用于咖啡機的止回閥的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請要求申請號為61/725, 554,申請日為2012年11月13日的美國專利申請的 優先權，該申請完全記錄于下述文件中供參考。
技術領域
[0002] 本發明總體上涉及廚房家電領域，尤其涉及滴漏式咖啡機，以及用于控制咖啡機 內水流的閥門。
【背景技術】
[0003] 滴漏式調制咖啡包含將水倒入過濾器內經烘焙且研磨后的咖啡豆上。熱水滲入咖 啡粉并吸收了它的顏色與口味，后經重力吸引通過了一個過濾器。使用過后的咖啡粉被保 留于過濾器內，調味液與此同時滴入下方的一個收集容器，如玻璃盛水器或者壺。滴漏式調 制是一種被廣泛運用的咖啡調制方法，在家用及商用中都頗受歡迎。盡管能夠將冷水通過 單個處理變為熱咖啡的電動設備更受歡迎，但手動滴漏調制設備同樣存在。小型單杯的滴 漏式咖啡機也是存在的，而且它既有手動也有電動。
[0004] 電動滴漏式咖啡機的運行通常允許水從冷水水器進入咖啡機底座內部的連接 至一根細小金屬管或其它加熱艙的彈性水管，加熱艙可為鋁制。一個環繞或者鄰接于這個 加熱艙的加熱元件給水加熱。一個恒溫器可以安裝在加熱元件上，用于在需要防止過度加 熱時關閉加熱元件，并且在溫度跌落低于下限水平時再次打開加熱元件。
[0005] 加熱后的水利用熱虹吸原理在設備內流動。"所述熱虹吸"是指一種基于自然對流 而被動熱交換的方法，其無需機械泵就可以循環一種物質（液體或氣體）。在加熱及冷卻應 用中熱虹吸也被用于循環液體及揮發性氣體，如：熱力泵，熱水器，鍋爐以及火爐。
[0006] 加熱后的水在加熱艙中膨脹并使加熱艙增壓。在電動滴漏式咖啡機中，由熱力引 起的壓力結合虹吸效果將加熱后的水和/或蒸汽從管狀加熱艙中排出，通常是經過一根絕 緣橡皮或乙烯基的上升水管。單向閥門阻止了熱水回流到貯水器。在離開加熱器后，熱水 繼續往上朝噴頭的方向。熱水隨后經很多個孔從噴頭灑在下方的咖啡粉上。通常咖啡設置 于噴頭下方的濾籃內。熱咖啡經過濾器將粉末留于原處，后滴入下方位置的一個容器內，如 玻璃盛水器。
[0007] -個被咖啡行業廣泛認可的調制咖啡最佳溫度是介于華氏195度與205度之 間。這個范圍已經被全美咖啡局的咖啡調制協會（CoffeeBrewingInstituteofthe Pan-AmericanCoffeeBureau)，咖啡調制中心（CoffeeBrewingInstitute)于 1966 年 在紐約出版的第126號設備評估刊物，以及在其它資源中挪威咖啡調制中心（Norwegian CoffeeBrewingCenter)于1980年在其家用咖啡機之評估與認證的第6B號刊物上均已公 開。這個最佳溫度范圍是指從自動滴漏式咖啡機的噴頭流出用于淋濕咖啡機內籃中之咖啡 粉，且能夠浸取出最佳口感咖啡的水溫。
[0008] 新鮮水被倒入自動滴漏式咖啡機的貯水器中時為常溫或者更冷。因此加熱系統越 快地將淋于咖啡粉上的水溫升到最佳范圍，調制物的質量會越好。其它條件相同，使用較低 水溫調制而成的咖啡經常為次品。
[0009] 傳統滴漏式咖啡機性能總體上是有缺陷的，因為它們需要花長時間將送至咖啡粉 上的水加熱到最佳范圍。這個問題尤其出現在小型咖啡機上，如那些能夠制作五杯或者更 少咖啡的機型，因為輸入瓦數和允許用于加熱系統及調制咖啡的總時間比全尺寸機型要 小。在一些咖啡機中，水溫在調制周期最后才達到最佳范圍，屆時很多飲品已經在次佳溫度 中完成。
[0010] 針對較大的咖啡機，設置更大功率的加熱元件以及更大體積的加熱艙用于更迅速 地加熱更多量的水。更大功率與更大的加熱元件是向咖啡粉提供更熱的水的方法之一，但 是更大功率的加熱器并非總是令人滿意，經濟，或是可實際操作的。令人不滿意的影響可以 包括不完全浸取，以及過多蒸汽的產生。因此需要一個其它方法能快速地將水加熱至華氏 195至205度之間，尤其針對較小和功率較低的咖啡機。
