "正确"方向通过的方式开始工作。当压力小于开阀压力时阀门保持关闭，如阀球位于球座 上以封堵水的通道。当压力大于开阀压力时阀门开启，如阀球离开球座以允许水通过。一 个止回阀可以经设计拥有一个特定的开阀压力。
[0014] 止回球阀是止回阀的一种，其关闭部分，即封堵液体流动的可移动部分，是一个圆 球。在一些演变产品中，球经弹簧加载协助阀门关闭，因此提高了开阀压力。为了使球体回 到球座上并形成一个密封，在没有运用弹簧的设计中可能需要一个回流压力。止回球阀中 主座的内表面通常或多或少呈锥形，以逐渐引导球体进入座体并与之形成密封阻止回流。 水在往希望的方向流动时，在一些布置结构中是重力，推动球体使其离开座体从而打开阀 门。水流或压力往不希望的、上游或是往回的方向将球体推回座体时，阀门关闭。
[0015] 止回球阀通常小型、简单，以及便宜。传统的滴漏式咖啡机在过去的几十年来每年 都被生产数百万个，其特点是有一个其中包含一个非常轻质，通常是塑料或是玻璃制成的 圆球或珠子的单向阀。
[0016] 摆动式止回阀或倾斜碟瓣止回阀是另一种类型的止回阀，其中碟瓣或其它"盖子" 是用于封堵液体流动的可移动部件。碟瓣基于铰链或耳轴而摆动，当其在座体上和开口上 方时会封堵回流，或者当其不在座体上时则允许顺流通过开口。摆动式止回阀类似于一扇 只能向外却不能向内开启的门。摆动式止回阀可以被设置成，往希望流动方向的流体压力 能够甩起盖子使阀门打开，当流体反向移动时，朝不希望流动方向的流体压力可以反甩盖 子保持其关闭。摆动式止回阀可选尺寸范围大，大型止回阀更为通常的是摆动式止回阀，而 非球阀。抽水马桶机构中的挡板阀就是摆动式止回阀的一个例子。方法诸如：弹簧杆、压力 杆，或者其它的复位元件的使用可以使盖子偏向于其闭合的方向，以提高开阀压力。两个或 者更多的独立转动面可以被提供用于开启或闭合单一开口，类似同一对双扇门。
[0017] 美国专利4, 142, 840公开了一种大体上看为字母形状C的咖啡机，包括：一个被加 热的玻璃盛水器，一个喷淋器，以及一个拥有带孔底座的可打开的贮水器。外壳的底部有一 个用于将加热后的水输送至喷淋器的泵和加热舱，以及一根连接贮水器与加热舱的管状外 管，其中另有一根同心且与外管保有距离的连接贮水器内部与加热舱的内管。一个整合的 单向阀装于内管上且位于管道之间，加热舱允许冷水通过外管进入且热水经由内管离开。
[0018] 美国专利4, 744, 291描述了一种滴漏式咖啡机，其在一个止回球阀中使用了一个 传统的圆球用于控制进入加热管的新鲜水流。通过转动一根轴，阀球离开球座的距离可被 增大或缩小，以控制球体与阀球座间水的通道大小。
[0019] 美国专利4, 361，750描述了一种滴漏式咖啡机含有一个冷凝器，用于消除至喷淋 器的蒸汽传输。止回阀可以被装在贮水器的出口，或者是热水发生器的出口，或是两者都装 形成一组单向阀门。
[0020] 美国专利5, 724, 883描述了一种典型的现有滴漏式咖啡机，包括一个球阀，其描 述作为参照纳入本文公开。新鲜水存放于一个贮水器，经计量后通过一个排水道进入进水 管道。此排水道可以包括一个止回阀或是一个球阀装置。这种阀门通常包括一个球体和弹 簧，取决于贮水器下游加热器这一边阀门处的压力，选择性地允许水通过。当加热器总装件 中的加热管内没有水时，阀门因贮水器内的水压而被推开，此水压大于用以保持球体与阀 门进口形成密封的弹簧力。当球体被往下推离进口密封，水经进水管道进入加热器的水管 道。当足够多的水进入了加热器水管内，球阀关闭，在加热器水管内的水由一个电阻加热器 加热。加热管内的水迅速地转变为蒸汽并经管道由出口管排出，且经由竖管向上。
