CN111741701A - 用于在胶囊中选择性地提供不同类型的孔口以提取饮料的饮料提取单元 - Google Patents

用于在胶囊中选择性地提供不同类型的孔口以提取饮料的饮料提取单元 Download PDF

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Abstract

本发明涉及饮料提取单元(1)，该饮料提取单元用于从容纳饮料配料的可更换胶囊(2)中提取饮料并且被构造成用于根据两种饮料提取模式操作，例如，分别在高压或低压下操作。本发明还涉及包括提取单元的饮料机器。

Description

用于在胶囊中选择性地提供不同类型的孔口以提取饮料的饮 料提取单元
技术领域：
本发明涉及在饮料提取单元中使用可更换的分份容器或胶囊进行饮料提取的领域。具体地讲，本发明涉及一种改进的提取单元，该提取单元具体地可根据不同的可能提取模式来提取容纳在胶囊中的饮料配料(诸如，烘焙并且研磨的咖啡)，该可能提取模式涉及取决于所选择的模式的高压或低压。
背景技术：
通过提取容纳在容纳一定剂量的烘焙且研磨的咖啡的胶囊中的咖啡来制备饮料是熟知的。通常针对单次或两次使用来确定剂量。
EP0512468涉及具有杯状主体和可撕裂饮料出口膜的胶囊。膜通常是薄铝膜，该膜抵靠饮料提取设备的撕裂提取板撕裂，诸如EP0512470中所述。
EP0512470涉及使用具有撕裂提取板的饮料提取单元提取饮料的系统，该撕裂提取板包括多个凸起元件和其间的通道(称为“流格栅和凸起表面元件”)，该撕裂提取板适于接收密封胶囊，以经由注水器在压力下将水引入胶囊，使出口膜或盖(例如，铝膜)变形，并在胶囊中上升的液体的压力的作用下将其撕裂，以允许饮料从胶囊释放。
EP0602203涉及密封柔性小袋，该密封柔性小袋呈适于在压力下提取的单独部分的形式，容纳用于制备饮料诸如烘焙且研磨的咖啡的至少一种粉状物质；小袋包括两个相同的圆形、椭圆形或多边形形状的柔性片材，这些柔性片材在彼此之间提供用于物质的空间并且在这些柔性片材的外围上被密封，使得小袋相对于其密封平面是基本上对称的，当注入提取流体时，小袋在小袋中增加的压力作用下被打开。
EP0870457涉及类似于EP0512470的提取单元，但适于诸如EP0602203中所述的容纳饮料物质的封闭的不可渗透小袋。该设备包括上部构件和下部构件，该上部构件包括旨在对小袋的上表面进行穿孔并且允许将水引入小袋中的装置，该下部构件具有用于容纳胶囊的接收器以及凸起部分和中空部分；其中小袋的提取表面抵靠浮雕部分和中空部分逐渐且局部地被牵拉；提取表面根据由浮雕部分和中空部分的位置预先确定的路径在多个位置撕裂并且在那里达到其破裂张力，以便允许液体在提取之后流动。下部部分通常包括允许饮料从中流过的流动孔。浮雕部分和中空部分优选地呈由通道网络隔开的截棱锥形式。
因此，现有技术的饮料提取系统通常利用包括可撕裂饮料出口膜(例如，薄铝箔)的可更换容器(例如，胶囊、小袋或易理包)，该可撕裂饮料出口膜仅在该膜抵靠撕裂提取板的凸起元件发生充分变形时才可被撕裂。撕裂通常发生在凸起元件的边缘处，这些凸起元件通常为多个小截棱锥或直线脊。撕裂导致沿这些突起或凸起元件的边缘形成小孔口。这些孔口相对较小(例如，0.1mm至1.0mm长和0.1mm至0.3mm宽)，并且通常出口膜至少部分地适形于凸起元件的顶侧和上侧，从而进一步减小了流动开口面积。因此，该界面处的压降相对较高。此外，饮料颗粒的过滤发生在该限制界面处，这是有利的，因为胶囊内部不需要另外的过滤器。因此，提取的这种几何形状对应于在本申请中通常可被称为具有凸起元件的提取板的几何形状。然后将饮料流收集在通道中，并且通过通道中尺寸明确的小开口排出。
需要进入胶囊的水的相对较高的压力来使膜变形并将其打开，因为饮料物质(通常为烘焙且研磨的咖啡)被限制并且在润湿时趋于溶胀，并且由于压力而趋于抵靠出口膜压紧，从而对胶囊中的水流动产生高阻力。因此，在泡制室的入口处用于撕裂出口膜所需的水的压力可上升至高达7巴至12巴，并且在打开膜之后压力甚至继续上升，因为咖啡继续压紧并且在撕裂的膜与设备的撕裂板之间的界面处的流动开口变得甚至更小了。此外，细小的咖啡颗粒(即，小于100μm的颗粒)具有抵靠出口膜沉降的趋势，并且可部分地堵塞孔口。因此，在使输送膜破裂之后，饮料提取期间的水压继续增加。界面处的高剪切促进在咖啡顶部产生具有微小气泡(“克丽玛”)的厚泡沫。
因此，适于从胶囊中提取短尺寸或中等尺寸的咖啡体积(芮斯崔朵、浓缩咖啡或大杯咖啡)的现有技术的设备不能很好地适于提取长饮料体积，因为通过胶囊和提取板的流动太慢并且通常获得饮料的过度提取，这往往会递送苦涩的芳香韵味。因此，现有技术的设备基本上适用于提取具有“克丽玛”的短尺寸至中等尺寸的咖啡。
现有技术的其他文献在以下部分中讨论。
US2017280921涉及具有改进的提取功能的饮料提取设备，该饮料提取设备包括提取部件，该提取部件包括：安装空间，该安装空间中安装有饮料胶囊；打开部件和闭合部件，该打开部件和闭合部件连接到提取部件以用于打开或密封安装空间；连杆部件，该连杆部件连接到提取部件和打开闭合部件之间的至少一者；以及穿孔部件，该穿孔部件由于连杆部件的移动而往复地移动，以便对饮料胶囊进行穿孔。
CN201743493U涉及用于从胶囊中提取饮料的设备，该设备包括：泡制杯和喷嘴；穿刺设备，该穿刺设备由弹性偏置推杆驱动并且铰接在泡制杯中。穿刺设备可在刺穿胶囊之后回缩，以便避免堵塞刺穿的开口并且增加咖啡的流速。
