CN107105922B - 用加压液体制备饮料 - Google Patents

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Abstract

一种用于从夹具组件(30)中的胶囊制备饮料的饮料制备设备。夹具组件具有第一夹具构件(31)和第二夹具构件，其中第一夹具构件和第二夹具构件的内表面形成夹具腔室(33)，用于在饮料制备期间基本上包封并支撑胶囊(10)。第二夹具构件包括具有中心空隙的外围刚性框架(32)和延伸跨过所述中心空隙的弹性层(37)。存在位于中心空隙中并且弹性地联接到外围刚性框架(32)上的活塞(36)，以允许外围刚性框架(32)相对于活塞(36)的受限弹性运动。

Description

用加压液体制备饮料
技术领域
本发明涉及胶囊、通过在高压下将水注入到包含饮料制备原料的胶囊中来制备饮料的设备和方法。
背景技术
许多饮料制作系统是已知的，其中通过将包含颗粒状饮料制作原料(诸如磨碎的咖啡)的胶囊插入到饮料制作设备的饮料制作位内来制作饮料。该设备然后将水注入到胶囊内，其中所述饮料制作原料溶解或者浸泡在水中以形成饮料。饮料通过合适的出口从胶囊流出，所述出口可简单地是在胶囊中的开口或穿孔，或其可包括刺穿胶囊出口区域的出口管。胶囊可包括过滤器以防止固体组分(诸如咖啡渣)从胶囊流出。这种常规类型的饮料制作系统例如在WO 94/01344、EP-A-0512468和EP-A-0468079(均属于雀巢公司(Nestle))、US-A-5840189和WO-A-0160220(克里格(Keurig))、EP-A-0272922(肯可(Kenco))、WO-A-2007093355(萨马尔技术公司(Samar Technologies))、US-A-20110142996(克鲁格(Kruger))、EP-A-0710462(意利咖啡(Illycaffe))、以及EP-A-0821906、US-A-20110000376和US-A-20110027425(萨拉·李(Sara Lee))有所描述。
GB-A-2121762、GB-A-2122881、EP-A-0179641、EP-A-0247841和WO-A-9905044描述了目前广泛使用的由马斯饮料(Mars Drinks)以注册商标(纷雅)销售的该类型的基于胶囊的饮料制备系统。根据现有技术状态的
Figure GDA0002280188710000012
胶囊的示例性实施例在图1、图2a和图2b中示出。类似的胶囊在JP-A-4142266中有所描述。
参照图1、图2a和图2b，示例性的
Figure GDA0002280188710000013
型饮料制备胶囊100包括由液体和空气不可渗透片材制成的前片110和后片112，该前片和后片如下文更详细描述的那样围绕其顶部边缘和侧面边缘永久地结合在一起。前片和后片也沿着胶囊的底部边缘120结合在一起，但是这种结合在胶囊内部的热或压力的作用下是可释放的。例如，底部边缘120的结合可借助于压敏粘合剂。在胶囊100内设置有与前片和后片的内壁结合的过滤材料130的折叠网状物。过滤材料的网状物支撑饮料制备原料150，诸如磨碎的咖啡或茶叶。胶囊100还包括具有管状孔142的管嘴140。管嘴插入到所述胶囊的顶部边缘内并且以气密方式与前片和后片结合，所述管嘴带有凸缘，以协助相对于饮料制备机正确地定位胶囊100。管嘴孔最初由合适的密封的保鲜屏障密封。
在使用中，将胶囊100引入到
Figure GDA0002280188710000021
分配机器中，该机器包括用于在凸缘下方夹持管嘴的夹具以及中空注射器管，该中空注射器管具有用于将中空注射器管插入到管嘴孔中从而刺穿保鲜屏障的机构。分配机器还包括热水源和泵，以将热水通过注射器管注入到胶囊内。当通过注射器管和管嘴孔引入热水时，容纳在胶囊100中的饮料制备原料150与热水混合，并且冲泡饮料。胶囊100的底缝120在热和液体压力的作用下打开，并且饮料通过过滤网状物130和胶囊的开放底部，并被收集在位于胶囊正下方的容器位处的容器中。
参照图2a，折叠网状物材料130的片材以在横截面上形成“W”形来支撑不溶的饮料制备原料150。通过液体导管引入液体时，液体压力使得W的顶点132外翻以提供如图2b中所示的向下凸出的滤床。外翻效果有助于使得底缝120的压敏密封破裂，以分配在胶囊中冲泡的饮料。外翻过滤器网状物的进一步细节和优点可参见EP-A-0179641。
Figure GDA0002280188710000022
胶囊和方法提供优质的饮料，并且还因为饮料在制备后不接触设备的任何部分而具有避免由接连的饮料对饮料制备设备造成交叉污染的优点。
型的现有饮料分配系统适用于通过仅在稍微升高的压力(例如小于1巴表压)下注入热水来制备饮料。胶囊不设计成在更高的压力下操作。具体地，在较高压力下注入水可导致过滤器与包装分离。然而，某些高级饮料(特别是浓缩咖啡)的制备需要水以大于5巴和高达约20巴的压力通过咖啡床。因此，仍然需要用于制备浓缩咖啡和其它高压提取饮料的胶囊、设备和饮料制备方法，其还具有上述品质的优点且没有交叉污染。
还已知从含磨碎咖啡的单独胶囊中冲泡浓缩咖啡的各份。胶囊通常包括磨碎咖啡的一部分，紧密地压实在具有截头圆锥形或扁圆球形并由空气和水分不可渗透的材料形成的胶囊中。将胶囊插入到通常成形为紧密地配合在胶囊周围的刚性金属冲泡腔室内。冲泡腔室在其基部内具有过滤元件、用于刺穿胶囊下侧的器件，以及在500kPa至1500kPa(5巴至15巴)的压力下将热水注入到胶囊内部以冲泡浓缩咖啡的器件。这种类型的浓缩咖啡冲泡胶囊和系统例如在WO93/17932和WO94/02059中有所描述。
现有的浓缩咖啡冲泡胶囊的缺陷是它们适用于与常规浓缩咖啡机一起使用，常规浓缩咖啡机具有刚性冲泡腔，其尺寸定制成适于接收特定尺寸的咖啡床并将所需的压力施加到这样的咖啡床上。用于改变胶囊中的咖啡量或者用于改变冲泡过程中咖啡床的压实程度的范围有限。现有的浓缩咖啡系统的另一个缺陷是接连冲泡之间的交叉污染，因为离开胶囊的饮料通过并因此会污染冲泡腔室的基部部分。
EP-A-0521186描述了一种胶囊，其包含用于在浓缩咖啡机中使用的压缩的饮料冲泡原料(诸如磨碎的咖啡)。该胶囊可变形以采取其所用于的任何浓缩咖啡机的腔形状。这不需要特殊适配器来使现有的浓缩咖啡机适应胶囊的确切形状和配置。遗憾的是，这也意味着胶囊中的咖啡对于获得最佳的浓缩咖啡冲泡而言可能未充分压实。对于这种配置，也存在由接连冲泡造成的交叉污染问题。
EP-A-0821906描述了一种饮料冲泡方法，其中将包含饮料冲泡原料的真空包装放置在夹具中，热水通过中空针头注入到真空包装中，并允许所冲泡的饮料通过真空包装中的封闭缝离开。该包装包括与真空包装的封闭缝对置的活动板，用于在冲泡之前在夹具中压缩真空包装。构成冲泡腔的板是刚性的平板。这些板不能施加高压来挤压真空包装，否则会有包装爆开的风险。
WO-A-0219875描述了一种用于使得水性流体传输通过包含饮料冲泡原料的胶囊(胶囊)来冲泡饮料的设备，所述设备包括：一个或多个注射器，用于在所述冲泡期间将水性流体注入到胶囊中；以及用于胶囊的夹具，所述夹具包括可移动以打开和闭合夹具的一个或多个构件，所述构件具有内表面，其在夹具的闭合位置中限定腔，该腔适于在所述冲泡期间基本上包封并支撑胶囊，并且进一步适于在腔的下部部分内限定饮料出口路径，并且其中至少一个夹具构件的内表面包括安装在支撑件上的至少一个可变形区域，该可变形区域可在夹具处于所述闭合位置时移动，由此可以在夹具处于所述闭合位置时改变所述腔或所述出口通道的形状，以提供胶囊的期望冲泡配置。该胶囊合适地是
Figure GDA0002280188710000031
型胶囊，可选地带有变型。
WO-A-2012175985描述了一种饮料制备胶囊，其包含通过在压力下注入水来制备饮料的饮料制备原料。该胶囊包括具有侧壁的主体，侧壁由一个或多个基本上空气和液体不可渗透的片材形成，所述侧壁限定包含饮料制备原料的腔室，并进一步限定出口通道，所述出口通道具有与所述腔室流体连通以使得饮料从所述腔室离开的上游端，其中所述出口通道的至少一个区域由过滤材料填充，该过滤材料用于过滤从所述腔室离开的饮料。合适地，过滤材料为过滤片材的两个或多个堆叠层的形式，例如由单个过滤片材形成，该过滤片材具有第一边缘和第二边缘，其分别在出口通道上方结合到主体的相对侧壁，所述片材在侧壁之间进行V形折叠或W形折叠以在出口通道中形成所述堆叠层。
图3和图4示出如在WO20121751585中所述的胶囊。胶囊150由柔性片材材料制成的前片151和后片152形成，该前片和后片由沿着侧部边缘153、154和顶部边缘155的永久性热密封(或超声波密封)而结合在一起。注射管嘴156以气密方式在顶部边缘155的中心结合在前片和后片之间。永久性热密封170还横向延伸跨过胶囊并与胶囊的底部间隔开以限定饮料原料腔室162的底部，但是具有限定出口通道157的中心间隙，如图3中的虚线所示。饮料原料腔室大部分填充有原料175，诸如磨碎的咖啡。永久性热密封还包括弯曲的向下延伸部分158、159，其在出口通道157下方位于胶囊的纵向轴线两侧，限定下游腔室160的侧向边缘。胶囊的底部边缘161用线性的热可释放粘合剂密封来密封，在使用胶囊之前提供保鲜屏障。下游腔室的宽度介于饮料原料腔室162和较窄出口通道157的宽度之间。
出口通道157中的过滤器由过滤材料171的单个矩形片材提供，该片材是V形折叠的，其中相对边缘172、173分别以与在图1和图2的现有技术胶囊中过滤片材的结合相同的方式结合到前片151和后片152的内侧。边缘172、173在出口通道157正上方的位置处结合到前片151和后片151的内侧。V形折叠的过滤片材向下延伸通过出口通道157，其中V形的底部174位于下游腔室160内。出口通道157由此被过滤片材的双重厚度填充。应指出的是，过滤材料的V形条带延伸跨过包装的基本整个宽度，由此在V形折叠的过滤片材与永久性热密封重叠的区域中，通过V形折叠的过滤片材形成永久的热密封，使得前片151、后片152和V形折叠的过滤片材171全部结合在一起。这通过使用包含热塑性纤维(例如聚丙烯纤维)的过滤片材来促进。然而，过滤片材在出口区域中不结合到前表面和后表面，也不延伸到包装底部处的可释放的密封区域161中。
在使用中，图3和图4的饮料制备胶囊插入到饮料制备设备的夹具组件中，使得胶囊的出口在出口区域中被夹在夹具构件之间以在出口处提供流动限制并且在胶囊主体内保持高的背压。将压力为5巴至15巴的水在入口区域中注入到胶囊内以在胶囊中制作饮料；并且饮料通过出口区域离开。
在使用基于胶囊的(即胶囊型)系统制造饮料时，特别是在需要相对较高的压力(诸如在制备浓缩咖啡和浓缩型饮料)的情况下，在冲泡期间可能会发生液体通过饮料制备原料的压缩床的穿流(channelling)。这种穿流将液体引导通过在饮料制备物料的压缩床中的优选路径，防止饮料制备物料均匀地暴露于液体并导致饮料制备物料浪费以及使得溶解或溶化的材料在饮料中的浓度降低。特别是如果饮料原料在水注入之前和期间在夹具中未均匀和/或充分地压缩，可能会发生穿流。
本发明人还发现，如图3和图4中所示V形过滤器边缘172、173在出口通道157上方的位置处的结合导致液体通过出口通道上方的过滤器泄漏，因此导致咖啡、特别是在饮料原料腔室底部附近的咖啡的不完全提取。
还应当理解的是，对于具有25cm3至50cm3的冲泡区域和在约10巴表压或以上的冲泡压力下的上述类型的典型胶囊而言，在冲泡期间5000N量级的力会施加到饮料制备设备的夹具上。这要求夹具在这种力下具有高的尺寸稳定性和强度，以及在冲泡之前和之后容易打开和接近。还希望夹具应在冲泡之前提供咖啡床在胶囊内的最佳压缩(压实)，此外，在冲泡之后应能够挤压包装以在丢弃之前对包装脱水并减少滴落。
因此，需要改进的胶囊、用于从胶囊制备饮料的设备和方法，特别是在高压下从胶囊制备饮料的设备和方法，诸如用于从柔性胶囊型包装制作浓缩咖啡和浓缩型饮料的设备和方法。
发明内容
在第一方面，本发明提供一种包含饮料制备原料的饮料制备胶囊，所述饮料制备胶囊包括：由基本上空气和液体不可渗透的柔性膜材料制成的前片和后片，所述前片和后片以面对面的关系沿着顶部边缘、第一侧部边缘和第二侧部边缘以及底部边缘结合到一起，其中在底部边缘中的结合区域能够通过加热和/或压力释放，以在饮料制备期间允许饮料从胶囊离开；前片和后片通过在顶部边缘和底部边缘中间延伸的横向密封以面对面的关系进一步结合到一起，该横向密封由间隙中断，由此该间隙提供位于所述间隙上方的饮料原料腔室和位于所述间隙下方的饮料出口腔室之间的流体连通；以及折叠的过滤条带，其横向延伸跨过胶囊以在间隙中提供过滤元件，折叠的过滤条带具有折叠部以及前部侧片和后部侧片，该折叠部在横向密封下方横向延伸，该前部侧片和后部侧片向上延伸通过横向密封并且分别结合到胶囊的前片和后片，其中前部侧片和后部侧片在横向密封上方不延伸到饮料原料腔室中超过约10mm。
