具有内部上升部、凹下部和开孔的喷头组件相关申请的交叉引用
根据35U.S.C.§119(e)条款，本申请要求2013年3月14日申请的
61/785,141号美国临时专利申请的优先权。所述申请的全部内容作为参考
引入本申请中。
背景技术
本发明涉及一种用于减少饮料制备机的喷头组件中的开孔内和其周围
的水中多余残留物和颗粒的聚集的设备和方法。
饮料制备机的一个实施例中，用于制备饮料的水通过包括至少一个可
控进入阀的加压线路进入饮料制备系统。石灰或其他矿物质常常会集聚或
淤积在水加热系统内以及水蒸发平面上。有时，矿物颗粒或其他物质可从
水源上游被带入到饮料制备系统中。这样的作用和积聚在该系统的加热区
域以及热水传送线路中会加速。饮料制备系统通常使用热水来进行冲泡过
程，并且可具有热水箱作为该系统的一个组成部分。
这些颗粒和积聚物质会阻碍或者干扰水的预期流速以及饮料制备设备
的操作，虽然可清除这些颗粒和积聚物质。某些表面可能不易清洁，因为
它们不容易够到和/或不是被设计成适于使用例如抹布、刷子、百洁布等清
洁装置。因此，去除饮料冲泡设备的热水系统中积存的石灰和/或其他物质
是困难且费时的。
本发明涉及一种用于制作饮料的设备和方法，其包括用于冲泡的可控
地分配水，同时能最小化石灰(lime)沉积、颗粒和其他物质的积聚。
允许在喷头部分的喷口上的平坦面蒸发的具有高石灰含量或其他矿物
质的水会开始形成于喷头孔或开孔内和周围，冲泡水从喷头孔或开孔经过
以进入定位于该喷头下方的冲泡漏斗。随着时间的推移，所述沉积会加速
或增加并使通过喷头开孔的流动降低，影响其设计的水的流动速度以及样
式，并且影响所冲泡的饮料的质量。为避免所述物质的不期望累积，喷头
必须惯常清洁，这会产生不希望的操作要求。也即，这些多余物质的清洁
需要时间及清洁材料，这两者都增加了维护该冲泡系统的成本。
本发明最小化或不允许在喷头内残留的水在该喷头开孔上变干(或蒸
发)。
本发明提供了凹下部，在冲泡循环的结束残留的水会留在此处，防止
或最小化水在所述开孔的顶部上干燥/蒸发。
本发明提供了凹下部，以允许收集流过该喷头组件的水中所携带的颗
粒物，并且减少了颗粒留存在与该凹下部间隔开的开孔中的可能性。
在考虑了以下附图的详细描述后，附加的特征及实施例对本领域技术
人员来说会更清晰。
附图说明
现结合一个或多个附图描述本发明，其中：
图1是在制备饮料过程中使用喷头组件的饮料制备设备的简图；
图2是该喷头组件的安装部分的内表面的透视图；
图3是图2所示喷头组件的安装部分的外表面的透视图；
图4是所述喷头部分的内表面的第一实施例的顶部透视图；
图5是图4中喷头部分沿线5-5截面的侧视图；
图6示出了喷头部分的内表面的第二实施例的透视图；
图7示出了喷头部分的内表面的第三实施例的透视图；
图8示出了喷头部分的内表面的第四实施例的透视图；以及
图9是图8中喷头部分的表面的沿线9-9截面的侧视图。
具体实施方式
本发明可以不同的实施例实施，如附图所示，以及本文中所详述的，
应理解的是，本发明的实施例是本发明的原理示意，且不作为本发明以下
附图描述和阐释的结构细节和组件布局的穷尽和限制。本发明结合一个或
多个设想的实施例来描述，但其不应作为本发明的保护范围的限制。本发
明意在包括那些实施例及其等同和变型。
本文可能用到的包括饮料、冲泡好的、冲泡(brewing)、以及冲泡的
饮料的术语意在做广义限定，并非限制于由本发明获益的冲泡或制备茶，
咖啡或其他饮料或食物。该广义限定也意在包括，但不限于，任何分配、
注入、浸泡、重组、稀释、溶解、饱和或使液体通过或混合或将例如水的
液体与饮料结合，除非另有所述之外不限制该液体的温度。该广义限定也
意在包括，但不限于，饮料例如研磨咖啡、茶、浓缩液体饮料、浓缩粉末
饮料、片状、粒状、冻干或其他形式的材料包括液体、凝胶、结晶或其他
获得所需饮料或食物产品的饮料或食材。该广义限定进一步意在包括，但
不限于：至少漏斗和过滤器型、包或袋型、荚型或其他预包装或未包装的
保存和冲泡饮料或制备食物产品的形式。术语“加热的水”可理解为热水，
