本發明涉及一種根據獨立權利要求的前序部分的用于制備飲料的沖泡單元、飲料制備機、系統和方法。

背景技術：

1、現有技術中已知有多種用于飲料制備機的沖泡單元。

2、例如，wo?2023/036601?a1公開了一種用于飲料制備機的沖泡單元，該沖泡單元在沖泡室中容納膠囊，并且在沖泡室關閉后，通過由液壓驅動的壓力活塞減小沖泡室的容積。

3、wo?2020/233783?a1公開了一種用于沖泡單元的沖泡室，其中沖泡室的一個半部具有液壓可移動滑塊，以增加沖泡室兩半部之間密封件上的接觸壓力。

4、wo?2022/018242?a1公開了一種帶有可移動壁部件的沖泡室，用于將固體劑型的飲料物質破碎以便萃取。

5、此類沖泡室的缺點在于液壓運動無法精確控制。此外，液壓致動存在結垢風險，并且需要相對較大的能量，尤其是在使用加熱的沖泡液時。而且，液壓控制需要單獨的液壓容積，該容積必須在萃取過程中或萃取后流入膠囊，或者排放到廢物容器中。

技術實現思路

1、本發明的目的是克服現有技術的缺點。具體而言，本發明提供一種用于制備飲料的沖泡單元、飲料制備機、系統以及方法，其能夠精確調節沖泡室的容積。

2、本任務由獨立權利要求中限定的裝置解決。從屬權利要求中可以得出更多實施例。

3、在下文中，“沖泡室”是指接收以散粉形式和/或以一個或多個顆粒和/或壓縮片劑形式存在，和/或封裝在殼體和/或膠囊中的飲料物質，并允許液體流經以制備飲料的腔室。

4、飲料物質是指在液體作用下可制得飲料的物質。例如，飲料物質可以包括茶草、咖啡粉、干湯料、可可粉等。飲料物質可以以散粉形式和/或以一個或多個顆粒和/或壓縮片劑形式存在，和/或封裝在殼體和/或膠囊中。

5、此處所指的萃取是指在液體的作用下，從飲料物質中制備飲料的過程。溫度、壓力或液體的停留時間等多種因素都會影響最終制備的飲料。

6、根據本發明的用于飲料制備機的沖泡單元包括至少第一沖泡室半部和第二沖泡室半部，二者構成沖泡室。第一沖泡室半部和第二沖泡室半部可彼此相對移動，從用于插入飲料物質的打開位置移動到用于形成具有一定容積的封閉沖泡室并萃取飲料物質的關閉位置。第一沖泡室半部和/或第二沖泡室半部具有至少一個用于刺穿包封飲料物質的殼體的穿刺尖。第一沖泡室半部和/或第二沖泡室半部的設計使得在關閉位置可以改變封閉沖泡室的容積。可通過機械接合電機，和/或液壓驅動裝置，和/或用戶可操作的裝置來改變容積。

7、此處及下文中，“打開”位置是指沖泡室的兩半部彼此分開，以便插入飲料物質。當沖泡室的兩半部處于打開位置時，沖泡室不適用于萃取飲料物質。相應地，“關閉”位置是指先前插入的飲料物質被封閉。當沖泡室的兩半部處于關閉位置時，沖泡室即可用于萃取飲料物質。

8、穿刺尖的存在使得封閉在殼體內的飲料物質能夠用于飲料的制備。一方面，這方便用戶進行定量添加；另一方面，這可以防止沖泡室被飲料物質的殘留物污染。這顯著減少了沖泡室或其兩半部的清潔需求。穿刺尖可以設計成中空套管，萃取液可以通過其內孔注入殼體，或者將制備好的飲料從殼體中取出。然而，也可以設想，穿刺尖只是在殼體上提供了一個開口，流體沿著穿刺尖的外側流入殼體或從殼體流出。

