CN108024660A - 用于制备热饮料的冲泡设备 - Google Patents

Abstract

在一种用于制备热饮料，特别是制备咖啡饮料的方法和相关的冲泡设备中，将一定量的风味调料，尤其是咖啡粉加入到冲泡腔(12)中，然后，在冲泡操作中，使可预先确定总量的冲泡水在压力的作用下通过该冲泡腔(12)，以增强现煮咖啡饮料的口感品质，或至少增加一杯接一杯地制备的咖啡饮料的口感一致性，在冲泡操作期间，可连续地或至少多次地确定冲泡腔(12)上游或下游的冲泡水的体积流量的值，和/或已经通过的冲泡水的量，或将要通过的冲泡水的量，并且，根据所确定的值致动优选地布置在冲泡腔沿通流方向的下游的可控制的背压阀(9)。背压阀(8)被设计为电机操作的针阀，控制器(10)通过致动相应的驱动电机(20)打开或关闭该针阀。

Description

用于制备热饮料的冲泡设备

本发明涉及一种制备热饮料，特别是制备咖啡饮料的方法，并且还涉及一种相关的冲泡设备，在该方法和冲泡设备中，可预设总量的冲泡水在冲泡过程中在施加的压力下被引导通过一定量的风味载体，尤其是容纳于冲泡腔中的咖啡粉。

市场上可购得的咖啡机，如全自动咖啡机或意式浓缩咖啡机，都具有充满咖啡粉的冲泡腔，在该冲泡腔中咖啡粉可以被压缩，然后热水可在压力的引导下通过该冲泡腔。在某些情况下，这种类型的咖啡机还具有可以现磨咖啡豆的研磨机。

在热水被引导通过冲泡腔时，其压力主要在通过冲泡腔中被压缩的咖啡粉时下降，即，通过在咖啡粉压缩过程中形成的“咖啡堆”时下降。有时候，为了获得更好的咖啡油，还提出在冲泡腔的下游设置节流阀，以增加冲泡腔中的压力。

EP 1 133 944 B1提出在冲泡腔的下游设置机械控制阀，在该机械控制阀中，弹簧试图使阀体保持在开启位置，并且在该机械控制阀中，可以通过加压的咖啡饮料克服弹簧在关闭方向上的预张力使阀体关闭。上述的控制阀装置用于使相对流率在一定范围内保持恒定。弹簧的预张力和因此所需的流率可以通过调节螺栓手动调节。

就已知的咖啡机而言，可以发现冲泡饮料的味道和品质受到了严重的波动。对于目前市面上可购得的咖啡机而言，除了使用的咖啡的类型和数量之外，咖啡的研磨程度和咖啡粉在冲泡腔中的压缩程度对冲泡的咖啡饮料的味道也有着显著的影响。但是，除此之外，人们也经常发现在咖啡机已经停用较长一段时间后，首次配制的咖啡的味道和品质与期望值相差甚远，甚至不得不将咖啡倒掉。然而，即使在恒定条件下的连续操作期间，所配制的咖啡饮料的品质和味道也可能出现波动。

因此，本发明的目的是提高现冲泡的咖啡饮料的口感品质，至少提高连续制备的咖啡饮料的特有口感的一致性。

该目的可以通过方案1中所述的冲泡设备和方案16中所述的方法实现。有益的改进可以从从属方案中找到。

根据本发明的一种冲泡设备，该冲泡设备具有可以施加压力的冲泡腔，该冲泡腔用于在冲泡过程中引导可预设总量的冲泡水通过容纳于冲泡腔中的一定量的咖啡粉，该冲泡设备还具有测量装置，该测量装置布置在冲泡腔的上游或下游，用于确定冲泡水的体积流率，或用于确定已经被引导通过的冲泡水的量，或用于确定将要被引导通过的冲泡水的量，该冲泡设备还具有可控制的背压阀，该背压阀优选地布置在冲泡腔沿通流方向的下游，该冲泡设备还具有控制器，用于根据测量装置确定的值来致动背压阀。在本实例中，背压阀采用电机操作的针阀，也就是说，例如，由控制器致动相应的驱动电机逐渐地或逐步地打开或关闭针阀。

