CN110234257B - 饮料泡制机器 - Google Patents

Abstract

一种自动饮料制备机器，具有泡制组件；泡制材料供应设备，用以在每个饮料生产循环开始时向泡制组件供应泡制材料剂量；供水装置，用以向泡制组件供应产生饮料所需的计量水量；与泡制组件的流体出口流体连通的饮料分配喷嘴；以及泡制过程重复装置，该泡制过程重复装置设计成在饮料流分配到收集容器中之前，使饮料流反转通过泡制组件中的泡制材料剂量一次或多次。

Description

饮料泡制机器

技术领域

本发明涉及一种用于制备泡制饮料、尤其是咖啡基或茶基饮料的自动机器以及相关的自动泡制方法。

背景技术

如已知的，泡制饮料制备方法通常包括使热液体在较短或较长时间内流过一定剂量的无水材料、例如研磨咖啡或茶叶，以使无水材料的可溶物质、香味和味道被萃取并释放到液体中。

在用于制备饮料的自动机器领域中，已知用于自动执行这种泡制方法的各种技术。所述技术在将通常为水的热的泡制液体供应通过无水材料的方式和时间方面彼此之间显著不同。因此，取决于所使用的泡制技术和初始无水材料的特性、尤其是其研磨细度和均匀性，可以获得不同的泡制饮料。

借助示例，以下是用于生产饮料的自动机器领域中最常用的泡制技术：

-高压渗滤(percolation)：这种技术包括使热水以高压流过研磨材料层并封闭在两个过滤器之间以保留废弃材料，该技术通常用于制造例如所谓的浓缩咖啡；

-低压渗滤(或抽吸)：这种技术包括使热水以低压流过研磨材料层并沉积在过滤器上，该技术通常用于制造例如所谓的过滤咖啡或茶叶；

-在大气压下混合：这种技术包括将热水和精细研磨的材料混合而无需任何后续过滤，该技术通常用于制造例如所谓的土耳其咖啡。

通常，无论应用何种技术，自动泡制方法的成功都受到若干参数的影响，并且在所谓的“提取率百分比”中是“可量化的”，即饮料中溶质的量与无水材料的量之间的比率。

影响自动泡制过程的一些基本参数是，例如，水温和压力、无水材料与水之间的接触时间、材料质量与水之间的比率以及材料粒度。

一般而言，每种类型的饮料与提取率百分比的最佳值相关联；低于或高于最佳产率的产率则分别表示饮料的提取不足或过度提取。

从上述内容可以清楚地看到，如何选择泡制参数体现了用于生产饮料的自动机器的主要问题之一，特别是由于泡制参数必须进行选择，这不仅为了获得确保获得的饮料的质量的提取率，而且还考虑到自动机器的效率。

事实上，泡制参数、其中特别是泡制液体的加热温度、制备饮料所需的材料剂量和提取时间，直接影响机器的性能，尤其意味着节省机器的直接成本、即生产成本，以及间接成本、即管理成本。

在过去的几十年中，已经进行了许多努力以通过各自不同的自动泡制方法来获得用于生产不同类型饮料的自动机器，对于每种方法具有令人满意的提取率百分比并且不会危害机器性能。

所提出的解决方案提供了泡制过程的重复，由此增加了提取液体与泡制材料的接触时间，并从而控制了提取。该原理例如基于US 2006/0096464和US 2007/0095213中描述的机器，其公开了使用再循环分支和阀装置来控制饮料通过液压回路的流动。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有新结构的用于生产饮料的自动机器，相对于已知的自动机器，其简单且廉价地允许提高自动泡制方法的效率，特别是提高能量性能，同时允许实时控制提取率，并从而控制提取饮料的质量，以及可能的任何提取不足的校正。

本发明的自动机器的另一优点在于，用相同的机器不仅能够象用于生产饮料的任何传统自动机器那样制作热饮料，而且还能够制作冷饮料。

根据本发明，提供了根据所附权利要求书中所要求保护的自动机器和制备饮料的方法。

附图说明

现将参照示出了非限制实施例的示例的附图来描述本发明，在附图中：

-图1示意性地示出了根据现有技术的用于生产饮料的自动机器的结构；

-图2示意性地示出了根据现有技术的用于生产饮料的自动机器的结构；

-图3示意性地示出了根据本发明的自动机器的较佳实施例的结构；以及

-图4和5分别示出了表示本发明的机器的泡制过程的进展的图表。

具体实施方式

现将参考附图详细描述本发明，以使技术人员能够制造和使用本发明。对所述实施例的各种修改对于本领域技术人员来说是显而易见的。所描述的一般原理可以应用于其它实施例和应用，而不脱离如所附权利要求中限定的本发明的范围。因此，不应认为本发明局限于所描述和示出的实施例，而是必须根据本文描述和要求保护的原理和特征准许最广泛的保护范围。

