CN104981183B

CN104981183B - 利用离心作用来提取液体的包括热损失补偿装置的饮料生产设备

Info

Publication number: CN104981183B
Application number: CN201380072750.3A
Authority: CN
Inventors: A·佩雷特斯; A·约阿基姆; J-L·科兰托尼奥; A·斯托布
Original assignee: Societe dAssistance Technique pour Produits Nestle SA
Current assignee: Societe des Produits Nestle SA
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2019-02-26
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: PT2931089T; EP2931089A1; US20150305546A1; WO2014090850A1; CN104981183A; BR112015013649A2; JP6377071B2; US10405689B2; CA2894423A1; JP2016503670A; RU2015128074A; AU2013357395A1; EP2931089B1; AU2013357395B2; ES2698530T3

Abstract

本发明涉及一种饮料生产设备，用于通过液体和食物配料之间的相互作用形成液体提取物并利用从食物配料通过的液体的离心作用来制备液体提取物，该饮料生产设备包括：用于接纳食物配料的冲煮单元(2)，用于收集被离心分离到离心单元之外的液体提取物的收集单元(18)，与所述离心单元连接以驱动所述离心单元旋转的驱动装置，与所述离心单元连接以将液体供给到所述离心单元中的液体供给装置，其中，该收集单元(18)包括用于加热供给到离心单元中的液体的加热器(10)，所述加热器(10)设置成在液体提取物离开冲煮单元(2)之后进一步加热液体提取物。

Description

利用离心作用来提取液体的包括热损失补偿装置的饮料生产设备

技术领域

本发明涉及一种通过利用离心力使液体从食物配料如咖啡粉通过来由所述配料生产液体食品的设备。具体而言，本发明涉及一种改进的设备和方法，其中液体食物在离心分离之后在合适的热温度下排出。此外，本发明涉及一种用于这种设备的收集单元。

背景技术

已知利用离心力通过分离由冲煮的咖啡和咖啡粉组成的混合物来制备饮料。这种混合物是通过使热水和研磨咖啡粉互相作用一定时间而获得的。然后强制使水通过筛网，在该筛网上存在粉末材料。

已有的离心系统的不便之处在于，从设备排出的液体提取物处于过低的温度。具体而言，液体提取物由于与设备的收集器的很大表面的热交换而在收集装置中冷却下来。事实上，根据离心法的原理，冲煮单元沿中心轴线旋转以形成撞击在大致管状的撞击表面上的液体薄层或射流。液体与一个表面接触并从该表面滴落，该表面例如可以等同于第一撞击表面，在它为纯圆柱体的情况下可具有至少约500mm²的面积。此外，液体通常被收集在通向至少一个分配管道的U形腔内，其同样形成与所提取的液体的很大的接触区域。此外，诸如茶杯的容器进一步冷却液体，除非该容器在被安置到设备下方以接收液体之前已被加热。

此外，已知某些饮料配料如烘培和研磨咖啡必须使用在特定温度范围内的经加热的液体例如热水来冲煮，以确保配料的充分提取，包括期望的芳香族化合物的捕集。因此，在冲煮单元中供给的液体不能过热以补偿在提取之后液体发生的温度损失，因为过热将不利地影响提取品质。例如针对咖啡或茶而言，必须遵守实现最佳冲煮的温度范围以确保最终饮料的最佳品质。此外，咖啡饮料的其它品质特性在制备期间必须保留，例如称为“克丽玛(crema)”的泡沫头。

