一种具有多级压力的咖啡萃取装置的制作方法

本实用新型属于食品加工领域，具体涉及一种具有多级压力的咖啡萃取装置。

背景技术：

在意式咖啡的萃取过程中，大多使用热水对研磨后的咖啡粉进行萃取，而在常压下，仅通过热水萃取出的咖啡溶液通常无法达到意式咖啡的浓度要求。此外咖啡粉中还包含咖啡脂(crema)，咖啡脂通常由植物油、蛋白质以及糖类所构成；咖啡脂会大大提高咖啡的口感和味道，但是咖啡脂通常无法在常压下通过热水进行有效萃取。

技术实现要素：

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种具有多级压力的咖啡萃取装置，该具有多级压力的咖啡萃取装置通过多级萃取的方式萃取出高浓度的咖啡溶液，解决了现有技术中存在的问题。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种具有多级压力的咖啡萃取装置，其特征在于：包括互相配合的网杯以及压粉头；所述网杯内部设置有滤板，所述滤板将所述网杯内部分隔成分别位于上、下的一级萃取仓以及二级萃取仓，所述二级萃取仓的出液口安装有背压阀；所述压粉头的侧壁面和所述一级萃取仓的内壁之间构成密封配合，所述压粉头连接有高压热水供给组件以及竖向驱动组件。

所述滤板上开设有若干小直径通孔。

所述背压阀包括筒形壳体，所述筒形壳体的一端为进水口并与所述二级萃取仓连接，所述筒形壳体的另一端为出水口；所述进水口设置有锥形阀芯以及复位弹簧，所述复位弹簧用于顶撑所述锥形阀芯与所述进水口构成密封配合。

所述锥形阀芯的尖端朝向所述进水口，所述复位弹簧的一端顶撑所述锥形阀芯，所述复位弹簧的另一端支承在设置于所述出水口的弹簧支座。

环绕所述压粉头侧壁面设置有密封圈。

所述压粉头的底部具有开口向下的槽体，所述槽体底部的开口处安装有多孔的分水板，所述分水板与所述槽体共同围合构成封闭腔体；所述封闭腔体通过管路与外部的高压热水供给组件相连通，所述管路中设置有泄压回气阀。

所述泄压回气阀包括筒形壳体，所述筒形壳体的第一端为进水口，所述筒形壳体的第二端为泄压回气口，所述筒形壳体的侧面开设有出水口；所述进水口与所述泄压回气口之间具有一同轴通道，所述同轴通道内设置有一与其内壁相配合的阀芯，所述阀芯上具有驱动其指向所述进水口复位的恢复弹簧，所述阀芯位于所述泄压回气口的端面上具有密封橡胶塞；所述阀芯与所述同轴通道的内壁之间具有供水体从所述进水口流向所述出水口的间隙。

所述进水口通过所述管路连接所述高压热水供给组件，所述出水口与所述压粉头中的所述封闭腔体相连通，所述泄压回气口与一废水槽相连通。

所述压粉头包括一个补偿弹簧，所述压粉头通过所述补偿弹簧连接所述竖向驱动组件。

所述竖向驱动组件包括沿竖直方向设置的轨道支架以及曲柄连杆机构；所述轨道支架的数目为二，两个所述轨道支架对称设置在所述压粉头的两侧；所述压粉头的两侧具有和所述轨道支架相配合的凸块；所述曲柄连杆机构包括曲柄和连杆，所述曲柄连接有把手，所述连杆的一端铰接于所述曲柄，所述连杆的另一端铰接于所述压粉头的顶部。

本实用新型的优点是：（1）通过压粉头对咖啡粉进行挤压成型，使得咖啡粉形成致密的咖啡粉饼，这样可以增加热水流过咖啡粉饼时的阻力以便减缓热水的流速同时增加热水与咖啡粉的接触时间，便于热水对咖啡粉进行充分萃取；（2）对咖啡粉进行多级加压深度萃取，可以萃取出常压作用下难以萃取的有效成分，提升咖啡的味道和口感。