图1示出以简化且功能性的方式示出了根据现有技术的用于生产泡制饮料的自动机器的元件的框图。

借助示例，图1中示意性示出的自动机器是设有通常用于生产咖啡或茶叶的已知自动泡制组件1的机器。泡制组件1与自动分配器2相关联，该自动分配器2在每个泡制循环开始时将计量的待泡制材料量供应到泡制组件1。通常，自动分配器2由设有分配器的罐(tank)形成，或者在咖啡制备的情况下，由输送预定量的研磨咖啡的受控研磨设备形成。

根据一种变型，泡制组件1可以是半自动的，即无水材料不能自动供应，而是由使用者通过以松散材料形式或者已知类型的单剂量胶囊或豆荚(pod)形式装载一定剂量的待泡制材料来手动供应。

根据图1所示，在泡制组件1的上游，自动机器包括水源3，该水源3通常由水箱或与水网流体连通的入口阀组成。如果需要，在水源3的下游布置容积计数器(未示出)，用以测量来自水源3的水量。

在水源3和泡制组件1之间，自动机器依次并按序包括第一泵4和水温调节器5。

具体地，第一泵4是可选元件，其仅在由机器生产的饮料类型要求供应到泡制组件1的泡制水压力增加到高于大气压的压力的情况下是必不可少的，例如，在低压或高压渗滤的情况下。第一泵4通常由蠕动泵或离心泵或振动泵组成。如果第一泵4是容积式的，如在蠕动泵的情况下，供应到泡制组件1的水由第一泵4供给剂量，因此不需要与水源3相关联的容积计数器。

水温调节器5通常由锅炉或热块组成，用于将入口水的温度升高或降低至预定值。

在使用中，在流过第一泵(如果存在)和水温调节器5之后，泡制水进入泡制组件1，在较短或较长时间内流过泡制组件1内的研磨材料，并且最终离开泡制组件1而到达分配喷嘴6以流入饮料收集容器7中。

如由图1的示意图所示，由泡制水流过的块是串联连接的，即块的出口直接连接到下一块的入口。事实上，已知的自动机器的结构使得泡制水在相同的泡制循环期间沿着整个回路、特别是通过泡制组件1单向移动。

图2示出了以简化且功能性的方式示出用于生产现有技术的饮料的另一自动机器的元件的框图。

如下所示，图2所示机器的一些元件也属于图1的已知机器，因此在可能的情况下带有相同的附图标记。

在图1中示意性地示出并且用附图标记8整体表示的自动机器的特征在于，设有再循环系统9以在泡制组件1的出口处拦截泡制流体并使其再次以预定次数流过泡制组件1中的材料剂量。

如图2所示，机器8包括泡制组件1、待泡制材料分配器2、饮料分配喷嘴6、水源3、布置在水源3下游的水温调节器5和第一泵4，如果泡制过程不需要高于大气压的泡制流体的压力增加，则第一泵4无需存在。

当存在时，第一泵4布置在水温调节器5和泡制组件1之间。

如已经阐述的，水温调节器5可以是提高来自水源2的水的温度的锅炉或热块。抑或，温度调节器5可以是冷却设备或用于混合冷水和热水的混合设备，以使泡制水达到预定的最终温度。

上述再循环系统9旨在通过使饮料在泡制水的相同流动方向上、即从泡制组件1的入口到出口再循环通过泡制组件1，重新使用经泡制的饮料作为泡制流体，从而执行单向泡制过程。为此目的，再循环系统9包括再循环分支10，如下所示，泡制流体可以在相对于通过泡制组件1的流动方向的相反方向上流过该再循环分支10，并且该再循环分支10借助较佳地但不一定由连接到机器8的电子控制单元(未示出)的三通电磁阀限定的两个三通分流器11和12与回路的其余部分流体连通。

具体地，分流器11布置在泡制组件1和饮料分配喷嘴6之间，使得泡制组件1的出口选择性地与饮料分配喷嘴6或与再循环分支10的入口流体连通。

分流器12布置在水温调节器5和第一泵4(或者如果第一泵4缺失，则为泡制组件1)之间，使得水温调节器的出口选择性地与第一泵4的吸入管道(或者如果第一泵4缺失，则与泡制组件1的入口)或者与再循环分支10的出口流体连通。

