CN112512386B - 输送流体以进行单份冲泡或处理的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于使用含有对应的冲泡材料的囊包冷冲泡或热冲泡饮料、汤和膳食并在杯子、碗中或直接在囊包中提供冲泡品的方法和装置。冲泡催化器可以被激活以催化冷冲泡品，从而在一分钟内实现浓郁的冷冲泡品。用于刺穿囊包的针可以设置有护罩，以用于防止对儿童的伤害并用于密封待刺穿的表面。保持器可以具有可向上和向下移动的进入开口，以容纳不同地设定尺寸/成形的囊包，并且具有能量发射器，以与经由针注射到冲泡材料的内部中的热流体协作，从而从外向内和从内向外都进行烹调。可以提供位组以确定用于囊包的一组冲泡条件，并允许经由互联网对该组冲泡条件进行定制和修改。

Description

输送流体以进行单份冲泡或处理的装置和方法

发明领域

本发明总体上涉及一种输送流体以进行单份冲泡(single serve brew)或处理的装置和方法。

发明背景

消费者期望按照他们的喜好制作的单份饮品的便利性、速度和新鲜度。对于咖啡来说，这种期望已经部分地被以下装置满足了：由Favre在美国专利第4,136,202号中教导的以

的名义商业化的装置，由Sylvan等人在美国专利第5,325,765号中教导的以

的名义的装置，以及由本发明人在美国专利第6,840,158号中和Knitel等人在美国专利第8,039,036号中教导的以

的名义的装置。

为了最小化由苦味油和酸引起的咖啡的刺鼻味道，Schwinger在美国专利第2,878,746号中、Leung等人在美国专利第7,231,142号中、Neace等人在美国专利第8,720,321号中并且Adam等人在美国专利第9,629,493号中公开了在冷水中提取粗咖啡研磨物(coarse coffee grinds)持续12小时至24小时的装置。

然而，这种慢速已限制了冷冲泡的流行。为了加快速度，Remo在美国专利第9,125,522号中并且Licare在美国专利第9,357,874号中公开了在冷却装置中冷却热咖啡的装置；Buchholz等人在美国专利第8,635,944号中公开了冲泡浓缩物并在分配器中用冷水稀释浓缩物的装置。这种装置很复杂并且所得的咖啡缺乏冷水与研磨咖啡豆直接相互作用所产生的冷冲泡品(brew)的一些品质。

发明概述

因此，本发明的目的是提供一种改进的装置和方法，以在大约一分钟内冲泡冷冲泡品，而不损害冷冲泡品的质量和浓度。

另一个目的是提供一种使用汽车点烟器快速冲泡冷冲泡品的便携式装置。

另一个目的是提供一种改进的装置，该装置不仅能够冲泡热冲泡品，而且还能够冲泡冷冲泡品。

另一个目的是提供一种改进的装置和方法，该装置和方法能够使用环保型囊包(pod)冲泡传统饮品(诸如咖啡或茶)、非传统饮品(如汤或含有可咀嚼物的泡泡茶(bubbletea))，以及膳食(诸如燕麦片、意大利面或三明治)。

另一个目的是提供一种改进的装置和方法，该装置和方法能够在没有交叉污染的情况下使用不同地设定尺寸和成形的囊包来冲泡饮品和膳食。

另一个目的是提供一种对儿童安全的装置(child-safe device)，以在家庭或酒店房间中冲泡单份饮品或膳食。

最后，本发明的一个目的是提供一种改进的囊包和方法，以允许本地烘烤者、农民或生产者根据需要快速生产带有其易变质成分的单份囊包，从而防止腐坏损失，以及允许消费者享受本地制造的最新鲜的饮料、汤和膳食。参考所附权利要求和描述，本发明的这些目的和其他目的将变得更好理解。

附图说明

附图图示了本发明的用图解法表示的非限制性实施方案，如下：

图1是用于制作冷冲泡品和/或热冲泡品的设备的部分示意图和部分截面图；

图1A是刚好在用冷冲泡咖啡囊包冲泡冷冲泡品之前的图1的设备的冲泡站的部分示意图和部分截面图；

图1B是在现有技术的冲泡机中现有技术的囊包在其冲泡期间的截面图；

图1C是在现有技术的冲泡机中图1和图1A的囊包在其冲泡期间的截面图；

图1D是沿图1B的横截面D-D的截面图，为简单起见省略了冲泡材料；

图1E是沿图1C的水平横截面E-E的截面图，为简单起见省略了冲泡材料；

图1F是用于图1的囊包的杯形过滤器的串联打褶部(tandem pleating)的截面图；

图1G是根据可替代串联打褶过程的图1的囊包的杯形过滤器的串联打褶部的截面图；

图1Ga是沿着图1G的水平横截面a-a的截面图，示出了囊包铰链；

图1H是当冲泡高的冷冲泡咖啡囊包时图1的设备的冲泡站的部分示意图和部分截面图；

图1I是用于诸如汤、燕麦片、婴幼儿配方奶粉或土耳其清咖啡(Turkish coffee)的饮品的囊包的截面图；

图1J是当冲泡图1I的囊包时图1的设备的冲泡站的部分示意图和部分截面图；

图1K是用于诸如汤、早餐或婴幼儿配方奶粉的饮品的高囊包的截面图；

图1L是当冲泡图1K的高囊包时图1的设备的冲泡站的部分示意图和部分截面图；

图1M是图1的囊包和保持器的上部部分的截面图；

图1N是沿着图1M的横截面N-N的囊包保持器的截面图，为了简单起见省略了保持器的底部和护罩；

图1O是沿着图1M的横截面O-O的囊包的截面图，省略了咖啡；

图1P是冷冲泡浓缩咖啡囊包的部分示意和部分截面图；

图1Q是沿着图1的横截面Q-Q的仅保持器的截面图；

图1R是图1A的流动偏转针或入口的部分示意和部分截面图，示出了冲泡期间的水流；

图1S是沿着图1R的横截面S-S的流动偏转入口(flow-deflecting inlet)的截面图；

图1T是沿着图1S的横截面T-T的流动偏转入口的截面图；

图1U是具有嵌入过滤器的图1R的针的部分示意和部分截面图；

图1V是图1U的针的替代方案的部分示意和部分截面图；

图1W是沿着图1的横截面W-W的计量过滤器的截面图；

图2是使用图1的设备冲泡冷冲泡品的步骤的示意图；

图3是对于图1的冷冲泡催化器的改进的变型的部分示意图和截面图；

图3A是沿着图3的横截面A-A的催化器的截面图；

图4是图1的改进的冲泡站的部分示意图和部分截面图，其中碗形囊包位于保持器上方；

图4A是沿着图4的横截面A-A的保持器的截面图；

图4B是图4的改进的冲泡站的部分示意图和部分截面图，其中在冲泡之前碗形囊包位于保持器内；

图4C是用于图4的保持器的可重复使用的碗形囊包的截面图；

图4D是图4的改进的冲泡站的部分示意图和部分截面图，其中在冲泡之前高而大的囊包位于保持器内；

图4E是图4的改进的冲泡站的部分示意图和部分截面图，其中在冲泡之前高而小的热冲泡咖啡囊包或冷冲泡咖啡囊包位于保持器内；

图4F是图4的改进的冲泡站的部分示意图和部分截面图，其中在冲泡之前矮而小的热冲泡咖啡囊包或冷冲泡咖啡囊包位于保持器内；

图4G是图4的改进的冲泡站的部分示意图和部分截面图，其中在冲泡之前具有咖啡填充站的高囊包位于保持器内；

图5是对于图1的设备的第一改进变型的部分示意图和部分截面图；

图5A是当冲泡覆盖物处于其闭合位置时图5的冲泡站的部分示意图和部分截面图；

图5B是图5的设备的可替代实施方案的部分示意图和截面图；

图6是对于图1的设备的第二改进变型的示意图；

图7是对于图1的设备的第三改进变型的部分示意图和部分截面图。

图7A是用于图7的系统的加热箱的空气出口的流动致动器的部分示意图和部分截面图。

优选实施方案的描述

参考图1，根据本发明的用于冲泡单份冷冲泡品或热冲泡品的设备1包括水箱3、通过电线7a连接到控制器2的泵7、冷冲泡催化器10、自刷新计量过滤器14以及包括冲泡覆盖物20和保持器30的冲泡站300。水箱适于容纳冷水的供应源4，并且可以连接到自来水系统或冰箱。冲泡覆盖物具有流动偏转针或入口85和密封垫圈或密封器22，并被布置成与保持器协作以在密封垫圈和保持器的可移动底壁44之间形成囊包室158，如图1A、图1H、图1J和图1L中示出的，以封闭矮囊包或高囊包100。水从水箱通过形成在支撑基部247中的分配室6、管101、冲泡催化器和计量过滤器输送到由囊包室封闭的囊包100。

设备1是美国专利第6,142,063号、第9,149,149号、第9,295,357号、第8,720,321号和第9,629,493号中描述的类型的设备。已经进行了各种改进，以将用现有技术的冷冲泡机将冷冲泡品的冲泡时间从12小时减少到单份式热冲泡机的典型1分钟。为了冲泡冷冲泡品，冷水或冰和水的混合物被加入水箱中并在其冷状态下被引入囊包。为了冲泡热冲泡品，水箱中的水由加热器5(加热器5通过电线5a连接到控制器)加热并在其热状态下被引入囊包。在所有附图中，类似的部件用相同的参考数字标识，而修改的或附属的部件用相同的参考数字加上后缀(诸如-1或P)标识。

保持器30具有边缘89、侧壁35、位接纳器(bit receiver)32、开关组34、护罩60和具有出口针63的共享出口50，边缘89界定了用于接合和接纳囊包100的开口31。护罩防止出口针63伤害儿童，并且包括由共享出口上的护罩弹簧43支撑的护罩板62、形成在护罩板上的手指止动器61、以及用于将冲泡品分配到杯子、罐子或其他装载物(receptacle)中的分配器53。手指止动器是限制性开口，其适于允许出口针63移入和移出，但防止儿童的手指穿过。护罩适于在安全的、防伤害位置和冲泡位置之间移动，在安全的、防伤害位置中，护罩板位于出口针上方并覆盖出口针(图1和图1Q)，在冲泡位置中，出口针63被暴露以刺穿囊包底部27(图1A、图1H和图1L)。

与图4C的自愈合膜的类似的自愈合膜(self-healable film)可以附接到护罩板62，以覆盖手指止动器61，从而进一步保护儿童。自愈合膜适于被出口针刺穿，并且适于在针移出后自愈合并闭合刺穿的开口。自愈合膜还起到在针周围密封的作用，以防止冲泡品流动通过刺穿的开口，从而导致所有冲泡品经由分配器53分配。可替代地，护罩板62可以是由自愈合材料制作的自愈合护罩板。在第一次使用保持器30或护罩60之后，在自愈合板上形成大体上闭合的且可扩张的开口。大体上闭合的开口是手指止动器并且可扩张以允许针穿过。应当理解，可以为冲泡覆盖物20的入口针85提供与图5和图5A的护罩的类似的护罩，以防止对儿童的伤害。

可以提供护罩锁定器40和囊包扶正器70，以防止儿童用手压缩护罩弹簧43和使囊包居中。可替代地，护罩弹簧可以制作得足够强，以防止儿童移动护罩板。锁定器包括位于护罩板62下方的闩锁54、经由接纳在室42中的主体41连接到闩锁的触发器55、侧壁35上用于接纳闩锁的开口57、以及弹簧38，该弹簧38用于将闩锁推出开口57以捕获护罩板62，从而防止护罩板被手向下推动(图1和图1Q)。弹簧38加载在主体41和壁39之间，壁39通过壁36固定到侧壁35。当囊包推动触发器时，壁39上的突起37使主体41枢转(图1A)。当从图1中保持器的左侧观察时，左壁39和室42采用大致正方形形状。囊包扶正器70(图1、图1A和图1Q)位于保持器侧壁35上，与护罩锁定器40相对或进一步远离护罩锁定器40，以用于护罩锁定器的正确解锁和护罩的释放。它具有向下倾斜的表面69、侧壁35上的开口71、用于推动倾斜表面69穿过开口71的弹簧73以及用于在囊包插入之前将倾斜表面保持在预定位置处的止动壁76。梁75接纳在囊包扶正器的孔口72中，以导向倾斜表面69在开口71中的移动。梁75形成在壁77上，壁77通过壁74固定到侧壁35。当囊包100设置到保持器中时，倾斜表面69将囊包朝向护罩锁定器引导，以导致囊包底部推动触发器55，从而导致闩锁54远离护罩板62移动，因此解锁护罩60并使护罩60能够向下移动。同时，触发器55和闩锁54被推入室42中，并且囊包扶正器70被囊包侧壁29推入室82中。当囊包底部27向下推动护罩板62时，出口针63移出手指止动器61并刺穿囊包底部。

共享出口50使保持器30能够用一个出口针63适当地刺穿矮囊包和高囊包两者，如图1A、图1H、图1J和图1L中示出的，从而防止使用额外的出口针，该额外的出口针对酒店房间或家庭中的儿童是潜在地危险的，如美国专利第9,149,149号和第9,295,357号中所教导的。共享出口包括可相对于开口31向上和向下移动的基部或底壁44、连接到底壁的出口针63，使上端连接到可移动底壁且下端连接到保持器的向内底部边缘47的出口弹簧46、形成在底壁44上用于接纳护罩60的分配器53的冲泡出口51、以及用于将共享出口锁定在适当位置的出口锁定器80。出口锁定器具有闩锁66、连接到闩锁的出口触发器64、侧壁35上用于接纳闩锁和触发器的开口68、用于将闩锁推出开口68以捕获底壁的弹簧83、以及用于将闩锁保持在预定位置处以锁定底壁44的止动壁78(图1)。壁77上的梁79接纳在孔口84中，以导向闩锁和触发器在开口68中的移动。当没有囊包设置到保持器或矮囊包设置到保持器中时，底壁44处于其第一位置以形成矮囊包室158(图1、图1A和图1J)，并且当高囊包设置到保持器中时，底壁44移动到其第二位置以形成高囊包室(图1H)。第一位置由出口锁定器80锁定在适当位置中，并且第二位置由向内的底部边缘47锁定在适当位置中，以确保囊包底部27被出口针63刺穿。第一位置和第二位置之间的距离大约等于矮囊包和高囊包之间的高度差。

图1中的囊包100包括不可渗透的杯形容器88，其具有囊包边缘28、不可渗透的囊包侧壁29和不可渗透的囊包底部27、密封到囊包边缘的不可渗透的膜盖23以及杯形过滤器87。杯形过滤器具有定位成足够靠近囊包底部27的过滤器底部26，以允许当水在压力下作为水流93(图1C)被引入到过滤器底部26和膜盖23之间的冲泡室58中的冲泡材料的供应源24a时，至少过滤器底部的中心接触囊包底部。换句话说，过滤器底部和囊包底部之间的距离足够小，以使得可以用手指推动过滤器底部26的中心来接触囊包底部27。不可渗透的囊包底部27防止水流93引导(channel)流过过滤器底部，并使水流93向上偏转，作为向上的流95返回到冲泡室58中，以提取其中的冲泡材料，因此确保冲泡材料的完全提取，以提供浓的冲泡品。

相比之下，由Sylvan、Beaulieu等人在美国专利第5,325,765号、第5,840,189号、第6,079,315号、第6,182,554号和第9,295,357号中教导的囊包100P中的杯形过滤器87P具有过滤器底部26P，该过滤器底部26P在囊包底部27上方足够远，以防止出口针63接触过滤器(图1B)。结果，大部分水流93作为流94引导流过冲泡室58和过滤器底部26P进入提取室59P中并流出出口针63，而没有完全接触或提取材料24。水流93的这种引导至少部分地造成了现有技术的囊包冲泡的淡咖啡(weak coffee)。当用型号为250和575的

冲泡机中的Green

牌和

牌的现有技术的囊包冲泡8盎司的咖啡时，热咖啡具有由VST LAB Coffee III折射计测量的按总溶解固体(TDS)计的0.6％至0.9％的典型浓度。

在本发明的设备1中，当用与现有技术的囊包100P相同尺寸的冷冲泡咖啡囊包100冲泡8盎司的咖啡时，由相同的VST折射计测量，冷冲泡的咖啡具有按TDS计的1.1％至1.3％的典型浓度。当用设备1和

冲泡机中的热冲泡咖啡囊包100冲泡8盎司的咖啡时，热咖啡具有按TDS计的1.2％至1.7％的典型浓度。根据上面的引导情况的讨论，用现有技术的囊包和囊包100冲泡的咖啡的这种不同浓度是被预期的。值得一提的是，来自冷冲泡咖啡囊包和热冲泡咖啡囊包100的冷冲泡品和热冲泡品都具有与高级咖啡店中的咖啡类似的浓度，并且满足根据精品咖啡协会(SpecialtyCoffee Association)的金杯标准(Golden CupStandard)，该标准具有按TDS计的1.15％至1.35％的浓度。

囊包100和现有技术的囊包100P之间的主要区别是瞬变室59。由Sylvan、Beaulieu等人教导的囊包100P具有足够高或足够大的提取室59P，以防止出口针63接触过滤器底部26P(图1B)。相反，图1的囊包100具有足够小的提取室，以允许在出口针63刺穿囊包底部27后出口针接触过滤器底部26。当出口针向上推动过滤器底部26的一部分时，形成瞬变室59。图1A示出了刚好就在形成瞬变室59后但在水被引入冲泡室58中之前的瞬变室59。当水被引入冲泡室中以冲泡材料24时，瞬变室在尺寸上缩小(图1C)。在冲泡完成时，瞬变室可能完全消失，特别是当研磨的咖啡是细的(例如具有100微米至400微米的平均研磨尺寸)时。

瞬变室59的第一个问题是出口针63倾向于刺穿过滤器底部26而不是向上推动过滤器底部26，从而阻碍瞬变室的形成。为了解决过滤器刺穿问题，使用坚固且抗刺穿的尼龙、聚丙烯过滤器网来形成杯形过滤器87。为了进一步解决过滤器刺穿问题，过滤器网中的过滤器纤维适于具有足够低的摩擦系数，当在塑料和钢之间测量时，摩擦系数优选地低于0.3，并且最优选地低于0.2。据信，当出口针接触过滤器底部时，低摩擦系数允许出口针63在过滤器底部26下方容易地滑动，从而促进由出口针向上推动过滤器底部以形成瞬变室。

瞬变室的第二个问题是研磨物24a偶尔从冲泡室58泄漏到瞬变室中和用囊包冲泡的这杯咖啡中，使得咖啡不好喝。尚未理解该第二个问题或研磨物泄漏问题的原因。对于具有研磨物泄漏问题的囊包，在冲泡结束时，在过滤器底部26上观察到由出口针63刺穿的开口。然而，过滤器底部上的这种刺穿的开口可能不是研磨物泄漏问题的原因。事实上，来自绝大多数在冲泡后已经产生这种刺穿的开口的囊包的咖啡没有咖啡研磨物。当用囊包冲泡的咖啡没有研磨物时，发现刺穿的开口实际上与由VST LAB Coffee III折射计测量的冲泡物的浓度或TDS正相关。换句话说，用在过滤器底部上已经产生这种刺穿的开口的囊包冲泡的咖啡明显比用不具有这种刺穿的开口的囊包冲泡的咖啡更浓郁(rich)。发生研磨物泄漏问题的可能性似乎取决于研磨物尺寸、尺寸分布、材料24的性质和量、冲泡品的温度、压力和体积以及过滤器的设计和材料。研磨物泄漏问题可能主要通过在囊包中使用粗研磨物来防止，但是粗研磨物导致提取不完全和咖啡不浓。