WO2010029512涉及对现有技术的设备的改进，该改进包括渐进地刺穿胶囊的膜。设备包括：进入口、胶囊保持器、胶囊笼罩、夹紧装置和用于刺穿膜的一组长钉，其中夹紧装置包括夹紧活塞，该夹紧活塞被安装成使得其可相对于笼罩移动。当水填充在笼罩中时，水在压力下移动夹紧活塞，该夹紧活塞将该组长钉向上朝向膜驱动以刺穿膜。因此，该组长钉由夹紧活塞移动，这取决于施加在提取室中的压力。因此，仅存在单一提取模式，并且长钉仅有助于更渐进地刺穿膜。
WO2013114294涉及用于饮料制备设备的穿刺针，该饮料制备设备用于提取容纳在包括提取膜的胶囊中的一定剂量的例如研磨咖啡；穿刺针旨在相对于胶囊保持器可移动地安装，并且其特征在于，该穿刺针在其侧面上包括适于饮料流动的至少一个槽形通道。本发明还涉及由至少一个这种穿刺针和胶囊保持器形成的组件，该胶囊保持器由设置有端口的板形成，端口中的每个端口被设计成接收穿刺长钉。每个端口的边缘包括朝向胶囊保持器的外部取向的倾斜平面。提取长钉和胶囊保持器被设计成避免将膜切割成可能被咖啡/水混合物夹带并且将构成饮料中的异物的若干碎片。如在WO2010029512中，长钉由夹紧活塞移动，这取决于施加在提取室中的压力。
WO2018026271涉及一种系统，与仅能够处理基本上一个尺寸的可更换胶囊的装置相比，该系统使用相同装置从不同尺寸的第一可更换胶囊或第二可更换胶囊制备更宽范围的饮料。用于制备适于消费的一定量的饮料的系统包括具有第一出口面的第一可更换胶囊和具有第二出口面的第二可更换胶囊，该第二出口面具有比第一出口面更大的直径。该系统包括：包括具有多个凸起元件的提取板的装置，该多个凸起元件用于选择性地接合第一出口面和第二出口面中的一者；以及流体分配装置，该流体分配装置用于在压力下向可更换胶囊中的选定的一者供应一定量的水，以便将其出口面按压到凸起元件上，以打开出口面。提取板可包括中心部分和外围部分，并且中心部分可能能够相对于外围部分移动，以选择性地适于第一可更换胶囊或第二可更换胶囊。
因此，将需要一种通用但简单的饮料提取单元，用于从相同的饮料可更换胶囊制备更广泛范围的饮料。
还将需要一种提取单元，该提取单元可例如根据用户的选择来提供高压提取(诸如，用于递送短饮料提取物)或低压提取(诸如，用于递送较轻(例如，过滤物状)的和/或更长的饮料提取物或具有不同芳香组成和/或不同泡沫特征(例如，或多或少的饮料克丽玛)的一种或多种饮料)。优选的饮料优选地为从烘焙并且研磨的咖啡中提取的咖啡提取物，但也可设想来自附加或其他配料或原材料的其他饮料提取物。
发明内容：
本发明涉及一种饮料提取单元，该饮料提取单元用于从容纳饮料配料的可更换的分份胶囊中提取饮料，该饮料配料优选地为可提取物质，更优选地基本上为烘焙且研磨的咖啡，该可更换的分份胶囊包括液体进入壁和饮料出口膜，任选地该胶囊具有周向凸缘，饮料出口构件密封到该周向凸缘和/或在该周向凸缘处密封。
该单元包括：
-框架，
-注入部件，该注入部件用于容纳该胶囊的液体进入壁并且至少包括用于将水注入该胶囊中的进水口，
-提取部件，该提取部件被布置成用于与注入部件闭合在一起以形成提取室，任选地提取部件在上述凸缘(当存在时)处与注入部件闭合在一起；
其中提取部件包括提取板，该提取板具有用于排出液体饮料提取物的出口和多个凸起元件，该多个凸起元件被构造成用于由于出口膜在提取室中供应的水的压力下被按压到凸起元件上而在出口膜中提供第一类型的孔口；
其中提取部件还包括多个穿刺元件，该多个穿刺元件被构造成用于在饮料出口膜中提供第二类型的孔口；
其中穿刺元件相对于提取板并且穿过提取板以能够移动的方式布置在以下位置之间：
-展开位置，例如延伸位置，在展开位置中，穿刺元件例如朝向注入部件延伸超过提取板的凸起元件，以用于在包封在提取室中的胶囊的出口膜中提供第二类型的孔口；和
-回缩位置，在回缩位置中，穿刺元件相对于其展开位置回缩，使得凸起元件例如朝向注入部件延伸超过穿刺元件或至少基本上延伸到穿刺元件的水平。
在本发明的饮料提取单元中，优点在于，通过出口膜中的第二类型的孔口可获得较低的提取压力，而通过出口膜中的第一类型的孔口在压力下可获得较高的提取压力。可通过在从单元闭合到提取结束期间将穿刺元件保持在回缩位置中来获得第一类型的孔口。在出口膜中已获得第二类型的孔口之后，可进一步通过将穿刺元件移动到回缩位置中来获得较低的提取压力，以确保孔不受穿刺元件的阻碍。由穿刺元件提供的第二类型的孔口使得这些孔口防止由凸起元件提供第一类型的孔口所需的压力升高。
优选地，在穿刺元件的回缩位置中，穿刺元件被定位成与凸起元件相对偏移或齐平，并且在展开位置例如延伸位置中，穿刺元件突出超过凸起元件，从而当容器包封在提取室中时在出口膜中形成一系列孔口。
通常，在穿刺元件的回缩位置中，通过将凸起元件和出口膜液压地推压在一起至凸起元件上来形成第一类型的孔，例如通过升高胶囊中的压力以使膜膨胀并且抵靠凸起元件将膜撕裂和/或使膜破裂和/或切割膜。
通常，在穿刺元件的展开位置中，通过将穿刺元件引入到出口膜中，通过将出口膜和穿刺元件机械地推压在一起，例如通过将(通常整个)胶囊和穿刺元件机械地推压和/或拉到一起，从而由穿刺元件形成第二类型的孔。
提取单元可被构造成以一种或多种模式操作穿刺元件，该一种或多种模式选自以下模式：
