CN103040364A - 制备饮料的筒、机器、系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及制备饮料的筒、机器、系统和方法。其中，本发明提供一种饮料制备机器，其包括用于接收各种高度的饮料筒的调制头以及使水介质通过所述饮料筒以便由容纳于所述饮料筒内的一种或多种饮料组分形成饮料的机构。调制头包括第一部件和第二部件，第一和第二部件可彼此相对地从其中所述饮料筒可接收于调制头内的打开位置移动到其中所述饮料筒可固定保持在限定于在第一和第二部件之间的调制头空间内的关闭位置。调制头的第一部件包括在调制头空间朝第二部件部分延伸的夹持件，使得当第一和第二部件处于关闭位置时，夹持件的远端和第二部件彼此相距固定距离。其中在使用时，各种高度的饮料筒可夹持在夹持件的远端和第二部件之间的饮料头空间内。

Description

制备饮料的筒、机器、系统和方法

本申请是申请号为200580031674.7、申请日为2005年7月26日、发明名称为“制备饮料的筒、机器、系统和方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及制备饮料的筒、机器和系统。

背景技术

提供用容纳预先确定数量的一种或多种饮料组分的筒来制备单份饮料，如咖啡，茶和巧克力的机器和系统是公知的。分配的饮料的浓度可通过添加水稀释该组分或调制(brewed)成分来改变。但是，对于某些饮料，如咖啡，在单次服务中需要更浓的饮料和/或更大量的饮料。已经尝试以颗粒或液体形式提供浓缩饮料组分，以便从固定体积的筒分配更多和/或更浓的饮料。但是这些尝试基本上没有取得成功，部分原因是基于颗粒和液体的成分与基于焙烤和研磨组分的成分在味道上的差异。另一种解决方案是简单地使用较大的筒来装较大体积饮料。但是，这通常需要对各种筒尺寸使用单独的机器，或使用可采用夹持不同筒的单独模式的复杂的夹持机构。这样导致了难以操作的昂贵配置。

发明内容

根据本发明，提供了一种饮料制备机器，其包括用于接收各种高度的饮料筒的调制头(brew head)以及使水介质通过所述饮料筒以便由容纳于所述筒中的一种或多种饮料组分形成饮料的机构，该调制头包括第一部件和第二部件，第一部件和第二部件可彼此相对地从其中所述饮料筒可接收于调制头中的打开位置移动到其中所述饮料筒可固定保持在限定于第一和第二部件之间的调制头空间的关闭位置，调制头的第一部件包括在调制头空间内朝第二部件部分延伸的夹持件，使得当第一部件和第二部件处于关闭位置时，夹持件的远端和第二部件彼此相距固定距离；其中在使用时，各种高度的饮料筒可夹持在夹持件的远端和第二部件之间的饮料头空间内。

有利的是，本发明的夹持配置允许采用单一操作模式适应各种尺寸的饮料筒的简化配置。这导致了更容易操作的机器。此外，因为机构不需要进行改变或调节以适应不同尺寸的筒，该机构的价格便宜，不容易损坏。在夹持件和第二部件之间使用固定距离导致无论其尺寸如何施加到筒上的均匀压力。这样改进了机器操作的一致性。

夹持件优选位于第一部件的中心或其附近，以便夹持在其中心或附近接收于调制头内的饮料筒。

夹持件优选包括使用时与饮料筒的凹部配合的延伸部。

调制头空间的体积大于50ml。调制头空间的高度在15到30mm之间。

一个方面，夹持件朝第二部件延伸调制头空间高度的50%到70%的距离。夹持件朝第二部件延伸调制头空间高度的大约60%的距离。

使用时，至少两种高度的饮料筒可夹持于夹持件的远端和第二部件之间的调制头空间内。

本发明还提供了一种饮料筒，其包括容纳一种或多种饮料组分并包括具有细长凹部的外表面的存储体积，该凹部朝筒的相对表面延伸饮料筒的高度的50%到70%之间的距离，凹部在使用时适合接收饮料制备机器的夹持件，其中该凹部限定夹持件的夹持表面。

用于一种或多种饮料组分的存储体积在40到60ml之间。一方面，用于一种或多种饮料组分的存储体积大于或等于50ml。

筒的高度大于25mm。

本发明还提供了一种饮料制备系统，包括如上所述的饮料制备机器和多个各种高度的饮料筒，其中各所述饮料筒包括位于饮料筒第一侧的第一夹持表面和位于饮料筒相对侧的第二夹持表面，其中各饮料筒的第一和第二夹持表面隔开等于或边际式(marginally)大于处于关闭位置时饮料制备机器的夹持件和第二部件之间的距离的均匀距离。

各饮料筒优选包括位于第一侧的凹部，第一夹持表面设置在所述凹部的底部或其附近。

优选的，当调制头的第一和第二部件处于关闭位置时，夹持件可在凹部内延伸，使得夹持件的远端可与第一夹持表面接触。

在一方面，调制头空间大于50ml。

优选的，饮料筒优选包括可夹持在夹持件的远端和第二部件之间调制头空间内的至少两种高度的筒。

一方面，饮料筒包括具有第一高度和存储体积的第一筒型以及具有大于第一筒型的第二高度和存储体积的第二筒型。优选的，第一筒型的高度小于18mm，而存储体积小于35ml。优选的，第二筒型的高度大于25mm，而存储体积大于或等于35ml。

本发明还提供了一种分配单份(single serving)过滤饮料的方法，包括以下步骤：

提供容纳一种或多种适合在存储体积进行调制的饮料组分的饮料筒；

使水介质通过该一种或多种饮料组分以便由此形成过滤饮料；

将所述过滤饮料从筒分配到容器中；

其中饮料筒的存储体积在40到60ml之间；

其中分配饮料的体积大于400ml。

分配饮料的体积可大于600ml。分配饮料的体积可大于700ml。优选的，饮料组分优选是焙烤和研磨的咖啡。还可使用速溶咖啡，速溶茶或茶叶。

可选择的，该方法进一步包括以下步骤：

提供容纳适合在存储体积中发泡的一种或多种饮料组分的第二饮料筒；

使水介质通过该一种或多种饮料组分以便由此形成发泡的饮料部分；

将发泡的饮料部分从筒分配到容器，形成卡布奇诺型饮料；

其中第二饮料筒的存储体积在40到60ml之间；并且

其中分配的发泡饮料部分的体积大于200ml。

分配的发泡的饮料部分的体积大于300ml。可发泡的饮料组分包括液体牛奶或者基于牛奶的制品或基于巧克力的制品。

在下面的描述中，术语“上面”和“下面”及其同义词将用来描述本发明的特征的关系定位。术语“上面”和“下面”及其同义词应当理解为是指处于正常方位以便插入饮料制备机器并进行后续分配的的筒(或其他构件)。此外，术语“内”和“外”及其同义词用于描述本发明的特征的关系定位。术语“内”和“外”及其同义词应当理解为是指分别接近或远离筒(或其他构件)的中心或主轴线X的筒(或其他构件)的相对位置。