如图1C和图1E中示出的，研磨物泄漏问题或第二个问题可以通过用于杯形过滤器87的多个串联褶皱部97来解决。串联褶皱部是通过对长形主褶皱部97P(类似于图1B和图1D的现有技术的囊包100P的主褶皱部)进行串联褶皱而在过滤器侧壁上形成的双褶皱的褶皱部。每个主褶皱部具有第一长形主褶皱壁151和第二长形主褶皱壁152。当长形主褶皱壁中的一个(例如主褶皱壁151)被折叠或褶皱成两个长形串联褶皱壁151a和151b时，形成长形串联褶皱部97。该串联褶皱部97包括一个主褶皱壁152和两个串联褶皱壁151a和151b。串联褶皱壁具有与主褶皱壁的长度类似的长度，但是只有主褶皱壁的宽度的大约一半。为了生产具有串联褶皱部的囊包100，首先生产具有过滤器底部26和多个长形主褶皱部97P(类似于现有技术的囊包100P的主褶皱部(图1D))的杯形过滤器87P，并将其放置在杯形容器(container)88中。该容器具有不可渗透的底部27、不可渗透的侧壁29、边缘28以及由边缘包围的用于接纳过滤器的进入开口198。杯形过滤器87P的顶端密封到容器的侧壁29的顶端。采用容器88的形状的串联褶皱器86以足够的褶皱力插入杯形过滤器中，以将主褶皱壁褶皱成两个串联褶皱壁，以形成串联褶皱部97，从而形成预组装的空囊包100B(图1F)。如由箭头169示出的，串联褶皱器86的顺时针旋转导致第一主褶皱壁151优选地折叠或褶皱成第一串联褶皱部151a和第二串联褶皱部151b。预组装的空囊包100B的水平横截面与囊包100的图1E的水平横截面相同。串联褶皱器86由加热器96加热到预定温度，以使主褶皱壁152和串联褶皱壁151a和151b部分地彼此粘着或粘附，以防止串联褶皱部去褶。

盖23部分地预附接到预组装的空囊包100B的边缘28，以产生图1G中示出的预组装的空囊包100A。盖是不可渗透的，并且分别包括第一盖部分98、第二盖部分167和第三盖部分166。盖被设定尺寸为覆盖进入开口198并且还具有适于热密封到边缘28的密封剂99，以形成用于储存和保存冲泡材料的供应源的不可渗透的冲泡室58。第三盖部分166是可刺穿的，以接纳流体到冲泡室中的注射，并且过滤器87控制流体和冲泡材料的流动和相互作用，以形成冲泡品。如图1Ga中示出的，边缘28包括第一边缘部分28a和第二边缘部分和28b。预组装的空囊包100A还包括囊包铰链190，以用于将不可渗透的盖23连接到容器88。囊包铰链与边缘和不可渗透的盖协作，以防止在冲泡材料的储存期间和在将流体注射到容器中期间空气和流体通过冲泡室泄漏。囊包铰链包括第一盖部分、第一边缘部分和形成在第一盖部分98和第二盖部分167之间的长形折叠部153。第一盖部分98通过虚线和第一边缘部分的外周界之间的热密封件154被部分地密封到第一边缘部分28a。长形折叠部153优选地定位并形成在热密封件154的第一端部146和第二端部148之间。为了防止在由预组装的空囊包100A形成的囊包的冲泡室58中储存或冲泡冲泡材料期间边缘28和盖23之间的任何空气或流体泄漏，热密封件的第一端部146和第二端部148大体上比边缘28的宽度窄，如图1Ga中示出的。

为了促进空囊包的填充操作，如图1G中示出的，多个预组装的空囊包100A在堆270中彼此堆叠。入口开口198大于不可渗透的底部27，以允许杯形过滤器87接纳另一个预组装的空囊包的一部分。为了防止在由预组装的空囊包100A形成的囊包的冲泡室58中储存或冲泡冲泡材料期间对囊包铰链190的损坏以及空气和流体的泄漏，长形折叠部153足够矮，使得长形折叠部的中部和进入开口198的内周界156之间在径向或水平方向上的距离小于进入开口的直径或最大跨度的百分之十五，优选地小于百分之7。例如，当进入开口的直径为45mm时，折叠部到内周界的距离应该小于6.75mm，优选地小于3mm。同样为了防止在由预组装的空囊包100A形成的囊包的冲泡室58中储存或冲泡冲泡材料期间空气和流体的泄漏，长形折叠部153因此被构造成使得在第一盖部分98和第二盖部分167之间存在足够倒圆(rounded)的过渡。该倒圆的过渡的半径大于0.15mm，优选地大于0.3mm。第一盖部分和第二盖部分之间的角度Φ小于90度。第三盖部分166可以足够柔性，以朝向堆270中的预组装的空囊包100A的边缘28弯曲并部分地包裹该边缘28，从而使得第一盖部分98和第三盖部分166之间的角度大于第一盖部分98和第二盖部分167之间的角度。除了节省运输和储存空间之外，第三盖部分166围绕堆中的边缘26的这种部分包裹促进不可渗透的盖23的闭合，并且改进了不可渗透的盖23和由预组装的空囊包100A形成的囊包的边缘28之间的密封。

具有串联褶皱部97的预组装的空囊包100A的堆叠也可以通过以下方式生产：1)通过将杯形过滤器87P的顶端密封到杯形容器88的侧壁29的顶端并且将盖23部分地预附接到容器的边缘28(如上面所描述的)而形成仅具有主褶皱部97P的预组装的空囊包，2)以类似于图1G的方式将仅具有主褶皱部的多个这种预组装的空囊包彼此堆叠以形成堆，以及3)向堆中的顶部的预组装的空囊包施加足够大的褶皱力，以导致下面所有预组装的空囊包的主褶皱部的主褶皱壁151或152被褶皱成串联褶皱壁151a和151b或152a和152b，从而形成预组装的空囊包的串联褶皱部97。在这种情况下，预组装的囊包的杯形容器88用作串联褶皱器86，以将主褶皱壁151褶皱成串联褶皱壁151a和151b，或者将主褶皱壁152褶皱成串联褶皱壁152a和152b。在没有串联褶皱器的旋转的情况下，第一主褶皱壁151和第二主褶皱壁152有相同的机会被褶皱成它们各自的串联褶皱壁。以这种方法形成的预组装的囊包的串联褶皱部97在从堆移除后倾向于去褶。已经发现，在对堆中的顶部的预组装的空囊包施加足够大的力后，通过将堆以堆叠形式保持在容器(诸如纸箱)中持续至少3天，可以防止这种去褶。上面的步骤3可以通过用足够大的力将预定温度下的串联褶皱器86插入堆中的顶部的预组装的空囊包的杯形过滤器87P中来执行。在将串联褶皱器从堆移除后，在堆用于填充操作之前，将堆储存在箱子中，以稳定所有预组装的空囊包的串联褶皱部持续至少3天。

由于形成过滤器、使过滤器打褶和密封过滤器的复杂性，本地烘烤者难以提供带有本地烘烤的新鲜豆的囊包。因此，消费者经常不得不饮用来自6个月或12个月前由大公司制造的囊包的咖啡。预组装的空囊包100A的堆使得对于本地烘烤者来说用本地烘烤的新鲜豆填充囊包是简单的。在从堆270移除预组装的空囊包并通过自动填充机或手动经由进入开口198用预定量的新鲜烘烤和研磨的豆填充囊包之后，盖的第二部分167和第三部分166通过诸如杆或棒的闭合器围绕囊包铰链190的长形折叠部153转动以覆盖进入开口，并且盖通过热密封器密封到边缘的第二部分28b。填充的囊包可以位于传送器上的腔中使得囊包铰链190在闭合器下方大约0.5mm至10mm、优选地1mm至5mm，并且当传送器将填充的囊包朝向闭合器移动时，囊包铰链190适于在盖的第二部分167和第三部分166接触闭合器之前碰到或到达闭合器。

为了促进回收且是对生态环境友好的，杯形容器88、过滤器87和盖23都由#5可回收聚丙烯制作。盖的密封剂99由聚丙烯共聚物或聚丙烯制作，其具有大体上比盖其余部分中使用的聚丙烯低的软化温度，优选地低至少20华氏度。密封剂可以是足够厚的膜，优选地比35微米厚，层压到盖，以实现对边缘28的充分密封。

研磨物泄漏问题或第二个问题也可以通过位于过滤器底部26的顶部上的过滤器配合件(mate)145来解决(图1G)。过滤器配合件最初旨在增加水流93从入口针85通过过滤器底部的流动阻力，以减少图1B中示出的引导流动94。已经发现，当囊包100和100P在设备1和

冲泡机中冲泡时，过滤器配合件防止囊包100和现有技术的囊包100P的过滤器底部被出口针63刺穿。过滤器配合件145位于过滤器底部26或26P上方，这不同于由Beaulieu等人在美国专利第9,271,602号中的教导，其教导了位于过滤器底部下方的过滤器护罩，以防止过滤器被出口针刺穿。过滤器配合件可以是不可渗透的膜或可渗透的过滤器的盘(disk)或片。为了防止丢失，过滤器配合件可以部分地附接到过滤器底部26，以允许过滤器配合件相对于过滤器底部部分移动。

通过使用为杯形过滤器87专门设计的过滤器网，可以进一步解决研磨物泄漏问题。第一种这种专门设计的过滤器网包括彼此松散结合的纤维，纤维之间的结合力足够低，以允许在纤维断裂之前，纤维被出口针63部分地推出或拉出过滤器87。第二种这样专门设计的过滤器网能够在网在用于囊包100的冲泡温度下破裂之前被拉伸超过50％，优选地超过75％。应当注意的是，当在冲泡过程期间瞬变室在尺寸上缩小或减小以调节流体和冲泡材料的流动和相互作用时，这种拉伸防止出口针使过滤器中的纤维断裂或切割过滤器中的纤维。第三种这样专门设计的过滤器网是熔喷聚丙烯网或纺粘聚丙烯无纺物(nonwoven)。熔喷聚丙烯无纺物和纺粘聚丙烯无纺物也可以组合在类似纺粘无纺/熔喷无纺网/纺粘无纺网或熔喷无纺物/纺粘无纺物的结构中。最终的这种特别设计的过滤器网是由细纤维和粗纤维制作或包括细纤维和粗纤维的复合过滤器。在复合过滤器中，对于粗纤维的直径或横截面面积优选地至少是对于细纤维的直径或横截面面积的两倍。通过在相同的过滤器网中混合粗纤维和细纤维，注意的是，纤维中的一些变得非常抗被针断裂或切割，并且被出口针63断裂的粗纤维的端部实际上非常紧密地压靠在针上，以防止咖啡研磨物穿过断裂的粗纤维。

上面的解决方案中的几个可以结合到囊包100中，以确保无研磨物的冲泡品。例如，杯形过滤器87可以由熔喷聚丙烯网制作，包括松散结合的纤维，该纤维能够在断裂之前拉伸至少75％，并且杯形过滤器87可以通过将预组装的空囊包彼此堆叠以形成串联褶皱部97而被串联褶皱。

图1H示出了保持器30中的高囊包100。当高囊包设置到保持器中时，它与囊包扶正器70、护罩60和出口针63相互作用，并以与图1和图1A的标准或矮囊包100相同的方式形成瞬变室59。随着囊包被更多地插入保持器中并将护罩板62向下推动，出口针将过滤器底部26向上推动得甚至更多，以扩张瞬变室。当护罩板向下移动时，它推动触发器64的倾斜表面67，并导致触发器和闩锁66移动到室82中，从而解锁共享出口50的可移动底壁44。这允许压缩的护罩弹簧43压缩共享出口50的弹簧46，并向下移动可移动底壁44和针63。结果，瞬变室59收缩并且然后随着囊包继续被向下推动到其最终位置而扩张(图1H)。在冲泡期间，瞬变室59在尺寸上显著收缩或缩小。在冲泡结束时，瞬变室可能变得基本上消失和不见，如图1C中示出的。当冲泡覆盖物20打开时，弹簧43和46向上推动可移动底壁44、护罩板62和用过的囊包100，从而导致闩锁66重新锁定可移动底壁，并且闩锁54重新锁定护罩板。已经发现，即使移除了囊包底部27和侧壁29，高囊包100也工作并形成瞬变室59，以调节研磨咖啡24a和冲泡室58中的水之间的相互作用。在这种情况下，保持器侧壁35变成囊包的侧壁27并且护罩板62变成囊包的囊包底部27，即保持器30的一部分变成囊包100的一部分。

图1I示出了矮囊包100，其包含冲泡一杯或一碗汤、健康饮品或膳食所需的冲泡材料的供应源，包括可溶性冲泡材料24和不溶性冲泡材料24a。它比由Estabrook等人在美国专利第8,834,948号中教导的汤囊包更方便且使用更少的包装，因此对生态环境更友好。不溶性冲泡材料24a可以是：1)用于汤的蛤蜊杂烩浓汤(Clam chowder)、鸡肉丁、面条、肉、蔬菜、香料、大蒜、海鲜、海藻等，2)用于早餐或婴儿餐的燕麦片、婴幼儿配方奶粉、谷类食品(cereal)、谷物(grain)等，以及3)用于健康饮品的研磨和切割的蔬菜、研磨和切割的水果、白桦茸、超级食物(super food)、抹茶、糖浆、浓缩物、形成果冻的材料、凝胶豆、土耳其清咖啡等。可溶性冲泡材料24可以是任何可以溶解的材料，诸如可溶性糖、盐和饮料粉末。不溶性冲泡材料24a可以是任何不能完全溶解的材料并且该材料包括可提取的材料，诸如茶和咖啡研磨物。

某些营养物质(诸如维生素)有不期望的味道，如果它们以充足的量存在的话，会使苏打水、气泡水果汁、茶、咖啡和其他饮品味道差。这种营养物质可以嵌入或输注到凝胶豆或凝胶珠24a中，并且嵌入的凝胶珠可以设置在婴幼儿配方奶粉、苏打水、气泡果汁、茶和咖啡中，以防止不期望的味道被人的舌头或鼻子感觉到。嵌入营养物质或维生素的凝胶珠可以制作得足够小，以防止人能够咀嚼凝胶珠，从而进一步最小化这种营养物质或维生素的不期望的味道。凝胶珠可以定位在冲泡室58的上部部分中，并适于通过来自入口针85的热蒸汽或水在尺寸上快速膨胀。膨胀的嵌入凝胶珠然后通过出口开口49与在冲泡室中冲泡的预定量的婴幼儿配方奶粉、气泡果汁、茶、咖啡或的苏打水一起被分配，这将在下面描述。

囊包100具有杯形容器88，该杯形容器88包括不可渗透的底部27、从不可渗透的底部向上延伸的不可渗透的侧壁29、不可渗透的侧壁的上端附近的边缘28、以及开口159，该开口159由边缘包围和界定，以用于接纳可溶性冲泡材料24和不溶性冲泡材料24a。不可渗透的、可刺穿的膜盖23闭合开口159，并以密封关系连结到边缘，以与容器协作形成不可渗透的囊包。出口开口49预形成在容器的不可渗透的底部27上，以用于排放包括形成在囊包中的包括不溶性冲泡材料24a的冲泡品，并且出口开口49足够大以防止被不溶性冲泡材料堵塞。调节板48接纳在容器中并定位在不可渗透的底部上方，以覆盖出口开口。柔性不可渗透的膜140设置在调节板上方，并且膜的周界区域被密封或连结到囊包底部27或侧壁29，以形成周界密封部或连结部141。如图1J中示出的，不可渗透的底部和柔性膜之间的连结部是可破坏的，以允许调节板的至少一部分通过出口针63相对于出口开口49被向上推动，并远离底部移动。

调节板48可相对于出口开口49在如图1I和图1K中示出的第一位置和如图1J、图1L和图4D中示出的第二位置之间移动，在第一位置中，调节板48与不可渗透的底部27、侧壁29和盖23协作形成不可渗透的冲泡室58，以储存和保存可溶性冲泡材料24和不溶性冲泡材料24a，在第二位置中，调节板48在囊包底部27上方形成瞬变室59，并且当液体经由入口针85被引入冲泡室中以与其中的冲泡材料24和24a相互作用时，调节或控制不溶性冲泡材料24a和冲泡室58中形成的冲泡品流入瞬变室中。以与图1的囊包100相同的方式，盖23被入口针85刺穿并且底部27被出口针63刺穿。在刺穿底部之后，出口针向上推动调节板48，并导致周界连结部141的一部分破裂。调节板足够刚性，以促进连结部或密封件141的破裂。当出口针向上推动调节板以形成瞬变室59和室入口155(其足够大以允许不溶性冲泡材料24a穿过)时，周界密封件的未破裂部分用作用于调节板48转动的铰链。调节板足够大，以防止冲泡室58中的冲泡材料在冲泡之前过早排放，并接触出口针63，该出口针63在底部上的多个位置中的任一个位置处刺穿底部27。瞬变室适于足够大，以经由室入口155从冲泡室58接纳不溶性冲泡材料24a。当冲泡结束囊包从保持器移除时，调节板落到囊包底部27，以闭合出口开口49并消除瞬变室59。

通过控制室入口155和瞬变室59的尺寸，对于特定的给定保持器和囊包尺寸，调节板48调节冲泡品和不溶性冲泡材料24a两者如何流入瞬变室59中以及冲泡材料如何在冲泡室58中与来自入口针85的流体相互作用。出口开口49变成瞬变室的出口，并将冲泡品和不溶性冲泡材料24a排放到分配器53或直接排放到杯子或装载物中。当冲泡材料包括嵌入营养物质的凝胶珠、土耳其清咖啡、婴幼儿配方奶粉、抹茶、糖浆、浓缩果汁、研磨的水果或蔬菜、或者粉末时，出口开口可以具有较小的尺寸，例如直径为0.2英寸或0.5英寸，但是当冲泡材料包括诸如肉丸、面条、鸡肉块和蔬菜的大物品时，出口开口可以具有大得多的尺寸，例如直径为1英寸或1.5英寸，以防止堵塞。

对于超大的不溶性冲泡材料，出口开口49可以大于调节板48，并且被不可渗透的柔性膜140而不是调节板覆盖和密封。调节板永久地附接到柔性膜的任一侧，以允许出口针63直接推动和移动调节板到其第二位置，以形成瞬变室59，而不接触或刺穿囊包底部27。在这种情况下，调节板可以由保持器30上的梁、销或任何能够作用于调节板并将调节板从第一位置移动到第二位置的突出体来移动，从而避免使用对儿童有害的尖锐的针。

应当理解，不可渗透的膜140可以热密封到底部27的下表面以密封出口开口49，并且可以穿过出口开口附接到调节板48的下表面以限制调节板在底部上的移动。当出口针63将调节板推离底部27时，出口开口正下方的柔性膜可能破裂。柔性膜140还可以适于足够弱，以被冲泡室中的压力破裂，从而确保出口开口49不会被膜阻塞。

还应当理解，出口开口49可以形成在盖23上，而不是容器88的底部27上。在这种情况下，调节板48可以以上面描述的方式中的一种通过柔性膜140连接到盖，或者可以以与图1K的方式类似的方式通过热密封件或粘合剂密封件直接密封到盖。出口开口49和调节板48可以被定位或布置成当入口针刺穿盖以将流体引入冲泡室58中以形成冲泡品时，允许入口针85将调节板推离出口开口，以在调节板和盖23之间形成瞬变室59，从而防止对出口针63的需要，并节省与出口针相关联的成本和风险。可替代地，容器88的底部27可以被布置成被入口针85刺穿以将流体引入冲泡室58中以形成冲泡品，并且盖23被布置成被出口针63刺穿以推动调节板以形成瞬变室。换句话说，囊包100可以以上下颠倒的(upside-down)方式在保持器30中使用。

图1K示出了包含可溶性冲泡材料24和不溶性冲泡材料24a的高囊包100，以用于冲泡汤、早餐燕麦粉、婴幼儿配方奶粉、去皮天然果汁等。粘合剂密封件或热密封件143形成在调节板48和囊包底部27之间的出口开口49周围。调节开口144可以形成在调节板上，以促进冲泡室58中的不溶性冲泡材料24a流入瞬变室59中，并促进不溶性冲泡材料通过出口开口49排放到保持器下方的碗或杯子中。已经发现，如果调节器开口144不存在，则块状或粘性冲泡材料24a倾向于堵塞室入口155，从而使调节开口对于这些包含难以排放出囊包的不溶性冲泡材料24a的囊包是必要的。调节开口比不溶性冲泡材料大至少20％、优选地至少50％，并且定位在远离出口开口49并且在针刺穿囊包底部27之后针63不可到达的位置处。裙部(skirt)或侧壁可以形成在调节板的周界处，以调节冲泡材料与来自针85的流体的相互作用。

卫生管142连接到出口开口49并可容纳在分配器53中，以防止冲泡室58中冲泡的汤、婴幼儿配方奶粉和其他可饮用物质接触保持器30，从而防止冲泡的婴幼儿配方奶粉和其他可饮用物质被像咖啡这样的饮料交叉污染，并提高食品安全性。通过将冲泡品从囊包100的瞬变室59直接分配到诸如杯子或碗的装载物中，卫生管142还防止了将几天前留在囊包保持器中的任何腐坏冲泡品分配到人的饮品中的可能性。可以理解的是，卫生管可以添加到其他囊包，包括苏打水囊包、咖啡囊包或茶囊包。

