TW202222230A - 自動沖泡咖啡機 - Google Patents

Abstract

一種自動沖泡咖啡機包括：一外殼，該外殼內設置有一組以上獨立運作的沖泡咖啡系統，該沖泡咖啡系統包含：熱水儲存槽、加熱單元、微控制器、位置可移動之出水頭以及承載待沖泡之咖啡杯組的可轉動承接盤，該微控制器控制該加熱單元、該出水頭以及該承接盤；上述之熱水儲存槽由一入水口注水，注入該熱水儲存槽的水係由該加熱單元加熱並由該微控制器控制控制溫度；上述之熱水儲存槽透過一出水管路連通該出水頭；上述之位置可移動之出水頭與該可轉動承接盤之間的相對運行模式可以由該微控制器控制；以及上述之位置可移動之出水頭的沖泡參數可以經由設置於該出水管路的電磁閥、流量計以及手動節流閥來調節。

Description

自動沖泡咖啡機

本發明涉及熱飲沖泡裝置，尤其涉及一種自動沖泡式咖啡機。

現代社會人們普遍工作繁忙、生活節奏快，且有睡眠不足的問題。藉由咖啡飲品刺激中樞神經，可使人提振精神、降低睡意並減輕疲勞。咖啡已然成為人們提神必須品，因此咖啡市場快速成長。

現有的咖啡沖泡方法有泡煮法、加壓法、冰釀法以及重力法等，其中，重力法是將咖啡粉放置於濾紙上，再使熱水以適當水流由內向外環繞式沖泡咖啡粉，使咖啡粉可以被熱水均勻沖泡，再經濾紙滴落沏出咖啡。但是此咖啡沖泡方式是採用人工徒手操作，因此，沖泡出咖啡的風味與沖泡咖啡人員的經驗有關，咖啡的風味不易掌握。由於現有重力法沖泡的咖啡是由人力來執行，除了咖啡品質不易管控，當來店客人較多時，人員更可能在有時限的狀況下被要求快速沖泡多杯咖啡，於忙亂中縮減沖泡工序或時間，更會造成咖啡品質的不穩定。

現有的沖泡式咖啡機中，為了透過咖啡機獲得沖泡的咖啡，將含有諸如濾紙的過濾器安裝在咖啡機的漏斗上，並將咖啡豆粉末放入過濾器中。此外，當將水煮沸並倒入裝在料斗中的水箱中時，將煮沸的水提供給過濾器內的咖啡豆粉，然後將咖啡沖泡並儲存在咖啡壺下部的咖啡壺中。用於向咖啡壺加熱的加熱器安裝在咖啡壺的下部，以使存儲在咖啡壺中的煮好的咖啡保持溫暖，從而保持在恆定溫度。

以此方式，在使用咖啡機的情況下，具有的優點在於，透過將咖 啡豆和水的粉末提供給咖啡機，可以容易地提取沖泡的咖啡，並且可以使咖啡機保持溫暖。長時間沖泡咖啡。

然而，在提取大量的沖泡咖啡並使其保溫的情況下，隨著時間的流逝，沖泡咖啡的味道和香氣降低，並且在嚴重的情況下會具有燒焦的味道。此外，由於在沖泡的咖啡的過程中在提取過程中會使用供應到水壺中的所有水來提取。即，在長時間內水透過咖啡粉的同時提取煮好的咖啡。當以這種方式沖泡咖啡時，於開始時僅萃取咖啡粉中所含的有效成分，但是隨著沖泡咖啡的時間變長，咖啡中所含的有害成分會逐漸增加，雜味會與原先咖啡液混合。