-将穿刺元件在提取室中的胶囊中的配料的提取开始到结束期间保持为静止的模式，例如，穿刺元件在开始配料的提取之前向提取室的内部和/或外部移动，或者保持在外部，使得防止胶囊在提取的结束之前暴露于穿刺元件；
-当胶囊处于提取室中时，在开始提取胶囊中的配料之前，使穿刺元件向提取室的内部并且任选地向提取室的外部移动的模式；以及
-在开始提取胶囊中的配料期间将穿刺元件保持在提取室的外部，然后向提取室(8)的内部移动穿刺元件，然后任选地向提取室的外部移动该穿刺元件的模式，配料例如在开始提取期间在饮料不流出的情况下被预润湿。
可选择凸起元件的设计以仅在水注入提取室中之后的压力条件下才在出口膜中获得第一类型的孔口。凸起元件可为由具有出口的通道隔开的截棱锥和/或脊部分。
当将注入部件和提取部件闭合在一起以形成提取室时，穿刺元件的设计可被选择成当出口膜邻近提取板放置时在出口膜中提供第二类型的孔口，具体地，当该出口膜被按压到提取板时。
当在将水注入提取室中之前存在胶囊时或者当注入水时可能为低压(例如，0.5巴至2巴)时，可能已经在泡制室中元件的延伸位置中获得第二类型的孔口。穿刺元件可以是针、销钉和/或刀片。针或销钉更具体的优点是它们在出口膜中提供明确限定的孔口，从而确保饮料提取期间更一致的流动。
通常，每个穿刺元件具有比凸起元件的横截面更小的穿刺横截面，并且穿刺元件的总数量等于或小于凸起元件的数量。因此，刺穿第二类型的孔所需的力低于提供第一类型的孔所需的力。例如，穿刺元件(诸如，针)具有优选地小于2mm2、更优选地1.8mm2、最优选地在0.5mm2和1mm2之间(例如约0.8mm2)的穿刺端面。穿刺元件可具有圆形或其具有包含在1.6mm和0.8mm之间的直径，最优选地为约1.0mm的直径。穿刺元件的数量可在5和35之间，诸如10和30之间，例如15和25。因此，由穿刺元件获得的孔口的总开口表面积可在2.5mm2和65mm2之间，例如在5mm2和55mm2之间，例如约10mm2至30mm2，例如5mm2至25mm2。
凸起元件可具有在提取室的横向方向上延伸的相对直线的边缘部分。相反地，凸起元件可对膜提供撕裂效应，该撕裂效应可仅当形成足够的压力时才产生，而穿刺元件优选地在提取之前或在低于用凸起元件提供第一类型的孔口所需的压力下提供对膜的刺穿。例如，穿刺元件的数量与凸起元件的数量之比在1:2和1:1.1或1:1之间。提取板可包括在30个和50个之间的凸起元件，诸如25个凸起元件，例如呈截棱锥形状的凸起元件，该提取板被布置成其间具有通道的网格。
在延伸位置中，穿刺元件可被布置成穿过提取板以横穿凸起元件。由穿刺元件横穿的凸起元件可包括自由端，该自由端具有基本上横向平坦的表面，该表面包括用于允许穿刺针离开的通路。优点可在于，穿刺元件的位置不妨碍优选地定位在凸起元件之间的通道。因此，通道和通道中的出口可保持不受阻碍。因此，可始终提供饮料的良好排出。
例如，当穿刺元件少于凸起元件时，并非所有的凸起元件都被穿刺元件横穿。穿刺元件可布置在提取板的中心，并且提取板的外围不具有或具有更少的穿刺元件。提取板的其中存在凸起元件的外围可不具有横穿凸起元件的穿刺元件。
提取板可具有不可变的较大横向尺寸，即具有固定直径。提取板可形成用于胶囊的出口膜的刚性非移动支撑件。提取板可包括不具有凸起元件的外围支撑部分，以用于当胶囊包封在提取单元中(其中注入部件按压胶囊的凸缘)时支撑胶囊的上述凸缘(当存在时)的至少一部分。
该多个穿刺元件可以是穿刺构件的一部分，该穿刺构件被布置成可相对于提取板在穿刺元件的延伸位置和回缩位置之间移动并且包括支撑板，穿刺元件从该支撑板延伸。穿刺元件可以固定的或弹簧偏置的方式附接到支撑板。该构型可为紧凑且易于实施的，并且/或者可通过其相对于提取板的相对定位而可靠地提供两种不同的提取模式，即低压提取模式和高压提取模式。提取部件还可包括多于一个穿刺构件，例如具有相同或不同穿刺元件的两个穿刺构件。穿刺构件可被布置成可相对于彼此独立地或联合地移动。优点在于，可通过选择穿刺构件并且因此改变出口膜中的第二类型的孔口的数量来获得不同的可能提取模式。
在本发明的一个方面，穿刺构件的支撑板在提取板后面延伸。支撑板可定位在提取板的具有凸起元件的面的相对面处。这种布置特别紧凑，并且使得回缩位置和延伸位置之间的运动学能够更简单。穿刺构件可被布置成相对于提取板在至少基本上平移和轴向的方向上移动。轴向和平移移动可能是简单的，并且可降低阻塞的风险。术语“轴向”通常是指提取室在注入部件和提取部件之间的主延伸方向。该方向可大致垂直于提取板的横向方向。然而，其他布置也是可能的，诸如穿刺构件相对于提取板的螺旋或旋转移动布置。
提取单元可具有驱动构件，该驱动构件被构造成操作穿刺构件和/或提取板在穿刺元件的回缩位置和延伸位置之间进行相对移动。驱动构件可独立于施加在提取室中的压力来操作穿刺构件和/或提取板。
饮料提取条件可通过选择凸起元件或穿刺元件来改变膜中的孔口的类型并因此改变通过胶囊的出口膜的压力和流动条件来选择。
穿刺构件可以是可移动的，并且提取板可以是相对于框架固定的。穿刺构件可在其从其回缩位置移动到其延伸位置时对出口膜进行穿孔。穿刺构件可提供更大的灵活性以控制穿过出口膜的孔口的尺寸。
提取单元可提供至少两种不同的提取模式，例如：一种模式，在该模式中，在出口膜中形成第一类型的孔口，从而提供高压饮料提取；以及第二模式，在第二模式中，在出口膜中形成第二类型的孔口，从而提供相对的低压饮料提取。
驱动构件可包括以下中的任一者：螺线管活塞、液压活塞或步进马达布置。驱动构件优选地固定到框架和/或提取部件。