9、改變沖泡室的容積的能力使得容積可以根據最佳萃取所需的飲品物質的量或體積精確調整。例如，這可以使分份膠囊膨脹。同樣地，也可以減小分份膠囊的容積以確保正確萃取，例如，在含有少量咖啡粉的分份膠囊的情況下。此外，還可以將一個或多個壓縮片劑形式的飲料物質壓碎和/或松散。另外，還可以通過減少萃取后的容積來擠出剩余的飲料物質，例如防止滴漏。此處所指的容積變化并非僅指密封元件的塑性變形和/或彈性變形所導致的容積變化。封閉式沖泡室的容積可以基于預設的萃取容積進行至少3%、優選至少5%、更優選至少7%的調整。預設萃取容積是指通常用于實現最佳萃取的容積。

10、采用機械接合電機和/或液壓驅動裝置，可使電機控制系統對沖泡室的容積做出直接響應，從而實現對所需容積的精確調節。

11、機械接合電機可以包括電動機。沖泡單元通常用于電動飲料制備機中。因此，電動機的使用簡化了容積的改變。此外，電動機能夠實現對容積的精確控制和受控變化。電動機還可以用于驅動雙向運動，并可隨時改變運動方向。沖泡室的容積可以獨立于驅動裝置類型進行減小或增大。

12、可配備單獨的泵，通過液壓驅動來改變容積。已配備的用于萃取液的泵也可通過合適的閥門控制用于液壓驅動。

13、如果容積變化由用戶可操作的合適裝置實現，則并非絕對需要機械接合電機。例如，用戶可以通過控制桿和/或齒輪機構來改變體積。這能讓用戶感受到對所制備飲料品質的掌控，如同使用帶有手動壓力控制的傳統咖啡機一樣。

14、第一沖泡室半部和/或第二沖泡室半部可設計成兩件式，包括外部部件和內部部件，且外部部件和內部部件可相對移動。這種沖泡室半部的設計便于改變封閉式沖泡室的容積。在改變容積的過程中，沖泡室可以保持封閉狀態，從而防止飲料物質和液體從沖泡室中泄漏。然而，沖泡室也可以略微打開，例如用于排出殘留的水。在沖泡過程中，沖泡室也可以打開，例如在實際制備飲料之前從沖泡室中排出沖洗水，特別是用于調節飲料物質的沖洗水。沖泡室半部的外部部件和內部部件可以彼此獨立地移動。

15、外部部件可具有通道，尤其是帶有空心圓柱形區域的通道，內部部件安裝在該通道內，以便以密封方式移動。空心圓柱形區域不限于圓筒形區域，而包括沿直線或曲線移動閉合平面曲線所形成的任何區域。通過使內部部件相對于外部部件移動來改變容積。內部部件在外部部件中的密封安裝使得，例如，在改變容積的同時使沖泡室內的壓力發生變化。

16、電機與任何變速器、液壓驅動裝置和/或用戶操作裝置可以設計成使內部部件零件能夠以0.1-3.0n/mm2范圍內的力移動，優選在0.4-2.0n/mm2范圍內，最優選在0.8-1.2n/mm2范圍內。根據應用的不同，該力的范圍可以有所不同。例如，如果需要在萃取前后減小膠囊(尤其是鋁制膠囊)的體積，則必須合理設計作用力，使膠囊，特別是膠囊殼體或膠囊主體能夠發生形變。當然，所需的作用力不僅取決于膠囊的材質，還取決于膠囊的整體設計以及作用力在膠囊上施加的作用點。然而，如果僅在萃取過程中增加沖泡室的體積，以便為飲料物質提供更多空間，則容積變化所需的力可以較小。優選地，電機與沖泡室兩半部的閉合運動解耦。因此，電機無需施加完全閉合沖泡室所需的全部作用力。此外，由于電機無需完成整個閉合運動，其運動范圍可以保持較小。如果沖泡室兩半部的關閉動作仍采用傳統方式，通過操作杠桿實現，并且僅通過電機執行改變容積，用戶便能感受到對沖泡過程的直接影響。也可以設想，大部分關閉動作由用戶完成，僅最后一段由電機驅動。這意味著同一電機驅動裝置可以同時驅動關閉動作的最后階段和/或開啟動作的初始階段。例如，可以特意在沖泡室兩半部之間留出縫隙，以便排出沖泡室內的殘留物或沖洗水。液壓驅動裝置或用戶可操作的裝置也可以以同樣的方式與沖泡室兩半部的關閉動作解耦。