附图说明

现在将参考附图仅通过示例方式描述本发明的实施例，其中：

图1a是本发明的饮料制备机器的前透视图；

图1b是其中调制头位于打开位置的图1a的机器的前透视图；

图2是为了清晰起见省略了某些部件的图1a的机器的后透视图；

图3是为了清晰起见省略了某些部件的图1a的机器的另一后透视图；

图4是为了清晰起见省略了某些部件的图1a的机器的调制头的透视图；

图5是为了清晰起见省略了某些部件的图1a的机器的调制头的另一透视图；

图6是适应根据本发明的饮料筒的第二实施例的处于关闭位置的调制头的截面图；

图7是适应根据本发明的饮料筒的第二实施例的处于打开位置的调制头的截面图；

图8是图1a的机器的示意性布局；

图9a和图9b是图1a的机器的第一和第二编码识别机构的示意图示意性布局；

图10是本发明的饮料筒的平面图；

图11是可用于本发明的饮料制备机器中的本发明的筒的第一实施例的外部构件的截面图；

图12是显示向内指向的圆柱形延伸部的图11的外部构件的细节的截面图；

图13是显示开槽的图11的外部构件的细节的截面图；

图14是从图11的外部构件上方的透视图；

图15是沿反转方向的图11的外部构件上方的透视图；

图16是从图11的外部构件上方的平面图；

图17是筒的内部构件的截面图；

图18是从图17的内部构件上方的透视图；

图19是沿反转方向的图17的内部构件上方的透视图；

图20是从图17的内部构件上方的平面图；

图21是处于组装状态的筒的第一实施例的截面图；

图22是根据本发明的筒的第二实施例的截面图。

具体实施方式

饮料制备系统

在图1a到图9b中显示了本发明的饮料制备系统的饮料制备机器201。饮料制备机器201通常包括容纳水罐220、水加热器225、水泵230、空气压缩机235、控制处理器、用户界面240和调制头250的壳体210。调制头250转而通常包括保持件251、识别机构252、出口和入口刺破件(piercer) 253、254。

饮料制备机器201设计成能够从例如图10到图22所示的筒1形式的插入物分配饮料组分。

系统使用的筒

图10到图21显示了筒1的第一实施例。筒1一般包括外部构件2，内部构件3和叠层5。外部构件2，内部构件3和叠层5组装以形成具有用于容纳一种或多种饮料组分的内部120、入口121，出口122以及连接入口121到出口122并通过内部120的饮料流路的筒1。入口121和出口122最初通过叠层5密封，使用时通过刺破或割开叠层5而打开。饮料流路由如下文所讨论的外部构件2、内部构件3和叠层5之间空间互相关系限定。如下文进一步描述的，筒1内可选择地包括其他部件，如过滤件4。

筒1特别设计成用于分配过滤产品，如焙烤和研磨的咖啡或茶叶。但是，筒1可与其他制品一起使用，如巧克力、咖啡、茶、甜料、兴奋性饮料、调味料，酒精饮料、加味牛奶、水果汁、果汁饮料，调味汁和甜品。

如图15所示，筒1的整体形状大致为圆形或碟状，筒1的直径远大于其高度。主轴线X穿过如图11所示的外部构件的中心。通常，外部构件2的总直径为68.5mm±6mm，总高度是16mm±3mm。通常，筒1的体积是30.2ml±20%。

外部构件2通常包括具有弯曲的环形壁13、封闭的顶部11和开口的底部12的碗状外壳10。与底部12的直径相比，外部构件2顶部11的直径较小，这是因为随着从封闭顶部11过渡到开口底部12，环形壁13张开。环形壁13和封闭底部11一起限定具有内部34的容器。

向内指向的中空圆柱形延伸部18以主轴线X为中心设置在封闭顶部11。如图12更清楚显示的，圆柱形延伸部18的内表面包括具有第一、第二和第三部分19、20、21的台阶状外形。第一部分19是正圆柱形。第二部分20是截头圆锥形并向内变窄。第三部分21是另一正圆柱形并由下表面31封闭。第一、第二和第三部分19、20、21的直径逐步增加，使得圆柱形延伸部18的直径随着从顶部11过渡到封闭的下表面31而减少。大致水平的肩部32在第二和第三部分20、21之间的结合部形成于圆柱形延伸部18上。从外面看，圆柱形延伸部18在筒外表面上形成凹部。夹持表面18a由如图12所示的凹部底面形成。下面将描述夹持表面18a的使用。

向外延伸的肩部33朝向底部12形成于外部构件2内。向外延伸的肩部33形成与环形壁13同轴的第二壁15，以便限定在第二壁15和环形壁13之间形成歧管16的环形径道。歧管16围绕外部构件2的周边。一系列开槽17与歧管16水平地设置在环形壁13上，以便提供歧管16和外部构件2的内部34之间的气体和液体流通。如图13所示，开槽17包括在环形壁13的竖直切口。设置有20到40个开槽。在所示实施例中，绕歧管16的周边大致等间隔设置37个开槽17，通常。各开槽17的长度优选在1.4到1.8mm之间。通常，开槽的长度为1.6mm，代表外部构件2的总高度的10%。各槽的宽度在0.25和0.35mm之间。通常，各开槽的宽度是0.3mm。开槽17的宽度足够窄，可防止饮料组分在存储或使用过程中通入歧管16。

