Устройство для приготовления напитка с заданной температурой употребления из стерилизованной воды

Устройство для приготовления напитка с заданной температурой употребления из стерилизованной воды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к устройству для приготовления напитка из мгновенно растворимого продукта и воды, причем вода предварительно стерилизуется и охлаждается до желательной температуры употребления.

Известны устройства такого типа, в частности, для приготовления детской молочной смеси из композиции продуктов. При использовании устройств для этой цели, очень важно снизить быстро, аккуратно и надежно температуру смеси до желательной температуры питья.

Из патента DE 8813913 U известно устройство для приготовления детской молочной смеси, в которой используемая вода проходит через систему нагрева и систему охлаждения для обеспечения стерильной воды при желательной температуре потребления. Преимуществом данного известного устройства является то, что вода подается и стерилизуется непосредственно перед использованием, и поэтому гарантируется ее свежесть и микробиологическая безопасность. Однако недостаток заключается в том, что процесс нагрева и охлаждения может занять много времени, в результате увеличивая время ожидания. Более того, маловероятно, что необходимая температура потребления будет достигнута аккуратно и надежно, потому что указанная температура зависит от многих параметров процесса, таких как характеристики охлаждающей системы, температура нагрева системы нагрева, расход и т.п.

Данные недостатки в той или иной мере устранены в патенте US 2005/0150393, где речь идет об устройстве для приготовления детской молочной смеси, которое может быстро предоставить порцию стерильной воды при точно соблюдаемой температуре потребления. Это устройство включает в себя по меньшей мере два резервуара для воды, каждый из которых снабжен нагревателем, температурный датчик и контролируемый выход воды. Нагреватели работают периодически и попеременно для кипячения и стерилизации воды, так что в любое данное время один из резервуаров содержит воду теплее, чем заданная температура потребления, а другой резервуар содержит воду холоднее, чем заданная температура потребления. Соответственно, возможно в любое данное время произвести воду с желательной температурой потребления, смешивая соответствующие количества воды из указанных резервуаров. Недостатком данного известного устройства является то, что оно массивное и дорогостоящее из-за избыточного количества компонентов (нагревателей, резервуаров, температурных датчиков и т.п.). Более того, периодический нагрев и охлаждение воды может ухудшить качество воды, а также увеличить потребление энергии.

Поэтому задачей настоящего изобретения является предоставление устройства вышеописанного типа, в котором преодолены недостатки существующих устройств или они хотя бы уменьшены. Точнее, задачей настоящего изобретения является предоставление устройства для приготовления напитка из мгновенно растворимого продукта и стерилизованной воды, которое обеспечивает короткое время приготовления и аккуратный и надежный контроль за температурой предоставляемого напитка.

Устройство, выполненное согласно настоящему изобретению, характеризуется особенностями первого пункта формулы изобретения. При предоставлении устройства с байпасом, который присоединен где-то между выходами системы нагрева и системы охлаждения, возможно производить воду любой желательной температуры, просто смешивая охлажденную воду из системы охлаждения с определенным количеством горячей воды из байпаса. Такое смешивание можно произвести быстро, аккуратно и надежно при минимуме дополнительных компонентов. Более того, как охлажденная вода, так и горячая вода являются стерильными, и их стерилизация производится непосредственно перед использованием. Поэтому гарантируется свежесть и микробиологическая безопасность смеси.

В соответствии с одним из аспектов изобретения горячая и холодная вода, выходящие из байпаса и системы охлаждения, соответственно могут смешиваться в нужном соотношении с использованием клапана. Этот клапан может быть встроен в байпас или в линию, проходящую от системы охлаждения, или в оба этих участка. В последнем случае может использоваться трехходовой клапан. Клапан или клапаны могут быть простыми клапанами, так что каждый из них может быть либо полностью открыт, либо полностью закрыт, в этом случае контроль за потоком может осуществляться при помощи продолжительности и/или частоты открытия и закрытия клапанов. В качестве альтернативы клапан/клапаны могут быть такого типа, которые допускают контроль проходного отверстия, при этом поток жидкости через клапан может контролироваться регулировкой указанного проходного отверстия. Если клапаны размещены правильно, не требуется дополнительной камеры смешивания, а также дополнительных насосов. Этот факт вносит свой вклад в простоту и компактность устройства.

