用于制备烘焙且研磨的咖啡的咖啡容器及相关联的系统和方法与流程

本发明涉及用于储存和保护咖啡豆的咖啡豆容器，该容器还用于烘焙和研磨这些咖啡豆以便按需递送烘焙且研磨的咖啡。本发明还涉及与所述容器一起操作的系统和方法。

背景技术：

当制备咖啡时，当今消费者越来越多地要求使用被新鲜烘焙的咖啡豆，并且还可能要求被新鲜研磨的咖啡豆。现行的家用烘焙机和家用研磨机通常预先设置了烘焙的参数和研磨过程的参数，因此消费者无法调节烘焙和/或研磨参数。当可以调节烘焙和/或研磨参数时，将出现如下情况：当要制备好的共混物，烘焙且研磨的咖啡的制备时间较长，并且消费者在调节烘焙和研磨参数时，若未设置正确的参数，将导致最终共混物质量较差，不令人满意。

例如，文档gb860894在本领域中是已知的，该文档公开了利用生咖啡豆自动制备咖啡提取物的方法和机器：烘焙单份配给量的咖啡豆，然后进行研磨，使得提取研磨的咖啡，从而由每份单份配给量的咖啡豆制备单独的小配给量或小杯咖啡提取物。在该文档中，烘焙、研磨和提取操作针对每份配给量的咖啡单独地且相继地执行。然而，该系统不允许通过混合不同类型的咖啡来制备不同的拼配咖啡，例如，并未公开允许按需制备所述不同共混物的全自动系统。

现有技术的另一个示例来自文档us5267507，该文档公开了能够通过烘焙、研磨和冲煮咖啡过程利用生咖啡豆提供新鲜冲煮的咖啡的咖啡制备机。该咖啡制备机包括用于烘焙生咖啡豆的烘焙机、用于冷却由烘焙机烘焙的咖啡豆的冷却装置、用于研磨咖啡豆并供应研磨的咖啡的研磨装置、以及用于加热来自水罐的水并供应水的加热和水供应装置。然而，该系统不允许通过混合不同类型的咖啡来制备不同的拼配咖啡，并未公开允许按需制备所述不同共混物的全自动系统。

此外，现有技术文档wo2010033023公开了用于制备咖啡饮料的系统，该系统包括咖啡制备设备，该咖啡制备设备包括用于研磨咖啡豆以获得研磨的咖啡的研磨机、被布置成通过将水供应到研磨的咖啡来制备咖啡饮料的咖啡饮料制备设备、以及用于分配咖啡饮料的咖啡出口。然而，此类系统并未公开任何能够通过烘焙需要以已烘焙的形式提供的咖啡豆的烘焙单元或设备。

本领域的另一个示例来自文档us5564331，该文档公开的装置凭借高温气流烘焙生咖啡豆预定时间段，并且然后在烘焙过程结束时应用冷却气流。然而，此类系统并未公开任何研磨单元，也未提出能够按需制备并提供不同拼配咖啡的完整系统。

这些已知系统的问题在于它们复杂且容积庞大；此外，这些系统在烘焙和/或研磨参数的调节方面不灵活，并且不能始终提供一致且可重复的结果。因此，本发明的目的是提供能够以自动、简单且方便的方式从咖啡豆出发按需递送烘焙且研磨的咖啡的系统，解决现有技术的缺点。本发明定向朝向这些需求。

技术实现要素：

根据第一方面，本发明涉及包含生咖啡豆和/或经部分程度地烘焙的咖啡豆的咖啡豆容器10,10'，该容器包括：内容积14，在该内容积中储存咖啡豆；烘焙装置，该烘焙装置允许根据所储存的咖啡豆的初始烘焙水平以特定所需程度烘焙咖啡豆；至少部分或完整研磨装置，该至少部分或完整研磨装置允许在烘焙之后将咖啡豆研磨到特定研磨尺寸。

优选，烘焙装置包括烘焙中空管11，在压力下的热空气循环通过该烘焙中空管，使得咖啡豆在内部容器容积内和管11内侧循环，形成喷泉效应。管11通常还包括孔，空气穿过该孔进入内容器容积14中。在本发明的容器中，内容积14为被咖啡豆占据的初始容积的至少两倍或三倍。