入口腔26在外部构件2的外围形成于外部构件2内。如图15最清楚显示的，设置其内形成入口腔26并将入口腔26同外部构件2的内部34隔开的圆柱形壁27。圆柱形壁27具有封闭的上表面28，其形成于与主轴线X正交的平面内；以及与外部构件2的底面12共面的开放下端29。入口腔26通过图11所示的两个槽30与歧管16连通。作为备选方案，可使用一到四个槽来连通歧管16和入口腔26。

向外延伸肩部33的下端设置有向外延伸的凸缘35，其正交于主轴线X延伸。通常，凸缘35的宽度为2mm到4mm。凸缘35的一部分扩大形成通过其可以保持外部构件2的把手24。把手24设置有上翻的边沿25以改善抓紧效果。

外部构件2用高密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯或这些材料的两种或多种的叠层形成单个整体件。适合的聚丙烯在DSM UK 有限公司(Redditch，英国)生产的聚合物范围内。外部构件可以是不透明、透明或半透明的。制造工艺可以是注塑。

如图17到20所示的内部构件3包括环形框架41和向下延伸的圆柱形漏斗40。主轴线X穿过图17所示的内部构件3的中心。

如图18最佳显示的，环形框架41包括通过10个等间距的径向辐条53连接的外边沿51和内轮毂52。内轮毂52整体形成于圆柱形漏斗40上并从其延伸。过滤孔55形成于径向辐条53之间的环形框架41内。过滤件4设置在环形框架41上，以便覆盖过滤孔55。过滤件优选用具有高湿强度的材料制造，例如聚酯的无纺纤维材料。其他可采用的材料包括不透水的纤维素材料，例如包括纺织纸纤维的纤维素材料。纺织纸纤维可混合聚丙烯、聚氯乙烯和/或聚乙烯的纤维。这些塑料材料结合到纤维素材料内使得纤维素材料可进行热密封。过滤件4还可处理或包覆有可由热和/或压力活化的材料，以使它通过这样的方式密封到环形框架41上。

如图17的截面外形所示，内轮毂52位于比外边沿51低的位置，导致环形框架41具有倾斜的下部型式。

各辐条53的上表面设置有直立的连结板(web)54，其将环形框架41上面的空间分为多个通道57。各通道57的一侧由连结板54界定，下面由过滤件4界定。通道57从外边沿51向下朝位于由连结板54的内端部限定的开口56的圆柱形漏斗40延伸并通入其中。

圆柱形漏斗40包括包围内排放管口43的外管42。外管42形成圆柱形漏斗40的外部。排放管口43通过环形凸缘47在排放管口43的上端连接到外管路42上。排放管口43包括位于上端的与通道57的开口56连通的入口45以及位于下端部的制备的饮料经其排出到杯中或其他容器中的出口44。排放管口43包括位于上端的截头圆锥部分48和位于下端的圆柱形部分58。圆柱形部分58可具有轻微锥度，使其朝出口44变窄。截头圆锥部分48有助于在不导致饮料出现湍流的情况下从通道57向下朝出口44导引饮料。截头圆锥部分48的上表面绕圆柱形漏斗40周边设置了4个等间距支承连结板49。支承连结板49在其间限定通道50。支承连结板49的上边缘彼此水平并正交于主轴线X。

内部构件3可由聚丙烯或如上所述的类似材料并以和外部构件2相同的方式通过注塑形成单个整体件。

作为备选方案，内部构件3和/或外部构件2可由可生物降解的聚合物制造。适当材料的示例包括可降解的聚乙烯(例如，由英国的Borehamwood郡的Symphony Environmental公司提供的SPITEK)，可生物降解的氨基聚脂(例如，Symphony Environmental公司提供的BAK 1095)，聚乳酸(美国，Minnesota州，Cargil公司提供的FLA)，淀粉基聚合物，纤维素衍生物和多肽。

叠层5由两层构成，铝制的第一层和铸造聚丙烯的第二层。铝层的厚度在0.02到0.07mm之间。铸型聚丙烯层的厚度在0.025到0.065mm之间。在一实施例中，铝层为0.06mm厚，聚丙烯层为0.025mm厚。该叠层特别有利，因为它在安装过程中具有高抗卷曲性。其结果是叠层5可预先切割到正确的尺寸和形状后在不会出现变形的情况下运送到生产线的组装工位。接下来，叠层5特别适合进行焊接。可使用其他的层叠材料，包括PET/铝/PP、PE/EVOH/PP、PET/金属化物/PP和铝/PP叠层。卷状叠层原料可用来代替模切的原料。

筒1可用刚性或半刚性盖代替柔性叠层进行封闭。

筒1的组装包括以下步骤：

a) 将内部构件3插入外部构件2；

b) 将过滤件4切割成适当形状，放置于内部构件3上，以接收于圆柱形漏斗40上并支承在环形框架41上;

c) 通过超声波焊接将内部构件3，外部构件2和过滤件4接合到一起；

d) 筒1内填充一种或多种饮料组分；

e) 叠层5附着到外部构件2上。

这些步骤将在下面进行更详细的讨论。

外部构件2定向成开口底部12向上指向。内部构件3然后插入外部构件2内，其中外边沿51以松配合方式接收在筒1的顶部11的轴向延伸部14内。外部构件2的圆柱形延伸部18同时接收在内部构件3的圆柱形漏斗40的上部内。圆柱形延伸部18的第三部分21位承坐于圆柱形漏斗40内，同时圆柱形延伸部18的封闭下表面31支承于内部构件3的支承连结板49上。过滤件4然后放置到内部构件3上，使过滤材料接触环形边沿51。然后用超声波焊接工艺将过滤件4接合到内部构件3上，并且与此同时，在同一工艺步骤中，将内部构件3接合到外部构件2上。内部构件3和过滤件4焊接到外边沿51周围。内部构件3和外部构件2通过焊接线接合到外边沿51周围和连结板54的上缘。

如图21更清楚显示的，当焊接到一起时，外部构件2和内部构件3在环形凸缘41下面的内部120内和圆柱形漏斗40的外部限定形成过滤腔的空间130。过滤腔130和环形框架41上方的通道57由滤纸4隔离。

