CN104619217B - 具有安全结构的食品制备机器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及饮料制备机器(1)，其包括：‑用于保持胶囊的胶囊保持件(8)，‑流体输送系统，‑冲煮头(3)，该冲煮头具有用于接纳所述胶囊保持件(8)的开口和与流体输送系统连接的注入支撑件(17)，‑由所述支撑件(17)支撑的注入板(18)，该注入板包括通过所述支撑件与流体输送系统连接的上表面(23)，其特征在于：所述的注入板(18)包括与连接其上表面(23)和下表面(22)的流体输送通路相独立的至少一个通道(21)，所述的通道(21)适合至少从所述注入板(18)的下表面(22)向上表面(23)循环流体，所述的通道(21)还包括至少一个刺穿元件(24)，所述刺穿元件具有附接到所述注入板的基部(25)以及指向所述注入板的下表面(22)的尖端(26)。

Description

具有安全结构的食品制备机器

技术领域

本发明涉及适用于封闭的配料胶囊的用于制备食品和/或饮料的机器，其包括内置的避免胶囊阻塞的结构。

背景技术

饮料制备机器在食品工业和消费品市场中被熟知。这样的机器允许消费者在家中制备特定类型的饮料，例如基于咖啡的饮料，例如意式浓缩咖啡或者冲煮类咖啡。

今天，大多数家庭式的饮料制备机器包括由能够容纳用于饮料制备的成份配料的机器构成的系统。这些成份配料可以是软质的易理包或垫包，或包袋，但是越来越多的系统使用半刚性或刚性的成份配料，例如刚性易理包或胶囊。在下文中，将考虑所述饮料机器是处理刚性或半刚性胶囊的饮料制备机器。

该机器优选包括用于容纳所述胶囊的容器以及用于将流体、优选为水在压力下注入到所述胶囊中的流体注入系统。在压力下注入到胶囊中用以制备咖啡饮料的水优选是热的，也就是说处于高于70℃的温度。然而在一些特定情形中，水也可以处于环境温度，或甚至冷却的温度。在胶囊内含物的提取和/或溶解期间，针对可溶解产品而言，胶囊腔室内部的压力典型地是约1bar至约8bar，而针对烘焙和研磨咖啡的提取而言则是约2bar至约12bar。本发明还可以包括饮料制备的所谓“冲煮”过程，尤其是用于茶和咖啡。冲煮涉及用流体(例如热水)浸泡配料一段时间，而提取或溶解制备过程允许消费者在数秒内制备例如为咖啡的饮料。

通常，在下面的说明书中，用流体对配料“冲煮”的表述意味着包括提取可食用的粉末材料例如烘焙和研磨咖啡粉，或者溶解可食用的可溶材料例如速溶茶或咖啡、牛奶、可可混合物，或者在很低的相对压力或大气压力下使用浸泡流体浸泡可食用材料，浸泡时间比提取或溶解所需的时间要长，例如用热水来浸泡茶叶。

在压力下提取和/或溶解密封胶囊内含物的原理是已知的，并且通常包括：将胶囊限制在机器的容器中，通常在利用诸如安装在机器上的流体注入针的穿刺注入元件刺入胶囊的表面以后，将一定量的加压水注入到胶囊中，从而在胶囊内部形成加压环境以提取或溶解物质，然后将所提取的或所溶解的物质从胶囊中释放。允许应用该原理的胶囊已经例如在申请人的欧洲专利EP1 472 156B1和EP 1784 344 B1中描述。

允许应用所述原理的机器已经例如在专利CH 605 293和EP 242 556中描述。根据这些文献，机器包括用于胶囊的容器以及制造成中空针形式的穿孔和注入元件，所述的中空针在其远侧区域包括一个或多个液体注入孔。所述针具有双重功能：一方面打开胶囊的顶部部分，另一方面其形成水进入胶囊的进入通道。

机器还包括流体罐，该流体罐用于储存用来在压力下溶解和/或浸泡和/或提取容纳在胶囊中的配料的流体，在大部分情形下所述的流体是水。机器包括诸如为煮器或热交换器的加热元件，该加热元件能够将其中使用的水加热到工作温度(典型地高达80-90℃的温度)。最后，机器包括用于使水从罐可选地经加热元件循环到胶囊的泵元件。水在机器内循环的方式例如藉由选择用阀装置来选择，所述阀装置例如是在申请人的欧洲专利申请EP2162653A1中描述的类型的蠕动阀。