因此，本发明提供了背压的主动控制，该背压由布置在冲泡腔沿流动方向的下游的背压阀产生，以使在整个冲泡过程中通过容纳于冲泡腔中的咖啡堆的压力能基本保持不变。在本实施例中，根据本发明使用的针阀首先允许流率的准确性，其次允许流率的快速响应控制。一方面，在冲泡过程中，主动背压流量控制允许对恒定的流率或恒定的排出体积流率进行调节。但是，由申请人进行的实验可知，关于咖啡品质，最佳结果是，通过调节冲泡过程中的一部分冲泡水的恒定的总通流时间，实现尽可能的保持咖啡品质不变。

由申请人进行的感官实验表明，通过对不同研磨程度的咖啡粉给定恒定的通流时间，可以制备在口味和品质方面几乎相同的咖啡饮料。这是一个意想不到且极其令人惊讶的发现，因为之前我们假定咖啡饮料的味道主要受咖啡粉的研磨程度，即，颗粒大小的影响，并且首先必须使用尽可能细的咖啡粉来制备具有“意式浓缩”口感的咖啡饮料。在本发明的实例中这不再是必需的。申请人甚至已经能够使用粗研磨咖啡粉来制备具有“意式浓缩”口感的咖啡饮料，这些咖啡饮料比用特殊的，尤其是精细的意式浓缩咖啡粉制备的咖啡饮料感觉更好，根据申请人的研究结果，这是由于咖啡风味会因为过度的精细研磨而流失。

因此，根据本发明的背压流量控制，事实上完全适合于抵消咖啡粉的研磨程度的差异，从而充分地简化工艺，因此当通过现磨咖啡豆制备咖啡饮料时，可使用更经济有效的研磨机构。

其次，根据本发明的背压流量控制允许通过刻意地改变通流时间而不是使用具有相同研磨程度的咖啡粉来萃取具有不同感官特征的饮料。此外，优化品质基本恒定的咖啡饮料的排出时间，允许咖啡粉的少量使用，从而根据本发明的背压流量控制可以节省咖啡粉。

因此，在本发明的一个有益改进方案中，可连续确定或者至少多次确定已经被导入的冲泡水的量或将要被导入的冲泡水的量，以根据该方式确定的量来致动背压阀，使得冲泡过程是在可预设的总通流时间内进行。在达到预设的总通流时间之前，在给定冲泡水的可预设的总量的前提下，根据在剩余时间段内还需通过冲泡腔的冲泡水的多少，决定是否再打开或再关闭背压阀，以增加或减少体积流率。

根据本发明的用于背压流量控制的测量变量和输入值可以是测得的体积流率值，该体积流率值可以通过，例如，位于进水口的流量传感器来确定。已经被引入的冲泡水的量可以通过特别简单的方式从上述体积流率值确定，例如，通过PID控制器对体积流率值进行积分。

针阀具有阀针，该阀针由主轴支撑并且通过调节主轴使该阀针可相对于阀孔轴向移动。特别地，主轴可以相对于主轴螺母被弹簧加载。这种预张紧弹簧使主轴相对于主轴螺母被预张紧，主要用于抵消主轴间隙，否则，当阀门开启和关闭时，由于旋转角度的不同会引起主轴间隙。当使用步进电机驱动主轴时，这是特别有益的。

阀孔的直径优选为1mm-5mm，进一步地该直径优选为1mm-3mm。在本实例中，阀针至少部分地形成为圆锥形且具有2°-10°的倾斜角度，优选地，该倾斜角度为4°-7°。

正如之前提到的一样，使用的驱动电机优选为步进电机。步进电机首先允许阀门的快速开启和关闭，其次允许阀孔的非常精确的设置。

在本实例中，如果步进电机能以全步长模式和部分步长模式运转是特别有益的。在产品配制操作开始时的第一开启阶段，步进电机以全步长模式运转，在产品配制操作期间的第二阶段，步进电机以部分步长模式运转，控制器可以使所述步进电机以上述这种方式致动。因此，首先可确保阀门能在产品配制操作开始时快速地开启，且在产品配制操作结束时快速地关闭，其次，在产品配制期间可以非常精确且精细的控制阀门。