通常，烘焙装置还引入环境或制冷冷却介质以冷却经烘焙的咖啡豆。本发明的容器还包括闭合料筒的上部部分并且设置有过滤器的罩盖12。优选，容器还包括倾斜区域130，该倾斜区域通过限定进入烘焙装置中的咖啡豆的流量的可调节装置与烘焙装置的入口分开。

本发明的咖啡豆容器通常还包括可被移除以允许咖啡豆进入研磨装置的格栅132。本发明的容器优选由金属(铝或不锈钢)和/或玻璃和/或塑料(特氟隆、pet、玻璃增强的高温聚合物)和/或纸板和/或织物或薄纸制成。

此外，本发明的咖啡豆容器还包括保护和防护容器免遭紫外线和冲击的外部包层15。

本发明的咖啡豆容器通常还包括具有关于咖啡豆类型和/或咖啡豆量和/或要应用的烘焙工艺和/或咖啡豆的烘焙水平和/或优选的研磨尺寸的信息的标识装置。

根据第二方面，本发明涉及与所述的咖啡豆容器一起操作的设备20，该设备包括在约1巴的压力下在介于180℃和240℃之间的温度下注入空气的空气装置。

在本发明的设备中，应用的烘焙和研磨参数，诸如温度、时间、压力、流量、研磨尺寸，优选由容器上的标识装置给出。

在根据本发明的设备中，空气通常以涡旋和/或涡流和/或螺旋移动被注入容器的容积14中，还可能的是，设备还包括能够向容器提供运动使得空气和咖啡豆被均匀烘焙的机械装置。

本发明的设备优选还包括在烘焙过程之后将环境或制冷冷却介质注入容器的内容积14内侧的装置。

本发明的设备通常包括用于作用研磨装置的马达，并且还可能包括连接到容器中的研磨装置的一部分的研磨装置的一部分，并且通常还包括用于读取容器中的标识装置上的信息以应用烘焙和/或研磨参数的读取装置。

