CN105072956A - 具有感应式液体加热的基于胶囊的饮料生产系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种饮料生产系统，包括：-胶囊(1)，该胶囊被设计成用于容纳至少一种饮料配料，-饮料生产机(2)，该饮料生产机被设计成用于通过使液体进入胶囊(1)中从而与胶囊(1)中的配料相互作用来从胶囊的配料生产饮料，其中，饮料生产机包括用于封闭胶囊的钟形封闭件(3)。根据本发明，胶囊的壁部的外表面(4)的至少一部分包括至少一个金属或/和导电区域，并且饮料生产机包括用于产生电加热功率和用于非接触地将电加热功率耦合至胶囊的金属或/和导电区域的装置(5)。

Description

具有感应式液体加热的基于胶囊的饮料生产系统
技术领域
本发明大体上涉及一种使用感应加热生产饮料的饮料生产系统和方法。
背景技术
WO2011/138368A1涉及一种用于饮料制造机的冲煮或制备室。特别地，所要插入冲煮室中的胶囊具有传导性的外表面，其中，该表面通过销钉电连接至冲煮室。通过这种方式，可以通过设置连接至冲煮室的销钉的发电机/功率发生器(powergenerator)来加热胶囊的壁部。
然而，通过设置销钉对胶囊壁部的加热很容易受到意外事件的影响，因为销钉穿透胶囊的外壁。另外，需要在流体进入胶囊内部之前加热流体，以更好地控制加热操作。最后，根据该已有技术的方法，在机器和胶囊之间没有电流隔离屏障。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于生产饮料的改进的饮料生产系统和改进的方法。
通过独立权利要求的主题解决了该问题。从属权利要求进一步显露了本发明的基本思想。
根据本发明的第一方面，一种饮料生产系统包括胶囊和饮料生产机，该胶囊被设计成用于容纳至少一种饮料配料，该饮料生产机被设计成用于通过使受压液体进入胶囊中从而与胶囊中的配料相互作用来从胶囊的配料生产饮料，其中，饮料生产机包括用于封闭胶囊的钟形封闭件。胶囊的壁部的外表面的至少一部分包括至少一个金属或/和导电区域，饮料生产机包括用于产生电加热功率和用于非接触地将电加热功率耦合至胶囊的金属或/和导电区域的装置。
这特别地使得能够通过感应加热胶囊的金属或/和导电区域，并且能够实现对胶囊主体和壁部的非接触式加热。另外，由于在受压液体进入胶囊内部之前对受压液体的即时加热，可以加强用户的舒适感。因为不再需要单独的热水器，并且可以在封闭件中实现加热，所以可以减少饮料生产系统的结垢，由此上述特征的结合还导致了更少的机器故障。另外，与受压液体在进入饮料生产机之前煮沸相比，可以实现较低的能量消耗，因为在进入胶囊内部之前，不需要加热热水器的全部容量，而仅是将要进入胶囊内部以生产一定量的饮料的液体的数量。
另外，可以设置产生功率的发生器单元，该功率被供应至用于将电加热功率非接触地耦合至胶囊的金属或/和导电区域的装置。
用于非接触地耦合电加热功率的装置可以包括感应线圈。
另外，所述金属或/和导电区域可以至少部分地由诸如铝的金属或任何其它导电材料(例如石墨、负载聚合物、导电聚合物)构成。
根据本发明的另一方面，饮料生产系统可以包括胶囊和饮料生产机，该胶囊被设计成用于容纳至少一种饮料配料，该饮料生产机被设计成用于通过使受压液体进入胶囊中从而与胶囊中的配料相互作用来从胶囊的配料生产饮料，其中，饮料生产机包括用于封闭胶囊的钟形封闭件，其中，饮料生产机被设计成使增压液体进入布置在钟表封闭件的边缘区域中的间隙中，从而增压液体进入介于胶囊壁部的外表面和封闭件的内壁之间的空间中，以通过胶囊的壁部中的至少一个进口进入胶囊内部，该进口可以被预先产生或通过饮料生产机的至少一个开口装置产生。