当待制备的饮料为咖啡时，制备所述咖啡的一种令人感兴趣的方式是向消费者提供容纳有烘焙和研磨咖啡粉末的胶囊，该烘焙和研磨咖啡粉末待由注入到胶囊中的热水来提取。

已经针对这种应用研发了胶囊，所述的胶囊在申请人的欧洲专利EP1 784 344 B1中描述和要求保护，或者在欧洲专利申请EP 2 062 831中有所描述。

简而言之，这种胶囊典型地包括：

–中空的主体和注入壁，该注入壁不能渗透液体和空气并连接在所述主体上且适合由例如机器的注入针刺破，

–容纳一层待提取的烘焙和研磨咖啡或者例如为奶粉或可溶茶粉的可溶解的饮料前体配料的腔室，

–设置在胶囊底端的、气密地密封胶囊以用于保持腔室内部压力的铝膜，此底部膜与穿刺装置相关联，该穿刺装置用于在腔室内的内部压力达到特定的预定值时在所述的铝膜中刺出分配孔，

–可选地，构造成打断流体射流以降低注入到胶囊中的流体射流的速度并使流体以减低的速度在物质层上分配的装置。通常对于用户重要的是，知道何时在机器罐中的水位对于制备一份完整的饮料而言过低。

在很多情况下，饮料制备机器中使用的胶囊是如上所述的封闭胶囊。这些封闭胶囊是有意义的，因为其能够保护其内含的配料免受周围气体和湿气的影响并且允许长的储存时间。典型地，这种密封胶囊由气体和/或湿气不能渗透的材料制成，并且具有刚性的或半刚性的本体，所述本体的其中一个壁——例如顶壁——由将由饮料制备机器的流体注入针刺破的膜构成。当在胶囊隔室内注入流体后，其中就建立了压力，所述的压力作为用于通过胶囊的分配壁——典型地为底壁——提取胶囊内含的配料的提取手段。

然而，除了上述的对于客户明显的好处以外，密封胶囊也会产生特定的问题。

已经发现在一些情况下——通常是例外的情况下，当机器开始在压力下向胶囊内注入流体(例如水)，当胶囊内的流体压力增加时位于胶囊分配侧的膜没有打开。

第一个结果是，饮料没有分配给客户，客户需要从机器上抽出阻塞的胶囊，用一个新胶囊取代它。然而，抽出的工作可能会杂乱，因为胶囊内的流体处于压力状态，并且当客户打开机器时，注入针从胶囊的顶壁(例如顶膜)移开，处于压力下的流体从胶囊中流出，或者有时甚至喷溅出来，当然，这些都是不希望的。

更严重的是，在有些情况下，饮料制备机器包括一个安全装置，所述的安全装置在胶囊中的压力没有降低到预先设定值之前阻止打开胶囊隔室。在胶囊阻塞的情况下，机器不能重新打开，除非用一个刺破工具将胶囊刺破，例如从胶囊下方接近分配用的可刺破膜，这同样是不希望的并且不是用户友好的。

尽管这些胶囊阻塞的例子是例外的，但仍然十分希望提供能避免胶囊阻塞的食品和/或饮料制备机器。这是本发明的主要目的。

在欧洲专利申请EP 1529469 A1中描述了一种饮料制备机器，其包括具有一个在压力下向胶囊中注入流体的注入针的板，所述的胶囊功能性地插入到所述机器中并与所述的板接触。所述的板还包括一组大大突出于板表面之外的中空提取针，中空提取针距板表面的距离使得当胶囊正常地功能性插入到机器中时，提取针也刺破胶囊的壁并且允许从该处引出饮料产品，并将其运送到机器的饮料输送出口。这份文件并没有提供当胶囊的正常输送开口没有起作用时对于阻塞胶囊的安全解决方案。

发明内容

上述的主要目的通过一种饮料制备机器实现，该机器用于通过注入流体到胶囊中而从容纳在胶囊中的食品物质制备饮料，所述机器包括：

-用于保持胶囊的胶囊保持件，所述保持件具有杯状的主体、手柄部分和穿过所述主体的底部的分配开口；

-流体输送系统，其包括流体贮器、流体泵、可选地流体加热器，所述流体贮器、泵和加热器通过流体管道连接；

-冲煮头，所述冲煮头具有用于接纳所述胶囊保持件的开口，以及连接到流体输送系统的注入支撑件；

-由所述支撑件支撑的注入板，所述注入板包括通过所述的支撑件与流体输送系统连接的上表面，所述注入板还包括位于所述注入板的下表面中的流体注入元件，使得所述注入元件能够通过刺穿胶囊的柔性注入壁而向胶囊中注入流体。

所述注入板还包括独立于连接其上表面和下表面的流体输送通路的至少一个通道，所述通道适于至少从所述注入板的下表面向上表面循环流体，所述通道还包括至少一个刺穿元件，所述刺穿元件具有附接到所述注入板的基部以及指向所述注入板的下表面的尖端。

