用于冲制例如咖啡的饮料的机器和相关的方法

专利名称：用于冲制例如咖啡的饮料的机器和相关的方法
用于冲制例如咖啡的饮料的机器和相关的方法
优先禾又禾U要求(claim of priority)
此申请要求2005年4月11日提交的美国临时专利申请No. 60/670,955， 2005年9月20日提交的美国临时专利申请No. 60/719,069和 2006年4月6日提交的美国临时专利申请No 60/790，417的优先权。此申 请也要求2006年4月11日提交的国际专利申请No. PCI7US2006/013930 的优先权，和2006年4月6日提交的美国外观设计申请No. 29/257,647和 2006年4月6日提交的美国外观设计申请No. 29/257，662的优先权。所有 以上的申请通过参考合并于此。
背景技术：
在用于冲制咖啡的很多技术中，内行认为法式压制技术(French press technique)是对于口味和研磨咖啡的使用效率来说最好的一个技 术(效率与被冲制的咖啡的量与所使用的研磨咖啡的量的比值成比 例)。在理论上，好的口味和效率是法式压制技术可以实现的相对彻 底地将咖啡研磨物湿润的结果允许。湿润取决于在冲制期间咖啡研磨 物与水的接触表面积，且取决于冲制时间中的发生这种接触的部分。 接触面积和接触时间越大，则咖啡研磨物的湿润越彻底。
参考图1和图2描述法式压制技术。
参考图l，将研磨咖啡10和热水12放入咖啡容器14内，且允许冲制 咖啡。因为研磨咖啡10经常漂浮到水12的表面，因此可以搅拌或以另 外方式搅动研磨咖啡和水的混合物以更彻底地将组成研磨咖啡的各咖 啡研磨物湿润。
参考图2，在己冲制咖啡15后，抓住过滤器18的手柄16，将过滤器插入到咖啡容器14内，且向壶的底部向下压过滤器。为使得冲制的咖 啡的口味在容器之间相对地均匀，典型地使用计时器且人工地监测计 时器以测量冲制时间。
因为过滤器18使得液体通过但不允许咖啡研磨物尺寸的微粒通 过，所以当向咖啡容器14的底部压过滤器时，大体上无研磨物的冲制
咖啡15填充了在过滤器上方的容器空间，而过滤器将研磨咖啡10保持 在过滤器下方的容器部分内。当然，过滤器18的边缘20和容器14的内 侧22形成了足以防止咖啡研磨物在过滤器边缘与容器内侧之间通过的 密封。
当将过滤器18压下到咖啡容器14的嘴口24以下时，可以将大体上 无研磨物的冲制咖啡15通过嘴口注入杯(在图1和图2中未示出)内。 虽然可以在过滤器处于嘴口24下方之后停止压过滤器18，但典型地将 过滤器一直压到咖啡容器14的底部以降低不够大的咖啡研磨物通过过 滤器进入杯内的可能性。
仍参考图2，当注出希望量的冲制咖啡15后，通过拉手柄16将过滤 器18从容器14取出，从容器去除研磨咖啡IO，然后清洁过滤器和容器。
不幸的是，与以上所述的法式压制技术相关的问题是该技术经常 太耗费时间且对于提供大量咖啡的例如咖啡店、餐馆和工作场所的设 施太难于使用。冲制咖啡的口味典型地取决于冲制参数，冲制参数包 括咖啡研磨物的尺寸(即研磨尺寸或一致性)，水温，研磨咖啡与水 的比，和冲制时间。即使冲制参数中一个参数的轻微变化也可能导致 冲制咖啡口味的明显改变。因为典型地使用在图1和图2中未示出的设 备(例如，咖啡研磨器，计时器，温度计，测量杯)人工地控制法式 压制冲制参数的至少一些，因此经常难于控制这些冲制参数的全部或 控制全部参数会非常消耗时间，特别是对于冲制许多容器的咖啡且在 容器之间具有大致均匀的口味所要求的精确程度。且由于从相同容器内注出的每杯冲制咖啡典型地在容器内"驻留"不同时间长度，所以 冲制咖啡的口味可能甚至在杯与杯之间显著改变。

发明内容
用于冲制例如咖啡的饮料的机器的实施例包括室和布置在室内的
活塞组件。室可操作地接收例如水的液体和例如研磨咖啡的香基(flavor base)，且允许从液体和香基的混合物冲制饮料。活塞组件可操作地通 过在第一方向上的移动而从冲制的饮料中过滤例如用过的咖啡研磨物 的固体，且通过在第二方向上的移动促使过滤的饮料离开室。
通过将法式压制冲制技术的一些步骤或全部步骤修改或自动化， 这样的机器可以以某精度水平控制冲制参数的一个或多个，该精度水 平可以产生杯与杯之间具有一致性口味的冲制咖啡。此外，这样的机 器可以以使得机器适用于提供大量咖啡的实施的速度来冲制咖啡。另 外，这样的机器可以允许容易地在杯与杯之间改变冲制配方，其中配 方可以对于特定的咖啡品种或特定的用户偏好而定制。这样的机器的 另外的优点包括新鲜性(咖啡按订单制作而不驻留)，选择性(因为 机器可以每次冲制一杯咖啡，选择性不限于咖啡店提前准备的预先冲 制/批处理冲制的咖啡)，速度(该机器的一个实施例以竞争技术的大 致l/4的时间冲制咖啡)，和可清洁性(该机器的一个实施例可以相对 快速地且容易地在每杯之后被清洁)。


图1至图2图示了用于冲制咖啡的传统的法式压制技术。 图3是根据本发明的实施例的用于冲制例如咖啡的饮料的机器的 方框图。
图4是根据本发明实施例的图3的冲制单元的剖面侧视图。 图5是根据本发明实施例的图4的过滤器的分解等轴视图。 图6是根据本发明实施例的图4的过滤器基部的等轴视图。 图7至图12图示了根据本发明实施例的图3的饮料冲制机器的冲制循环。
图13至图15图示了根据本发明实施例的图3的冲制机器的剩余排 空循环。
图16至图19图示了根据本发明另一个实施例的图3的饮料冲制机 器的冲制循环。
图20至图22图示了根据本发明再另一个实施例的图3的冲制机器
的冲制循环的部分。
图23是根据本发明实施例的图3的饮料冲制机器的透视图。 图24是根据本发明实施例的与图3和图23的饮料冲制机器联合使
用的光学(optical)咖啡研磨器的视图。
具体实施例方式
提供了如下的描述以使得本领域普通技术人员制成和使用本发明 的一个或多个实施例。在此描述的基本原理可以应用于与如下详述的 不同的实施例和应用，同时并不偏离本发明的精神和范围。因此，本 发明不意在限制于示出的实施例，而是根据最广泛的范围与在此所披 露或建议的原理和特征一致。
图3是根据本发明的实施例的用于冲制饮料的机器30的方框图。饮 料冲制机器30使用修改的且部分直至全部自动化的法式压制技术可以 一次冲制一杯咖啡，相比于操作人员执行以上结合图1和图2所述的常 规法式压制技术所能实现的，这允许机器更快速地且在杯与杯之间更 均匀地冲制咖啡。因此，机器30经常比执行常规的法式压制技术的操 作人员更适合于冲制和提供大量咖啡的设施。
机器30包括如下部件水过滤器32，流量计34，水存储和加热单 元36，水温度控制单元38，杯保持器和过流/废物排放单元40，饮料分 配单元42，饮料运输单元44，饮料冲制单元46，杯检测单元48，液体 废物处理单元50，固体废物处理单元52，阻挡件54和控制器58。且虽 然机器30可以冲制不同于咖啡的饮料(例如茶、可可)，但为解释机器的结构和运行的目的，在此结合冲制咖啡的机器来描述机器。
水过滤器32过滤用于冲制咖啡的水。但可以从饮料冲制机器30中 省略过滤器32，特别是当机器安装在具有与机器分开的水净化系统(在 图3中未示出)的设施内时。
流量计34测量水存储和加热单元36提供到饮料冲制单元36的水 量，且因此允许控制器58控制冲制的咖啡的量。例如，如果希望冲制 16盎司杯的咖啡，则控制器58打开单元36内的填充阀(在图3中未示 出)，对流量计34进行电监测，且当流量计指示16盎司的水(或为提 供16盎司的咖啡而预先确定的其他的水量)已通入到单元36内(且因 此如下所述从单元36出来)时关闭填充阀。因为流量计34位于单元36 的入口侧(即冷水侧)上，所以流量计可以比安装在单元36的出口侧 (即热水侧)上的情况更不昂贵，更可靠，且具有更长的运行寿命。