В соответствии с другим аспектом изобретения системы охлаждения и нагрева соединены таким образом, что вода из системы подачи поступает через систему охлаждения, где она служит в качестве охлаждающего агента, в систему нагрева, где она может стерилизоваться, и снова в систему охлаждения, где она охлаждается. Такая конструкция очень эффективна с точки зрения энергии, поскольку часть энергии, которая поступает в воду в системе обогрева, извлекается в системе охлаждения и используется для предварительного подогрева воды, поступающей в систему подогрева. Более того, такая конструкция позволяет минимизировать количество насосов, поскольку не требуются дополнительные насосы для прокачки в петле охлаждающей жидкости. При использовании с подходящим клапаном, например, упомянутым выше трехходовым клапаном, для устройства может быть достаточно одного насоса для прокачивания воды через систему нагрева и систему охлаждения и для смешивания воды из охлаждающей системы и байпаса для достижения нужной температуры.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения стерильная вода из байпаса может с успехом применяться для промывания частей устройства, в особенности частей, контактирующих с напитком при его подготовке, таких как камера смешения, средства смешения и/или дозирующее устройство на выходе устройства. Если напиток - молочная детская смесь, воду из байпаса можно также использовать для промывки бутылочек и/или сосок. Ясно, что в этом случае отвод из байпаса лучше разместить в системе подогрева или около нее, там, где вода все еще очень горячая.

В соответствии с одним из полезных аспектов данного изобретения устройство может быть запрограммировано на проведение промывки перед/после каждой операции приготовления напитка. Например, при смешивании воды и продукта моментального приготовления, вначале производится удержание небольшого количества воды, чтобы освободить ее только по завершении операции. После этого данное количество воды может смыть любую оставшуюся в аппарате смесь. Аналогично, небольшое количество воды может быть выпущено в начале каждой операции, перед выпуском других ингредиентов, так, чтобы покрыть соответствующие части устройства тонкой пленкой воды, что может помочь избежать прилипания подготовленной смеси к указанным частям.

В соответствии с другим полезным аспектом данного изобретения в устройство может быть включен генератор пара для производства перегретого пара. При помощи такого перегретого пара бутылочка и/или соска может быть стерилизована быстро и эффективно с точки зрения экономии энергии. Этот способ контрастирует с обычным способом - при помощи кипящей воды или при помощи микроволн. Эти обычные способы являются затратными по отношению к времени и энергии, поскольку первый способ требует значительного количества кипящей воды, а при втором способе бутылочка должна быть размещена в пластиковом контейнере, в который также должно быть налито значительное количество воды с тем, чтобы контейнер был полностью заполнен паром.

Перегретый пар может быть получен, например, в термоблоке, использующем стерильную воду, которая отводится от системы нагрева или охлаждения настоящего устройства.

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения парогенератор может включать промежуточную поверхность, предназначенную для удержания и уплотнения контейнера. Промежуточная поверхность включает в себя входное отверстие для наполнения контейнера паром и выходное отверстие для отвода конденсированной воды из контейнера. Контейнер может быть наполнен перегретым паром, и небольшие предметы, такие как соски, могут быть размещены в контейнере для стерилизации. Конструкция промежуточной поверхности предпочтительнее должна быть такой, чтобы контейнер можно было заменить на бутылочку для детской молочной смеси, так, чтобы внутренняя поверхность бутылочки была наполнена и простерилизована паром.

