采用含有可提取调味颗粒的斜置过滤袋的 调制液体提取物的方法和设备 发明领域
本发明涉及了调制饮料，特别是涉及了一种调制过滤袋中饮料的方法和设备。更特别是，本发明涉及了一种减少过滤袋的调制水旁流和改进过滤袋内调制的均匀一致性的方法和设备。
发明背景
调制咖啡通常从咖啡颗粒提取到15％到30％的被溶解固体微粒的回收量，它与热的调制水混合几分钟。用一张过滤纸靠重力从余下的咖啡渣滓中过滤出最终的液体提取物。商用调制器通常在约195°F下对调制筐上面的喷嘴提供约半加仑的热水。在调制筐中设有一个敞开的杯状过滤器，在它上面放了一定量的可提取地调味咖啡颗粒。当把调制水喷溅在松散堆放的颗粒上时，颗粒会浮动，许多颗粒悬浮或液化在调制水中。可以认为这代表了从颗粒调制最大被溶解固体微粒的理想状态。通常调制水喷溅在颗粒上约三分钟，当液体提取物通过过滤器时，在那里调制水连续冲洗从颗粒产生的被提取物质。调制筐最好具有在过滤器之下的排水口，足以在约3到4分钟内从过滤器泄出所有的液体提取物。
标准的松散颗粒调制系统的一个问题是在调制过程的不同点上存在颗粒的溅出和污染。例如，在把颗粒手动倾倒在杯状过滤器中时会溅出颗粒。还有，如果调制水溢出过滤器或过滤器在调制筐中放置不适当时，颗粒会在过滤器旁流掉。另外，每批余下的渣滓必须去除，当从调制筐拉出湿过滤器作清除时渣滓往往被溅出。为了解决颗粒的污染问题，商用的调制业已采用了各种设计的过滤袋，其中预定量的松散堆放颗粒完全封装在每个袋中。因此使用者永远不直接处理颗粒。
虽然过滤袋可以解决一个问题，但它们往往引起其它问题，例如，即使颗粒可以松散地堆放在一个过滤袋内，对颗粒膨胀和液化来说不足够的空间可以造成一些颗粒的结块。与颗粒悬浮状态相比，结块状态对提取的作用要小得多。当过滤袋的内部空间不足时，提取的被溶解固体微粒百分比较低。为了提供所需的内部空间，先前技术公布了一种使得过滤袋膨胀的复杂而费钱的结构。
另一个过滤袋问题是，在调制水喷溅和袋内颗粒之间的过滤材料会干扰颗粒的液化。在颗粒为调制而被液化之前，调制水必须首先进入袋中。虽然调制水易于通过过滤材料，总的开口面积往往不足以容许调制水完全流入袋中。如果过滤袋不能采取杯状来形成一个贮槽，则有些调制水会在过滤袋旁流过，最终稀释了从袋得到的液体提取物。其它袋和调制筐的设计打算把袋形成与筐液体密封，从而不产生外部的旁流。但是，这种密封不能均匀一致。另外，当过滤袋中部分地充了颗粒以容许颗粒膨胀时，袋的手动处理会造成大多数颗粒积聚在袋的一端。如果在把袋手动水平放置在调制筐中时对此未作矫正，则袋的一部分容易变空。调制水易于找到这个空区，并直接流动通过过滤袋而不与颗粒接触。这也是一种不希望的调制水旁流形式。
需要一种过滤袋调制系统，它减少不希望的调制水旁流，并且还提供足够的空间，使颗粒在袋内调制水中悬浮来达到均匀一致的最佳调制。
发明概述
在实施本发明时，颗粒污染、调制水旁流、以及在袋内提供空间使颗粒膨胀而不结块的问题均被解决，从而采取用于调制系统的每个置换过滤袋能够达到均匀一致和最佳的调制。
在本发明的一个优选实施例中，调制液体提取物的一种方法采用了含有可提取调味颗粒的过滤袋。方法包括的步骤为：支承一个部分地充填了可提取调味颗粒的完全柔顺、可渗透液体的过滤袋，使得袋与水平面倾斜一个从约30°到约90°角度，从而颗粒积聚在过滤袋的底端。另一个步骤是引导调制水到颗粒之上的过滤袋上端附近。调制水进入过滤袋而不需要在过滤袋中有开口。调制水落下来渗入颗粒。