水存储和加热单元36通过水过滤器32和流量计34接收冷的自来 水，存储此水，且在控制器58的控制下将存储的水加热到希望的温度， 例如从150 ° F到刚好低于水沸点的范围内的温度。单元36包括饱和热 水器， 一个或多个加热元件，导流件，和一个或多个温度传感器(这 些部件在图3中未示出)。加热元件的每个可以是电子加热元件或任何 其他类型的常规加热元件，且导流件使得热水器从一侧(例如底部) 填充冷水，且从另一侧(例如顶侧)填充热水，热水与来流的冷水大 体上不混合。每个温度传感器向控制器58指示了在热水器内的各位置 处的水温；其中存在多个传感器和加热元件，控制器可以确定和控制 热水器内的温度曲线(开环控制或闭环控制)，以更精确地控制提供 到冲制单元50的水的温度。在一个实施例中，热水器的容量和一个或 多个加热元件的热输出使得机器30可以在大致40至60秒内冲制16盎司 杯的咖啡，且可以无限期地持续此输出。替代地，存储和加热单元36 可以包括人工可设定的温度调节装置(在图3中未示出)，它将水温维 持在温度调节装置设定的温度下。水存储和加热单元36可以包括其他常规的部件(在图3中未示出)，
例如压力释放阀，温度保险丝，滤网(strainer)，压力调节器，防虹 吸止回阀和绝热件。压力释放阀防止热水器的压力超过预先确定的安 全压力，且可以通过过流/废物排放单元40排空到液体废物处理单元50。 如果热水器内的温度超过预先确定的安全温度，则温度保险丝可使该 一个或多个加热元件停止工作。滤网捕获可能从过滤器32逃逸且容纳 在下游部件内的大的微粒，并且可位于过滤器和流量计34之间的压力 调节器将水进入流量计的压力调节为例如40 PSI以便于在变化的环境 中的一致地运行。流量调节器也可以作为压力调节器而使用。防虹吸 止回阀防止热水器内的水通过流量计34和过滤器32 "回流"到自来水 源内，且绝热件降低了从热水器的热损失。
水温度控制单元38可以改变来自存储单元36的水的温度，以允许 杯与杯之间的不同的冲制温度。在饮料冲制循环中，温度控制单元38 从存储器36接收水，且响应于控制器64而调节从存储器接收的水的温 度。在一个实施例中，存储和加热单元36将存储器内的水加热到预先 确定的最大温度，且温度控制单元38包括阀组件(在图3中未示出)用 于将来自存储器36的热水与来自流量计34的未加热的较冷的水混合。 较冷的水将用于冲制咖啡的水的温度从存储器内的水温降低。温度控 制单元38可以通过依赖于热力学算法以开环构造运行，其通过利用加 热的水和冷水的被检测温度来调节与加热的水混合的冷水的量以提供 具有希望温度的冲制水。替代地，温度控制单元38可以通过检测提供 到冲制单元46的水的温度而以闭环构造运行，并且其响应于检测的温 度来调节与加热的水混合的冷水的量以提供具有希望温度的冲制水。 如果冷水的温度已知且相对稳定，则可以将此温度通过控制面板64输 入到存储器62内，且温度控制单元38可以以开环构造运行。此外，作 为实际上将来自流量计34的冷的自来水与热水混合的替代，温度控制 单元38可以包括换热器，该换热器允许冷水冷却加热的水同时又不实 际上与加热的水混合。使用此技术，冷却水可以绕过过滤器32和流量计34，因此潜在地延长了它们的使用寿命。温度控制单元38也可以具 有将冲制水的温度加热到存储器36内的水的温度以上的能力。
替代地，可以从机器30省略温度控制单元38且根据存储和加热单 元36将水加热到希望的温度。例如，单元36可以将存储器内的水的温 度维持在预先确定的最低温度，且然后在每个冲制循环开始时将水加 热到各希望的温度。然而，如果单元36将水加热到超过希望的冲制温 度，则机器30可以部分地或完全地倾泄(purge)热水器一次或多次， 以将水温降低到希望的等级。
温度控制单元38的优点是，如果存储器36内的水处于或高于希望 的冲制温度，则它相对快速地立即地提供处于希望的冲制温度下的水； 缺点是单元38可能增加了机器30的复杂性和费用。
比较而言，虽然省略了温度控制单元38可能减缓了机器的冲制速 度，但存储和加热单元36可以在软件控制下(通过控制器64)将用于 冲制每杯咖啡的水从预先确定的最低温度加热到任何希望的冲制温 度，而对机器不添加任何费用或复杂性。可以将热水器(在图3中未示 出)设计为使得来自存储器36以替换排出的冲制水的冷自来水降低存 储器内的水的温度使其达到或低于预先确定的最低温度，因此为下一 杯准备存储器。
杯保持器和过流/废物排放单元40保持杯(在图3中未示出)，同 时饮料分配单元42为杯填充冲制的饮料。单元40也包括排放部分以吸 收例如来自杯的溢出物、在杯移开后来自分配单元42的滴落物、来自 冲洗循环的冲洗剂、和来自清洁循环的清洁剂(冲洗和清洁循环在下 文中结合图7至图12描述)。单元40的排放部分可以是可移除的以用于 排空，或可以连接到液体废物处理单元50或直接连接到其中安装了机 器30的设施的废水管线(在图3中未示出)。且如以上所述，水存储和 加热单元36的压力释放阀可以连通到单元40的排放部分，在排放部分连接到液体废物处理单元50或直接连接到废水管线的情况下尤为如 此。
饮料分配单元42包括嘴口 (在图3中未示出)且将冲制的饮料分配 到杯(在图3中未示出)内，如在前段中描述。替代地，单元42可以包 括多个可互换的嘴口以用于不同尺寸的杯和不同的饮料。
饮料运输单元44将冲制的饮料从冲制单元46运输到排放单元42， 且也可以将液体废物运输到液体废物处理单元50。单元48可以包括电 可控的阀(在图3中未示出)，该阀响应于控制器58，在冲制单元46已 冲制了饮料后打开，以允许饮料流到分配单元42。为防止分配单元42 在无杯存在时分配饮料，控制器58可以在如果杯传感器48指示在单元 40的杯保持器部分内不存在杯的情况下关闭阀。控制器58也可以在其 他时间关闭阀且以其他方式操作阀，如在下文中结合图7至图15描述 的。替代地，饮料运输单元44可以包括多个阀，如结合图16至图19描 述的。
饮料冲制单元46从水存储和加热单元36接收加热的水(例如如果 存在水温度控制单元38)，从操作者(在图3中未示出)接收研磨咖啡， 根据修改的法式压制技术冲制饮料，且然后通过饮料运输单元44提供 冲制的咖啡到饮料分配单元42。当然，冲制单元46可以冲制不同于咖 啡的饮料(例如茶)。在下文中结合图4至图12和图20至图22进一步描 述冲制单元46。
如以上所论述，杯检测单元48向控制器58指示了杯(在图3中未示 出)是否在杯保持器和过流/废物排放单元40内存在。如果在冲制单元 46已经冲制了咖啡后杯不存在，则控制器58可以使饮料输送单元44不 工作以防止饮料分配单元42将冲制的咖啡直接输送到单元40的排放部
分内。替代地，如果在冲洗或清洁循环(在下文中描述)期间杯存在， 则控制器58可以使饮料输送单元44不工作，以防止冲洗剂或清洁溶液进入杯内。杯检测单元48可以包括任何类型的传感器，例如光学(反 射或中断)传感器、机械传感器或超声传感器。
液体废物处理单元50从杯保持和过流/废物排放单元40和/或从饮 料运输单元44接收液体废物，如以上所论述，且处理这些废物。处理 单元50可以包括管道(在图3中未示出)，管道连接到其中安装了机器 30的设施的废水管线(在图3中未示出)，或连接到液体废物容器(在 图3中未示出)。替代地，处理单元50可以从机器30的一个或多个其他 的部件接收液体废物。