[0021] 美国专利5, 724, 883进一步解释了蒸汽经竖管上升排至喷淋总装，并在其内经冷 凝成水。热水通过喷淋总装内的开孔滴在滤篮内的咖啡粉上。一个过滤装置可以被提供用 于盛放所述之粉。热水可以随后从滤篮中渗透以创造出调制后的热饮。因滤篮中有水，调 制完成的饮品从滤篮出口离开滤篮进入一个玻璃盛水器。
[0022] 美国专利7, 858, 134描述了一种按需提供热水的系统。水在加热后经压力脉冲被 输送至含有口味的固体原料，所述固体原料可以是咖啡。通过按需对水进行加热，可以实现 一个更加统一的温度；通过压力脉冲来输送加热后的水，从含有口味的固体原料中的口味 浸取可以得到很大的提升。止回阀球被用以控制水的流动。
[0023] 美国专利7, 281，467教述了一种装置，用于发生并输送加压热水脉冲至调制台以 调制咖啡。此公开阐明了最佳咖啡调制温度为华氏192至205度之间，且对于自动滴漏式 咖啡机来说，尤其是低产能的机型，不易于达到这温度。浸取温度与时间是调制咖啡中最至 关重要的考虑因素。自动滴漏式咖啡机相比于咖啡壶可以调制出更好的咖啡，通过避免重 复煮沸咖啡和减少浸取时间来保留香味并同时降低咖啡的苦度，因为越苦的话，粉中含有 相对更少的可溶性化学物质从而要求更久的浸取时间。但是浸取时间越短，通常导致浸取 不完全，这就是单杯滴漏式咖啡机经常做出淡口味咖啡的原因。
[0024] 因此存在一个对改良后滴漏式咖啡机的需求，相对于需要花更长时间才能达到理 想温度范围的滴漏式咖啡机来说，它能够在咖啡调制周期中较早的阶段就提供介于华氏 195至205度之间温度的热水，以做到更好的浸取和口味的提升。
【发明内容】
[0025] 目前基本上所有生产级别的自动滴漏式咖啡机内都使用一种带轻质球活塞的止 回阀，这导致在不同咖啡机之间的调制温度与咖啡浸取水准差异很大，特别是那些拥有不 同瓦数与制杯能力的机型之间。
[0026] 本发明的目的在于以简单且有成本效益地改造现有的自动滴漏式咖啡机，包括小 产能的机型，从而使得这些咖啡机中的水，相对于现有技术可能实现的，更加迅速地达到介 于华氏195至205度之间的最佳咖啡调制温度。这些改良后的阀门与使用现有的瓦数和 尺寸相近的咖啡机相比，尤其能够使水温更快地达到理想温度范围以便于浸取出更好的饮 品。通过在调制咖啡周期中较早的提供高于华氏195度的水，给定水准的口味也可以使用 更少量的咖啡来实现，效率因而提升。另一个优点是咖啡到达玻璃盛水器或壶时温度更高； 关于现有滴漏式咖啡机的一个常见的投诉便是咖啡温度低。
[0027] 就此，经改良的单向是为一种常见于咖啡机内贮水器与其加热系统间的阀门之改 良与选择。在很多例子中，这种单向阀被内置于或安装在连接贮水器与加热系统一端的管 道上。当加热系统使得水瞬间变成蒸汽时，最靠近贮水器的单向阀内的圆形球或珠子施压 抵制阀门的开启。这一行为导致单向阀的一端被密封，加热后的水被往反向且向上推至连 接于加热系统另一端的管道，经喷头流出后落于咖啡粉上。
[0028] 发明人发现，圆形球或珠子在单向阀中的重量和移动距离是用于控制水温升至最 佳调制温度所需时间范围的核心变量。比如，将轻质的塑料或玻璃圆形球或珠子改变为钢 球帮助缩短了达到最佳温度的时间。保持圆形球或珠子的上端部不变，将其底部伸长成为 长柱子，药丸，或者是子弹，这将进一步加快升温速度。申请人发现用于滴漏式咖啡机的止 回阀中，柱状，子弹状，或者药丸状的阀塞工作起来本质上优于传统的球