颗粒部分地被调制水液化并悬浮在调制水中，它们随着调制水上升到过滤袋的空区内，而不需要分开过滤袋的两侧面来产生内部空间。另一个步骤包括调制从过滤袋中颗粒的液体提取物，以及排放从过滤袋得到的液体提取物。过滤袋具有足够的排出面积，使得当过滤袋内产生的液压差高度至少与过滤袋中颗粒垂直深度一样大时，液体提取物的排出速率与进入过滤袋的调制水速率相匹配。
过滤袋最好用可渗透液体的支承件支承在调制筐中。方法还包括从调制筐泄出液体提取物的步骤，其速率足以防止积聚的液体提取物与过滤袋底端接触，从而液体提取物的排出速率基本上保持不受干扰。
把调制水引导到过滤袋上端附近的步骤最好采用与过滤袋外表面接触的调制水管路来达到，以减少当调制水流经或通过管路时过滤袋外表面上的表面张力，使得调制水以最小的阻力进入过滤袋，由此减少了从过滤袋外表面上流掉的调制水。调制水管路最好是许多柔性的指状物，它们与一个具有泄水孔的调制水贮槽在液体上连通。当调制水从泄水孔流经指状物时，柔性指状物与过滤袋外表面接触。
在本发明的另一个优选实施例中，调制系统的一个可置换过滤袋和重复使用调制筐设备包括一个完全柔性、可渗透液体的过滤袋。过滤袋部分地充填了可提取的调味颗粒。还包括了一个其中具有可渗透液体的支承件的调制筐。支承过滤袋的支承件与水平面成一个约30°到约60°的角度。支承件使过滤袋的底端位置足够高于调制筐的底面，以避免在调制期间与积聚在调制筐底部的液体提取物接触。还包括一个把热调制水从贮槽引导到过滤袋上端附近的装置，以便在过滤袋中颗粒平面之上进入过滤袋，从而调制水渗入颗粒来调制从颗粒产生的液体提取物。液体提取物从过滤袋泄入具有一个孔的调制筐底部，使得液体提取物排放到一个在其下面的可取出容器中。
贮槽最好与调制筐连接，以便从调制器的喷头接受调制水。贮槽在其底端具有许多泄水孔。泄水孔位于柔性指状物附近，指状物从底端伸出并与过滤袋外表面接触，以减少外表面上的表面张力。调制水从贮槽通过泄水孔和经过柔性指状物流到过滤袋的外表面，主要流入过滤袋内而不是在外表面上流掉。
过滤袋在倾斜时使颗粒积聚在过滤袋的底端，使得进入过滤袋的调制水落在颗粒上并渗入颗粒。颗粒被调制水部分液化和悬浮在调制水中，它们最好随调制水上升进入过滤袋的空区内而不需要分开过滤袋的两侧面来产生内部空间。
最好是，过滤袋在倾斜时提供足够的排出面积，使得当过滤袋内产生的液压差高度至少与过滤袋中颗粒的垂直深度一样大时，液体提取物的排出速率与调制水进入过滤袋的速率相匹配。
附图简述
尽管本说明书的结尾具有特别指出和清晰地申请本发明专利范围的权利要求，可以相信，从以下结合附图的优选实施例描述将更好地理解本发明，附图中相同编号表示同样的元件，其中：
图1是本发明过滤袋优选实施例的正视图，公布了一个部分充填的矩形袋，绕其周边用凸边密封方式来密封；
图2是其侧视图，表示了一个基本为平的袋；
图3是本发明调制筐优选实施例的平面视图，表示了一个手把、一个调制水贮槽、以及一个由多孔材料制成的可渗透液体的支承件；
图4是沿着图3截面线4-4所取的正剖视图，表示了从贮槽伸出的柔性指状物；
图5是相似于图4的正剖视图，表示了本发明的优选过滤袋，它位于本发明调制筐的支承件上；
图6是相似于图4的正剖视图，表示了本发明的优选过滤袋，它完全插入本发明的调制筐中，柔性指状物在过滤袋上端附近与过滤袋外表面接触；
图7是相似于图4的正剖视图，表示了本发明的优选过滤袋，它开始被填充从贮槽通过泄水孔和柔性指状物来的调制水；