再循环系统9还包括沿着再循环分支10布置的罐13，其用于临时收集离开泡制组件1、在再次流过泡制组件1之前被分流到再循环分支10上的饮料。

或者，罐13也可被省略，并且可将再循环分支10的尺寸定为限定合适的储存容积。

下面简要描述由机器8执行的泡制过程的主要步骤。机器8的结构允许下面在点a)下描述的传统泡制过程和下面在点b)下描述的非传统泡制过程，其特征在于通过重新使用经提取的饮料作为提取流体来重复泡制步骤。

在图2的机器8的情况下，借助源自单向泡制过程的再循环系统来执行该“重复”方法。当在低压或大气压下泡制时，这种类型的方法特别有利。

图2的机器8的操作模式：

a)“传统的”单向模式

在这种情况下，泡制过程包括以下步骤：

a1-泡制组件1由分配器2供应一定剂量的待泡制材料；

a2-通过水温调节器5使来自水源3的泡制水达到预定温度；

a3-第一泵4(如果存在的话)将水供应到泡制组件1；

a4-由泡制组件1产生的饮料朝向饮料分配喷嘴6流动并由此进入收集容器7中。

在根据“传统”单向模式操作机器8期间，控制流量分离器11和12，以便将再循环分支10从回路中排除。

b)“重复的”单向模式

在这种情况下，泡制过程包括以下步骤：

b1-泡制组件1由分配器2供应一定剂量的待泡制材料；

b2-通过水温调节器5使来自水源3的泡制水达到预定温度；

b3-第一泵4(如果存在的话)将水供应到泡制组件1；在该阶段，控制分流器12，使得水源3与第一泵4流体连通，并且与再循环分支10的流体连通路径被禁止，并且控制分流器11使得泡制组件1的出口与再循环分支10的入口流体连通，并且禁止与饮料分配喷嘴6的流体连通；

b4-离开泡制组件1的饮料沿着再循环分支10流动并暂时收集在罐13中；

b5-在已将确定量的水供应到泡制组件1之后或者在确定的时间段之后，停止水供应装置并且操作分流器12以便禁止与水源3的连通，而再循环分支10的出口与第一泵4(或者如果第一泵4缺失，则与泡制组件1的入口)流体连通；

b6-将收集在罐13中的饮料供应到泡制组件1，以便再次流过泡制材料；涉及重复的泡制过程的该饮料再循环操作执行确定的次数，或者，在确定的时间段内或之后，分配给定量的饮料；

b7-一旦饮料的再循环和再泡制阶段已经完成，就操作分流器11，以便禁止至再循环分支10的通路，但将泡制组件1的出口连接到饮料分配喷嘴，从而允许饮料到达收集容器7。

图3示出了以简化且功能性的方式示出了根据本发明的用于生产饮料的自动机器8的元件的框图。

图3的机器8具有与图2的自动机器8共同的以下部件：泡制组件1、待泡制材料分配器2，饮料分配喷嘴6、水源3、第一泵4和水温调节器5，在这种情况下，水温调节器5也可以是锅炉、热块、冷却设备或用于混合冷水和热水以获得预定温度的混合设备。

与参考图2的前述示例不同的是，在这种情况下，第一泵4布置在水源3和水温调节器5之间。然而，根据未示出的变型，第一泵4甚至可以放置在水温调节器5的下游。

由于图3中所示的实施例的机器8尤其适合于制作高压泡制饮料，因而通常总是存在第一泵4以允许充分增加供应到泡制组件1的泡制流体的压力。

然而，根据未示出的变型，如果泡制在低压或大气压下进行，则第一泵4可能缺失并且泡制流体可借助例如通过重力的其它合适的系统供应到泡制组件1。

图3的机器8基于先前参考图2描述的机器8的相同操作原理，即基于使用饮料作为泡制流体，迫使其以预定的次数流过之前供应到泡制组件1的待泡制的材料。

然而，为此目的，图3的机器8并未设置饮料再循环系统9，即没有设置再循环分支10、罐13和分流器11和12，而是设有饮料流动方向的反向系统14，一旦由泡制组件1分配，就将其交替地朝向出口并向后朝向泡制组件1的入口推动。

反向系统14包括第一泵4(当存在时)和第二泵15，该第二泵15布置在泡制组件1和饮料分配喷嘴6之间，并且像第一泵4一样便利地是离心泵或蠕动泵，但是可以使用任何其它合适类型的泵，特别是技术上适用于处理可能载有颗粒的液体的泵。