另外，可以在封闭件的内壁处设置至少一个温度探针，以测量介于胶囊壁部的外表面和封闭件的内壁之间的空间中的温度。
可以在封闭件的内壁处设置脊部，该脊部突起到介于胶囊壁部的外表面和封闭件的内壁之间的空间中，以产生流体的紊流和/或延长的(弯曲的)流动。
另外，可以将增压液体从液体箱供应至饮料生产机。
另外，至少一个泵单元可以将增压液体泵送至饮料生产机。
可以在液体箱和饮料生产机之间设置至少一个流量计，以测量每时间单位的流量。
在将增压液体(对于加热而言液体不必须被增压)供应至胶囊之前，机器的零个或一个或多个预加热单元可以将增压液体预热。预热用于支持整个加热工作，从而用于非接触地耦合电加热功率的装置仅需要进一步将增压液体从预热温度加热到最终温度，增压液体以该最终温度进入胶囊内部。
预热可以通过(但是不限于)多种技术完成。特别地，传统的热水器可以被用于预热。另外，还可以实现对将液体从液体箱供应至饮料生产机的液体供应管线的感应加热。另外，对于预热，还可以想象对金属的胶囊保持器或胶囊保持器内部的金属部分的加热。还可以通过对感应线圈的热量回收来完成预热。该热量回收可以来自于对感应线圈的水冷却。
另外，发生器单元可以将能量供应至预加热单元。
另外，可以设置有控制单元，该控制单元控制至少一个流量计和/或预加热单元和/或至少一个流量控制阀。另外，可以在封闭件中设置第二开口，该第二开口使封闭件内部的上端部与外部连接。
另外，可以设置螺旋通道形式的弯曲路径以作为介于胶囊壁部的外表面和封闭件的内壁之间的空间。
另外，可以在连接第二开口和泵单元的液体流动通道中设置流量控制阀。
另外，其中可以在封闭件的内壁处的螺旋通道的上端部周围设置温度探针。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于生产饮料的方法，其中，该方法包括提供包含配料的胶囊、将胶囊定位在饮料生产机中和在胶囊的壁部上产生至少一个开口的步骤，其中，将增压流体供入胶囊中，通过在胶囊的壁部的外表面上设置金属或/和导电区域和在封闭件处设置用于将电加热非接触地耦合至胶囊的金属或/和导电区域的装置，来对胶囊的壁部或/和用于在增压流体进入胶囊中之前封闭胶囊的封闭件进行特定加热，由此加热流体。
另外，用于非接触地耦合电加热的所述装置包括感应线圈。
附图说明
当阅读下文对本发明的实施例的详细描述时，本发明的其它优点、特征和目的对于本领域的技术人员将变得显而易见。
图1示出从EP512470A1已知的提取系统。
图2示出根据本发明的饮料生产系统的第一实施例。
图3示出根据本发明的饮料生产系统的第二实施例。
图4示出根据本发明的饮料生产系统的第三实施例。
具体实施方式
例如从EP512470A1已知用于从包含物质的胶囊得到流体食物的系统和方法。这种已知系统的基本原理也可以结合本发明使用。
如图1中所示的胶囊101具有截头圆锥形的杯子主体102，杯子主体102可以例如填充有烘烤和研磨咖啡103，并且可以被箔状撕裂面盖子104封闭，撕裂面盖子104被焊接和/或压接至凸缘状边缘，该边缘从杯子102的侧壁横向延伸。
可以使用其它的胶囊设计，例如非不透气地密封的胶囊。