В соответствии с другими аспектами изобретения система охлаждения может включать противоточный теплообменник, а/или система нагрева может быть выполнена таким образом, чтобы стерилизовать воду ее нагревом до температур ниже 100°С. Оба аспекта помогают минимизировать время, необходимое для нагрева и последующего охлаждения воды, и в итоге время подготовки становится меньше.

Дальнейшие преимущественные аспекты и варианты исполнения устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, приведены в формуле изобретения.

Чтобы пояснить изобретение, описываются примеры его осуществления со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых изображено:

на фиг.1 - первый вариант устройства в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.2 - вариация устройства согласно фиг.1;

на фиг.3 - установка стерилизации бутылочки для детского питания, которая может быть присоединена к конструкции согласно фиг.1 и 2; а также

на фиг.4 - установка стерилизации согласно фиг.3, предназначенная для стерилизации соски или компонента устройства в соответствии с настоящим изобретением.

Ниже будет описано изобретение в соответствии с устройством для приготовления детской молочной смеси из композиции компонентов. Однако данное изобретение относится не только к этой области. Наоборот, оно применимо к любому устройству, которое использует стерильную воду заданной температуры употребления, например, устройство, которое предназначено для приготовления напитков для ослабленных потребителей, таких как грудные дети, пожилые или больные люди, устройство, которое готовит напитки медицинского назначения, такие как медицинские напитки или напитки для поддержания здоровья, а также устройства для использования в регионах с плохим качеством водопроводной воды.

В данном описании термин «стерильный» подразумевает «коммерчески стерильный», а не «клинически стерильный». Коммерчески стерильная вода может все же содержать бактерии, однако вредные бактерии разрушены или инактивированы. Для большинства коммерческих применений, включая данное, достаточно коммерчески стерильной воды. Устройство 1, показанное на фиг.1, включает систему подачи воды 2 и систему подачи составляющих 6, предназначенных для подачи заданных количеств воды и составляющих в смеситель 3, в которых вышеприведенные компоненты смешиваются таким образом, чтобы сформировать молочную детскую смесь.

Система подачи воды 2 может включать резервуар для воды 9, как показано на чертеже, или может быть напрямую присоединена к водопроводу. Далее система подачи воды 2 включает насос 12 и соответствующие линии подачи, которые могут быть реализованы различными способами. В этом смысле не следует использовать фиг.1 как ограничение.

Система 6 подачи составляющих может включать в себя контейнер 7 и соответствующий дозатор 8 для дозировки нужного количества составляющих из контейнера 7 в смеситель 3. Система подачи 6 может быть, например, такой конструкции, как описано в неопубликованной заявке на патент заявителя настоящего изобретения, озаглавленной «Устройство для приготовления детского молочного питания из мгновенно растворимых составляющих», которая включена в качестве ссылки в настоящем описании.

Смеситель 3 включает в себя камеру смешивания 4 с соответственными средствами перемешивания (не показаны) для смешивания воды и составляющих в равномерную смесь без комков. В качестве альтернативы, смешивание может производиться вне устройства 1, соответствующие средства смешивания могут быть такими, как описано в неопубликованной заявке на патент заявителя настоящего изобретения, озаглавленной «Устройство для приготовления напитка из водосодержащей жидкости и жирного продукта, предназначенного для мгновенного смешивания, например детской молочной смеси», которая приведена в качестве ссылки в настоящем описании.

Устройство 1, проиллюстрированное на фиг.1, далее включает в себя секцию для обработки воды 5, содержащую систему нагрева 11 для стерилизации воды и средства контроля температуры для понижения температуры стерилизованной воды до желательной температуры, подходящей для употребления. Для грудных детей подходящая температура потребления может быть, например, в диапазоне от комнатной температуры до 45° Цельсия, предпочтительнее около 37° Цельсия.