附图说明

图1为本实用新型中压粉头处于升起状态时的剖视图；

图2为本实用新型中压粉头挤压并萃取咖啡粉时的剖视图；

图3为本实用新型图1中A处的局部放大图；

图4为本实用新型中背压阀的出水口的结构示意图；

图5为本实用新型中泄压回气阀的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-5，图中标记1-29分别为：网杯1、压粉头2、滤板3、一级萃取仓4、二级萃取仓5、背压阀6、竖向驱动组件7、密封圈8、轨道支架9、曲柄连杆机构10、曲柄11、连杆12、把手13、补偿弹簧14、分水板15、封闭腔体16、筒形壳体17、出水口18、锥形阀芯19、复位弹簧20、弹簧支座21、泄压回气阀22、筒形壳体23、进水口24、泄压回气口25、出水口26、阀芯27、恢复弹簧28、密封橡胶塞29。

实施例：如图1所示，本实施例具体涉及一种具有多级压力的咖啡萃取装置，其包括互相配合的网杯1以及压粉头2；在网杯1内部设置有滤板3，滤板3用于在萃取咖啡过程中承载咖啡粉；滤板3将网杯1内部分隔成分别位于上、下的一级萃取仓4以及二级萃取仓5；位于二级萃取仓5底部的出液口安装有背压阀6；压粉头2的侧壁面和一级萃取仓4的内壁之间构成密封配合；压粉头2连接有高压热水供给组件以及竖向驱动组件7。

如图1和图3所示，滤板3用于承载待萃取的咖啡粉；滤板3上开设有若干小直径通孔，该通孔用于在萃取过程中过滤萃取后的液体，防止咖啡粉穿过滤板进入二级萃取仓5；为了避免咖啡粉落下，小直径通孔的孔径在0.3mm-0.5mm之间，滤板3上小直径通孔的数目为100至300.

如图1和图2所示，为了便于使用压粉头2挤压一级萃取仓4内部的咖啡粉末；压粉头2的侧面安装有密封圈8。在挤压咖啡粉末以及萃取过程中（如图2所示）压粉头2侧面的密封圈8紧贴一级萃取仓4的内表面，使得一级萃取仓4和压粉头2之间形成密闭空间，防止萃取过程中网杯内部的水汽和咖啡粉末从压粉头2和一级萃取仓4之间的缝隙泄露。

如图1和图2所示，竖向驱动组件7用于驱动压粉头2沿竖直方向运动，以便压粉头挤压一级萃取仓4内的咖啡粉末；竖向驱动组件7包括沿竖直方向设置的轨道支架9以及曲柄连杆机构10。轨道支架9用在压粉头2运动过程中提供导向作用。在本实施中，轨道支架9的数目为二，两个轨道支架9对称设置在压粉头2的两侧；压粉头2的两侧具有和轨道支架9相配合的凸块（图中没有画出）；在压粉头2运动过程中凸块沿轨道支架9的凹槽滑动。曲柄连杆机构10包括曲柄11和连杆12，曲柄11连接有把手13；曲柄11的第一端铰接在所述咖啡萃取装置的壳体，并固定连接有一把手13；曲柄11的第二端铰接于连杆12的第一端，连杆12的二端铰接于压粉头2的顶部。通过转动把手13，曲柄连杆机构10会驱动压粉头2沿轨道支架9滑动。

如图1和图2所示，压粉头2的顶部固定安装有一补偿弹簧14；压粉头2通过补偿弹簧14连接至竖向驱动组件7。通过补偿弹簧14，压粉头2可以适应一级萃取仓4内部不同厚度的咖啡粉末，为不同厚度的咖啡粉末提供足够的补偿压力；在压粉头2挤压一级萃取仓4内部的咖啡粉末过程中（如图2所示），压粉头2底部的分水板15接触咖啡粉末之后，补偿弹簧14开始收缩；随后继续转动把手13使得补偿弹簧14继续收缩，对咖啡粉末提供足够的压力使之形成咖啡粉饼。需要说明的是，当压粉头2压到底部时，曲柄11与连杆12呈直线，由活动的四边形变成稳定的三角形结构，使得压粉头2锁止固定在该位置不动，从而抵挡萃取过程中一级萃取仓4和二级萃取仓5内所产生的高压。