由EP2393404A1已知利用额外的加热元件来补偿如上所述的设备中的温度损失，但这些设备非常复杂。

本发明旨在提供一种容易生产和控制的简单设备，以便在通过离心作用生产饮料(或液体提取物)期间至少部分地补偿饮料的热损失，并因此允许以合适的供应温度输送饮料。

本发明还旨在提供一种保留了咖啡饮料的味觉和泡沫特性的设备。

发明内容

在一个方面，本发明涉及一种饮料生产设备，用于通过液体和食物配料之间的相互作用形成液体提取物以利用从配料通过的液体的离心作用来制备液体提取物，该饮料生产设备包括：

用于接收食物配料的冲煮单元，

用于收集被离心分离到离心单元之外的液体提取物的收集单元，

与离心单元连接以驱动离心单元旋转的驱动装置，

与离心单元连接以将液体供给到离心单元中的液体供给装置，

用于加热供给到离心单元中的液体的加热器，

其中，该收集单元包括用于加热供给到离心单元中的液体的加热器，

所述加热器设置成在液体提取物离开冲煮单元之后进一步加热液体提取物。

优选地，将离开设备的液体提取物的温度控制成低于供给到冲煮单元中的经加热的液体的温度至多10度，优选至多8度。

优选地，收集单元包括收集腔，其中液体提取物在该收集腔中被加热。该收集腔例如可呈环形。

根据本发明的一个优选实施例，收集腔可以与加热器的加热块热连接，使得它由于热传导而被加热。当加热器为具有导热性高的厚重金属块的热块式加热器时，这允许它有效地加热收集单元而不需要任何其它另外的加热装置。

根据本发明的一个优选实施例，收集腔与离开加热器的液体之间的温差仅取决于液体流量，即，对于给定流量而言，该温差是恒定的。

该设备可以设置成针对不同饮料使用不同流量来生产不同预定体积的饮料，例如意式浓缩咖啡类型的“短饮”咖啡饮料、长饮和超长饮咖啡饮料。在此情况下，收集腔与离开加热器的液体之间的温差对于具有预定体积和因而具有特定流量的饮料类型而言可以保持恒定。

优选地，液体离开加热器时收集腔与液体之间的温差在8℃到20℃之间、更优选地8℃到17℃之间的范围内。该温差例如针对意式浓缩类型的咖啡(流量80ml/min)可为8-10℃，优选9℃左右，针对中杯咖啡(流量180ml/min)可在12℃到14℃之间，优选13℃，而针对超长饮咖啡饮料(流量210ml/min)可在15℃到17℃之间，优选16℃。该恒定温差允许对于每种配方而言饮料始终具有理想参数。

冲煮单元可以构造成接收一剂分份包装的食物配料，诸如胶囊或易理包。因此，冲煮单元中的旋转鼓形件可确定尺寸和成形为形成胶囊或易理包保持器，在冲煮操作之前胶囊或易理包在其中就位。罩盖可包括用于将液体注入胶囊或易理包中的装置，并且可另外设置有入口穿刺装置以允许注液喷枪插入。罩盖还可在其周边处包括出口穿刺装置，以在胶囊或易理包中提供至少一个、优选多个周边出口，以使得液体能够从分份包装中离开。当然，该易理包也可以是包括可渗透液体的过滤壁的过滤器易理包，且因此不需要被刺穿。

收集单元可包括位于距冲煮单元的液体出口一定距离处以用于接收所述离心液体提取物的撞击壁。该撞击壁可与所述加热器分离/不相关。

“分离”是指所述壁未被加热器直接加热，该加热器将通过撞击所述壁的液体提供一定热补偿。事实上已证实，在离心分离的液体与撞击壁的撞击期间，即，一旦液体在高离心力下离开冲煮单元(例如，当液体从胶囊射出时)，气泡便倾向于贴靠经加热的表面而塌陷。结果，咖啡的克丽玛会被经加热的撞击壁严重损坏。因此，优选仅在接收腔中补偿收集单元中的热损失，并且维持撞击壁处于或接近环境温度以避免气泡的塌陷。

收集单元还可包括至少一个分配管道。该分配管道可以是与所述腔制成一个组件或与其相关联(例如，固定)的管状部件。可设置数个分配管道以将液体提取物分配到不同容器中(例如，两个杯中)。