优选地，控制器被设计为可根据测量装置的测量值致动背压阀，以使冲泡过程在可预设的基本恒定的流率下进行并完成，优选地，在可预设的总通流时间下进行并完成。特别地，控制器可以采用PID控制器。

在本发明的优选进化中，控制器以自主学习的方式被编程，使得该控制器从之前的冲泡过程中确定在冲泡过程开始之后的起始阶段通过背压阀的液体流量，一旦液体开始流动所述液体流量必须被节流，以达到期望的总通流时间或预期的流率。特别地，会发现在冲泡过程开始之后的起始阶段中会发现剧烈波动的通流响应，这可能是因为在阀门区域中的热膨胀效应或弹性材料响应。特别是当使用由步进电机驱动的针阀时，必须在起始阶段调节背压阀，有时需相当大的范围的调节，以达到期望的流量。此处，已经发现从之前的冲泡过程学习，并且确定在产品配制操作开始时一旦流体开始流动阀门必须调节的范围，这是非常有益的。

背压阀进一步地有益效果和协同效果是由于在冲泡过程结束后，背压阀会完全关闭。这样，可以避免正如在传统咖啡机中观察到的、咖啡饮料从排出管线中滴下的情况。然而，还可以发现可以在冲泡过程结束之后的预设的时间段内或可预设的时间段内，再次打开在产品配制操作之后关闭的背压阀，这也是有益的。特别是在产品配制操作结束之后，尤其是在使用能非常精准控制的针阀时，阀针会因为冷却而收缩在阀座中或卡在阀座中。这可以通过在显著冷却之前，及时地再次开启针阀来避免，例如，在产品配置操作之后的5秒或10秒开启针阀。通常在这段时间之后，使用者已经移除了容纳有刚配制的咖啡饮料的饮用容器，并将残留在排出管线中的任何饮料残留物倒入滴水盘中。

另一个有益的方面来自于控制器被编程为能在冲泡过程开始之前，通过打开然后关闭针阀的方式初始化该针阀。首先，要确定背压阀处于限制状态，即，关闭状态。然后，确定阀门已经以所限制的闭合力关闭，特别是在使用针阀的情况下。通过这种方式，可以避免由于热塑性材料的弹性效应导致的在阀门的初始启动阶段响应的波动，并因此增加启动阶段响应的再现性。如果阀门由步进电机驱动，则在阀门关闭期间由减小的线圈电流致动步进电机更为有益，可使在关闭期间的操作力减小，并因此降低阀门在关闭期间卡住或损坏的风险。

优选地，用于提供启动背压阀的测量值的测量装置包括流量传感器。流量传感器或流量计可通过预设的管道横截面来测量当前的流率或当前的体积流率。通过对体积流率积分可以确定已经被引入的冲泡水的量。优选地，相应的流量传感器可以布置在用于输送冲泡水并产生压力的水泵的上游的引用水供应管线中，或者布置在水泵和用于加热冲泡水的烧水壶之间。也可以将流量传感器布置在烧水壶和冲泡腔之间。同时，这种流量传感器可以用于分配咖啡饮料，也就是说可以用于测量可预设的冲泡水的总量，从而进一步地实现协同效应。优选地，这种流量传感器位于低温区域，即，位于用于加热冲泡水的烧水壶的上游，因为在这个位置可以最精确地测量水量，由于在这个位置冲泡水未受到任何蒸汽气泡以及随之而来的液体体积增加的不利影响。