胶囊保持器111包括流动格架112，流动格架112具有释放表面元件113。胶囊保持器111容纳在其支承件115中，该支承件115具有侧壁124和用于所提取的咖啡饮料通过的孔127。如从图1中可以看到，提取系统还包括注水器107和环形件108，注水器107具有进水通道120，环形件108具有内凹部，该内凹部的形状大体上对应于胶囊的外部形状。环形件108在其外部部分上包括弹簧122，弹簧122保持环123，环123用于在提取完成时释放胶囊。在工作中，胶囊101就位在胶囊保持器111中。注水器107穿透杯子102的上表面。胶囊的下部撕裂面104停靠在胶囊保持器111的径向布置的元件113上。水通过注水器107的通道120被注入，并且冲击在咖啡层103上。胶囊101中的压力增加，撕裂面104逐渐跟随径向打开释放件113的形状。可以用金字塔形的释放件或其它形状的释放件代替该径向打开释放件。当撕裂面的构成材料达到其破裂应力时，撕裂面沿着释放件撕裂。所提取的咖啡流经流动格架112的孔，并且被孔127下方的容器(未示出)回收。
现在将参考图2说明可以根据本发明应用的基于胶囊的饮料生产机的基本原理。然而，本发明不受限于该原理。
图2示出根据本发明的第一实施例的饮料生产系统。如可以从箭头(a)看到的，水或其它液体经由泵15和流量计16从水箱14(该水箱14可以是饮料生产机2的一部分或外置部分)被供应至由钟形封闭件3限定的腔体，该封闭件3被设计成在胶囊1插入饮料生产机2中后封闭胶囊1。
如图2中所示，优选地通过穿过钟形封闭件3的开口8或通过介于钟形封闭件3的边缘3a和胶囊1的凸缘状边缘1a之间的间隙(未示出)，将水供应到介于胶囊1的外表面4和钟形封闭件3的内壁9之间的空间中。
封闭件3可以被布置成将胶囊的凸缘状边缘夹靠在胶囊支承件上。
即使封闭件的边缘被布置成与胶囊的边缘形成间隙，其也将优选地至少部分地夹紧胶囊的边缘。
随后，当例如由使用者将胶囊1放置在胶囊支承件20上时，增压的水将沿着在钟形封闭件3的内壁9和胶囊1的壁部的外表面4之间限定的路径被推进。
当沿着路径被推进时，水将与外表面4紧密接触。通过与胶囊壁部的外表面4和封闭件的内壁9的通过感应线圈被无接触地加热的金属或/和导电区域接触，增压的水可以通过传导沿着路径被加热，该感应线圈可以用作装置5，装置5用于产生用于感应加热过程的磁场。
可以使用其它的无线加热功率传输装置代替感应线圈，例如对胶囊壁部和封闭件壁部的基于IR(红外线)或微波的加热。
感应线圈5设置在钟形封闭件3中，并且还可以具有芯部，特别是铁氧体磁芯，以进一步增强感应的效果。
优选地，感应线圈被布置在从胶囊的侧壁测量的一定距离处，该距离介于1mm和3cm之间，优选地3mm和2cm之间，更优选地介于5mm和1.5cm之间。
当为感应线圈5供电时，胶囊1的壁部和封闭件3的壁部上的金属或/和导电区域被加热，相应地，由于胶囊1的壁部上的金属或/和导电区域的加热，介于胶囊1的外表面4和钟形封闭件3的内壁9之间的空间中的水被加热。另外，通过相同的感应过程，胶囊1内部的液体也可以通过与胶囊壁部接触而被加热。
导电区域可以由铝或任何其它导电金属或非金属制成。
优选地，胶囊的整个杯子形状的主体的外表面(即朝向封闭件的表面)的至少一些部分由诸如铝的导电材料或金属制成。
可以设置弯曲路径限定装置，从而促进胶囊壁部和水之间的任何热交换。以这种方式，可以将受压的水从例如在开口8处的12℃加热到例如当进入胶囊中时的92℃的冲煮温度。在本文中，流体回路可以被设计成提供具有再循环特征的至少双重压力等级。在第一加热阶段期间，液体可以低压和高流量围绕胶囊1流通。一旦达到目标温度，则一个阀关闭回路，并且将迫使液体通过胶囊1。这将保证仅热的液体被迫使通过胶囊1的内部。其详细描述将在下文参考图4给出。
增压水最后将到达胶囊1的上壁中的已经由开口装置11(刀片、穿孔装置等)产生进口10的位置。