17、內部部件可具有通往沖泡室的入口，用于引入萃取液，尤其是至少一個注射器狀的穿刺尖，尤其用于刺穿膠囊殼體并將萃取液注入膠囊內。內部部件上的入口布置不僅可以改變容積，還可以改變入口與布置在沖泡室中的飲料物質之間的距離。尤其當入口設計有一個或多個穿刺尖時，可以精確控制膠囊的穿刺時間和/或穿刺尖或穿孔針從膠囊中移除的時間。

18、封閉式沖泡室的容積可以調節至預設的萃取體積，范圍為7000mm3至94000mm3，優選10500mm3至70000mm3，更優選14000mm3至47000mm3。基于預設萃取體積，封閉式沖泡室的容積可在預設萃取體積的30%至300%范圍內調節，優選40%至200%，更優選50%至150%。預設萃取體積是指通常用于實現最佳萃取的體積。因此，用于萃取咖啡的預設萃取量適用于3克至40克范圍內的咖啡粉，優選4克至30克，更優選5克至20克。

19、第一沖泡室半部和/或第二沖泡室半部可至少配備一個注射噴嘴，用于注入沖洗液，以噴灑和/或潤濕飲料物質和/或沖洗沖泡室。例如，注射噴嘴可用于在萃取前后沖洗沖泡室，以達到清潔的目的。它還可用于在萃取前預熱沖泡室，從而使后續的飲料物質萃取以及由此產生的飲料從一開始就達到所需的溫度。此外，也可以潤濕置于沖泡室中的飲料物質，以提高后續萃取的質量。通過噴灑和/或潤濕還可以影響膠囊殼體的物理特性。例如，用熱水噴灑塑料膠囊可以使其軟化，從而在后續萃取過程中膨脹。同樣，噴灑也可以軟化飲料物質周圍的殼體，例如，當體積減小時，包封在殼體內的飲料物質片劑可以破碎和/或松散。

20、沖洗液不必與萃取飲料物質的液體不同。這樣做的好處是，飲料制備機無需配備專門的沖洗液儲罐。當然，例如，也可以想象到沖洗液與萃取液不同，并且從不同的儲罐中供應。在這種情況下，優選確保萃取液不被沖洗液污染。

21、注射閥可布置在通往注射噴嘴的供液管路中。這種注射閥可實現定向的開口，從而控制沖洗液注入的精確時間。例如，它還可以精確控制沖洗液的用量。

22、注射閥可形成于內部部件和外部部件之間，并可以通過內部部件和外部部件之間的相對位置來控制。這使得通過電機、液壓裝置和/或可用戶操作的設備輕松控制該閥門。尤其值得一提的是，無需使用昂貴的電磁閥。

23、注射噴嘴可由進入沖泡室的入口形成，這種設計較為簡單。

24、注射噴嘴可設計為位于外部部件和內部部件之間的縫隙式噴嘴，這意味著無需設計單獨的噴嘴。同時，內部部件和外部部件之間的縫隙式噴嘴還能防止飲料物質積聚在內部部件和外部部件之間的縫隙中。

25、沖泡室可具有用于排出從飲料物質中提取的飲料的出口，以及用于排出廢液的開口。該開口可以與出口分開單獨設計。

26、此處及下文中，“廢液”是指任何不用于飲用的液體。例如，用于沖洗沖泡室和/或噴灑和/或潤濕飲料物質殼體的液體。泄漏液體也屬于廢液，即部分萃取液從，例如，飲料物質殼體逸出，或通過穿刺尖穿過殼體形成的通道逸出。