袋220附接到膜盖23并适于被入口针85刺穿。该袋包括密封到膜盖的阻挡膜201，以在膜盖23下方或上方形成袋室199，以用于容纳第二批冲泡材料202，诸如油、沙司、香料或用于冲泡材料24和24a的其他必需品。袋室199必须足够薄，以允许入口针85的切割器21刺穿膜盖和阻挡膜201两者，并且袋的下部膜必须足够远离针85的出口端口172，从而允许袋室中的材料202被来自针的出口端口的水携带。为了促进生产，阻挡膜201的周边区域可以密封到边缘28或侧壁29，而不是密封到膜盖23，以在不溶性冲泡材料和/或可溶性冲泡材料被填充到冲泡室中之后，在冲泡室58的上部部分中形成袋室199。然后，第二批冲泡材料202被填充到袋室199中。囊包最终在边缘周围被盖膜密封。图1I和图1K的冲泡室可以填充有粘性液体(诸如浓缩物或糖浆)的供应源，以冲泡水果饮料和苏打水。应当理解，可渗透的过滤器(而不是阻挡膜201)可以密封到边缘28或侧壁29以形成过滤器袋室199，并且至少过滤器的底部的中心足够深以防止入口针刺穿过滤器。可提取冲泡材料(诸如研磨咖啡和可可豆)的供应源可以被放入过滤器袋室中，并且然后囊包被盖膜覆盖和密封。

对于难以被来自入口针85的水携带出袋室199的粘性、油性或其他冲泡材料202，袋200可以附接到膜盖23的上表面。这种定位允许冲泡覆盖物20在冲泡覆盖物降低到保持器30时将粘性冲泡材料202挤压出袋室而挤压到冲泡室58中，以使入口针刺穿袋和膜盖。为了能够正确地制造这种囊包，粘性冲泡材料202的供应源首先被密封在两片阻挡膜201之间，以形成袋220。然后，所得袋在膜盖23上方被密封或附接到囊包。

对于本地农民和小生产者来说，用本地生长或生产的新鲜成分填充图1I和图1K的囊包并销售这种囊包，可以使用预组装的空囊包堆，类似于1G的预组装的空囊包堆。每个预组装的空囊包具有调节板48和盖23，调节板48预密封到容器88的不可渗透的底部27以覆盖出口开口49，盖23以与图1G的方式类似的方式部分地预附接到边缘28。多个这种预组装的空囊包可以彼此堆叠，以用于方便的填充操作和节省空间的储存。在当地农民或生产者接收到购买订单或希望出售一定量的新鲜果汁囊包或汤囊包时，他或她可以用合适的冲泡材料(诸如新鲜研磨的水果、蔬菜或肉)快速填充期望数量的预组装的空囊包。由于预组装的空囊包的堆使得囊包的生产如此快速和容易，所以农民或生产者不需要为他们销售的各种类型的囊包保留任何库存。因此，他们可以根据需要生产新鲜易变质的蔬菜、水果和肉的囊包，从而不仅防止腐坏损失，而且还将最新鲜的囊包输送给消费者以用于冲泡果汁、汤和膳食。

当图1K的高囊包设置到囊包保持器30中时，它与囊包扶正器70、护罩60、出口针63和共享出口50相互作用，以与图1J的囊包100和图1H的高囊包100类似或相同的方式形成瞬变室59。在刺穿囊包底部27之后，出口针向上推动调节板48并导致密封件143破裂。随着针63刺穿囊包并进一步移动到囊包中，调节板48围绕调节板的远侧边缘168向上转动，并使瞬变室59扩张(图1L)。应当理解，随着调节板48向上转动，远侧边缘168可以在囊包底部上移动，直到其被囊包侧壁29阻挡。调节板应足够大，以便在调节板围绕远侧边缘转动期间与出口针保持接触。随着调节板移动，它可能会导致一些冲泡材料通过调节开口144落入瞬变室59中。结果，调节开口应该定位得足够远离出口开口49，以防止生的或未冲泡的材料24或24a的过早分配。

为了促进护罩60返回到其安全、防止受伤的位置，护罩板62可以包括具有1mm至20mm、优选地2mm至10mm的高度的竖直周边壁，该周边壁在其周界的至少一部分上方和周围，以接纳囊包底部27，因此防止出口锁定器80接触并截住囊包100的下端。护罩板也可以在靠近出口锁定器80处具有足够小的尺寸或凹部部分，以防止在护罩60返回到其安全位置期间护罩板的边缘接触出口锁定器。应当理解，闩锁54可以通过触发器而远离防护板62移动，该触发器能够由冲泡覆盖物20的向下运动激活。

不同的冲泡条件需要适当地冲泡不同的囊包。用于待在图7的设备1中冲泡的饮料、婴幼儿配方奶粉、汤、膳食和甜点囊包的不正确的冲泡条件可能会产生例如太热或太冷的冲泡品而不能饮用。美国专利第9,320,385号和美国专利公布第20170027374号中教导的条形码、RFID或光谱系统可以用于部分地满足该种需求。然而，这种系统需要昂贵的扫描和处理硬件，这使得一些消费者买不起单份式冲泡机。

图1M示出了图1的冷冲泡咖啡囊包100和保持器30的顶部部分，以聚焦于对于该囊包的正确冲泡至关重要的位组90、位接纳器32和位组读取器34。在该示例性实施方案中，位组包括三个位。每个位可以处于两种状态(例如“向上(up)”状态和“向下(down)”状态)中的一种。处于“向上”状态或“向下”状态的位分别称为“向上位”或“向下位”。向上位是形成在囊包的侧壁29上的上点或上突起90-0并且向下位是形成在囊包的侧壁29上的下点或下突起90-1。下点90-1在囊包侧壁上定位得比上点90-0低。上点和下点也可以形成在边缘28或盖23上，如图4E中示出的。向上位可以被赋予为“0”的数字值并且向下位可以被赋予为“1”的值。因此，位组90固有地与包括数字处理器或CPU的控制器2兼容，以防止对昂贵的扫描和感测硬件的需要，并使设备1对更多的消费者来说是买得起的。

位组读取器34可以包括扫描仪或多个对象读取器34a、34b和34c。每个对象读取器适于读取位组中的一个位，并根据位的状态为每个位提供值“1”或“0”。为了避免复杂性，位组读取器可以是简单的开关组，其包括保持器30(图1M和图1N)或冲泡覆盖物20(图4和图4E)中的多个迷你型或微型电开关34a、34b和34c。用于特定囊包100的位组90中的每个特定位被指定为接触开关组34中的特定开关。当囊包被提供到保持器30中并且冲泡覆盖物20被闭合时，位组中的向下位90-1可以适于足够靠近其指定的开关，以按压或激活该开关，并且经由电线33a、33b或33c向控制器2提供值1。位组中的向上位90-0可以适于离其指定的开关足够远，以防止其按压或激活开关，并向控制器提供值0。用于图1的示例性冷冲泡咖啡囊包的位组中的位中的每一个的值和位置是011，其被称为位组的切换状态，并且与储存在控制器2中的一组预定的冲泡条件相关联。

位接纳器32包括位开口32a、32b和32c、在囊包100上的位表面192以及在保持器侧壁35上的反位表面195(counter-bit surface)，位开口32a、32b和32c用以将位组90中的位分配到它们在开关组34中的预指定的开关，反位表面195适于自动转动囊包以找到位表面和反位表面之间的最佳匹配。位表面和反位表面都应该足够大，以促进自动转动和找到两个表面之间的最佳匹配。位组90与位表面192具有固定的、预定的空间关系，以使得当位表面192找到其与保持器中的反位表面195的最佳匹配位置时，位组中的每个位在开关组34中找到其预指定的开关。为了防止对重新定位囊包的任何需要，可以在保持器30中提供一个开关组34，并且可以在囊包上形成多个相同的位组(图1M和图1O)。可替代地，可以在保持器上提供多个开关组34并且可以在囊包上提供一个位组。

当囊包设置到保持器中并且盖20闭合时(图1A)，图1的冷冲泡咖啡囊包上的位组90按压保持器30上的开关组34，并且向控制器2提供011的切换状态。类似地，用于图4的矮而大的膳食囊包或图4D的高而大的汤囊包的位组按压开关组，并分别向控制器提供110或010的切换状态。每个位组或其切换状态与一组冲泡或烹调条件相关联，将在图4至图7中描述。条件包括催化能量的量、水或蒸汽的温度、泵时间和泵压力。泵7可以是电动泵或任何能够输送液体的装置，通过泵7的压力可以通过调节施加到泵的电压或电流来调节。将在图1P中描述的热的和冷的冲泡浓缩咖啡囊包需要比其他囊包更高的泵压。

对于已经安装在家庭、办公室或其他位置中的设备，位组90允许人通过输入位组的切换状态经由互联网向设备(该设备在其控制器2中具有预定的空的空间或狭槽)添加或上传用于新类型的囊包的一组新冲泡条件。这使得具有旧设备1的消费者能够从他们购买该设备后开发的新类型的囊包享用新的饮品和膳食。该位组还使得可以通过输入切换状态经由互联网改变用于现有囊包(例如咖啡、汤或汉堡包囊包)的冲泡条件。因此，在寒冷的冬季，人可以将用于他的咖啡、汤或三明治囊包的该组冲泡条件改为冬季版本，使得冲泡更热的一杯咖啡、一碗汤或三明治。在炎热的夏季，人可以将该组冲泡条件改为夏季版本，以冲泡更凉爽的饮品和膳食。应当理解，用于现有类型的囊包的冲泡条件可以随着时间的推移而改进，或者可以由饮品或膳食制造商为特定城市、州或国家的消费者定制。为了允许具有旧设备1的消费者享受这种改进或定制，在消费者接收到用于这种改进或定制的通知之后，位组或其切换状态允许消费者在线或经由互联网改变该组冲泡条件。通知可以在线发送到设备的屏幕。

除了用于囊包100的3位位组之外，位组90可以具有4、5、6或更多或更少的位。例如，用于冷冲泡咖啡囊包的5位位组，即具有5位的位组，可以由囊包上的三个上点以及两个下点90-0、90-0、90-0、90-1和90-1表示，并且具有00011的切换状态。除了是点或突起之外，位组90中的位也可以是形成在囊包的侧壁29、边缘28或盖23上的梁、开口、凹部、斑点、印刷物或任何其他对象，只要这些对象可以以任何其他方式被不同地定位、设定尺寸、成形、着色、磁化、组成或区分，以具有两种不同的状态来提供两个不同的值，诸如1和0或开和关。位组读取器或开关组34包括多个对象读取器或开关，这些对象读取器或开关能够区分用于囊包上的这种对象的两种状态。应当理解，这里将位组分配给某个囊包是为了描述本发明的目的，并且在商业产品中可以分配不同的位组。还应当理解，值0被任意分配给向上位并且值1被任意分配给向下位。很明显，向上位可能被分配1并且向下位可能被分配0。还应当理解，位组90中的每个位可以处于三种状态(例如向上、中间和向下)中的一种，并且可以设置有由位组读取器或开关组34可读的三个值(例如0、1/2和1)中的一个。

图1P示出了冷冲泡浓缩咖啡囊包，其包括位组90、第一容器88以及第二容器256，位组90在囊包侧壁27上形成的位组的前两个位置中具有两个向上位90-0并且在第三个位置中具有一个向下位90-1，第一容器88具有第一不可渗透的底部27、连接到底部的第一不可渗透的侧壁29、用于侧壁的边缘28以及由边缘包围的进入开口，第二容器256具有第二不可渗透的底部259和第二不可渗透的侧壁255，该第二不可渗透的侧壁255密封到第一容器88的边缘或侧壁以在第一底部27和第二底部259之间形成第一室或起泡室258。该囊包还包括杯形过滤器87，其具有过滤器底部26和密封到侧壁29和/或侧壁255的多个串联褶皱部97，以在过滤器87和第二底部259之间形成薄的第二室257。该囊包还包括密封到边缘28的不可渗透的盖23，以在杯形过滤器87和盖之间形成第三室或冲泡室58，以储存浓缩咖啡的咖啡研磨物的供应源。盖可被入口针85刺穿，以接纳流体到冲泡室58中的注射，用于与冲泡材料相互作用以形成冲泡品。过滤器将第二室和第三室分开，使得冲泡室中形成的冲泡品必须流动通过过滤器以到达第二室257。起泡孔269形成在第二底部259上，以用于在第一室中形成起泡的冲泡品。第二容器256被密封到第一容器88，使得第二室257中的冲泡品必须流动通过起泡孔以到达第一室258，除非起泡孔发生故障或被堵塞。第二底部259足够柔性，以使得当入口针85经过盖将热水注射到第三室或冲泡室中时，第二室257充分膨胀以接纳来自第三室58的冲泡品。起泡孔足够小，以在冲泡品通过过滤器、第二室和起泡孔进入第一室中时乳化冲泡品并为冲泡品产生细泡沫。第一底部27可被刺穿以形成出口，从而将起泡室258中的冲泡品和细泡沫排放到装载物或杯子中。

浓缩咖啡囊包还包括备用孔277，该备用孔足够小，以在冲泡品通过过滤器、第二室和备用孔进入第一室中时乳化在第三室中形成的冲泡品并为在第三室中形成的冲泡品产生泡沫。备用孔常常由热密封到底部259的不可渗透的膜279密封或闭合。当起泡孔269发生故障或堵塞时，膜279变得破裂或热密封件被解封以打开备用孔。该囊包还可以在第一室中包括冲泡材料(例如牛奶或巧克力浓缩物或粉末)的第二供应源。牛奶或巧克力在低泵压下显著改善了浓缩咖啡的起泡，并允许用低压泵7冲泡具有厚泡沫头(foam head)的拿铁、卡布奇诺、摩卡或类似饮品，该低压泵7只能产生1巴至3巴或15psi至45psi的压力，以提高设备的安全性。为了防止起泡室中的内容物(尤其是液体)到达冲泡室58中的咖啡研磨物，起泡开口269可以是第二不可渗透的底壁259上的弱化区域，或者被类似于膜279的膜覆盖。当足够量的浓缩咖啡冲泡品被输送到第二室257中而使该室膨胀时，弱化区域被推开以形成起泡开口269。应当理解，第一室258也可以用于使来自牛奶容器299的牛奶起泡沫，这将在图7中描述。

图1R与图1和图1A一起示出了流动偏转入口针85，其包括连接到冲泡覆盖物的手柄(未示出)的铰链191，以在盖打开时使针缩回到冲泡覆盖物中，并在盖闭合时伸出盖以刺穿盖23。它还包括经由入口管18连接到计量过滤器14的针入口132、用于发射水流93的针出口172、针入口和针出口之间的流体通过通道173、定位在远离针出口172预定距离处并适于刺穿盖以将流体引入冲泡材料24的供应源中的切割器(诸如刺或矛状物21)、以及将切割器连接到针出口的连接器25。切割器具有偏转表面或偏转器171，以将水流93偏转并重新分配成向上的流91和向下的流92。结果，对于图1B中示出的现有技术的冲泡机，切割器21防止针85P的引导通过。向上的流91导致漂浮在冲泡室58中的任何冲泡材料被完全溶解或提取，从而进一步提高冲泡浓度并减少浪费。通过将切割器21直接定位在针出口172的中心下方，切割器还防止了在针插入冲泡材料中期间冲泡材料(诸如咖啡研磨物、面包或意大利面)被推入针出口172和流体通过通道173中。针出口的中心在用于流体通过通道的轴线207上。

入口针85的针出口172可以具有大于针入口和将入口针连接到计量过滤器的管18的直径的直径，以防止冲泡材料24和24a堵塞管18和针入口之间的流体通过通道173。为了防止入口针本身被冲泡材料堵塞，针出口充分地大于针入口132。针出口172和切割器21之间的距离或连接器25的长度足够长，例如2mm至16mm、优选地4mm至10mm长，以防止针出口172的堵塞。这种长的或高的连接器25对于刺穿图1K的袋220并允许来自针出口的水将袋室199中的冲泡材料202携带出来也是至关重要的。如果连接器25足够长，使得盖闭合后连接器的一部分保留在冲泡覆盖物20中，则冲泡覆盖物上的密封垫圈22的下部开口基本上成为用于入口针85的出口172。

除了将各种液体或气体流体引入冲泡材料的供应源中之外，流动偏转针85还可以用于将流体引入各种柔软物体中。冲泡材料包括三明治、肉、面包和披萨、咖啡研磨物、婴幼儿配方奶粉、糖浆、饮料混合物、汤混合物、谷类食品、燕麦片、谷物、甜点和意大利面。柔软的物体包括动物皮肤、人类皮肤、植物、土壤和可以被切割器21切割、穿透或插入其中的任何其他柔软的物体。由于其对固体的高耐受性，流动偏转针可以将含有悬浮固体或非常粘性的或凝胶状的流体输送到柔软物体的冲泡材料中。

在图1、图1U、图1V和图1W中，自刷新过滤器14定位在入口针85的上游，并且旨在解决美国专利第6,142,063号、第6,079,315号、第9,149,149号、第9,295,357号和第9,307,860号中教导的以

和

名义的现有技术的冲泡机的寿命短问题。每次冲泡后，当冲泡机冷却时，研磨物被冲泡路径中产生的真空吸入入口针、泵和冲泡机的其他部分中，这可能会导致寿命问题。图1和图1W的自刷新过滤器14包括与水箱3和冲泡覆盖物20流体连通的过滤室17、固定到过滤室并位于过滤室中的过滤器基部15、连接到过滤器基部的可移动唇缘16以及长形可扩张开口19。在图1U和图1V中也看到两个相对的唇缘16，它们适于形成过滤器基部15上的第一开口271，以及大体上远离过滤器基部定位的第二开口19。第一开口在尺寸上是大体上固定的并且第二开口是矩形开口。第二开口19也可以采用圆拱形(round)、椭圆形或其他合适的形状，并可以形成在弹性体片上。可移动唇缘16可以由金属、陶瓷、塑料或弹性体制作。

第二开口19在其正常状态下显著小于第一开口，并且适于响应于作用在可移动唇缘16上的压差的变化而在尺寸上改变，以调节固体通过自刷新过滤器14的流动阻力和通过。因此，第二开口也被称为可扩张开口。当冲泡后在过滤器的上游形成真空时，压差作用在可扩张开口19的可移动唇缘上，并导致唇缘朝向彼此移动以闭合可扩张开口并显著增加流动阻力，从而防止保持器30中的固体24穿过过滤器14进入冲泡机中并保护冲泡机。当泵7开启时，过滤器的上游的压力将两个相对的可移动唇缘推开，以使可扩张开口扩张，从而显著减小流动阻力，从而允许来自泵的水冲掉过滤器上或过滤器附近的任何研磨物或固体，并刷新过滤器。已经发现，当过滤器14的两个相对的唇缘16中仅一个是可移动的并且另一个固定化或固定在适当位置中时，过滤器14的可扩张开口19保持功能性。

图1U示出了入口针85的针入口132附近的嵌入流体通过通道173中的自刷新计量过滤器14。过滤器基部15固定到针入口，该针入口变成过滤室17。为了配合到入口针中，通过两个相对的可移动唇缘16在过滤器基部上仅形成一个可扩张开口19。当上游没有压力时，所示出的可扩张开口是常闭的。当泵7将水输送到入口针时，上游压力推动唇缘并使可扩张开口19扩张，以将水注射到流体通过通道173中。来自可扩张开口的水溅到流体通过通道的侧壁上，并且然后改变流动方向以冲掉通道中的任何冲泡材料，诸如面包、研磨物或肉。

在图1V中，自刷新过滤器14位于流体通过通道173的内部，直接在切割器21的偏转表面或偏转器171上方，以使水从可扩张开口19以快速射流的形式喷出，撞击和溅到偏转器上。这种布置显著提高了冲泡质量，并且当射流的速度足够高时，注意到这种布置乳化了流体。可扩张开口定位得足够靠近针出口172，以防止冲泡材料在流体通过通道173中的任何显著积聚，但是定位得足够远离针出口，以防止对可扩张开口19或唇缘16的任何损坏。圆柱形套筒194定位在过滤器基部15下方，以防止泵压将过滤器推出流体通过通道173。当冲泡三明治或膳食时，来自可扩张开口的快速射流在将冲泡材料(包括难以去除的面包和面条(如果存在的话))冲出流体通过通道方面是高效的(图4至图7)。