第一泵4和第二泵15连接到由附图标记17表示、将在使用中操作的电子控制单元，以控制饮料流的流动和方向。具体地，操作它们以同时在一方向上向饮料施加推力，该方向在泡制过程的任何时间对于两个泵是相同的，并且在泡制过程期间，以确定的时间间隔反转以检查回流通过泡制组件1的饮料量。

在这方面，应该规定水温调节器5借助管道16与泡制组件1的入口流体连通，将管道16的容量选择成使得回流通过泡制组件1的饮料量不进入水温调节器5。

当第一泵4缺失时，第二泵15上游的泡制回路是紧密的并且允许唯一的第二泵15通过泡制组件1从源3抽吸泡制液体。

此外，根据未示出的变型，管道16设置有收集容器(未示出)，该收集容器允许临时收集向后驱动回流通过泡制组件1的饮料的部分。

下面借助图3中所示的机器8简要描述泡制过程的主要步骤。

类似于先前关于图2的实施例所述的内容，同样在这种情况下，机器8的结构允许在点c)下描述的传统方法和在点d)下描述的非传统泡制过程，其特征在于，通过将提取的饮料重新用作提取液体来重复泡制步骤。

在图3的机器8的情况下，该“重复”方法借助饮料流动方向的反向系统来执行，形成双向泡制过程。当在高压下泡制时，这种类型的方法特别有利。

图3的机器8的操作模式：

c)“传统的”单向模式

在这种情况下，泡制过程类似于已知的泡制机器中的泡制方法，并涉及以下步骤：

c1-泡制组件1由分配器2供应一定剂量的待泡制材料；

c2-第一泵4(如果存在的话)增加来自水源3的水的压力并将其供应给水温调节器5，水温调节器5使其达到预定温度，并且供应到泡制组件1；

c3-由泡制组件1产生的饮料被第二泵15朝向饮料分配喷嘴6推动，并且因此进入收集容器7。

d)“重复的”双向模式

在这种情况下，泡制过程包括以下步骤：

d1-泡制组件1由分配器2供应一定剂量的待泡制材料；

d2-水源3向水温调节器5供水，水温调节器5使水达到预定温度；

d3-致动第一泵4(如果存在)和第二泵15以同时将水在正常泡制方向上，即从水源3朝向饮料分配喷嘴6推动；第一泵4增加水压并将其供应到泡制组件1；

d4-在已经将一定量的水供应到泡制组件1之后或者在确定的时间段之后，电子控制单元(未示出)同步地反转第一泵4和第二泵15的推力方向，使得由泡制组件1产生的饮料强制地回流通过材料进入泡制组件1中，而不会从泡制组件(1)中再循环出来；

d5-在一定时间段、较佳地在1到5秒之间之后，第一泵4和第二泵15再次反转推力方向，从而迫使已经流过泡制组件1的饮料在正常流动方向上朝向饮料分配喷嘴6通过泡制组件1；

d6-在确定数量的反转或确定的时间段之后，第一泵4和第二泵15保持它们在正常流动方向上朝向饮料分配喷嘴6的推力，直到饮料被分配为止。

图4和图5示出了两个曲线图，其与第一泵4和第二泵15的两种不同控制模式相关并且表示在饮料生产循环期间泡制流体的流速(用实线表示)和离开饮料分配喷嘴6的饮料量(用虚线表示)。

为了完成以上内容，应该注意，在上述且未示出的情况下，在机器8用于不需要高压泡制流体的泡制过程中，第一泵4不是必需的，而是使用截止阀，其由电子控制单元17控制，以在第二泵15将饮料朝向分配喷嘴6推动时允许泡制水流动，并且当第二泵15反转并且朝向并通过泡制组件1推回饮料时禁止泡制水流动。

鉴于上述内容，此处是关于使用图3中示意性示出的本发明的自动机器所产生的优点的一些相关考虑。事实上，与已知系统不同，本发明简单且廉价地达到了目的，即在相同的饮料生产循环期间重复泡制过程一定次数以增加与待泡制材料的接触时间，从而改善了可溶物质的提取、香味和风味。该结果是通过在泡制设备的下游提供泵并通过适当地设定回路容量来获得的，而不引入诸如再循环分支和复流控制阀装置的其它部件。