并且一般是指向水施加能量以将水加热到环境温度以上。
图1示出了饮料制备设备8，包括与各组件或关联于进液或水输送组件
的可控设备耦合的控制器10，其可包括液体储存器12，且控制或从关联于
该设备8的饮料机的至少一部分接收信息。当饮料制备设备8用来制作热
饮时，例如咖啡，茶，或汤，液体储存器12可包括加热器，例如与其相关
联的加热元件13，以将液体(水)加热到所需温度。为了制作咖啡和茶，
液体储存器12中的水将加热到接近沸腾，例如大约185-212°F。这种加热
元件耦接并受控于控制器10。多种加热方法可用于所述饮料制备装置，并
且所有形式及改型都认为包括于本发明中。可选的，用于环境温度液体分
配设备时，可无需加热元件。进入管14耦接到液体储存器12并且与液体
储存器12连通，用于将液体分配入液体储存器12。流动调节器16与进入
管14耦接。流动调节器16将通过进入段17朝着液体储存器12的液体保
持在预定流速。可使用恒定线压力源(未示出)来替代流动调节器16。流
动调节器16可与控制器10相耦接以可控地调节流速，当有特定应用需要
如此时，或者可独立于控制器10操作。如图1所示，进入阀18定位于流
动调节器16和液体储存器12之间、与进入管14连通。液面高度传感器20
感应液体储存器中的液面高度21。该饮料制备设备的所有其他改型被认为
落入本发明的范围中，且提供该设备的非限制性描述。
控制器10是可操作的，以允许液体通过排出管22流出液体储存器12。
排出阀24与排出管22相关联，并耦合且可控制地由控制器10操作。当排
出阀24打开时，液体可从排出管22流出至喷头26以分配在位于冲泡漏斗
30中的饮料制备材料28上，以使液体，例如加热的水，与该饮料制备材料
例如咖啡粉接触，以便制作所需饮料，例如咖啡。之后，冲泡饮料31进入
到例如咖啡杯32的容器内便分配和消耗。龙头31也可设置为与液体储存
器12相关联以选择性地直接从中放出液体(例如热水)。
图2示出了该喷头组件26的安装部分33的内表面。安装部分33大体
上是平面的并且具有带螺纹37的中心孔35以提供至排出管22的连接，该
排出管具有互补形成的螺纹。可用其他连接方式代替螺纹37，并且所有连
接形式被认为包括于本发明中并且不被此处描述的螺纹连接的连接方式所
限制。安装部分33具有位于法兰34上的突起或凸节39(示出了其中的两
个)，该凸节39与喷头部26的表面部25上的凹陷29配合，以帮助将该喷
头部26的表面部分与该安装部分33对齐及配合。图3示出了图2所示安
装部分33的外表面。
可以使安装部分33和该喷头组件26的表面部分25在一起或通过一些
不同的方法连接。连接部分33和25的一个例子是，使用转让给
Bunn-O-Matic公司的美国专利7,669,519所示出的衬垫，其全部内容在此
作为参考。可选的，在制造操作期间，可以使部分33和25在一起，在制
造操作期间中通过粘合、加热、超声波焊接、或连接两个相容材料件的其
他方法来将两个组件结合在一起。衬垫50的使用允许该些部分是不容易结
合的不相似的材料例如金属和塑料。另外地，可使用凸缘、线、夹子及任
何数量的其他的方式连接该安装部分25和表面部分33。
图4示出了具有开孔40的喷头26的内部或上表面。如图4所示，喷
头25具有凹下部43，其中可收集或存留残留的水，防止水在开孔40的顶
部上干燥/蒸发。该喷头26可具有不同数量的喷头开孔40，以及不同数量
的开孔直径，用于不同数量的冲泡需求。
每个开孔40具有开孔通路41。最佳如图5所示，开孔通路41大体上
为圆筒形，而其他结构的开孔通路也在本发明的预期和范围内，不做限制。
例如，该通路41可为锥形的，具有面对表面部25的外表面的较大部分。
可选的，该通路41可为锥形的，具有面对朝向该安装部分33的内部的较
大部分。这些可选的锥形通路41可与单个表面部分25结合以达到所需结
果。该向外的锥形通路41结果可以是研磨咖啡上的更大喷淋分布。相似的，
该向内的锥形通路41结果可以是研磨咖啡上的更窄喷淋分布，因为该锥的
较窄部分面向位于其下的漏斗中的研磨咖啡。