加热器的加热器块与环形收集腔之间的热传递可通过接触的壁或部件而发生，或者加热器块和环形腔可由一个组件制成。

优选地，收集腔由在所述收集腔附近的加热器中循环的液体冷却。该液体优选在接近收集腔的区域中进入加热器，使得进入加热器的通常处于环境温度的液体冷却收集腔。这允许使收集腔的温度达到低于与收集腔热连接的加热器块的温度，而不需要另外的加热或冷却元件。一种特别有效的布置是将环形收集腔与使液体在加热器中循环的管道的第一区段组合，所述第一区段基本呈环形，具有类似截面且共轴地设置在环形收集腔下方。

一般而言，收集单元的与液体提取物接触的壁的平均厚度的尺寸确定为在2mm以下，优选在1mm以下，最优选约0.5mm。实际上已发现，减少液体提取物在与收集单元的壁接触时的散热是特别有效的。

例如，对于咖啡提取物，进入冲煮单元的液体的冲煮温度介于75℃到95℃之间。更优选地，该设备构造成加热加热器中的液体，使得经加热的液体在90℃到95℃之间的温度被供给到冲煮单元中。该温度范围被选择成确保配料的最佳提取，同时避免特别是对于咖啡而言不希望有的烧味。

加热器的温度可以通过控制单元和合适的温度传感器(例如，NTC热敏电阻)来控制。该控制单元可以是设备的中央控制器，该中央控制器提供不同控制功能，例如向冲煮单元中供给液体的泵的控制。

附图说明

图1表示内部带有胶囊的本发明的分配设备的示意图；

图2表示作为图1的设备的一部分的包括加热器的收集单元的3D视图；

图3A、3B和3D是沿图2的收集单元的不同平面的剖视图。

具体实施方式

图1所示的本发明的饮料生产设备1构造成在冲煮单元2中利用离心作用通过食物配料和液体的相互作用来制备液体食品，也称为液体提取物。离心力的作用是用于以以下方式提供通过配料的必要的流体动量：即，从冲煮单元提取出填充有配料固体、液体和芳香族化合物的液体。术语“提取”或“提取物”在一般意义上应看作由冲煮、溶解、稀释、混合、乳化作用及这些作用的组合得到的过程或产品。

冲煮单元2通常包括用于接收食物配料的鼓形件4。该设备可构造成接收包装在单份胶囊60中的食物配料，当设备打开时，设备中发生这种接收。应当指出的是，该鼓形件还可设计为旋转驱动的或被驱动的环，其具有中央孔口，从而允许胶囊的底部向下突出。该环因此可以设计成将胶囊支承在其侧壁和/或边沿处。

在其顶部侧，冲煮单元包括罩盖5，该罩盖5至少部分地封闭鼓形件以确保对插入其中的胶囊的封闭。冲煮单元与液体供给管道6连接，该供给管道6构造成将经加热的液体供给到冲煮单元中，更具体地，在胶囊插入冲煮单元的情况下，将经加热的液体供给到胶囊中。供给管道6的端部为液体喷射器11，其形成在冲煮封壳中向下伸出的管状管道。液体储存在液体储器7中并且利用泵9经由流体回路8被引向在线(in-line)加热器10，液体在加热器入口130处进入加热器10。下面将更详细地讨论加热器10。经加热的液体通过加热器出口140离开加热器，并且经加热的液体在一定正压力下从储器被提供给冲煮单元。液体优选为水且温度通常为最佳冲煮温度，该最佳冲煮温度可根据要冲煮的配料而变化。对于咖啡而言，该温度可在约75℃到95℃的范围内。更优选地，所供给的液体的温度为约90℃到95℃以确保咖啡的最佳品质提取。这里，刚好在液体被供给到胶囊中之前在液体喷射器11中测量温度。

水加热器原则上可以在不同加热模块之中选择，例如高惯性热块(热块)，或者ODH(“按需加热器”)，例如筒件(例如EP1913851中所记载的)，或者嵌埋有一个或多个厚膜或电阻器的管式加热器(例如，EP1253844或EP1380243中所记载的)。