[0011] 因加熱艙內熱水而產生的壓力會同時向前推，即朝噴頭和咖啡粉的方向，以及向 后推，即朝冷水貯水器的方向。雖然在加熱元件中具有雙向作用的壓力，通常在管路內設置 的單向閥門阻止了在加熱元件中的水虹吸回流至冷水貯水器。這個閥門通常是一個位于貯 水器與加熱元件間管路上的簡單的止回閥，尤其是一個止回球閥。
[0012] 止回閥、瓣閥、逆止閥或者單向閥是一種本質上僅僅允許液體或氣體從一個方向 流經的閥門。止回閥是雙口閥門，即本體上有兩個開口，一個用于流體進入以及另一個用于 流體離開。不同的應用中運用到不同類型的止回閥。盡管止回閥有一個寬范圍的尺寸和價 格區間，但止回閥通常小型、簡單，以及相對便宜。止回閥一般自動工作，無需借助通過人實 施的或其它類型的外部控制。因此大多數止回閥不包含閥柄或閥桿。止回閥的本體或外殼 通常由塑料或金屬制成。
[0013] "開閥壓力"是指最低的下游壓力，在此壓力時止回閥以允許流體按照單向閥的 "正確"方向通過的方式開始工作。當壓力小于開閥壓力時閥門保持關閉，如閥球位于球座 上以封堵水的通道。當壓力大于開閥壓力時閥門開啟，如閥球離開球座以允許水通過。一 個止回閥可以經設計擁有一個特定的開閥壓力。
[0014] 止回球閥是止回閥的一種，其關閉部分，即封堵液體流動的可移動部分，是一個圓 球。在一些演變產品中，球經彈簧加載協助閥門關閉，因此提高了開閥壓力。為了使球體回 到球座上并形成一個密封，在沒有運用彈簧的設計中可能需要一個回流壓力。止回球閥中 主座的內表面通常或多或少呈錐形，以逐漸引導球體進入座體并與之形成密封阻止回流。 水在往希望的方向流動時，在一些布置結構中是重力，推動球體使其離開座體從而打開閥 門。水流或壓力往不希望的、上游或是往回的方向將球體推回座體時，閥門關閉。
[0015] 止回球閥通常小型、簡單，以及便宜。傳統的滴漏式咖啡機在過去的幾十年來每年 都被生產數百萬個，其特點是有一個其中包含一個非常輕質，通常是塑料或是玻璃制成的 圓球或珠子的單向閥。
[0016] 擺動式止回閥或傾斜碟瓣止回閥是另一種類型的止回閥，其中碟瓣或其它"蓋子" 是用于封堵液體流動的可移動部件。碟瓣基于鉸鏈或耳軸而擺動，當其在座體上和開口上 方時會封堵回流，或者當其不在座體上時則允許順流通過開口。擺動式止回閥類似于一扇 只能向外卻不能向內開啟的門。擺動式止回閥可以被設置成，往希望流動方向的流體壓力 能夠甩起蓋子使閥門打開，當流體反向移動時，朝不希望流動方向的流體壓力可以反甩蓋 子保持其關閉。擺動式止回閥可選尺寸范圍大，大型止回閥更為通常的是擺動式止回閥，而 非球閥。抽水馬桶機構中的擋板閥就是擺動式止回閥的一個例子。方法諸如：彈簧桿、壓力 桿，或者其它的復位元件的使用可以使蓋子偏向于其閉合的方向，以提高開閥壓力。兩個或 者更多的獨立轉動面可以被提供用于開啟或閉合單一開口，類似同一對雙扇門。
[0017] 美國專利4, 142, 840公開了一種大體上看為字母形狀C的咖啡機，包括：一個被加 熱的玻璃盛水器，一個噴淋器，以及一個擁有帶孔底座的可打開的貯水器。外殼的底部有一 個用于將加熱后的水輸送至噴淋器的泵和加熱艙，以及一根連接貯水器與加熱艙的管狀外 管，其中另有一根同心且與外管保有距離的連接貯水器內部與加熱艙的內管。一個整合的 單向閥裝于內管上且位于管道之間，加熱艙允許冷水通過外管進入且熱水經由內管離開。
[0018] 美國專利4, 744, 291描述了一種滴漏式咖啡機，其在一個止回球閥中使用了一個 傳統的圓球用于控制進入加熱管的新鮮水流。通過轉動一根軸，閥球離開球座的距離可被 增大或縮小，以控制球體與閥球座間水的通道大小。
[0019] 美國專利4, 361，750描述了一種滴漏式咖啡機含有一個冷凝器，用于消除至噴淋 器的蒸汽傳輸。止回閥可以被裝在貯水器的出口，或者是熱水發生器的出口，或是兩者都裝 形成一組單向閥門。