固体废物处理单元52从冲制单元46接收用过的咖啡研磨物和一次 性过滤器(如果用到的话)，如下文中论述。处理单元52可以包括被 定期地从机器30移除以用于排空的容器，或可以包括滑槽，滑槽向电 子垃圾处理器内清空，直接向其中安装了机器30的设施的废水管线内 清空，或向要求定期清空的容器内清空。另外，固体废物处理单元52 可以连接成接收自来水，且可以使用自来水将用过的咖啡从处理单元 冲洗到垃圾处理器内或直接冲洗到废水管线内。处理单元52可以定期 地开始自动冲洗次序，例如在冲制每杯咖啡后。或可以人工开始或进 行冲洗次序。
湿气阻挡件54可以将控制器58与相关的电路(在图3中未示出)与 机器30的其他部件分开。例如，来自热水和冲制过程或冲制的饮料的 蒸汽可能凝结且损坏或另外地使得控制器58不能运行。此外，在输送
冷的自来水的管道上的凝结可能导致类似的问题。因此，湿气阻挡件 54帮助保持控制器58和相关的电路的干燥。替代地，冲制单元46的冲 制室(在图3中未示出)可以用作湿气阻挡件，使得可以省略分开的湿 气阻挡件54。
控制器58控制了冲制机器30的其他部件的一些或全部的运行，如 以上所论述，且包括处理器60，存储器62，控制面板和显示器64和通信端口66。
处理器60执行存储在存储器62内或在另一个存储器(未示出)内 的程序，且控制机器30的部件的运行，如在上文中论述且如在下文中 论述的。
在存储一个或多个软件程序之外，存储器62 (可以是非易失性存 储器或包括非易失性部分)还可以存储预先确定的冲制参数的组，如 在下文中结合图7至图12描述，且可以为处理器60提供工作存储器。作 为定期维护的方式，存储器62也可以记录杯的总数，每种尺寸的杯的 数量，通过机器30的水的总量，或自机器的首次使用以来的冲制饮料 的总量，自最后一次维修以来的冲制饮料的总量，或自零件替换以来 的冲制饮料的总量。存储器62也可以记录冲洗和清洁循环的次数，以 便为了包修的目的而记录下机器维修的情况如何。另外，存储器62可 以记录机器的错误以利于技术员在电话服务中诊断问题所在。存储器 62可以为以上所述事件的一个或多个保存时间戳(控制器58可以包括 实时时钟以生成时间戳)。此外，存储器62可以存储标记以指示机器 30每次使用的状态。例如，如果存储单元36某日被排放但未被填充， 则存储器62可以存储相应的标志，该标志导致显示器64在冲制机器30
下次被启动时时生成再填充存储器的警报。此外，除以上所述的之外， 存储器62可以记录任务和任务细节。例如，存储器62可以利用时间戳 记录冲制机器30进行的每个动作。例如，存储器32可以为每次冲制循 环记录时间戳，该时间戳指示了循环何时开始和结束，饮料量，希望 的水温，实际水温，冲制循环是否被取消(和指示何时取消的时间戳)， 和机器30是否等待水到达冲制温度或为此等待多长时间。另外，存储 器62可以为每次冲洗和清洁循环记录时间戳，该时间戳指示了循环何 时开始和结束，且记录希望的水温和实际的水温。存储器62也可以记 录指示了每次机器30开启的时间戳。这样的细节记录可以向咖啡店主 或咖啡烘烤者提供希望的使用/客户统计信息，例如每日冲制/销售最多 咖啡的时间和典型地出售的咖啡的类型。控制面板和显示器64允许操作者(在图3中未示出)输入冲制选项
(例如，咖啡类型，杯尺寸，和冲制参数，以及工作流程)或从处理
器60可在显示器上生成的菜单中选择冲制选项。例如，操作者可以通 过控制面板和显示器64选择单一的冲制参数(例如水温、杯尺寸和冲 制时间)，或一组预先确定的存储在存储器62内的冲制参数。作为后 者的例子，咖啡烘烤者可以具有用于其咖啡的预先确定的优选的冲制 参数。然后可以将这些优选的参数成组地存储在存储器62内，且将组 与标识相关联，标识例如咖啡的名称或类型。因此，作为单一地输入 或选择每个冲制参数(这可能是烦冗的)的替代，操作者可以仅从菜 单输入或选择标识，控制器58就使得机器30根据对应于标识的参数组 冲制咖啡。
通信端口66允许处理器60，存储器62，和控制面板和显示器64与 一个或多个处于机器30外部的设备通信。例如，端口66可以连接到计 算机(在图3中未示出)，使得可以编程或从计算机进行诊断。或，端 口66可以连接到互联网，使得可以将例如冲制参数的组的数据从咖啡 烘烤者或供应商下载到机器的存储器62内，或从存储器内通过互联网 上传例如以上所论述的和以下所论述的机器使用/客户统计信息，维修/ 错误记录，或机器设置。其中处理器60执行了网络接口 (在图3中未示 出)的功能，然后可以通过网络浏览器通过安全通道访问冲制机器30， 该安全通道例如要求在获得对机器的远程访问前输入用户名和密码。 另外，端口66可以通过无线信道从咖啡容器上或咖啡杯上的RFID标签 或条形码接收数据，例如冲制参数的组(标签可以保存杯的所有者的 优选咖啡类型，杯尺寸或从制参数)。此外，端口66可以允许处理器 60上传客户统计信息到咖啡烘烤者或供应商或上传到机器30的制造商/ 供货商，信息例如咖啡饮用者的偏好和冲制的咖啡的杯数。此外，端 口66可以连接到咖啡店内的其他机器(例如收银机)且从其他机器接 收信息(例如饮料定购数，价格，尺寸)，且作为用于从/向这些其他 机器下载/上传数据的入口。仍参考图3，构思了饮料冲制机器30的替代实施例。例如，机器30 可以包括一个或多个部件(未示出)， 一个或多个以上所述的单元或 部件可以省略，多个单元的功能可以合并到更少的单元内，或单独的
单元的功能可在多个单元之间分开。此外，冲制机器30 (图3)可以具 有模块化设计，该设计允许移开冲制单元46和机器的其他单元的一个 或多个作为各自的单元；因此，模块化设计可以便于维修或替换可移 除单元。此外，机器30可以自动化，使得操作者不需要将研磨咖啡提 供到冲制单元46。机器30的这样的自动化类型可以包括咖啡豆漏斗， 咖啡研磨器，研磨咖啡运输单元，和一个或多个其他的部件，例如在 2006年4月11日提交的国际专利申请No. PCT/US2006/013930中所描述， 之前通过参考将其合并。
图4是根据本发明的实施例的图3的饮料冲制单元46的剖面侧视 图。如以上结合图3所论述，冲制单元46允许机器30根据修改的法式压 制技术冲制咖啡，且也允许冲制其他饮料(例如，茶)。
饮料冲制单元46包括室单元块70、布置在室单元块内的冲制室72、 布置在冲制室内的活塞组件74、驱动轴76、用于驱动活塞组件在冲制 室内上下移动的马达78、和围绕冲制室布置的绝热件SO。
室单元块70具有平的顶表面82。
冲制室72可以是圆柱形的室，它包括开口84、不锈钢侧壁86、塑 料端盖88、和出口90，且在咖啡冲制时保持研磨咖啡和水(在图4中都 未示出)。端盖88向出口90倾斜，以引导液体(例如冲制咖啡，冲洗 剂，清洁溶液)到口以用于通过饮料运输和分配单元44和42 (图3)分 配，或用于通过液体废物处理单元50 (图3)分配。虽然绝热件80的顶 部和侧壁86示出为与表面82共面，但表面82可以延伸过且覆盖绝热件 和侧壁的一个或两个。活塞组件74的形状与冲制室72相同，且包括密封件92 (例如，由 PTFE (商标名为Teflon⑧)制成)、密封促进构件94 (例如橡胶垫圈)、 和过滤器组件96。密封促进构件94促使密封件92抵靠冲制室72的侧壁 86，使得活塞组件74与侧壁形成防水密封。进一步在下文中结合图5和 图6描述的过滤器组件96包括过滤器98和基部100，基部100具有一个或 多个止回阀102。如结合图7至图12在下文中进一步描述的，当活塞组 件74向上移动时，过滤器组件98从冲制咖啡中过滤出用过的咖啡研磨 物；且当活塞组件向下移动时，过滤器组件促使冲制的咖啡经由出口 卯离开冲制室72。此外，过滤器组件96的基部100可以旋紧到或以另外 方式可移除地接附到驱动轴76，以便于维修或替换活塞组件74。