本发明还涉及一种包括如上所述和/或所附权利要求书中所述的饮料提取单元的饮料机器。该机器包括泵和控制单元，该泵用于向提取单元(具体地，向注入部件)供应水，该控制单元被构造成用于控制驱动构件，以使穿刺构件相对于提取板在穿刺元件的延伸位置和回缩位置之间移动。
控制单元可操作驱动构件以在激活泵以供应水之前或在供应水之后不久，例如在开始激活泵之后小于5秒诸如小于3秒的时间段之后，驱动穿刺构件回到回缩位置。流动通过在饮料出口膜中形成的第二类型的孔口的饮料可受到较少的阻碍，这引起相对较低的压力和较高的流速，这对于输送大体积饮料提取物可能是有利的。
此外，饮料机器可包括模式选择装置，该模式选择装置包括至少高压提取模式和低压提取模式，在该高压提取模式下，控制单元操作泵以向提取单元供应水，同时将穿刺构件保持在回缩位置中以提供第一类型的孔口，在该低压提取模式下，在操作泵以向提取单元供应水之前，控制单元操作驱动构件以驱动穿刺构件处于穿刺元件的延伸位置中，从而在出口膜中提供第二类型的孔口。
模式选择装置可包括用户界面，诸如选择开关或触摸屏或类似设备。模式选择装置可包括胶囊识别系统，该胶囊识别系统包括能够识别胶囊并且能够确定可有利地操作提取单元的模式的胶囊识别设备，诸如光学代码读取器(例如，IR读取器)。胶囊可包括可由胶囊识别装置识别的标识符，诸如条形码、可辨别的颜色、不可见油墨印刷的元素、射频标签、形状元素、磁性或感应元件以及它们的组合。可减轻用户选择适于容器类型的适当模式以便有利于饮料制备的负担。
饮料机器还可包括用于在将水供应到提取单元之前加热水的水加热装置。可由控制单元控制水加热装置来将水加热到合适的提取温度。可根据由模式选择装置选择的模式和/或根据容器中包含的其他参数(例如饮料配料的类型，例如拼配咖啡)来控制温度。优点在于，饮料可被更有效地提取和/或具有更多的变型形式。
为了在低压模式下减少咖啡“克丽玛”的量，控制单元可在低压模式的压力或压力范围(P2)下操作泵，该压力或压力范围可低于高压模式的压力或压力范围(P1)。可通过减少提供给泵的电功率或频率或电压或电流来减少压力，以便使得水和/或饮料流速降低。例如，可由控制单元控制电功率或频率或电压或电流的减小，该控制单元监测由水流量传感器例如流量计相对于至少一个水流速设定点测量的流速。另选地或除此之外，可由控制单元监测功率或频率或电压或电流的减小，该控制单元诸如经由压力传感器相对于至少一个水压速率设定点监测提供给提取单元的水压。例如，对于螺线管水泵，控制单元被构造成控制提供给泵的电能的波形，并且对提供给泵的电能的波形的重复单元的一部分时段进行斩波。例如在WO2017/005618中描述了针对泵的降噪的方法，但是可相对于此处的时间以基本上线性的方式应用，以在提取期间降低电能。
为了增强机器的自动化，饮料机器可包括用于将注入部件与提取部件闭合在一起的机动驱动组件。通常，控制单元被构造成用于在提取单元的打开位置和提取单元的闭合位置之间操作机动驱动组件，并且被构造成用于在提取单元的闭合位置中将穿刺构件操作到延伸位置中，以例如当选择装置选择低压模式时，在出口膜中提供第二类型的孔口。优点在于，饮料机器的自动闭合和打开，饮料提取模式的自动选择以及穿刺构件的自动控制。当饮料机器的关闭自动触发饮料提取模式的选择时，可促进饮料机器的操作。
本发明的另一方面涉及容纳饮料配料的可更换胶囊在如上所述的提取单元或如上所述的饮料机器的提取室中进行提取的用途，该胶囊包括液体进入壁和饮料出口膜。例如，胶囊具有周向凸缘，饮料出口膜密封到该周向凸缘和/或在该周向凸缘处密封
本发明的另一方面涉及一种饮料制备系统，该饮料制备系统包括如上所述的饮料机器或提取单元以及容纳饮料配料并且包括液体进入壁和饮料出口膜的可更换胶囊。例如，胶囊具有周向凸缘，出口膜密封到该周向凸缘和/或在该周向凸缘处密封。
压力值通常在泵的下游和进水口的上游测量，例如在进水口和泵之间的流体管线中测量。通过例如在注入部件的进水口处存在止回阀和/或在注入部件的进水口中提供限制，或者通过接合在胶囊的进入壁中的穿刺构件和/或通过胶囊中的配料和/或其他障碍物，可能使提取室或胶囊中的压力与这种测量的压力相比降低。
附图说明：
图1为根据优选的本发明的实施方案的提取单元的前平面视图；
图2为沿图1的平面A-A截取的本发明的具体地处于提取单元的打开位置的提取单元的横截面图；
图3为处于提取单元的闭合位置和穿刺构件的回缩位置中的提取单元的横截面图；
图4为提取单元的局部透视图，具体示出了提取部件，其中穿刺构件处于图5的回缩位置中；
图5为处于该单元的闭合位置和穿刺构件的展开位置中的提取单元的横截面图；
图6为提取单元的局部透视图，具体示出了提取部件，其中穿刺构件处于图5的展开位置中；
图7为提取板的局部透视图，其中穿刺构件处于回缩位置中；
图8为提取板和与其相关联的穿刺构件的平面前视图；
图9为沿图8的提取板和与其相关联的穿刺构件的平面B-B截取的横截面图；
图10示出了在根据高压模式进行提取之后具有多个第一类型孔口91的可更换胶囊；
图11为提取板的局部透视图，其中穿刺构件处于展开位置中；
图12为提取板和与其相关联的穿刺构件的平面前视图；
图13为沿提取板和与其相关联的穿刺构件的平面B-B截取的横截面图；
图14示出了在根据低压模式进行提取之后具有多个第一类型孔口90的可更换胶囊；
图15为包括本发明的提取单元的饮料机器的示意图；
图16是根据两种不同提取模式操作饮料机器的流程图；