在本发明的当前实施例中，加热器10为下文更详细说明的高惯性热块(热块)。所述泵可以是任何合适的泵，例如活塞泵、蠕动泵、隔膜泵、旋转泵、重力泵等。

该设备还包括编程为控制设备的组成部件的控制单元12。特别地，控制单元12控制泵9的“开”和“关”的致动。此控制可源于在设备的键盘或屏幕(未示出)上的命令(例如按钮)的致动。控制单元还控制加热器10的“开”和“关”的致动，以使冲煮单元中的液体的温度升高合适的值。控制单元中设有温度控制环路，该环路具有至少一个温度传感器，这里为放置在加热器10的表面上的NTC(负温度系数)热敏电阻160，如图3C所示。

液体喷射器11以以下方式安装在冲煮单元中：即，冲煮单元能够围绕优选被固定的喷射器11沿中央轴线I旋转。更具体地，罩盖5沿滚珠轴承装置13安装成使得罩盖可以在被驱动围绕喷射器旋转时进行旋转。

冲煮单元在离心作用过程中借助于驱动单元14被驱动旋转。驱动单元优选经由连接部件15与鼓形件4连接。驱动单元包括经由螺栓或类似物安装在设备的框架17上的电动马达16，例如直流(DC)电机。马达16包括经由合适的插口41与连接部件15连结的轴88。应当指出的是，鼓形件也相对于框架以旋转联结的方式安装。为此，连接部件15经由滚珠轴承装置39安装在框架上。

因此，冲煮单元2可旋转地安装在设备中，即，框架17与喷射器11之间。马达16的启动也由控制单元12控制，以在离心作用过程中驱动冲煮单元旋转。离心作用的速度由控制器根据恒定的或变化的曲线来设定。一般而言，提取阶段期间的速度介于1000rpm到16000rpm之间。在饮料制备循环期间控制单元可按需升高或降低该速度。

在冲煮单元中离心分离的液体提取物由收集单元18收集。冲煮单元还优选构造成在其周边留出小的空隙或液体出口，以便液体提取物从该单元被离心分离出来。该空隙或液体出口是这样的，即，使得在冲煮单元的封壳中，例如在胶囊中，刚好在该空隙或出口的上游形成一定压力。在一种优选模式中，设置有阀装置56，该阀装置56仅在充分的液体压力施加在冲煮单元的内周处时打开冲煮单元。阀装置56可以由在鼓形件和/或胶囊的边缘上施加闭合力的环形部19形成。该阀装置还包括将环形部保持闭合张紧的弹性偏压构件20。该偏压构件可以是弹簧、橡胶弹性体或液压装置。该环形部在阀装置被离心液体的压力打开时形成连续间隙。液流间隙或节流部的宽度(w)可以很小，例如在0.01mm到0.5mm之间，但是形成沿环形部的整个周边的连续周界。液流间隙或节流部的表面积(S)因此可通过下式来计算：S＝2.π.R.w，其中R为环形部的半径，且“w”表示阀装置的开口宽度。间隙的表面积可以在1mm²到500mm²之间。该表面积随着转速而变化，通常转速越高，表面积越大。

如图1中所示，该罩盖还可包括用于在胶囊的壁中穿设多个出口的穿刺构件21。穿刺构件可被安置在罩盖的周边处并沿封闭方向向下定向。如图中同样清楚的，胶囊可任选地包括用于分隔容纳配料如研磨咖啡的主腔室的过滤部件22，以及邻近胶囊的被刺穿的上壁的小的周边收集凹槽。胶囊中的凹槽足够深，例如5-10mm，以使得穿刺构件能被导入胶囊中以形成多个出口。