因此，本发明包括在针板中集成与刺穿元件结合的孔。由于胶囊的顶膜在孔的区域内不受支撑的事实，当胶囊内的流体压力增加时(在用于饮料制备的注入期间)顶膜将变形，并且朝向刺穿元件向上弯曲，该刺穿元件将刺穿所述顶膜从而释放压力。

在本发明的一个主要的特征方面，刺穿元件的尖端位于针板的通道内部，或者以距注入板的表面一定距离伸出到所述通道之外，所述距离在1μm至2mm之间，优选在100μm至1mm之间，更优选地在200μm至500μm之间。

清楚的是，刺穿元件的功能不是在正常使用情况下刺入胶囊。在正常使用情况下，胶囊的上注入壁被机器的注入针刺穿，该注入针向其中注入加压流体(例如水)，所述流体与胶囊内含的前体配料混合以形成例如为饮料的食物产品。随着流体被注入至胶囊内，压力升高直到达到预定值，此时胶囊的输送壁打开以释放食物产品。胶囊的输送壁不同于胶囊的注入壁。根据本发明的刺穿元件用作保险系统(fuse system)：当胶囊的输送壁没有在流体压力升高的作用下打开的情况下，胶囊的上部柔性膜将向上弯曲并且压在机器的注入板上，在该注入板上所述柔性膜将与刺穿元件接触。随着压力的持续增加，胶囊的注入壁越来越多地压向刺穿元件，直到注入壁将被刺穿元件刺穿。在此情况下，胶囊内的流体压力被释放，这避免了机器内部的阻塞的胶囊。换言之，刺穿元件相对于机器的其它功能元件设计和确定尺寸为使得——即，刺穿元件的刺穿尖端相对于注入板的表面的距离使得——刺穿元件仅能够在胶囊没有正常打开的例外情况下刺穿胶囊。在这个意义上说，它们仅用作安全结构。

有利地，所述的尖端为圆锥形的。

此外，刺穿元件可以为空心的(类似于针)，或者也可为实心的/普通的(plain)。

在本发明的一个优选实施例中，刺穿元件包括与通道的内表面相连接的基部，所述基部的横截面沿着至少一个半径方向小于所述通道的对应横截面。

所述注入板可以由金属或合金实心材料制成，并且在其下表面覆盖有弹性材料；所述刺穿元件优选由刚性金属材料构成。

附图说明

本发明的另外特征和优点在下面结合附图给出的对当前优选实施例的描述中将予以描述和变得明显，在附图中：

图1是根据本发明的饮料制备机器的立体示意图；

图2是图1所示的机器的冲煮头的内部放大立体示意图；

图3是根据本发明的具有通道和刺穿元件的针板的立体示意图；

图4和5是类似于图3的针板的底部和侧面示意图；

图6是根据本发明的刺穿元件的立体示意俯视图。

具体实施方式

本发明涉及图1示出类型的机器1。这种机器1包括水储存器2、冲煮头3、能相对于冲煮头设置在不同高度的杯托盘4、控制面板和按钮5。在一个可能的实施例中，控制按钮更具体地包括旋转轮6，并且所述的控制面板为屏幕7。配料胶囊可以放置在胶囊保持件8中，该胶囊保持件可拆卸地插入至冲煮头3中。屏幕7适于向顾客显示各种信息，例如在杯中分配的体积液位9。用户还可以通过致动位于冲煮头表面上的靠近所述的轮和屏幕的热或冷按钮11来选择将要制备的饮料的温度。

图2示意性的示出一个实施例中冲煮头3在其打开位置时的内部构造。胶囊保持件8装载有一个胶囊12。所述的胶囊具有可刺破的顶膜13和顶部外周边缘14。冲煮头3典型地包括具有手柄15的打开/关闭机构和机械地连接手柄至支持板17的关节机构16。支撑板17承载注入板18，当冲煮头位于关闭位置时，注入板18被移动至以不可泄露的方式与胶囊的外周边缘14和顶膜13直接接触。该注入板为承载一个注入针19的针板18，在冲煮头关闭时该注入针19刺穿胶囊的顶膜。针19以流体的方式(通过管道)与机器的泵、加热元件、贮液器(未在图中示出的元件)连接。

针板18包括数个清洁通道21。这些通道21是连接针板的下表面22和上表面23的通孔。这些通道完全与从机器的流体系统向针输送水的流体输送通路独立。所述通路不与针板的上部部分23相通。流体输送通路不能直接输送流体(例如水)至针板的上表面23。清洁通道21的直径范围为0.4至7.0mm之间，更具体地，直径约为1.5mm。