应当理解，将在图7中描述的入口针85、出口针63和流体针261可以是任何合适的固体物体，该物体在其端部处具有能够刺入另一物体中或刺穿穿过另一物体的尖锐的或尖的端头(tip)。针甚至可以在其端部处具有钝的端头，以使得针对于触摸是安全的。流体通过通道173可以由形成在针的外表面上的多个通道、切口、凹痕或其他不规则物代替。还应当理解，流体通过通道173中的可扩张开口19可以由其他合适的可扩张开口代替。

当使用包含不同冲泡材料的不同类型的囊包时，还注意到图1U和图1V的自刷新过滤器14导致几乎恒定的冲泡速度。当可扩张开口19在其扩张状态下保持足够小并且唇缘16足够坚固以抵抗泵压时，自刷新过滤器的这种计量效果更加明显。这使得本发明的设备1能够获得计量的冲泡体积，该体积等于冲泡速度乘以冲泡时间。结果，自刷新过滤器14已经提供了一种比由Streeter、Beaulieu等人在美国专利第7,523,695号、第7,398,726号、第6,142,063号和第6,082,247号中教导的装置更简单的计量冲泡体积的替代方案。

考虑到其计量冲泡体积的独特能力，自刷新过滤器14也被称为自刷新计量过滤器或计量过滤器。在优选实施方案中，计量过滤器14包括两个相对的可移动动唇缘16，以形成一个类似于图1W中的开口19的长形可扩张开口19。在其非扩张状态下，长形开口具有为0至1(毫米或mm)、优选地0至0.5(毫米或mm)的开口宽度以及1mm至15mm、优选地2mm至7mm的开口长度，以获得适用于冲泡的流速。较大的开口可以用于待在工业应用中使用的计量过滤器的可扩张开口。当泵7开启以产生上游压力时，可扩张开口19(该可扩张开口19在其非扩张状态下例如为0.1mm宽和2.5mm长)可以扩张到更大的尺寸，例如0.5mm宽和2.7mm长，这取决于泵压力。当在上游产生真空时，开口19在尺寸上减小或者甚至闭合。

开口19在其扩张状态下的扩张程度或尺寸(其确定了流速或冲泡速度)可以通过唇缘16的强度、刚度和尺寸或通过用弹簧或弹性板(未示出)施加到可扩张开口的一个或两个唇缘16的力来控制。对于冲泡，可以实现不同的流速，诸如每秒2毫米或ml、3毫米或ml、5毫米或ml或者12毫米或ml。为了使计量过滤器获得大体上独立于冲泡材料的流速，流体在其扩张状态下流动通过可扩张开口19的流动阻力适于充分地高于流体流动通过保持器中的冲泡材料的流动阻力，优选地高至少50％，最优选地高至少75％。为了获得高的流动阻力以及长的使用寿命，这将在下面描述，唇缘16可以制作得足够长，例如15mm或25mm，并且平均唇缘距离足够小，例如0.5mm或1mm。当开口处于其非扩张状态时，平均唇缘距离是基部15处和可扩张开口19处的唇缘之间的两个距离的总和的一半。

尽管在加热水期间形成的硬水垢能够穿过可扩张开口19并被囊包的过滤器87捕获，但是在长期使用之后计量过滤器14仍然可能变得堵塞。为了获得可接受的使用寿命，例如3年，可扩张开口19适于在计量过滤器14的正常操作压力下扩张至足够大的尺寸，该尺寸在3平方毫米和20平方毫米之间，优选地在5平方毫米至10平方毫米之间。对于用于冲泡的矩形或椭圆形形状的开口19，当开口处于其扩张状态或处于正常操作压力下时，开口的长度可以是1毫米至10毫米、优选地2毫米至7毫米，并且开口的宽度可以是0.3毫米至4毫米、优选地0.5毫米至2毫米。可以理解的是，控制器2可以使泵7产生充分地高于正常操作压力的恢复压力，以将可扩张开口19的相对的唇缘16推得比正常操作压力下更远离，从而允许流体在正常操作期间冲掉计量过滤器14中捕获的任何超大的固体，从而恢复设备1的活力。可以通过向泵施加比正常操作期间使用的电压或电流高的电压或电流来产生恢复压力。还应当理解，控制器2可以包括用于设备的一个或更多个部件的专用控制器，该控制器可以是芯片、CPU或者仅仅是简单的手动开关。

当图1中的计量过滤器14以相反的方向安装时，即计量过滤器被这样安装使得可扩张开口19被定位在第一开口271的上游时，它变成恒流量阀。当泵上游压力变化30％或更多时，可以实现大体上相同的流速。当两个相对的唇缘16之间的平均唇缘距离足够小(例如1毫米)并且唇缘足够长(例如20毫米)时，流速变得大体上恒定。在这种反向安装的位置处，当上游的泵压增加时，可扩张开口19的两个唇缘之间的距离减小，因为作用于两个唇缘16的外表面上的增加的压差推动唇缘更靠近彼此。唇缘16之间的减小的距离增加了流动阻力，以平衡增加的泵压的影响，从而使得流速保持不变。当可扩张开口19被堵塞时，通过计量过滤器14的流动可以反向，以冲掉固体并清洁计量过滤器。可替代地，包含两个相对唇缘16的基部15可以通过可移动主体(诸如球)配合在贯通开口或圆柱形开口中，该可移动主体(诸如球)适于配合到过滤室17中并通过旋钮旋转以切换其中的第一开口271和第二开口19的位置。贯通开口与过滤室同轴。在计量过滤器的正常操作期间，第二开口19在第一开口271的上游。为了清洁，球在过滤室17内被旋钮旋转180度，以将第二开口19移动到第一开口的下游，从而允许上游的泵压使第二开口扩张，以冲掉任何固体。

除了计量过滤器14在冲泡站300中的使用之外，计量过滤器14还可以用于其他应用，诸如将液体或气体流体输送到化学和药物加工、水族馆、采矿、水处理、游泳池、家庭、盐水和半导体工业中的利用站。当箱3连接到水管(plumbing)系统或管道系统时，箱3可以是适于从水管系统接纳流体并允许泵7将其中的流体输送到冲泡站或其他利用站的室。箱3也可以是流体地密封的室或管段，以允许水管系统的压力将流体通过计量过滤器14输送到冲泡站或其他流体利用站。

冷冲泡催化器10设置在图1的设备中，以用于用冷冲泡咖啡囊包100在一分钟内冲泡冷冲泡品。词语“催化器”意指冲泡催化器大大提高了冷冲泡的速度并且可能不意味着化学反应。冲泡催化器包括催化室12和加热器9，催化室12流体地连接到水箱3和冲泡覆盖物20，加热器9经由电线9a电连接到控制器2。催化室具有足够低的热容量，该热容量通常在每摄氏度5卡路里至100卡路里之间，优选地在每摄氏度5卡路里至50卡路里之间，以确保在一份式杯子中接纳的冷冲泡品低于环境温度或室温，并且催化器10可以被适当地激活。为了激活冲泡催化器，在冲泡囊包中的咖啡研磨物之前，控制器2导致向催化器供应少量的催化能量，该能量通常为1瓦时至8瓦时，优选地为2瓦时至4瓦时。激活催化器所需的能量如此之低，以至于该设备可以用汽车点烟器、膝上型计算机或其他低瓦数电源冲泡8盎司至12盎司、即200ml至360ml的冷冲泡品。

提供诸如USB连接器的适配器来插入膝上型电脑或点烟器中。图1的冷冲泡咖啡囊包100(其具有与

囊包相同的尺寸并且包含13.5克的浅度、中度或深度烘烤)被设置到保持器30中。与需要具有1000微米或更大的平均研磨尺寸的粗研磨物的现有技术的冷冲泡机不同，冷冲泡囊包100需要足够细的研磨物，该研磨物对于细研磨物的至少一个维度具有小于475微米、优选地小于300微米的平均研磨尺寸，以促进与处于冷状态的水的相互作用，从而实现适当的冷冲泡品浓度。当覆盖物20闭合时(图1A)，位组90按压开关组34，从而使得控制器2根据切换状态011选择冷冲泡条件，并通过点烟器或膝上型电脑向催化器充入少量的催化能量，例如2.4瓦时。当按压启动按钮时，控制器使泵和催化器将8盎司的处于其第一状态或冷状态的水从箱3提供到囊包的冲泡室58。一分钟内，大约8盎司的冷冲泡咖啡被分配到保持器下方的杯子里。

取决于箱3中的冷水的温度，所得的8盎司冷冲泡品的温度为15摄氏度-30摄氏度。由VST LAB Coffee III折射计测量的8盎司冷冲泡品按总溶解固体或TDS计的浓度为1.14％。冷冲泡品几乎满足由精品咖啡协会定义的按TDS计的1.15至1.35的金杯标准，并且比用标准

囊包冲泡的8盎司热咖啡浓得多，该热咖啡具有由相同折射计测量的按TDS计的0.6至0.9的典型冲泡浓度。

因此，催化器使得可以在人的野营或驾车旅行期间用点烟器或在飞机上用膝上型电脑冲泡一杯新鲜冲泡品。虽然还不太清楚冲泡催化器如何催化冷冲泡，但是发现部分催化能量被转移到输送到冷冲泡囊包100的冷水，这将所得的冷冲泡品的温度提高了7摄氏度至10摄氏度。还发现催化室12的热容量应该足够低，以实现冷冲泡催化器的适当激活，并防止所得的冷冲泡品的温度明显高于环境温度或室温。

图2示出了当设备1插入家庭、办公室或商店中的电源插座中时冲泡冷冲泡品的方法。将两杯冷水或冰水添加到箱3。箱可以连接到自来水系统、冰箱或其他储存箱。在将包含如上面描述的适当研磨的豆的冷冲泡咖啡囊包100设置到保持器中并闭合冲泡覆盖物(如图1A中示出的)之后，位组按压保持器中的开关组34，并使冷冲泡催化器10在几秒内被充入少量的催化能量，例如3瓦时。在按压启动按钮后，控制器使泵和催化器提供处于其处于第一状态或冷水状态的第一量的水(例如50毫升)和第二量的水(例如170ml)，使其通过研磨咖啡，以与囊包中的研磨咖啡相互作用。部分催化能量可以转移到冰水或冷水，这可以将所得的冷冲泡品的温度提高大约8摄氏度至11摄氏度。如果大部分催化能量被转移到第一量(例如50ml)的冰水或冷水，则对于第一50ml的温度可以增加大约50摄氏度。在这种情况下，输送通过咖啡研磨物以与咖啡研磨物相互作用的第二量的水处于冰水或冷水的温度，并且具有比第一量的水大得多的体积，例如170ml。第一量和第二量可以以连续流或以两个单独的流的形式被输送通过研磨咖啡，以与研磨咖啡相互作用。

在大约60秒内，由于冲泡室中咖啡研磨物和冷水之间的相互作用而形成的8盎司冷冲泡物被分配到保持器下方的杯子中。所得的冷冲泡品具有15摄氏度至20摄氏度的温度，以及由VST LAB Coffee III折射计测量的按总溶解固体或TDS计的冲泡品1.15％至1.27％的浓度。冷冲泡品几乎满足按TDS计的1.15至1.35的金杯标准，并且比用标准

囊包冲泡的8盎司热咖啡浓得多，该热咖啡具有由相同折射计测量的按TDS计的0.6至0.9的典型冲泡浓度。对于更快或更浓郁的冲泡，控制器可以使第二量的水的平均流速(其为第二量除以冲泡室58中第二量的水的剩余时间)高于第一量的水的平均流速(其为第一量除以冲泡室中第一量的剩余时间)。

为了冲泡一杯热咖啡，向箱3添加两杯水。将水加热到195华氏度至205华氏度的最佳冲泡温度需要大约4分钟，并且将处于其第二状态或热水状态的一杯水泵送通过保持器中的热冲泡囊包以冲泡一杯热咖啡需要大约1分钟。因此，对于该杯热咖啡的等待时间为5分钟。为了减少等待时间，控制器2适于使加热器5在2分钟内仅将水箱中的水加热到防对流温度，这将在下面描述。控制器随后使泵7泵送一杯处于防对流温度下的水，并使催化器的加热器9在一分钟内将水从防对流温度加热到其处于最佳冲泡温度下的第二状态或热水状态，将该水泵送通过囊包。等待时间现在减少到3分钟。如果控制器适于使加热器5预加热箱3中的水并将其中的水保持在防对流温度下，则冲泡一杯热咖啡的等待时间进一步减少到仅泵送时间或一分钟。

防对流温度是指在加热期间，刚好就在加热器引起加热器周围的水的显著对流的流动之前的水温。取决于箱中的加热器的表面条件、瓦数、位置、面积和形状、水中的杂质和添加剂以及水压，该水温通常在100华氏度至170华氏度之间、优选地在120华氏度至150华氏度之间。部分地由于缺乏对流的流动，发现将箱3中的水保持在防对流温度下比将水保持在195华氏度至205华氏度的最佳冲泡温度下所需的能量少300％至1000％。通过将箱3中的水保持在节能的防对流温度下，设备可以一直准备好冲泡一杯热咖啡并且等待时间仅为一分钟。防对流温度的其他优点将在图5-图7中讨论。

为了使设备1对酒店房间和家庭中的儿童安全，控制器2适于使加热器5将箱3中的水保持在低于138华氏度(优选地低于128华氏度)的对儿童安全的温度下，该温度在防对流温度的范围内以节省能量。控制器还使冲泡催化器10的加热器9将水从对儿童安全的温度加热到最佳冲泡温度，从而将处于其第二状态或热水状态的水提供给囊包，以在一分钟内快速冲泡一杯热冲泡物。如果儿童意外地将对儿童安全的冲泡机翻过来或者将被保持在对儿童安全的温度下的箱3中的热水溅出，则热水对儿童是相对安全的。

图3示出了可替代的催化器10，其在催化室12的下游的管147中具有长形室149，以将冷冲泡催化器的使用扩展到其他用途，这将在下面描述。催化室具有经由管8连接到泵的入口150。长形室149经由管11连接到计量过滤器14。催化室可以容纳一定体积的水，以在被充入用于催化冷冲泡的预定量的催化能量时降低催化器的温度。然而，催化室的容积应该足够小，例如为1ml至50ml、优选地1ml至10ml，以防止催化器的失活。

除了催化冷冲泡和提供处于其第二状态或热水状态的水以减少等待时间之外，冲泡催化器10还可以提供处于其第三状态或蒸汽状态的水以烹调膳食、提高浓缩咖啡质量和干燥用过的囊包，这将在图4至图7中描述。为了提供处于其第三状态的水，控制器2使催化器被加热到高于220华氏度的蒸汽生成温度(steam-generating temperature)，并使泵以足够低的每秒0.25毫升至每秒0.75毫升的流速将蒸汽单元(steam unit)的水输送到催化室，以确保干燥的蒸汽。一个蒸汽单元大约等于催化室12的容积。当需要更多蒸汽时，另一个蒸汽单元被输送到催化器。为了精确地控制用于蒸汽生成的流速，可以在催化器10和泵7之间设置类似于图1的计量过滤器14的第二计量过滤器。

图4和图4A示出了用于图1的设备1的改进的冲泡站300。改进的冲泡站包括适于接纳不同高度、尺寸和形状的囊包的第一保持器30和第二保持器30A，以及具有适于移入冲泡覆盖物中和从冲泡覆盖物移出的可移动头部200的冲泡覆盖物20。囊包可以是杯形、碗形、盘形或袋形的。头部200包括具有开关234a、234b和234c(该开关234a、234b和234c经由电线233a、233b和233c连接到控制器2以用于接触囊包边缘上的位组90(图4E和图4F))的第二开关组234、具有用于刺穿膜盖23的切割器21的可缩回的流动偏转针85、用于围绕刺穿的开口密封膜盖的密封垫圈22、用于烹调囊包中的冲泡材料的第一能量发射器225、以及冲泡覆盖物的头部和顶壁232之间的加载弹簧228。加载弹簧适于允许头部相对于顶壁232移动，使得第一保持器30和第二保持器30A能够接受不同高度的囊包。冲泡覆盖物可相对于第一保持器和第二保持器在打开位置和闭合位置之间移动，在打开位置中，保持器被暴露以接纳囊包，在闭合位置中，冲泡覆盖物被布置成与第一保持器和第二保持器协作，以在密封垫圈22和第二保持器的底壁197之间形成矮囊包室或高囊包室158，以分别封闭矮囊包或高囊包100，如图4E和图4F中示出的。

第一保持器30包括第一边缘186、由第一边缘界定的用于接纳小囊包和与小囊包接合的第一开口175、以及包括支撑弹簧185的第一侧壁170，支撑弹簧185具有连接到第一边缘的上弹簧端227和连接到底壁197的下弹簧端229。支撑环可由冲泡覆盖物20或囊包100压缩。当囊包足够小以至于可被接纳在第一开口175中时，第一开口可相对于底壁197在第一位置和第二位置之间向上和向下移动，如图4E中示出的，在第一位置中，足够小的囊包100是高的并且被第一开口接纳，如图4F中示出的，在第二位置中，足够小的囊包是矮的并且被第一开口接纳。第二位置比第一位置更靠近底壁197或比第一位置低。第一开口175具有带有足够倒圆的角的大体上正方形的横截面(图4A)，以使第一保持器30能够接纳正方形囊包和圆拱形囊包两者。当囊包具有类似的正方形横截面时，第一开口175实现了位组90的精确定位，以将第二开关组234适当地压在冲泡覆盖物20上。当矮且小的囊包被设置到第一保持器30中时，加载弹簧228适于压缩支撑弹簧并使出口针63刺穿囊包底部。

第二保持器30A包括第二边缘89、由第二边缘界定的用于接纳大囊包100和与大囊包100接合的第二开口31、类似于图1M的开关组的开关组34、在第二边缘和底壁197之间的用于封闭第一保持器30的第二侧壁35、以及在底壁处的第二能量发射器230。第一开口175定位在第二开口31内并且可移动到不同的位置，以在第一开口和第二开口之间提供不同高度的囊包室，从而接受不同高度的囊包，这些囊包太大而不能被第一开口接纳。当囊包足够大以防止其被接纳到第一开口中时，第一开口可在第一位置和第二位置之间移动，如图4B中示出的，在第一位置中，足够大的囊包是矮的并位于第一边缘186上，如图4D中示出的，在第二位置中，足够大的囊包是高的并位于第一边缘上。同样，第二位置比第一位置更靠近底壁或比第一位置低，尽管在第一位置和第二位置两者中第一开口175与第一开口31显著间隔开或在第一开口31下方，以允许第二开口接受足够大的矮且高的囊包。

第一能量发射器和第二能量发射器一起工作，以从囊包的顶表面和底表面烘焙(bake)、烤制(toast)或烘烤冲泡材料，诸如三明治、披萨和肉，以引起从外部向内部的烹调。这种从外向内的(outside-in)烹调通过来自冲泡催化器的热流体与从内向外的(inside-out)烹调协作，以实现精细烹调，这将在下面描述。发射器可以是红外或微波发射器、电加热器、气体加热器或用于囊包和冲泡站300的其他合适的加热装置。为了防止当冲泡覆盖物20打开时由大的热烹调的囊包掉落引起的安全问题，第一开口175可以定位在第二开口下方预定距离处，或者支撑弹簧185足够可压缩，以使囊包的重量将第一开口向下移动预定距离，从而使第二开口在覆盖物打开时至少部分地限制大的烹调的囊包。

第一保持器30和第二保持器30A共享护罩60和护罩锁定器40。该护罩类似于图1的护罩并且包括护罩板62、手指止动器61和分配器53。护罩锁定器包括闩锁54、触发器55、适于相对于护罩板向上和向下移动并作用于触发器55的倾斜表面56上的上触发器182、以及连接到护罩板62并接纳在触发器55中的开口174中的第一梁183。第一梁具有球端184，以防止触发器55从护罩板分离。护罩锁定器还具有第二梁178，第二梁178适于将闩锁54推动到底部197处闩锁开口180上方台阶179上方的锁定位置中。第二梁由压缩弹簧176推向闩锁，压缩弹簧176由帽177固定在适当位置中。