合适地，折叠的过滤片材是简单的V形折叠过滤条带，其中V形的顶点在胶囊中位于横向中间密封下方，并且V形的侧部边缘延伸到横向密封内或略高于横向密封。然而，可以使用更复杂的折叠条带，诸如W形折叠条带。已经发现的是，提供V形条带式过滤器，其不明显地在中间横向密封上方延伸或根本不在中间横向密封上方延伸，因此出口通道在饮料制备期间提供液体通过原料腔室内的原料床的改进的流动。合适地，折叠的过滤条带的前部侧片和后部侧片在横向密封上方不延伸到饮料原料腔室中超过约5mm，更合适地不超过约2mm。合适地，折叠条带(在胶囊中从顶部至底部)的宽度为约15mm至约25mm。因此，对于V形折叠条带而言，这对应于从约30mm至约50mm的展开的边缘至边缘的宽度。
合适地，折叠过滤条带的底部边缘，例如V形条带过滤器的顶点被结合到胶囊的底部边缘密封中。已经发现这可在饮料制备期间改善底边密封的打开。打开的可靠性和整洁度以及包装打开时的可听见的“啪”声都通过此特征而出人意料地得到增强。
合适地，本发明的胶囊还包括液体注射管嘴，其具有由保鲜屏障密封的管状孔，其中管嘴以气密性的方式密封在前片和后片之间的顶部边缘中。
合适地，前片和后片在中间横向密封和底部密封之间跨过胶囊宽度的一部分结合在一起，以限定在前片和后片之间的出口腔室，该出口腔室具有的宽度小于原料腔室宽度。
合适地，胶囊基本上由前片和后片、过滤条带、可选的管嘴和原料组成。合适地，胶囊是单人份胶囊。它可以合适地是一次性的单次使用胶囊。
合适地，间隙和出口腔室位于胶囊的轴向中心区域内，并且出口腔室具有的宽度为饮料原料腔室宽度的约20％至约70％。胶囊合适地具有相对于纵向中线在大体上的镜像对称性。
限定来自饮料原料腔室的出口通道的间隙合适地具有从约5mm至约25mm、例如从约8mm至约15mm的宽度。
在第二方面，本发明提供一种饮料制备设备，其用于通过将加压的水注入到胶囊中来制备饮料，其中所述胶囊具有至少一个柔性壁，所述饮料制备设备包括能够在打开配置和闭合冲泡配置之间操作以制备饮料的夹具组件，所述夹具组件包括：第一夹具构件，其具有在其内壁中的凹部，该凹部用于接收胶囊的一部分；第二夹具构件，所述第二夹具构件包括具有中心空隙的外围刚性框架和延伸跨过所述中心空隙的弹性层，由此所述弹性层的前表面限定用于接收胶囊一部分的第二内壁，其中在所述闭合冲泡配置中，所述第一夹具构件和第二夹具构件的相应内壁限定用于在饮料制备期间基本上包封和支撑胶囊的腔室；以及位于刚性框架的中心空隙内的活塞，所述活塞包括活塞面和活塞体，该活塞面用于邻接所述弹性层的后表面，其中所述活塞弹性地联接到所述外围刚性框架，以允许所述刚性框架相对于所述活塞沿着所述夹具的闭合方向进行受限的弹性运动。
胶囊的柔性壁是可由设备变形的壁，因此允许设备的夹具构件操纵和重新布置(即压缩)胶囊内容物。
闭合方向由夹具构件从打开配置移动到闭合冲泡配置时行进所沿的路径限定。
合适地，活塞被支撑在枢转地连接到设备底盘的臂上，由此当夹具解锁时，活塞可围绕基本上垂直于夹具闭合方向的轴线远离第一夹具构件摆动。
合适地，该设备包括联接到活塞的驱动机构，以驱动第二夹具构件进入到抵靠第一夹具构件的闭合位置。当夹具被锁定时，驱动机构可从活塞脱离接合。在这些实施例中，驱动机构合适地包括在活塞中的槽，该槽在夹具的闭合方向上远离活塞面延伸，且驱动销被容纳在槽中，由此驱动销可在夹具的闭合和锁定位置处缩回到槽内，以使驱动机构从活塞脱离接合。
合适地，该设备包括用于闭合夹具的驱动机构，所述机构包括：曲柄臂，其具有联接到所述活塞的第一端部和联接到带齿曲轴的第二端部，其中曲柄轴安装到所述设备的底盘并且基本上垂直于夹具的闭合方向延伸，并且其中带齿曲轴由联接到电动马达的带齿驱动轮驱动。
弹性区域的内表面可包括用于接收胶囊的凹形基底表面和从凹形基底表面突出的一个或多个压力垫，用于选择性地使夹持在夹具中的胶囊的一个或多个区域收缩。例如，压力垫可包括一个或多个细长的压力垫或者由一个或多个细长的压力垫组成，所述细长的压力垫沿着大致从夹具的入口区域朝向夹具的出口区域的方向延伸。合适地，一个或多个压力垫在没有外力的情况下具有基本上弓形的横向和/或纵向横截面。
饮料制备设备可包括锁定机构，如下所述。锁定机构可包括：从第一夹具元件一侧突出的至少一个第一锁定销；从活塞一侧突出的至少一个第二锁定销；以及可移动的锁定门，其具有第一凸缘和第二凸缘，该第一凸缘用于在闭合和锁定位置(当锁定机构处于其闭合冲泡配置时)抵靠第一锁定销，该第二凸缘用于在闭合和锁定位置抵靠第二锁定销，其中当所述夹具闭合时，所述锁定门可从解锁位置(打开配置)移动到锁定位置(闭合冲泡配置)，其中在解锁位置所述凸缘不与所述销接合，而其中在锁定位置所述凸缘分别接合所述第一销和第二销的相对侧，以防止第一销和第二销移动分开，同时允许第一销和第二销朝向彼此移动。
合适地，多个相应的成对销设置在第一夹具构件和活塞的相对侧上。这将夹具元件在多个位置处锁定在一起，以确保施加到夹具元件和锁定元件上的应力均匀。
合适地，活塞包括在刚性框架后面延伸的周边凸缘，并且活塞体和第二夹具构件之间的弹性联接包括围绕刚性框架的周边和活塞凸缘间隔开的多个弹簧，由此活塞朝向或远离刚性框架的相对移动分别围绕零位移的相对位置压缩或拉伸弹簧。
根据本发明的饮料制作设备通常还包括：杯子接收位，其用于定位杯子以接收在夹具中制备的饮料；以及水射流管嘴，其位于杯子接收位上方以将水射流引导到杯子接收位中的杯子内。在这些实施例中，控制系统和用户显示器被编程为向用户提供均质饮料(诸如拿铁咖啡)和非均质饮料(诸如卡布奇诺咖啡)之间的选择。如果选择均质饮料，则控制系统被编程为在夹具组件中制备饮料之后将水注入到杯子中的饮料中以使杯子中的饮料旋转并混合。
该设备还可包括胶囊识别装置和控制系统以及显示器，其被编程为当错误类型的胶囊被插入到夹具组件中时中断饮料制备并且向用户提供指示。
本发明的设备还可包括杯子接收位，其用于定位杯子以接收在夹具中制备的饮料，其中杯子接收位包括杯子检测设备，该杯子检测设备包括红外发射器和红外接收器，该红外发射器和红外接收器定位成使得位于接收位中的杯子中断红外发射器和红外接收器之间的红外光束，以检测杯子在杯子接收位中的存在，其中当杯子检测设备未检测到杯子在杯子接收位中时，设备控制系统和用户显示器被编程为执行以下步骤：(a)中断饮料制备；和(b)提示用户执行以下选项之一：(i)将杯子插入到杯子接收位中；或(ii)忽略杯子检测功能。
根据本发明的饮料制备设备优选适于从根据本发明的胶囊制备饮料。合适地，夹具组件被配置成当夹具组件闭合并锁定在胶囊周围时夹持胶囊的出口通道，并且胶囊的底部边缘从夹具向外延伸，以防止由从胶囊离开的饮料污染夹具。
本发明的设备还合适地包括注射器管，其用于将水注入到保持在夹具组件内部的胶囊内，以及泵，其用于以大于约5巴表压(例如约10巴表压)的压力泵送水通过注射器。
在这些实施例中，饮料制备设备还合适地进一步包括适于在小于约2巴表压的压力下从胶囊制备饮料的第二夹具组件，用于将水注入到保持在第二夹具组件内部的胶囊内的第二注射器管，以及以小于约2巴表压的压力泵送水通过第二注射器管的泵，其中该设备包括用于控制从两个夹具组件进行饮料制备的单个控制系统和用户界面。第二夹具等例如可与现有的低压FLAVIA系统基本相同。这些实施例中的两个夹具合适地安装在单个壳体中。根据这些实施例的设备为用户提供在高压冲泡饮料(诸如浓缩咖啡)和低压冲泡饮料(诸如过滤咖啡或茶)之间的选择。此外，低压夹具可用于从合适的乳浓缩物胶囊中制备多组分饮料的乳组分，可选地具有泡沫，可以将“一份(shot)”浓缩咖啡从高压夹具添加到其中。
因此，控制系统和显示器可被编程为响应于冲泡多组分饮料的命令来提示用户执行以下的相继步骤：
(a)将包含第一饮料冲泡原料的第一胶囊插入到夹具之一中；
(b)等待从第一胶囊中冲泡出第一饮料组分；
(c)将容器从一个夹具的杯子接收位传送到另一夹具的杯子接收位；
(d)将包含第二饮料冲泡原料的第二胶囊插入到另一夹具的保持器中；以及
(e)等待从第二胶囊中冲泡出第二饮料组分。
因此，在另一方面，本发明提供一种饮料制备系统，其包括：根据本发明的饮料制备设备，其具有第一饮料制备夹具和第二饮料制备夹具；多个第一类型的饮料制备胶囊，其用于在设备的第一饮料制备夹具中使用；以及多个不同类型的饮料制备胶囊，其用于在设备的第二饮料制备夹具中使用。
根据本发明的胶囊可能对于在低压夹具(诸如常规FLAVIA夹具)中使用而言是不理想的。类似地，诸如图1和图2所示的常规的FLAVIA胶囊可能对于在本发明的高压冲泡夹具中使用而言是不理想的。因此，根据本发明的系统合适地包括防止错误类型的胶囊在相应夹具中误用的设备。该设备可以是如上所述的胶囊识别系统，或以下之一。
例如，第一夹具包括第一键槽，以及第二夹具包括与第一键槽不同的第二键槽，其中第一键槽允许包括第一管嘴配置的第一胶囊类型通过第一夹具键槽插入，以及第二键槽允许包括第二管嘴配置的第二胶囊类型通过第二夹具键槽插入。这提供了简单的机械接口，以防止胶囊在错误的夹具中被误用。
备选地，第一夹具包括第一管嘴颜色传感器，以及第二夹具包括第二管嘴颜色传感器，并且其中第一胶囊类型包括具有第一颜色的管嘴，以及第二胶囊类型包括具有第二颜色的管嘴。
在另一方面，本发明提供一种制作饮料的方法，其包括将饮料制备胶囊插入到根据本发明的饮料制备设备的夹具组件中，使得来自胶囊的饮料原料腔室的出口通道被夹在夹具构件之间，其中所述饮料制备胶囊具有在胶囊的饮料原料腔室内的饮料制备原料；将夹具组件固定在闭合冲泡配置；将从约5巴表压至约15巴表压的压力下的水注入到所述胶囊的饮料原料腔室内以在所述胶囊中制作饮料；并且允许所述饮料通过所述出口通道从胶囊和夹具离开。
合适地，该方法包括以下步骤：将胶囊插入到夹具内；将所述第一夹具构件固定在固定位置；然后将第二夹具构件朝向第一夹具构件移动，直到第二夹具构件的刚性框架上的弹性层抵靠第一夹具构件的周边；随后进一步将活塞朝向第一夹具构件移动以迫使弹性层进一步朝向第一夹具构件以压缩胶囊内的饮料原料；然后进行将所述水注入到饮料原料腔室中以制备饮料的步骤；然后使得第二夹具构件远离第一夹具移动以打开夹具从而移除用过的胶囊。
在本发明的另一方面，提供一种通过将水注入到胶囊内来制备饮料的饮料制备设备，所述设备包括：第一冲泡部段，其配置成保持包含饮料冲泡原料的胶囊，其中所述第一冲泡部段包括第一门，所述第一门可在关闭位置和打开位置之间移动，以使得胶囊被接纳到第一冲泡部段中；第二冲泡部段，其配置成保持包含饮料冲泡原料的胶囊，其中所述第二冲泡部段包括第二门，所述第二门可在关闭位置和打开位置之间移动，以使得胶囊被接纳到第二冲泡部段中；至少一个热液体源；至少一个注射器(并且优选地，其中为每个冲泡部段设置注射器)，其中注射器适于将热液体注入到保持在冲泡部段中的胶囊中以在胶囊中冲泡饮料组分；以及控制系统，其用于打开所述第一门和第二门中的每一个，其中所述控制系统被编程为响应于由用户输入的第一命令来打开所述第一门，以及响应于由所述用户输入的第二命令来打开所述第二门。
附图说明
现在将参考附图通过示例的方式进一步描述本发明的进一步的细节和具体实施例，其中：
图1、图2a和图2b示出如上所述的根据现有技术的
Figure GDA0002280188710000111
型胶囊；
图3示出如WO2012175985中所述的根据现有技术的饮料制备胶囊的平面视图；
图4示出图3所示的根据现有技术的饮料制备胶囊的纵向剖视图；
图5示出根据本发明的饮料制备胶囊的平面视图；
图6示出图5所示的饮料制备胶囊的纵向剖视图；
图7示出夹具组件的示意性侧视图，其包括处于打开配置的根据本发明的饮料制备设备的锁定机构；
图8示出夹具组件的示意性侧视图，其包括处于闭合和锁定的冲泡配置的图7所示饮料制备设备的锁定机构；
图9示出处于打开配置的根据本发明的夹具组件和驱动机构的示意性侧视图；
图10示出处于闭合冲泡配置的图9所示夹具组件和驱动机构的示意性侧视图；
图11示出本发明的手指护罩处于阻挡配置的示意性侧视图；
图12示出图11所示的手指护罩处于非阻挡配置的示意性侧视图；
图13示出当插入到本发明的夹具组件中时通过图5所示胶囊的出口通道区域的示意性横截面图；
图14示出根据本发明的饮料制备设备的第二夹具构件的一部分的前部透视图；
图15a至图15m示出根据本发明的饮料制备设备的局部切除的示意性侧视图，示出从本发明的胶囊制备饮料的步骤；
图16示出根据本发明的饮料制备设备的示意图；
图17a示出根据本发明的用于胶囊的第一管嘴的侧视图，其包括第一键轮廓；
图17b示出图17a所示的管嘴的俯视平面视图；
图18a示出根据本发明的用于胶囊的第二管嘴的侧视图，其包括第二键轮廓；
图18b示出图18a所示管嘴的俯视平面视图；
图19a示出用于插入包括如图17a和图17b中所示管嘴的胶囊的根据本发明的饮料制备设备中的第一键槽的横截面；以及
图19b示出用于插入包括如图18a和图18b中所示管嘴的胶囊的根据本发明的饮料制备设备中的第二键槽的横截面。
具体实施方式