根据第三方面，本发明涉及用于制备烘焙且研磨的咖啡的系统100，该系统包括至少一个所述的咖啡豆容器和至少一个如前所述的设备。

根据第四方面，本发明涉及从所述的咖啡豆容器中的咖啡豆出发并且使用根据先前所述的设备按需制备烘焙且研磨的咖啡的方法，该方法包括以下步骤：

将咖啡豆容器连接到制备设备；

将在压力下的热空气注入容器的容积中，根据从容器中的标识装置读取的烘焙参数使咖啡豆循环以实现均匀的烘焙；

在烘焙之后，将环境或制冷冷却介质注入容器的内容积中以冷却咖啡豆；

在咖啡豆冷却之后，打开与研磨机的连通；

将研磨机设置为从容器中的标识装置读取的特定研磨尺寸；

按需致动研磨机以递送烘焙且研磨的咖啡。

优选，在本发明的用于按需制备烘焙且研磨的咖啡的方法中，研磨尺寸由调节在容器与研磨装置之间距离的机械装置限定，或者通过在研磨装置中的几何形状限定的偏移直接给出。

附图说明

结合附图，在阅读本发明的非限制性实施方案的以下具体实施时，本发明的其它特征、优点和目的对于技术人员将变显而易见，其中：

图1a至图1b示出了根据本发明的用于储存咖啡豆并随后烘焙和研磨咖啡豆的咖啡容器的示意图。

图2示出了根据本发明的图1a或图1b所示咖啡容器的详细图。

图3示出了根据本发明的图1a或图1b中咖啡容器的示意图。

图4a至图4b示出了根据本发明的咖啡容器，其包括覆盖它的外部包层。

图5示出了根据本发明的第一实施方案的用于制备烘焙且研磨的咖啡的系统。

图6示出了根据本发明的第一实施方案的模块化系统，其包括如图5所示的接合在一起的若干系统。

图7示出了根据本发明的第二实施方案的用于制备烘焙且研磨的咖啡的系统。

图8示出了根据本发明的第二实施方案的模块化系统，其包括如图7所示的接合在一起的若干系统。

图9示出了根据本发明的第三实施方案的用于制备烘焙且研磨的咖啡的系统。

图10示出了根据本发明的第三实施方案的模块化系统，其包括如图9所示的接合在一起的若干系统。

具体实施方式

根据第四方面，本发明涉及允许保护和储存、烘焙和研磨咖啡豆的咖啡豆容器10。如图1a和图1b所示，容器10通常被构造为圆柱体形状，具有内容积14，该内容积用于储存咖啡豆：在内容积中可储存生咖啡豆，或者也可储存经部分程度地烘焙的咖啡豆。当容器10中包含至少已经部分程度地烘焙的咖啡豆时，容器中的烘焙过程中将仅需要部分能量即可使其完全烘焙，因此节省了时间，同时仍保护了新鲜度和香味。容器10包括通常被布置在内容积14的中部的烘焙管11：通常，管11是中空的并且优选由金属材料制成。它允许空气内部循环并形成喷泉效应，使得空气和咖啡豆在管11内侧和外侧在内容积14中循环以适当且均匀地烘焙。管11优选被构造为能够形成该空气喷泉效应的长圆柱形管。烘焙管11也可设置有多个孔(未示出)，热空气通过这些孔被进一步分配到内容积14中。通常，由于咖啡豆在烘焙时膨胀，容器的内容积优选为内侧的初始咖啡豆容积的两倍。这允许咖啡豆在膨胀时膨胀大约70％，加上一些额外的空间，使得在烘焙过程期间来自内容积14内侧的管11的热空气能够连续移动和循环。

在烘焙之后，通常通过将环境空气或惰性气体诸如氮气吹过相同的管11并进入内容积14中发生经烘焙的咖啡豆的冷却。更一般的方式是，在烘焙之后环境或制冷冷却介质将被引入料筒中以冷却经烘焙的咖啡豆。另外，可例如喷洒水以对经烘焙的咖啡豆获得相同的冷却效应。

本发明的容器10还包括罩盖12，其包括使得空气在其容积内侧循环并且在烘焙期间释放湿度的集成过滤器。该过滤器也可防止外部颗粒污染容器的内容积。

容器10还包括基座13，烘焙管11附接到基座。基座13设置有用于馈送咖啡豆的倾斜区域130，并且通常还包括研磨机的一部分，优选为附接到机器或设备中的研磨装置的另一部分(公研磨装置21)的母研磨装置131，将对此进一步解释。然而，也可能整个研磨机(包括公部件和母部件两者)都包括在容器中。为了清楚起见，附图中所示的参照物21示出了公研磨装置处于此部分内侧(它们在图中未完全示出，但应当理解为它们处于内侧)。

如图2更详细地示出，烘焙管11凭借可调节螺钉133与基座的下部部分分开，允许凭借朝向烘焙管11的下部部分留下的自由空间来评估在管11的入口处的咖啡豆尺寸。这样，倾斜区域130通过限定进入烘焙装置中的咖啡豆的流量的可调节装置(通常为螺钉133)与烘焙装置的入口分开。基座13通常还设置有可移除的格栅132：此格栅在烘焙过程结束之后移除，因此允许咖啡豆落入研磨机中。基座13还包括用于连接到对应操作机器或设备20的接口135。接口和/或基座可设置有对接导向件134，其被设计为附接设备20中的对应匹配导向件，以获得容器10到设备20的正确连接。因此，本发明还涉及系统100，该系统包括连接到至少一个设备20的至少一个容器10。