该设备的收集单元18形成包围冲煮单元以通过所述小的空隙或出口收集离心分离的液体的周向壁。特别地，该收集单元包括设置在距冲煮单元、特别是节流阀一定距离或气隙(d)处的第一撞击壁23。该撞击壁可以是形成用于液体的撞击面的管状壁，其在收集单元的U形收集部件24中向下延伸。U形收集部件24形成框架17的一部分或与设备的框架连接。

U形收集部件24与热块式加热器10形成一个组件。此组件在图2和图3A-3B中更详细地示出。如上文已经提及的，液体经入口130进入热块，循环通过由螺旋管道120形成的加热腔室以用于加热，并且经出口140离开热块。管道120优选由钢制成，并且延伸穿过(厚重的)金属块体，该金属块体形成基本圆柱形的块10a，并且特别是由铝、铁和/或其它金属或合金制成，其具有用于蓄积热能的高热容量和用于每当需要时将所需数量的蓄积热传递到循环通过其中的液体的高导热性。根据本发明的一个优选实施例，加热块10a由铝制成。它可以在压铸工艺中制成，其中它通过两个半模和在中心轴线上的模芯被顶出而成。作为独立的管道120的替代，热块的管道可以是在管道的体部中机加工形成或以其它方式形成的贯穿通道，其例如在热块的块体的铸造步骤期间形成。当热块的块体由铝制成时，基于健康考虑，优选设置例如由钢制成的单独管道以避免循环的液体与铝之间的接触。热块的块体可由围绕管道的一个或数个组装部件制成。热块式加热器10包括环形电阻式加热元件100，其将经由连接器110供给的电能转换为加热能量。热被供给到热块的块体并经由该块体(即，经由块10a)供给到循环的液体。加热元件可被铸造或容纳在金属块体内或贴靠金属块体的表面被固定。管道可具有沿热块的螺旋形布置或其它布置，以使其长度和通过所述块的热传递最大化。

U形收集部件24与热块式加热器10的块10a热接触，并且因此将同样被加热，以补偿在离心过程中液体的温度损失。然而，块10a达到的温度高于收集部件期望的温度。为了确保收集部件24仅被加热到比液体在被供给到冲煮单元时的温度低的一定温度，液体经刚好位于环形收集单元24下方的入口130进入块10a，并循环通过设置在环状的U形收集单元24下方的螺旋形管道120的第一绕圈120a。收集单元24因此被进入管道120的处于通常约20℃的温度(即处于环境温度)的液体冷却。在数秒之后，收集单元24达到比离开加热器10的液体的温度低的温度，对于从管道120通过的液体的恒定流量而言，该温差是恒定的。这意味着，在针对不同饮料配方使用不同流量的系统中(例如以较低流量制备的较短咖啡和以较高流量制备的较长咖啡)，针对每种配方获得恒定的且明确的温差。一般而言，本发明允许将收集的液体维持在用于供应的足够热的温度(例如，60-90℃)并且最大限度地减少或甚至抑制温度损失，其取决于液体的流量，当然还取决于储器7中的液体的温度以及热块式加热器10和相关的收集单元24的设计。

撞击壁与U形的环状收集部件24分离，并且不会被加热或至少不会显著被加热。这降低了在液体提取物从冲煮单元离心喷射过程中咖啡泡沫(“克丽玛”)破裂的风险。

如图2和3C所示，收集在环形收集单元中的液体然后经由至少一个排出管道26被分配。在本发明的上下文中，排出管道被视为收集单元的一部分。

还可能希望设置设备的热反射壁，该热反射壁可以最大限度地减少通过其中的热传导并且可以朝向液体提取物反射热。这种表面可例如由包括金属反射颜料或包覆有薄金属膜(例如，铝膜)的聚合物载体制成。