驱动轴76可以是常规的螺纹轴，当马达78在一个方向上旋转时该 轴将活塞组件74向上移动，且当马达在相反的方向上旋转时将活塞组 件74向下移动。室单元块70可以包括防止活塞组件74与轴76和马达78 一起旋转的防旋转止动件或其他部件(在图4中未示出)。
响应于控制器58 (图3)的马达78可以是适合于驱动活塞组件74的 任何类型的马达，例如步进马达。室单元块70或马达78可以包括传感 器组件(在图4中未示出)，例如一个或多个限位开关，该传感器组件 向控制器58指示活塞组件74的位置、速度和行进方向。
绝热件80可以允许通过限制通过冲制室72的侧壁86的热损失而更 精确地控制冲制温度。绝热件80也可以包括加热元件和温度传感器(在 图4中都未示出)，它们允许控制器58将侧壁86维持在预先确定的温度。 替代地，绝热件80可以包括水套(未示出)，图3的水存储和加热单元 (或如果存在则是水温度控制单元38)或另一个源(在图4中未示出) 为水套填充热水。使用温度传感器，控制器58可以通过调节经过水套 的水的流量而实施对侧壁温度的闭环控制。且为了冷却侧壁86，控制 器58可以引导自来水通过水套。仍参考图4，构思了饮料冲制单元46 (图3)的替代实施例。例如，
机器可以包括未示出的部件，或可以包括被示出的部件的一个或多个。 此外，部件可以由任何合适的材料制成。此外，虽然示出了垂直的定
向，但通过对冲制机器30的适当修改(例如，室开口84上方的密封件 (未示出))冲制室72可以定向在另一个方向，例如水平方向。
图5是根据本发明的实施例的图4的过滤器98的分解等轴视图，其 中冲制室72 (在图4中示出)是圆柱形的。
过滤器98包括一个或多个(在此为三个)安装到板116的丝网层 110、 112和114。
丝网层110、 112和114可以烧结或以另外方式接附到一起且烧结或 接附到板116，并且可以由不锈钢或任何其他合适的材料形成。顶部丝 网层110可以具有开口，开口的直径在30至150微米(um)的范围内(例 如70um)，或处于由过滤器98所希望的过滤器分辨率而确定在另一个 范围内。中间层112可以具有大于顶层110的开口，且底层114可以具有 大于中间层112开口的开口。使得开口的直径从顶层110至底层114增 加，有助于防止过滤物(例如用过的咖啡研磨物)阻塞过滤器98，且 也可以允许较低的层向过滤器提供不限制流体流量的结构。替代地， 层IIO、 112、 114的一层或多层可以具有蚀刻的开口。具有蚀刻开口的 顶层110的优点在于蚀刻开口可以向顶层提供更平坦的表面，其可以便 于通过例如以橡胶滚轴擦拭而从顶层去除过滤的物质(例如，咖啡研 磨物)。
安装板116可以由不锈钢或任何其他合适的材料形成，可以具有多 个大的开口118和捕获保持结构120，同时与下层112和114一起可以向 过滤器98提供强度和刚度。虽然未示出，但纸过滤器可以布置在顶层110上，且在每次使用后 移除。纸过滤器可以提供比过滤器98更精细的过滤。
图6是根据本发明的实施例的图4的过滤器基部100的等轴视图，其 中冲制室72 (图4)和过滤器98 (图4和图5)是圆柱形的。
基部100是板，该板可以由不锈钢或由任何其他合适的材料制成， 且除一个或多个(在此为三个)止回阀102外还包括一个或多个止回阀 130， 一个或多个过滤器安装凹陷132，底部134和螺纹轴座(虚线)。
参考图4和图6，每个止回阀102由例如硅橡胶的柔性材料制成，安 装在各口130内，且包括一个或多个开口138，弹性轴140和头部142。 当活塞组件74在冲制室72的处于活塞组件下方的下部分被填充以液体 (例如冲制咖啡)时向下移动，由活塞移动生成的压力促使头部142靠 着基部IOO，使得头部与基部形成液密密封；因此，无气体或液体流动 经过头部且通过各口130。如果饮料运输单元44 (图3)打开出口90， 则活塞组件74将压力传递到液体，促使液体流出出口。相反地，当活 塞组件74在冲制室72的位于活塞组件上方的上部分包含液体且饮料运 输单元44关闭出口90时向上移动，则在冲制室的下部分内的压力降低。 此降低的压力形成了抽吸作用，该抽吸作用将头部142拉离基部100(弹 性轴140的拉伸允许该头部的这种拉离)；因此，抽吸作用也将冲制室 的上部分内的液体牵引过开口 138和口 130使其进入冲制室72的下部分 内。但过滤器98防止例如研磨咖啡的固体通到冲制室72的下部分内， 从而过滤了液体。
再次参考图6，过滤器安装座132的尺寸被设定为接收过滤器安装 板116 (图5)上的各捕获保持结构120，且从基部100的底部插入通过 该座的螺钉(在图6中未示出)接合带螺纹的支架(standoff)以将基部 固定到过滤器98 (图5) 。 O型圈(在图6中未示出)或其他密封构件可 以放置在座B2内以防止液体通过螺钉螺纹渗漏。基部100的底部134可以带有轮廓以在活塞组件74 (图4)向上移动 时向止回阀口130引导液体。
螺纹轴座136允许活塞组件74 (图4)可移除地接附到轴76 (图4)。
参考图3的饮料运输单元44和图3和图4的饮料冲制单元46，图7至 图12图示了根据本发明的实施例的图3的饮料冲制机器30在饮料冲制 循环期间的操作。在此实施例中，饮料运输单元44包括阀150，阀150 在第一位置(例如在图7中示出)将出口90连接到饮料分配单元42 (图 3)，且在第二位置(例如在图8中示出)将出口连接到液体废物处理 单元50 (图3)。此外，虽然可能没有明确地陈述，但控制器58 (图3) 可以控制以下所述的步骤的一步或多步。此外，虽然机器30的操作是 针对冲制咖啡而描述，但用于冲制另一种饮料(例如茶)的操作可以 与所描述的操作相同或类似。
参考图3和图4以及图7至图12，根据本发明的实施例描述饮料冲制 机器30在饮料冲制循环期间的操作。
参考图7，在操作人员(在图3和图4以及图7至图12中未示出)通 过例如"打开"电源开关(在图3和图4以及图7至图12中未示出)而启 动机器30开始，机器30进行自检査/初始化，其间活塞组件74如果不处 于各自的"原处"位置则移动到各自"原处"位置。例如，活塞组件 74可以移动到室单元块表面82下方预定距离的位置，其中该距离形成 了足够大的空间以从操作者接收研磨咖啡152。替代地，活塞组件74可 以在最后的冲制循环之后已处于其各自的原处位置，或可以移动到任 何其他适合于起动冲制循环的非原处位置。当活塞组件74移动到其原 处位置或另一个起动位置时，阀150处于其第一位置(例如，将出口90 连接到饮料分配单元42)，使得在室72的处于活塞组件下方的下部分 内不造成压力或抽吸。此外，为保证室72的液体(例如，冲制的咖啡，水)排空，作为自检查/初始化的部分，机器30可以首先进行倾泄程序，
该程序经由出口90 (或经由图16至图18的分开的废物口)从室排出剩 余液体(leftover)。虽然机器30可以不"知道"此"剩余"液体的量， 但它可以"认为"最大量(例如16盎司)的液体存在于室72内。此"剩 余"液体可以由因为例如电源故障、系统错误或操作者错误造成的前 述的冲制，冲洗，或清洁循环的中断而产生。此倾泄程序可以与结合 图ll在下文中描述的饮料分配程序相同或类似。在进行了倾泄程序后， 机器30继续以上的自检查/初始化程序。除以上所述的功能外，在自检 查/初始化程序期间机器30可以进行其他功能(例如，打开加热器)。