过滤腔130容纳一种或多种饮料组分200。该一种或多种饮料组分压紧到过滤腔130内。对于过滤型饮料，该组分通常是焙烤和研磨咖啡或茶叶。在过滤腔130中的饮料组分的压紧密度如所需要地进行变化。通常，对于过滤咖啡产品，筒的第一实施例的过滤腔在厚度通常为5到14mm的过滤床内容纳5.0到10.2克之间的焙烤和研磨咖啡。可选择的，内部120容纳可在内部120内自由移动的一种或多种物体，如球体，以便在排出饮料过程中通过产生湍流并破坏饮料组分沉积而辅助混合。

叠层5然后通过绕叠层5的周边形成焊缝126而附着到外部构件2上，以便将叠层5接合到向外延伸的凸缘35的下表面。焊缝126延伸成将叠层5密封到入口腔26的圆柱形壁27的下边缘。此外，焊缝125形成于叠层5和圆柱形漏斗40的外管42的下边缘之间。叠层5形成过滤腔130的下壁并密封入口腔26和圆柱形漏斗40。但是，在分配前，叠层5和排放歧管43的下缘之间存在小的间隙123。取决于叠层5的材料特性，可使用各种焊接方法，如热焊接和超声波焊接。

有利的是，内部构件3跨越在外部构件2和叠层5之间。内部构件3由相对刚性的材料形成，如聚丙烯。这样，内部构件3可形成用于当筒受压时保持叠层5和外部构件2分开的承载件。使用时，优选筒1承受130和280N之间的压载荷。压力用于防止在内部压力作用下损坏，并可用于将内部构件3和外部构件2挤压到一起。这样确保了筒1的通道和孔的内部尺寸在筒1受压时固定不变。

如图21所示，位于外部构件2的上表面的凹部底部的夹持表面18a和叠层5的底表面隔开距离d，该距离d由内部构件3和外部构件2的相对尺寸固定。

为了使用筒1，首先将其插入饮料制备机器(下面将进行描述)，并通过对叠层5经打孔和折回的饮料制备机器的刺破件打开入口121和出口122。水介质(通常是水)在压力作用下经入口121进入入口腔26以0.1-2.0巴的压力进入筒1。水由此处引导成经开槽30并绕歧管16流动，并经多个槽17流入筒1的过滤腔130。水被作用为径向向内通过过滤腔130并与容纳于其中的饮料组分200混合。同时水被作用为向上经过饮料组分。由水通过饮料组分所形成的饮料通过过滤件4和过滤孔55，进入位于环形框架42上面的通道57。过滤件4密封于辐条53及边沿51焊接到外部构件确保了不会出现短路，所有的饮料必须通过过滤件4。

然后，饮料沿形成在连结板54之间的通道57向下流动，并经开口56，进入圆柱形漏斗40。饮料沿支承连结板47之间并在排放管口43下方的通道50流到出口44，在饮料由此处排放到容器中，如杯子。

优选的是，饮料制备机器包括空气清洗设备，其中压缩空气被作用为在分配循环结束时通过筒1，以便将剩余饮料冲洗到容器内。

筒1设置在带有如图10所示的条码320的叠层上。条码320由多个对比颜色的码条形成。条码优选是白底黑色，以使对比度最大化。不要求条码320符合公布的标准，但应使用标准的条码格式，如EAN-13，UPC-A，或Interleaf 2/5 (Interleaf 2 of 5)。

图22显示的根据本发明的饮料筒1的第二实施例。第一和第二实施例之间的相同部件以相同附图标记进行参照。筒1的第二实施例的许多部件和功能与第一实施例相同，但是，从图22可以看出，与图21所示的筒相比，该筒具有更大的总体高度。外部构件2更高，并且限定更大的空间130，其中可存储更多数量的饮料组分。因而，筒的第二实施例适合分配较大体积的饮料。外部构件2和筒1的直径与第一实施例相同。通常，组装时，筒1的存储体积为50到58ml±20%。和第一实施例一样，外部构件2的上表面设置有具有位于其底面的夹持表面18a的凹部。根据本发明，表面18a和叠层5的底侧之间的间距d与第一实施例的相同。结果是，细长的凹部朝叠层5延伸该距离的大约60%。这样有利地允许如下面描述进行使用的简化夹持机构。

上面描述的筒1的第一和第二实施例作为实施本发明的这类筒的示例给出。也可提供类似类型的其他筒，特别是具有不同的适合分配其他的饮料类型的内部构件3，如发泡的牛奶，意式浓缩咖啡和巧克力。

饮料制备机器

如图1a所示，壳体210容纳并将机器201的其他部件保持在适当位置。壳体210优选整体或部分由坚固的塑料材料(如ABS)制造。作为备选方案，壳体210可整体或部分由金属材料(如不锈钢或铝)制造。壳体210优选包括具有前半部211和后半部212的蛤壳(clam-shell)设计，其允许在组装过程中进入以便装配机器201的部件，并且其后再接合到一起以便限定壳体210的内部213。后半部212设置了用于附着水罐220的凹部214。壳体210形成有例如棘爪，对接件，凸部和螺纹部分的机构以便在不需要分离的机架的情况下将机器201的部件保持在适当位置。这样减少了机器201的总体成本和重量。壳体210的基座215优选设置有支腿，以便以稳定的方式支承其上的机器。作为备选方案，基体215本身具有形成稳定支撑的形状。

壳体210的前半部211包括进行饮料分配的分配台270。分配台270包括具有形成化霜水盘(drip tray)272的中空内部的容器架271。容器架的上表面273设置有容器定位于其上的格栅274。化霜水盘272可从壳体210取下，以便于清空收集的水。凹部275在容器架271上方形成于壳体210的前半部内，以便适应容器的尺寸。

如图1a和1b所示，调制头250在容器架的上方定位成朝向壳体210的顶部。优选的是，格栅274相对调制头250的高度可进行调节，以适应不同尺寸的容器。容器优选尽可能接近调制头250，但仍允许容器插入和从分配台270取回，以便减小分配的饮料在接触容器前必须下落的高度。这样可减少饮料的喷出和飞溅并减少其中保留的气泡的损失。优选的，高度在70mm到110mm之间的容器可插入格栅274和调制头250之间。