但是，除了测量流率之外，还可以确定并使用任何其他测量变量来确定已经引入的冲泡水的量或将要引入的冲泡水的量。例如，可以将一组秤设置在饮料容器的下方，该饮料容器位于排出口的下方以接收咖啡饮料，该组秤可称出已经分配到饮料容器中的咖啡饮料的重量。类似地，预设总量的冲泡水会填充泵缸并通过活塞挤压到冲泡腔。在这种情况下，已经被引导通过冲泡腔的冲泡水的量，或者将要被引导通过冲泡腔的冲泡水的量，可以直接通过活塞的行程来确定。进一步地测量方法，例如，电感式体积测量或电容式体积测量同样属于本发明的保护范围。

为达到根据本发明的目的，在一种用于制备热饮料的方法中，在该方法中一定量的咖啡粉被加入到冲泡腔中，然后在冲泡过程中，可预设总量的冲泡水在压力的作用下被引导通过冲泡腔，其中，在冲泡过程中，可连续地确定或至少多次地确定冲泡腔上游或冲泡腔下游的冲泡水的体积流率的值，和/或确定已经引入的冲泡水的量，或确定即将引入的冲泡水的量，并且，优选地根据确定的值致动布置在冲泡腔沿通流方向的下游的可控制的背压阀。

换句话说，所使用的控制参数是取决于冲泡水当前的流率或累计的流率的值，并且根据本发明，在冲泡过程中，会连续地确定或至少多次地确定冲泡水当前的流率或累计的流率的值，以启动并调节背压阀。

参照示例性实施例和附图可以收集本发明的更进一步的优点和特性，其中：

图1示出了根据本发明的冲泡设备的示意性流程图，

图2示出了在本发明范围内的用于背压流量控制的针阀的截面图，

图2a示出了图2的阀针和阀孔的细节图，

图3示出了在冲泡过程期间的控制信号的时序图，

图4示出了在冲泡过程期间的背压流量控制的设定值和实际测量值的时序图，

图5示出了包含了用于致动阀门的步进电机的步长内的阀调节所使用的控制曲线的轮廓和由流量传感器测量的流率的实际值的时序图，以及

图6示出了根据本发明的冲泡设备的第二示例性实施例。

图1以流程图(water flow diagram)示出了用于制备咖啡饮料的冲泡设备(brewing apparatus)的设计，该设备可以用于，例如，全自动咖啡机。冲泡设备包括冲泡组件1、烧水壶(hot water boiler)2、入口端的水泵3以及用于分配新冲泡的咖啡饮料的排出口4。冲泡设备通过主水阀5连接于饮用水供应管线6，该主水阀5位于水泵3沿流动方向的上游。在输送端，泵3通过流量传感器(throughflow sensor)7和单向阀(non-return valve)8与烧水壶2的入口连接，该流量传感器7通常也被称为流量计。来自烧水壶2的热水将供给冲泡组件1。可控制的背压阀9位于冲泡组件1和排出口4之间，该可控制的背压阀9由控制器10根据流量传感器7的测量值来致动。在本实例中，控制器10可以通过能够在全自动咖啡机中执行其他开环控制程序和闭环控制程序的微处理器来实现。

已知地，冲泡组件本身包括用于预热并保温冲泡组件的加热器11和填充有配制的现磨咖啡粉13的冲泡腔12。例如，在EP 2561778 A1中描述了可以在本发明的范围内使用的冲泡组件，为避免不必要的重复，所述文献的全部内容可以通过引用并入。

冲泡组件1被设计为可以被打开，以添加配制量的咖啡粉，该咖啡粉首先已经在全自动咖啡机的研磨机中被分批现磨。此外，在冲泡过程后，当冲泡组件打开时，剩余的咖啡渣可以被倒进研磨容器中。冲泡组件还具有可移动的活塞(未示出)，该活塞可将添加的咖啡粉压向位于冲泡腔中的冲泡滤网。在活塞缩回后，加压的冲泡水可以流过通过上述方式压缩的咖啡粉。

由泵3产生的且使冲泡水被引导通过冲泡腔12的压力通常约为8到12巴，但本发明并不限于此。在传统的咖啡机中，冲泡水的这个压力作用于被压缩在冲泡腔12中的咖啡堆13上。冲泡水流过咖啡粉13的速率主要取决于当前情况下咖啡粉的研磨程度、咖啡的类型、总量和压缩程度。然而，在根据本发明的冲泡设备中，压降主要发生在设置在冲泡腔12下游的背压阀9上，通过控制器10利用背压阀9有针对性地控制通过冲泡腔12中的粉末的流率，具体地，根据流量传感器7测得的实际流率控制。