27、通過設計獨立的開口，可以輕松排出廢液，避免其流經出口，從而有效防止沖泡好的飲品受到污染。然而，也可以想到開口是由出口本身形成的。這樣，沖泡好的飲料就可以在沖泡室外部部件進行分離，例如通過單獨的出口(特別是帶有閥門的出水口)。還可以想到，不設置明確形成的開口，而是將沖泡室的兩半部移動到彼此不緊密扣緊的位置。這樣，廢液就可以通過沖泡室兩半部之間的縫隙排出。

28、如果按照預期用途使用，開口可以位于沖泡室的最低點。這種設計可以確保沖泡室內的廢液完全排出。

29、按預期用途使用時，開口也可位于沖泡室的上部，尤其是在沖泡室的最高點。在這種布置下，開口還可用于向沖泡室供氣和/或排氣。例如，這樣的開口便于分離沖泡室的兩半部，因為可以避免負壓。另一方面，這種布置也允許從沖泡室排出空氣，否則可能會導致萃取失控。開口可根據需要通過電磁閥打開和/或關閉。然而，也可以想到，當膠囊膨脹或沖泡室容積減小時，膠囊本身可以關閉開口。當膠囊膨脹和/或沖泡室容積減小時，沖泡室中任何廢液可以通過此開口排出，或者在打開沖泡室時排出。當使用可控閥時，該開口還可以用來降低沖泡室中增大的壓力，例如，壓力會壓迫沖泡室中的鎖并將其阻塞。這樣一來，沖泡室的開啟就更加容易。當然，開口可以設置在沖泡室的最低點，也可以設置在沖泡室的頂部，從而兼具上述優點。

30、沖泡室可具有安全閥，當沖泡室內的壓力過高時，安全閥會打開。這可以防止在壓力過高的情況下，萃取液、沖洗液和/或廢液發生不受控制的泄漏。安全閥可以設計為壓力范圍為20巴至25巴。一旦沖泡室內的壓力超過此范圍，安全閥就會開啟，排出導致壓力過高的液體。優選地，安全閥的開啟位置應設置在用戶無法觸及的地方。

31、安全閥可以通過沖泡室兩半部之間的密封件來實現。因此，無需其他部件。只需設計該密封件，使其能夠發揮安全閥的功能即可。例如，該密封件具有一個朝內的密封唇，當壓力超過預設值時，該密封唇會向外推，從而在沖泡室兩半部之間打開縫隙。

32、可以設想，只有一個沖泡室半部設有至少一個穿刺尖，而另一個沖泡室半部則設有至少一個用于穿透包圍飲料物質的殼體的穿透裝置和頂出器。通過對穿透裝置進行適當設計，例如可以規定，當沖泡室打開時，剩余的飲料物質粘附在穿透裝置上，并從至少一個穿刺尖上脫落。頂出器可用于將用過的飲料物質從穿透裝置上分離。優選地，頂出器設計成可以相對于穿透裝置移動。例如，頂出器可以設有開口，穿透裝置通過這些開口延伸到沖泡室中。將頂出器向沖泡室方向前進，即可將飲料物質從穿透裝置上刮下來。在此過程中，頂出器、穿透裝置或兩者都可以移動。

33、頂出器可以安裝成相對于穿透裝置在頂出位置和縮回位置之間移動，從而在頂出位置時，至少一個穿透裝置可被頂出器遮蓋；而在縮回位置時，至少一個穿透裝置可暴露出來。當沖泡室打開且飲料物質被注入時，頂出器也可以保持在頂出位置，以避免穿透裝置損壞包封飲料物質的殼體。

34、此外，這還允許在頂出器移動到縮回位置之前預先沖泡飲料物質，并在殼體內建立壓力。由此可以主動控制殼體上出口開口的形成。

35、也可以設想，只有一個沖泡室半部設有至少一個穿刺尖，而另一沖泡室半部則設有用于切破和/或破開包封飲料物質的殼體的結構。該結構可以設計成只有在殼體內部部件預設壓力或殼體與結構之間預設接觸壓力下才能切破和/或破開殼體。這樣就可以在壓力下萃取，尤其是在壓力驟降的情況下進行萃取。與傳統的穿刺方式相比，壓力驟降或在壓力下對飲料物質進行預沖泡/潤濕會導致總溶解固體(tds)含量增加。萃取率也可以得到提高，特別是提高約20%至24%。萃取率是指用6.0克咖啡粉制作40毫升濃縮咖啡的萃取率。與無內部部件壓力的穿刺方式相比，這相當于萃取率提高了至少0.5%，優選1.0%，更優選至少2.0%。