如图3,、4、5所示，针板18还包括分别位于相应的清洁通道21中的多个刺穿元件24。每一个刺穿元件24包括一个与所述的注入板连接的基部25和一个指向所述注入板的下表面22的尖端26，所述的尖端因而在下面将要更详细论述的特定情况下与胶囊的顶膜(顶壁)接触。

每一个刺穿元件的尖端26位于相应的清洁通道21的内部。如图6示出的，刺穿元件24的每个基部25的横截面基本为卵形的，并且沿着至少一个径向方向，该基部25的尺寸小于其装配至其中的通道21的相应横截面。因为如图6中虚线所示清洁通道为圆柱形，所以在所述的刺穿元件24和相应的清洁通道21的内表面之间提供了一对侧面通道27。

如上面所解释的，在正常操作期间，在胶囊内的压力升高，并且胶囊在其分配侧(底侧)打开以使得饮料流至下方放置的杯子中。

在胶囊阻塞的情况下，当胶囊内的流体压力增加时，其顶膜会向上弯曲，它的形状将会紧密地贴合针板的下表面22，可选地进入至通道21中。然后顶膜将会与每一个刺穿元件24的尖端26接触，所述的尖端将会刺穿所述的顶膜以释放压力并且疏通胶囊。加压流体有利地经侧面通道27流向针板18的上表面，所述的针板18随后可以从机器上取下以进行清洁。通过疏通胶囊，机器的安全装置——如果存在的话——被解除连接，这允许用户解锁所述机器的冲煮头。

已经发现，通过在与针板的下表面22大约相同的位置放置刺穿元件24的尖端26，保证了在胶囊阻塞的情况下，当胶囊内的流体压力略微高于所述胶囊的最大正常打开压力时(即胶囊内的压力包含在15至20bar之间)，胶囊的顶膜将向上弯曲并且被刺穿。

Claims (10)

1.一种饮料制备机器(1)，用于通过注入流体至胶囊(12)而从所述胶囊(12)内容纳的食品物质制备饮料，所述机器包括：

-用于保持胶囊的胶囊保持件(8)，

-包括流体贮器(2)、流体泵的流体输送系统，所述贮器、泵通过流体管道连接，

-冲煮头(3)，该冲煮头具有用于接纳所述胶囊保持件(8)的开口，和与所述流体输送系统连接的注入支撑件(17)，

-由所述支撑件(17)支撑的注入板(18)，所述注入板(18)包括通过所述支撑件与流体输送系统连接的上表面(23)，所述注入板(18)还包括位于所述注入板(18)的下表面(22)中的流体注入元件(19)，使得所述注入元件(19)能够通过刺穿胶囊的一柔性注入壁而向胶囊(12)中注入流体，

所述注入板(18)包括与流体输送通路相独立的至少一个通道(21)，所述至少一个通道(21)连接注入板的上表面(23)和下表面(22)，所述通道(21)适合至少从所述注入板(18)的下表面(22)向上表面(23)循环流体，所述通道(21)还包括至少一个刺穿元件(24)，所述刺穿元件具有附接到所述注入板的基部(25)以及指向所述注入板的下表面(22)的尖端(26)，其特征在于：所述尖端(26)位于所述通道(21)内，或者所述尖端(26)以距所述注入板(18)的下表面(22)一定距离伸出到所述通道(21)之外，所述距离在1μm至2mm之间，其中，所述刺穿元件的尖端相对于所述注入板的下表面的距离使得刺穿元件仅能够在胶囊没有正常打开的例外情况下刺穿胶囊。

2.根据权利要求1所述的机器(1)，其中，所述尖端(26)为圆锥形。

3.根据前述任一项权利要求所述的机器(1)，其中，所述刺穿元件(24)为空心的。

4.根据权利要求1或2所述的机器(1)，其中，所述刺穿元件(24)为实心的。

5.根据权利要求1或2所述的机器(1)，其中，所述刺穿元件(24)包括附接到所述通道(21)的内表面的基部(25)，所述基部(25)的横截面沿着至少一个径向方向小于所述通道(21)的相应横截面。

6.根据权利要求1或2所述的机器，其中，所述注入板(18)由金属或合金实心材料构成，并且在所述注入板的下表面(22)上覆盖有弹性材料。

7.根据权利要求1或2所述的机器(1)，其中，所述刺穿元件(24)由刚性金属材料构成。

8.根据权利要求1所述的机器(1)，其中，所述流体输送系统还包括流体加热器，所述贮器、泵和加热器通过流体管道连接。

9.根据权利要求1所述的机器(1)，其中，所述距离在100μm至1mm之间。

10.根据权利要求1所述的机器(1)，其中，所述距离在200μm至500μm之间。