开口装置11可以被操作成相对于钟形封闭件3产生相对运动，或可以与封闭件的封闭运动(在图2中向下)一起作用。钟形封闭件3的封闭和/或打开运动可以被手动地操作或由马达驱动。
可选择地，在将胶囊插入机器中之前，例如当制造胶囊时，胶囊已经设置有进口，在这种情况下不需要开口装置11。
在受压热水已经通过进口进入胶囊1内部后，可以生产饮料，其中，受压水与胶囊1中的配料相互作用。饮料然后可以流向封闭件3的边缘区域并且流出胶囊1，从而接纳完成的饮料。当水从进口10流向钟形封闭件3的边缘区域时，水可以附加地被设置在胶囊1的壁部的外表面4处的传导区域进一步加热，这是因为热量还可以被传导至胶囊1的壁部的内表面，从而产生双重的加热，即增压水在胶囊1外部的加热和在胶囊1内部的进一步加热。
通过在封闭件3的内壁9处设置脊部，可以显著地改善对增压水的加热，该脊部突起到介于胶囊壁部的外表面4和封闭件3的内壁9之间的空间中，以产生水的紊流或延长的(弯曲的)流动。由于该紊流，可以提供水的更好的混合以及由此增压水在该空间中的更快的加热。
胶囊可以设置有用于减少从加热的胶囊壁部向胶囊中所包含的配料的热交换的装置。这些装置可以是用于使配料与胶囊壁部热绝缘的装置和/或用于使配料与胶囊壁部分隔开的装置。
下面，将更加详细地描述图2中所示的部件的相互作用。饮料生产机2的控制单元7被布置成控制用于无接触地耦合加热功率的装置5、温度探针12和流量计16。然而，还可以设置用于控制流量计16的单独的控制单元19。另外，设置有发生器6，该发生器6可以为用于无接触地耦合加热功率的装置5(在图2中是感应线圈)供应能量。当水流经泵15时，水被压力冲击，从而增压水到达流量计16，流量计16能够测量每时间单位的水的流量。可以将这些数据发送至控制单元7，其中，控制单元7随后可以控制用于无接触地耦合加热功率的装置5。在经过流量计16之后，水可以进入钟形封闭件3的开口8。
可以设置在钟形封闭件3的内壁处的温度探针12同样可以将数据发送至控制单元7，从而控制单元7可以使功率供应适合于特殊的需要，例如水温的标称值。
用于水温(在温度的反馈控制的情况下)或所传递的加热功率(在前馈控制的情况下)的标称值可以被自适应性地设置，例如基于胶囊的识别。
假设饮料生产系统的使用者希望得到的饮料具有特定的温度，则控制单元7可以被布置成控制对用于无线耦合电加热的装置5的功率供应，以控制对胶囊1的壁部的外表面4的加热，从而控制对介于胶囊壁部的外表面4和封闭件3的内壁9之间的空间中的增压水的加热。
使用如图2中所示的布置，可以根据由温度探针12和流量计16发送的数据按照需要控制感应线圈。例如，当对于一个最优的冲煮过程，进口10处的增压水的温度是92℃，并且需要经过进口10的水的特定流量来提供最优的冲煮时，控制单元7可以通过调整对感应线圈5的功率供应或经过开口7处的进口的水量来保证该条件。然而，还可以想象，饮料生产系统的使用者确定某一冲煮温度，从而控制单元7控制增压水，以便为胶囊1的外壁4提供相应的加热。另外，控制单元7还可以控制对感应线圈5的时间依赖性加热，从而加热根据饮料生产系统的经过的工作时间而变化。还可以想象对胶囊1的壁部的外表面5的某些区域的特定加热，从而例如仅激活特定的一个感应线圈5，其中，不对另一个感应线圈供应能量。这也可以通过控制单元7完成。在本文中提到，如果未增压的液体与通过感应加热的金属或/和导电部分接触，则该液体当然也可以通过传导被加热。