在本示例性实施例中，背压阀9为由步进电机驱动的针阀，图2示出了该针阀的截面图。针阀的核芯元件为阀芯20，该阀芯20具有供阀针22进入的连续的阀孔21。在图2a中以细节B的放大形式示出这些元件。在本示例性实施例中，阀孔21的直径为1.5mm。阀针22具有仅为4°的、非常陡的倾斜角度。

阀针22由通过步进电机24驱动的主轴23支撑。阀芯20和阀针22容纳于阀体25中，该阀体25与步进电机24通过型面配合(bayonet fitting)连接。由阀体25形成的阀腔26的底部由步进电机24封闭。与冲泡组件1连接的入口28位于阀腔26的顶端。与排出口4连接的出口29位于阀体25的一侧。

主轴23与保持在步进电机24的壳体上的主轴螺母(spindle nut)30相互作用。预张紧弹簧31支撑在位于阀体25底部的支撑板32和与阀针22连接的环33上，该预张紧弹簧31将阀针22或主轴23预张紧在主轴螺母30上，并因此消除主轴驱动器中任何可能的间隙。

出于卫生原因，阀体25、阀芯20以及阀针22由塑料构成。具体地，由耐高温的热塑性塑料，特别是已被证明特别适用于阀芯和阀针的聚醚醚酮(polyether ether ketone)构成。可选地，阀芯和阀针也可以由不锈钢制成。阀体可以由，例如，聚苯硫醚(polyphenylenesulfide)或聚亚苯基砜(polyphenylene sulfone)构成。

为了获得合适的阀门响应，可使用开口角度为2°至15°的、具有圆锥形轮廓的阀针。最佳控制响应可以通过开口角度为4°的、具有圆锥形轮廓的阀针来确定，这已在示例性实施例中使用过。

步进电机24可选择性地在全步长或八分之一步长时致动。在选定的主轴传动比下，全步长对应于0.021mm的行程。针阀完全开启和完全关闭之间的主轴行程约为100个全步长。出于快速开启和关闭的目的，步进电机在全步长时致动。然而，在控制模式下，这将变为在八分之一步长时启动。步进电机也可以由不同的线圈电流致动，如50mA和100mA。在控制模式下，为了开启针阀，步进电机在任何情况下由全线圈电流致动，当关闭针阀时，线圈电流降低，以通过较小的力来关闭针阀，从而由于很陡坡度的阀针使阀针22不会卡在阀孔21中。

图3示出了当冲泡设备启动时的时间顺序。在产品配制操作开始之前，背压阀完全打开。如果通过用户使用相应的输入工具执行产品选择操作和开始制备过程来开始产品配制操作，则背压阀关闭。如前文所述，在全步长模式下通过减小线圈电流来执行阀门的关闭。在下一步中，水泵启动并产生水压。现在，来自烧水壶2的热水流入冲泡组件1直到充满该冲泡组件为止。此时，背压阀9保持关闭。如果水流因为冲泡组件1充满水而变为停止，则背压阀9开启且冲泡过程开始。

此时，步进电机的启动转换到以八分之一步长执行的模式，且背压阀通过控制器10基于流量传感器7的测量值来控制。在冲泡过程结束后，水泵关闭。此外，背压阀关闭。这可防止任何可能存在于线路中的剩余液体从咖啡机的排出口4滴落。现在产品配制操作结束，且通过用户图形界面给用户显示用户可以移除装有所选饮料的饮料容器。

最后，节流阀会在产品配制操作结束之后的预设的时间段内再次完全开启。这是由于阀芯20的热膨胀和阀针22的很陡的坡度，阀针22可能会因所谓的收缩卡在阀孔21中。在最坏的情况下，在冷却后阀门可能无法再开启。为了防止这种情况发生，如上所述，在配制操作结束后打开阀门，但是是在过度冷却之前的合适时间打开。