图17是图16的流程图的变型；
图18示出了根据三种可能的提取模式的代表性压力分布的图：高压提取模式、没有流量调节的低压提取模式和具有流量调节的低压提取模式；
图19示出了根据图18的三种模式的代表性流量分布的图。
具体实施方式：
本发明的提取单元1的示例结合图1至图3以一般方式进行描述。单元被布置成用于接收容纳分份配料(诸如，烘焙并且研磨的咖啡)的可更换胶囊2。
在本示例中，胶囊是具有由柔性出口膜闭合的相对刚性的杯的饮料胶囊。在可能的变型中，提取单元还可被构造成接收形成为柔性易理包或小袋的胶囊。易理包将一般由柔性壁形成。可更换胶囊的典型示例包括液体进入壁3、周向凸缘4和饮料出口膜5。胶囊可包含一定剂量的烘焙且研磨的咖啡。饮料出口膜5可以是液体不可渗透的，并且必须被穿孔或撕裂才能使饮料通过。饮料出口膜可由铝或纸材-聚合物、纸材-铝或铝-聚合物-纸的层合体形成。饮料胶囊可具有杯形主体，该杯形主体形成液体进入壁和凸缘，饮料出口膜焊接到该凸缘上。例如，出口膜可为30μm至50μm厚，例如约40μm厚。(通常在不考虑可能的压花图案的情况下确定厚度)。易理包可包括在凸缘处密封的两个柔性壁。易理包可沿凸缘的平面对称，从而提供从两个壁中的任一个壁提取饮料的可能性。因此，根据饮料提取单元中易理包的取向，一个壁形成进入壁，并且另一个壁形成饮料出口膜。
提取单元包括框架6、注入部件7和提取部件20。
注入部件7被布置成用于容纳胶囊的液体进入壁3，并且用于当饮料提取单元闭合时在提取室8中供应水，如图3所示。注入部件包括用于注入水的至少一个进水口9。注入部件可包括形成用于接收液体进入壁的腔室的笼罩10，并且可包括用于对胶囊的液体进入壁3进行穿孔的穿孔构件11。穿孔构件11可为从凹陷部10的底部突出的刀片或针。在腔室10的前端设置有周向按压边缘12，用于将提取室8封闭到胶囊的凸缘4上并且按压凸缘使其抵靠在提取部件20上。提取室8可由注入部件的笼罩10的腔室直到按压边缘12界定，压力被施加在与提取部件20相邻的胶囊出口膜5上。提取单元通常包括用于向进水口9供应水的水管线15。可向提取单元提供热水器16，以将水加热到合适的温度，从而提取胶囊的饮料配料。单元的注入部件7可设置有适于具有相同凸缘直径的胶囊的腔室。凸缘直径可用于确定被注入部件抵靠提取部件按压的胶囊的相容性。然而，注入部件也可以可扩展方式布置，以使提取室适应不同直径和/或长度的胶囊，诸如EP2906092、EP2906093或EP2908706中所述。
在该实施方案中，提取部件20可相对于框架6以能够移动的方式安装，以便在其中形成提取室8的打开位置(图2)和闭合位置(图3)之间移动。提取部件20可诸如通过导轨75等在框架中横向引导。提取部件20可由机动或手动驱动组件17在两个位置之间驱动。这种类型的配置的更多细节可见于WO 2012/025258、WO 2012/025259、WO 2012/093108和WO2013/127476。当然，可相对于框架以能够移动的方式安装注入部件。注入部件和提取部件两者均可能够相对于框架移动，或者仅注入部件和提取部件中的一者可能够相对于框架移动。
在打开位置中，提取部件20远离注入部件7，以允许胶囊在插入通路40中插入提取单元中。为此，框架可包括滑动布置19(例如，两个侧向滑动沟槽)。如图6所示，框架可包括异形开口80，该异形开口具有适于胶囊的形式，以允许胶囊插入滑动布置中并且进入通路。框架还可包括例如诸如定位在滑动布置中的止动装置81，用于当提取单元处于如图2所示的打开位置时将胶囊止动在通路40中，从而允许注入部件在提取单元进入闭合位置时接收在掌控下的胶囊。可考虑其他胶囊装载系统。
提取部件20包括提取板21，该提取板被构造成用于在提取单元的闭合位置中与胶囊的饮料出口膜接触。提取板可以这种方式被布置成使得当胶囊处于适当位置(其中提取单元处于注入部件和提取部件的闭合位置)时，出口膜与提取板接触(图3和图5)。提取部件具有饮料出口22，用于在提取期间当从胶囊中释放时排出液体饮料提取物。饮料出口22可通过提取板21提供。提取部件20可包括提取板21下游的饮料收集和分配构件23，以从饮料出口收集饮料提取物。收集和分配构件可包括饮料主出口24，用于将饮料提取物分配到接收器诸如杯子。收集和分配构件可包括固定的部件或甚至提取板的部件，以及远离提取板的部件，诸如外覆盖件25。收集和分配构件可包括附加特征部，例如蒸汽提取器、分流器、附加收集器和/或消泡器。
提取板21具有多个凸起元件26，该多个凸起元件被构造成用于在出口膜中提供第一类型孔口。例如，当将水注入提取室中时，仅在等于或高于一定压力(也称为“打开压力”)时才能确定用于对胶囊的出口膜进行穿孔(例如，撕裂)的凸起元件的数量和形状。提取板的构型使得打开压力通常等于或高于8巴，更优选地在8巴至12巴的范围内。压力还高度地取决于出口膜的抗裂强度并且也取决于出口膜的材料和厚度。
提取板可包括不具有凸起元件26的外围支撑部分41，以用于将胶囊的凸缘支撑在单元中的适当位置。提取板可具有恒定的横向尺寸，即固定的直径。提取板可由横向刚性部件形成，即，不具有轴向移动的外围部件和/或中心部件。提取板可由基本上整体的部件制成。提取板可由高度机械和耐热的聚酰胺诸如聚邻苯二甲酰胺(商品名为EMS-Grivory)或类似材料形成。为了进一步增加其机械性能，提取板的材料(例如，聚邻苯二甲酰胺)可填充有短玻璃纤维或另一种机械增强填料。