然后，操作者通过控制面板70输入饮料容量(例如8盎司，16盎司)， 和一个或多个冲制参数(例如，水温，冲制时间)。机器30可以允许 操作者输入定制的饮料容量(例如，9盎司，ll盎司)，或可以将操作 者局限到一个或多个预先确定的容量(例如，以2盎司的增量从6盎司 到16盎司)。此外，操作者可以分开地输入每个冲制参数，或可以输 入标识，例如选择的烘烤的名称，以选择存储在存储器62内的且与标 识相关的一组预先确定的冲制参数。如果操作者分开地输入冲制参数， 但不能输入一个或多个所需要的参数，则机器30可以为没有输入的参 数的每个指定缺省值。且，如果操作者通过标识输入一组冲制参数， 则他可以直接或抽象地改变这些预先编程的参数的一个或多个。抽象 地改变的例子是操作者选择"抽象的"冲制强度(例如，弱，正常， 强)，控制器58以预编程的方式将冲制强度转换为实际的冲制时间或 温度。另外，机器30可以通过显示器64提醒操作者在保持器40内放置 杯(在图7中未示出)。
然后，操作者使用与机器30分开的咖啡研磨器(在图7中未示出) 以特定的研磨尺寸测量且研磨一定量的咖啡，且将研磨的咖啡152通过 开口84装载到室72内。控制器58可以基于由使用者事先输入的饮料容 量和冲制参数通过显示器64指示操作者应研磨的咖啡的量和研磨尺 寸。可以以査询表对储存器62编程，该査询表将量和研磨尺寸与饮料容量和冲制参数相关联，或控制器可以从操作者输入或选择的饮料容 量和冲制参数(例如冲制强度)的一个或多个来计算咖啡量和研磨尺 寸。
参考图8，在操作者将研磨咖啡152装载到冲制室172内之后，马达 78将活塞组件74向下移动到室的底部或接近底部。当活塞组件处于希 望的位置时，阀150移动到其第二位置(例如，将出口90连接到液体废 物处理单元50)，这有效地将出口相对于冲制室72关闭。
当操作者研磨和装载咖啡152到冲制室72内且活塞组件74正向下 移动时，如果水还没有处于预先确定的温度则水存储和加热单元36将 水加热到预先确定的温度。在一个例子中，单元36将水加热到希望的 冲制温度以上，使得水温度控制单元38可以通过将来自存储器的已加 热的水与冷的自来水混合而向室72提供希望的冲制温度下的水，如结 合图3在上文中描述。在另一个例子中，存储和加热单元36将水加热到 冲制温度，且温度控制单元38不工作或被省略。如果在该后一例子中 水温过高(例如从前述的冲制循环)，则机器30可以从存储单元36内 的加热器倾泻出计算量的或预先确定量的水，以将水冷却到希望的温 度或希望的温度以下；在后一情况中，存储和加热单元36然后将水加 热到希望的温度。这些和其他技术允许在杯与杯之间控制冲制温度。
然后，存储和加热单元36通过喷嘴(在图3和图4以及图7至图12中 未示出)为冲制室72填充希望量的具有希望冲制温度的水154。控制器 58打开阀(在图3和图4以及图7至图12中未示出)，使得水从过滤器32 通过流量计34而流入到存储器36内。流入存储器36的冷水促使处于存 储器顶部的热水流出且流入到冲制室72内。当流量计34指示希望量的 水154已进入室72内时，控制器58关闭阀。操作者然后可以例如通过搅 拌混合物来搅动室72内的水和咖啡混合物。这样的搅动便于研磨咖啡 的彻底湿润。喷射形式的喷嘴也可以搅动混合物，或控制器58可以使 通过喷嘴的水进行脉动以用于另外的搅动。
25参考图9，在室72内具有希望量的研磨咖啡152和水154后，将混合 物保持在室内持续选定的冲制时间。在冲制时间期间，控制器58可以 启动绝热件80内的加热元件(在图3和图4以及图7至图12中未示出)， 以维持冲制温度，如在以上结合图4所述。替代地，绝热件80内的加热 元件可以连续地被启动，或在冲制循环前被启动。
参考图IO，在冲制时间已经到期后，活塞组件74向上移动以从冲 制咖啡156中过滤掉咖啡研磨物152。如以上结合图4论述，当活塞组件 74向上移动时，抽吸作用将冲制咖啡156从活塞组件74上方牵引出，通 过过滤器98和止回阀口130到达活塞组件下方。过滤器98阻止咖啡研磨 物152流过止回阀口130。活塞组件74继续向上移动，直至所有冲制的 咖啡156位于活塞组件下方，且所有咖啡研磨物152放在过滤器98上。 压力传感器(在图3和图4以及图7至图12中未示出)可以位于冲制室72 内，且控制器58可以以闭环方式控制活塞组件74的速度以维持活塞组 件下方的抽吸力在希望的范围内，其防止对例如阀150的损坏。替代地， 活塞组件74的移动可以是根据另一个合适的方式而进行的，例如以开 环方式移动。例如，活塞组件74可以连续地以恒定速度移动或可以分 步地移动，其中分步移动在连续步之间具有不进行移动的相应时间段。 这可以允许通过止回阀口130的流量"赶上"(catch up)活塞组件74
下方的抽吸量。
参考图ll，活塞组件74连续向上移动，直至过滤器98的顶表面与 止回阀70的表面82共面。
然后，操作者例如通过以橡胶滚轴或其他器械(在图ll中未示出) 将研磨物从过滤器擦拭到表面82上且使其进入到固体废物处理单元52 内而从过滤器98去除咖啡研磨物152。操作者可以通过控制面板64指示 研磨物被去除，且响应于此指示，冲制循环继续。替代地，活塞组件74不移动到其中过滤器98与表面82共面的位置， 也不在此位置停留足以使操作者去除咖啡研磨物152的那么长时间。在 此替代中，操作者随后去除咖啡研磨物152，如结合图12在下文中论述。
然后，杯检测单元48指示杯(在图3和图4以及图7至图12中未示出) 是否处于保持器40内一在一个例子中，杯保持器是滴盘。如果杯不在 保持器40内，则控制器58可以中断冲制循环，且可以发出听觉或视觉 警报，直至操作者将杯放置在保持器内。如果杯在保持器40内，则冲 制循环如在下文中所述继续。
在活塞组件74停止向上移动且杯处于保持器40内之后，阀150移动 至其第一位置以将出口90连接到饮料分配单元42。
然后，活塞组件74开始向下移动以将冲制咖啡156通过出口卯和阀 150分配到杯(在图3和图4以及图7至图12中未示出)内。活塞组件74 的向下移动可以是连续的或步进的，且可以具有任何合适的速度/加速 度曲线。如以上结合图4论述，当活塞组件74向下移动时，止回阀102 关闭，以防止冲制咖啡156和任何其他流体(例如空气，水蒸气)通过 过滤器98流回。因此，活塞组件74促使冲制咖啡156离开口90且通过阀 150。活塞组件74可以对应于饮料容量而向下移动仅预先确定的距离以 防止促使空气通过饮料分配单元42。替代地，活塞组件74可以充足地 向下移动以排出一些空气通过饮料分配单元42，从而促使最后一点冲 制咖啡156离开分配单元且进入到杯内。在活塞组件74已完成向下移动 后，阀150可以切换到其第二位置。
参考图12，在分配了冲制咖啡156后，活塞组件74向上移动且移动 回到原位。当然，如果活塞组件74已处于原位，则它维持在此当前位 置。此外，控制器58可以通过显示器64或其他指示器(在图3和图4以 及图7至图12中未示出)指示操作者他可以从杯保持器40移除充满咖啡 的杯。然后，阀150移动到其第二位置(如果它尚未移动到第二位置)， 使得任何在饮料运输单元44内或在阀与饮料运输单元之间的管道内剩 余的冲制咖啡可以通过重力排出到液体废物处理单元50内。