作为一种示例，图4示出了对于流率的手动设定的设定值的后续响应的实际值。粗实线41代表以毫升每秒(ml/s)为单位的、由背压阀9的阀孔设定的流率的设定值。细实线42表示由流量传感器7测量的实际值。由于流量传感器7布置在烧水壶2的冷水区域的上游，因此在设定值曲线41和实际值曲线42之间有大约0.8秒的短暂延时。可选地，流量传感器也可以直接布置在冲泡组件1的上游或下游。

图5绘出了控制模式下的产品配制操作期间的控制曲线与由流量传感器测量的流率的实际值的时序图，该控制模式由控制器10实施。左侧的纵坐标与步进电机的步长中的阀针的位置有关。曲线51示出了相关的阀位置。以毫升每秒(ml/s)为单位的右侧的纵坐标与流率的实际值曲线52有关。

在产品配置操作的开始阶段，随着水泵的开启，流率首先迅速地增大并在区域52a达到峰值，此时背压阀9并未被开启。该区域与冲泡组件1的填充有关，直到在时间52b流率再次回到零位置。一旦冲泡组件1装满，控制器10打开阀门9直到再次开始通流。由于阀的弹性特性和大量的其他影响因素，例如阀针有可能卡住直到开启，为了最初开启背压阀9，需要相对大的电机步长。根据针阀9的操作情况，上述电机步长很可能是20至40倍步进电机步长，因此，优选地，阀最初的开启也可以以全步长幅度执行。

在冲泡腔12开始通流之后，背压阀9必须立即再次关闭至一定程度。在该第一起始区域，控制装置的反应非常的灵敏。根据本申请人的发现，阀的热膨胀和弹性可能是导致控制装置在稳定下来之前出现此振荡反应的原因。因此，在大量通流开始后，执行自我学习控制对于启动响应来说是有益的，该自我学习控制从之前的冲泡过程中确定在针阀9初始开启和大量通流开始之后，用于针阀9必须向下调节或再次关闭所需的步长数量的措施。

使用根据本发明的背压流量控制，可以冲泡具有不同背压且因此具有不同特色口味的咖啡饮料。在冲泡过程中，可根据所测得的体积流率改变背压。例如，体积流率可因此调整为恒定的、预设的或者可预先确定的排出体积流率。然而，由于存在非确定性瞬态响应，已经证明对调节恒定的排出时间特别有利，也就是说，可以根据已经流过或即将流过的冲泡水的情况有针对性地增大或者减小冲泡水的流率，从而一定总量的冲泡水达到预设的通流时间，其中，预设的总通流时间是根据选择的饮料预设的。采用这种方法，可以保证相同饮料类型的所有饮料，例如意式浓缩咖啡或量够咖啡(lungo)，在各自情况下在相同的总通流时间下制备。根据本发明的这个发现，这就使得分别冲泡的预先确定类型的饮料的咖啡品质的重现性和一致性非常高。

对于任何类型的饮料，都可以确定或测试出顾客所期望的最优通流时间，与现有的咖啡机相比，使用上述的通流时间可以显著提升咖啡的品质。另外，通过优化排出时间，至少可以部分地补偿使用的咖啡量的减少，因此，在实现节约所需咖啡量的同时还能提供相对一致的品质。最后，根据本发明冲泡的咖啡饮料，咖啡的研磨程度的差异对咖啡饮料的品质没有影响，或者说对咖啡饮料的品质充其量只有很小的影响，使得根据本发明的全自动咖啡机中可以使用较为不复杂的研磨装置。最后，本申请人所做的实验已经得出了惊人的发现，即便是使用稍微粗糙的研磨粉也能得到比使用非常精细的研磨粉略好的感官结果，尤其是在意式浓缩饮料类型的领域中。

根据本发明，通过背压流量控制设定的通流时间越长，在制备的咖啡饮料中非挥发性成分的萃取度越高，关于口味特点(酸度、苦味)和涩味方面的感官知觉越好。根据本发明，可以有目标的控制和优化所生产的咖啡饮料。