一般来讲，容器10将连接到本发明的系统100中的设备20，该设备包括将热且加压的空气递送到容器中的空气装置，以便允许热空气和咖啡豆在容器内侧循环，用于适当且均匀的烘焙。设备20还将包括研磨装置的一部分(通常是连接到容器中的母研磨装置131的公研磨装置21)和马达(其被构造成驱动研磨装置的组件以便将经烘焙的咖啡豆研磨成特定特定尺寸的经研磨的咖啡的研磨的咖啡)。设备的不同构型也是可能的：例如，烘焙和研磨功能可在相同的设备的不同模块中或在不同的分离设备中分开。设备通常还将设置有读取器以从包括料筒和处理信息的料筒中的标识装置检索信息。此外，设备可任选地还设置有用于移除格栅132的装置，提供经烘焙的咖啡豆到研磨机的通道。设备通常还将设置有注入在环境温度下的空气或注入惰性气体以便在烘焙之后冷却咖啡豆的装置。

为实现咖啡豆的烘焙，使用提供喷泉效应的在压力下的热空气：通常，空气温度为最多至大约240℃，并且空气压力高于1巴以移动咖啡豆并获得均匀的烘焙。由于容器必须承受温度和压力，因此容器通常由玻璃制成，烘焙管11由金属制成。

本发明的容器10的可能构型是可能的，诸如圆柱形管，如例如图3所示。容器可由玻璃制成，例如为透明的，以允许观察咖啡豆，并且甚至观察烘焙过程和喷泉效应。另一种可能的构型例如在图4a和图4b中示出，其中图3中的相同的容器的外部被圆柱形外部包层15(优选由纸板制成)覆盖，用作辅助包装并且保护和防护内侧的容器(紫外线防护和防护可能的冲击)。在机器中使用容器时，将移除该外部包层15，并且该外部包层可包括例如内侧所包含产品的外部信息，诸如例如拼配咖啡类型、储存日期等。

操作设备20的不同构型也是可能的，其被进一步构造成与容器10不同的构型一起使用，如图5至图10所示，以下内容将对此更详细地解释。

例如，图5示出了一种可能的一体式构型，其中容器10被构造成具有咖啡豆保护、烘焙和部分研磨集成的功能。用户可取得容器并将其插入对应操作设备20。通常，容器还包括具有关于容器内侧拼配咖啡类型的信息的标识装置：当将容器插入设备中时，读取器从这些标识装置检索信息，使得将烘焙参数和任选地研磨参数(研磨尺寸)应用于该类型的拼配咖啡。即使当研磨尺寸可由容器中的标识装置自动确定时，优选的是由消费者通过作用于设备中的对应控件来设置，允许确定研磨尺寸。

在大规模应用中，可将图5所示的构型的若干模块附接在一起，如图6所呈现：通常每个模块将旨在用于特定类型的拼配咖啡，因此可快速且按需地获得不同类型的烘焙且研磨的咖啡。因此，该图6示出了系统100的完整模块化构型。如图6所示的构型将有利地用于b2b应用中，而如图5所示的系统构型适于在家中使用。

本发明的另一种可能构型可为图7所示的构型，其中烘焙和研磨功能是分开的，但仍集成到一个设备20中。该构型允许使用者在使用已烘焙的容器来制备咖啡饮料的同时烘焙新料筒。设备20具有接纳两个容器的可能性：设备将设置有分开的烘焙工位22和研磨工位23。通常的用途是每种拼配咖啡具有一个设备20。然而，在烘焙工位22与研磨工位23之间混合共混物将是没有问题的，因为不存在污染。通常，在图7所示的该构型中，存在分别连接到烘焙工位22和研磨工位23的两个容器10和10'。第一容器10通常用于烘焙和储存，而第二容器10'用于研磨和储存。然而，容器10和10'将以相同的方式构造，即，集成了储存、烘焙和研磨功能：第一料筒10将用于储存和烘焙，其连接到烘焙工位22，并且然后被称为10'的容器转移到研磨工位23中，以继续研磨过程。

如图7所示的这些设备中的若干设备可以模块化完整构型放置在一起，如图8所呈现：通常，最常见的构型将必须为特定类型的拼配咖啡准备一个模块。此构型将通常用于b2b应用中，而图7中的构型将更适于家庭应用。