在操作者尚未从过滤器98去除咖啡研磨物152时，如结合图ll所论 述，活塞组件74首先向上移动到其中过滤器的顶表面与表面82共面的 位置。
当操作者移除咖啡研磨物152后，活塞组件74向下移动且回到原位
置。如以上所论述，操作者可以通过显示器64指示咖啡研磨物被移除。
替代地，活塞组件74可以保持在此共面位置直至下一个循环，使得操
作者可以更容易地确定组件是否已被擦拭干净，且如果组件尚未擦拭 干净则将其擦拭干净。
仍参照图3和图4以及图7至图12，构思了以上所述冲制循环的其他 实施例。例如，以上所述步骤的次序可以变化，描述为同时进行的步 骤可以在不同时间进行，且描述为在不同时间进行的步骤可以同时进 行。此外，其中一些步骤可以省略，且可以添加其他未描述的步骤。
图13至图15图示了根据本发明实施例的图3的饮料冲制机器30在 剩余液体去除循环期间的操作。虽然可能没有明确地陈述，但控制器 58 (图3)可以控制以下描述的步骤的一个或多个。
参考图13且如以上结合图12所描述的，在饮料冲制循环完成后， 活塞组件74返回到其原位置，预备下次冲制循环。
但由于水(或其他用于冲制饮料的液体)的表面张力，即使在饮 料分配后，冲制饮料的小(即残余的)部分也可能附着到室的侧壁86， 且附着到活塞组件74。随着时间的过去，此残余物160向下运行，因为阀150处于其第二位置以允许在饮料运输单元44 (在此实施例中为管道)内的残余部分排放，所以残余物160收集在冲制室72的底部处。
参考图14，为从冲制室72排放残余物160,阀150移动到其第二位置，且因此允许残余物收集在阀内且在饮料运输单元44内。
然后，参考图15，为将残余物160从阀150和饮料运输单元44排放，阀向回移动到其第二位置，且因此允许残余物排放到液体废物处理单元50 (在此实施例中也是管道)。
参考图14和图15，冲制机器30 (图3)可以重复阀150在其第一位置和第二位置之间的切换一次或多次，以排放另外的残余物160,该残余物160可以随后收集在冲制室72的底部处。此外，机器30可以在完成冲制循环后立即开始阔150的这种切换，或在完成冲制循环后预先确定的时间处开始以允许经过使得残余物收集到冲制室72的底部处的时间。
再参考图7至图12，描述了根据本发明实施例的冲制机器30 (图3)的冲洗循环。此冲洗循环可以类似于以上结合图3和图4以及图7至图12所描述的冲制循环，不同之处在于无咖啡或其它香基装载到如图7中示出的室内，且水不需要在室72内驻留整个冲制时间。此外，机器30可以不等待存储单元36内的水加热到任何特定的温度，且因为无香基来抑制水通过过滤器98的移动，所以活塞组件74可移动它在饮料冲制循环期间移动的距离的几分之一。此外，如果杯检测单元48 (图3)检测到杯在保持器单元40内，则机器30可以中断冲洗循环，且可以发出警报(听觉或视觉警报)，以通知操作者(在图7至图12中未示出)；这防止将冲洗水分配到杯内。机器30可以进行冲洗循环一次或多次以从室72、饮料运输单元44和饮料分配单元42冲掉冲制饮料的残余物，且
29将残余物冲入废物排放单元40内。
在冲洗循环后，冲制机器30可以进行以上结合图13至图15所描述的残余液体去除循环，以将残余物冲洗水从室72排放。
仍参考图7至图12，描述了根据本发明实施例的冲制机器30 (图3)的清洁循环。清洁循环可以类似于以上结合图3和图4以及图7至图12所描述的冲制循环，不同之处在于作为咖啡或另一种香基的替代，操作者(图3和图4以及图7至图12中未示出)将清洁剂或其他清洁物质(例如，醋)装载到室内，见图7。此外，在清洁剂或其他清洁物质是液体时，机器30可以进行清洁循环而无需将水引入到室72内。此外，机器30可以将活塞组件74分步地移动，例如以五步向上移动和以五步向下移动，在每步之间具有预先确定的时间，例如一分钟，以增加浸透时间和增大清洁物质通过活塞组件74的循环。另外，如果杯检测单元48(图3)检测到杯处于保持器单元40内，则机器30可以中断清洁循环，且可以发出例如听觉或视觉警报以通知操作者(在图7至图12中未示出)；这防止将清洁溶液分配到杯内。此外，当过滤器(图4)的顶部与表面82共面时，显示器64 (图3)可以要求操作者擦拭和擦净过滤器98顶部，且操作者可以通过控制面板64指示已完成了擦拭/擦净。此外，在清洁循环的浸透部分期间，存储器36可以周期地将水引入到室72内以搅动清洁溶液。在清洁循环后，机器30可以进行以上所述的冲洗循环一次或多次以从室72、饮料运输单元44和饮料分配单元42冲掉清洁溶液的残余物，将其冲入到废物排放单元40内。此外，机器30可以在清洁循环前进行一次或多次冲洗循环以分离和去除固体，例如咖啡研磨物。
图16至图19图示了根据本发明的另一个实施例的图3的饮料冲制机器30在饮料冲制循环期间的操作，其中参考了图3的饮料运输单元44和图3和图4的饮料冲制单元46。在此实施例中，饮料运输单元44包括阀150和阀170两个阀，且饮料冲制单元包括分配出口90和废物出口172两个出口。阀170在第一位置将废物出口172连接到液体废物处理单元50 (在此实施例中为管道)，且在第二位置将废物出口与液体废物处理单元50断开。此外，虽然可能没有明确地陈述，控制器58 (图3)可以控制以下描述的步骤的一个或多个。此外，虽然是针对冲制咖啡来描述机器30的操作的，但用于冲制另一种饮料(例如茶)的操作可以与所描述的操作相同或类似。
参考图3和图4以及图16至图19，论述了根据本发明的另一个实施例的饮料冲制机器30在饮料冲制循环期间的操作。除非另外地陈述，否则以下描述的冲制循环的步骤类似于以上结合图3和图4以及图7至图12描述的冲制循环的步骤。因此，为简要起见，两个冲制循环中相同的一些步骤和功能可以省略。
参考图16,在操作者(在图3和图4以及图16至图19中未示出)通过"开启"电源开关(在图3和图4以及图16至图19中未示出)而启动机器30后，机器30进行自检査/初始化，其间活塞组件74如果没有处于其各自的"原位"则移动到各自"原位"。在活塞组件74移动到其原位或另一个开始位置时，阀150处于其第二位置(即，将液体废物处理单元50连接到饮料运输单元44)以允许在饮料运输单元44和分配单元42内的残余液体排出；这防止了当活塞组件74向下移动时残余液体被促使通过单元44和单元42。此外，阀170处于其第一位置(即将口172连接到处理单元50)，使得在室72的位于活塞组件74下方的部分内不造成压力或抽吸。
参考图17，在操作者将研磨咖啡152装载到冲制室72内后，马达78将活塞组件74向下移动到室的底部处或附近。
在活塞组件74处于希望的位置后，阀150保持在其第二位置(即将液体废物处理单元50连接到饮料运输单元44)，且阀170切换到其第二位置(即将口172从液体废物处理单元50断开)。然后，存储和加热单元36为冲制室72填充希望量的具有希望冲制温度的水，且水和研磨咖啡的混合物保持在室内持续选定的冲制时间。
在冲制时间到时后，活塞组件74向上移动以将咖啡研磨物152从冲制咖啡156中去除。
参考图18，在活塞组件74停止向上移动后，阀150移动到其第二位置以将出口90连接到饮料运输单元44，且阀170保持在其第二位置。
然后，活塞组件74开始向下移动，以将冲制的咖啡156通过出口90和阀150分配到杯(在图3和图4以及图16至图19中未示出)内。