图3示出本发明的第二实施例。特别地，设置有附加的预加热单元17，在增压水进入间隙7中之前，预加热单元17将增压水从例如12℃预热至例如55℃。预加热单元17连接至发生器18和控制单元19。因此，可以控制对增压水的预热。这可以例如基于由温度探针12提供的温度数据实现。第二实施例类似于对增压水的常规加热和通过感应对增压水的加热的结合。该常规部分由预加热单元17代表，其中，如图2中所描述的那样实现感应加热。由于图3的其余元件与已经关于图2描述的一样，因此在此省略了对这些元件的详细描述。
图4示出本发明的第三实施例。在这里，如箭头(a)所指示的，经由泵15将清水泵入钟形封闭件3的开口8中。另外，设置有包括具有再循环特征的至少双重压力等级的流体回路。详细地，液体进入钟形封闭件3的开口8中，并且以低压在弯曲路径中流动，并且通过第二开口8a离开钟形封闭件3，该弯曲路径可以由布置在胶囊1的壁部的外表面4和封闭件3的内壁9之间的螺旋形通道210形成。在经过开口8a之后，液体可以流动通过流量控制阀200，然后可以通过泵15再次流入开口8中，流量控制阀200可以由控制单元19控制。因此，可以设置再循环回路，其中，液体以低压和高流量围绕胶囊1流通。如关于图2所描述的，液体在流动通过螺旋形通道210时被加热。可以设置有在螺旋形通道210的上端部周围的温度探针12，温度探针12测量离开螺旋形通道210的液体的温度。一旦液体已经达到由温度探针12测量的目标温度，则流量控制阀200将关闭流体回路。在关闭流量控制阀200期间，泵单元15对液体充以高压，该液体被迫通过胶囊1的开口10。这保证了仅足够热的液体进入胶囊1内部，微温的或冷的液体不能与胶囊1的配料接触。因此，仅提供具有优良品质的冲煮。
本发明不受限于上述实施例，而是可以改进和改变，以便符合所期望的需要。例如，产生的热量还可以局限在间隙8处或仅在胶囊1的壁部的外表面4的下部区域处。另外，还可以全部沿着胶囊1的整个壁部供应清水，而不是仅在封闭件3的边缘区域处。还可以使用水射流冲击胶囊1。另外，胶囊壁部的外表面4之间的空间的形状可以被确定成通道的形式。
附图标记列表
(a)箭头
1胶囊
1a凸缘状边缘
2饮料生产机
3钟形封闭件
3a封闭件边缘
4胶囊的壁部的外表面
5用于无线耦合电加热功率的装置
6发生器单元
7用于控制用于无线耦合电加热功率的装置的控制单元
8间隙/开口
8a第二开口
9封闭件3的内壁
10胶囊的进口
11开口装置
12温度探针
13脊部
14液体箱
15泵单元
16流量计
17预加热单元
18发生器
19用于控制流量计和/或预加热单元的控制单元
20胶囊支承件
200流量控制阀
210螺旋形通道

Claims (19)

1.一种饮料生产系统，包括：
-胶囊(1)，胶囊(1)被设计成用于容纳至少一种饮料配料，
-饮料生产机(2)，饮料生产机(2)被设计成用于通过使液体进入胶囊(1)中从而与胶囊(1)中的配料相互作用来从胶囊的配料生产饮料，
其中，饮料生产机(2)包括用于封闭胶囊(1)的钟形封闭件(3)，
其特征在于，
-胶囊(1)的壁部的外表面(4)的至少一部分包括至少一个金属或/和导电区域，和
-饮料生产机(2)包括用于产生电加热功率和用于非接触地将电加热功率耦合至胶囊(1)的金属或/和导电区域的装置(5)。
2.根据权利要求1所述的饮料生产系统，其中，饮料生产机(2)包括产生功率的发生器单元(6)，该功率被供应至用于将电加热功率非接触地耦合至胶囊(1)的金属或/和导电区域的所述装置(5)。
3.根据上述权利要求中任一项所述的饮料生产系统，其中，用于非接触地耦合电加热功率的所述装置(5)包括感应线圈。
4.根据上述权利要求中任一项所述的饮料生产系统，其中，所述金属或/和导电区域至少部分地由诸如铝的金属构成。
5.一种饮料生产系统，包括：
-胶囊(1)，胶囊(1)被设计成用于容纳至少一种饮料配料，