提取部件具有穿刺元件29，该穿刺元件能够相对于提取板例如通过提取板在回缩位置和展开位置例如延伸位置之间移动。提取部件20可包括穿刺构件27，该穿刺构件能够相对于提取板21移动地布置。穿刺构件可包括支撑件或基部28，一系列此类穿刺元件29从该支撑件或基部延伸。穿刺元件可以是针或销钉。穿刺构件可由与提取板相同的材料制成。
穿刺构件27能够在图2、图3、图4、图7和图9中可见的回缩位置与图5、图6、图12和图13中可见的展开位置例如延伸位置之间移动。在回缩位置中，穿刺元件可以是无效的，并且凸起元件26延伸超过穿刺元件29或至少基本上延伸到穿刺元件29的水平以与出口膜相互作用。为此，穿刺元件相对偏移地定位在凸起元件的自由端后面。在展开位置中，穿刺元件是有效的并且突出超过凸起元件的自由端。优选地，当穿刺元件处于展开位置时，穿刺元件突出足够的距离(例如，1mm至2mm)以在出口膜中例如通过机械效应提供第二类型孔口，并且当注入部件相对于提取部件闭合时，出口膜邻近提取板定位。
提取单元1可被构造成以一种或多种模式来操作穿刺元件29，该一种或多种模式选自以下模式：
-将穿刺元件29在提取室8中的这种胶囊2中的所述配料的提取开始到结束期间保持为静止的模式，例如，穿刺元件29在开始配料的提取之前向提取室的内部和/或外部移动，或者保持在外部，使得防止这种胶囊2在提取的结束之间暴露于穿刺元件29；
-当这种胶囊2处于提取室8中时，在开始提取这种胶囊2中的配料之前，使穿刺元件29向提取室8的内部并且任选地向提取室的外部移动的模式；以及
-在开始提取这种胶囊2中的配料期间将穿刺元件29保持在提取室8的外部，然后向提取室8的内部移动穿刺元件29，然后任选地向该提取室的外部移动该穿刺元件的模式，配料例如在开始提取期间在饮料不流出的情况下被预润湿。
穿刺构件27可与提取板一起安装，以在两个位置之间沿平移方向移动。平移方向(T)优选地与提取板和/或胶囊的轴向方向(I)基本上对齐或平行或至少倾斜不超过5度至10度，其中提取板和/或出口膜基本上横向于该方向延伸。
如图13所示，穿刺构件可随着被引导平移进入设置在提取板中的一系列直通通路31的穿刺元件而移动。穿刺构件可因此在两个位置之间往复地滑动。在穿刺构件的延伸位置中，支撑件28紧靠提取板20的后部(或外表面)，同时处于穿刺构型的穿刺元件完全展开超过凸起元件26的自由端表面几毫米。穿刺元件可被布置成横穿凸起元件。为此，每个凸起元件优选地由直通通路31居中穿过。流动通道32和设置在通道中的出口22可保持不受穿刺元件的阻碍。另选地或除此之外，穿刺元件固定在设置在通道中的直通通路中。穿刺元件的数量通常取决于产生足够低的提取压力所必需的开口表面积。穿刺元件具有比凸起元件的横向横截面更小的单个横向横截面。穿刺元件的横向横截面小于0.8mm2，优选地在0.1mm2至0.6mm2之间。
穿刺构件可通过驱动构件30在两个(回缩和展开)位置之间移动。驱动构件被布置成优选地在穿刺元件的回缩位置和展开位置之间沿平移方向相对于提取板移动穿刺构件。驱动构件可包括例如螺线管活塞或液压活塞或步进电动马达，该驱动构件可连接到穿刺构件的支撑件28的轴77或者直接连接到支撑件。例如，液压活塞可经由流体管线由饮料机器的水泵致动，该流体管线与向注入部件的水注入无关。
图7和图9示出了穿刺构件的回缩位置，该回缩位置也对应于高压提取位置，在高压提取位置中，出口膜被一系列凸起元件穿孔或撕裂以形成第一类型的孔口。板可被布置成具有由正交布置的通道32的网络隔开的若干个单独的棱锥形凸起元件阵列，诸如在EP0512470结合图10的描述中所述。凸起元件可包括与平台区和流动通道成在10°和30°之间的角度的倾斜侧表面。凸起元件可为直线径向部分，诸如与结合EP0512470的图2、图5a至图5d和图8所述的那些相同或类似的直线径向部分。提取板可使得，为了形成第一类型的孔口，凸起元件在达到出口膜的破裂应力时在这些凸起元件的位置处撕裂膜，以使得饮料能够在通道中流动并且通过饮料出口22离开。在该构型中，出口膜的打开压力可为若干巴，例如在7巴和12巴之间，这取决于烘焙且研磨的饮料的特性(即，共混物、重量、粒度测定、振实密度等)和出口膜的特性(材料、厚度)。
饮料机器33包括提取单元1。饮料机器通常包括用于向提取单元供应水的泵34和被构造成用于控制驱动构件30的控制单元35，该驱动构件使穿刺构件在两个位置之间移动。饮料机器还可包括水箱36，用于经由流体管线37向泵34供应水。机器可包括水流量传感器76，该水流量传感器用于测量馈送到提取单元的注入部件的水的流速，并且将流速输入发送到控制单元以与流速设定点进行比较，以继而控制泵的流速。
饮料机器可包括用于选择提取单元的压力提取模式的模式选择装置38。选择装置38可例如包括用户界面上的物理或虚拟按钮。模式选择装置也可远离饮料机器布置，诸如在远程用户界面(例如，智能电话等)上。模式选择装置优选地包括至少一种高压提取模式，在该高压提取模式下，控制单元操作泵以向提取单元供应水，同时将穿刺构件保持在回缩位置中，如图3所示。该模式选择装置还优选地包括至少一个低压提取模式，在该低压提取模式下，控制单元操作驱动构件30以在操作用于向提取单元供应水的泵之前，将穿刺构件驱动到延伸位置中以穿刺出口膜，如图5所示。
饮料机器还可包括电动马达39，用于在注入部件相对于提取部件的打开位置和闭合位置之间自动致动提取单元的驱动组件17。在用户对模式选择装置38进行选择之后，马达39通常由控制单元35操作。