第一保持器和第二保持器还共享入口针85以用于刺穿膜盖23，以提供将流体引入囊包中的入口，并共享底壁197上的出口针63以用于可能刺穿囊包底部27，以提供用于冲泡品的出口。入口针和出口针类似于图1的入口针和出口针。出口针63可以定位在共享出口50(类似于图1的共享出口)上，以允许相同的出口针适当地刺穿矮囊包和高囊包。为了给第二发射器230提供更多的空间，下弹簧端229可以制作得足够大以连接到第二侧壁35而不是连接到底壁197。第一开口175和边缘186可以由多个迷你型弹簧支撑，而不是由支撑弹簧185支撑，或者由多个弹性体构件(诸如适于允许第一开口相对于底壁197向上和向下移动的梁或带)支撑。尽管第一开口和第二开口在图4A中示出为具有正方形形状，但是五边形、六边形、七边形、椭圆形或其他多边形形状可以用于开口，以实现位组90与开关组34和234的正确定位。

图4还示出了矮而大的囊包100，该囊包包括不可渗透的碗形容器88(其具有不可渗透的囊包底部27、囊包侧壁29和囊包边缘28)、不溶性冲泡材料24a(诸如意大利面、三明治、披萨、谷物或草药)、可溶性冲泡材料24(诸如盐、糖或沙司)以及膜盖23，该膜盖23密封到囊包边缘以形成冲泡室58，从而储存冲泡材料并防止空气、湿气和细菌进入冲泡室并腐坏材料。囊包底部大于第一保持器30的第一开口173，使得囊包可以位于第一边缘186上。弱密封部分188形成在膜盖23和囊包边缘28之间。当冲泡覆盖物20移动到保持器30和30A以封闭囊包并且针移出冲泡覆盖物时，膜盖被入口针85刺穿以将热蒸汽或热水引入容器中。当冲泡室充满热蒸汽或处于足够的压力下时，弱密封部分188解封以形成安全开口或压力释放器188a，以释放冲泡室中的热蒸汽或压力，从而防止囊包的损坏和潜在爆炸(图4B)。压力释放器还使得移除或剥离膜盖以供应容器中的烹调好的冲泡材料或食物是安全的。应当理解，由盖上的入口针制作的刺穿的开口也可以用作压力释放器188a。沿着盖的径向方向的多个通道或脊状部可以围绕刺穿的开口形成，以防止密封垫圈23密封刺穿的开口，并形成用于热蒸汽或空气的通过通道。允许蒸汽流出囊包但防止空气进入囊包的止回阀也可以作为压力释放器形成在盖上。止回阀可以包括膜盖上的排放口和排放口上方的膜盘(filmdisc)。膜盘对膜盖形成弱密封，以防止外部空气进入冲泡室，但是可以被冲泡室中的压力推离膜盖，以破坏弱密封，从而打开排放口。膜盖具有突出部或手柄187，以促进在烹调完成后将盖从容器88移除，从而直接在容器中提供烹调好的三明治、意大利面等。

囊包侧壁29足够矮，以使入口针85刺穿并插入冲泡室58中的冲泡材料24a(诸如三明治、肉、面包、意大利面或其他食物)足够深以将热流体(例如热蒸汽、热水、热空气或它们的任意组合)输送到冲泡材料的内部或中部中(图4B)。矮囊包侧壁还防止出口针63刺穿囊包底部27。热流体可以在压力下被注射到冲泡材料的内部中，并从冲泡材料的内部扩散或流动到冲泡材料的外表面，以从内部向外部加热和烹调冲泡材料或食物，从而实现从内向外的烹调。包括空气泵或风扇和空气加热器的热空气生成器可以连接到入口针85以提供热空气。从内向外的烹调明显比传统烹调更加均匀和有效，从而节省烹调时间并改善味道，在传统烹调中蒸汽或热量被施加到食物的外部。由于烹调被限制在囊包中的小的、密封的冲泡室58内，所以能量损失被最小化。由于由保持器和冲泡覆盖物20对囊包的封闭而产生的热隔离进一步使能量损失最小化，并使得从内向外的烹调是高能效的。

为了实现最佳的从内向外的烹调，热流体被输送或注射到的最佳输送位置大约是在冲泡材料的表面下方的冲泡材料的总厚度的四分之一至四分之三，这取决于囊包中食物的性质。换句话说，入口针85应该穿透冲泡材料的大约四分之一至四分之三，以实现最佳的从内向外的烹调。冲泡优化器107设置在囊包100上，以确定冲泡材料或食物内部中的热流体的输送位置。在本发明的该示例性实施方案中，冲泡优化器是形成在囊包底部27上的简单突起，以接触入口针85的切割器或端头21，并防止入口针进一步向下移动到或插入到冲泡材料中。热流体的输送位置也可以由形成在囊包上的位组90中的输送位置位来控制。位置位可以定位在位组中的其余位之内或与其余位间隔开，以机械地或电动地控制冲泡覆盖物20中的深度调节器(未示出)，从而根据囊包侧壁29的高度和冲泡材料的性质将入口针85移出冲泡覆盖物预定距离。深度调节器可以包括线性致动器，诸如步进电机或螺线管。

多个通道或切口可以提前形成或预形成在冲泡材料(诸如肉、三明治、面包和披萨)内，以使来自入口针85的热流体从内部中的输送位置流动通过冲泡材料中的通道或切口。每个通道或切口可以具有连接到入口针85刺入冲泡材料中的输送位置的一个端部和位于冲泡材料的外表面附近的另一个端部。通道或切口可以形成在肉或面包的刺穿部位的表面上，并且多个这种刺穿部位可以在冲泡室58中彼此堆叠。当针85被推入或刺入冲泡材料中时，切割器21的偏转器171防止冲泡材料被推入流体通过通道173中，从而防止针被肉、面包、汤、意大利面和其他冲泡材料堵塞。自刷新过滤器14可以设置在入口针85内，类似于图1U或图1V的过滤器，以提高烹调中设备的可靠性。

为了在囊包中实现从外向内的烹调，第一发射器225和第二发射器230被打开，以通过囊包的膜盖23和囊包底部27两者烤制、烘焙或烘烤膳食材料24和24a，诸如三明治或肉。为了快速烹调，第一发射器和第二发射器适于发射在短于3000纳米、优选地短于1500纳米的波长下具有峰值光谱功率密度的红外光束。膜盖和囊包底部由光谱透明材料制作，该材料诸如聚丙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯，其不吸收具有小于3000纳米或1500纳米的波长的红外光束，以防止囊包底部和膜盖被热量熔化。可以同时执行从内向外和从外向内的烹调，以进一步减少烹调时间，并获得所需的风味、香味、颜色和松脆度。通过精确控制由冲泡催化器10和泵7输送到食物内部的热流体的温度、持续时间和量，以及通过精确控制由第一发射器225和第二发射器230施加到囊包中的肉或食物的外表面的红外热的浓度和持续时间，实现了对三明治、披萨、肉、意大利面、汤和其他食物的精细烹调。

图4B示出了在冲泡站300中使用矮而大的碗形囊包。囊包太大而不能配合到第一开口175中，因此它实际上位于第一保持器30的第一边缘186上。囊包的重量可以压缩支撑弹簧185，以使囊包部分地进入第二保持器30A。当冲泡覆盖物20被降下时，入口针85移出头部200以刺穿膜盖23，并且囊包底部向下推动上触发器182。上触发器进而推动倾斜表面56，以使触发器55围绕球端184转动，从而将闩锁54移出台阶179、移入闩锁开口180中，从而解锁护罩板62。当囊包边缘28到达第二边缘89时，囊包的进一步移动被阻止，从而防止出口针63刺穿囊包底部27。随着冲泡机覆盖物进一步被降下，可移动头部200被膜盖23和囊包边缘28推入冲泡机覆盖物20中，并且位组90按压开关组34以向控制器2提供切换状态110。控制器根据切换状态选择一组烹调条件，并指示设备的各个部分准备和提供该组烹调条件，其可以包括1)蒸持续1分钟以软化肉和面条，2)发射持续1分钟以在肉上产生薄而脆的表皮，3)用少量(例如50ml或100ml)的热水冲泡持续15秒以使囊包中的面条散发出风味，以及4)通过引入在囊包侧壁29和第二保持器30A的侧壁35之间流动的环境温度空气的供应源来冷却囊包。空气可以通过风扇或空气泵被引入保持器中。蒸汽温度是为每种类型的囊包预定的，并且可以是225华氏度至450华氏度。

为了准备蒸的步骤，控制器2接通催化器的电源以使长形室149和催化室12(图3)被加热到蒸汽生成温度。在冲泡启动按钮被按压后，控制器使泵7以足够低的流速将水从箱输送到催化器10，同时加热器9打开以生成蒸汽并经由入口针85将蒸汽输送到冲泡材料内部中的输送位置中，以软化肉和面条持续1分钟。同时，第一发射器225发射红外热量持续1分钟，以对肉产生薄而脆的表皮。然后，控制器使泵迅速向肉、香料和面条的混合物输送50ml的热水以冲泡持续15秒，从而使面条散发出风味。当冲泡覆盖物打开时，支撑弹簧185向上移动烹调好的囊包并部分地移出保持器30，并且冷空气吹到囊包的外表面上以使囊包握持舒适，以用于容易且安全的移除。然后，膜盖经由突出部187从囊包剥离，从而允许人直接从碗形囊包享用带脆肉的美味面条膳食。

图4C示出了可重复使用的碗形囊包100R，其具有不可渗透的碗形容器88R和可重复使用的盖23R，该盖用于人刚好就在烹调前用新鲜成分24和24a填充和密封碗。碗88R包括不可渗透的底部27、不可渗透的侧壁29、边缘28、由底部27、侧壁29和盖23R形成的冲泡室58、以及具有位90-1、90-1和90-0的多个位组90。可重复使用的盖23R包括围绕盖的周界的用于接纳边缘28的裙部或侧壁189、由自愈合膜221密封的入口开口222、通风密封件188、适于防止盖被冲泡室中的压力打开的止动壁224、以及用于促进从碗移除可重复使用的盖的手柄197。通风密封件适于当冲泡室中的压力达到高于预定值时远离边缘28移动以使蒸汽排出。自愈合膜可被入口针85刺穿，并且足够厚以自动愈合自身来闭合被入口针刺穿的开口。在优选实施方案中，自愈合膜是由硅橡胶、丁基橡胶或聚氨酯制作的弹性体膜，并且具有0.2毫米至6毫米、优选地0.5毫米至3毫米的厚度。可重复使用的囊包100R可以用与图4B的囊包100相同的方式被烹调。

图4D示出了接纳在第一保持器30中并由冲泡覆盖物20密封的高而大的汤囊包100。高的汤囊包包括多个位组90、深的不可渗透的碗形容器88(其具有大于第一开口175的不可渗透的底部27、不可渗透的侧壁29和边缘28)、密封边缘28以形成用于可溶性材料24和不溶性材料24a的冲泡室58的膜盖23、连接到出口开口49的卫生管142、以及通过出口开口49周围的粘合剂或热密封件143密封到底部27的调节板48。囊包侧壁29足够高以使得出口针63能够刺穿囊包底部27。卫生管和调节板与图1K的囊包中的两者相同。多个位组中的每个位组具有相同的位90-0、90-1和90-0。多个位组中的每一个中的位被如此定位，使得每个位组将具有相同的切换状态010，而不管囊包如何被设置到第二保持器30A中。

由于高而大的汤囊包不可接纳在第一开口175中，所以囊包位于第一边缘185上并且其重量压缩支撑弹簧185，以使囊包部分地进入第二保持器30A。当冲泡覆盖物20被降下时，入口针85移出头部200以刺穿膜盖23，头部200将囊包进一步推入第二保持器中，并且囊包底部向下推动上触发器182。上触发器进而推动倾斜表面56，以使触发器55围绕球端184转动，从而将闩锁54移出止动台阶179并移入闩锁开口180中，从而解锁护罩60并暴露出口针63以刺穿囊包底部27。出口针破坏密封件143并向上推动调节板48，以产生瞬变室59(图4D)。调节板防止生的冲泡材料在冲泡前排放到装载物(诸如杯子或碗)中。当冲泡覆盖物被进一步降下时，头部200被膜盖23推入冲泡覆盖物中，第一保持器30和护罩60被推动到底壁197，并且位组90按压开关组34以使控制器选择与位组相关联的一组冲泡条件。烹调包括1)将材料24和24a蒸持续30秒，2)输送一定量(例如300ml)的水，并通过催化器10将水从防对流温度加热到汤冲泡温度，3)将水输送通过冲泡室58和瞬变室59以冲泡材料24和24a两者并将该两者携带出卫生管142，以及4)输送蒸汽的快速供应源以干燥囊包。

为了准备蒸和冲泡的步骤，控制器2打开加热器5以将箱3中的水4预加热到防对流温度，并打开加热器9以将催化器10(图1)加热到足够高的温度以生成蒸汽。在按压启动按钮后，控制器使泵7以足够低的流速将热水输送到催化器，以生成蒸汽来蒸冲泡室中的材料持续30秒。然后，它使泵将300ml的热水输送到冲泡室中，在冲泡室中，蒸过的冲泡材料与热水混合并通过调节开口144调节到瞬变室中，并且在20秒内通过卫生管142直接排放到保持器下方的装载物(诸如碗或杯子)中。最后，控制器使足够大量的热量在几秒内被供应到加热器9，以将催化室中的部分水蒸发成第三状态或蒸汽状态，从而干燥囊包100。当冲泡覆盖物20打开时，护罩弹簧43将护罩板62推动到出口针63上方，这导致瞬变室59消失并且调节板48下降以闭合卫生管142。弹簧176和第二梁178将闩锁54推动到止动台阶179上，以锁定护罩60。同时，支撑弹簧185将用过的囊包向上移动并部分地移出第二保持器30A，以用于囊包的容易的移除。

图4E示出了接纳在第一保持器30中并被冲泡覆盖物覆盖的高而小的杯形囊包。除了位组90形成在边缘28上，适于按压可移动头部200中的第二开关组234之外，该囊包与图1H的高囊包相同。高而小的囊包可接纳在第一保持器30的第一开口175中。当冲泡覆盖物移向保持器时，入口针85移出头部200以刺穿膜盖23，并且头部推动囊包和囊包底部27抵靠上触发器182。上触发器依次推动倾斜表面56，以使触发器55围绕球端184转动，从而将闩锁54移离台阶179并移入闩锁开口180中，从而解锁护罩60，以允许囊包底部向下推动护罩板62，以暴露出口针63来刺穿囊包底部。

在刺穿囊包底部之后，出口针向上推动过滤器底部26以产生瞬变室59。然后，可移动冲泡头部200被囊包边缘推入冲泡覆盖物中。一旦获得用于位组90的切换状态，则控制器为囊包选择一组冲泡条件，该冲泡条件包括1)输送一定量(例如12盎司)的热水，2)向加热器9供应预定的功率，以将热水从其防对流温度加热到197华氏度，以及3)输送蒸汽的快速供应源以干燥囊包。为了准备输送的步骤，控制器2打开加热器5以将箱3中的水预加热到防对流温度(图1)。按压启动按钮后，控制器2使泵7输送预定量的热水，并使加热器9将热水从其防对流温度加热到197华氏度。在冲泡结束时，控制器2使得在几秒内将足够量的热量供应到加热器9，以将室12中的至少一部分水蒸发成其第三状态或蒸汽状态，从而干燥用过的囊包。

在冲泡期间，瞬变室59在尺寸上显著收缩或缩小，并且在冲泡结束时变得基本上消失且看起来像图1C中那样。当冲泡覆盖物打开时，护罩弹簧43将护罩板62推动到出口针63上方，从而使针移出囊包，并使囊包部分地移出第一保持器30以用于容易的移除。同时，弹簧176和第二梁178将闩锁54推动到台阶179上，以重新锁定护罩60。

像图4B的碗形囊包和图4C的可重复使用的碗一样，图4E的高囊包100可以被转换成具有杯形过滤器的可重复使用的过滤器杯100R。膜盖23由可重复使用的盖代替，该可重复使用的盖具有由自愈合膜密封的中心开口，该盖类似于图4C的盖，但是没有通风密封件188，以允许用户提前用他们自己的新鲜研磨的咖啡豆填充囊包并保持咖啡新鲜。类似的自愈合膜可以形成在囊包底部27上或者密封到囊包底部。自愈合膜可被出口针63刺穿并适于自动愈合自身来闭合被针刺穿的开口。类似于填充站250并将在图4G中示出的咖啡填充站可以设置在可重复使用的过滤器杯100R的顶端处，以直接从咖啡研磨机接纳新鲜研磨的咖啡豆，并防止咖啡研磨物溅出。

图4F示出了接纳在第一开口175中并由覆盖物20的垫圈22密封的矮而小的囊包。囊包和保持器的下部部分与图4E的囊包和保持器的下部部分相同并因此为简单起见而省略。矮而小的囊包与图4E的高而小的囊包相同，除了囊包的高度之外。矮囊包的使用也与图4E的高囊包相同，除了在冲泡覆盖物闭合之后，可移动头部200保持在冲泡覆盖物的外部并且第一保持器30的第一边缘186被可移动头部向下推动预定距离而推入第二保持器30A中。预定距离是第二保持器30A的有效深度和矮而小的囊包的高度之间的差。有效深度是当护罩弹簧43被完全压缩时，第二保持器的内部深度减去护罩60在底壁197上的高度。第一保持器30能够接受与第二保持器的有效深度一样高或者与有效深度减去可移动头部的可移动距离一样矮的小囊包。

图4G示出了螺栓头囊包(bolt-head pod)和适于位于第一边缘186上的咖啡填充站250，螺栓头囊包具有类似于图4E的高囊包的下部部分的细长部分并且该细长部分可接纳到第一开口175中。囊包和保持器的下部部分与图4E的囊包和保持器的下部部分相同并因此为简单起见而省略。螺栓头囊包还具有囊包边缘28、密封到囊包边缘的膜盖23、以及形成在囊包侧壁上的适于按压第二保持器30A上的开关组34的位组90。咖啡填充站250具有位于第二边缘89上的中间壁268以及开口251，该开口251足够大以接纳大勺子，该大勺子能够容纳足够大量的咖啡研磨物以冲泡一杯咖啡，或者该开口251足够大以接纳咖啡研磨机的分配喷口以允许烘烤的豆被新鲜研磨并直接分配到囊包中。

用于螺栓头囊包的使用方法与图4E的高囊包相同，除了囊包边缘28由第二边缘89支撑并且第一边缘186由咖啡填充站250向下推动。螺栓头囊包100的优点是它能够直接从咖啡研磨机接受新鲜研磨的咖啡的能力，从而允许咖啡店或家庭刚好就在冲泡之前用他们的咖啡研磨机新填充螺栓头囊包。螺栓头囊包可以设置有具有自愈合膜的可重复使用的盖，该盖类似于用于图4C的碗形可重复使用的囊包和上面针对图4E的高囊包描述的可重复使用的过滤器杯的盖。

图5示出了图1的设备1的第一改进变型。第一改进变型在水箱3下方有冷却箱110和加热箱120，以使等待时间最小化，并能够方便地在热冲泡品和冷冲泡品之间切换。分配室6位于设备1的支撑基部247中，并且足够大以接纳水过滤器盒248，水过滤器盒248具有入口室218，该入口室218适于可移除地接纳水箱3的出口217并密封到水箱3的出口217。支撑基部具有大体上平坦的上表面，并且足够大以支撑水箱。过滤器盒去除水箱中的水中的氯和其他化学物质。当水箱从支撑基部247移除以用于重新填充水时，分配室6和其中的过滤器盒248变得易于用手触及，从而促进用新的盒替换使用过的水过滤器盒。

加热箱120具有加热器125，该加热器125经由电线125a连接到控制器2并适于将水仅加热到防对流温度，并将加热箱中的水保持在该温度下以节省能量。加热箱还包括定位在箱的底部附近并通过入口管121连接到分配室6的入口分配器124、定位在箱的顶部附近并通过出口管127连接到路径阀108的出口分配器123，以及在箱的上端处的第二空气出口122。冷却箱110包括用于将其中的水冷却到预定温度的经由电线115a连接到控制器2的制冷机115、位于箱的顶部部分中并通过冷水管111连接到分配室6的入口分配器114、定位在冷却箱的下部部分中并通过冷水管111a连接到路径阀的出口分配器113、以及在箱的顶端处的第一空气出口112。出口分配器113、123和入口分配器114和124在加热箱和冷却箱中的上述定位防止了不适当温度的水输送到囊包。制冷机115定位得足够靠近冷却箱的顶部并且加热器125定位得足够靠近加热箱的底部，以实现均匀的冷却和加热。用于冷却箱中的分配器的开口113a和114a面向下。用于加热箱中的分配器的开口123a和124a面向上，以防止处于不适当温度下的水输送到囊包。温度探针(未示出)被提供给箱110和120以控制箱温度。