Устройство нагрева 11 может, например, включать в себя кипятильник, электрическую спираль или другое подходящее средство нагрева. В этой системе нагрева вода стерилизуется путем кипячения. В качестве альтернативы, вода может стерилизоваться путем нагрева ее до температуры T_s, которая ниже 100° Цельсия в течение достаточного времени нагрева t, причем время нагрева t увеличивается по мере снижения температуры стерилизации T_s, а минимальная температура стерилизации T_s лежит около 70°С. Например, когда вода нагрета до T_s, равной 70° Цельсия, время нагрева t приблизительно составляет по меньшей мере 30 секунд, в то время как при нагреве до 80° или 90° Цельсия время нагрева t может быть снижено до 10 секунд. Эти данные не следует рассматривать как ограничивающие, они приведены только для примера. Следует оценить, что таким образом стерилизация воды происходит быстро.

Средства контроля температуры включают в себя систему охлаждения 10 для охлаждения стерилизованной воды, байпас 29, который в проиллюстрированном исполнении сконструирован таким образом, что отбирает горячую воду непосредственно из системы подогрева 11, и клапан (в проиллюстрированном исполнении трехходовой клапан 14), предназначенный для смешивания соответствующего количества холодной воды из системы охлаждения 10 и горячей воды из системы подогрева 11 так, чтобы получить воду подходящей температуры для употребления.

Система охлаждения 10 может, например, включать в себя теплообменник, предпочтительнее противоточный теплообменник, в котором охлаждающая жидкость проходит параллельно горячей жидкости в направлении, противоположном направлению течения горячей жидкости, или составляет с этим направлением тупой угол. При использовании такого противоточного теплообменника от горячей воды может быть отобрано относительно большое количество тепла, при этом упомянутая вода быстро охлаждается. Соответственно, время охлаждения может быть коротким.

В предпочтительном выполнении противоточный теплообменник может иметь такую конструкцию, как показано на фиг.2 и 3 в неопубликованной заявке на патент заявителя настоящего изобретения, озаглавленной «Устройство для приготовления напитка из стерилизованной воды и мгновенно растворимого продукта», на которую мы ссылаемся в настоящем документе.

Охлаждающая жидкость, использованная в таком противоточном теплообменнике, может образовывать отдельную петлю, включающую резервуар охлаждающей жидкости, насос, линию подачи и линию возврата (все эти компоненты не показаны). Однако предпочтительнее в качестве охлаждающей жидкости используется вода из системы подачи воды 2. После использования эта вода, имеющая более высокую температуру, может быть возвращена в систему подачи 2, в частности, в резервуар 9, однако при этом температура воды в резервуаре 9 медленно повышается со временем. Вследствие этого эффективность снижения температуры в теплообменнике 10 постепенно уменьшается.

Поэтому в наиболее предпочтительном варианте после использования охлаждающая вода подается в систему подогрева 11 через линию 27-24, где она будет стерилизована. Благодаря такой конструкции, тепло, отнимаемое в системе охлаждения 10, не теряется, но сохраняется в охлаждающей воде, которая подается в систему подогрева 11. Следовательно, меньше энергии требуется на нагрев воды до температуры стерилизации T_s. Далее, в данной конструкции, в систему охлаждения обеспечивается постоянная подача свежей охлаждающей жидкости, при практически постоянной температуре (т.е. температуре T_R в резервуаре 9, которая может соответствовать температуре окружающей среды или быть несколько ниже ее). Благодаря такой постоянной подаче система охлаждения 10 может поддерживать практически постоянную, большую хладопроизводительность, которая может внести свой вклад в сокращение времени охлаждения.