基於上述理由，推出一種自動沖泡式咖啡機能提供具有類手動沖泡作動且能維持一定咖啡產出速度，這對於店家而言是有強烈吸引力。

本文公開了一種自動沖泡咖啡機，包括：一外殼，該外殼內設置有一組以上獨立運作的沖泡咖啡系統，該沖泡咖啡系統包含：熱水儲存槽、加熱單元、微控制器、位置可移動之出水頭以及承載待沖泡之咖啡杯組的可轉動承接盤，該微控制器控制該加熱單元、該出水頭以及該承接盤；上述之熱水儲存槽由一入水口注水，注入該熱水儲存槽的水係由該加熱單元加熱並由該微控制器控制控制溫度；上述之熱水儲存槽透過一出水管路連通該出水頭；上述之位置可移動之出水頭與該可轉動承接盤之間的相對運行模式可以由該微控制器控制；以及上述之位置可移動之出水頭的沖泡參數可以經由設置於該出水管路的電磁閥、流量計以及手動節流閥來調節；其中該微控制器具有已編程儲存的咖啡風味控制程式。

上述之沖泡咖啡系統更包含一抽水泵經由一連通該熱水儲存槽入水口的入水管路用於對該熱水儲存槽供水。

上述之微控制器是可程式微處理器或其他類似之可程式電子控制器。

上述之沖泡參數至少包含由該出水頭所流出熱水的流動速率、出水量。

上述之電磁閥設置於該出水管路靠近該熱水儲存槽的出水口側，上述流量計設置於緊鄰該電磁閥下游的該出水管路中、上述手動節流閥設置於位於該述流量計與該出水頭之間的出水管路中。

上述之可轉動承接盤包含：一圓柱形固定座裝設於該自動沖泡咖啡機的底部；一中空圓環可轉動地與該圓柱形固定座耦合；以及一圓柱形上蓋樞接於該中空圓環，其中該中空圓環的外緣與一個由一旋轉馬達所帶動的轉輪外緣扣合，該中空圓環可以由與該轉輪之外緣扣合產生的摩擦力而轉動。

上述之旋轉馬達由該微控制器所控制。

上述之圓柱形固定座上裝設一功率75~125Watt的加熱燈泡用於對該咖啡杯組提供保溫之功用。

上述之圓柱形上蓋的材質包含具有選擇性透光的性質，使該加熱燈泡所發出的光譜中僅能穿透紅外光及遠紅外光，使可該轉動承接盤能以較小功率維持40-50℃的溫度。

上述之位置可移動之出水頭耦接至一線性馬達，該線性馬達由該微控制器控制。

10:自動沖泡咖啡機

101:外殼

103:風扇裝設口

105:溫控裝置

107:溫度顯示器

109:主電源開關

111:出水頭

113:個別子系統電源

115:手動壓力調節器

117:咖啡杯組

119:可轉動承接盤

117a:濾紙杯

117b:咖啡杯

200:個別獨立之沖泡咖啡系統

201:供水源

203:供水管路

205:熱水儲水槽

207:抽水泵

209:第一流量計

211:第一電磁閥

213:加熱器

215:第二電磁閥

215:第二電磁閥

217:出水頭

203a:供水管路

219:第二流量計

221:節流閥

223:線性馬達

301:圓柱形固定座

303:中空圓環

305:圓柱形上蓋

307:轉輪

309:加熱燈泡

401、403、405、407、409:步驟

501、503、505、507、509、511、513:步驟

圖1(A)顯示本發明所提出自動沖泡咖啡機的外觀立體圖以及正面視圖(圖1(B))。

圖1(B)顯示本發明所提出自動沖泡咖啡機的外觀正面視圖。

圖2顯示本發明所提出自動沖泡咖啡機的個別獨立之沖泡咖啡系統200示意圖。

圖3顯示本發明中承載咖啡杯組的可轉動承接盤與轉動馬達耦合之結構細節。

圖4顯示本發明中啟動一鍵自動沖泡程序的運行步驟。

圖5顯示本發明如何調節流量控制參數的方法。

此處本發明將針對發明具體實施例及其觀點加以詳細描述，此類描述為解釋本發明之結構或步驟流程，其係供以說明之用而非用以限制本發明之申請專利範圍。因此，除說明書中之具體實施例與較佳實施例外，本發明亦可廣泛施行於其他不同的實施例中。以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可藉由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之功效性與其優點。且本發明亦可藉由其他具體實施例加以運用及實施，本說明書所闡述之各項細節亦可基於不同需求而應用，且在不悖離本發明之精神下進行各種不同的修飾或變更。