所述通路41也可形成为具有椭圆形截面，或锥形或者大体圆柱形。椭
圆通路41的使用可定向成通过该椭圆通路提供液体的方向性的流动。在这
方面，椭圆形成角度的通路可用来通过该通路提供水流的定向。由于液体
通过该椭圆通路的流动，这种成角度或椭圆通路可用来产生定向流动从而
可能引起水和咖啡的运动，例如产生漩涡。可选的，该定向流动可以定向
成提供更宽或更窄的分配，其或者为整个椭圆通路带来的结果，或者与其
他通路形式和/或方向结合所带来的结果。例如，该椭圆通路可被定向成提
供到达咖啡粉非饱和区域的导向路径，以便帮助提升整体的饱和度和从咖
啡粉中制作咖啡饮品的有效提取。这种通路的定向可使喷淋的水达到咖啡
粉中难以达到或未触及的地方。另外，可使用单个直拉型模具销来产生椭
圆通路以帮助提供有效的制造过程，但仍然提供椭圆定向通路以达到预定
效果。
喷头26具有一系列升起部42以及凹下部43，或者说丘和谷，类似于
大体上不平整的表面或者接近正弦起伏表面。虽然上述弯曲部分中的一些
呈现为有些多面的，可以想见这些表面可大体上为连续弯曲并多面的。多
面的外观仅仅是为了画图方便，以显示在相对较小尺寸变化中的一些变化。
该升起部42和凹下部43沿许多方向延伸。开孔40大体上定位成穿过升起
部42的顶部或接近该顶部或顶峰处。凹下部43为残留的水的集聚提供了
位置，以在远离开孔的位置干燥(或蒸发)，从而降低或消除对相比于现有
设计的喷头流速的影响。
该正弦表面的特征或外观产生了独特的流动形式。向排放点(开孔)
的缓慢上升防止或降低了喷头组件内部的不稳定性，允许了来自每个开孔
的更均匀的流动，以及不同的开孔之间的更均匀的流动。本喷头的设计意
在使其具有毛细作用，或者毛细管，其能使液体在狭窄的空间流动而无需
并且相反于例如重力的外力的协助。如果该喷头26的凹下部43过小，那
么表面张力(其由液体内部的凝聚而引起)以及液体和喷头26的表面部分
25的内表面之间的粘合力的结合可引起液体升起与一个或多个开孔40接
触。一旦与毛细作用相关的张力消失，水面便会低于开孔40的边缘，以防
止矿物质沿开孔40边缘积聚。由于水流出并远离开孔的边缘，并且降低或
防止了桥接，因此该喷嘴26的表面部分25的设计有助于防止开孔40上积
聚和封闭。凹下部43足够大以当停止向喷头26流动时抑制和/或防止液体，
例如水，存留于一个或多个开孔40。
另外，本喷头结构的设计中，在喷头部分中不存在大体上持续平面的
表面。如此，流动与前述大致一致，并且便于毛细作用的流动。缺少平面
也防止了水与突然的结构性边缘之间的桥接，其也防止了矿物质沉积在这
种桥接区域中的积聚。这有助于使水排向每个凹部中的最低区域，其控制
了与开孔间隔最远的位置中的矿物质沉积的位置。其他喷头中的桥接的影
响可为，随着时间的推移，引起矿物沉积并形成于通路上，从而降低水通
过该通路的流动并改变了冲泡过程。
如图4所示，任何两个相邻的开孔40之间的凹下部43可与两个其他
开孔40之间的其他凹下部43连接。并非所有的凹下部43彼此连接。在图
4所示实施例中，有凹下部的外部连接环，以及凹下部的内部连接环，每个
开孔40均大体上位于升起部中的一个的顶部处或其附近。图6-8示出了该
喷头的表面部25的内部的不同实施例，其中，升起部42和凹下部43配置
成与图2中的实施例不同。另外，虽然凹下部43中的升起部42在图示中
呈现出一些多面性，但该表面部分25的表面特征的优选实施例大体上是连
续弯曲的。然而，可以将在相邻开孔40之间延伸的结构分为一些多面的形
式。期望的是，该大体上连续的正弦表面会产生所需的毛细作用和排放作
用，利用类似结构的多面特征如果没有相同作用的话也应获得类似作用。
而且，可采用表面涂层来提高本发明所述的毛细作用和排放作用。
在另一实施例中，一个或多个排放孔27可设置于一系列连接的凹下部
中，从而当通过喷头26的液体停止流动时，该凹下部将通过与一系列凹下
部连接的该排放孔进行排放。该排放孔27可设置为在冲泡循环结束时排放
入排放管或该饮料冲泡漏斗30。以此方式，只有排放孔27有可能保留有液
体，以及收集蒸发液体的任何残留物。这种排放孔27进一步提高了升起部