36、用于切破和/或破開包封飲料物質的殼體的結構可以具有多個從表面突出的凸起和/或凹槽。該表面可以是平坦的，也可以是曲面的。

37、例如，該結構可以設計成類似于已知的帶有凸起的凸板，這些凸起的形狀可以是圓錐體或棱錐體，尖頭或鈍頭，或者圓柱體。切破和/或破開殼體所需的接觸壓力或內部部件壓力可以通過凸起的邊緣和/或頂端的設計及其數量來確定。

38、類似地，該結構可以由布滿孔洞的表面或僅設有凹槽構成。切破和/或破開所需的壓力可受凹槽設計(尤其是其尺寸和數量)以及表面到凹槽過渡設計的影響。

39、根據本發明的一種飲料制備機，包括如上所述的沖泡單元。

40、根據本發明的一種飲料制備系統，包括裝有飲料物質的膠囊和如上所述的飲料制備機，其中，尤其當沖泡室的容積改變時，膠囊的形狀也可以改變。

41、一種使用尤其如上所述的飲料制備機制備飲料的方法，至少包括以下步驟：

42、-將裝在殼體內的飲料物質送入沖泡室；

43、-關閉沖泡室并形成容積；

44、-通過刺穿包封飲料物質的殼體，將萃取液注入殼體，并將萃取液從殼體和沖泡室中排出，從而從飲料物質中提取飲料；

45、-在萃取之前、期間和/或之后改變密封沖泡室的容積；

46、其中，容積的改變由機械接合電機、液壓驅動裝置和/或用戶可操作的裝置實現。

47、通過改變沖泡室的容積，可以精確地調整至為實現最佳萃取所需的飲料物質的尺寸或體積。例如，這可以使分份膠囊膨脹。同樣地，也可以減小分份膠囊的體積，以確保萃取充分，例如，當分份膠囊的咖啡粉用量較少時。同樣地，還可以將一個或多個壓縮片劑形式的飲品物質壓碎并松散。此外，萃取后減小容積還可以擠出剩余的飲品物質，例如防止滴漏。

48、將飲料物質置于殼體并包圍它，一方面，打開沖泡室時，可以將所有飲料物質全部取出，從而大大簡化沖泡室的清潔工作。另一方面，飲料物質可以分裝成密封的小包裝。飲料物質可以密封在殼體中，實現不透氧和/或不透味，從而可以儲存更長時間。

49、刺破殼體后，即可在殼體內部部件進行萃取，進一步減少了清潔工作量。沖泡室本身無需與已制備的飲料接觸，這也降低了連續萃取不同飲料物質時發生交叉污染的風險。此外，飲料物質還能被密封在隔絕香氣和/或氧氣的殼體中。

50、采用機械接合電機和/或液壓驅動裝置來改變沖泡室的容積，使得電機控制或泵控制能夠直接響應沖泡室的容積變化，從而實現對容積的精確調節。

51、如果體積變化由用戶可操作的合適裝置實現，則機械接合電機并非絕對必要。例如，用戶可以通過操縱桿和/或齒輪機構來改變體積。這能讓用戶感受到對飲品品質的掌控，如同使用帶有手動壓力控制的傳統咖啡機一樣。

52、封閉式沖泡室的容積可以減小。這樣可以將處于壓縮狀態的飲品原料打散并機械松動，從而從一開始就提高萃取率。然而，也可以增大封閉式沖泡室的容積，例如，為了適應飲品原料與萃取液接觸后的膨脹。還可以想到先減小再增大封閉式沖泡室的容積。同樣，也可以先增大再減小容積。此外，還可以進行多次容積的減小和增大循環。