圖1顯示本發明所提出自動沖泡咖啡機的外觀立體圖(圖1(A))以及正面視圖(圖1(B))，本發明可以提供一組以上(即至少兩組)獨立沖泡咖啡系統，如圖1(A)-(B)所示自動沖泡咖啡機10包括：外殼101，其頂蓋具有風扇裝設口103可以裝設風扇，其兩側面亦可以依需求各開設一排散熱孔(未顯示)用以散熱、然後依照由上至下配置有溫控裝置105、溫度顯示器107、主電源開關109、出水頭111、個別子系統電源113、手動壓力調節器115、以及用於承載待沖泡之咖啡杯組117的可轉動承接盤119，咖啡杯組117包含濾紙杯117a以及咖啡杯117b。

圖2顯示本發明所提出自動沖泡咖啡機的個別獨立之沖泡咖啡系統200示意圖，其包括供水源201經由供水管路203供水至一熱水儲水槽205，供水管路203可以連接至一抽水泵207用以抽水至上述熱水儲水槽205。位於抽水泵207下游之供水管路203可以設置一第一流量計209以及第一電磁閥211用以分別量測進水量以及控制進水管路開關。於供水管路下游之熱水儲水槽205可以設置一加熱器213，該加熱器(或稱加熱單元)213可以是傳統溫控式加熱管裝設於熱水儲水槽205內部，其可以單獨由圖1所示的溫控裝置105控制加熱，亦可以整合至微控制器230，由微控制器230控制加熱。位於熱水儲水槽之水可以被加熱管加熱，以一較佳實施例而言，熱水儲水槽之容量大小約為4~5公升。位於熱水儲水槽出水端的供水管路203a可以設置一第二電磁閥215用以打開或關閉熱水儲水槽205出水端的供水管路203a，位於第二電磁閥215下游的供水管路203a可以設置一出水頭217。為了進一步調節出水頭217的出水參數，於出水頭217與第二電磁閥215之間裝設一第二流量計219以及一手動調節水壓的節流閥221。出水頭217耦合一線性馬達223，可轉動承接盤119耦合一旋轉馬達225。一微控制器230可以監控以及操作上述個別獨立之沖泡咖啡系統200中的系統整體以及個別組件，微控制器230可以是可程式微處理器或其他類似之可程式電子控制器。微控制器230可以控制上述抽水泵207、第一流量計209、第一電磁閥211、第二流量計219、第二電磁閥215、加熱器213、線性馬達223以及旋轉馬達225之操作。

圖3顯示本發明中承載咖啡杯組117(參考圖1)的可轉動承接盤119與轉動馬達耦合之結構細節。可轉動承接盤119包含一圓柱形固定座301裝設於自動沖泡咖啡機的底部、一中空圓環303可轉動地與該圓柱形固定座301耦合(例如利用軸承或其他類似方式耦合)、以及一圓柱形上蓋305樞接於該中空圓環303，其中該中空圓環303的外緣與一個由旋轉馬達225所帶動的轉輪307之外緣扣合，中空圓環303可以由與轉輪307之外緣扣合產生的摩擦力而轉動，因此當旋轉馬達225啟動後該中空圓環303以及樞接於該中空圓環303的圓柱形上蓋305亦可以被帶動一起旋轉，旋轉轉速可以由如圖2中所示的微控制器230控制。此外，圓柱形固定座上301裝設功率75~125Watt的加熱燈泡309用於對咖啡杯組117(參考圖1)提供保溫之功用。以一較佳實施例而言，圓柱形上 蓋305可以包含具有選擇性透光的材質，使加熱燈泡309所發出的光譜中僅能穿透紅外光及遠紅外光，使可轉動承接盤119能以較小功率維持40-50℃的溫度。