图16示出了在两种可能的提取模式下操作饮料机器的流程图。如果机器在步骤100中准备就绪，则控制单元在模式选择装置上启用对提取模式的选择110。应当指出的是，如果饮料机器包括允许例如经由光学代码识别胶囊的胶囊识别系统，则选择可能不一定需要用户进行选择。模式的选择将通过饮料机器识别胶囊来进行。
在步骤130中，在所选择的低压提取模式120下，通过由控制单元操作的机动驱动组件来闭合提取单元。在步骤140中，控制单元还操作驱动构件30来延伸穿刺构件。显然，如果穿刺构件在开始之前已经处于延伸位置，则可省略该步骤。这两个操作(即，闭合提取单元和延伸穿刺构件)的组合提供了对放置在内部的胶囊的出口膜的穿刺。在下一个操作150中，控制单元操作驱动构件30来回缩穿刺构件。因此，获得了刺穿的第二类型的孔口。穿刺元件与刺穿的孔口脱离接合，从而防止在提取期间反向压力增加，并且有利于饮料流向通道并且通过提取板。在下一个操作160中，泵由控制单元激活(即，启动和停止)以执行饮料提取。当泵自动停止时或当达到期望体积的饮料提取物时而手动停止时，泵激活结束。也可间歇地操作泵，以提供干燥的咖啡配料的预润湿。泵的自动停止可由流量传感器控制，该流量传感器将水体积输入发送到控制单元。在最终操作170中，可任选地自动打开提取单元。在次优选的变型中，在开始激活泵之后但在结束其激活之前，将穿刺构件移动到回缩位置中。在这种情况下，回缩应优选地在泵启动后不久(例如，小于5秒)发生。
如果选择高压模式125，则控制单元不将穿刺构件操作到延伸位置中，或者如果穿刺构件已处于延伸位置中，则控制单元将这些穿刺构件操作到回缩位置中。控制单元可在步骤135中直接闭合提取单元并且激活泵以开始和停止向泡制室供应水。随着胶囊中的压力增加，抵靠凸起元件对出口膜进行穿孔以形成第一类型的孔口91(图10)。孔口通常与凸起元件接触，从而产生高流动阻力。因此，由这些孔口产生的流动阻力比由低压模式的第二类型的孔口(图14)产生的流动阻力高。
图17示出了在两种可能的提取模式下操作饮料机器的流程图的变型。与前述操作的差异在于，控制单元可改变泵的压力和/或流速。优选地，控制单元以低压提取模式在减压下操作泵(步骤155)，并且以高压提取模式在标准压力下操作泵(步骤165)。
在低压模式下，可通过降低由泵输送的压力来减少或抑制咖啡克丽玛的产生。控制单元优选地在例如高于大气压1巴至5巴的范围内的压力或压力范围P2下操作泵。在高压模式下，由泵输送的水的压力增加到6巴以上，优选地在8巴至20巴的范围内。可通过改变提供给泵的电功率或电压来改变压力，这通常导致饮料流速的变化。例如，可由控制单元控制电功率或电压的减小，该控制单元控制由水流量传感器相对于至少一个水流速设定点测量的流速。另选地或除此之外，可由控制单元监测功率或电压降低，该控制单元诸如经由压力传感器相对于至少一个水压速率设定点控制提供给提取单元的水压。
图18示出了在可能的三种提取模式下水压分布随时间变化的函数。上方曲线表示在标准条件下的压力变化，在标准条件下，出口膜在压力的作用下被凸起元件穿孔。胶囊在仅抵靠多个凸起元件的压力的作用下才能打开。中间曲线表示穿刺构件刺穿膜之后在泵不减少流量的情况下的压力变化。下方曲线表示在通过穿刺构件刺穿膜并且泵减少流量之后的压力变化。
图19示出了在图18的提取模式下对应水流量分布随时间变化的函数。获得相同顺序的曲线(高、中、低)。

Claims (15)

1.饮料提取单元(1)，所述饮料提取单元用于从容纳饮料配料的可更换胶囊(2)中提取饮料，所述可更换胶囊包括液体进入壁(3)和饮料出口膜(5)，任选地所述胶囊具有周向凸缘(4)，所述饮料出口膜(5)密封到所述周向凸缘和/或在所述周向凸缘处密封；
所述单元包括：
-框架(6)，
-注入部件(7)，所述注入部件用于容纳所述胶囊的所述液体进入壁(3)并且至少包括用于将水注入所述胶囊中的进水口(9)，
-提取部件(20)，所述提取部件被布置成用于与所述注入部件(7)闭合在一起以形成提取室(8)，任选地所述提取部件(20)在所述凸缘(4)处与所述注入部件(7)闭合在一起；
其中所述提取部件(20)包括提取板(21)，所述提取板具有用于排出液体饮料提取物的出口(22)和多个凸起元件(26)，所述多个凸起元件被构造成用于由于所述出口膜(5)在所述提取室中供应的水的压力下被按压到所述凸起元件上而在所述出口膜(5)中提供第一类型的孔口(91)；
其中所述提取部件(20)还包括多个穿刺元件(29)，所述多个穿刺元件被构造成用于在所述饮料出口膜(5)中提供第二类型的孔口(90)；
其中所述穿刺元件(29)相对于所述提取板(21)并且穿过所述提取板以能够移动的方式布置在以下位置之间：
-展开位置，例如延伸位置，在所述展开位置中，所述穿刺元件(29)例如朝向所述注入部件(7)延伸超过所述提取板(21)的所述凸起元件(26)，以用于在包封在所述提取室中的胶囊的所述出口膜(5)中提供所述第二类型的孔口(90)；和
-回缩位置，在所述回缩位置中，所述穿刺元件(29)相对于其展开位置回缩，使得所述凸起元件(26)例如朝向所述注入部件(7)延伸超过所述穿刺元件(29)或至少基本上延伸到所述穿刺元件(29)的水平，
任选地，所述提取单元(1)被构造成以一种或多种模式来操作所述穿刺元件(29)，所述一种或多种模式选自以下模式：