压粉头2除了用于压缩一级萃取仓4内部的咖啡粉之外，还用于向一级萃取仓4内部的咖啡粉提供高压热水以便萃取咖啡；压粉头2的底部具有开口向下的槽体，槽体底部的开口处安装有多孔的分水板15；在本实施例中，分水板15通过螺栓固定安装至压粉头2；分水板15与槽体共同围合构成封闭腔体16；封闭腔体16通过管路与外部的高压热水供给组件相连通，高压热水供给组件通过高压泵进行热水的高压泵送。咖啡粉末挤压完成后即可利用压粉头2向咖啡粉饼高压加注热水，以便萃取咖啡粉饼。外部提供的高压热水通过管路输送至压粉头2底部的封闭腔体16内部，热水经过多孔的分水板15导流之后均匀的流向咖啡粉饼。

如图5所示，泄压回气阀22包括筒形壳体23，筒形壳体23的第一端为进水口24，筒形壳体14的第二端为泄压回气口25，筒形壳体23的侧面开设有出水口26；进水口24通过管路连接高压热水供给组件，出水口26与压粉头2上的封闭腔体16相连通，泄压回气口25接废水槽。进水口24与泄压回气口25之间具有一同轴通道，同轴通道内设置有一与其内壁相配合的阀芯27。阀芯27上具有驱动其指向进水口24复位的恢复弹簧28，阀芯27朝向泄压回气口25的端面上具有密封橡胶塞29；阀芯27与同轴通道的内壁之间具有供水体从进水口24流向出水口26的间隙。

如图1至图4所示，背压阀6用于在二级萃取仓5内的压力大于预定值时打开；背压阀6包括筒形壳体17，筒形壳体17的一端为进水口，进水口与二级萃取仓连接5，筒形壳体17的另一端为出水口18；进水口设置有锥形阀芯19以及复位弹簧20，复位弹簧20用于顶撑锥形阀芯19与进水口构成密封配合。锥形阀芯19的尖端朝向进水口，复位弹簧20的一端顶撑锥形阀芯19，复位弹簧20的另一端支承在设置于出水口18的弹簧支座21；弹簧支座21为连接在出水口18的镂空板；如图4所示，在本实施例中，弹簧支座21为十字形镂空板；筒形壳体17中的液体从弹簧支座21的镂空处排出筒形壳体17的外侧。

如图1和图3所示，二级萃取仓5内的压力小于预设值时，锥形阀芯19在复位弹簧20的顶撑下插入背压阀6的进水口并将进水口阻塞，此时背压阀6处于关闭状态，二级萃取仓5内的液体无法从背压阀6流出；当二级萃取仓5内部大于预设值时，在二级萃取仓5内的液体或气体的推动下，锥形阀芯19向出水口18方向运动，复位弹簧20逐渐压缩，背压阀6进入打开状态；处于打开状态时二级萃取仓5内的液体或气体经由背压阀6的筒形壳体17从背压阀6的出水口流出；开启背压阀6的压力由复位弹簧20决定，通过换装不同弹性模量的弹簧，可以调整开启背压阀6的压力。

如图1至图3所示，使用本实施例的具有多级压力的咖啡萃取装置对咖啡粉进行萃取包括以下步骤：

1）装填咖啡粉；使用竖向驱动组件7将插设在一级萃取仓4内的压粉头2向上拔出；随后将咖啡粉倒入一级萃取仓4内部，装填的咖啡粉堆堆在滤板3的上表面；为了保证萃取质量，每次装填咖啡粉的重量在8g-10g之间。

2）咖啡粉挤压成型；使用竖向驱动组件7驱动压粉头2向下运动，并插入一级萃取仓4内部，位于压粉头2下表面的分水板15对一级萃取仓4内部的咖啡粉进行挤压，使之形成致密的咖啡粉饼；在挤压过程中，首先压粉头2底部的分水板15接触咖啡粉末之后，补偿弹簧14开始收缩；随后继续转动把手13使得补偿弹簧14继续收缩，对咖啡粉末提供足够的压力使之形成咖啡粉饼；补偿弹簧14的设置使得压粉头2可以为不同体积的的咖啡粉提供足够的压力。通过挤压成型，咖啡粉形成致密的咖啡粉饼，这样可以增加热水流过咖啡粉饼时的阻力以便减缓热水的流速同时增加热水与咖啡粉的接触时间，便于热水对咖啡粉进行充分萃取。