Температура воды, покидающей систему охлаждения 10, может соответствовать желательной температуре употребления, но скорее она будет несколько ниже ее. В последнем случае благодаря байпасу 29 и клапану 14, соответствующее количество стерилизованной горячей воды может быть добавлено из системы нагрева 11 для аккуратного повышения температуры воды до желательного значения. Чтобы определить необходимую пропорцию смешивания холодной и горячей воды, необходимы подходящие датчики температуры (не показаны), измеряющие температуру холодной и горячей воды. Такие датчики могут быть расположены, например, вблизи клапана 14 вверх по потоку или в системах нагрева и охлаждения 11, 10. Может быть обеспечено управляющее устройство (не показано) для вычисления объемов холодной и горячей воды, основываясь на измеренных температурах и необходимой температуре употребления. Чтобы свести к минимуму число датчиков (и соответствующие расходы) возможно измерять температуру только вниз по потоку от клапана 14 и регулировать настройки клапана, т.е. расход горячей воды и расход холодной воды при помощи управляющей цепи обратной связи. В качестве альтернативы возможно управлять клапаном при помощи цепи упреждения, которая может основываться на предварительных настройках устройства и/или на информации, полученной от мгновенных датчиков температуры в резервуаре с водой и/или в системе нагрева. Преимущество такой цепи упреждения - то, что она работает быстро и таким образом позволяет получить надлежащую температуру воды с самого начала.

Управляющее устройство может быть далее запрограммировано таким образом, чтобы клапан 14 пропускал только воду, поступающую от байпаса 29, например, периодически или в предварительно заданные моменты, скажем, перед и/или после каждой операции приготовления напитка. В начале операции горячая стерильная вода может образовать пленку и предотвратить прилипание к устройству продукта моментального растворения и/или напитка, а в конце операции смешивания вода может смыть любые остатки продукта моментального растворения или напитка. Таким образом, часть устройства, контактирующая с напитком и/или продуктом моментального растворения (то есть часть, лежащая ниже по потоку от клапана 14), может содержаться в чистоте.

Управляющее устройство может далее быть запрограммировано с использованием специфической для пользователя информации, касающейся, например, программы подачи компонентов, предписанной концентрации вода/композиция, которая, вероятно, зависит от марки композиции, возраста и/или веса ребенка, заданных пороговых значений включения сигналов тревоги и т.п.

Устройство 1 в соответствии с фиг.1 также включает в себя стерилизующее устройство 30 для стерилизации бутылочек 20, сосок 46 или отделимых частей устройства 1. Обычно, это устройство 30 может использовать стерилизованную воду из системы нагрева 11 или системы охлаждения 10. В предпочтительном исполнении устройство 30 может включать в себя генератор пара 32, предназначенный для генерации перегретого пара. Такой генератор пара может, к примеру, содержать термоблок 35, как показано на фиг.3 и 4.

Термоблок 35 может включать металлическую трубу 36, выполненную, например, из нержавеющей стали, и трубчатый нагревательный элемент 38, причем оба этих элемента помещены в металлический блок 39, выполненный, например, из алюминия. Вода закачивается в трубу 36 и нагревается для формирования перегретого пара. Генератор пара 32 может также включать переходную поверхность 40, предназначенную для фиксации и уплотнения контейнера 45. Контейнер 45 может представлять собой бутылочку 20, как показано на фиг.3, или иной контейнер, как показано на фиг.4, предназначенный для размещения соски 46 или любой другой детали, которую нужно простерилизовать.

Переходная поверхность 40 далее включает в себя входное отверстие 42 для впрыскивания пара, полученного в термоблоке 35, в контейнер 45 и выходное отверстие 44, через которое сконденсированная вода выходит из контейнера 45. Следует оценить, что благодаря генератору пара 32 внутренняя поверхность бутылочки 20 может быть быстро простерилизована при размещении бутылочки 20 на переходной поверхности 40 путем впрыскивания порции пара. Аналогично соска 46 с фиг.4 может быть простерилизована путем впрыскивания пара в контейнер 45. Следует также отметить, что размеры стерилизующего устройства 30 относительно невелики, поскольку для бутылочки 20 не требуется отдельный контейнер. Следовательно, объем воды и соответственно количество энергии, необходимые для производства достаточного количества пара, также невелики. Благодаря тому, что пар перегрет, стерилизация проходит очень быстро, буквально в течение секунд. Устройство стерилизации 30 может быть встроено в устройство 1, однако может также быть выполнено в виде отдельно стоящего узла. В предпочтительном исполнении устройство 30 может иметь конструкцию дополнительного модуля, который может быть присоединен к устройству 1 через подходящее присоединительное устройство (не показано).