在第一方面，本发明提供一种包含饮料制备原料的饮料制备胶囊，所述饮料制备胶囊包括：由基本上空气和液体不可渗透的柔性膜材料制成的前片和后片，所述前片和后片以面对面的关系沿着顶部边缘、第一侧部边缘和第二侧部边缘以及底部边缘结合到一起，其中在底部边缘中的结合区域能够通过加热和/或压力释放，以在饮料制备期间允许饮料从胶囊离开；前片和后片通过在顶部边缘和底部边缘中间延伸的横向密封以面对面的关系进一步结合到一起，该横向密封由间隙中断，由此该间隙提供位于所述间隙上方的饮料原料腔室和位于所述间隙下方的饮料出口腔室之间的流体连通，其中所述出口腔室与底部边缘中结合的所述可释放区域流体连通；以及V形折叠的过滤条带，其具有分别结合到第一后片和第二后片的内表面的第一边缘和第二边缘，所述第一边缘和第二边缘在中间横向密封内或在中间横向密封附近横跨所述胶囊延伸，由此V形折叠过滤条带延伸跨过该间隙以在间隙中提供过滤元件。
如本文所用的术语“胶囊”是指包含饮料制备物料的合适的密封容器，饮料制备物料通常是颗粒物料，例如磨碎的咖啡。使用前将原料密封在胶囊内。也就是说，至少胶囊的饮料原料腔室以基本上空气和水分不可渗透的方式被密封。胶囊合适地由基本上氧气和水分不可渗透的材料形成，以保持饮料原料的新鲜度。优选地，胶囊基本上是耐储存的。也就是说，它可以在环境温度和大气条件下储存至少3个月、优选至少一年的时间，而内容物不会显著劣化。
胶囊的前片和后片限定胶囊体。术语“体”在本文中在其三维形状的通常意义上使用，包括用于保持饮料冲泡原料的封壳。应当理解的是，胶囊体在平面视图中可以是任何合适的形状，包括圆形、正方形、其它的规则多边形，或梯形。合适地，胶囊体在平面视图中基本上是矩形的。合适的尺寸是：高约5厘米至约12厘米，宽约3厘米至约8厘米。在这些实施例中，过滤条带的宽度总共为从约30mm至约50mm，例如约40mm(即，在折叠部的每一侧上约20mm)。
本文的术语“顶部”和“底部”以及诸如“上方”和“下方”以及“前”和“后”的相关表达是旨在参考附图阐明胶囊和设备的元件的相对位置的相对表达。虽然胶囊的“顶”端可能确实在使用中是最高的，但是本领域技术人员将容易理解的是，不一定是这种情况，这取决于饮料制备机器的取向。在任何情况下，胶囊的“顶部”或“上部”区域是在上游的区域，并且“底部”或“下部”元件在饮料制备期间相对于液体流动位于下游。例如，在饮料制备期间，饮料制备机器可能取向成使得水在水平方向上流动通过胶囊。以这种方式，胶囊的顶端和胶囊的底端将处于相同的垂直高度处。然而，从本发明的说明书和附图可以看出，饮料制备机器优选地取向成使得在饮料制备期间水在基本垂直的方向上流动通过胶囊。
前后柔性片结合在一起以限定其中储存饮料制备原料的原料腔室，并且在其中通过溶化或溶解饮料制备原料来制备饮料。原料腔室合适地大部分由原料填充，例如腔室体积的至少约50％被原料填充。腔室的未压缩体积合适地为从约5ml至约100ml。
中间横向密封中的间隙限定从饮料原料腔室延伸的出口通道，在饮料制备过程中饮料通过出口通道从腔室离开。出口通道基本上没有饮料原料。出口通道具有在饮料流动方向上的长度，以及垂直于该流动的横截面。出口通道的长度合适地为从约1mm至约20mm，例如约5mm至约10mm。出口通道的宽度合适地为从约5mm至约50mm，合适地为从约10mm至约30mm，例如约15mm。出口通道的未压缩平均截面面积显著小于饮料原料腔室的平均截面面积，例如，出口通道的平均未压缩截面面积合适地不超过饮料原料腔室的平均未压缩截面面积的约10％。此外，如下面进一步解释说明的那样，出口通道在饮料制备期间通常被压缩(挤压)以进一步减小其截面。在实施例中，出口通道的平均宽度合适地为从约5mm至约30mm，例如约10mm至约20mm，并且出口通道的平均未压缩深度小于约4mm，例如从约0.4mm至约2mm。
V形过滤条带是一种简单折叠的过滤材料条带，合适地是非织造织物材料，例如聚丙烯纤维的非织造纤维网。条带的总宽度(从第一纵向边缘到相对的纵向边缘(垂直于V形折叠部)测量)合适地为从约30mm至约50mm，例如约35mm至约45mm。V形折叠部合适地位于条带的中线上。条带合适地具有与胶囊宽度基本相同的长度，由此其在胶囊的基本上整个宽度上横向地结合到胶囊中，合适地使得条带的短端边缘嵌入到胶囊的侧部边缘密封中。该条带具有远离V形折叠部的两条纵向边缘。这些边缘中的每一个相对于胶囊的轴线分别结合到胶囊的前侧壁和后侧壁，使得V形折叠部位于侧部边缘下方。本发明的一个特征在于，V形条带的侧部边缘在中间横向密封内或中间横向密封附近结合到侧壁上，由此V形条带的边缘不会以任何明显的程度延伸到横向密封的上方。也就是说，边缘不会在横向密封的顶部上方(并且因此在出口通道顶部上方)突出超过约10mm，优选地不超过约5mm，更优选地它们根本不会在横向密封的顶部上方延伸。该特征有助于确保原料床完全并均匀地润湿并通过流动通过原料腔室的液体来提取。本发明人已经发现的是，图3和图4所示的根据现有技术的胶囊具有V形条带过滤器，其结合到横向中间密封正上方的侧壁，允许液体通过出口通道上方的过滤器侧向离开，并且在没有完全充分提取原料的情况下在过滤器和原料腔室侧壁的中间向下流过。本发明克服了这个问题。
过滤条带通过热或超声波结合、同时通过形成中间横向密封而结合到前片和后片。因此，过滤条带合适地包含热塑性纤维以辅助这种结合。
根据本发明的胶囊的操作基础是通过将水注入到其中形成饮料的饮料原料腔室中来制备饮料，并且当饮料通过出口通道从原料腔室离开时被过滤。饮料不会不通过过滤器就从胶囊体离开。过滤材料跨过出口通道产生背压，由此可在原料腔室内保持高的冲泡压力(例如，用于冲泡浓缩咖啡)，而饮料不会过快地离开。可通过将挤压施加到出口通道来压缩过滤材料、从而通过改变通过出口通道的液体离开截面来调节或固定这种背压。过滤材料具有足够的可压缩性，并且优选地是弹性的，以使得能够通过压缩过滤材料来控制液体离开截面。
用于形成胶囊体的片材或柔性膜材料通常是层压材料，其包括两层或更多层的下述层：用于将片材结合到包装的其它构件的热塑性密封剂层；基本上不透气的阻挡层，其合适地是金属膜，诸如铝膜；改善层压材料的其它层之间粘附的粘附层；结构层，例如用于提供抗穿刺性；和/或印刷基层。结构层可由如本领域内公知的聚烯烃、聚酯、尼龙或其它聚合物制成。在某些实施例中，胶囊的前部和后部包括柔性片材。在某些实施例中，前表面和后表面可由沿着一个边缘折叠的单张片材形成。在某些实施例中，前片和后片至少之一的至少一个区域可以是透明的，以允许用户能够看到原料。
前片和后片和/或过滤器和/或注射管嘴可包括可堆肥材料或基本上由可堆肥材料组成。术语“可堆肥(compostable)”表示材料在几个月内大部分分解，合适地在堆肥后几周内分解。通常情况下，如由ISO14855方法(如在EN13432中)所确定的那样，胶囊在六个月内至少堆肥约90％。可用于胶囊的热塑性可堆肥聚合物包括乳酸和乙醇酸的聚合物和共聚物、聚羟基丁酸酯、聚乙烯醇(PVOH)、乙烯乙烯醇(EVOH)、淀粉衍生物、纤维素以及纤维素衍生物，及其混合物。
适用的材料和制造方法例如在已经引用的涉及FLAVIA胶囊系统的专利说明书中有所描述，例如GB-A-2121762、GB-A-2122881、EP-A-0179641、EP-A-0247841和WO-A-9905044。
胶囊还包括定位成与出口通道的下游端处于流体连通的与饮料原料腔室相对的下游(出口)腔室。合适地，饮料原料腔室、出口通道和下游腔室都通过用合适的结合图案(轮廓)将片材的前表面和后表面结合在一起而形成。下游腔室合适地显著地比饮料原料腔室小，例如不超过饮料原料腔室的体积的约25％。出口通道和下游腔室(在存在的情况下)合适地位于与液体注射的位置(例如胶囊的注射管嘴处)相对的胶囊端部。在实施例中，胶囊合适地基本上轴对称(即，围绕纵向轴线具有双重旋转/反射对称性)，并且合适地，注射管嘴(在存在的情况下)、出口通道和下游腔室(在存在的情况下)位于纵向轴线上。
当下游腔室从通道填充了热饮料时，下游腔室比出口通道更宽并与胶囊上的可释放底部密封流体连通，有助于该密封的打开。
下游腔室还可用作用于离开出口的饮料的调节腔室，也就是说，其中液体内的气泡可与液体分离以在浓缩咖啡上形成“咖啡脂(crema)”。备选地或附加地，下游腔室可包括用于将饮料引导到一个或多个饮料出口的一个或多个导管。例如，下游腔室可分叉以将饮料引导到与胶囊的相对边缘邻近的两个出口。在其它实施例中，下游腔室可以是漏斗形的，以将饮料引导到位于中心的单个出口。
如已经提到的那样，来自下游腔室的饮料出口由可释放的密封来密封，所述可释放的密封在下游腔室中的饮料的热和/或压力的作用下打开(可选地辅以外部加热(例如由冲泡设备在外部施加的热空气))。可释放的密封对于空气或水分是基本上不可渗透的，以便通过在冲泡开始之前防止空气或水分进入液体引导件来保持饮料冲泡原料的新鲜度。例如，可释放的密封可包括如EP-A-0179641或WO99/05036中所述的一层压敏粘合剂。
在优选实施例中，V形条带过滤器的底部(即，V的顶点)在胶囊的底部边缘密封内结合，特别是在可释放的密封部分内结合。已经发现的是，将V形条带过滤器的底部嵌入到可释放的密封中导致更可靠的包装打开和当包装打开时更明显的“啪”声。
合适地，胶囊还包括管嘴，液体可通过所述管嘴注入到包含饮料制备原料的腔室中。管嘴合适地是热塑性管嘴，其具有用于从饮料制备机器接收液体注射器管的管状孔。该孔可以是圆柱形的，或者其可以具有非圆形的横截面。管嘴可在腔室内具有单个出口，或者其可以在腔室内具有多个出口，例如用于将制备饮料的液体分配在饮料原料封壳内的出口歧管。一个或多个管嘴出口可以位于胶囊的边缘处，或者它们可更居中地位于封壳内。合适的管嘴在EP-A-0179641和WO-A-9905036中有所描述。管嘴的入口端可包括围绕孔的环形座(凹部)，用于接纳注射器管上的O形环，以在注射器管和管嘴之间形成耐压密封。
管嘴合适地在其入口端处包括凸缘，以通过冲泡机夹具协助夹持管嘴孔。凸缘可在纵向截面上成型以限定键轮廓(key profile)，由此只有在管嘴凸缘的键轮廓符合冲泡机夹具中的键槽(key way)时，胶囊才能插入到冲泡机夹具中。备选地或附加地，管嘴可由彩色塑料(例如黑色、白色、红色或蓝色塑料)模制，以协助由用户和/或由冲泡机上的光学胶囊识别装置进行胶囊识别。这可用于确保不合适的胶囊不会意外地插入到冲泡机中。
合适地，管嘴由易损屏障密封，以在制备饮料之前保持饮料制备原料的新鲜度。易损屏障可包括薄膜片材材料，或者基本上由薄膜片材材料制成，该薄膜片材材料可由饮料制作机器上的液体注射器管刺穿。在其中管嘴由热塑性塑料模制的其它实施例中，易损屏障可以是与管嘴一体模制的热塑性屏障，并且具有至少一个周边弱化区域，以使该屏障能够被饮料制作机器上的液体注射器管刺穿。
通常情况下，胶囊是单人份胶囊。也就是说，包含在胶囊中的原料的量足以制备一份饮料，即在浓缩咖啡的情况下，足以制备从约10ml至约250ml、合适地从约25ml至约125ml的饮料。例如，胶囊可包含从约2g至约25g的磨碎咖啡或从约1g至约9g的茶叶。合适地，胶囊是在一次使用之后被丢弃或回收的单次使用胶囊。
在使用中，如下面进一步解释说明的那样，胶囊基本上完全被夹具空腔的内表面包围并与其接触。空腔支撑包封在空腔内的饮料冲泡胶囊，从而使得在胶囊内形成高的静水压力而不会使胶囊爆裂。实际上，可设想到胶囊可以形成有非常薄的壁，从而减少在冲泡之后剩下的塑料废料量。
明显的是，可以使用根据GB-A-2121762、GB-A-2122881、EP-A-0179641、EP-A-0247841和WO-A-9905044的制作胶囊的方法的仅仅较少变型来制作上述胶囊。具体地，胶囊可使用合适轮廓的热或超声波密封钳口来形成顶部、边缘和中间密封以及在限定出口腔室的中间密封下方的结合区域而由前片和后片材料的连续条带和V形折叠过滤材料的连续条带制成。
在第二方面，本发明提供一种饮料制备设备，其用于通过将加压的水注入到胶囊中来制备饮料，其中所述胶囊具有至少一个柔性壁，所述饮料制备设备包括能够在打开配置和闭合冲泡配置之间操作以制备饮料的夹具组件，所述夹具组件包括：第一夹具构件，其具有在其内壁中的凹部，用于接收胶囊的一部分；第二夹具构件，所述第二夹具构件包括外围刚性框架和由跨越所述外围刚性框架的弹性层形成的弹性中心区域，其中在所述闭合冲泡配置中，所述第一夹具构件和第二夹具构件的相应内壁限定用于在饮料制备期间基本上包封和支撑胶囊的腔室，所述腔室具有用于注射水的入口区域和用于饮料离开的出口区域；活塞构件，其包括邻接所述第二夹具构件的弹性中心区域的活塞面和弹性地联接到所述外围刚性框架的活塞体，以允许所述活塞构件相对于所述外围刚性框架的受限弹性运动；以及作用在活塞上以打开和闭合夹具组件的驱动元件。
合适地，根据本发明的饮料制备设备适于从根据本发明的胶囊制备饮料。饮料制备设备合适地包括金属或类似的结实材料制成的刚性底盘(活动部件被锚固到该刚性底盘)以及围绕底盘和活动部件的壳体。
合适地，第一夹具构件和第二夹具构件可沿着路径(以下称为“闭合方向”)以面对面的方式一起移动，以夹持和包封胶囊。合适地，第一夹具构件和第二夹具构件中之一在胶囊插入之后并且在夹持之前相对于饮料制备设备的底盘固定。固定的夹具元件合适地是第一夹具构件。另一夹具构件通过驱动机构沿着路径移动以夹持胶囊。合适地，所述路径的至少最后一部分沿着所述闭合方向基本上是线性的。