根据本发明，图6示出了冲泡设备的再一个示例性实施例。与图1所示的冲泡装置相反，冲泡装置1’被设计为用于使用咖啡胶囊14的单杯式咖啡机。冲泡腔12’被设计来容纳咖啡胶囊。这种咖啡胶囊可以由铝制或塑料制成，并且可预先填充有分配的咖啡粉13’并且除工作状态外，例如图6所示胶囊14的底面通过膜密封。

在该示例性实施例中，冲泡腔12’以本身已知的方式形成为封闭有嵌入的咖啡胶囊14的胶囊室形式。于胶囊14的顶部刺入一个或多个钉16。可以通过自动或手动方式执行该操作。胶囊的底部压靠在被称为锥体板的、设置有通道的承载板17上。冲泡工序开始后，在压力作用下，烧水壶2中的热水被压入胶囊14中。如果胶囊14内的压力足够高，位于胶囊14底部的薄膜15将会破裂，在胶囊13内冲泡的咖啡饮料将朝着排出口4的方向从现在穿孔的薄膜15和锥体板17中的通道流出。此外，作为烧水壶2的替代方案，通流加热器11’可布置在冲泡单元1’的进水口，通过所述通流加热器11可实现冲泡水的加热或再次加热。

在与第一示例性实施例一样的情况下，背压阀9布置在冲泡腔12’和排放口4之间的输出管线上，以使得控制器10可以根据流量传感器7测得的值来控制冲泡水的流量(throughflow)。还可以按预设的流率调节，但是，根据本发明，优选可以通过本示例的背压流量控制，按冲泡水的预设量的预设的总通流时间进行调节。

在工业生产上，尽管所提供的咖啡粉13’和预填充的咖啡胶囊14的研磨程度的差异起不那么重要的作用，但是，在胶囊咖啡机中，通过给持续制备的所有咖啡饮料设定相同的总通流时间，通过背压流量控制可以保证所配制的咖啡饮料的品质的感官特性具有明显更高的一致性。此外，通过变化或优化总通流时间，可以使得咖啡的口味特征与顾客的喜好匹配。

毫无疑问，根据本发明的背压流量控制可以应用于任意类型的单杯式咖啡机，既能应用于使用咖啡胶囊的操作，也能用于使用咖啡豆的操作。同样地，被引导通过的冲泡水的量可以改变，冲泡水的总通流时间也能做相应的调整，例如，为了配置不同种类的咖啡饮料，或者生产单杯或双杯的饮料而做相应调整，都在根据本发明的背压流量控制的范围之内。

综上所述，根据本发明的背压流量控制也可以被用于各种热饮料系统，其中，热饮料不仅可包括具有配制成比例的咖啡，而且还可以是更多类型的口味或口味载体，如可可或茶。

Claims (15)

1.一种用于制备热饮料的冲泡设备，尤其是制备咖啡饮料的冲泡设备，包括：

-冲泡腔(12)，所述冲泡腔(12)用于在冲泡过程中引导可预设总量的冲泡水通过容纳有一定量的风味载体的所述冲泡腔(12)，尤其是通过被引入到所述冲泡腔(12)中的咖啡粉(13)，

其特征在于，

-测量装置(7)，所述测量装置布置在所述冲泡腔(12)的上游或下游，以确定水流的体积流率，或确定已经被引导通过的冲泡水的量，或确定将要被引导通过的冲泡水的量，

-可控制的背压阀(9)，所述背压阀(9)布置在所述冲泡腔(12)沿通流方向的下游，

-控制器(10)，所述控制器(10)用于根据所述测量装置(7)确定的值致动所述背压阀(9)，

其中，所述背压阀为电机操作的针阀(9)的形式，并且，所述控制器(10)通过致动驱动电机(24)进一步地开启或关闭所述针阀(9)。

2.根据权利要求1所述的冲泡设备，其中，所述针阀(9)具有阀针(22)，所述阀针(22)被主轴(23)支撑，且通过调节所述主轴(23)使所述阀针(22)能相对于阀孔(21)轴向移动，其中，所述主轴(23)优选为相对于主轴螺母(30)被弹簧加载。