参考图3和图19，在咖啡156分配后，阀150移动回到其第一位置以允许残余物160从饮料运输单元44和分配单元42排放，且阀170移动到其第一位置，以允许残余物160从室72排放。阀150和170可以保持在其各自的第一位置，直至下一次冲制、冲洗或清洁循环。
仍参考图3和图4以及图16至图19，构思了以上所述的冲制循环的其他实施例。例如，以上所述的步骤的次序可以改变，描述为同时进行的步骤可以在不同时间进行，且描述为在不同时间进行的步骤可以同时进行。此外，其中的一些步骤可以省略，且可以添加以上结合图16至图19未描述的其他步骤(例如，以上结合图7至图12所述的步骤)。
再次参考图16至图19，冲制机器30 (图3)的冲洗和清洁循环可以类似于以上结合图3和图4以及图16至图19描述的冲制循环，且也可以类似于以上结合图7至图12所描述的冲洗和清洁循环且包括它们的步骤。
图20至图22图示了根据本发明另一实施例的图3的饮料冲制机器30在饮料冲制循环部分期间的操作，其中参考了图3和图4的饮料冲制
单元46。在此实施例中，来自存储和加热单元36的水从一个或多个入 口180 (在图20至图22中仅示出了一个)进入冲制室72，而不是从布置 在室开口84上方的喷嘴(在图3和图4中未示出)进入，且入口180的宽 度不大于活塞组件74的厚度。此外，虽然可能没有明确地陈述，但控 制器58 (图3)可以控制以下描述的步骤的一个或多个。此外，虽然是 针对咖啡冲制来描述机器30的操作的，但用于冲制另一种饮料(例如 茶)的操作可以与所述的操作相同或类似。另外，虽然是针对具有仅 一个入口180的饮料冲制单元46来描述机器30的操作的，但用于具有多 个入口180的实施例的操作可以是类似的。
参考图3和图4以及图20至图22，论述了根据本发明的另一个实施 例的饮料冲制机器30在饮料冲制循环的部分期间的操作。
参考图20，在操作者(在图3和图4以及图20至图22中未示出)将 研磨咖啡装载到室72内后，活塞组件74移动到入口180下方。
然后，阀182 (阀182可以是图3的单元36、 38和46的一个的部分) 打开，以允许水从存储单元36通过入口180进入室72，该入口180可以 具有被设计成可搅动水和研磨咖啡的混合物的形状。例如，入口180可 以导致混合物在室72内涡旋。
参考图21，当水通过入口180进入室72内时，活塞组件74开始向上 移动。
参考图22，当活塞组件74的顶表面在入口180上方时活塞组件74停 止，且然后阀182关闭。在活塞组件74的顶表面位于入口180上方之前 维持阀182的打开，这允许水从入口的流动，以防止研磨咖啡或其他固 体阻塞入口或另外地迁移到开口内。然后允许冲制咖啡156。
在分配冲制咖啡156时，机器30可以限制活塞组件74的向下移动，使得在活塞组件顶上的过滤的咖啡研磨物(在图20至图22中未示出)维持在上方，且因此不阻塞入口180或迁移到入口180内。
再次参考图20至图22，入口180也可以便于清洁剂和水在饮料冲制机器30 (图3)的清洁循环期间的搅动。在清洁循环期间，活塞组件74的顶表面可以维持在入口180下方预先确定的时间，使得清洁溶液接触且清洁入口。
图23是根据本发明的实施例的饮料冲制机器30的透视图。
参考图3和图4以及图23，除杯保持器和排放单元40、固体废物处理单元52、控制面板和显示器64、表面82和冲制室开口84之外，机器30还包括不锈钢和塑料壳体190、水填充喷嘴192、饮料分配嘴口194、盘196和电源开关198。
处理单元52具有开口199，开口199与表面82接近，使得当活塞组件74的顶部与表面82共面时，操作者(在图3和图4以及图23中未示出)可以使用橡胶滚轴或其他器械(在图3和图4以及图23中未示出)从活塞组件将咖啡研磨物或其他过滤物擦拭越过表面82并将其擦到处理单元内。
喷嘴192是饮料冲制单元46的部分，且将水从水存储和加热单元36通过开口84引导到冲制室72内，喷嘴192提供了足以允许从过滤器98(图4)将咖啡研磨物擦拭到单元52内且允许移开活塞组件74 (图4)的间隙(例如25英寸)。喷嘴192可以被设计成促进咖啡研磨物的湿润以及水和咖啡混合物的搅动(均未在图23中示出)。例如，喷嘴192可以包括多个以成角度的径向模式布置的成角度的喷嘴(类似淋浴喷头)，或可以具有单一的直径较大的喷口。喷嘴192的可以变化以提供 希望的喷射模式的参数包括喷口数；流速；喷口直径；喷嘴出口角 度；和喷嘴入口压力。在设计喷嘴192时可以考虑的因素包括用于填充 冲制室72 (图4)的希望的填充时间以及当水从喷嘴行进到冲制室时的
水的热损失。
分配嘴口194是饮料分配单元42的部分，且为清洁而可移除的盘 196是杯保持器和排放单元40的部分。嘴口194可以是用于不同的饮料 或杯尺寸的多个不同尺寸的可互换嘴口的一个。
仍参考图23，构思了机器30的替代的实施例。例如，部件(例如， 处理单元52，控制器和显示器64，喷嘴192，分配器194和盘196)的放 置和设计可以改变，且机器30可以由不同于不锈钢和塑料的合适的材 料制成。此外，虽然示出为将处理单元52放置在室开口84和机器30的 前部之间使得操作者可以通过向机器前方拉动橡胶滚轴而从活塞组件 74擦拭咖啡研磨物，但处理单元52可以布置在邻近室开口的另一个位 置处。另外，机器30可以包括自动擦拭组件以从活塞组件74将咖啡研 磨物擦拭到处理单元52内。此外，作为包括仅一个嘴口194的替代，机 器30可以包括多个嘴口，且冲制室72 (图4)可以具有多个杯的容量， 使得机器30可以同时冲制多杯咖啡。或，机器30可以包括多个冲制室 72，使得机器可以同时冲制多种饮料配方。此外，通信端口66 (图3) 可以连接到一个或多个收银机以允许直接输入饮料配方和订单的批处 理/队列；这也可以通过控制面板64完成。此外，在订购相同配方的多 杯时，机器30可以同时冲制总的量且然后通过一个或多个嘴口194分开 地分配每杯。例如，在机器30通过单一嘴口194分配每杯时，机器可以 填充第一杯，提示操作者以第二个空杯替换充满的第一杯，且当第二 杯到位时通过控制面板64指示，填充第二杯，且对于随后的杯重复此 过程。
图24是根据本发明的实施例的具有光学咖啡测量单元202的咖啡研磨器200的视图。
除所述测量单元202外，咖啡研磨器200包括马达204，研磨头206，用于接收咖啡豆209的全部咖啡入口 (whole-coffee inlet) 208，和透明的研磨咖啡出口210，研磨头通过咖啡出口210排放研磨的咖啡211。
测量单元202可以包括像素阵列，即例如发光二极管(LED)或半导体激光器的照射源，处理器(这些部件都未在图24中示出)和其他部件。这些部件可以是现货供应的零件，它们也使用在光学计算机鼠标内。
在操作中，将咖啡豆209装载到入口208内，且研磨头206研磨咖啡豆并通过出口210提供研磨咖啡211。
当研磨咖啡211通过透明的出口210时，测量单元202以周期性间隔获得了研磨咖啡的图片。通过使用一种或多种图像分析技术分析这些图片，单元202可以确定经过出口210的研磨咖啡211的量。特别地，单元202查询连续的图像之间的运动矢量，且从这些矢量确定咖啡211的二维流速。单元202然后通过将二维流速与出口的截面积相乘来确定体积流量。替代地，单元202可以仅确定一维流速(在离开咖啡研磨器200的方向上)，且通过将一微流速与出口的截面积相乘来确定体积流量。