Claims

1.一种饮料生产设备，用于通过液体和食物配料之间的相互作用形成液体提取物以利用通过食物配料的液体的离心作用来制备液体提取物，该饮料生产设备包括：

用于接收所述食物配料的冲煮单元(2)；

用于收集离心分离到离心单元之外的液体提取物的收集单元(18)；

与所述离心单元连接以驱动所述离心单元旋转的驱动装置，

与所述离心单元连接以将液体供给到所述离心单元中的液体供给装置，

其中，所述收集单元(18)包括用于加热供给到所述离心单元中的液体的加热器(10)，

所述加热器(10)设置成在所述液体提取物离开所述冲煮单元(2)之后进一步加热所述液体提取物；

所述收集单元包括收集腔(24)和与所述收集腔(24)热连接的加热器(10)，使要加热的液体在所述加热器(10)中循环的管道(120)的第一区段(120a)设置在所述收集腔(24)附近，由此将所述收集腔的温度冷却到低于要供给到所述离心单元的离开所述加热器(10)的液体的温度，所述要加热的液体在接近所述收集腔的区域进入该加热器。

2.根据权利要求1所述的饮料生产设备，其中，离开所述设备的液体提取物的温度低于供给到所述冲煮单元中的经加热的液体的温度至多10度。

3.根据权利要求1或2所述的饮料生产设备，其中，所述加热器是包括块状的金属块体(10a)和使要加热的水循环通过所述块体(10a)的管道(120)的热块式加热器(10)。

4.根据权利要求3所述的饮料生产设备，其中，所述收集腔(24)形成在所述加热器(10)的金属块体(10a)中。

5.根据权利要求1所述的饮料生产设备，其中，所述收集腔(24)具有环形形状并且用于收集离心分离到离心单元之外的液体提取物，并且所述液体提取物在该收集腔(24)中被加热。

6.根据权利要求1所述的饮料生产设备，其中，所述第一区段(120a)平行于所述收集腔(24)延伸。

7.根据权利要求2所述的饮料生产设备，其中，所述收集腔(24)与离开所述加热器(10)的液体之间的温差在8℃至20℃的范围内。

8.根据权利要求1或2所述的饮料生产设备，其中，在加热时间之后，所述收集腔(24)与离开所述加热器(10)的液体之间的温差仅取决于液体流量。

9.根据权利要求1或2所述的饮料生产设备，其中，所述冲煮单元(2)还构造成在其周边留出小的空隙或液体出口，以便液体提取物从所述冲煮单元被离心分离出来。

10.根据权利要求9所述的饮料生产设备，其中，所述收集单元(18)包括设置在距所述冲煮单元(2)一定距离或气隙(d)处的第一撞击壁(23)，所述撞击壁是形成用于液体的撞击面并且在所述收集单元(18)的U形收集部件中向下延伸的管状壁，所述U形收集部件与所述加热器(10)形成一个组件以形成热块，所述热块包括：

-入口(130)，液体经所述入口进入；

-由供所述液体循环通过的螺旋管道(120)形成的腔室；和

-出口(140)，所述液体随后经所述出口离开所述热块；和

-环状电阻式加热元件(100)，所述加热元件将经由连接器(110)供给的电能转换为加热能量，热量被供给到所述热块的块状的金属块体(10a)并经由所述金属块体(10a)被供给到循环的液体，

所述U形收集部件形成所述设备的框架(17)的一部分或与所述框架连接。

11.根据权利要求1或2所述的饮料生产设备，其中，所述设备设置成生产不同预定体积的饮料，并且针对不同体积使用不同的液体流量。

12.根据权利要求1或2所述的饮料生产设备，其中，所述收集单元(18)包括撞击壁(23)；所述壁与所述加热器(10)是分离的。

13.根据权利要求1所述的饮料生产设备，其中，所述收集单元具有排出管道(26)。

14.根据权利要求2所述的饮料生产设备，其中，离开所述设备的液体提取物的温度低于供给到所述冲煮单元中的经加热的液体的温度至多8度。

15.根据权利要求9所述的饮料生产设备，其中，所述收集单元(18)形成包围所述冲煮单元(2)的周向壁，以收集经所述小的空隙或出口离心分离的液体。