3.根据权利要求2所述的冲泡设备，其中，所述阀孔(21)的直径为1mm-5mm，该直径优选为1mm-3mm，所述阀针(22)至少部分为圆锥形并具有2°-10°的倾斜角度，该倾斜角度优选为4°-7°。

4.根据上述权利要求中任一项所述的冲泡设备，其中，所述驱动电机(24)为步进电机。

5.根据权利要求4所述的冲泡设备，其中，所述步进电机(24)能以全步长模式和部分步长模式运转，所述控制器(10)被设计为在产品配制操作开始的第一开启阶段以全步长模式致动所述步进电机，并在产品配制操作期间的第二阶段以部分步长模式致动所述步进电机。

6.根据权利要求4或5所述的冲泡设备，其中，所述控制器(10)被设计为在所述针阀(9)关闭期间以减小的线圈电流致动所述步进电机(24)，使关闭期间的操作力减小。

7.根据上述权利要求中任一项所述的冲泡设备，其中，所述控制器(10)被设计为根据所述测量装置(7)确定的值致动所述针阀(9)，使得冲泡过程能在预设的总通流时间内完成。

8.根据上述权利要求中任一项所述的冲泡设备，其中，所述控制器(10)为PID控制器。

9.根据上述权利要求中任一项所述的冲泡设备，其中，所述控制器(10)被编程为从之前的冲泡过程中确定在冲泡过程开始之后的起始阶段通过所述针阀(9)的液体流量，所述液体流量需要被节流，以达到期望的总通流时间或流率。

10.根据上述权利要求中任一项所述的冲泡设备，其中，所述控制器(10)被编程为在冲泡过程结束之后关闭所述针阀(9)，优选地，在冲泡过程结束之后的预设时间段内或可预设的时间段内重新打开所述针阀(9)。

11.根据上述权利要求中任一项所述的冲泡设备，其中，所述控制器(10)被编程为在冲泡过程开始之前，通过打开且然后关闭所述针阀(9)使该针阀(9)初始化。

12.根据上述权利要求中任一项所述的冲泡设备，其中，该设备中设置有用于输送所述冲泡水并用于产生压力的水泵(3)，所述测量装置包括流量传感器(7)，该流量传感器布置在所述水泵(3)沿流动方向的上游，或者，布置在所述水泵(3)和所述冲泡腔(1)之间。

13.根据上述权利要求中任一项所述的冲泡设备，其中，所述冲泡腔(12’)被设计为用于容纳咖啡胶囊(14)，并且，所述冲泡设备配备有用于打开所述咖啡胶囊(14)的工具(16)。

14.一种咖啡机，其中，包括上述权利要求中任一项所述的冲泡设备，所述咖啡机优选为具有将咖啡豆研磨成咖啡粉的研磨机构，或者所述咖啡机优选为单杯式咖啡机，所述咖啡机进一步地优选为胶囊咖啡机。

15.一种制备热饮料的方法，尤其是制备咖啡饮料的方法，包括以下步骤：

-将一定量的风味载体，尤其是咖啡粉(13)加入冲泡腔(12)，

-在冲泡过程中在施加压力的情况下，引导可预设总量的冲泡水通过所述冲泡腔(12)，

其特征在于，

-在冲泡过程期间，连续确定或至少多次确定已经被导入的冲泡水的量，或确定将要被导入的冲泡水的量，优选地，在冲泡过程期间，连续确定或至少多次确定冲泡腔上游或冲泡腔下游冲泡水的体积流率值，并从已测得的体积流率值中确定已经被导入的冲泡水的量，或确定将要被导入的冲泡水的量，

-可控制的背压阀(9)，该背压阀(9)布置在所述冲泡腔(12)沿通流方向的下游，该背压阀(9)为根据分别确定的量致动电机操作的针阀(9)的形式，以使冲泡过程能在可预设的总通流时间内完成。