На фиг.2 показано альтернативное выполнение устройства 1 в соответствии с настоящим изобретением, которое отличается от показанного на фиг.1 тем, что байпас 29 отходит от системы охлаждения 10 где-то между линией подачи 21, которая снабжает систему охлаждения горячей стерилизованной водой из системы нагрева 10, и выходом 22. Очевидно, что температура воды в байпасе 29 в соответствии с данным исполнением будет не такой высокой, как у воды в байпасе в соответствии с фиг.1. Этот факт может предоставлять преимущество в случае, если требуемая температура потребления может меняться от нижнего значения, которое в той или иной мере соответствует температуре охлажденной воды, выходящей из системы охлаждения, и до верхнего значения, которое находится ближе к температуре воды в байпасе. Разумеется, возможно большое количество других вариантов.

Изобретение ни в коей мере не ограничивается примерами осуществления в описании и на чертежах. Все комбинации узлов и деталей ясно понимаются как входящие в данное описание и подпадающие под формулу данного изобретения. Более того, возможны различные варианты в пределах данной формулы изобретения.

1. Устройство для приготовления напитков, в частности детской молочной смеси, из продукта моментального растворения, такого как комбинация компонентов и стерилизованной воды, содержащее систему подачи воды; систему нагрева для стерилизации воды; систему охлаждения для охлаждения стерилизованной воды, отличающееся тем, что имеется байпас, ответвляющийся либо от участка трубы ниже выхода нагревающей системы, либо от участка трубы выше выхода охлаждающей системы, таким образом охлажденная вода, покидающая систему охлаждения, смешивается с нагретой стерилизованной водой из байпаса.

2. Устройство по п.1, которое включает в себя клапан для контроля за температурой смешивания путем регулировки потока по меньшей мере охлажденной воды, покидающей систему охлаждения, и/или горячей воды, покидающей байпас.

3. Устройство по п.2, в котором клапан является трехходовым.

4. Устройство по любому из пп.1-3, в котором конструкция систем нагрева и охлаждения такова, что вода из системы подачи может последовательно проходить через охлаждающую систему в качестве охлаждающей жидкости, через систему нагрева для стерилизации и снова через охлаждающую систему для охлаждения.

5. Устройство по любому из пп.1-3, в котором стерилизованная вода из байпаса проходит через части устройства, периодически или через заданные промежутки времени, для промывки указанных частей устройства.

6. Устройство по любому из пп.1-3, включающее парогенератор, предназначенный для генерации перегретого пара из воды, поступающей через одну из систем - систему охлаждения, систему нагрева или байпас.

7. Устройство по п.6, в котором парогенератор включает термоблок.

8. Устройство по п.7, в котором парогенератор включает переходную стенку для фиксации и уплотнения контейнера, такого, например, как бутылочка для детской молочной смеси, причем во время работы она может быть размещена на переходной стенке, в которой выполнено входное отверстие, через которое в контейнер может подаваться пар, и выходное отверстие, через которое сконденсированная вода выходит из контейнера.

9. Устройство по п.8, в котором парогенератор выполнен как модуль, с соответствующими средствами крепежа к устройству с возможностью демонтажа.

10. Устройство по любому из пп.1-3, в котором система охлаждения включает противоточный теплообменник.

11. Устройство по любому из пп.1-3, в котором система нагрева предназначена для стерилизации воды при температурах выше 70°С и ниже 100°С, предпочтительнее ниже 90°, в течение заданного промежутка времени, который зависит от температуры стерилизации и обычно сокращается при повышении температуры стерилизации.