-饮料生产机(2)，饮料生产机(2)被设计成用于通过使增压液体进入胶囊(1)中从而与胶囊(1)中的配料相互作用来从胶囊的配料生产饮料，
其中，饮料生产机(2)包括用于封闭胶囊(1)的钟形封闭件(3)，
其特征在于，
所述饮料生产机(2)被设计成使增压液体进入布置在钟形封闭件(3)的边缘区域中的间隙(8)中，从而增压液体进入介于胶囊壁部的外表面(4)和封闭件(3)的内壁(9)之间的空间中，以通过胶囊(1)的壁部中的至少一个进口(10)进入胶囊(1)的内部，该进口能够被预先产生或通过饮料生产机(2)的至少一个开口装置(11)产生。
6.根据权利要求5所述的饮料生产系统，其中，在封闭件(3)的内壁(9)处设置有至少一个温度探针(12)，以测量介于胶囊壁部的外表面(4)和封闭件(3)的内壁(9)之间的空间中的温度。
7.根据权利要求5或6所述的饮料生产系统，其中，在封闭件(3)的内壁(9)处设置有脊部(13)，该脊部(13)突起到介于胶囊壁部的外表面(4)和封闭件(3)的内壁(8)之间的空间中，以产生流体的紊流。
8.根据上述权利要求中任一项所述的饮料生产系统，其中，增压液体从液体箱(14)供应至饮料生产机(2)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的饮料生产系统，其中，至少一个泵单元(15)将增压液体泵送至饮料生产机(2)。
10.根据上述权利要求中任一项所述的饮料生产系统，其中，在液体箱(14)和饮料生产机(2)之间设置有至少一个流量计(16)。
11.根据上述权利要求中任一项所述的饮料生产系统，其中，在将增压液体供应至胶囊之前，由预加热单元(17)将增压液体预热。
12.根据权利要求11所述的饮料生产系统，其中，发生器(18)单元将能量供应至预加热单元(17)。
13.根据权利要求10或11所述的饮料生产系统，其中，控制单元(19)控制至少一个流量计(16)和/或预加热单元(17)和/或至少一个流量控制阀(200)。
14.根据权利要求5-10所述的饮料生产系统，其中，在封闭件(3)中设置有第二开口(8a)，第二开口(8a)使封闭件(3)的内部的上端部与外部连接。
15.根据权利要求14所述的饮料生产系统，其中，设置有螺旋通道(210)形式的弯曲路径以作为介于胶囊壁部的外表面(4)和封闭件(3)的内壁(9)之间的空间。
16.根据权利要求14或15所述的饮料生产系统，其中，在连接第二开口(8a)和泵单元(15)的液体流动通道中设置有流量控制阀(200)。
17.根据权利要求14-16所述的饮料生产系统，其中，在封闭件(3)的内壁(9)处的螺旋通道(210)的上端部周围设置有温度探针(12)。
18.一种用于生产饮料的方法，该方法包括下列步骤：
-提供包含配料的胶囊(1)，
-将胶囊(1)定位在饮料生产机(2)中，并且在胶囊(1)的壁部上产生至少一个开口(10)，其中，将增压液体供入胶囊(1)中，
其特征在于，
通过在胶囊(1)的壁部的外表面(4)上设置导电或/和金属区域和在封闭件(3)处设置用于将电加热非接触地耦合至胶囊(1)的导电或/和金属区域的装置(5)，来对胶囊(1)的壁部或/和用于在增压流体进入胶囊(1)中之前封闭胶囊(1)的封闭件(3)进行特定加热，由此加热流体。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，用于非接触地耦合电加热的所述装置(5)包括感应线圈。
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