[0020] 美國專利5, 724, 883描述了一種典型的現有滴漏式咖啡機，包括一個球閥，其描 述作為參照納入本文公開。新鮮水存放于一個貯水器，經計量后通過一個排水道進入進水 管道。此排水道可以包括一個止回閥或是一個球閥裝置。這種閥門通常包括一個球體和彈 簧，取決于貯水器下游加熱器這一邊閥門處的壓力，選擇性地允許水通過。當加熱器總裝件 中的加熱管內沒有水時，閥門因貯水器內的水壓而被推開，此水壓大于用以保持球體與閥 門進口形成密封的彈簧力。當球體被往下推離進口密封，水經進水管道進入加熱器的水管 道。當足夠多的水進入了加熱器水管內，球閥關閉，在加熱器水管內的水由一個電阻加熱器 加熱。加熱管內的水迅速地轉變為蒸汽并經管道由出口管排出，且經由豎管向上。
[0021] 美國專利5, 724, 883進一步解釋了蒸汽經豎管上升排至噴淋總裝，并在其內經冷 凝成水。熱水通過噴淋總裝內的開孔滴在濾籃內的咖啡粉上。一個過濾裝置可以被提供用 于盛放所述之粉。熱水可以隨后從濾籃中滲透以創造出調制后的熱飲。因濾籃中有水，調 制完成的飲品從濾籃出口離開濾籃進入一個玻璃盛水器。
[0022] 美國專利7, 858, 134描述了一種按需提供熱水的系統。水在加熱后經壓力脈沖被 輸送至含有口味的固體原料，所述固體原料可以是咖啡。通過按需對水進行加熱，可以實現 一個更加統一的溫度；通過壓力脈沖來輸送加熱后的水，從含有口味的固體原料中的口味 浸取可以得到很大的提升。止回閥球被用以控制水的流動。
[0023] 美國專利7, 281，467教述了一種裝置，用于發生并輸送加壓熱水脈沖至調制臺以 調制咖啡。此公開闡明了最佳咖啡調制溫度為華氏192至205度之間，且對于自動滴漏式 咖啡機來說，尤其是低產能的機型，不易于達到這溫度。浸取溫度與時間是調制咖啡中最至 關重要的考慮因素。自動滴漏式咖啡機相比于咖啡壺可以調制出更好的咖啡，通過避免重 復煮沸咖啡和減少浸取時間來保留香味并同時降低咖啡的苦度，因為越苦的話，粉中含有 相對更少的可溶性化學物質從而要求更久的浸取時間。但是浸取時間越短，通常導致浸取 不完全，這就是單杯滴漏式咖啡機經常做出淡口味咖啡的原因。
[0024] 因此存在一個對改良后滴漏式咖啡機的需求，相對于需要花更長時間才能達到理 想溫度范圍的滴漏式咖啡機來說，它能夠在咖啡調制周期中較早的階段就提供介于華氏 195至205度之間溫度的熱水，以做到更好的浸取和口味的提升。

【發明內容】

[0025] 目前基本上所有生產級別的自動滴漏式咖啡機內都使用一種帶輕質球活塞的止 回閥，這導致在不同咖啡機之間的調制溫度與咖啡浸取水準差異很大，特別是那些擁有不 同瓦數與制杯能力的機型之間。
[0026] 本發明的目的在于以簡單且有成本效益地改造現有的自動滴漏式咖啡機，包括小 產能的機型，從而使得這些咖啡機中的水，相對于現有技術可能實現的，更加迅速地達到介 于華氏195至205度之間的最佳咖啡調制溫度。這些改良后的閥門與使用現有的瓦數和 尺寸相近的咖啡機相比，尤其能夠使水溫更快地達到理想溫度范圍以便于浸取出更好的飲 品。通過在調制咖啡周期中較早的提供高于華氏195度的水，給定水準的口味也可以使用 更少量的咖啡來實現，效率因而提升。另一個優點是咖啡到達玻璃盛水器或壺時溫度更高； 關于現有滴漏式咖啡機的一個常見的投訴便是咖啡溫度低。
[0027] 就此，經改良的單向是為一種常見于咖啡機內貯水器與其加熱系統間的閥門之改 良與選擇。在很多例子中，這種單向閥被內置于或安裝在連接貯水器與加熱系統一端的管 道上。當加熱系統使得水瞬間變成蒸汽時，最靠近貯水器的單向閥內的圓形球或珠子施壓 抵制閥門的開啟。這一行為導致單向閥的一端被密封，加熱后的水被往反向且向上推至連 接于加熱系統另一端的管道，經噴頭流出后落于咖啡粉上。
[0028] 發明人發現，圓形球或珠子在單向閥中的重量和移動距離是用于控制水溫升至最 佳調制溫度所需時間范圍的核心變量。比如，將輕質的塑料或玻璃圓形球或珠子改變為鋼 球幫助縮短了達到最佳溫度的時間。保持圓形球或珠子的上端部不變，將其底部伸長成為 長柱子，藥丸，或者是子彈，這將進一步加快升溫速度。申請人發現用于滴漏式咖啡機的止 回閥中，柱狀，子彈狀，或者藥丸狀的閥塞工作起來本質上優于傳統的球