图8是相似于图4的正剖视图，表示了本发明的优选过滤袋，它排出液体提取物，同时颗粒已在过滤袋中膨胀和上升；以及
图9是相似于图4的正剖视图，表示了本发明的优选过滤袋，调制已经停止，过滤袋从调制筐取出作清除。
实施例详细描述
现在参照附图，特别是图1和2，表示了本发明过滤袋的第一个实施例，用10概括地表示。过滤袋10最好为矩形，并且绕其周边具有凸边密封12。过滤袋10最好由多孔的可热封滤纸在正反面均匀制成，例如可从康涅狄格州Windsor Locks的Dexter公司买到的#3968可渗液的滤纸。过滤袋10最好由高速机器，如“成形-n-充填-密封”机器在低成本下制成。过滤袋10的制造在现有技术中已经熟知。过滤材料的两个平行连续薄片或一个折叠薄片一起送进到依靠热压结合制成凸边密封的地点，形成一个可插入流动物质的有开口端的袋。在插入流动物质后，做出第二凸边密封，以完全封闭过滤袋10。然后从连续薄片或折叠薄片上切出单个过滤袋。
如图1和2所示，过滤袋10包含可提取的调味颗粒14，它最好是咖啡、茶、香草、香料、天然调味品或烘烤谷物的颗粒。颗粒14最好占有过滤袋10的约30％到约60％现有容积，从而可以在过滤袋10内颗粒平面以上把调制水添加到过滤袋10中，颗粒14可以在过滤袋10内液化和膨胀而不是结块。当充填颗粒14时，过滤袋10基本上保持平的，如图2和5所示。最好是，颗粒14的尺寸和过滤袋10的多孔性使得颗粒14不会从过滤袋10漏出。颗粒14的一个例子是俄亥俄州Cincinnati的Procter & Gamble公司制造的FOLGER咖啡。这种咖啡颗粒的特征在于为已经烘烤和磨制成平均颗粒尺寸约为750微米的青咖啡豆。
过滤袋10可以不为矩形，正反面由不同材料制成，具有凸边密封之外的密封方式，以及充填颗粒之外的物质，如片状物质，只要这里描述的调制过程容许这种改变。
图3和4公开了一个调制筐16，它被设计成在调制过程中与过滤袋一起使用，如图5到9所示。例如，调制筐16用于商用的咖啡调制器，如伊利诺斯州Springfield的Bunn-O-Matic公司制造的Bunn-O-Matic OL-35型。图中未表示的调制器包括一个可重复充水(称为调制水或调制液)的容器，它可以用调制器内的加热元件来加热。
调制器还包括一个系统，以调制器内规定的流速和时间顺序把热水送到喷头或喷嘴中。调制筐16最好在喷头下可滑动地与调制器直接配合，从而可取出调制筐来重新填充新鲜的过滤袋，与新鲜过滤袋一起插入调制来接受喷头的调制水，然后再取出来清除用过的过滤袋。调制筐16最好具有与调制器配合的法兰18和用一只手手动操作调制筐的手把20。调制筐16最好是一个矩形容器，具有基本上敞开的顶22和封闭的侧面24，以及稍有斜度的底26。底26最好具有一个孔28，它位于斜底的中心，靠近调制筐16的最低部位。孔28用于把旁流的调制水和调制过程中产生的液体提取物排出到一个图中未表示的容器中，容器在调制器中直接放在调制筐16之下。在调制过程完成后，排出到容器中的已调制液体混合物可供消费。