本发明的系统100的另一种可能构型可见于图9，其中提供了附接到对应烘焙和储存容器10的烘焙设备20，并且还提供了附接到对应研磨和储存容器10'的分离研磨设备20'。采用这种构型时，烘焙和研磨两种功能是分开的。因此，系统100可被构造成具有不同数量的烘焙和/或研磨工位，其数量不必相同，以便使系统适于所需的加工：这例如以图10的模块化构型呈现，通常用于b2b应用中。另外，容器以相同的方式构造，这意味着它们集成了储存、烘焙和研磨功能：当此类容器连接到烘焙设备20时，咖啡豆被烘焙；类似地，当此类容器(或之前经烘焙的另一个容器)连接到研磨设备20'时，经烘焙的咖啡现在被研磨。

根据本发明的容器的通常的构型为大约1千克咖啡豆。容器与设备的连接以容易且快速的方式预览，通常通过卡口、压力配合、螺钉等连接。根据所制备的咖啡类型(浓缩咖啡比基于过滤的类型的咖啡的咖啡量少)，1千克容器将允许制备例如80杯至160杯咖啡。

通过具有高水平移动的热空气发生烘焙本发明的容器中的咖啡豆，这是将热量传递给咖啡豆的有效方式：因为在烘焙过程期间提供空气用来移动咖啡豆，这有助于确保均匀的烘焙。另外，管11中的内孔有助于更均匀地分配容器的内容积中的空气流。优选，将推行咖啡豆和空气发生涡旋移动，但涡流或螺旋移动也是有利的。优选，容器内侧空气的移动足以提供适当的咖啡豆的烘焙：然而，可添加机械设备以改善容器的运动，诸如例如用热空气使容器旋转，使得实现非常有效的咖啡豆烘焙。机械设备(图中未示出)可为摇动或振动设备、刀片等。

根据本发明，用在介于180℃和240℃之间温度下的空气发生烘焙。在烘焙结束之后，用环境空气或内气体诸如氮气完成冷却。烘焙通常需要介于15分钟和25分钟之间(美拉徳反应和绿原酸还原需要特定时间)。在烘焙之后，立即发生冷却至环境温度，在大约2分钟至4分钟期间停止烘焙过程。通常，在烘焙之后的最佳风味需要12小时至7天：在这段时间期间，咖啡豆失去二氧化碳：因此，为了防护咖啡豆免受氧化，气氛必须受到控制，并且通常由惰性气体氮气气氛实现。

在烘焙过程中，从生咖啡豆出发，咖啡豆通常膨胀其初始容积的170％至200％，有时甚至膨胀最多至其初始容积的300％。此外，为了进行均匀且一致的烘焙，咖啡豆需要移动的空间，使得其所有表面暴露于热源，进一步防止遮蔽现象。因此，需要比运输容积大介于2倍至3倍之间的烘焙容积。

由于烘焙过程温度达到最多至240℃，因此需要用足以抵抗这些水平的材料来构造容器。此外，优选的是使用可回收或可堆肥材料。要使用的一些优选材料为：金属(铝或不锈钢)、玻璃、塑料(特氟隆、pet、玻璃增强的高温聚合物)、纸板或织物或薄纸。当前的偏好是不锈钢、玻璃、纸板和织物，由于它们不仅能够承受高温的能力，而且由于其传统制造技术以及因为它们为可持续性问题提供了良好的解决方案。

本发明的容器的通常的执行将具有由玻璃制成的外部容器，通常为透明的(这将允许看到咖啡豆，并且也能够在烘焙咖啡豆时看到它们)，内管11由不锈钢制成：容器随后将被通常由纸板制成的外部套管覆盖，保护容器免遭紫外线影响并且包含例如内侧产品上的一些徽标或信息。

在本发明的系统中，咖啡豆在被烘焙和冷却之后即被研磨：通常，设备20包括磨碎机以实现此类研磨；优选，母研磨装置131包括在容器中，而公研磨装置21包括在机器或设备20中。其他类型的研磨装置诸如例如盘磨机或磨石也可用于本发明的系统中。优选，烘焙参数包含在容器中的标识装置中，并且使用者通常通过作用于设备的控制装置并选择所需的研磨尺寸来选择研磨参数。研磨尺寸也可根据要冲煮的咖啡类型来设置。例如，研磨尺寸将对于浓缩咖啡类型(通常量将为每次注料6g至10g)而言将非常细，而对于过滤类型的咖啡而言将是细或中等(通常量为每杯10g至12g)。为了获得更好的杯中结果，咖啡应在被研磨之后应很快冲煮，以便进一步保持新鲜度和香味：因此，本发明的系统的优点在于可将其定制成能够分配具有正确谷物尺寸的正确剂量，并且咖啡可首先进行烘焙，保持特定时间，并且稍后被研磨，非常接近冲煮时间。此外，可按需研磨精确量，或者可将其研磨到缓冲容器中，并且然后将分配所需的量。