提供足够大以分离空气和水的空气-水分离室140和用于破坏通风管241中的任何气穴(air pocket)的通风致动器240，以促进冷却箱和加热箱的填充。分离室具有经由管242连接到通风致动器(其经由通风管241连接到第一空气出口112和第二空气出口122)的入口249、位于室顶部处或附近的第三空气出口245、以及具有连接到室底部的一个端部和连接到分配室6的另一个端部的回流管243。通风致动器可以是流体移动装置，诸如风扇或泵，其经由电线240a连接到控制器2，并且当水箱被重新填充时或者在进行冲泡以将空气和水的混合物从箱110和120移入分离室中之后，通风致动器可以打开持续多秒，在分离室中，空气经由第三空气出口245排出并且水经由回流管243返回到分配室6。通过将水返回到分配室中而不是箱3中，箱可以更方便地从设备的支撑基部247移除以及重新放回到该支撑基部247上。

路径阀108适于在热冲泡囊包和冷冲泡囊包分别设置到保持器30中时形成热冲泡路径和冷冲泡路径。路径阀可以是三通阀、具有用于控制经由冷水管111a流出冷却箱110的第一阀和用于控制经由管127流出加热箱120的第二阀的阀组件、或者能够形成用于囊包的热冲泡路径或冷冲泡路径的其他合适的阀。路径阀可以由经由电线108a连接到控制器2的诸如螺线管的电致动器切换，或者由用于那些喜好手动操作和控制的人们的手动旋钮切换。

图5还示出了护罩60，其用于防止冲泡覆盖物中的入口针85P伤害有孩子的酒店房间中或家庭中的儿童。该针具有连接到冲泡覆盖物20的基部157的一个端部、流体通过通道173P、针出口172P、以及在针的自由端处的用于刺穿膜盖23或其他物体的尖锐端头或切割器21P。护罩60包括护罩板62、手指止动器61、连接到护罩板并适于对囊包100的盖23和冲泡覆盖物20的基部157两者形成水密密封的密封垫圈22、以及具有连接到冲泡覆盖物的上端或第一端部和连接到护罩板的下端或第二端部的护罩弹簧43。护罩弹簧的第一端部小于第二端部，以促进密封垫圈对基部157的水密密封的形成。手指止动器包括可扩张开口，该开口适于被针扩张以允许针穿过，但是足够小以防止儿童的手指穿过。

应该注意的是，通过使可扩张开口充分小于针85P，针被护罩清洁，以使得没有来自囊包100的冲泡材料。粘到针的某些冲泡材料(像蛋白质或脂肪)可能变得腐败，并且随后被引入下一个囊包和冲泡品中，这可能会导致健康或安全问题。如图5中示出的，当冲泡覆盖物处于其打开位置时，护罩60通常处于其第一位置或安全的防止伤害的位置，在该位置中，护罩板62在入口针85P下方并覆盖入口针85P。护罩60被移动到其第二位置或冲泡位置，在该位置中，护罩板被盖23、囊包或保持器30A向上推动到冲泡覆盖物20的基部157，以暴露入口针85P来刺穿盖(图5A)。当冲泡覆盖物朝向保持器移动到其闭合位置时，盖或囊包向上推动护罩板62并压缩护罩弹簧43，针85P穿过手指止动器61并刺穿膜盖，并且最后密封垫圈22密封到冲泡覆盖物的基部157和盖23。当冲泡覆盖物再次远离保持器移动到其打开位置时，护罩弹簧将护罩板推动到下方的位置并覆盖入口针，从而将护罩移动到其第一位置或安全位置。

护罩板62可以是由类似于图4C的自愈合膜的弹性体制作的自愈合板。首次使用护罩之前，手指止动器可能不存在。在第一次使用后，刺穿的开口是由针85P完成的。在针从护罩板移除后，刺穿的开口自愈合并变得大体上闭合，并且大体上闭合的开口变成手指止动器61。应当理解，密封板62防止系统或针85P在待刺穿的物体上的移动，从而防止由于物体的突然移动而导致针在物体中的潜在断裂。密封垫圈22进一步防止针在物体上的移动。护罩板的下表面可以对待被针刺穿的物体的表面是粘性的或者粘附性的。可以理解的是，带有护罩60的针也可以用于在儿童安全受到关注的位置中输送药物以及输送和接纳液体和气体流体进出物体。

当诸如冷冲泡咖啡囊包100的冷冲泡囊包被设置到图5的设备的保持器中时，位组90按压开关组34(图1和图1M)或234(图4)。控制器指示路径阀108将泵7连接到冷水出口分配器113和管111a，从而形成包括箱3、分配室6、泵7、冷却箱110、路径阀108、冷冲泡催化器10、计量过滤器14、入口针85P和囊包100的冷冲泡路径。根据与用于冷冲泡咖啡囊包上的位组的切换状态011相关联的一组冲泡条件，控制器2向催化器供应预定量的催化能量，例如2.5瓦时，并指示泵7将冷却箱中的水输送通过出口分配器113、路径阀、催化器、覆盖物和囊包。一分钟内，一杯浓郁的冷冲泡咖啡或茶被冲泡到保持器30A下方的杯子中。

当热冲泡囊包100(例如热冲泡咖啡、汤、燕麦片或三明治囊包)被设置到保持器中时，囊包上的位组90按压开关组34或234，并且控制器2指示路径阀108将泵7连接到热水出口分配器123和管127，从而形成包括箱3、分配室6、加热箱120、路径阀108、泵7、催化器10、计量过滤器14、覆盖物20和囊包10的热冲泡路径。根据与用于囊包上的位组的切换状态相关联的一组冲泡条件，控制器2指示设备1的各个部分在大约一分钟内制作热冲泡品，例如一杯热咖啡、一碗热汤、一碗热膳食或一份烤三明治。

为了节省能量，加热箱120中的水保持在仅100华氏度至170华氏度、优选地120华氏度至150华氏度的足够低的防对流温度下，而不是保持在195华氏度至205华氏度的用于冲泡咖啡的最佳温度下。人们发现，将水保持在120华氏度至150华氏度下比保持在接近沸点的温度下节省高达1000％的电力。为了冲泡热咖啡，控制器2打开泵7以将保持在防对流温度(例如140华氏度)下的水从箱120输送到催化器10，并向催化器供应足够的功率，以将其中的水加热到用于热咖啡囊包的最佳冲泡温度。可替代地，控制器可以使加热器125将加热箱120中的水从防对流温度加热到最佳冲泡温度，并且然后打开泵7以将处于最佳温度下的水输送通过囊包。然而，可替代的方法可能会使冲泡一杯热咖啡所需的时间量加倍。从各自的囊包100烹调膳食和冲泡汤以及干燥湿的用过的囊包的方法与图4至图4G中描述的方法相同，除了此处泵7从加热箱120抽取热水而不是直接从水箱3抽取热水。

在冲泡冷冲泡囊包的可替代方法中，控制器2可以使路径阀108形成热冲泡路径持续第一时间长度(t₁)，以将第一量或少量(例如30毫米)的热水从加热箱120输送到冲泡室58中，以与冲泡材料24、24a和/或202相互作用，从而促进或激活冲泡材料的溶解或提取。然后，控制器2使路径阀形成冷冲泡路径持续第二时间长度(t₂)，以将第二量或大量(例如270毫米)的冷水从冷却箱110输送到冲泡室58中，以与冲泡材料24、24a和/或202相互作用，从而在其中形成冷饮。冷冲泡囊包中的某些冲泡材料(诸如蜂蜜、浓糖浆和含有脂肪或蛋白质的饮品粉末)可能难以被溶解或提取到冷水中。来自热冲泡路径的少量的热水使得可以在冷冲泡囊包中包含这种难以溶解的冲泡材料。在该替代方法中，加热箱120、通风致动器240和路径阀108一起充当冷冲泡催化器10，尽管当囊包是冷冲泡咖啡囊包时，发现冲泡催化器产生显著更浓郁的冷冲泡品。

类似地，在冲泡热冲泡囊包的可替代方法中，控制器2可以使路径阀形成冷冲泡路径持续第一时间长度(t₁)，以输送第一量或少量的冷水，并形成热冲泡路径持续第二时间长度(t₂)，以将第二量或大量的热水输送到冲泡室58中，从而与冲泡材料24、24a和/或202相互作用，以形成所需味道和温度的热饮。所得的热冲泡品的温度由第一时间长度和第二时间长度确定，并且可以使用类似于等式1和2的等式来计算，以用于计算用图7的设备的改进变型冲泡的婴幼儿配方奶粉温度。

图5B示出了图5的系统的简化替代方案，其中存储箱3经由管101直接连接到注射泵7。注射泵包括计量室210、止回阀102、出口管214、止回阀105、活塞216、旋钮212以及泵弹簧215，止回阀102允许箱3中的流体4经由管101流入计量室中，但防止到箱中的任何回流，出口管214适于连接到针组件850，止回阀105允许计量室中的流体经由出口管流动到组件，但防止到计量室中的任何回流，活塞216以与计量室的内表面密封的关系接纳在计量室中，并适于在室中向上和向下移动，旋钮212经由杆213连接到活塞并适用于将计量室中的流体挤压并输送到组件，泵弹簧215位于计量室210和旋钮212之间。在计量室中的流体输送之后，泵弹簧向上推动活塞直到旋钮碰到带刻度的止动器211，以通过止回阀102将一定量的流体从箱自动抽取到计量室中。止动器可以手动向上或向下移动，以增加或减少待被抽取到计量室中的流体量。

针组件850包括针85P，该针85P具有连接到基部157的一个端部、具有适于刺穿诸如皮肤或膜的物体的尖锐端头或切割器21P的另一个端部、以及适于与注射泵7的出口管214连通的流体通过通道173P。该组件还包括用于防止尖锐端头21P伤害儿童的护罩60。护罩包括用于覆盖尖锐切割器21P的护罩板62和护罩弹簧43，该护罩弹簧43具有连接到基部157的顶端和连接到护罩板的板边缘203的底端。护罩板可被尖锐端头21P刺穿以允许针穿过，从而刺穿物体。护罩板可以对待被针刺穿的物体是足够粘性或粘附性的，以防止护罩板在物体的表面上的移动，从而防止针由于物体的移动而被断裂到物体中。为了使用，人使护罩板62移动以接触物体并粘附到物体的表面，从而限制护罩板相对于物体的移动。然后该人按压旋钮212以推动护罩板62抵靠物体，从而压缩护罩弹簧43并使尖锐的切割器21P刺穿护罩板和物体。最后，该人用较大的力按压旋钮，以压缩泵弹簧215，从而向下推动活塞216，以将计量室210中的可能包含药物或营养物质的流体经过止回阀105、出口管214和流体通过通道173P输送到物体中。泵弹簧充分地强于护罩弹簧，使得旋钮压缩护罩弹簧，以使尖锐的切割器在其可以压缩泵弹簧之前刺穿护罩板和物体。在释放旋钮之后，泵弹簧215向上推动旋钮212和活塞216，以用来自箱3的预定量的流体重新填充计量室210，并且护罩弹簧43推动基部157远离护罩板62，从而将切割器21P和针从物体拉出到能够被护罩板62覆盖并且待被护罩板62覆盖的其安全位置。

应当理解，可以为护罩板62提供可移除的覆盖物，以覆盖其底部粘合性表面。还应当理解，护罩板可以是自愈合板，其适于一旦针从防护板移除就自愈合并闭合由针造成的刺穿的开口。还应当理解，可以提供锁定器来防止护罩板的移动。锁定器可以具有将护罩板锁定在适当位置中的闩锁和释放闩锁以允许护罩板相对于基部157移动的触发器。还应当理解，可以在出口管214的底端处设置诸如橡胶盘的弹性体止动器，并且可以在基部157上方设置第二针。弹性体止动器可被第二针刺穿，并且第二针与针85P的流体通过通道173P流体连通，以允许计量室210中的流体经由出口管214、流体通过通道173P和针出口172P被输送到物体中。还应当理解，注射泵7可以位于箱3内部，以使设备1更加紧凑和便携。

图6示出了图1的系统1的第二改进变型，其中图5的冷却箱110和加热箱120定位在泵7的下游，以防止由加热箱中的热水对流加热水箱3中的水，从而进一步节省能量。代替使用图5的计量过滤器14，用于图6的设备1的计量是通过低水位传感器118和高水位传感器119来实现的，它们是由Streeter等人在美国专利第7,523,695号和第7,398,726号中教导的类型的传感器。冷却箱110通常由从泵7到低水位传感器118的水填充。空气泵116连接到控制器2和冷却箱110的顶部，以对箱加压，并将出口分配器113和传感器118或119之间的该体积的水输送出箱，从而实现计量。

空气出口112和122可以连接到与图5的部件相同的通风管241、通风致动器240和空气-水分离室140(未示出)，除了通风致动器在此处可以是适于在空气泵开启时闭合通风管和在空气泵关闭时打开通风管的电气阀或机械阀之外。路径阀108设置成将冷水管111a切换并连接到阀管128或用于加热箱的入口管121，以分别形成冷冲泡路径或热冲泡路径。可以理解的是，水位传感器118和119可以用具有定位在箱110中不同高度处的出口端口的多个出口管和用于出口管的多个电磁阀来代替，这些出口管和电磁阀是由Beaulieu等人在美国专利第6,082,247号和第6,142,063号中教导的类型的出口管和电磁阀。

当诸如冷冲泡咖啡囊包100的冷冲泡咖啡囊包被设置到保持器中时，囊包上的位组90按压开关组34(图1和图1M)或234(图4)。控制器指示路径阀108将冷水管111a连接到阀管128，从而形成包括箱3、分配室6、泵7、冷却箱110、路径阀108、冷冲泡催化器10、计量过滤器14、冲泡覆盖物20和囊包100的冷冲泡路径。控制器2向催化器供应预定量(例如2.5瓦时)的催化能量，并打开空气泵116，以将冷却箱中的水输送通过冷冲泡路径。一分钟内，冷冲泡品被冲泡到保持器下方的杯子中。如果冷却箱110中可获得的水的体积小于与囊包上的位组90相关联的一组冲泡条件所需的体积，或者小于用户经由连接到控制器2的用户接口所选择的体积，则控制器打开泵7，以将冷水从水箱3和分配室6输送到冷却箱，直到水刚好就在冷冲泡路径形成之后到达高水位传感器119。

当提供热冲泡囊包100(例如热冲泡咖啡、汤、燕麦片或三明治囊包)时，囊包上的位组按压开关组34或234，并且控制器使路径阀108将冷水管111a连接到加热箱120的管121和入口分配器124，从而形成包括箱3、分配室6、泵7、冷却箱110、路径阀108、加热箱120、催化器10、覆盖物20和囊包100的热冲泡路径。控制器然后指示设备1的各个部分根据与囊包上的位组相关联的一组冲泡条件工作。当囊包是热冲泡咖啡囊包时，控制器2打开空气泵116以对冷却箱110加压，从而将箱中的冷水输送通过路径阀和入口分配器124到加热箱120中，在加热箱120中，冷水将被保持在防对流温度(例如140华氏度)下的热水向上推入出口分配器123和催化器10中。同时，控制器向催化器供应足够的功率，以在水被输送到热咖啡囊包之前，将流过催化器的水从防对流温度加热到195华氏度至205华氏度的最佳冲泡温度。一杯浓郁的热咖啡在一分钟内冲泡出。如果与热咖啡囊包上的位组90相关联的冲泡条件需要一定的冲泡体积，或者如果用户选择了大于冷却箱110中当前可获得的水的体积的冲泡体积，则在控制器2打开空气泵之前，控制器2打开泵7以将更多的水从分配室6填充到冷却箱，直到水到达高水位传感器119，使得可以输送更大的一杯热咖啡。

图7示出了图1的系统1的第三改进变型且对图6进行了改进，以通过用简单的冷水管111代替图6的能量消耗冷却箱110来使能量使用最小化。该变型对重视空间和负担能力且可为箱3获得冷冻水的家庭来说是特别有用的。计量过滤器14被添加回来以代替图6的空气泵116和液位传感器118和119，以用于更快地计量水和蒸汽。路径阀108位于冷水管111和用于加热箱120的入口分配器124的管121的上游，以快速形成冷冲泡路径和热冲泡路径。冷冲泡路径包括箱3、分配室6、泵7、路径阀108、冷水管111、冷冲泡催化器10、第一自然碳酸化室283和第二自然碳酸化室282、计量过滤器14、冲泡覆盖物20和囊包100。热冲泡路径与冷冲泡路径相同，除了冷水管111被加热箱120代替。通过在冷冲泡路径和热冲泡路径之间快速切换并用控制器2向冲泡催化器10供应催化能量，热水、冷水和/或热蒸汽的一次或多次快速喷射可以被精确地输送到囊包100，从而为精细冲泡或烹调散发出所需的香味、风味和/或口感。为了使能量损失最小化，加热箱120保持在110华氏度至160华氏度的防对流温度下，该温度明显低于用于现有技术的冲泡机中保持的热水的近沸点温度，以使能量损失最小化。

为了去除加热箱120中的空气和过量的水，空气出口122经由通风管241连接到流动致动器240(图7A中示出)或电磁阀。流动致动器包括具有出口244的半球形致动室246和适于在致动室中向上和向下移动的半球形密封器237，出口244经由管242连接到分离室140，分离室140未示出但是与图5的分离室相同。密封器具有空腔239和通风通道238，并且适于当进入致动室中的水流速足够快时向上移动以密封出口244并且闭合通风管241，以平衡密封器的重量。为了便于从加热箱去除空气和多余的水，密封器237具有大体上比水的密度高(优选地高至少2％)的密度。计量过滤器14的可扩张开口19大体上闭合，以使加热箱120中的热水首先以足够快的流速或高于该足够快的流速流动通过通风管241，从而使密封器快速闭合出口244，并且然后当泵7打开以将水输送到冲泡站300时，将热水引向囊包100。通过使开口19大体上闭合，也防止了冲泡站处的水滴落。

自然碳酸化器(natural carbonator)280设置在冷冲泡路径中并且包括连接到管11和计量过滤器14的第一自然碳酸化室(natural carbonation chamber)283和第二自然碳酸化室282、喷嘴281、通过电线285a连接到控制器2并通过管284连接到喷嘴的碳酸化阀(carbonation valve)285、以及通过管286连接到阀285以用于提供加压二氧化碳的供应源的容器287。喷嘴容纳在第一自然碳酸化室中并且具有指向在第一自然碳酸化室中流动的水流方向的孔289，以在水流内生成二氧化碳的快速流或射流。当二氧化碳的流和水的流在第一自然碳酸化室中一起行进时，二氧化碳的流中的二氧化碳被安静且自然地吸收到水流中的水中，从而导致水被自然碳酸化或导致自然碳酸化。随着自然碳酸化的继续，二氧化碳的快速流的尺寸或直径变得更小。第一自然碳酸化室足够长，以使二氧化碳的快速流随着该流向下游行进到室的出口或右端而在尺寸上变得显著更小或者消失。为了加速或促进自然碳酸化，计量过滤器的第二开口19制作得足够小并且限制水流的流动，以对碳酸化室产生足够的背压。喷嘴的孔289足够小，优选地在直径上小于1毫米或0.5毫米，以与第一自然碳酸化室一起工作，从而将来自容器287的二氧化碳的高压(该高压会对设备的密封件、连结部、管道、传感器和其他部件造成破坏和损坏)转化成热量和对上述部件温和且安全的水流速度。已经发现，在没有自然碳酸化的情况下，二氧化碳气体会以相反的方向流入冷却箱110和加热箱120中以用气体填充箱并损坏密封件和管。可以在喷嘴281上形成两个或更多个孔289，以加速第一自然碳酸化室中的自然碳酸化。