3）对咖啡粉进行浸润；压粉头2保持锁止挤压状态，使用高压热水供给组件经泄压回气阀22向压粉头2供应高压热水；高压热水流入压粉头2内部的封闭腔体16，随后高压热水穿过封闭腔体16下表面的多孔的分水板15向咖啡粉饼均匀扩散；咖啡粉浸润膨胀后变得更加致密，热水流过咖啡粉饼受到的阻力进一步增大；

需要说明的是，高压热水流经泄压回气阀22时，阀芯27在来自进水口24的水压作用下向泄压回气口25的方向移动；同时恢复弹簧28处于压缩状态，密封橡胶塞29将泄压回气口完全堵塞，热水从进水口24经由阀芯27与同轴通道的内壁之间的空隙流向出水口26从而进入压粉头2。

4）对咖啡粉进行一级萃取；一级萃取过程中，高压热水供给组件继续向压粉头2供应高压热水；随着热水的供给，一级萃取仓4内部的压力不断增大；当一级萃取仓4的内的压力大于一级萃取阈值时，高压热水在高压的作用下热水流过浸润的咖啡粉饼以及滤板3，进入二级萃取仓5内部。一级萃取阈值主要由咖啡粉饼的阻力和滤板3上的小直径通孔由于微孔效应造成的阻力共同决定；在一次萃取过程中，高压热水在各种阻力的作用下缓慢流过咖啡粉饼，使得咖啡粉可以与高压热水充分接触，以便咖啡粉被充分萃取。

在一级萃取过程中，二级萃取仓5底部的背压阀6尚未打开，此时包含萃取成分的高压热水进入二级萃取仓5内部，二级萃取仓5内部的压力不断增大，当二级萃取仓5内部的压力大于二级萃取阈值时，背压阀6进入打开状态，对咖啡粉进行二级萃取，二级萃取阈值由背压阀6内部的复位弹簧20的回弹力度决定。

5）对咖啡粉进行二级萃取；在二级萃取随着包含萃取成分的热水通过背压阀6流出二级萃取仓5；由于在二级萃取过程中包含萃取成分的热水需要具备足够压力以便开启背压阀6，因此二级萃取过程中咖啡粉粉饼承受更大水压。在二级萃取过程中咖啡粉饼承受的水压可达12bar-15bar，在巨大水压的作用下可以对咖啡粉饼实现深度萃取，咖啡粉饼中的油脂（crema）以及其他在低压条件下溶解度较低的有效物质可以在巨大的水压作用下溶解在高压热水中进入二级萃取仓5。萃取完成后，包含萃取成分的咖啡溶液从背压阀6中流出，进入收集容器内部。

6）待完成萃取后，高压热水供给组件中的水泵停止泵水，由于水泵具有单向结构性，因此一级萃取仓4和二级萃取仓5中的压力不会通过高压热水组件得到释放；当高压热水供给组件停止泵水后，水压作用消失，恢复弹簧28将阀芯27向进水的方向推动，此时泄压回气阀22工作在复位状态；处于复位状态时，一级萃取仓4和二级萃取仓5中所具有的超过10bar压力的残余水汽通过分水板15、出水口26、阀芯27与同轴通道的内壁之间的空隙以及泄压回气口25排到废水槽内，从而达到泄压的目的，其中，分水板15能够阻挡咖啡粉向出水口26方向的流动。

在上述一级萃取和二级萃取过程中，高压热水的温度在95℃-98°之间，萃取时间为15s-25s，整个萃取过程中高压热水供给组件供应水量为30ml-45ml,从背压阀中流出的咖啡溶液的体积可达25ml-35ml；在本实施例中，通过调节供水组件的供水流量从而调节咖啡粉饼承受的水压，在本实施例中，供水组件的供水流量稳定在1.0g/s-2.0g/s。

本实施例的有益技术效果为：（1）通过压粉头2对咖啡粉进行挤压成型，使得咖啡粉形成致密的咖啡粉饼，这样可以增加热水流过咖啡粉饼时的阻力以便减缓热水的流速同时增加热水与咖啡粉的接触时间，便于热水对咖啡粉进行充分萃取；（2）对咖啡粉进行多级加压深度萃取，可以萃取出常压作用下难以萃取的有效成分，提升咖啡的味道和口感。