53、封閉式沖泡室的容積可以預設為7000mm3至94000mm3的萃取容積，優選10500mm3至70000mm3，更優選14000mm3至47000mm3。基于此預設萃取容積，封閉式沖泡室的容積可以在預設萃取容積的30%至300%范圍內變化，優選40%至200%，更優選50%至150%。預設萃取容積是通常用于實現最佳萃取的容積。因此，用于萃取咖啡的預設萃取容積適用于3g至40g的咖啡粉用量，優選4g至30g，更優選5g至20g。

54、在改變封閉式沖泡室的容積之前，可以先用沖洗液噴灑和/或潤濕放入沖泡室的飲料膠囊殼體。例如，這可以用于將沖泡室預熱至工作溫度。此外，還可以改變膠囊殼體的物理性質。例如，加熱可以軟化塑料膠囊殼體，使其在后續萃取過程中適應沖泡室的容積。同樣地，軟化的膠囊殼體也更容易變形，例如，膠囊的體積，即飲料物質被包封的空間，可以通過膠囊殼體內的內部部件壓力輕松減小或增大。同樣地，由可生物降解材料制成的膠囊殼體可以通過噴灑/潤濕使其軟化，從而變得柔韌且富有彈性。因此，當容積減小時，可以破碎封裝在膠囊殼體內的壓縮片劑，這對于制備出令人滿意的飲料至關重要。

55、用于噴灑或潤濕的沖洗液可在萃取飲料之前從沖泡室排出，例如通過上述開口排出。因此，可以防止該液體與沖泡好的飲料混合。

56、噴灑和/或潤濕可通過注射噴嘴進行，特別是通過安裝在第一沖泡室半部和/或第二沖泡室半部的外部部件和內部部件之間的縫隙式噴嘴，其被安裝在其中以便相對可移動。根據噴嘴的設計，它可以將注入的沖洗液精細霧化或以液流形式噴射。精細霧化時，只需少量沖洗液即可噴灑和/或潤濕殼體。縫隙式噴嘴位于兩個可移動部件之間，這種設計便于防止結垢，并確保部件之間積聚的任何污垢都能被沖洗干凈。

57、注射閥可由電機和/或液壓驅動裝置控制，用于噴灑和/或潤濕。通過電機和/或液壓驅動裝置控制注射閥，無需單獨的閥門控制裝置。此外，該閥門可設計為低成本的機械閥，也無需使用電磁閥。這使得閥門的制造成本得以降低。

58、當殼體內達到預設壓力和/或經過預設時間和/或預設量的萃取液被引入殼體和/或達到預設的體積流量后，萃取液可以從殼體和沖泡室排出。這使得在壓力下在沖泡室中對飲料進行預沖泡和萃取成為可能。這意味著可以優化飲品品質，尤其是在沖泡咖啡時，并且可以控制排水時間。毋庸置疑，萃取液的排出不受體積變化的影響。具體來說，萃取液也可以在飲料制備機中排出，該飲料制備機沒有改變封閉式沖泡室容積的驅動裝置，而且封閉式沖泡室的容積也沒有變化。

59、例如，只有在殼體內達到預設壓力和/或經過預設時間和/或預設量的萃取液被引入殼體和/或達到預設的體積流量后，才能在殼體上開孔以排出萃取液。該開口可以主動形成(例如通過移動穿透裝置)，也可以被動形成(僅由殼體內部部件壓力觸發)。

60、為了形成用于排出萃取液的開口，殼體可通過至少一個穿透裝置刺穿，和/或在結構處被切破和/或破開。穿透裝置可主動移動或釋放。也可以想到，殼體由于其內部部件壓力的存在而膨脹，向穿透裝置移動，從而被動地被刺穿。同樣地，殼體由于其內部部件壓力的存在而膨脹，壓向結構，從而完全被動地被切破和/或破開。當然，當達到預設壓力和/或預設時間，和/或引入預設量的萃取液，和/或達到預設體積流量時，該結構也可以向殼體移動。