标识装置通常包括关于容器中的咖啡类型的信息，使得可应用正确的烘焙参数。另外，标识装置将优选包含关于容器中的咖啡量以及咖啡装置的烘焙水平的信息，表明咖啡豆是生咖啡豆还是经部分程度地烘焙的，以及如果是的话应烘焙至何种水平。标识装置还可包括优选的研磨值，例如优选的研磨尺寸的研磨值，该值将提供给消费者作为任选的优选基准值。

通常，在本发明的系统中，研磨尺寸由在研磨装置中限定的在公研磨装置与母研磨装置之间的偏移限定。该偏移可通过作用于研磨装置的一部分的机械装置直接设置，优选根据从容器中的标识装置读取的研磨尺寸来调节其中的偏移。另外，可通过研磨装置的公部件和母部件的几何构型来直接限定偏移。

本发明的容器的优点之一是，它们被制备用于在标准环境条件(即，无高湿度或极端温度)下的在长储存周期(最多至2年)期间，在惰性条件下储存内侧咖啡豆。另外，容器包括紫外线防护用于更好和更长的储存。容器保持在受控的惰性内气氛中，防护内容物免受氧化。容器中的包装使用过压阀来完成。

本发明的料筒和系统的一些优点是：

-新鲜度：咖啡豆的制备尽可能接近使用(经烘焙的和/或经研磨的)并且在惰性条件下储存以保持风味的完整性；

-灵活性：可提供所需烘焙和研磨的选项，允许根据优选的冲煮方法和技术选择参数；

-紧凑性；

-卓越的紫外线和冲击防护；

-与已存在解决方案相比，重量更轻且复杂度更低；

-可使用模块化方式构建系统；

-可使用具有不同共混物的料筒；

-可用简单且紧凑的系统提供按需烘焙且研磨的咖啡。

根据另一方面，本发明还涉及用于操作料筒和所述系统的方法，以便按需制备烘焙且研磨的咖啡。通常，该方法包括：

-在图5的执行中，将包含特定拼配咖啡豆的容器10连接到设备20：该设备自动读取标识装置上的信息，确定烘焙参数(如果咖啡豆已烘焙，也检索关于烘焙水平的信息)，并且在用户要求烘焙时，应用这些参数以烘焙咖啡豆，具体方法是将通过管11(还可能通过布置在其中的孔)引入的移动热空气应用于容积14内侧，随后应用环境或制冷冷却介质以冷却咖啡豆并停止烘焙过程；将经烘焙的咖啡豆储存在容器10中，直至用户希望冲煮研磨的咖啡；然后，用户通常在设备20中选择研磨尺寸(但也可根据来自共混物的信息提供预先设置的研磨尺寸参数)，移除可移除的格栅132(自动地或由用户这样做)，使得经烘焙的咖啡豆进入研磨机中并且可递送制备的烘焙且研磨的咖啡；

-图7的执行与图5中的执行以类似方式进行，不同之处在于用户可已在使用已烘焙的料筒10'制备咖啡的同时烘焙新的料筒10；

-图9的执行与图中图7中的执行以相同的方式进行，不同之处在于烘焙和研磨两个功能在两个设备20和20'中分开执行：通常，已烘焙的料筒10'可插入研磨设备20'中，而另一个料筒10将插入烘焙设备20中；系统的模块化构型将允许通用的烘焙和/或研磨料筒管理。

虽然已参考本发明的优选实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员可在不脱离所附权利要求所限定的本发明范围的情况下作出许多修改和变化。