机器用户界面240位于壳体210的前面并且包括启动/停止按钮241和多个状态指示器243-246。

状态指示器243-246优选包括发光二极管(LED) 243，以指示机器201的读数，发光二极管244指示在机器201的操作中是否出现错误，而一个或多个LED 245-255指示机器201是以手动还是自动模式操作。可依据机器201的状态控制LED 243-246以恒定的强度照明、间歇闪光或者同时具备两种方式。LED 243-246可具有各种颜色，包括绿色、红色或黄色。

启动/停止按钮241控制分配循环的开始，并且可以是是手动操作的按钮、开关或类似机构。

可提供体积调节控制以便允许机器201的使用者在不改变其它操作特性的情况下手动调节输送的饮料的体积。体积调节控制优选允许正或负20%的体积调节。体积调节控制可以是转动钮、线性滑动件，具有增和减按钮的数字读出或类似构件。更通常的，体积由使用者操作启动/停止按钮241来控制。

可以在机器201上提供手动电源开关(未显示)。作为备选方案，电源可简单地通过插入电源插头到主电源或取下进行控制。

水罐220位于壳体210的后部并连接到壳体210的后半部212。水罐220包括通常为圆柱形主体221，根据美观的需要，其可以是正圆形或平截头体。水罐包括用水填充水罐的入口，其在使用时由手动可取下的盖222封闭。出口设置成朝向水罐的下端，其连通水泵230。水罐220可由透明或半透明材料制造，以便允许使用者观察水罐中剩余的水量。作为备选方案，水罐220可由不透明的材料制造，但需提供观察窗口。此外，或取代上面所描述的，水罐220可设置有在水罐中的水位下降到预定水平时防止水泵230操作并选择性地触发警告指示器(例如LED)的低液位传感器。水罐220优选具有大约为1.5升的内部容量。

如图8示意性的显示，水泵230操作性连接于水罐220和水加热器225之间，并由控制处理器进行控制。水泵以2.5巴的最大压力提供最大流速为900ml/min的水。在正常使用时，压力优选限制在2巴。水通过机器201的流速可通过对泵的电源进行循环斩波由控制处理器控制成泵的最大流速的百分比。泵优选以最大额定流速的10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%中的任一个进行驱动。泵送的水体积的精度优选位＋或－5%，导致分配饮料的最终体积的精度为＋或－5%。适合的泵是Ulka s.r.l (Pavia，意大利)公司生产的Evolution (RTM) EPB泵。体积流量传感器(未显示)优选设置在水泵230的上游或下游的流动线路内。体积流量传感器优选是旋转传感器。

水加热器225位于壳体210的内部。加热器225具有1550W的功率，并能够在1分钟内将从水泵30接收的水从大约为20^°C的初始温度加热到大约85^°C的操作温度。一次分配循环结束到加热器225能够开始下一次分配循环之间的停留时间优选小于10秒钟。加热器在分配循环过程中将所选择的温度保持在正负＋或－2^°C。用于分配循环的水可以83^°C或93^°C输送到调制头250。加热器225能够将输送温度从标称水温85^°C快速调节到83^°C或93^°C。加热器225包括如果温度超过98^°C则切断加热器的超温切断机构。从加热器225输出的水通过三通阀门送到调制头250。如果水流的压力是可接受的，水流到筒1。如果压力低于或高于预定限制，则通过三通阀将水转向到达化霜水盘回收容器270。

空气压缩机235通过单向阀操作性连接到调制头250，并由控制处理器控制。空气压缩机235提供压力为1.0巴的最大流速为500ml/min的空气。在使用中，35ml的工作体积压缩到2.0巴。空气压缩机235优选可产生两种流速，快(或最大)流速和慢流速。

饮料制备机器201的控制处理器包括处理模块和存储器。控制处理器操作性连接到水加热器225、水泵230、空气压缩机235和用户界面240并控制其操作。

控制处理器的存储器包括饮料制备机器201的一个或多个操作参数的一个或多个变量。操作参数是在操作过程中通过饮料筒1的水的温度、装入饮料筒1的速度、是否存在浸泡步骤、饮料的总分配体积、排出阶段的水流速以及清洗阶段的流速和时间。

操作参数的变量存储在存储器内。筒1包括设置在筒1上或内部的代表该筒1中的饮料最佳分配所要求的操作参数的编码。编码是二进制格式的，并且包括对应于控制处理器存储器中存储的变量的多个数据位。

在图4到图7中显示了调制头250。调制头250的保持件251包括固定的下部件255、可转动的上部件256和位于固定的下部件255和可转动的上部件256之间的可枢轴转动的筒固定件257。上部件256、下部件255和筒固定件257可绕共用铰链轴258转动。图4到图7显示了保持件251，其中为了清晰起见，省略了机器201的某些元件。

可转动的上部件256和可枢轴转动的筒固定件257可通过夹持机构280相对固定的下部件255移动。夹持机构280包括具有第一和第二部件或部分281，282的夹持杆。夹持杆的第一部件281包括在保持件251一侧一个的两个第一支点283处可枢轴转动安装到上部件256的U形臂。

夹持杆的第二部件包括保持件251一侧一个的两个过中心臂282，其分别在位于将上部件256耦接到固定的下部件255上的铰链轴258上的第二支点285处可枢轴转动地安装到上部件256上。各过中心臂282是往复件，包括圆柱体282a、杆282b和弹性套282c。圆柱体282a具有内孔，并且一端可转动地安装到铰链轴258上。杆282b的第一端可滑动接收于圆柱体282a的孔中。杆282b的相对端在第三支点286可转动地安装到U形臂281。第三支点286未连接到上部件256和下部件255上并可相对其自由移动。弹性套282c从外面安装到杆282b，并在使用时在圆柱体282a和杆282b的对接表面之间延伸。弹性套282c适应过中心臂282的缩短，但将过中心臂282偏置成延伸结构。因此可通过杆282c在圆柱体282a中的相对移动进行第三支点286朝向和远离铰链轴258的移动。弹性套282c优选用硅形成，尽管图示的实施例使用了两个过中心(over-center arm)臂282，但显而易见封闭机构可只设置一个过中心臂282。

U形臂281绕保持件251的前面延伸，并包括保持件251一侧一个的两个朝下悬垂钩件287，各钩件包括面向铰链轴258的凸轮表面288。保持件251的固定下部件255设置了两个凸部259或棘爪，在与钩件287大致对齐的前边缘260或其附近的下部件255一侧一个。