由第一夹具构件和第二夹具构件形成的腔室的入口区域通常位于腔室的第一端部(在本文中也称为“上端”)处，以及出口区域通常位于相对端部(在本文中也称为“下端”)处。在诸如本文详细描述的实施例中，入口合适地位于出口上方，例如基本上位于出口的正上方。术语“纵向”是指从入口端到出口端的方向。本文中的术语“横向”或“水平”是指垂直于纵向的方向。本文中的术语“中线”是指位于入口和出口中间的横向线。术语“靠近入口的区域”是指位于中线和入口之间的夹具腔室的区域。术语“靠近出口的区域”是指位于中线和出口之间的夹具腔室的区域。
当夹具组件处于闭合位置时，夹具构件的内表面限定用于饮料制备胶囊的腔室。饮料制备胶囊由夹具构件支撑并且通常基本上完全被夹具构件包围并与之接触，从而使胶囊内部能够形成高的静水压力，而不会使胶囊爆裂。实际上，可设想到胶囊可形成有非常薄的壁，从而减少使用后剩下的塑料废料量。由处于闭合冲泡配置的第一夹具构件和第二夹具构件形成的实质封壳将具有入口开口，以允许将液体注入到将被保持在腔室内的胶囊中，并且还具有允许冲泡的饮料离开腔室的出口。除了该入口和出口之外，当处于闭合冲泡配置时，第一夹具构件和第二夹具构件形成封闭的腔室。
第一夹具构件合适地围绕并支撑使用中的胶囊的前面或背面中之一。合适地，夹具构件的内表面被成型以配合在胶囊的所述前面或背面周围，例如，所述内表面是凹入的。第一夹具构件枢转地连接到饮料制备设备的底盘。在优选实施例中，第一夹具构件垂直地安装(即，第一夹具构件在上端部处具有其入口，以及在下端部处具有其出口)，并且第一夹具构件从设备内的第二夹具构件向外定位。在优选实施例中，第一夹具构件能够围绕一个边缘相对于底盘枢转，该边缘优选地是用于将胶囊插入到第一夹具构件内的下部(出口端)边缘。以这种方式，第一夹具构件用作门，该门可以打开以插入胶囊并在设备运行或静止时关闭。
第一夹具构件可通过固定机构锁定到其闭合冲泡配置中。每个夹具构件可独立地置于其闭合冲泡配置。只有当两个夹具构件都被放置在其闭合冲泡配置时，两个构件之间的夹具腔室才被建立。
第一夹具构件的固定机构可被解锁以允许接近第一夹具构件，例如从而插入胶囊以便制备饮料。固定机构可以将第一夹具构件固定到设备的底盘。因此，固定机构包括在第一夹具构件的一部分和底盘上的第二部分上的互补固定部件。以这种方式，当在冲泡过程期间将力施加到第一夹具构件时，第一夹具构件抵抗从其闭合冲泡配置的位移。固定机构可以是闩锁。闩锁可具有枢转地连接到第一夹具构件的弹簧加载臂和从底盘延伸的互补突起，当第一夹具构件移动到其闭合冲泡配置时弹簧加载臂在所述互补突起上方滑动，而当第一夹具构件达到其闭合冲泡配置时弹簧加载臂围绕突起弹性地钩住。以这种方式，第一夹具构件可容易地从其打开配置移动到其闭合冲泡配置，但是不会返回，不会使弹簧加载臂枢转移动而与底盘突起脱离接合。
在其中第一夹具构件可枢转以用于胶囊插入的这些实施例中，第一夹具构件可由弹簧或等效装置偏置，使得当锁定机构解锁时，第一夹具构件枢转到打开位置。备选地，马达可与第一夹具构件可操作地相关联，以使第一夹具构件在打开位置和闭合位置之间枢转。第一夹具构件可由金属或类似的刚性材料制成，并且其可衬有一层弹性材料。
第一夹具构件可包括形成第一夹具构件内壁的可移除的覆盖物。可移除的覆盖物可通过过盈配合、闩锁或磁体布置而保持在合适的位置。可移除的覆盖物的存在使得能够通过从设备移除可移除的覆盖物而容易地清洁第一夹具构件的面向胶囊的表面。
第二夹具构件包括支撑在具有中心空隙的刚性框架上的弹性层(由任何合适的材料制成，诸如弹性体材料)。弹性层具有用于接触和包封饮料制备胶囊的前表面和后表面。弹性层延伸跨过刚性框架的中心区域中的空隙。弹性层使得其在施加的力(特别是如下所述由活塞施加的力)作用下能够弹性变形。刚性框架在其操作期间经受的力作用下在饮料制备设备中不会变形。
活塞在刚性框架的空隙内部延伸并且具有抵靠弹性层背面的活塞面，由此在第二夹具构件的闭合方向(如上所述)上活塞朝向刚性框架的位移导致活塞面压靠弹性层的背面并使得弹性层位移到夹具的饮料制备空腔内。以这种方式，夹具组件可以压实(即压缩)夹具腔室中的胶囊。这也在注射液体期间支撑胶囊的内容物，从而能够达到高的冲泡压力。
活塞通过弹性装置(诸如弹簧)联接到刚性框架。多个弹簧可围绕活塞和刚性框架的周边间隔开以用作弹性装置。弹性装置的存在允许活塞在围绕中心(零位移)位置朝向或远离刚性框架的受限距离的弹性位移。当没有力作用以在两个部件之间产生相对运动时，中心位置是活塞相对于刚性框架的静止位置。在中心位置，活塞面位于弹性层背面之后恰好邻接弹性层背面，或者距离弹性层背面为短距离(诸如0mm至10mm)处。弹性装置允许活塞朝向刚性框架移动受限的距离，例如5mm至15mm，以使弹性层在第二夹具构件的闭合方向上从框架向前位移。以这种方式，活塞可移动超过中心位置，而刚性框架保持与第一夹具构件的接触，即使活塞正在移动也确保夹具腔室中的胶囊保持基本上被包封并且允许胶囊保持夹持在刚性框架和第一夹具构件之间。一旦在该方向上已经达到了活塞在框架中的最大位移，则活塞可以非弹性的方式抵靠框架，使得活塞的任何进一步位移将需要框架的位移，当夹具组件处于闭合冲泡配置时通过第一夹具构件锁定到底盘而防止上述框架的位移。
如上所述，刚性框架和活塞之间的弹性联接允许活塞移动以使刚性框架与第一夹具构件接触，然后确保围绕第一夹具构件周边的均匀接触。活塞的运动可相对于刚性框架继续，以便压实存在于两个夹具构件之间的胶囊内容物。以这种方式，弹性装置增加夹具组件制造和/或操作时的公差，因为如果刚性框架的一部分在刚性框架的其余部分之前接触到第一夹具构件，则弹性装置允许补偿，并且确保第一夹具构件和第二夹具构件之间的均匀接触。
如上所述，弹性装置可以是弹簧的形式。弹簧可围绕在刚性框架和活塞之间延伸的螺栓布置。螺栓可从活塞或刚性框架中的一个延伸并被接纳在另一个部件(即合适的刚性框架或活塞)中，以确保活塞保持与刚性框架中心的空隙对准，并确保弹簧在活塞和刚性框架之间保持就位。
刚性框架合适地由金属或刚性塑料制成。合适地其具有的尺寸类似于要被冲泡的胶囊的饮料制备腔室的外部尺寸，由此在饮料制备期间，饮料制备腔室的边缘紧密地夹持在刚性框架(包括框架上的任何弹性层)和第一夹具构件的相对边缘之间，以在饮料制备腔室周围提供耐压密封。
弹性层合适地具有与刚性框架类似的尺寸，并且合适地设置有周边凸缘，由此其被安装在刚性框架的前面上，其中凸缘在刚性框架的外周周围形成过盈配合或卡扣配合以将弹性层保持在框架上。这允许弹性层在其磨损时容易更换。
弹性层的弹性材料是适形的(conformable)，但合适地是基本上不可压缩的，例如它可以是固体弹性体层。通常情况下，弹性体层的厚度为5mm至25mm，具有的肖氏硬度为10肖氏硬度至60肖氏硬度，优选为20肖氏硬度至50肖氏硬度。弹性层前表面的弹性在层的不同区域可以不同，从而允许空腔的形状响应于冲泡期间的压力而改变。如下面进一步描述的那样，前表面也可以成型有压力垫，以改善在冲泡期间液体通过胶囊的流动。
已经发现的是，当一个或多个夹具构件的内表面包括当处于闭合位置时突出到由夹具组件形成的腔室中的一个或多个压力垫时，可以实现改进的饮料制备。压力垫确保胶囊内的饮料原料床的均匀压缩。压力垫可被配置或成型为优化液体通过饮料原料床的流动。合适地，压力垫设置在弹性层的前表面上。
当夹具组件处于闭合冲泡配置并将饮料制备胶囊包封在腔室中时，一个或多个压力垫在将水注入到饮料制备胶囊之前挤压包封的胶囊的上部部分。这进而有助于保持和压缩胶囊内的饮料制备物料(例如咖啡)的床，其允许饮料制备介质(通常为水)均匀地流动通过床，从而在冲泡期间最小化引导液体通过饮料制备物料的穿流，并改进饮料制备物料到饮料制备介质中的提取。
弹性层可变形和调整以补偿饮料制备胶囊的不规则形式和/或胶囊内的不同量的原料，并且还可以补偿流体注射期间的压力变化，从而调节胶囊内的静水压力。这导致将饮料制备物料的压缩床更均匀地暴露于液体介质(通常为水)，从而改善扩散。这提供一种提高品质的饮料，同时又减少由于穿流引起的饮料制备物料的浪费。
此外，这种可变形性允许压力垫适应包含不同量原料的饮料制备胶囊，从而提高夹具组件的通用性。
合适地，在上述实施例中，第二夹具元件的弹性体层的凹入基底前表面被成型为大致符合胶囊的形状。这使得夹具的内表面符合饮料制备胶囊的外表面，从而防止胶囊在加压液体注入到胶囊时爆裂。在使用中，夹具表面与胶囊外表面的精确适形性还通过减少液体通过饮料冲泡原料床的穿流而促进饮料冲泡品质，因为它促进了饮料冲泡原料的均匀压缩。
从夹具构件内表面突出的压力垫可配置成压缩饮料原料并使得冲泡期间饮料制备胶囊中的空气或液体的体积最小化。这便利地使得胶囊中的液体体积最小化，从而通过使得液体暴露于床的程度最大化，并提供更有效的饮料制备过程来辅助制备更浓缩的饮料，诸如浓缩咖啡。
从第二夹具构件的弹性层的内表面突出到由处于闭合冲泡配置的夹具构件形成的腔室内的一个或多个压力垫可以具有任何合适的配置，以实现挤出胶囊顶部空间并压缩胶囊内的咖啡床的期望目的。典型地，一个或多个所述压力垫在没有外力的情况下具有基本上弓形的横向和/或纵向截面。压力垫合适地具有圆形(双凸形)的缓冲垫形状。弓形压力垫以从约2°至约45°、例如从约10°至约30°的接触角合适地与所述凹入基底表面相交。弓形压力垫合适地具有从约1mm至约15mm、例如从约4mm至约10mm的最大高度(从基底表面的下面曲线的切线测量)。
压力垫合适地主要位于夹具封壳的入口区域附近。也就是说，压力垫体积的一半以上位于夹具腔室的上半部内。这种定位实现从胶囊挤出顶部空间并将原料床压缩到胶囊底部内的目的。该定位还允许压力垫的轮廓将水流引导到原料床中。
在挤压胶囊上部的同时，压力垫仍然需要允许液体通过以到达胶囊下部部分中的原料床。出于该原因，一个或多个压力垫合适地在横截面上成型，以限定一个或多个较小高度的纵向通道。液体可在这些通道下面流动通过胶囊。合适地，至少一个通道基本上居中定位，以便将流动居中地引导到原料床上。例如，一个或多个压力垫可具有大致m形的横截面。
一个或多个压力垫优选为细长的形状，并且大体沿着从入口区域朝向出口区域的方向延伸。该压力垫或每个压力垫可独立地从腔室长度的约20％至约80％延伸，例如，从腔室长度的约30％至约75％。换言之，当一个或多个压力垫主要位于入口区域附近时，它们可朝向出口区域延伸超过空腔的中线。
在一些实施例中，夹具组件中仅存在一个压力垫。在其它实施例中，包括压力垫的夹具构件可包括多于一个的压力垫。在一些实施例中，可存在1个至10个压力垫。在优选实施例中，可存在1个至4个压力垫，例如，夹具构件可包括三个压力垫。
合适地，压力垫由从入口朝向出口延伸的在第二夹具构件弹性层上的三个枕形(双凸形)细长垫组成。垫合适地横向重叠，以呈现波纹内表面。合适地，外垫具有比中央细长垫更高的轮廓。合适地，垫不会一直延伸到出口，从而在夹具空腔的出口区域中留出空间，使饮料原料被压缩到该空间内。
如前所述，夹具内的水压可在冲泡期间对夹具构件施加5000N以上的力。该力必须被安全地包容。此外，作用于设备的夹具驱动机构上的该力可迫使驱动机构脱离正确的对准。因此，本发明的饮料冲泡设备合适地配置成使得这种水平的力不会以致其对驱动机构造成损坏的方式传递。
实现这一点的优选方法是利用所谓的上止点(TDC，top-dead-centre)布置，以便将第二夹具构件几何地锁定在合适的位置。在这种方法中，驱动机构包括曲轴和曲柄臂，使得曲轴围绕曲轴中心旋转并且在第一枢转点处连接到曲柄臂的第一端部，使得曲柄臂可相对于曲轴枢转。曲柄臂的与第一端部相对的第二端部在第二枢转点处连接到活塞。这允许曲柄臂相对于活塞枢转。活塞的移动被限制为朝向和远离第一夹具构件移动，通常以线性方式移动。因此，当曲轴由马达驱动旋转时，活塞面朝向或远离第一夹具构件移动。在上止点布置中，活塞面处于其与曲轴中心最远可能位置处，并且曲轴中心、第一枢转点和第二枢转点对准，使得第一枢转点位于曲轴中心和第二枢转点之间。此外，经由活塞从第二夹具构件施加到曲柄臂和曲轴上的任何力都在枢转点对准的方向上。在该位置，施加到活塞面上的任何力都不会导致曲轴旋转，因此消除向回驱动马达的风险，从而保护马达免受潜在的破坏。因此，在上止点位置，可移动部件(活塞和曲轴)几何地被锁定，使得第二夹具构件保持在合适位置，防止在夹具腔室中形成的高冲泡力。
由于马达可对向后驱动力提供阻力而不造成损坏，所以具有与上止点布置相关的可接受的公差程度。在本发明中，如果曲轴中心、第一枢转点和第二枢转点基本上对准并且基本上处于上止点布置，则上止点布置保持有效。在这种情况下，术语“基本上”意味着曲轴可处于距离上止点布置不超过±5°、优选不超过±2.4°的角度。
上文描述的上止点布置意味着第二夹具构件被锁定就位，而不需要复杂的附加部件，诸如图7和图8中所示的锁定机构。