第二自然碳酸化室282可以小于第一自然碳酸化室，并允许二氧化碳的快速流中的剩余二氧化碳气体被自然吸收到水流中，从而完成自然碳酸化。第二自然碳酸化室282连接到第一自然碳酸化室，并且第二室的邻近第一自然碳酸化室的至少一部分与孔289同轴或共享轴线，如虚线278处示出的，以促进自然碳酸化并防止碳酸化的水的潜在脱气。第一自然碳酸化室和第二自然碳酸化室足够长，以允许来自孔289的二氧化碳的快速流中的二氧化碳气体有足够的时间被自然地被吸收到其中的水流中。所得的碳酸化的水与冲泡材料(诸如糖浆、果汁浓缩物、饮料粉末或甚至研磨的咖啡或茶)在囊包100中混合或冲泡，以形成苏打水、气泡果汁或其他碳酸饮品。人可以通过选择囊包的类型来选择饮品的类型。通过经由控制器2和计量过滤器14控制冲泡时间来选择饮品的体积。饮品中的碳酸化水平或二氧化碳浓度经由碳酸化阀285和控制器2来控制。

如果设备1仅用于冲泡碳酸冷饮，则可以移除泵7和加热箱120。第一自然碳酸化室与喷嘴281协作，以充当泵，从而将冷水从分配室6通过冷水管111抽取到碳酸化室中，并将自然碳酸化的水输送通过计量过滤器14到囊包100，以形成苏打水或其他气泡饮品。计量过滤器的位置可以颠倒，使得第二开口或可扩张开口19定位在第一开口271的上游，以提高由计量过滤器计量的冲泡体积的一致性。第一自然碳酸化室283的横截面面积或直径应该足够小，即直径小于0.8英寸或面积小于0.5平方英寸，并且应该足够长，即长于2英寸或4英寸，以使来自孔19的二氧化碳的快速流将水从水箱2抽取到第一自然碳酸化室中，在第一自然碳酸化室中，水被自然碳酸化，并且将自然碳酸化的水输送到冲泡站300中的囊包100，以形成碳酸饮品。

保持器30和覆盖物20类似于图4至图4G的保持器和覆盖物，除了保持器具有连接到供应管296的注射器260之外。供应管连接到至少一个分配剂量的装置(portioner)290，以向注射器提供至少一种流体，诸如牛奶、调味糖浆或搅打奶油。该分配剂量的装置包括计量泵297，该计量泵经由电线297a电连接到控制器2并经由管298流体地连接到流体容器299。注射器包括主体262和流体针261，主体262可移除地接纳在接纳器263中，流体针261用于刺穿囊包底部27以形成刺穿的开口，从而将流体从供应管引入囊包的内部空间中。流体不同于冲泡品，以向冲泡品提供不同的风味或营养物质，并且可以与囊包内的冲泡品混合，或者与接纳在保持器下方的杯子、碗或其他装载物中的冲泡品混合。通过向囊包提供与图1K和图4D的卫生管类似的卫生管142，在囊包中形成的冲泡品和经由针261被引入囊包中的流体都被分配到装载物中，而不接触保持器30和设备，从而防止与用一个设备制作各种冲泡品相关联的交叉污染、过敏和安全问题。

供应管连接到灭菌管288并由碳酸化阀285控制，以从容器287向注射器260提供杀菌二氧化碳的供应源，从而消毒和干燥供应管296、注射器260、起泡室和保持器30。由于容器299和计量泵297不能被杀菌二氧化碳消毒，因此它们与灭菌管288和供应管296的靠近计量泵的一部分一起被储存在冷冻室或冰箱中，以防止流体腐败。应当理解，流体针261可以适于在囊包底部27上产生足够大的开口，以排放冲泡品和流体，从而避免需要出口针63。还应当理解，图1至图7中的出口针可以设置有流体通过通道并且连接到供应管296，以将诸如牛奶或调味糖浆的流体引入到囊包中。

为了产生起泡的流体，诸如用于浓缩咖啡的起泡牛奶，流体针261可以具有足够小的出口孔，该出口孔适于将来自供应管296的流体转换成处于足够高的速度的流体射流，并将该流体射流注射到起泡室中，以利用起泡室中可获得的一定体积的空气与流体乳化。如图1P中示出的，起泡室可以是保持器30(未示出)的一部分或囊包的一部分。在后一种情况下，流体针刺穿囊包底部27以形成刺穿的开口，并在刺穿的开口和流体针之间形成至少一个空气通道。空气通道足够靠近流体针的孔，以使得当流体射流喷射到起泡室中时，流体射流将空气抽取到起泡室258中(图1P)。起泡的流体可以在保持器30下方的杯子中或者在起泡室中与来自冲泡室58的冲泡品组合。保持器还可以具有出口针63，以用于以类似于图1A、图1B、图1C、图1J、图1L和图4E的方式的方式刺穿囊包底部，以排放冲泡品和流体。为了防止堵塞，流体针261可以制作得类似于图1V的流动偏转针85。用于流体针的孔通常可以是闭合的，以防止冲泡材料2进入针中，并且可以通过压力扩张来打开，从而产生流体射流。

为了提高浓缩咖啡的质量，冲泡催化器适于在冲泡之前预加热冲泡覆盖物、囊包和保持器。为了预加热，控制器2使催化器10加热到蒸汽生成温度，并将预定量的水输送到催化器以生成预定量的热蒸汽。热蒸汽在蒸汽压力下流入冲泡覆盖物和囊包100中，并冷凝以释放其强大的热量来加热盖、囊包和保持器，以使得冲泡站和囊包准备好冲泡浓缩咖啡。预定量的热蒸汽为0.5克至7克，优选地1克至3克，以用于最佳的浓缩咖啡冲泡。

图7的设备可以冲泡各种各样的冷冲泡饮品，如冷冲泡咖啡、浓缩咖啡、苏打水、气泡水果汁、啤酒、可咀嚼饮品、婴幼儿配方奶粉或早餐谷类食品。当囊包100被设置到保持器中时，囊包上的位组90按压开关组34或234(图1M或图4)。一旦接收切换状态，则控制器2使得立即形成包括箱3、分配室6、泵7、路径阀108、冷水管111、冷冲泡催化器10、第一自然碳酸化室281和第二自然碳酸化室282、计量过滤器14、冲泡覆盖物20和囊包100的冷冲泡路径。对于家庭以外的使用，设备1中的冷水管111和所得的冷冲泡路径可以用图5的冷却箱110代替，以改善冷冲泡结果。下面描述了用于几种冷冲泡品的示例性冲泡。

1)冷冲泡咖啡

类似于图1或图1A的囊包的冷冲泡咖啡囊包100以类似于图4E或图4F的方式的方式被设置到保持器30中。控制器根据囊包上的位组选择一组冲泡条件，使得形成冷冲泡路径，向冷冲泡催化器10供应少量的催化能量(例如2.4瓦时或2千卡)，并指示泵7将预定量(例如8盎司)的冷水输送通过冷冲泡路径。一分钟内，具有60华氏度至70华氏度的温度的8盎司的冷冲泡品被接纳到保持器下方的杯子中。

2)冷冲泡浓缩咖啡

图1P的冷冲泡浓缩咖啡囊包100以类似于图4F或图4E的方式的方式被设置到保持器中。流体针261和出口针63刺穿囊包底部27。控制器2根据囊包上的位组选择一组冲泡条件并使得形成冷冲泡路径，通过由催化器10生成的2克的热蒸汽对冲泡站300进行预加热，向催化器10输入预定量的催化能量(例如2.4瓦时)以催化冷浓缩咖啡冲泡，以及由泵7将预定量(例如2盎司)的冷水输送通过冷冲泡路径。冷冲泡浓缩咖啡在30秒内被分配到保持器下方的2盎司的杯子中。

3)冷冲泡拿铁、摩卡和其他基于浓缩咖啡的饮品

为了冲泡冷冲泡的基于浓缩咖啡的饮品，诸如冷冲泡拿铁或摩卡，冷冲泡浓缩咖啡可以如上面描述的被冲泡，但是冲泡到12盎司的玻璃杯中而不是2盎司的杯子中。然后，控制器使计量泵297将预定量(例如6盎司)的冷牛奶从容器299输送到注射器260。牛奶在囊包内的起泡室258中转变成起泡牛奶，并经由出口针63分配到12盎司的杯子中以与其中的冷冲泡浓缩咖啡组合，以形成拿铁或摩卡。为了更好地示出浓缩咖啡，控制器可以使得输送预定量的冷牛奶的步骤在将预定量的冷水输送通过冷冲泡路径的步骤之前执行，从而使得起泡牛奶首先被分配到12盎司的玻璃杯中。

4)诸如苏打水、气泡水果汁和啤酒的碳酸饮品

冷冲泡苏打水、气泡苹果汁或啤酒囊包100以类似于图4F或图4E的方式的方式被设置到保持器中。该囊包包括装在由膜盖23密封的不可渗透的杯形容器88中的苏打糖浆、苹果汁或啤酒浓缩物24的供应源，并且类似于图4F或图4E的囊包，除了它没有杯形过滤器87之外。控制器根据位组选择一组冲泡条件，使得形成冷冲泡路径，使得泵7输送预定量(例如16盎司)的冷水，并且使得自然碳酸化器280自然碳酸化冷冲泡路径中的冷水。碳酸化的水由入口针85引入囊包中，以与糖浆或浓缩物混合，并且在30秒内将所得的苏打水、气泡苹果汁或啤酒分配到保持器下方的16盎司的杯子中。

5)诸如研磨的蔬菜、水果和泡泡茶的可咀嚼饮品

诸如泡泡茶、研磨的蔬菜或水果囊包100的冷冲泡可咀嚼饮品囊包以类似于图4D的方式的方式被设置到保持器30A中。囊包可以包括不溶性冲泡材料24a(诸如研磨的蔬菜、水果、果冻珠和/或水果切片)的供应源，并且具有类似于图1I、图1K或图4D的设计的设计。控制器根据位组选择一组冲泡条件并使得形成冷冲泡路径。根据该组冲泡条件，预定量(例如12盎司)的冷水由泵7经由入口针85输送到冲泡室58中，以与其中的冲泡材料混合。混合物经由调节板48被调节到瞬变室59中，并且随后在一分钟内被分配到杯子中。

6)婴幼儿配方奶粉、刨冰(frappe)和酸奶

冷冲泡婴幼儿配方奶粉、刨冰或酸奶囊包100以类似于图4D的方式的方式被设置到保持器30中，该囊包100包括冲泡室58中的婴幼儿配方奶粉、刨冰或酸奶混合物24a的供应源，并且类似于图1I、图1K或图4D的囊包。混合物可以包含嵌入营养物质的凝胶珠和水果。控制器根据囊包上的位组90选择一组冲泡条件并且使得形成冷冲泡路径。少量的催化能量(例如2.4瓦时)被供应到冷冲泡催化器10，并且泵7被打开以经由入口针85将预定量(例如6盎司)的冷水输送到冲泡室中，以与配方奶粉粉末或酸奶混合物24a混合并在冲泡室中形成粘性凝胶状流体。粘性流体或凝胶由调节板48调节到瞬变室中，并在一分钟内分配到保持器下方的6盎司或8盎司的婴儿奶瓶或杯子中。发现催化能量催化凝胶形成，并允许在1分钟的时段内形成一瓶或一杯均匀的凝胶状流体。

根据用于囊包的可替代的一组冲泡条件，控制器2打开泵7并使路径阀108形成热冲泡路径持续第一时间长度，以便输送热水流或热水脉冲，并形成冷冲泡路径持续第二时间长度，以便将冷水流或冷水脉冲输送通过囊包。热脉冲或冷脉冲中水的体积等于第一时间长度或第二时间长度与流速的乘积，该流速由计量过滤器14确定。选择第一时间长度和第二时间长度，使得组合的热水脉冲和冷水脉冲的温度为推荐给婴儿的95华氏度。例如，如果待用囊包冲泡的预定的或期望的配方奶粉体积为180毫升，则加热箱120被保持在140度的防对流温度下，箱3(或冷却箱110)为70华氏度，并且流速为每秒4.5毫升，第一时间长度(即t₁)和第二时间长度(即t₂)由下列两个等式确定：

4.5*(t₁+t₂)＝180 (1)

4.5*t₁*140+4.5*t₂*70＝180*95 (2)

上述方程的解是用于热水脉冲的t₁＝14.3秒并且用于冷水脉冲的t₂＝25.7秒。为了在奶瓶中实现均匀的婴幼儿配方奶粉温度，可以将多个短的交替的热水脉冲和冷水脉冲(例如7.15秒的热脉冲加上12.85秒的冷脉冲再加上7.15秒的热脉冲再加上12.85秒的冷脉冲)输送到婴幼儿配方奶粉囊包。这种通过热冲泡路径和冷冲泡路径的交替的热脉冲和冷脉冲可以用于获得用于其他饮品或食物囊包的其他冲泡温度。

7)谷类食品

冷冲泡谷类食品囊包100以类似于图4B的方式的方式被设置到保持器中。该囊包具有通过膜盖23密封在碗形容器88中的谷类食品24a的供应源，并且类似于图4的囊包，除了它还包括袋220(类似于图1K的袋)中的牛奶、牛奶浓缩物或奶粉202的供应源之外。控制器2根据囊包上的位组90选择一组冲泡条件，形成冷冲泡路径，并使泵7将预定量(例如8盎司)的冷水输送通过冷冲泡路径。牛奶、牛奶浓缩物或奶粉202在15秒内由冷水携带到碗形容器88中的谷类食品24a。然后，控制器使自然碳酸化器280经由管284将一股二氧化碳输送到袋220中，以干燥袋并对入口针85和冲泡站300进行消毒。可替代地，控制器可以向加热器9供应预定量的热量，以生成并输送蒸汽的供应源，从而干燥袋并对入口针和冲泡站进行消毒。在冲泡覆盖物被打开之后，支撑弹簧185推动囊包以用于容易的移除。通过拉动突出部187将膜盖23和袋220一起移除，以允许人享用碗形容器88中的谷类食品。

8)早餐

冷冲泡早餐囊包100以类似于图4D的方式的方式被设置到保持器中。该囊包在冲泡室58中具有早餐混合物24a的供应源，并且类似于图1D的囊包。保持器的出口针63和流体针261刺穿囊包底部27。出口针适于以类似于4D的方式的方式向上推动调节板48，从而在囊包中形成瞬变室59。流体针适于经过调节器48的调节开口144滑动到冲泡室中。控制器根据囊包上的每个位组选择一组冲泡条件，使得形成冷冲泡路径，并且使得分配剂量的装置290的计量泵297经由流体针261将预定量(例如12盎司)的牛奶从流体容器299输送到冲泡室中。流体针雾化牛奶以产生泡沫，从而促进冲泡室中的早餐混合物24a通过调节板48流入瞬变室59中。瞬变室中的起泡牛奶-早餐混合物在30秒内通过出口开口49和卫生管142被分配到诸如碗的装载物中。控制器然后使泵7将预定量(例如4盎司)的冷水输送通过冷冲泡路径，以将任何残留的牛奶和混合物从囊包清除，并且使得阀285打开并经由灭菌管288和流体针261将一股二氧化碳杀菌气体释放到囊包中，以对系统进行消毒。

图7的设备还可以冲泡各种各样的热冲泡品，诸如热咖啡、汤、燕麦片、意大利面、披萨、三明治、甜点、超级食物、中草药或浓缩咖啡饮品。当热冲泡囊包100被提供到保持器中并且冲泡覆盖物20被闭合时，囊包上的位组90按压开关组34或234(图1M或图4)，并且切换状态被传递到控制器2。控制器使得形成包括箱3、分配室6、泵7、路径阀108、加热箱120、催化器10、计量过滤器14、冲泡覆盖物20和囊包的热冲泡路径。下面描述了用于几种热冲泡品的示例性冲泡。

1)热冲泡咖啡

热冲泡咖啡囊包以类似于图4E的方式的方式被设置到保持器30中。控制器根据囊包上的位组选择一组冲泡条件，形成热冲泡路径，使泵7将预定量(例如8盎司)的处于防对流温度下的热水输送通过催化器10，并向催化器供应预定功率，以在热水被输送到囊包之前将热水从防对流温度加热到195华氏度至205华氏度的最佳冲泡温度。一分钟内，8盎司的热咖啡被冲泡到保持器下方的杯子里。

2)鸡肉面和蛤蜊杂烩浓汤

热冲泡鸡肉面、蛤蜊杂烩浓汤或味噌汤囊包以类似于图4D的方式的方式被设置到保持器中。囊包包括在冲泡室58中的不溶性冲泡材料24a(例如鸡肉和面条、蛤蜊和土豆、或洋葱和海藻)的供应源，并且类似于图1I、图1K和图4D的囊包。控制器2使冲泡催化器10生成并向囊包输送热蒸汽的供应源，例如10克的热蒸汽，以在30秒内快速烹调并将水分输注到不溶性冲泡材料24a中，使泵7将预定量(例如15盎司)的处于其防对流温度下的热水输送通过热冲泡路径，并向冲泡催化器供应预定功率，以根据位组90将热水从防对流温度加热到用于汤的预定冲泡温度。冲泡水被注射到冲泡室58中，以将其中的可溶性冲泡材料24和不溶性冲泡材料24a共混。所得的共混物经由调节板48被调节到瞬变室59中，并在30秒内经由出口开口49和卫生管142被分配到保持器下方的一份式碗中。

3)热燕麦片

热冲泡燕麦片囊包100以类似于图4B的方式的方式被设置到保持器中，该囊包100包括碗形容器88中的葡萄干和燕麦24a以及红糖24的供应源，并且类似于图4的囊包。控制器2根据位组90选择一组冲泡条件，形成热冲泡路径，使冲泡催化器10生成并向囊包输送热蒸汽的供应源，例如7克的热蒸汽，以在20秒内快速烹调并将水分输注到燕麦和葡萄干24a中，使泵7将预定量(例如12盎司)的热水输送通过热冲泡路径，并且根据位组向冲泡催化器供应预定功率，以将热水从其防对流温度加热到预定冲泡温度。冲泡水经由针85被注射到碗中，以将红糖和蒸熟的燕麦和葡萄干共混持续15秒。压力释放器188打开并释放囊包中的压力。当冲泡覆盖物20被打开时，支撑弹簧185向上推动囊包以用于容易的移除。控制器2可以打开风扇或空气泵(未示出)来供应环境空气，该环境空气流动通过保持器30A和囊包侧壁29之间的空间，以在囊包移除之前冷却囊包侧壁。膜盖23经由突出部187被移除，以享用在碗形容器中烹调好的燕麦片。

4)热早餐

热冲泡早餐囊包以类似于图4D的方式的方式被设置到保持器中，该囊包在与图4D的冲泡室类似的冲泡室中具有诸如燕麦、谷物和/或蛋白质的不溶性冲泡材料24a。保持器的出口针63和流体针261刺穿囊包底部27。出口针适于向上推动调节板48以形成瞬变室59。流体针适于滑入调节器48的调节开口144中而进入冲泡室中。控制器根据囊包上的位组选择一组冲泡条件，使得形成热冲泡路径，并且使得冲泡催化器10生成热蒸汽的供应源(例如7克的热蒸汽)并经由入口针85将该热蒸汽的供应源输送到冲泡室中，以快速烹调并将水分输注到不溶性冲泡材料中持续20秒。

控制器2然后使分配剂量的装置290的泵297将预定量(例如12盎司)的冷牛奶从流体容器299输送到流体针261，流体针261将冷牛奶转换成高速流体射流以雾化冲泡室中的流体并使其起泡。同时，控制器使冲泡催化器10和泵7生成热蒸汽，并经由入口针85将热蒸汽输送到冲泡室58中，以加热雾化牛奶，从而在冲泡室中产生热起泡牛奶。比非起泡牛奶具有更大的携带能力的热起泡牛奶在大约30秒内与冲泡室中的输注水分的冲泡材料24a共混并携带冲泡材料通过调节开口144、瞬变室59、出口开口49和卫生管142进入保持器下方的杯子或碗中。在冲泡结束时，控制器切换阀285以打开灭菌管288持续一秒，以经由注射器260将一股二氧化碳杀菌气体发射到囊包中，从而对供应管、注射器和冲泡站进行干燥和消毒。