如图4所示，U形臂281可由一件塑料模制件形成，包括符合人体工程学的把手和与臂一体形成的钩件287。

筒固定件257可转动地安装到保持件251的上部件和下部件255、256之间。固定件257设置有基本为圆形的凹部290，其在使用时接收饮料筒1。凹部290包括不规则部分291，以适应饮料筒1的把手部分24，还用于防止饮料筒1在保持件251中转动。筒固定件257相对固定的下部件255具有弹性，使得在如图7所示的打开位置，筒固定件257偏置脱离与固定的下部件255的接触，使得筒固定件257移动脱离与出口和入口刺破件254、253的接触。筒固定件257设置有用于在筒固定件257移动到封闭位置时接收入口和出口刺破件253、254和筒识别机构252的头部300的孔292。

上部件255包括收容圆形观察窗口312的大致圆形的主体310，使用者在分配循环过程中可通过该窗口观察饮料筒1，并视觉确定是否筒1装载到机器201中。观察窗口312为具有向下指向的边沿311的杯形。此外，根据本发明，观察窗口312设置有具有如图7所示的向内指向的管状延伸件500形式的夹持件。延伸部500朝下部件256指向，并当位于图6所示的关闭位置时，平放在调制头的体积中。观察窗口312能够相对上部件255的主体310轴向移动。实现相对移动的一种配置是提供定位在观察窗口312和圆形主体310之间的波状弹簧(未显示)，或类似的弹性机构，如橡胶环。在备选配置中，设置一系列在观察窗口312和主体310之间延伸的螺旋压缩弹簧(未显示)。在这两种情况下，弹性机构允许观察窗口312相对圆形主体312轴向移动很小程度。

当保持件251处于关闭位置时，观察窗口312的管状延伸件500的远端501支承在饮料筒1的夹持表面18a，将其如图6所示偏置到下部件256，(其中显示出该配置容纳前面描述的第二实施例的筒)。管状延伸件500施加到外部构件2的压力确保筒1和保持件251之间的流体密封。应当指出，观察窗口312的高度从而调制头的高度使得可插入各种高度的筒。在图6中，该配置显示为具有上面描述的第二实施例的较高筒。相同的调制头还可适应第一实施例的较短筒。在这种情况下，筒1的上表面11和窗口312之间存在间隙。但是，筒1在入口和出口由管状延伸件500所施加的压力完全密封。

下部件255包括入口和出口刺破件253，254和筒识别机构252的头部300。入口刺破件253包括具有锋利的端部261的中空针状管260，以便在使用时刺破饮料筒1的叠层5。如图7所示，入口刺破件253与水管262流体连通，该水管通过下部件255，并连接到水加热器225的出口管道263。出口刺破件254在类型上类似于申请人的欧洲专利EP 0389141和EP 0334572所描述的出口刺破件，并包括具有尺寸大于排出管口43的圆形或D形截面的端部开口的圆柱体264。出口刺破件254的上端部的弧形部分265是锯齿状的，以刺破并最终割开饮料筒1的叠层。上端部的其余部分沿圆柱体的纵向修剪(cut back)，至少到达齿状部分的齿266的底部，以便在饮料经其进行分配之前折叠或拉动切割的叠层5远离出口孔。出口刺破件254从排出管口43的外面刺破叠层5，当筒固定件257处于关闭位置时，静止在排出管口43和排放漏斗40的外壁42之间的环带内。出口刺破件254将切割的叠层105折回到环带。因此，出口刺破件254和切割的叠层105都保持脱离排出饮料的路径。

出口刺破件254由相对其周围物突出0.5mm的突出部分254a包围。

有利的，出口刺破件254可从下部件255取下，以使其能够进行彻底清洗，例如在洗碗机中。可取下的出口刺破件254可接收在下部件255的凹部267中，刺破件承坐在凹部267内。入口刺破件253和/或出口刺破件254可用金属制造，如不锈钢，或用塑料材料制造。有利的，通过使用能够用非金属材料刺破和切割的叠层5允许能够使用塑料切割件。接下来，刺破件253、254可制造得不那么锋利，这降低了消费者受伤的风险。此外，塑料刺破件不容易生锈。优选的，入口刺破件253和出口刺破件254由可从下部件255取下的单个整体单元形成。

在使用时，保持件251的上部件256可从如图1b所示的其竖直定向或朝向竖直方向的打开位置移动到其基本水平定向并与固定的下部件255和筒固定件(mount) 257互相啮合的关闭位置。上部件256通过夹持杆的操作从打开位置移动到关闭位置。为关闭上部件256，使用者可通过U形臂281握住夹持杆并向下拉。接下来，上部件256转动，首先使观察窗口312的管状延伸件500接触饮料筒1的夹持表面18a。上部件256的继续转动使上部件256和筒固定件257向下与下部件255接触。U形臂281的进一步转动使得U形臂281相对上部件256和下部件255转动，导致上部件256的钩件287啮合下部件255的凸部259，同时凸轮表面288越过凸部259。在最后转动阶段，筒1压在筒固定件257和观察窗口312之间。其结果是，观察窗口312克服波状弹簧或螺旋弹簧的偏置相对上部件256的圆形主体310轴向略微移动。这种移动使得饮料筒1和饮料制备机器的公差被吸收，并确保施加到筒的压力量保持在可接受的范围内。该机构的夹持力在被波状弹簧或螺旋弹簧的作用力缓和后确保了筒上的夹持压力。已经发现，需要50N到280N之间的压力。应当指出，在不对筒1的密封产生有害作用的情况下，利用这个机构产生更低压力水平是可能的。在关闭调制头的过程中，筒1的叠层5随着其接触包围出口刺破件254的突出部254a而张紧，这使得叠层5随着圆柱形漏斗的外管42的远端相对凸缘35向上移动0.5mm而扰曲离开面。该移动还确保施加到筒的大部分压力通过承载的内部构件3作用到筒1的中心区域。这些夹持力有助于防止筒1在受压过程中损坏，还可确保内部构件3和外部构件2互相充分就位，因此所有的内部通道和孔即使在内部承压过程中仍保持其预计尺寸。