作为将第二夹具位置经由上止点布置锁定在位的替代(或可能甚至是其补充)方案，本发明的设备可包括锁定机构，该锁定机构将第一夹具构件和第二夹具构件锁定在闭合冲泡配置。在图7和图8中示出一种这样的锁定机构。该锁定机构可允许第二夹具构件的弹性层在闭合冲泡配置的受限变形，以在冲泡之前实现胶囊的压实(压缩)，和/或在冲泡之后使胶囊脱水。合适地，锁定机构接合第一夹具构件和活塞，但不直接接合刚性框架或弹性层。相反，在闭合冲泡配置，第二夹具构件的刚性框架被迫抵靠第一夹具构件，以通过活塞和刚性框架之间的联接从活塞传递到刚性框架的弹性力来密封形成夹具腔室的胶囊封壳。弹性联接和锁定机构在闭合冲泡配置允许活塞进一步朝向弹性框架的受限运动，例如以协助解锁锁定机构和/或将弹性层进一步推入到冲泡空腔中以压缩胶囊内的饮料原料和/或在饮料制备之后使胶囊脱水。最后，该设备被合适地配置成在进行冲泡时将驱动机构从活塞脱开，使得由夹具腔室内的冲泡压力施加的全部力由锁定机构获得而不由驱动机构获得。
合适地，所述锁定机构包括：从第一夹具元件一侧突出的至少一个第一锁定销；从活塞一侧突出的至少一个第二锁定销；以及可移动的锁定门，其具有第一凸缘和第二凸缘，该第一凸缘用于在闭合和锁定位置(在本文其也被称为锁定机构的闭合冲泡配置)抵靠第一锁定销，该第二凸缘用于在闭合和锁定位置抵靠第二锁定销，其中当所述夹具组件处于闭合冲泡配置时，所述锁定门可从打开位置移动到锁定位置，其中在打开位置所述凸缘不与所述销接合，而其中在锁定位置所述凸缘分别接合所述第一销和第二销的相对侧，以防止第一销和第二销移动分开，同时允许第一销和第二销朝向彼此移动。
合适地，第一夹具构件和活塞上的销在基本上平行于夹具构件的闭合方向的线上彼此相对定位。合适地，相应的第一锁定销和第二锁定销和锁定门位于第一夹具构件和活塞的相对侧上。合适地，两对、三对或更多对锁定销设置在第一夹具构件和活塞的相应侧上的间隔位置处，具有相应的门杆和锁定凸缘，以在多个间隔位置处在两侧提供锁定。
锁定门合适地包括垂直驱动轴和连接到驱动轴并且在每个锁定杆的相对端部处具有相应凸缘的一个或多个横向锁定杆。在此“横向”是指夹具构件的闭合方向。锁定门合适地链接到设备的底盘，并通过合适的驱动机构垂直于夹具半部的闭合方向移动。
一个或两个夹具构件可包括加热器以在饮料制备之前和/或期间加热胶囊内的饮料原料。加热器例如可在一个或两个夹具构件的内部或表面上包括电加热器元件。在其它实施例中，夹具构件中的一个或两个可通过热水或蒸汽通过构件内的导管进行循环来加热。加热器合适地在加热的夹具构件的表面处实现90℃至110℃的温度。饮料原料的加热是期望的，以便提供恒定的、优化的提取温度，例如用于浓缩咖啡的约90℃至95℃。在没有外部加热的情况下，加热饮料原料所需的热能可能导致冲泡温度的初始下降而低于最优值，特别是对于需要较小体积热水的饮料(诸如浓缩咖啡)而言。
在没有内部压力的情况下当夹具处于闭合和锁定位置时，冲泡腔室的最大体积合适地为从约25cm3至约250cm3，更合适地为从约30cm3至约150cm3。当活塞完全延伸到冲泡腔室中时的最小体积合适地为最大体积的约75％或更小，例如最大体积的约50％或更小。
夹具组件适于从胶囊的饮料原料腔室向出口通道施加挤压力，以便实现来自胶囊的饮料离开速率和饮料原料腔室内的背压的最优组合，以优化饮料品质和冲泡速度。例如，来自冲泡腔室的出口区域中的夹具设备可包括配置成夹住胶囊出口通道以提供收缩部的夹具元件。各种布置是合适的，包括：(a)固定配置的出口收缩部；(b)可调收缩部；和/或(c)偏置的收缩部(biased constriction)。
在最简单的布置中，处于闭合位置的夹具组件具有在出口通道区域中的内表面，其限定固定尺寸和形状的开口，该开口向胶囊出口通道提供所需的压缩程度。例如，一个夹具构件可在该区域中具有平坦表面，而另一个夹具构件可具有平坦表面，其具有切入其表面内的期望尺寸的通道。当夹具组件闭合而使得平坦表面相抵接时，夹具底部中的所需开口由所述通道形成。合适地，例如与图5和图6中所示种类的胶囊一起使用，设置在夹具腔室底部中的固定间隙的深度为从约0.1mm至约0.8mm，宽度为从约10mm至约20mm，例如约15mm。这在胶囊的出口通道上提供所需的挤压力。合适地，通道设置在第一夹具构件的刚性表面中，并且平坦表面由第二夹具构件的刚性框架上的弹性体层提供。
在其它实施例中，可以调节在夹具的出口区域(在该处挤压力施加到胶囊)处形成的开口的尺寸，例如通过将夹具构件中之一的合适部分安装在螺钉上来进行调节。这允许为不同胶囊尺寸、胶囊中的原料和/或期望的背压来优化开口尺寸。实际上，通过充分地增加开口的尺寸，这允许夹具用于高压(例如浓缩咖啡)冲泡，而且也用于低压(例如过滤咖啡或茶叶)冲泡。该开口对于高压冲泡而言收缩，以便在原料腔室中保持高的背压。对于低压冲泡而言，该开口变宽，以便允许通过出口通道的令人满意的流率，同时将冲泡腔室内的背压保持在约1.5巴以下。
还在其它实施例中，提供所述挤压的构件中的至少一个具有在所述流体出口区域中的内表面，该内表面被偏置以将挤压力施加到腔室中的胶囊。偏置装置补偿包装形状的变化，并且还补偿当胶囊被注入的水加压时的夹具构件的变形。合适地，流体出口区域中的所述内表面可通过支撑在弹簧上而被偏置，如在WO2012175985中更详细描述的那样。偏置装置可以是可调节的以改变偏置力。
第二夹具构件可由固定到活塞上并且基本上垂直于夹具闭合方向延伸的臂支撑。远离活塞的臂的端部通过枢转连接而附接到饮料制备设备的底盘。这允许臂将第二夹具构件远离第一夹具构件摆动以打开夹具并允许将胶囊丢弃到设备内部的箱体内。活塞可由容纳在活塞背面中的槽中的驱动销移动。驱动销合适地附接到曲柄臂的一端部。曲柄臂的另一端部可通过枢转连接而附接到由具有带齿轮的电动马达驱动的带齿曲轴，该齿轮与带齿曲轴啮合，带齿曲轴具有合适的齿轮以提供进一步的机械优点。曲轴围绕安装到饮料制备设备底盘的轴(对应于曲轴中心)旋转，优选地，曲轴基本上与夹具的中心纵向轴线一致，以便提供作用于夹具上的平衡的闭合力。如已经指出的那样，夹具驱动器仅需要施加足够的力来闭合夹具并向内驱动活塞，以在将水加压注入到夹具内之前和之后压缩胶囊的饮料冲泡腔室。在冲泡期间由加压液体施加的全部力由锁定布置获得。因此，夹持机构本身不需要施加非常大的力。
根据本发明的设备还合适地包括用于当胶囊保持在冲泡空腔中时将水性流体注入到胶囊内部的一个或多个注射器管。注射器管合适地由金属制成，并且合适地具有尖锐的尖端以辅助刺穿胶囊管嘴的保鲜屏障。如GB-A-2121762中所述，注射器管可插入到胶囊顶部的管嘴中。合适地，该设备还包括一个机构，用于在开始冲泡之前将注射器移动到胶囊内，并且一旦冲泡完成就将注射器移出胶囊。可以通过闭合和打开第一夹具构件来致动所述机构，或者可通过单独的机械或机电装置致动所述机构。注射器管合适地通过止回阀(诸如球阀)与加压水源连通，所述止回阀在大于例如约5巴的压力下打开，以允许水在压力下通过管，但是在不使用时防止水从注射器管滴落，例如由于冲泡机器预热期间水的热膨胀而滴落。合适地，O形环围绕注射器管安装，用于与下面进一步描述的胶囊的入口管嘴形成耐压密封。O形环可通过固定到注射器管上方且邻接O形环的凸缘或套筒保持在合适的位置。
该设备包括用于在大于5巴表压、例如在10巴表压至15巴表压的压力下向注射器管供水的泵。典型的泵是以固定位移和固定速度运行的梭泵，由此当背压增加到通常约16巴的最大压力时，水流率降低。合适地，该设备还包括加热器，该加热器将水性冲泡介质供应到泵，该水性冲泡介质诸如热水或蒸汽，合适地为约80℃至约100℃温度的热水。
本发明的设备还可包括杯子接收位，其用于定位杯子以接收在夹具组件中制备的饮料，其中所述杯子接收位包括杯子检测设备，杯子检测设备包括红外发射器和红外接收器，该红外发射器和红外接收器定位成使得位于接收位中的杯子中断红外发射器和红外接收器之间的红外光束，以检测杯子在杯子接收位中的存在，其中当杯子检测设备未检测到杯子在杯子接收位中时，设备控制系统和用户显示器被编程为执行以下步骤：(a)中断饮料制备；和(b)提示用户执行以下选项之一：(i)将杯子插入到杯子接收位中；或(ii)忽略杯子检测功能。
杯子接收位通常位于使用中的包装出口的底部正下方，即在夹具腔室的出口下方，使得饮料在重力作用下落入杯子中。杯子接收位可包括用于支撑杯子的搁板。搁板的垂直高度可以是可调节的，以适应不同尺寸的杯子。备选地，搁板可处于在包装出口底部下方的固定的垂直高度处，但是可以移动，使得其可以从饮料供应位置移开。这允许根据饮料将要分配到其中的杯子的大小可选地使用搁架，较大的杯子能够放弃使用搁板并且被放置在包装出口正下方的杯子接纳部段的基部上。
红外杯子检测器是本领域内公知的，并且将不再进一步描述。本发明人已经发现的是，这种IR杯子检测器的缺点在于它们由于玻璃对红外辐射的透过性而无法检测玻璃杯子。这可通过下述用户界面来克服，该用户界面提供这样的选项：如果例如使用从IR杯子检测产生假阴性输出的玻璃杯子，则忽略杯子检测功能并继续进行饮料制备。
该设备可以包括压力传感器，用于测量到达夹具中胶囊的液体入口管线中的压力(背压)。该设备可进一步包括控制元件，以响应于所测得的背压来改变泵输出和/或夹具出口通道区域的配置，以便例如在饮料制备期间保持基本恒定的背压。
该设备优选地包括用于保持第二胶囊的第二夹具组件，用于将水注入到保持在夹具组件内的胶囊中的注射器，以及用于以小于约1巴表压的压力泵送所述水通过所述注射器的泵。第二夹具和注射器例如可与上述专利说明书GB-A-2121762、GB-A-2122881、EP-A-0179641、EP-A-0247841和WO-A-9905044中所述类似。以这种方式，单个设备具有分别适于高压和低压饮料制备的夹具。合适地，第一夹具组件和第二夹具组件设置在单个壳体中，具有与其相关联的单个控制系统和显示器。
合适地，该设备可包括控制系统和显示器，其编程为提示用户执行以下相继的步骤：
(a)选择要制作的饮料；
(b)将胶囊插入到合适的夹具中；以及
(c)等待从胶囊制备饮料；
通常情况下，提示(a)指引用户从各种饮料选项中进行选择，这些饮料选项诸如过滤咖啡、过滤茶叶、浓缩咖啡，或双组分饮料(诸如卡布奇诺咖啡)。
选择饮料的提示可通过软键访问的一个或多个菜单选择屏幕进行。该设备还可被编程为提示用户在所述步骤(a)之前或之后进行支付。支付可以通过投币释放机制、刷卡，或系统中提供的其它自动借记程序来进行。
当不使用时，显示器可以显示欢迎画面，诸如徽标或一杯咖啡的图片。该设备还可被编程为在所述步骤(a)之前提示用户将容器放置在设备的杯子接收位中。如上所述，该设备可包括杯子检测互锁，例如红外检测器互锁，以在设备中的饮料接收位置中没有容器时阻止或中断设备的操作。如果在程序的任何阶段没有在杯子接收位中检测到杯子，则控制系统可适于给用户提供插入杯子(或如上所述地忽略杯子检测)的提示。
控制系统和显示器例如可包括液晶显示器和软键控制件。作为在显示屏幕上视觉提示的替代或附加方案，提示(b)可包括机械地打开合适的夹具以允许插入胶囊。提示(b)可在显示器上包括视觉提示，以选择适于该夹具的类型的胶囊(即根据本发明的用于高压饮料(诸如浓缩咖啡)的高压胶囊，或用于在低压夹具中制备的低压饮料的常规FLAVIA胶囊)。以这种方式，指示用户将胶囊放置在相关夹具中，避免与为了进行冲泡过程胶囊应当放置的位置相关的混淆。
提示功能普遍适用于具有可以放置胶囊的多个位置的饮料制备设备。露出合适的开口、即打开合适的冲泡部段门的过程直观地引导用户将胶囊放置在适于所选饮料的所需位置。
备选地或附加地，饮料制造设备可在提示(c)之后进一步提供提示，以执行以下步骤：(d)将容器从第二夹具组件下方的饮料接收位传送到第一夹具组件下方的饮料接收位。这种提示将是合适的，例如，如果正在制备双组分饮料例如卡布奇诺型饮料，其包含在第二夹具组件中从增白剂/乳品胶囊制备的热发泡乳制品组分，然后向其中加入在第一个夹具组件中从咖啡胶囊制备的浓缩咖啡的份量。
因此，在这些实施例中，饮料制作设备可包括控制系统和显示器，其编程为响应于冲泡多组分饮料的命令而提示用户执行以下相继的步骤：
(a)将包含第一饮料冲泡原料的第一胶囊插入到夹具之一中；
(b)等待从第一胶囊中冲泡出第一饮料组分；
(c)将容器从所述夹具之一的杯子接收位传送到另一夹具的杯子接收位；
(d)将包含第二饮料冲泡原料的第二胶囊插入到另一夹具的保持器中；以及
(e)等待从第二胶囊中冲泡出第二饮料组分。
该设备还能够在单个夹具中制备两种饮料组分，例如如果根据本发明的夹具组件具有出口区域，该出口区域可被调节以提供较大的开口，从而导致在原料腔室内的低背压以用于制备过滤咖啡或发泡乳组分，随后提供较小的开口以提供高背压以制备浓缩咖啡份量。在这些实施例中，控制系统和显示器被编程为响应于冲泡多组分饮料的命令来提示用户执行以下相继的步骤：
(a)将包含第一饮料冲泡原料的第一胶囊插入到夹具中；
(b)等待从第一胶囊中冲泡出第一饮料组分；
(c)将包含第二饮料冲泡原料的第二胶囊插入到所述保持器中；以及
(d)等待从第二胶囊中冲泡出第二饮料组分。
在所有上述实施例中，饮料制造设备还可提供最终提示以执行以下步骤：从设备中取出包含饮料的容器。