仍参考图24，构思了测量单元202的替代的实施例。例如，虽然描述为测量研磨咖啡211，但单元202可以用于测量其他物质。此外，虽然描述为合并在独立存在的咖啡研磨器中，但单元202可以合并到机器30内或自动咖啡冲制器内，例如在2006年4月11日提交的国际专利申请No. PCT/US2006/013930中描述，在此通过参考将其合并。
从前述描述将认识到，虽然已在此为图示目的披露了特定的实施例，但可以进行多种修改而不偏离本发明的精神和范围。此外，在为特定的实施例披露了替代时，此替代也可以应用于其他实施例，即使 这些其他实施例未特别地陈述。
权利要求
1.一种用于冲制饮料的机器，所述机器包括可操作用于接收液体和香基且允许冲制所述饮料的室；和活塞组件，所述活塞组件设置在所述室内，并且可操作用于通过在第一方向上移动而从冲制的饮料中过滤固体，和通过在第二方向上移动而迫使过滤的饮料离开所述室。
2. 根据权利要求l所述的机器，进一步包括可操作用于控制所述 活塞组件的移动的控制器。
3. 根据权利要求l所述的机器，其中，所述室和所述活塞组件是 圆柱形的。
4. 根据权利要求l所述的机器，其中所述室具有端部和设置在所述端部中的饮料分配管道； 所述活塞组件在沿所述第一方向移动的同时移动离开所述室的端 部；禾口所述活塞组件在沿所述第二方向移动的同时朝向所述室的端部移动。
5. 根据权利要求l所述的机器，其中 所述室具有底部和设置在所述底部中的饮料分配管道； 所述活塞组件在沿所述第一方向移动的同时移动离开所述室的底部；和所述活塞组件在沿所述第二方向移动的同时朝向所述室的底部移动。
6. 根据权利要求l所述的机器，其中 所述香基包括咖啡研磨物；所述液体包括水；和 所述固体包括用过的咖啡研磨物。
7. 根据权利要求l所述的机器，其中所述活塞组件包括过滤器组 件，所述过滤器组件可操作用于-通过使冲制的饮料从所述室的位于所述活塞组件的第一侧上的第 一部分通过而到达所述室的位于活塞组件的第二侧上的第二部分，并 且通过防止在所述活塞组件沿所述第一方向移动时所述固体从所述室 的第一部分通过而到达所述室的第二部分，而从冲制的饮料过滤所述 香基，和通过防止在所述活塞组件沿所述第二方向移动时过滤的饮料从所 述室的第二部分通过而到达所述室的第一部分，而分配过滤的饮料。
8. 根据权利要求l所述的机器，其中所述活塞组件包括 过滤器组件；和阀，所述阀可操作用于当所述活塞组件沿所述第一方向上移动时允许冲制的饮料通过所 述过滤器组件；和当所述活塞组件沿所述第二方向移动时防止过滤的饮料通过所述 过滤器组件。
9. 根据权利要求l所述的机器，进一步包括存储器，所述存储器 可操作用于保持所述液体、加热所述液体到预先确定的温度且将被加 热的液体提供到所述室。
10. 根据权利要求l所述的机器，进一步包括可操作用于保持所述液体且将所述液体加热到第一预先确定的温 度的存储器；和温度控制单元，该温度控制单元可操作用于从所述存储器接收被 加热的液体，将所述液体的温度从所述第一预先确定的温度改变为第二预先确定的温度，且将具有所述第二预先确定的温度的所述液体提 供到所述室。
11. 根据权利要求l所述的机器，进一步包括可操作用于保持所述液体且将所述液体加热到第一预先确定的温 度的存储器；和温度控制单元，该温度控制单元可操作用于从所述存储器接收被 加热的液体，将所述液体冷却到第二预先确定的温度，且将被冷却的 液体提供到所述室。
12. 根据权利要求l所述的机器，进一步包括 可操作用于保持饮料杯的保持器；和其中，所述活塞组件可操作用于将所述饮料分配到所述杯中。
13. 根据权利要求l所述的机器，进一步包括 可操作用于保持饮料杯的保持器；可操作用于指示所述饮料杯是否处于所述保持器中的传感器；和 其中，如果所述传感器指示所述杯处于所述保持器中，则所述活 塞组件可操作用于迫使所述饮料离开所述室并进入所述饮料杯中。
14. 根据权利要求l所述的机器，进一步包括 其中，所述室具有壁；和联接到所述壁且可操作用于将所述壁维持在预先确定的温度的加 热组件。
15. 根据权利要求l所述的机器，进一步包括 其中，所述室具有开口； 与所述开口邻接的大体上平坦的表面；和其中，所述活塞组件具有表面且可操作用于移动到擦拭位置中， 在所述擦拭位置中所述活塞组件的表面大体上与所述邻接的表面共面。
16. 根据权利要求l所述的机器，进一步包括 其中，所述室具有开口； 与所述开口邻接的大体上平坦的表面； 其中，所述活塞组件具有表面；和其中，在迫使所述饮料离开所述室后，所述活塞组件可操作用于 移动到擦拭位置中，在所述擦拭位置中所述活塞组件的表面大体上与 所述邻接的表面共面。
17. 根据权利要求l所述的机器，进一步包括 其中，所述室具有开口； 与所述开口邻接的大体上平坦的表面；其中，所述活塞组件具有表面；和其中，在过滤所述饮料后但在迫使所述饮料离开所述室前，所述 活塞组件可操作用于移动到擦拭位置中，在所述擦拭位置中所述活塞 组件的表面大体上与所述邻接的表面共面。
18. 根据权利要求l所述的机器，进一步包括 其中，所述室具有开口；和喷嘴，所述喷嘴邻近所述开口设置在所述室的外侧，且可操作用 于将所述液体提供到所述室。
19. 根据权利要求l所述的机器，进一步包括 其中，所述室具有壁；和在所述室的壁中的开口，该开口可操作用于将所述液体提供到所述室o
20. 根据权利要求l所述的机器，其中所述第二方向与所述第一方 向相反。
21. —种用于冲制饮料的机器，所述机器包括冲制室；和活塞组件，所述活塞组件可滑动地设置在所述室内，且包括:过滤器组件；和单向阀。
22.根据权利要求21所述的机器，其中所述阀包括止回阀。
23.根据权利要求21所述的机器，其中所述阀是柔性的。
24. —种方法，包括在室中由香基和液体产生饮料；通过在所述室内沿第一方向移动活塞，而从所述饮料过滤固体；和通过在所述室内沿第二方向移动所述活塞，而分配被过滤的饮料。
25. 根据权利要求24所述的方法，其中产生所述饮料包括在所述室中由研磨咖啡和水冲制咖啡。
26. 根据权利要求24所述的方法，其中所述固体包括残余的香基。
27.根据权利要求24所述的方法，其中产生所述饮料包括:将所述香基引入到所述室中；将所述液体引入到所述室中；和搅拌含有所述香基的所述液体。
28.根据权利要求24所述的方法，进一步包括在分配所述饮料后将固体残余物从所述活塞擦拭到废物处理单元中。
29. 根据权利要求24所述的方法，进一步包括在过滤后但在分配所述饮料前将固体残余物从所述活塞擦拭到废物处理单元中。
30. 根据权利要求24所述的方法，进一步包括接收饮料产生参数；和根据所述参数产生所述饮料。
31. 根据权利要求24所述的方法，进一步包括以电子方式接收饮料产生参数；和根据所述参数产生所述饮料。
全文摘要
用于冲制例如咖啡的饮料的机器的实施例包括室和布置在室内的活塞组件。室可操作用于接收例如水的液体和例如研磨咖啡的香基，且允许从液体和香基的混合物冲制饮料。活塞组件可操作用于通过在第一方向上移动从冲制的饮料中过滤例如用过的咖啡研磨物的固体，且通过在第二方向上的移动促使过滤的饮料离开室。通过将法式压制冲制技术的一些或全部步骤修改或自动化，这样的机器可以以一定水平的精度来控制冲制参数的一个或多个，这产生了在杯与杯之间具有均匀口味的冲制咖啡。此外，这样的机器可以以使得机器适用于提供大量咖啡的设施的速度冲制咖啡。
文档编号A47J31/20GK101641039SQ200680043290
公开日2010年2月3日 申请日期2006年9月20日 优先权日2005年9月20日
发明者兰迪·休利特, 布赖恩·谢伊, 艾萨克·科勒, 赞德·诺斯勒, 迈克尔·包姆 申请人:星巴克公司