在关闭位置，管状延伸件500的远端501和下部256的间隔由图6中的标记D显示。该距离由观察窗口312、主体310和下部件256的尺寸确定。距离D选择成等于或边际式小于夹持表面18a和筒1的层叠下表面之间的距离d。通过这种方式，当关闭调制头后，筒1受到固定的已知程度的压力。此外，由于对两种类型的筒距离d是相同的，筒的第一和第二实施例都可以相同程度的压力夹持。

在保持件251的第一和第二支点283，285之间可画出虚基准线。如图7所示，在打开位置时，第三支点286位于最靠近固定下部件255的基准线一侧。随着上部件256到达关闭位置，夹持杆的第三支点286穿过连接第一和第二支点283、285的基准线，到达线的相对侧，距离固定的下部件255最远。接下来，U形臂281从第一稳定位置突变到(snap through)第二稳定位置。这种突变动作由缩短通过过中心臂和弹性套282c的持续压缩进行调节。一旦第三支点286通过虚基准线，则弹性套282c的恢复使得第三支点286继续离开虚基准线的运动。因此，夹持杆具有双稳定操作，其中杆在打开或关闭位置是稳定的，而在第三支点286位于连接第一和第二支点283、285的虚基准线上时是不稳定的。因此，夹持杆的突变动作提供了主动关闭机构，其导致明确的关闭动作，其中在夹持杆转动的最后阶段，U形臂281和第二臂284的突变动作迫使钩件287与凸部259牢固啮合。此外，弹性套282c提供了重新打开上部件256的抗力，因为只要很小的力来压套282c就足以将第三支点286移动成与连接第一和第二支点283、285的基准线共线。有利的，钩件287和凸部259的互相啮合防止除了通过转动夹持杆以外上和下部件的分离。这对于在操作期间当调制头250受到内部压力时防止调制头250打开是有用的。

识别机构252的目的是允许机器201识别已经插入的饮料筒1的类型，并相应调整一个或多个操作参数。在一典型的实施例中，识别机构252包括读取如图10所示并在上文讨论的设置在饮料筒1的叠层5上的印刷条码320的光学条码读取器。光学条码读取器包括一个或多个对条码320进行照明的LED 321、获取条码图象的聚焦透镜322、以及用于产生获取图象的电信号表征的电荷耦合器件(CCD) 323以及LED和CCD的支撑电路。用于容纳条码读取器的下部件空间是有限的。可使用一个或多个反射镜324将来自LED 321的光线反射到不位于下部件255的聚焦透镜。在图9a和图9b中显示了示意性配置。下部件255包括尺寸与饮料筒1的条码320相同的孔326。孔326可由窗口封闭，优选是玻璃，该窗口能够传输条码读取器产生的信号。在使用时，产生的电信号由信号处理软件进行解码，结果输送到控制处理器。该软件可识别条码的读取是否有误，尽管如上文所描述的，通过条码320相对入口的特定位置使发生这些错误的可能最小化。在错误信息呈现给消费者之前，条码320可重复扫描多次。如果机器201不能读出编码，使用者能够使用手动操作模式使用饮料筒1进行分配饮料。作为备选方案，提供RFID读取器来读取位于筒1的RFID。

调制头250还可包括用于检测筒是否处于保持件251内的筒传感器。

调制头250还可包括检测保持件251是否正常关闭的锁定传感器。锁定传感器优选包括在保持件251关闭并锁定时被触发的微开关。筒传感器和锁定传感器优选串联，使得两个传感器的输出必须符合要求，即在分配循环能够开始前，筒存在并且机构锁定。

机器201的操作包括将饮料筒1插入调制头250、执行对饮料进行分配的分配循环以及从机器取出筒1。

机器201的操作行为由嵌入控制处理器的软件决定。

为插入筒1，如上面所描述地打开保持件251以便外露筒固定件257。然后将筒1放置到接收于凹部290内的筒固定件257上，使得筒的把手24位于不规则部分291。筒1的光学或磁性条码320或RFID直接定向在筒固定件257的孔326的上方。随后，通过如上文所描述地操作夹持杆关闭保持件251。在关闭过程中，入口和出口刺破件253、254刺破筒1的叠层5，以形成筒入口121和出口122。如上面所描述的，由出口刺破件254切开的叠层5向上折叠到包围排出管口43的环带内。当关闭时，保持件251绕边沿35将筒1夹紧在筒固定件257和上部件256之间和/或在窗口311和筒1的顶部11之间，以便形成整体性足以承受分配循环过程中形成的压力的流体密封。

为了开始操作循环，使用者操作启动/停止按钮241。

操作循环包括以下步骤：筒识别和排出循环。

假定筒传感器和锁定传感器的输出是符合要求的，筒识别由上面所描述的光学识别系统252进行。一旦条码320或RFID已经解码，由控制处理器对机器201的操作参数进行调节。然后自动启动排出循环。

排出循环具有四个主要阶段，对于全部饮料类型并不是所有的阶段都是有用的：

(i) 预润湿

(ii) 暂停

(iii) 调制/混合

(iv) 清洗。

在预润湿阶段，通过水泵230用来自储水罐220的水充装筒1。用水进行充装使得过滤腔130中饮料组分200得到润湿。可以以600ml/min的快流速或325ml/min的慢流速进行充装。慢充满速率对于容纳粘性液体饮料组分的筒非常有用，该组分要求在能以较高体积流速泵送之前进行稀释。注入筒1内的水的体积可选择成确保在该阶段中水或饮料不会滴出筒出口122。

暂停阶段允许饮料组分200浸泡在预润湿过程注入的水中预定时间。预润湿和浸泡阶段公知可增加从饮料组分200的提取物的产量，并改进饮料的最终味道。预润湿和浸泡特别用于饮料组分是焙烤和研磨的咖啡的情况。

在调制/混合阶段，水通过筒1，以便由饮料组分200产生饮料。水的温度由控制处理器决定，控制处理器向水加热器225发送指令以便加热从水罐220通到调制头250的水。水进入保持件251的下部件，通过管路262经入口阀门和入口刺破件253进入饮料筒1的入口腔126。调制和/或混合以及后续从饮料筒1分配饮料与上面参照饮料筒1的版本描述的一样。