当饮料制备设备包括两个夹具组件时，优选的是，两个夹具组件被配置成由设备中的单个动力入口供电。这为用户保持简单性，并且使得单独电源从用户的多个电源插座同时汲取电流的问题最小化。
当饮料制备设备包括两个夹具组件时，优选的是，两个夹具组件配置成共享一个水箱。这降低设备的复杂性并保持较小的外形尺寸。
饮料制备设备还适于进一步包括用于在注入水完成之后从保持器弹出胶囊的机械弹出装置。合适地，将胶囊弹出到设备内的箱体内。
根据本发明的饮料制备设备还可包括空气泵和相关联的导管以及在设备控制系统控制下的一个或多个阀，用于在饮料制备之后将空气注入到胶囊中以使胶囊脱水。
合适地，根据上述任一实施例的饮料制作设备还包括由一个泵供应的水射流形成管嘴，用于将水射流引导到一个或两个夹具的杯子接收位中的容器中的液体内，以便当空气和液体撞击容器中的液体表面时，通过空气和液体高剪切混合的方式使液体发泡。管嘴的射流成形出口的内部截面积通常为从约0.2mm2至约3mm2，优选为从约0.4mm2至约2mm2，例如约1mm2。由于水基本上是不可压缩的并且没有明显的粘弹性，因此产生具有的直径为从约0.5mm至约2mm、优选为从约0.7mm至约1.5mm的圆形水射流。
在WO-A-02/087400中描述了这种射流形成管嘴及其用于产生泡沫饮料用途的细节，其全部内容通过引用并入本文。
射流形成管嘴还可用于在饮料制备过程的任何阶段通过施加短持续时间的射流来旋转容器中的液体以搅拌饮料。因此，例如，这种射流可作为饮料制备过程中的最后步骤用于搅拌饮料。这提供进一步的饮料制备选项。例如，在常规的卡布奇诺咖啡工艺中，如上所述在杯子中形成发泡乳。这通常在低压冲泡夹具中完成。然后如上所述，从高压夹具中将浓缩咖啡份量沉积在杯子中。这产生在底部具有不同的深色咖啡层以及上面的明显的、苍白的和乳白色层的卡布奇诺咖啡。一些消费者喜欢这种分布，特别是在玻璃杯子中的视觉吸引力。然而，其它消费者喜欢使用均匀颜色的完全混合的“拿铁”。因此，本发明设备的控制系统和用户显示器合适地包括用户选择卡布奇诺咖啡或拿铁咖啡的选项。如果进行了这些选择之一，则遵循上述所提示的双包装冲泡顺序。如果选择拿铁，则过程包括在沉积咖啡份量之后，将水射流注入到杯子中以使杯子中的液体旋转以均匀地混合所述层的另一步骤。
射流形成管嘴可由弹性体材料(诸如硅树脂)形成。这确保射流成形管嘴具有一定程度的柔性，这有助于清洁并防止沉积物(诸如水垢)的积聚。饮料制备设备可配置成使得射流形成管嘴作为设备的常规操作的一部分被周期性地操纵。该操纵移动管嘴，优选以突然的方式移动管嘴，以有助于消除随时间积聚的任何沉积物。同时操纵射流形成管嘴的常规操作可以是取出收集有废胶囊的箱体。箱体取出操作不是饮料冲泡过程的一部分，因此被移除的沉积物将不会被意外地掺入到制备的饮料中。
在另一方面，本发明提供一种饮料制备系统，其包括根据本发明的饮料制备设备，并且还包括多个饮料制备胶囊以用于所述设备，饮料制备胶囊优选是根据本发明的饮料制备胶囊。合适地，多个胶囊分别包含不同的饮料制备原料。当设备适用于高压冲泡和低压冲泡两者时，例如上述具有两个夹具组件的实施例，合适地，胶囊包括分别专门用于高压冲泡和低压冲泡的不同胶囊。
优选地，本文所述的饮料制备设备和系统中的饮料制备通过在制备饮料期间使得胶囊干燥打开来实现。本文所述的饮料制备胶囊优选适于干燥打开。如本文所用，术语“干燥打开(dry-opening)”是指通过空气压力而不是直接的液体压力来打开胶囊，即其可释放以允许在饮料制备期间饮料从胶囊离开的胶囊底部边缘中的前述结合区域通过空气压力而不是直接的液体压力而破裂。在饮料制备期间，通过注射器将加压的水注入到胶囊中，并且术语“干燥打开”是指当加压的水被注入到胶囊中或注入到注射器中或者诸如到管道(所述管道将加压的水从水储器供给到注射器)中时，存在于胶囊和/或注射器和/或所述管道中的残留空气被迫抵靠胶囊底部边缘的内部，使得在加压液体的压力下，所述残留空气而不是加压液体本身在加压的水与其接触之前使得胶囊的底部边缘破裂。通过空气压力而不是通过直接的液体压力打开胶囊便利地导致胶囊的更整洁的打开，从而避免在胶囊打开期间的任何不受控制的液体喷雾。本发明的干燥打开与独特的啪声有关。
备选地，可以通过在胶囊底部边缘处注入的液体的存在来打开胶囊。具体地，胶囊打开可由底部边缘处的液体的热和/或压力导致。
合适地，该系统包括两种胶囊：根据本发明的胶囊(例如用于制备浓缩咖啡份量)和不根据本发明的胶囊，用于低压饮料制备诸如过滤咖啡、过滤茶叶，或热发泡乳以便随后添加到浓缩咖啡份量中形成卡布奇诺咖啡。不根据本发明的胶囊适合地根据上述FLAVIA专利之一制造。热发泡乳胶囊合适地包含例如在WO-A-02/087400中详细描述的固体或液体乳浓缩物。
由于不希望在高压夹具中使用低压胶囊，也不希望在低压夹具中使用高压胶囊，因此该设备合适地包括确保在每个夹具中仅使用正确类型胶囊的装置。
例如，饮料制作设备还可包括在与设备的控制系统和显示器可操作地相关联的所述夹具组件或每个夹具组件内的胶囊识别装置。如其最简单的那样，该装置可以是简单的双模检测器，诸如UV光和光检测器，用于检测胶囊中是否存在荧光区域。还可设想到更复杂的胶囊识别装置，诸如条形码阅读器或RFID芯片检测器。备选地或附加地，可通过使用用于胶囊管嘴的不同颜色的塑料来识别胶囊。例如，用于高压冲泡的胶囊可包含由黑色塑料形成的管嘴，而用于低压冲泡的胶囊可包含由白色或半透明塑料形成的管嘴。在这些实施例中，设备夹具还包括用于检测胶囊管嘴颜色的光源和光检测器，并且该控制系统被编程为如果将错误类型的胶囊插入到夹具中则中断饮料制备过程。
胶囊识别装置的主要目的是确定是否将正确类型的胶囊插入到夹具中，即用于高压冲泡夹具的根据本发明所述类型的高压胶囊，或低压力胶囊，诸如用于低压配置夹具的常规FLAVIA型胶囊。如果识别装置确定错误类型的胶囊已经插入，则控制系统被编程以提示用户改变胶囊。识别装置可从胶囊读取与胶囊原料相关的进一步信息，并且控制系统随后适应性地改变冲泡循环参数(诸如时间/温度/水量)以优化该原料的产品。
备选地或附加地，第一夹具可包括第一键槽，以及所述第二夹具包括与所述第一键槽不同的第二键槽，并且其中第一胶囊包括第一管嘴配置，该第一管嘴配置允许将第一胶囊通过第一夹具键槽插入到第一夹具中，而不能通过第二夹具键槽元件插入到第二夹具中，并且第二胶囊包括第二管嘴配置，该第二管嘴配置允许通过第二夹具键槽元件将第二胶囊插入到第二夹具中，但不能通过第一键槽插入到第一夹具中。
在另一方面，本发明提供一种制作饮料的方法，其包括将根据本发明的饮料制备胶囊插入到根据本发明的饮料制备设备的夹具组件中，使得所述胶囊的出口通道在所述出口区域中被夹在所述夹具构件之间；在所述入口区域中将水性液体注入到所述胶囊内以在所述胶囊中制作饮料；并允许所述饮料通过出口通道和下游腔室离开。
胶囊的底部延伸通过夹具的底部，由此离开胶囊的饮料不接触夹具。这基本上消除了在同一夹具中制备的相继饮料之间的交叉污染。
当夹具围绕胶囊闭合时，沿着包封的胶囊的腔室内壁延伸的压力垫接触并且压缩饮料制备胶囊。胶囊内的咖啡(或其它原料)的压缩床由缓冲垫成型，并且已经发现这提高了最终饮料的品质，特别是总的提取固形物。这种改进被认为是归因于液体通过胶囊内的成型床的穿流减少。压力垫的另一个优点是它们允许同一夹具用于含有不同量原料的胶囊。通常情况下，这种类型的系统使用具有相同尺寸但包含不同量的磨碎咖啡的胶囊，以制作不同体积或强度的产品。缓冲垫使得夹具能够有效地压缩包含一系列不同原料量的胶囊。
在饮料制备之前和期间，胶囊可由夹具组件内的加热器预热。空心针通过夹具组件顶部的入口区域插入并且进入到胶囊的管嘴孔中以刺穿膜密封，并以大约10巴表压的压力注入热水以在胶囊内冲泡咖啡。已经发现的是，由于水注入引起的胶囊内的压力增加导致胶囊底部内的空气压力增加，导致胶囊的底部密封快速破裂，从而在液体到达胶囊底部之前允许胶囊出口以干燥方式打开。与液体直接负责胶囊出口打开动作的过程相比，这具有更整洁的打开动作的优点。
当如上所述将挤压施加到胶囊的出口通道时，挤压力刚好足以允许所得到的饮料以期望的速率通过出口通道离开，同时保持胶囊内的高压，而不会在原料腔室中产生背压的过度积聚。
合适地，水流体以约5巴表压至约15巴表压、例如约10巴表压的压力注入。通常情况下，水性流体在从约88℃至约98℃、例如约90℃的温度注入。液体可以合适地以从约25ml/min至约500ml/min以及更优选地从约50ml/min至约150ml/min的平均速率注入到胶囊中。水注入的持续时间合适地为从约10秒至约30秒，例如约12秒至约15秒。合适地，水性流体基本上由水组成，并且冲泡原料包括磨碎咖啡。这样使得能够制作浓缩咖啡。
可以间歇或脉冲方式注入液体以优化产品的感官特性。该方法可进一步包括在冲泡之后将空气注入胶囊中以从胶囊中排出残留饮料的步骤。备选地或附加地，残留物的脱水可通过如上所述向内移动弹性体夹具壁而在冲泡之后压缩原料床来实现。原料(例如磨碎咖啡)床的类似压缩在水注入之前合适地进行以压实原料床。实验表明，存在原料床的最优压缩程度，其可以最大程度地形成咖啡中的浓缩咖啡脂和其它浓缩咖啡样特征。
合适地，除了选择饮料类型、将杯子插入到一个或多个杯子位以及将一个或多个胶囊插入一个或多个夹具中之外，该方法的基本上所有步骤都由该设备自动执行。
现在将更详细地描述附图中所示的本发明的具体实施例。
参见图5和图6，根据本发明的胶囊10是在WO2012175985中描述并在图3和图4中所示的胶囊的变型。它包括两个柔性层压片11、12。每个层压片包括内部热塑性密封膜、氧气不可渗透的金属箔层，和外部印刷层。前片11和后片12沿着边缘接缝14、15、顶部接缝13和底部接缝16结合在一起。顶部边缘和侧部边缘的结合合适地通过热结合或超声波结合来形成在片材之间的永久焊接。至少底部接缝16的中心区域23通过压敏的可剥离粘合剂结合，该粘合剂可通过胶囊内部的液体和/或空气的加热和/或压力的作用和/或由从胶囊外部施加的热量辅助下而释放。管嘴17插入到胶囊的顶部接缝13中。管嘴34在入口(上)端部处具有中心圆柱形孔和凸缘。管嘴的出口(下)端部18在横截面上是菱形的，以有助于以气密地结合到前片和后片的方式插入到顶部边缘接缝13中。管嘴的圆柱形孔通过易损膜在顶部处密封。
在前片和后片之间的另一个横向永久结合的接缝19在顶部和底部横向密封之间延伸跨过胶囊，以将胶囊分成饮料原料腔室22和下游饮料收集/调节腔室23。中间接缝19不完全延伸跨过胶囊。在中间接缝中留下未结合的间隙20，以从饮料制备腔室提供出口通道。
胶囊的原料腔室22大部分填充有约15g的磨碎的烘焙咖啡27。直到使用胶囊之前，胶囊为咖啡提供氧气和水分不可渗透的封壳。
永久性的横向中间热密封19还包括位于出口通道20下方的胶囊的纵向轴线的任一侧上的弯曲的向下延伸部21，限定下游(出口)腔室23的侧向边缘。下游腔室23的宽度介于中间饮料原料腔室22和较窄的出口通道20的宽度之间。
出口通道中的过滤材料由跨过胶囊宽度结合的非织造聚丙烯纤维过滤材料的单个V形折叠的矩形条带24提供。V形折叠条带的长侧边缘结合到横向中间密封19中，即，过滤条带不会在中间密封19上方延伸。V形折叠过滤条带24向下延伸通过出口通道20和出口腔室23，其中V形的顶点结合到胶囊的底部边缘密封16中，包括可热释放区域23。因此，出口通道20由双重厚度的过滤片材料填充。需要指出的是，在V形折叠过滤片材与中间横向密封、侧边密封和底部边缘密封16重叠的区域中，前片和后片之间的所述密封通过V形折叠过滤片材形成，因此前片、后片和V形折叠过滤片材都结合在一起。这通过使用含有热塑性纤维(例如聚丙烯纤维)或由热塑性纤维(例如聚丙烯纤维)组成的过滤片材在永久性热密封区域中得到促进。
参照图7和图8，示意性地示出根据本发明的设备的夹具布置30。夹具包括第一夹具构件31和第二夹具构件。第一夹具构件31由金属或类似的刚性材料形成，其内表面包括平面周边和可选地可移除的凹入中心区域33，其用于接纳胶囊的饮料原料腔室，诸如根据图5和图6的那些。O形环34位于围绕平面周边延伸的凹槽中。
第二夹具构件包括刚性框架32。金属或类似物制成的刚性框架32围绕中心空隙。具有凸缘外围42的弹性体层37被过盈配合在刚性框架32上。面向第一夹具构件的弹性体层的表面被成型以限定其中具有枕形垫的凹部，如图14中更详细所示的那样。弹性体层的相对侧面对活塞36的活塞面49，由此活塞面49相对于刚性框架32朝向第一夹具构件31的位移将向外推动弹性体层，使得其在第一夹具构件31的方向上膨出。
活塞36包括配合接合在刚性框架32的中心空隙中的活塞轴，以及在刚性框架32后面(即刚性框架32背离第一夹具构件31的那侧)从活塞轴周向延伸的活塞凸缘。周向间隔开的多个弹簧35在刚性框架32和活塞凸缘之间延伸，以允许活塞构件和刚性框架32的受限的弹性相对运动。