本發明的構想是針對現有的沖泡式咖啡機製作的咖啡口感不佳以及手沖咖啡人力成本高，咖啡品質無法一致化的問題提供一種商業咖啡沖泡機台。為了使本發明所提出的自動沖泡式咖啡機能提供具有類手動沖泡作動且能維持一定咖啡產出速度，請參考圖1-3，具體而言藉由控制出水頭111與可轉動承接盤119的相對運動，使出水頭111進行橫向線性沖泡動作，又再搭配驅動可轉動承接盤119使待沖泡的咖啡杯117b進行旋轉，即可達成模仿手沖咖啡的手沖動作。

然而除了上述仿手沖咖啡的手沖動作外，要達到仿手沖咖啡的最佳效果，還必須依照所欲沖泡咖啡的風味搭配不同的沖泡參數，才能達到仿手沖咖啡的效果。由於沖泡式咖啡機製作的咖啡，其所提供的設備與方法以控制來自出水口的沖泡參數，至少包含熱水流經過濾器的流動速率、出水量以及溫度均會影響咖啡的風味，其中該流動速率介於4cc/s~6cc/s；該出水量介於250cc至350cc。為了提供相對較精確的出水溫度，參考圖2，本發明在熱水儲水槽205的上部出水端附近設置一溫度感測器(該位置的水溫可以由如圖1所示的溫度顯示器107顯示)，另外於熱水儲水槽205較下方處設置另一溫度感測器用於做為溫控加熱器213的溫度控制。

從使用者的觀點，參考圖1-2，操作本發明自動沖泡式咖啡機的步驟為，首先開啟電源。接著，利用抽水泵將水抽至上述熱水儲水槽205內，待熱水儲水槽205至一定水位後停止注水。設定利用溫度控制器105設定煮水溫度並控制加熱器(加熱單元)213煮水，當熱水儲水槽205到達設定水溫後放置待沖泡之咖啡杯組117於可轉動承接盤119上，然後啟動微控制器230，輸入程式(包括線性以及旋轉馬達、出水頭流量、時間等控制參數設定)。接著即可啟動一鍵式自動沖泡程序，具體如圖4所示，按下啟動鍵(步驟401)，接著微控制器運行程式(步驟403)，並同步進行以下動作：經由微控制器第一輸出端控制旋轉馬達運行(步驟405)、由微控制器線性馬達介面控制出水頭的作動(步驟407)、 以及經由微控制器第二輸出端讀取流量計所輸出流量訊號控並制出水管路的電磁閥的開關動作來控制出水頭的出水量(步驟409)。在一較佳實施例中，線性馬達驅使出水口線性運動，其線性速率約為0.5cm/s~1.0cm/s；旋轉馬達之轉速約為5rpm~10rpm以驅動咖啡杯旋轉；經由上述線性往復運動給水，配合旋轉咖啡杯，以模擬手沖咖啡之作動。經由發明人苦心思慮反覆實驗得知上述參數，才可以完全模擬出仿人的沖泡手感，因此形塑一具有人工智能的沖泡機器。先前技術完全不考慮出水口線性運動與旋轉咖啡杯間之相對運動，亦沒有考量出水口參數，諸如流量、流速、溫度等；因此完全無法達到本發明不可預期模擬手感沖泡之效果與仿人之優點。此外，上述之溫度、流量、流速，可藉由依據不同風味咖啡參數所控制微控制器，而此微控制器具有已編程儲存的內建咖啡風味控制程式，可依照不同咖啡風味，而進行更改輸出參數。

由圖4所描述的利用微控制器設計規畫好的內建程式可以依照不同咖啡而進行更改，總而言之具體的流量控制是其中最為關鍵的。圖5則描繪如何調節流量控制參數，首先啟動流量控制鍵(步驟501)，接著微控制器打開位於開出水管路的第二電磁閥，耦接於第二電磁閥的流量計會開始計算流量(步驟503)，然後啟動線性馬達使出水頭移動至正確位置(步驟505)，判斷流量值是否高於一閥值(步驟507)，若條件成立則手動調節節流閥(步驟509)然後回到步驟507；若條件不成立則於一時間段後判斷流量值是否達到設定值(步驟511)，當於一時間段後流量值達到設定值則停止(步驟513)，否則回到步驟507。