因此，本发明的机器不引入显著的结构复杂性但由于极其简单和有效的回路，允许重复泡制过程从而获得自动机器的效率的整体提高，因为：

-它允许减少必要的材料剂量；与单次通过提取相比，泡制液体的重复通过事实上允许更好地“利用”材料；

-它允许降低能耗，因为它使用的温度更接近环境温度。事实上，虽然传统的系统需要在较高温度下的水来在水通过材料期间从材料中提取可溶物质和香味，但在本发明中，可溶物质和香味的完全提取作为饮料重复通过材料的结果逐渐地获得。此外，使用较低的泡制温度导致饮料的质量更好，因为它减少了有害可溶物质的提取，而高温泡制则有利于有害可溶物质的提取；

-它允许用户使用相同的机器生产热饮和冷饮；在这方面，应该注意，市场上现有的自动机器不能生产冷饮，因为提供通过待泡制材料的单次通过的传统泡制系统不可能在合理的时间内获得令人满意的提取。

本发明的自动机器的另一优点是允许“实时”校正饮料提取率。事实上，通过为自动机器配备用于测量由泡制组件1生产的饮料的提取率的检测设备，可以基于检测设备所检测到的结果来控制泡制过程，例如通过如果饮料提取不足则重复泡制过程。

Claims (5)

1.一种自动饮料制备机器(8)，包括泡制组件(1)，所述泡制组件(1)具有流体入口和流体出口及泡制材料入口；泡制材料供应设备(2)，所述泡制材料供应设备(2)与所述泡制组件(1)的所述泡制材料入口连通，用以在每个饮料生产循环开始时向所述泡制组件(1)提供泡制材料剂量；供水装置，所述供水装置与所述泡制组件(1)的所述流体入口流体连通，用以向所述泡制组件(1)供应产生饮料所需的计量水量；饮料分配喷嘴(6)，所述饮料分配喷嘴(6)与所述泡制组件(1)的所述流体出口流体连通；泡制过程重复装置(9、14)，所述泡制过程重复装置(9、14)设计成在饮料分配到收集容器(7)中之前，使所述饮料流过所述泡制组件(1)中的所述泡制材料一次或多次；其特征在于，所述泡制过程重复装置(14)包括饮料流动反转装置，所述饮料流动反转装置设计成使流过所述泡制组件(1)的所述饮料反转，而不会再循环出所述泡制组件(1)，所述饮料流动反转装置包括布置在所述泡制组件(1)的所述流体出口和所述饮料分配喷嘴(6)之间的第二泵(15)，电子控制单元(17)被设置以控制所述第二泵(15)，以使所述饮料从所述泡制组件(1)的所述流体入口到所述流体出口流过泡制材料剂量，反之亦然，以便形成双向泡制过程，而不会将所述饮料再循环出所述泡制组件(1)。

2.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，包括用于测量由所述泡制组件(1)分配的所述饮料的提取率的设备；所述电子控制单元(17)还构造成基于测量的提取饮料产率反馈控制所述泡制过程，以便在所述饮料被确定为提取不足时重复所述泡制过程。

3.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述供水装置包括水源(3)和布置在所述水源(3)和所述泡制组件(1)之间的第一泵(4)，以适当地增加供应到所述泡制组件(1)的水压。

4.根据权利要求3所述的机器，其特征在于，所述电子控制单元(17)还构造成控制所述第一泵(4)和第二泵(15)，使得所述第一泵(4)和第二泵(15)各自同时向所述饮料施加推力，所述推力在所述泡制过程的任何时间处指向相同的方向并且在泡制过程期间以预定的时间间隔反转，以便控制回流通过所述泡制组件(1)的饮料量。

5.一种自动制备饮料的方法，包括：

-提供泡制组件(1)，所述泡制组件(1)具有流体入口、流体出口和泡制材料入口；

-提供饮料分配喷嘴(6)，所述饮料分配喷嘴(6)与所述泡制组件(1)的所述流体出口流体连通；

-在每个饮料生产循环开始时，将一剂量的泡制材料供应到所述泡制组件(1)的所述泡制材料入口；

-将生产饮料所需的计量水量供应到所述泡制组件(1)的所述流体入口以供生产饮料；

-在所述饮料分配到收集容器(7)中之前，使所述饮料流过所述泡制组件(1)中的所述泡制材料剂量一次或多次；

其特征在于，使所述饮料流过所述泡制组件(1)中的所述泡制材料剂量一次或多次包括：

-在所述泡制组件(1)的所述流体出口和所述饮料分配喷嘴(6)之间布置第二泵(15)，以及

-控制所述第二泵(15)以使所述饮料从所述泡制组件(1)的所述流体入口到所述流体出口流过所述泡制材料剂量，反之亦然，以便形成双向泡制过程，而不会将所述饮料再循环出所述泡制组件(1)。

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