三个锁定销43可从第一夹具构件的每一侧延伸，并且三个锁定销44可从活塞凸缘的每一侧延伸。第一夹具构件上和活塞凸缘上的各对锁定销沿着第一夹具构件和第二夹具构件的闭合方向对准。图7和图8中的点划线所示的锁定装置以夹具组件每侧上的锁定杆45的形式提供，每个锁定杆45具有三个横向锁定杆46，并且每个所述横向锁定杆46在其端部处具有凸缘47、48，用于在第一夹具构件和活塞凸缘上的相应销43、44的后面接合，如图8中所示，以将夹具锁定在闭合位置。致动机构(未示出)使得锁定杆45垂直(即垂直于夹持方向)移动以锁定和解锁夹具。可以看出的是，在图8中所示的锁定位置，锁定机构允许活塞36稍微朝向第一夹具构件31移动，但是防止第一夹具构件和活塞移动分开。允许活塞朝向第一夹具构件的轻微额外移动可用于：(a)容易地闩锁和解锁锁定机构；(b)在冲泡之前压缩(压实)夹具内的饮料原料；以及(c)在冲泡之后压缩饮料原料以在冲泡之后脱水。
可以进一步看出的是，在图8中所示的锁定位置，弹簧35将刚性框架32朝向第一夹具构件31偏置，以围绕第一夹具构件的周边施加密封力，其中第一夹具构件与第二夹具构件的刚性框架32接合。
活塞36的后部包括居中定位的后延伸部38，后延伸部38具有槽40，在该槽中容纳驱动机构的驱动销39。支撑臂41从后延伸部38延伸，以便以枢转方式支撑活塞36，如参照图15a至图15m更详细地描述的那样。驱动销39由所述机构致动，以朝向固定到冲泡机底盘的第一夹具构件31驱动活塞36。在使用中，驱动销39和驱动机构最初向前驱动第二夹具构件，直到刚性框架32上的弹性体覆盖物的周边区域抵靠第一夹具构件31的周边区域。驱动销39的进一步向前运动压缩弹簧35并相对于刚性框架32向前驱动活塞面49。活塞36被向前驱动超过图8中所示的位置，从而迫使活塞面49进入弹性体层37的后部，从而使弹性体层37膨出到饮料冲泡空腔中以压缩胶囊内的饮料原料。然后锁定门45落下并且驱动销向后移动，使得锁定销43、44抵靠锁定门45的凸缘47、48以锁定夹具。然后驱动销39沿着槽40进一步向后移动，如图8中所示，使得当在夹具腔室内部进行冲泡时，它从活塞36脱离接合，以确保在冲泡期间由夹具腔室内部的压力产生的力不传递到驱动机构，否则可能导致变形和将来的未对准。一旦从胶囊制备饮料完成，驱动销39再次向前移动以驱动活塞36超过图8中所示的位置，以迫使活塞面49进入到弹性体层37的后部，从而使弹性体层膨出到饮料冲泡空腔中，以压缩胶囊内的饮料原料以挤压胶囊并使得胶囊脱水。这也使得锁定销43、44从锁定门凸缘47、48脱离接合。然后锁定门45被升高，并且驱动销39被向后移动以移动第二夹具构件，如参照图15a至图15m进一步描述的那样。
图9示出可与夹具组件一起使用的优选驱动机构的细节，并且优选地作为图7和图8所示锁定机构的替代。图9示出处于打开配置的夹具组件布置。与参照图7和图8的夹具组件布置所述特征等同的所有特征具有相同的附图标记。
在图9的实施例中，驱动机构具有曲轴84，该曲轴在枢转点(即曲轴中心86)处连接到冲泡设备的底盘。因此，曲轴84可绕曲轴中心86旋转。
曲轴84在枢转点90处枢转地连接到曲柄臂88的一端部，允许曲柄臂相对于曲轴围绕该点旋转。然后，曲柄臂88进而在另一枢转点92处枢转地连接到活塞36。因此，曲柄臂88也可以围绕枢转点92相对于活塞36旋转。曲柄臂88上的这两个枢转点90、92位于曲柄臂88的相对端部处。
活塞36在其沿着朝向第一夹具构件31的方向的运动上受到约束。在这种布置中，曲轴84的旋转因此可用于控制活塞36从曲轴中心86相距的直线距离，该曲轴中心相对于底盘位置固定。由于第一夹具构件31的位置在冲泡之前相对于底盘也是固定的，所以曲轴84的旋转还使第二夹具构件相对于第一夹具构件31移动。当枢转点全部对准时，如图10中所示，活塞36处于其距曲轴中心86最远的点处，并且处于其最接近第一夹具构件31的点处。因此，该设备被设置成使得驱动机构的这种布置对应于处于闭合冲泡配置的夹具组件。这种方案的优点是消除了曲轴84上的任何所产生的扭矩，即使当活塞经历与来自冲泡过程的背压相关联的来自第二夹具构件的显著线性力时也能消除曲轴84上的任何所产生的扭矩。因此，驱动机构的这种布置有效地将夹具组件机械地锁定在闭合冲泡配置，确保驱动曲轴旋转的马达(未示出)不受到可能使其损坏的力。
饮料制备设备可具有如图11和图12中所示的手指护罩，当夹具组件打开时其防止对夹具腔室的接近，但是当夹具组件处于闭合冲泡配置时允许液体从夹具腔室排出。具体来说，手指护罩可阻挡夹具组件的出口。在所示示例中，手指护罩94枢转地附接到冲泡设备的底盘，并且由弹簧加载到阻挡配置，抵靠底盘的凸缘96搁置。当手指护罩94处于阻挡配置时，用户不可能从底盘外部接近夹具组件。这确保用户在夹持过程期间不会在第一夹具构件31和第二夹具构件之间不经意地放置任何物品或附属物，避免对用户造成伤害或对夹具造成损坏的风险。
如图12中所示，作为夹具组件移动到闭合冲泡配置的动作的一部分，手指护罩94移动到非阻挡配置。这可通过在活塞36移动到闭合冲泡配置时朝向手指护罩94移动的活塞36上的突起98来实现。当第二夹具构件接触第一夹具构件31时，突起98接触手指护罩94，并因此克服手指护罩弹簧的作用使手指护罩移动到其非阻挡配置。当夹具组件随后通过将第二夹具构件远离第一夹具构件31移动而放置回到其打开配置时，手指护罩94将在弹簧的作用下自动返回到其阻挡配置。
突起98位于夹具腔室的出口的侧边，使得其存在不妨碍液体从夹具腔室排出。夹具腔室出口的任一侧上可存在两个突起，以在打开动作期间向手指护罩94提供平衡力。
图13示出通过在使用中处于胶囊出口通道20位置处的夹具组件30的一部分的示意性横截面图。可以看出的是，胶囊的横向密封区域19和出口通道20被夹在第一夹具构件31和覆盖第二夹具构件的刚性框架32的弹性体层37之间。在出口通道20的区域中，浅凹部50存在于第一夹具构件中，由此夹持刚好足以在饮料制备期间保持胶囊原料腔室内所需的背压，同时允许饮料充分快速地流动通过出口通道。
图14示出第二夹具构件的刚性框架32和弹性体覆盖物37的前透视图。刚性框架32基本上是矩形的，并且尺寸定制成配合在胶囊的饮料原料腔室周围。弹性体覆盖物37由硅橡胶弹性体一体成型。它包括围绕刚性框架32紧密配合的周边凸缘42，以将覆盖物固定在框架上，同时允许在需要时容易移除以进行更换。弹性体覆盖物37的前表面(面向胶囊的表面)包括用于抵靠第一夹具构件31周边的大致平面的周边53。在使用中，胶囊的周边被夹在弹性体覆盖物37的周边53和第一夹具构件31的周边之间。弹性体覆盖物37周边的底部区域夹住胶囊10的出口通道20。弹性体覆盖物周边的顶部区域包括浅的V形凹部58，以接纳胶囊10的具有插入到其中的菱形管嘴主体的顶部边缘的部分。
弹性体覆盖物37的前表面的中心区域54通常为凹入的以接纳胶囊10的一侧。然而，三个枕形突起55、56、57从凹入表面向上延伸，以提供胶囊内的饮料原料(特别是磨碎的咖啡)的改善压实，并且在冲泡过程中改善通过原料床的液体流动，如本文所述。
参照图15a至图15m，示意性地示出根据本发明的饮料制造设备60的一些机构。设备60包括具有金属侧板的刚性底盘61，在金属侧板之间布置设备的大部分部件。第一夹具构件(前夹具构件)安装在门62上，门62通过靠近门底部的枢轴63附接到底盘，当锁定机构65脱离接合时，允许门摆动打开，如图15b中所示。该枢转运动可由马达致动。可由用户在如图15c中所示进行胶囊的插入之后将门62略微朝向关闭位置进行致动而使用同一马达来关闭门62。一旦门62关闭，门锁定机构65如图15d中所示自动接合以将门的顶部固定到底盘61，使得门和第一夹具构件在饮料制备期间不相对于底盘61移动。
该饮料制备设备还包括如图15a所示的第二夹具构件64。第二夹具构件和活塞布置64安装在刚性摆动臂79上，该刚性摆动臂79具有刚性地附接到活塞的近端，以及通过轴66枢转地附接到底盘61的远端，当在闭合冲泡配置时轴66在第二夹具构件的位置上方延伸跨过底盘。如上所述，活塞具有后延伸部，其具有从活塞轴的后部突出的槽。用于驱动活塞的驱动销67通过该槽插入，使得其可以在该槽中自由移动。驱动销67枢转地附接到曲柄臂68的近端。曲柄臂的远端通过枢轴69附接到曲轴70。曲轴70安装在轴72上，该轴72可旋转地安装在底盘61上。曲轴的圆周部70a是带齿的，用于与也固定地安装到底盘61的电动马达的带齿驱动轮73接合。
将胶囊装入机器并且锁住门和前夹具构件之后，如图15d中所示，马达被致动以使曲轴70旋转到最大程度，由此曲柄臂68和驱动销67驱动活塞和第二夹具构件布置64以闭合夹具组件，如图15e中所示。使得覆盖有弹性体层的刚性框架与第一夹具构件邻接，然后将活塞驱动超过活塞的闭合冲泡配置1mm至15mm，以便通过迫使第二夹具构件的弹性体层进入到冲泡空腔内来压实胶囊内部的原料，如上所述。然后如图15f中所示致动门机构76以便使得门(未示出)如参照以上图7和图8所示落下。然后电动马达沿相反方向短暂地致动，以将曲轴70和曲柄臂68返回到图15g中所示的位置。这使得夹具构件上的锁定销如上所述与门凸缘邻接，由此第一夹具构件、第二夹具构件和活塞锁定在闭合冲泡配置。另外，如图8和图15g中可见，驱动销67稍微缩回到活塞后部的槽中。这确保在饮料制备过程中在夹具腔室内没有负载施加到驱动销67。夹具组件现在准备好用于在胶囊内制备饮料。
该设备还包括如图15g中所示的水注入管78。在锁定夹具之后，致动器机构向下移动水注入管78以刺穿胶囊管嘴的保鲜密封，并在胶囊管嘴内形成配合密封。然后，如图15h中所示，水通过梭泵(shuttle pump)81以约10巴的压力从罐80泵入到胶囊10中，以在胶囊内制作饮料。饮料从胶囊10的底部流出到设备的位于夹具下方的杯子接收位中的杯子82内。
当注入水完成时，马达再次沿向前方向致动，以驱动曲柄臂68、驱动销67，并从而如图15i中所示沿闭合方向驱动活塞。这使得第二夹具构件上的弹性体层再次膨出进入到胶囊腔室内，从而挤压胶囊以进一步从胶囊排出饮料(这也称为使胶囊脱水)。活塞的这种运动还释放活塞上的锁定销，并且从与锁定门的抵接中释放第一夹具构件。然后如图15j中由机构76的运动所示提升锁定门，并且注入管缩回。然后马达沿相反方向被致动以使第二夹具构件摆动远离第一夹具构件，如图15k中所示。这打开夹具的后部，并且允许胶囊丢弃机构(未示出)将废胶囊排出到设备内部的箱体74内，如图15l所示。然后，该设备处于图15m中所示的状态下，准备取出容纳饮料的杯子82，之后可重复该过程。应当理解的是，当使用驱动机构的上止点布置而不是图7和图8的锁定机构锁定夹具腔室时，可以使用基本上相同的顺序。
图16示出根据本发明的饮料制备设备200的示意性局部视图。设备200包括类似于上面参照图7和图8所述的夹具组件30。第一夹具构件(前夹具构件)在底部由枢轴枢转，其允许第一夹具构件向外摆动，以将根据本发明的胶囊10装载到夹具中。通过将胶囊的管嘴插入通过设备前部的键槽214而将胶囊10装载到夹具中。在通过键槽214之后，胶囊管嘴插入到图16中所示的位置，其中胶囊管嘴的凸缘搁置于支撑件212上，该支撑件212具有槽，管嘴管延伸通过该槽。来自胶囊饮料原料腔室的出口通道20被夹具组件的底部夹持。胶囊的出口腔室20和可释放的底部边缘密封23延伸到夹具组件的下方，从而确保在制备和分配过程期间不会由饮料污染夹具。设备200还可包括热源(未示出)，诸如热空气或辐射热源，其位于夹具下方的胶囊的可释放的底部边缘密封23附近，以加热可释放的底部边缘密封23以协助打开胶囊。
夹具组件30还包括如上所述的第二夹具构件和锁定元件。对于第二夹具构件而言的驱动机构的顺序如上面参照图15a至图15m所述。
图16的设备还包括位于夹具下方的杯子接收位，其为具有用于支撑杯子82的搁架204的凹座形式。红外发射器206和红外检测器207位于凹座的相对侧上，由此杯子82在杯子接收位中的存在将中断发射器206和接收器207之间的红外光束，以提供杯子检测功能。在设备内还设置有丢弃物箱体74，用于在饮料制备之后接收废胶囊10。根据本实施例的设备还包括一个机构(未示出)，用于在饮料制备完成之后和在第二夹具构件缩回之后将用过的胶囊10排入到箱体74内。该机构可类似于现有FLAVIA饮料机中使用的相应机构。
设备200还包括液体注入管78，其为具有尖锐尖端的金属管形式，该尖锐尖端用于刺穿保鲜屏障进入到胶囊管嘴孔中以将水注入到胶囊中。注入管78在胶囊管嘴孔内形成配合(mating fit)。注入管78还设置有安装在管周围并保持在注入管上的凸缘211下方的O形环213。在使用中，O形环抵靠胶囊管嘴凸缘的顶部就位，以在注入管和胶囊管嘴之间形成耐压密封。注入管78安装在往复机构210上，以在饮料制备之前和期间将注入管向下移动到胶囊管嘴中，并且在胶囊插入和丢弃过程中向上移开。
该设备还包括射流管嘴208，用于将水注入到杯子接收位中的容器82中。射流管嘴208位于容器顶部的稍微上方，并且与垂直方向成角度，使得来自管嘴的水射流使杯内的液体旋转。射流管嘴可以是具有锥形内孔的管嘴，例如基本上如GB-A-2379624中所述。