5)意大利面膳食

当诸如虾和龙蒿、墨西哥玉米卷(Mexican taco-bowl)或蘑菇和菊苣囊包100的热冲泡意大利面膳食囊包以类似于图4B的方式的方式被设置到保持器中时，控制器2根据囊包上的位组90选择一组冲泡条件。膳食囊包类似于图4的囊包并且包括膳食材料24和24a的供应源、盘形或碗形容器88、用于密封容器中的材料的膜盖23以及用于控制烹调条件以防止被能量发射器损坏的位组。控制器使冲泡催化器10生成、输送热蒸汽的供应源(例如24克的热蒸汽)并通过流动偏转针85将该热蒸汽的供应源深深注射到膳食材料中，以快速烹调并将水分输注到意大利面中持续一或两分钟。控制器然后使第一能量发射器225发射450瓦的红外光(该红外光在1500纳米的波长周围具有峰值光谱功率密度)，以快速烘焙膳食材料，从而产生香味持续15秒，并使泵7和流动偏转针85将处于防对流温度下的大约4盎司的热水深深注射到膳食材料内部，以产生汤汁口感并稍微冷却膳食。

膜盖适于对1000纳米至3000纳米的波长范围内的红外光是大体上透明的，以防止热损坏，并且优选地由绿色且容易回收的PP或PET膜盖制作。蒸和烘焙可以同时发生，以节省时间。然后，冲泡覆盖物20被打开，以使支撑弹簧185向上推动现已烹调好且热的盘形膳食囊包，以用于容易地移除。控制器可以使风扇或空气泵引入空气来冷却囊包的侧壁29，以用于在侧壁的移除之前更舒适地触摸。通过拉动突出部187以剥离容器88的膜来移除膜盖23，以使香气渗透。意大利面膳食已经准备完毕。

6)热三明治

诸如烤鸡、汉堡包或烤牛肉三明治囊包的热三明治囊包类似于意大利面膳食囊包并且也类似地被烹调。三明治囊包包括夹在两个面包片24a之间的烤鸡肉片、汉堡肉饼或烤牛肉、具有用于接纳三明治的不可渗透囊包底部27和适于位于保持器30的边缘89上的囊包边缘28的盘形容器88、将三明治密封到容器的膜盖23、以及用于控制烹调条件以防止被能量发射器损坏的位组90。控制器2使冲泡催化器10生成、输送蒸汽的供应源(例如9克的蒸汽)并经由流动偏转针85将该蒸汽的供应源注射到两个面包片之间的空间中，以加热并烹调其中的肉持续一分钟。控制器然后使冲泡覆盖物20中的第一能量发射器225和第二保持器30A中的第二发射器230发射红外光(该红外光在1400纳米的波长周围具有峰值光谱功率密度)，以分别烘烤顶部面包片和底部面包片持续大约30秒，直到在两个面包片上形成酥脆的金棕色外壳。

盘形容器88和膜盖23两者对1000纳米至3000纳米的波长范围内的红外光大体上是透明的，以防止热损伤，并且优选地由可回收的聚丙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯制作。为了实现最佳烹调，通过催化器10通过来自入口针85的热蒸汽对两个面包片之间的肉进行蒸以及通过第一红外发射器225和第二红外发射器230对顶部面包片和底部面包片进行烤制可以同时进行。当冲泡覆盖物被打开时，支撑弹簧185将烹调好的三明治囊包向上推动，以用于容易地移除。膜盖经由突出部187被移除，以使香味渗透到三明治并使囊包的色泽出来。

7)热披萨

诸如意大利辣香肠、墨西哥玉米卷(D’s taco)、蔬菜(veggie)、早餐或加州披萨的热冲泡的披萨囊包类似于三明治囊包并且也类似地被烹调。披萨囊包包括披萨或披萨片24a、具有用于接纳披萨的不可渗透的囊包底部27和适于位于第二保持器30A的边缘89上的囊包边缘28的袋或盘形容器88、用于将披萨密封在容器中的膜盖23、以及用于控制烹调条件以防止被能量发射器损坏的位组90。控制器2使冲泡催化器10生成、输送热蒸汽的供应源(例如5克的热蒸汽)并经由流动偏转针85将该热蒸汽的供应源注射到披萨中，以对披萨进行加热和增加水分持续15秒。同时，它使第一能量发射器和第二能量发射器两者发射红外光(该红外光在1400纳米的波长周围具有峰值光谱功率密度)，以烤制披萨的顶表面和底表面两者持续大约45秒，以散发出香味，并在披萨的两个表面上形成酥脆的浅棕色或中棕色外壳。

容器88和膜盖23两者对1000纳米至3000纳米的波长范围内的红外光大体上是透明的，以防止热损伤，并且优选地由可回收的PP或PET制作。冲泡覆盖物被打开，使得支撑弹簧185向上推动披萨囊包，以用于容易地移除。膜盖经由突出部187从容器88被移除，以使香味渗透并且色泽出来。

8)热甜点

诸如焦糖布丁囊包的热冲泡的甜点囊包100也以与用于三明治囊包的方式类似的方式被烹调。焦糖布丁囊包类似于图4中的囊包，并且包括碗形或小模子形(ramekin-shaped)容器88、焦糖布丁24a的供应源、至少部分地结皮以防止在焦糖布丁上聚集的糖层、用于将焦糖布丁密封在容器中的膜盖23、以及用于控制烹调条件以防止膜盖的损坏的位组90。控制器2使第一能量发射器225发射足够强的红外光(该红外光在1400纳米的波长周围具有其峰值光谱功率密度)，以熔化焦糖布丁的顶部上的糖层或至少使焦糖布丁的顶部上的糖层变得酥脆，并在大约一分钟内散发出其特有的香味。膜盖对1000纳米至3000纳米的波长范围内的红外光是透明的，以防止被第一发射器热损坏。然后，冲泡覆盖物被打开，以使支撑弹簧185向上推动甜点囊包，以用于容易地移除。打开覆盖物20之前，控制器可以使阀285打开，以将冷二氧化碳或冷空气的供应源引入保持器，从而在冷却热冲泡囊包的外表面，以用于更舒适的触摸。膜盖经由突出部187被移除，以使香气渗透并且棕色糖色泽出来。

9)热超级食物和草药

与图1的冷冲泡咖啡囊包相同的热冲泡的超级食物或中草药囊包以类似于图1A的方式的方式被设置到保持器中。传统上，中草药和超级食物(像白桦茸)在接近沸腾的温度下被冲泡持续几个小时。通过将白桦茸或其他超级食物研磨至具有在150微米至350微米之间的平均颗粒尺寸的超细颗粒尺寸，并通过将中草药混合物中的不同组分研磨至也具有在100微米至300微米之间的平均颗粒尺寸的它们各自的超细颗粒尺寸，中草药和超级食物囊包能够在1分钟至5分钟内冲泡，同时几乎完全提取。控制器2根据囊包上的位组选择一组冲泡条件。然后，控制器2使得通过路径阀108形成热冲泡路径，通过由冲泡催化器10生成的热蒸汽的供应源(例如10克的热蒸汽)在中草药或超级食物颗粒内产生提取孔隙，通过泵7在预定时间(例如2分钟)内将第一预定量(例如8盎司)的热水输送通过热冲泡路径，并且向催化器10供应足够的功率，以将热水从其防对流温度加热到用于中草药或超级食物的最佳冲泡温度。控制器2还可以控制路径阀108，以将第二预定量(例如1盎司)的冷水输送通过冷冲泡路径，以与第一预定量的冲泡品混合，从而实现对于中草药或超级食物的期望浓度和饮用温度。

10)热浓缩咖啡

热冲泡浓缩咖啡囊包100以类似于图4E的方式的方式被设置到保持器中，该囊包100除了其位组90之外与图1P的冷冲泡浓缩咖啡囊包相同。控制器2根据囊包上的位组选择一组冲泡条件。然后，控制器2使得通过路径阀108形成热冲泡路径，通过由冲泡催化器10生成的热蒸汽的供应源(例如2克的热蒸汽)对冲泡站300进行预加热，通过泵7将预定量(例如2盎司)的水输送通过热冲泡路径，并且向催化器10供应足够的功率，以将水从其防对流温度加热到195华氏度至205华氏度的最佳热冲泡温度。过滤器87和第二容器256之间的空间257被转换为瞬变室，以收集在冲泡室58中冲泡的浓缩咖啡。起泡开口269将收集的浓缩咖啡转变成快速浓缩咖啡射流，该射流在起泡室258中变得起泡，并且经由出口针63被分配到保持器下方的2盎司或4盎司的杯子中。泡沫在杯子中上升，以在热冲泡浓缩咖啡的顶部上形成金色的咖啡油脂层(crema layer)。

11)热拿铁、摩卡和其他基于浓缩咖啡的饮品

为了冲泡热的基于浓缩咖啡的饮品，浓缩咖啡按照方法10被冲泡，但是被分配到10盎司或12盎司的大杯子中。囊包底部27被流体针261和出口针63两者刺穿。控制器2使泵297将预定量(例如6盎司)的牛奶从容器299输送通过注射器260。同时，控制器2使泵7和冲泡催化器10生成热蒸汽并将热蒸汽输送通过入口针85、冲泡室58和起泡开口269到起泡室258中。牛奶被流体针雾化或乳化，以促进由热蒸汽加热和起泡室中起泡。加热的起泡牛奶经由出口针63被分配到大杯子中以与杯中的热浓缩咖啡组合，从而制作拿铁或摩卡。最后，控制器使阀285打开灭菌管288持续几秒，以经由注射器将一股二氧化碳发射到起泡室258中，以对供应管296、注射器260和冲泡站300进行消毒和干燥。

为了使热冲泡浓缩咖啡囊包能够以各种风味冲泡各种热的基于浓缩咖啡的饮品，囊包上的位组90适于确定一组用于冲泡热浓缩咖啡的冲泡条件，如上面描述的。这种位组可以被称为父位组(parent bit group)。该位组还适于与连接到控制器2的用户接口(诸如屏幕和/或按钮)协作，以确定另一组冲泡条件，以用于形成热浓缩咖啡的一种或更多种附赠(complimentary)冲泡品，例如起泡牛奶和起泡调味糖浆。与图1P的冷冲泡浓缩咖啡囊包具有相同设计的热冲泡浓缩咖啡囊包经由注射器260和供应管296(图7)连接到多个容器299，该多个容器299包含全脂牛奶、脱脂牛奶、巧克力牛奶、香草风味糖浆、榛子风味糖浆等。例如，如果人在屏幕上选择低脂香草风味拿铁，则第二组冲泡条件可以包括将6盎司的低脂牛奶从脱脂牛奶容器299输送通过供应管296和注射器260到起泡室258中；同时将来自冲泡优化器10的热蒸汽输送通过入口针85、冲泡室58和第二室257到起泡室中，以加热起泡牛奶；将一股香草调味糖浆输送通过注射器260到起泡室中；以及将热的起泡牛奶和起泡香草糖浆作为热浓缩咖啡的两种附赠冲泡品来分配。

同样，各种冷冲泡的基于浓缩咖啡的饮品可以用冷冲泡浓缩咖啡囊包冲泡。父位组90确定用于冷冲泡浓缩咖啡的一组冲泡条件，并与控制器2的屏幕协作，以确定用于形成冷冲泡浓缩咖啡的一种或更多种附赠冲泡品的另一组冲泡条件。各种基于苏打水的饮品、基于燕麦片的早餐、基于谷类食品的早餐、基于汤的膳食、基于意大利面的膳食、基于披萨的膳食和基于三明治的膳食也可以用各自的囊包冲泡。它们各自的父位组确定用于基础饮品或膳食的一组冲泡条件，并且该位组与屏幕协作来确定用于形成基础饮品或膳食的附赠冲泡品的另一组冲泡条件。因此，父位组允许人只买基础囊包来冲泡各种相关的冲泡品，从而显著减少购买和储存大量种类的囊包的需要，以使浪费最小化并增加囊包的新鲜度。

为了防止冷冲泡囊包(诸如在热的

冲泡机中的婴幼儿配方奶粉囊包)的潜在误用，这可能会冲泡一瓶对婴儿来说过热的婴幼儿配方奶粉，冷冲泡囊包上的位组90中的位表面192或至少一个位被制作得足够大，以防止冷冲泡囊包完全插入这种

冲泡机的保持器中。为了防止本发明的设备1中的冷冲泡囊包的潜在误用，冷冲泡囊包可以包括冷冲泡位，该冷冲泡位可以定位在位组中的其余位之内或与其分开，以防止热水输送通过冷冲泡囊包或防止热冲泡路径的形成。冷冲泡位机械地控制路径阀108或位于冲泡覆盖物或保持器中的冷水开关(未示出)，或者电控制路径阀以防止热水被输送到冷冲泡囊包。为了给用户提供最终控制，图1至图7的设备1还可以包括手动开关，诸如按钮或旋钮，其适用于人来控制是否应该使用冷水或冷冲泡路径来冲泡特定的囊包。

另一方面，消费者可能希望在图1至图7的设备1中冲泡可能不包含任何位组的

和其他热咖啡囊包。这种热咖啡囊包没有向下或向上的位，并且可以由位组读取器34读取，以向控制器2提供值或切换状态000。为了允许设备1在有和没有位组90的情况下都接受热咖啡囊包，用于热冲泡咖啡囊包的位组应该仅由向上位和类似物组成，如果向上位被赋予值0，则该向上位和类似物具有000的值或切换状态。此外，如图1N和图1Q中示出的，保持器30适于具有足够倒圆的角193，以允许保持器不仅接受具有正方形横截面(其类似于图1O的正方形横截面)的囊包，而且还接受具有圆拱形横截面(其类似于用于现有技术的

囊包的图1D的圆拱形横截面)的囊包。

为了允许图7的设备在冲泡第一个热冲泡囊包之后立即冲泡另一个热冲泡囊包，加热箱120适于朝向囊包供应处于防对流温度下的热水，并同时生成处于防对流温度下的新热水。这解决了对于现有技术的冲泡机的杯与杯之间等待时间(cup-to-cup wait time)的问题，现有技术的冲泡机诸如由Beaulieu和Streeter等人在美国专利第6,082,247号、第6,142,063号、第7,523,695号和第7,398,726号中教导的

和

MCD品牌的冲泡机。杯与杯之间等待时间的这种消除是可能发生的，因为当加热箱120通过在第一杯的冲泡期间用加热器125将引入加热箱中的冷水加热到防对流温度而产生新的热水时，防对流温度防止了热量引起的水的对流混合。入口分配器124和出口分配器123在冷水输送到加热箱中和热水输送出加热箱期间使流动引起的混合最小化。为了进一步防止流动引起的混合，如图7中示出的，在入口分配器和出口分配器之间设置了薄的竖直板129。

如本文所用，“冲泡品”是指当液体、蒸汽、气体、热量和/或能量束与囊包中的固体材料和/或液体材料的供应源或与囊包的任何部件相互作用时形成的在杯子、碗、盘或容器中的任何固体或液体物质。囊包中的固体物质和/或液体物质被称为冲泡材料。设备1用于通过这种相互作用形成各种冲泡品。诸如冲泡、烹调、提取、溶解、过滤、输送或混合的术语可以在本发明的说明书和权利要求书中互换使用，以描述冲泡材料或囊包的其它部件与来自设备的液体、蒸汽、气体、热量和/或能量束的相互作用。虽然一些囊包可以包括增强设备1的操作的特征，但是囊包可以是一次性使用或可重复使用的囊包，并且可以采取任何合适的形式，诸如通常已知的杯子、碗、盘、小袋、袋、盒、胶囊、容器或其他。某些冲泡材料可以设置在囊包中以彼此反应或与液体反应以形成新材料。

因此已经描述了本发明的各种实施方案的若干方面，应理解的是，本领域技术人员将易于想到各种改变、修改和改进。这种改变、修改和改进旨在成为本公开内容的一部分，包括任何随附的权利要求、摘要和附图，并且旨在落入本发明的精神和范围内。权利要求中没有明确陈述执行指定功能的“用于...的装置”或者执行指定功能的“用于...的步骤”的任何要素不应被解释为35 U.S.C.§112段落6中指定的“装置”或“步骤”条款。具体而言，本文的权利要求中对“...的步骤”的使用并不意图援引35 U.S.C.§112段落6的规定。因此，前文的描述和附图仅仅是以示例的方式。

Claims (14)

1.一种用于形成冲泡品的设备，所述设备包括：

控制器；

水箱，所述水箱用于提供用于形成冲泡品的水；

泵，所述泵与所述控制器电连通并与所述水箱流体连通；

保持器，所述保持器用于接纳冲泡材料的供应源；

冲泡覆盖物，所述冲泡覆盖物被布置成与所述保持器协作以至少部分地覆盖所述保持器并将水引入所述冲泡材料；以及

冲泡催化器，所述冲泡催化器用于催化所述冲泡材料和水之间的相互作用，所述冲泡催化器包括与所述泵和所述冲泡覆盖物流体连通的催化室和与所述控制器电连通的第一加热器，所述催化室被构造和配置成与所述控制器和所述第一加热器协作以向所述冲泡材料提供处于第一状态、第二状态和第三状态中的至少一种状态的水，其中所述第一状态、所述第二状态和所述第三状态分别是冷水、热水和热蒸汽，所述冲泡催化器被构造成由一定量的催化能量激活以达到激活状态，其中处于所述激活状态的所述冲泡催化器与所述泵协作以将处于所述第一状态的水输送到所述保持器中的所述冲泡材料并催化所述冲泡材料和水之间的相互作用，以在约一分钟形成单份冷冲泡品。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述冲泡催化器适于从汽车点烟器或电池接纳一定量的催化能量，以达到激活状态，从而形成所述单份冷冲泡品。

3.根据权利要求1所述的设备，其中一定量的催化能量小于8瓦时。

4.根据权利要求1所述的设备，还包括第二加热器，所述第二加热器连接到所述控制器以用于加热所述水箱中的水用于热冲泡，所述第二加热器被构造和配置成与所述控制器协作以将所述水箱中的水加热并保持在对儿童安全的温度下，从而将所述设备转变成对儿童安全的家庭式冲泡机或酒店室内冲泡机，所述对儿童安全的温度是对于儿童触摸是安全的所述水箱中的热水的温度，从而在儿童意外地将所述水箱中的热水溅出的情况下防止所述热水灼伤，其中所述第一加热器被构造和配置成与所述泵协作，以在所述泵将所述热水从所述水箱输送通过所述催化室时将所述热水从所述对儿童安全的温度加热到用于所述冲泡材料的冲泡温度，从而使用于冲泡热冲泡品的等待时间最小化。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述催化室具有热容量以获得用于所述冷冲泡品的足够低的温度，以确保所述冷冲泡品低于环境温度或室温，并且所述冲泡催化器可以被激活。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述保持器适于接纳囊包，所述囊包具有容器、所述容器中的冲泡材料的供应源、以及密封所述容器以形成用于所述冲泡材料的冲泡室的盖。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器适于使所述冲泡催化器提供处于所述第三状态的水，以在形成冲泡品之前预加热所述冲泡覆盖物和所述保持器。

8.一种生产冷冲泡品的方法，所述方法包括：

a)将冲泡材料的供应源提供到保持器中；

b)闭合冲泡覆盖物以至少部分地覆盖所述保持器；

c)向冲泡催化器提供催化能量以激活所述冲泡催化器；

d)将处于冷状态的一定量的水输送到并输送通过所述冲泡材料和处于激活状态的冲泡催化器，以催化所述冲泡材料和水之间的相互作用；以及

e)将由所述冲泡材料和处于所述冷状态的水的催化相互作用产生的冷冲泡品分配到所述保持器下方的杯子或其它装载物中，其中所述催化能量使所述装载物中接纳的所得的冷冲泡品足够冷，以确保所述冷冲泡品低于环境温度或室温，并且所述冲泡催化器可以被激活。

9.根据权利要求8所述的方法，其中提供一定量的水和分配冷冲泡品的步骤在约一分钟完成。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述冲泡材料的供应源是足够细的研磨物的形式，对于所述足够细的研磨物的至少一个维度，所述足够细的研磨物具有小于475微米的平均研磨尺寸。

11.根据权利要求8所述的方法，其中提供冲泡材料的供应源的步骤包括提供具有过滤器、盖以及封装在所述过滤器和所述盖之间的冲泡材料的供应源的囊包。

12.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括在提供一定量的水的步骤之前向所述冲泡覆盖物和所述保持器提供蒸汽的供应源。

13.根据权利要求8所述的方法，其中提供一定量的水的步骤包括将第一量的水提供到所述冲泡材料，并且然后将第二量的水提供到所述冲泡材料并通过所述冲泡材料，所述第二量的水大于所述第一量的水。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一量的水以比所述第二量的水低的平均流速提供。

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