在不脫離本發明的範圍的情況下，可以在上述方法和系統中進行改變。因此應當注意的是，包含在上面的描述中或者在附圖中示出的內容應該被解釋為說明性的而不是限制意義的。在本文中，除非另有說明，否則形容詞“示例性”意味著用作示例、實例或圖示。以下權利要求旨在涵蓋本文描述的所有一般和具體特徵，以及在語言方面可以被說成介於其間的本方法和系統的範圍的所有陳述。

10:自動沖泡咖啡機

101:外殼

103:風扇裝設口

105:溫控裝置

107:溫度顯示器

109:主電源開關

111:出水頭

113:個別子系統電源

115:手動壓力調節器

117:咖啡杯組

119:可轉動承接盤

117a:濾紙杯

117b:咖啡杯

Claims (10)

1. 一種自動沖泡咖啡機，包括：

   一外殼，該外殼內設置有一組以上獨立運作的沖泡咖啡系統，該沖泡咖啡系統包含：

   熱水儲存槽、加熱單元、微控制器、位置可移動之出水頭以及承載待沖泡之咖啡杯組的可轉動承接盤，該微控制器控制該加熱單元、該出水頭以及該承接盤；

   上述之熱水儲存槽由一入水口注水，注入該熱水儲存槽的水係由該加熱單元加熱並由該微控制器控制溫度；

   上述之熱水儲存槽透過一出水管路連通該出水頭；

   上述之位置可移動之出水頭與該可轉動承接盤之間的相對運行模式可以由該微控制器控制；

   以及

   上述之位置可移動之出水頭的沖泡參數可以經由設置於該出水管路的電磁閥、流量計以及手動節流閥來調節；其中該微控制器具有已編程儲存的咖啡風味控制程式。
2. 如請求項1所述的自動沖泡咖啡機，其中上述之沖泡咖啡系統更包含一抽水泵經由一連通該熱水儲存槽入水口的入水管路用於對該熱水儲存槽供水。
3. 如請求項1所述的自動沖泡咖啡機，其中該微控制器是可程式微處理器或其他類似之可程式電子控制器。
4. 如請求項1所述的自動沖泡咖啡機，其中上述之沖泡參數至少包含由該出水頭所流出熱水的流動速率、出水量；其中該流動速率介於4cc/s~6cc/s；該出水量介於250cc至350cc。
5. 如請求項1所述的自動沖泡咖啡機，其中上述之電磁閥設置於該出水管路靠 近該熱水儲存槽的出水口側，上述流量計設置於緊鄰該電磁閥下游的該出水管路中、上述手動節流閥設置於位於該述流量計與該出水頭之間的出水管路中；該流量計的流量由該微控制器讀取並藉以控制該電磁閥的開關動作。
6. 如請求項1所述用的自動沖泡咖啡機，其中上述之可轉動承接盤包含：

   一圓柱形固定座裝設於該自動沖泡咖啡機的底部；

   一中空圓環可轉動地與該圓柱形固定座耦合；以及

   一圓柱形上蓋樞接於該中空圓環，其中該中空圓環的外緣與一個由一旋轉馬達所帶動的轉輪外緣扣合，該中空圓環可以由與該轉輪之外緣扣合產生的摩擦力而轉動。
7. 如請求項6所述用的自動沖泡咖啡機，其中上述之旋轉馬達由該微控制器所控制，其中該旋轉馬達之轉速為5rpm~10rpm。
8. 如請求項6所述用的自動沖泡咖啡機，其中上述之圓柱形固定座上裝設一功率75~125Watt的加熱燈泡用於對該咖啡杯組提供保溫之功用。
9. 如請求項6所述用的自動沖泡咖啡機，其中上述之圓柱形上蓋的材質包含具有選擇性透光的性質，使該加熱燈泡所發出的光譜中僅能穿透紅外光及遠紅外光，使可該轉動承接盤能以較小功率維持40-50℃的溫度。
10. 如請求項1所述用的自動沖泡咖啡機，其中上述之位置可移動之出水頭耦接至一線性馬達，該線性馬達由該微控制器控制，致使該出水頭之線性速度為0.5cm/s~1.0cm/s。

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