空气清洗包括将加压的空气吹过饮料制备机器和饮料筒1，以确保分配所有的饮料和清洁流路准备分配另一种饮料。空气清洗不在调制/混合阶段停止后立即开始，以便允许流体的大部分来清洁流路。这样防止了在空气清洗开始时内部压力出现不能接受的峰值。

正常操作时，使用者通过操作启动/停止按钮241手动停止机器201。

一旦操作循环已经完成，消费者通过打开保持件251，并且手动取下并处置筒来取出筒1。作为备选方案，机器201可设置有用于在打开保持件215后自动取出筒的自动弹射机构。

Claims (27)

1. 一种饮料制备机器，其包括用于接收各种高度的饮料筒的调制头以及使水介质通过所述饮料筒以便由容纳于所述筒内的一种或多种饮料组分形成饮料的机构，所述调制头包括第一部件和第二部件，所述第一和第二部件可彼此相对地从打开位置移动到关闭位置，在所述打开位置中所述饮料筒可接收于所述调制头内，在所述关闭位置中所述饮料筒可固定保持在限定于所述第一和第二部件之间的调制头空间中，所述调制头的第一部件包括在所述调制头空间内部分地朝所述第二部件延伸的夹持件，使得当所述第一和第二部件处于关闭位置时，所述夹持件的远端和所述第二部件之间彼此相距固定距离，在使用时，各种高度的饮料筒可夹持在所述夹持件的远端和所述第二部件之间的所述调制头空间内，且所述固定距离导致在所述各种高度的饮料筒上施加均匀压力。

2. 根据权利要求1所述的饮料制备机器，其特征在于，所述夹持件位于所述第一部件的中心或其附近，以便夹持在其中心或附近接收于所述调制头中的饮料筒。

3. 根据权利要求1所述的饮料制备机器，其特征在于，所述夹持件包括在使用时与所述饮料筒的凹部配合的延伸部。

4. 根据权利要求1所述的饮料制备机器，其特征在于，所述调制头空间的体积大于50ml。

5. 根据权利要求1所述的饮料制备机器，其特征在于，所述调制头空间的高度在15到30mm之间。

6. 根据权利要求1所述的饮料制备机器，其特征在于，所述夹持件朝所述第二部件延伸所述调制空间高度的50%到70%之间的距离。

7. 根据权利要求6所述的饮料制备机器，其特征在于，所述夹持件朝所述第二部件延伸所述调制空间的高度的大约60%的距离。

8. 根据权利要求1所述的饮料制备机器，其特征在于，在使用时，至少两个高度的饮料筒可夹持于所述夹持件的远端和所述第二部件之间的所述调制头空间内。

9. 一种饮料制备系统，包括如权利要求1到8任意一项所述的饮料制备机器和多个各种高度的饮料筒，其中各所述饮料筒包括位于所述饮料筒第一侧上的第一夹持表面和位于所述饮料筒相对侧上的第二夹持表面，其中各所述饮料筒的第一和第二夹持表面间隔开一定均匀距离，所述均匀距离等于或边际式大于处于关闭位置时所述饮料制备机器的夹持件和第二部件之间的距离。

10. 根据权利要求9所述的饮料制备系统，其特征在于，各所述饮料筒包括位于所述第一侧上的凹部，所述第一夹持表面设置在所述凹部的底部或其附近。

11. 根据权利要求10所述的饮料制备系统，其特征在于，当所述调制头的第一和第二部件处于关闭位置时，所述夹持件可在所述凹部内延伸，使得所述夹持件的远端可接触所述第一夹持表面。

12. 根据权利要求9所述的饮料制备系统，其特征在于，所述调制头空间大于50ml。

13. 根据权利要求9所述的饮料制备系统，其特征在于，所述饮料筒包括可夹持在所述夹持件的远端和所述第二部件之间的调制头空间内的至少两种高度的筒。

14. 根据权利要求13所述的饮料制备系统，其特征在于，所述饮料筒包括具有第一高度和存储体积的第一筒型以及具有大于所述第一筒型的第二高度和存储体积的第二筒型。

15. 根据权利要求14所述的饮料制备系统，其特征在于，所述第一筒型的高度小于18mm，而存储体积小于35ml。

16. 根据权利要求14所述的饮料制备系统，其特征在于，所述第二筒型的高度大于25mm，而存储体积大于或等于35ml。

17. 一种饮料筒，包括容纳一种或多种饮料组分并包括具有细长凹部的外表面的存储体积，所述凹部朝所述筒的相对表面延伸所述饮料筒高度的50%到70%之间的距离，所述凹部在使用时适于接收饮料制备机器的夹持件，其中所述凹部限定用于所述夹持件的夹持表面。

18. 根据权利要求17所述的饮料筒，其特征在于，限定一种或多种饮料组分的存储体积在40到60ml之间。

19. 根据权利要求18所述的饮料筒，其特征在于，所述一种或多种饮料组分的存储体积大于或等于50ml。

20. 根据权利要求17所述的饮料筒，其特征在于，所述饮料筒的高度大于25mm。

21. 一种分配单份过滤饮料的方法，包括以下步骤：

提供容纳一种或多种适合用于在存储体积中进行调制的饮料组分的饮料筒；

使水介质通过所述一种或多种饮料组分由此形成过滤饮料；

将所述过滤饮料从所述筒分配到容器中；

其中所述饮料筒的存储体积在40到60ml之间；

其中所述分配饮料的体积大于400ml。

22. 根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述分配饮料的体积大于600ml。

23. 根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述分配饮料的体积大于700ml。

24. 根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述饮料组分是焙烤和研磨的咖啡，速溶咖啡，速溶茶或茶叶。

25. 根据权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

提供容纳适合用于在存储体积中发泡的一种或多种饮料组分的第二饮料筒；

使水介质通过所述一种或多种饮料组分以便由此形成发泡的饮料部分；

将所述发泡的饮料部分从所述第二饮料筒分配到容器以便由此形成卡布奇诺型饮料；

其中所述第二饮料筒的存储体积在40到60ml之间；并且

其中所述分配的发泡饮料部分的体积大于200ml。

26. 根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述分配的发泡的饮料部分的体积大于300ml。

27. 根据权利要求25或26所述的方法，其特征在于，可发泡的饮料组分包括液体牛奶、基于牛奶的制品或者基于巧克力的制品。

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