该设备还包括水箱216(其可以被加热)，能够输送10巴至15巴压力下的水的梭泵217和用于将加压的水加热至90℃至100℃所需温度的热块加热器218。在热块加热器218的下游，水导管分叉进入到通过阀220引导到夹具布置的注射管嘴78的第一导管内，以及进入到通过阀221引导到喷射管嘴208以进行杯子内发泡或搅拌的第二导管。该设备还可包括空气泵(未示出)，该空气泵用于通过合适的阀将压力下的空气供应到注入管导管和/或射流管嘴导管的。在冲泡之后，压缩空气可被注入到胶囊中，以在冲泡之后对胶囊进行脱水。备选地或附加地，压缩空气可在冲泡之前被注入到胶囊中，以便在注入水之前立即打开胶囊。备选地或附加地，加压空气可用于清除水导管中的液体以消除滴落并防止水垢在水导管中积聚。
图16所示的设备还包括控制系统224和用户界面226。控制系统224以本文所述的顺序控制泵217、加热器218、阀220、221、夹具组件打开和关闭机构、任何热空气供应和阀、胶囊丢弃机构等等以便产生所需的饮料。用户界面226合适地包括显示器和合适的软键或触摸屏控制件，以使得用户能够选择所需的饮料并启动该过程。
参照图17a和图17b，根据本发明的用于胶囊的第一键管嘴230包括菱形底座234、管状轴242和顶部凸缘，该顶部凸缘由形状为六边形棱柱的第一部分235和为菱形的上部第二部分236构成。这些部件通过注射成型或3D打印合适地一体形成。在组装后的胶囊中，菱形底座在胶囊的顶部边缘中插入并结合在胶囊的前片和后片之间。管状孔233延伸通过所有这些部件，用于在使用中接收冲泡机的水注入管。孔233由横向保鲜屏障237密封，横向保鲜屏障237可以与管嘴的其它部件一体模制成易损屏障，或者可以是跨过孔的顶部结合的由不同材料制成的膜。
参照图18a和图18b，根据本发明的用于胶囊的第二键管嘴240包括菱形底座244、管状轴242和成形为六棱柱的凸缘245。这些部件通过注射成型或3D打印合适地一体形成。在组装后的胶囊中，菱形底座244插入并结合在胶囊的顶部边缘中的胶囊的前片和后片之间。管状孔243延伸通过所有这些部件，用于在使用中接收冲泡机的水注入管。该孔由横向保鲜密封247密封，横向保鲜密封247可与管嘴的其它部件一体模制成易损屏障，或者可以是跨过孔顶部结合的由不同材料制成的膜。图18a和图18b的管嘴的六角棱柱凸缘245当沿着棱柱的主轴测量时与图17a和图17b的管嘴的六边形棱柱凸缘相比更厚。
图19a和图19b示出通过第一冲泡夹具组件上的第一键槽250和第二冲泡夹具组件上的第二键槽260的横截面，第一键槽250和第二键槽260分别用于接收具有根据图17a和图17b以及图18a和图18b所示管嘴的胶囊。可容易地看到的是，图17a和图17b的管嘴230将通过图19a的键槽254进行装配，而不能通过图19b的键槽264进行装配。类似地，图18a和图18b的管嘴240将通过图19b的键槽264进行装配，而不能通过图19a的键槽254进行装配。合适地，用于在如本文所述的具有由夹具夹持的出口通道的高压冲泡夹具中使用的胶囊设置有第一键管嘴类型，以及用于在具有较大出口通道的低压冲泡夹具中使用的胶囊，诸如用于在常规FLAVIA型冲泡夹具中使用的常规FLAVIA胶囊具有第二键管嘴类型，由此与相应夹具相关联的键槽防止胶囊的误用。
应当理解的是，为了描述的简洁，在一些情况下，优选和替代特征在仅关于本发明的一个方面进行了描述，但是它们适用于所有其它方面。因此，关于本发明的任一方面已经描述的任何特征也可应用于本发明的任何其它方面。
上述实施例仅通过示例的方式进行了描述。落入所附权利要求的范围内的许多其它实施例对于本领域技术人员而言将是明显的。

Claims (30)

1.一种饮料制备设备，其用于通过将加压的水注入到胶囊中来制备饮料，其中所述胶囊具有至少一个柔性壁，所述饮料制备设备包括能够在打开配置和用于饮料制备的闭合冲泡配置之间操作的第一夹具组件，所述第一夹具组件包括：
第一夹具构件，其具有在其内壁中的凹部，该凹部用于接收胶囊的一部分；
第二夹具构件，所述第二夹具构件包括具有中心空隙的外围刚性框架和延伸跨过所述中心空隙的弹性层，由此所述弹性层的前表面限定用于接收胶囊一部分的第二内壁，其中在所述闭合冲泡配置中，所述第一夹具构件和第二夹具构件的相应内壁限定用于在饮料制备期间基本上包封和支撑胶囊的腔室；以及
位于刚性框架的中心空隙内的活塞，所述活塞包括活塞面和活塞体，该活塞面用于邻接所述弹性层的后表面，其中所述活塞弹性地联接到所述外围刚性框架，以允许所述外围刚性框架相对于所述活塞沿着所述夹具的闭合方向进行受限的弹性运动。
2.根据权利要求1所述的饮料制备设备，其特征在于，所述夹具组件还包括固定机构，所述固定机构能够在解锁配置和锁定配置之间进行操作，该锁定配置用于将所述第一夹具构件锁定在所述闭合冲泡配置。
3.根据权利要求1或2所述的饮料制备设备，其特征在于，所述夹具组件还包括联接到所述活塞的驱动机构，用于将所述第二夹具构件驱动到所述闭合冲泡配置以抵靠所述第一夹具构件。
4.根据权利要求3所述的饮料制备设备，其特征在于，所述驱动机构包括曲轴和曲柄臂，所述曲轴围绕曲轴中心旋转，并且所述曲轴在第一枢转点处枢转地连接到所述曲柄臂的第一端部，以及所述活塞在第二枢转点处枢转地连接到所述曲柄臂的第二端部。
5.根据权利要求4所述的饮料制备设备，其特征在于，在上止点布置中，当所述曲轴中心、所述第一枢转点和所述第二枢转点都对准时，所述夹具组件处于其闭合冲泡配置。
6.根据权利要求4所述的饮料制备设备，其特征在于，所述曲轴轴线、第一枢转点轴线和第二枢转点轴线在大致垂直于夹具闭合方向的方向上延伸。
7.根据权利要求3所述的饮料制备设备，其特征在于，当所述夹具被固定在所述闭合冲泡配置中时，所述驱动机构能够与所述活塞脱离接合。
8.根据权利要求7所述的饮料制备设备，其特征在于，所述驱动机构包括驱动销，并且所述活塞还包括槽，所述槽沿所述夹具的闭合方向远离所述活塞面延伸，并且所述驱动销被接收在槽内，从而当夹具组件处于闭合冲泡配置时，驱动销能够缩回槽内，以使驱动机构与活塞脱离接合。
9.根据权利要求4所述的饮料制备设备，其特征在于，所述曲轴是具有曲柄轴的带齿曲轴，并且所述曲柄轴安装到所述设备的底盘并且基本上垂直于夹具的闭合方向延伸，并且其中带齿曲轴由联接到电动马达的带齿驱动轮驱动。
10.根据权利要求1或2所述的饮料制备设备，其特征在于，还包括锁定机构，用于当所述锁定机构处于闭合冲泡配置时，在所述闭合冲泡配置将所述第一夹具构件固定到所述第二夹具构件。
11.根据权利要求10所述的饮料制备设备，其特征在于，当所述锁定机构处于所述闭合冲泡配置时，所述锁定机构允许所述活塞朝向所述第一夹具构件移动。
12.根据权利要求10所述的饮料制备设备，其特征在于，所述锁定机构包括：
从所述第一夹具构件一侧突出的至少一个第一锁定销；
从所述活塞一侧突出的至少一个第二锁定销；以及
可移动的锁定门，其具有第一凸缘和第二凸缘，该第一凸缘用于在所述闭合冲泡配置中抵靠所述第一锁定销，该第二凸缘用于在所述闭合冲泡配置中抵靠所述第二锁定销，其中当所述夹具组件处于闭合冲泡配置时，所述锁定门能够从打开配置移动到闭合冲泡配置，其中在打开配置中所述凸缘不与所述销接合，而其中在闭合冲泡配置中所述第一凸缘和第二凸缘分别接合所述第一锁定销和第二锁定销的相对侧，以防止所述第一锁定销和第二锁定销移动分开，同时允许所述第一锁定销和第二锁定销朝向彼此移动。
13.根据权利要求12所述的饮料制备设备，其特征在于，该饮料制备设备包括在所述第一夹具构件和所述活塞的相对侧上的多对相应的销。
14.根据权利要求1或2所述的饮料制备设备，其特征在于，所述活塞被支撑在臂上，所述臂枢转地连接到所述设备的底盘，由此所述活塞能够围绕基本上垂直于第二夹具构件闭合方向的轴线远离所述第一夹具构件摆动。
15.根据权利要求1或2所述的饮料制备设备，其特征在于，所述弹性层的所述前表面包括凹入基底表面和一个或多个压力垫，该凹入基底表面用于接收所述胶囊，该一个或多个压力垫从所述凹入基底表面突出并用于选择性地使保持在第二夹具构件中的胶囊的一个或多个区域收缩。
16.根据权利要求15所述的饮料制备设备，其特征在于，所述压力垫包括一个或多个细长的压力垫，所述细长的压力垫沿着大致从所述夹具的入口区域朝向所述夹具的出口区域的方向延伸。
17.根据权利要求15所述的饮料制备设备，其特征在于，一个或多个所述压力垫在没有外力的情况下具有基本上弓形的横向和，或纵向截面。
18.根据权利要求1或2所述的饮料制备设备，其特征在于，所述活塞包括刚性框架后面的周边凸缘，并且在所述活塞和所述外围刚性框架之间的弹性联接包括围绕所述外围刚性框架和活塞凸缘间隔开的多个弹簧，由此活塞朝向或远离刚性框架的相对运动相应地压缩或拉伸弹簧。
19.根据权利要求1或2所述的饮料制备设备，其特征在于，还包括：杯子接收位，其用于定位杯子以接收在所述夹具组件中制备的饮料；以及水射流管嘴，位于所述杯子接收位的上方，以引导水射流进入到杯子接收位中的杯子内。
20.根据权利要求1或2所述的饮料制备设备，其特征在于，还包括控制系统和用户显示器，其中所述控制系统和用户显示器被编程为向用户提供均质饮料和非均质饮料之间的选择，并且在夹具组件中制备饮料之后将水注入到杯子中的饮料中，以响应于制备均质饮料的命令使杯子中的饮料旋转并混合。
21.根据权利要求1或2所述的饮料制备设备，其特征在于，还包括胶囊识别装置和控制系统以及用户显示器，其被编程为当错误类型的胶囊被插入到夹具组件中时中断饮料制备并且向用户提供指示。
22.根据权利要求1或2所述的饮料制备设备，其特征在于，还包括杯子接收位，其用于定位杯子以接收在所述夹具组件中制备的饮料，其中所述杯子接收位包括杯子检测设备，杯子检测设备包括红外发射器和红外接收器，该红外发射器和红外接收器定位成使得位于杯子接收位中的杯子中断红外发射器和红外接收器之间的红外光束，以检测杯子在杯子接收位中的存在，其中当杯子检测设备未检测到杯子在杯子接收位中时，设备控制系统和用户显示器被编程为执行以下步骤：(a)中断饮料制备；和(b)提示用户执行以下选项之一：(i)将杯子插入到杯子接收位中；或(ii)忽略杯子检测功能。
23.根据权利要求1或2所述的饮料制备设备，其特征在于，还包括：注射器管，其用于将水注入到保持在夹具组件内部的胶囊内；以及泵，其用于以大于5巴表压的压力泵送水通过所述注射器。
24.根据权利要求23所述的饮料制备设备，其特征在于，还包括：适于在小于2巴表压的压力下从胶囊制备饮料的第二夹具组件，用于将水注入到保持在所述第二夹具组件内部的胶囊内的第二注射器管，以及以小于2巴表压的压力泵送水通过所述第二注射器管的泵，其中所述设备包括用于控制从两个夹具组件进行饮料制备的单个控制系统和用户界面。
25.根据权利要求24所述的饮料制备设备，其特征在于，所述控制系统和显示器被编程为响应于冲泡多组分饮料的命令来提示用户执行以下的相继步骤：
(a)将包含第一饮料冲泡原料的第一胶囊插入到夹具组件之一中；
(b)等待从第一胶囊中冲泡出第一饮料组分；
(c)将容器从所述夹具组件之一的杯子接收位传送到另一夹具组件的杯子接收位；
(d)将包含第二饮料冲泡原料的第二胶囊插入到另一夹具组件中；以及
(e)等待从第二胶囊中冲泡出第二饮料组分。
26.一种饮料制备系统，其包括：根据权利要求24所述的饮料制备设备；用于在设备的第一夹具组件中使用的多个第一胶囊类型的饮料制备胶囊；以及用于在设备的第二夹具组件中使用的多个第二胶囊类型的饮料制备胶囊。
27.根据权利要求26所述的饮料制备系统，其特征在于，所述第一夹具组件包括第一键槽，以及所述第二夹具组件包括与所述第一键槽不同的第二键槽，并且其中所述第一胶囊类型包括允许第一胶囊通过第一键槽插入而不能通过第二键槽插入的第一管嘴配置，以及第二胶囊类型包括允许第二胶囊通过第二键槽插入而不能通过第一键槽插入的第二管嘴配置。
28.根据权利要求26所述的饮料制备系统，其特征在于，所述第一夹具组件包括第一管嘴颜色传感器，以及所述第二夹具组件包括第二管嘴颜色传感器，并且其中所述第一胶囊类型包括具有第一颜色的管嘴，以及第二胶囊类型包括具有第二颜色的管嘴。
29.一种制作饮料的方法，其包括将饮料制备胶囊插入到根据权利要求1或2所述的饮料制备设备的夹具组件中，使得来自所述胶囊的饮料原料腔室的出口通道被夹在第一夹具构件和第二夹具构件之间，其中所述饮料制备胶囊具有在胶囊的饮料原料腔室内的饮料制备原料；将夹具组件固定在闭合冲泡配置；将从5巴表压至15巴表压压力下的水注入到所述胶囊的饮料原料腔室内以在所述胶囊中制作饮料；并且允许所述饮料通过所述出口通道从胶囊和夹具组件离开。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将胶囊插入到夹具内；将所述第一夹具构件固定在固定位置；然后将第二夹具构件朝向第一夹具构件移动，直到第二夹具构件的刚性框架上的弹性层抵靠第一夹具构件的周边；随后进一步将活塞朝向第一夹具构件移动以迫使弹性层进一步朝向第一夹具构件以压缩胶囊内的饮料原料；然后进行将所述水注入到饮料原料腔室中以制备饮料的所述步骤；然后使得第二夹具构件远离第一夹具构件移动以打开夹具组件从而移除用过的胶囊。
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