-将所述穿刺元件(29)在所述提取室(8)中的所述胶囊(2)中的所述配料的提取开始到结束期间保持为静止的模式，例如，所述穿刺元件(29)在开始所述配料的提取之前向所述提取室的内部和/或外部移动，或者保持在外部，使得防止所述胶囊(2)在所述提取的结束之前暴露于所述穿刺元件(29)；
-当所述胶囊(2)处于所述提取室(8)中时，在开始提取所述胶囊(2)中的所述配料之前，使所述穿刺元件(29)向所述提取室(8)的内部并且任选地向所述提取室的外部移动的模式；以及
-在开始提取所述胶囊(2)中的所述配料期间将所述穿刺元件(29)保持在所述提取室(8)的外部，然后向所述提取室(8)的内部移动所述穿刺元件(29)，然后任选地向所述提取室的外部移动所述穿刺元件的模式，所述配料例如在开始提取期间在饮料不流出的情况下被预润湿。
2.根据权利要求1所述的饮料提取单元，其中所述凸起元件(26)是由具有所述出口(22)的通道隔开的截棱锥和/或脊部分。
3.根据权利要求1或2所述的饮料提取单元，其中所述穿刺元件(29)包括针、销钉和/或刀片(29)中的至少一者，任选地每个穿刺元件(29)具有比所述凸起元件(26)的横截面更小的穿刺横截面，并且/或者所述穿刺元件(29)的总数量等于或小于所述凸起元件的数量。
4.根据前述权利要求中任一项所述的饮料提取单元，其中在所述延伸位置中，所述穿刺元件(29)被布置成穿过所述提取板以横穿所述凸起元件(26)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的饮料提取单元，其中所述多个穿刺元件(29)是穿刺构件(27)的一部分，所述穿刺构件被布置成能够相对于所述提取板(21)在所述穿刺元件的所述延伸位置和所述回缩位置之间移动并且包括支撑板(28)，所述穿刺元件从所述支撑板延伸，任选地所述穿刺构件(27)的所述支撑板(28)在所述提取板(21)后面延伸，即，在所述提取板(21)的包括所述凸起元件(26)的面的相对面处延伸。
6.根据权利要求5所述的饮料提取单元，其中所述穿刺构件(27)被布置成相对于所述提取板(21)在至少基本上平移和轴向的方向上移动。
7.根据权利要求5或6所述的饮料提取单元，所述饮料提取单元包括驱动构件(30)，所述驱动构件被布置成用于操作所述穿刺构件(27)和/或所述提取板(21)在所述穿刺元件的所述回缩位置和所述延伸位置之间进行相对移动。
8.根据权利要求7所述的饮料提取单元，其中所述驱动构件(30)独立于施加在所述提取室中的压力来操作所述穿刺构件(27)和/或所述提取板(21)。
9.包括根据权利要求7或8所述的饮料提取单元的饮料机器(33)，所述饮料机器包括泵(34)和控制单元(35)，所述泵用于向所述提取单元(1)供应水，所述控制单元被构造成用于控制所述驱动构件(30)，以使所述穿刺构件(27)相对于所述提取板(20)在所述穿刺元件的所述延伸位置和所述回缩位置之间移动。
10.根据权利要求9所述的饮料机器，其中所述控制单元(35)被构造成操作所述驱动构件(30)，以在激活所述泵(34)以向所述提取室(8)供应水之前或在开始所述泵(34)的激活之后小于5秒的时间段之后，驱动所述穿刺构件(27)回到所述回缩位置。
11.根据权利要求10所述的饮料机器，所述饮料机器包括模式选择装置(38)，所述模式选择装置包括至少高压提取模式和低压提取模式，在所述高压提取模式下，所述控制单元(35)激活所述泵(34)以向所述提取单元(1)供应水，同时将所述穿刺构件(27)保持在所述回缩位置中，在所述低压提取模式下，在操作所述泵(34)以向所述提取室(8)供应水之前，所述控制单元(35)操作所述驱动构件(30)以将所述穿刺构件(27)驱动到所述穿刺元件的所述延伸位置中，从而在所述胶囊的所述出口膜(5)中提供所述第二类型的孔口(90)。
12.根据权利要求11所述的饮料机器，其中所述控制单元(39)被构造成在所述低压提取模式的压力或压力范围(P2)下操作所述泵(34)，所述压力或所述压力范围低于所述高压提取模式的压力或压力范围(P1)。
13.根据权利要求10或12所述的饮料机器，所述饮料机器包括机动驱动组件(17、39)，所述机动驱动组件用于将所述注入部件(7)与所述提取部件(20)闭合在一起，并且其中所述控制单元(39)被构造成用于在所述提取单元的打开位置和所述提取单元(1)的闭合位置之间操作所述机动驱动组件，并且被构造成用于在所述提取单元的所述闭合位置中将所述穿刺构件(27)操作到延伸位置中，以在所述出口膜(5)中提供所述第二类型的孔口。
14.容纳饮料配料的可更换胶囊(2)用于在根据权利要求1至8中任一项所述的提取单元或根据权利要求9至13中任一项所述的饮料机器中的所述提取室(8)中提取的用途，所述胶囊包括液体进入壁(3)和饮料出口膜(5)，任选地所述胶囊具有周向凸缘(4)，所述饮料出口膜(5)密封到所述周向凸缘和/或在所述周向凸缘处密封。
15.饮料制备系统，所述饮料制备系统包括容纳用于提取的饮料配料的可更换胶囊(2)，以及：根据权利要求1至8中任一项所述的提取单元；或者根据权利要求9至13中任一项所述的饮料机器；所述胶囊包括液体进入壁(3)和饮料出口膜(5)，任选地所述胶囊具有周向凸缘(4)，所述饮料出口膜(5)密封到所述周向凸缘和/或在所述周向凸缘处密封。
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