42上的开孔40不会被液体残留物堵塞的可能性，并且这将延长该喷头的表
面部分25的工作寿命。需注意的是，这种排放孔27还将流动传送至饮料
制作材料28，并且当在喷头26中设置排放孔时，液体流动方式会提供通过
开孔40以及通过排放孔27至饮料制作材料的流动。应理解的是这种液体
流动方式当该排放孔27堵塞时会改变。
应理解的是，该排放孔27并非为了流动方式而设计，而是简单地为了
使液体在冲泡循环结束从一个或多个凹下部排出。因此排放孔27的通路的
直径或横截面积可比开孔40中的通路41的小(例如，传送较少的流动或
者以较慢的速度流动)，或者该排放孔27的通路可定位并导向成传送液体，
从而其不会对所需流动方式干扰，并且例如，通过该排放孔朝向冲泡漏斗
30的表面导向流动，而不是朝向饮料制作材料28。也即，该排放孔通路可
导向成与喷头26的大致平面成大致锐角的角度的流动。虽然仍可以有矿物
质沉积出现这种排放孔27，但单个孔一般来说是容易通过使用探入装置或
其他工具来清洁的。这样的孔容易在喷头的外表面上标记，从而提示用户
需要定期的这种清洁的地方。这种排放孔27便于在冲泡循环结束时从凹下
部43排出流体，以提供凹下部43中的甚至进一步降低的矿物质沉积。
通过设置凹下部43，石灰或其他矿物质沉积于开孔40中趋势的问题被
降低或消除。矿物质积聚的问题会由于加热的水的使用而加剧，其会增加
矿物质的堆积速度。清洁开孔40一般只能通过移除喷头26并清洁开孔40
这一简便有效的手段。这方面，喷头26优选由热塑性材料制成，其不会在
凹下部43之外处积水。热塑性材料的使用也使喷头26的拆卸和重新组装
更简便。
图5示出了喷头25的表面部分的沿图4中线5-5的横截面，其中该凹
下部43和上升部42很明显。每个开孔40具有如图5所示的通路41，其大
体上为圆柱形，每个圆柱的轴线都大体上垂直于喷头25的大致平面。图5
中还可看出，匹配法兰45围绕喷头25的周边延伸，且其尺寸适于与安装
架33的法兰34以面对面的方式匹配。外围匹配法兰45具有孔29(示出了
其中的两个)，以与安装架33的凸节39匹配，从而有助于将喷头26匹配
于安装架33。图9示出了喷头的表面的另一实施例的截面图。
图7示出了喷头组件60的喷头部分的透视图(具有如7,669,519号、
转让给Bunn-O-Matic公司美国专利的衬垫连接方式，其全部内容引入于此
作为参考)。图1中明显看出，喷头26当其处于大体水平位置时是可操作
的。在饮料制作期间，液体(例如水)流过排出管22，进入喷头组件60，
通过开孔40流出并进入饮料制作材料28。在制备饮料之间的较长时段期
间，残留的液体(例如水)将从升起部42流入凹下部43，并且可蒸发在该
凹下部中留渣(例如石灰，颗粒，即其他矿物质)。当重新开始饮料制备时，
在凹下部中的残留物不会干扰通过开孔40的液体的流动。如果没有该升起
部和凹下部的设置，液体(例如水)便会如前所述趋于残留于开孔40并在
开孔40中或其附近蒸发留下不希望的沉积，从而当继续饮料制备时有不理
想的流动结果。
如图所示，上升部42可具有上升边缘48，其趋于破坏水的表面张力，
以便在通过三件式喷头组件60的液体停止流动之后，促使液体从上升部流
下至凹下部内。图5中，该上升边缘48并不明显。上升部42可略去边缘
48，由此当通过三件式喷头组件的液体停止流动时该上升部42进入凹下部
43的斜坡会促使液体从上升部42流下。
本申请中使用的前述术语以及其他术语应做广义理解，以便包括所有
已知以及所有此后公开的上述术语及其他术语的类型、等同变化、改型以
及其他形式。
本发明应作广义理解且不做限制。虽然本发明描述了各种实施方式，
但本发明并不限于此。相反的，本发明意在涵盖基于所公开的原理基础上
的各种改型、用途、适配、以及等同构造。进一步的，本发明意在涵盖脱
离本发明但至少与之相关领域的现有技术或常用技术手段。可预见的是，
本领域技术人员在不脱离本发明的下述权利要求的精神及范围内可作出各
种改型及等同结构和功能。下述权利要求的范围做最广义的解释以涵盖所
有的修改及等同结构和功能。