调制筐16最好采用常见的注射模制工艺由耐热塑料制成。也可以用金属制成，如金属铝板材。调制筐16具有一个敞开的调制水贮槽30，它位于顶22上，并且面朝上来接受从喷头来的调制水。贮槽30的主要目的是接受调制水而不管调制器中喷头是什么类型，并且以所希望的流速把调制水再引导到过滤袋。贮槽30在底端32上具有许多泄水孔34，它们位于许多柔性指状物36附近。一个柔性指状物36被定位成相对于一个泄水孔34，使得流动通过该泄水孔的任何调制水将流经该柔性指状物。贮槽30最好与调制筐16整体制成，但也可以用耐热塑料或金属制成，并采用图中未表示的方式与调制筐16连接，如卡扣配合、熔焊、或现有刚性零件制造技术中熟知的其它装配工艺。柔性指状物36最好由硅橡胶喷射模制成具有柔性、可吸水和能够耐200°F温度。最好模制一个包含所有指状物36的矩形横条37把柔性指状物36连接到贮槽30上，横条37卡扣配合在底端32的一个槽中。横条37还可具有模制在其中的泄水孔34，相对于指状物36精确定位。或者是，硅橡胶线延伸通过泄水孔34，并机械地固定在贮槽30的内表面上。
调制筐16还具有一个过滤袋支承件38，它可以渗透液体，但有足够刚度在调制期间支承过滤袋10。支承件38最好与水平面倾斜成45°，但可以倾斜成范围从约30°到约60°的角度，其理由在下面讨论。支承件38最好与调制筐16整体制成，但也可以能取出并由耐热塑料、金属或金属丝制成。它采用图中未表示的方式与调制筐16连接，如卡扣配合、熔焊或现有刚性零件制造技术中熟知的其它装配工艺。支承件38也可以由具有许多孔40的多孔金属制成。支承件38具有一个底端42，支承着在底26上面隔开的过滤袋。
支承件38相对于贮槽30的位置使得在它们之间设置了一个插入过滤袋的空间，并且使得柔性指状物36在过滤袋上端附近与过滤袋的外表面接触。底端42具有一个钩状区44，从而当过滤袋放在支承件38上并在调制期间被弄湿时，过滤袋不会进一步沿倾斜支承表面滑落。
图5到9表示了采用过滤袋10和调制筐16的调制过程的步骤。图5表示了过滤袋10在支承件38和贮槽30之间放在调制筐16中。柔性指状物36被挠曲，以便过滤袋10在其下面通过。图6表示了过滤袋10位于调制开始的位置。柔性指状物36保持挠曲，并且在过滤袋10上面部位附近与过滤袋外表面46接触。可以认为，柔性指状物与袋外表面接触提供的好处是减少了接触点的表面张力，从而调制水可以以最小的阻力进入袋中，由此避免了调制水在外表面上流掉。柔性指状物36最好在颗粒14平面之上的一点与过滤袋10接触，从而可以把调制水导入过滤袋10而不受颗粒14的干扰。但是，希望柔性指状物的接触靠近颗粒14的上平面，从而调制水不会通过过滤袋10的另一侧面在颗粒14旁流掉。因此柔性指状物36的理想位置是过滤袋10倾斜角度50的函数。角度较陡，较高的指状物36可以与外表面46接触而不会发生内部的调制水旁流。
柔性指状物代表了与调制水贮槽在液体上连通并从贮槽伸出的一个调制水管路实施例。这种管路也可以是一个通过它流动调制水的空心管。也可以是一个能流经调制水的实心材料条。优选采用柔性指状物是因为它们提供了最大的柔顺性来插入和取出过滤袋，同时保证了与过滤袋外表面的接触。
图7表示了积聚在贮槽30中来自调制器喷头的调制水52。在图7中不能看到调制水52流动通过泄水孔34、流经柔性指状物36以及流入过滤袋10和颗粒14中。调制水渗入颗粒14来调制从颗粒产生的液体提取物54。液体提取物54包括了调制水和从颗粒14产生的被溶解固体微粒。
图8表示了接近调制结束时过滤袋10和调制筐16的一个状态。其中液化和膨胀颗粒的平面已在过滤袋10内上升，在柔性指状物36与外表面46接触点附近，调制水建立了一个液压差高度。在先前技术中，对水平放置的过滤袋采用了复杂费劲的方案来使它垂直膨胀，为了为颗粒膨胀和液化以及颗粒的悬浮提供空间。
因为本发明的过滤袋是倾斜的，并且仅部分地充填了颗粒，所以不需要分开过滤袋10的两侧面来产生内部空间。相反，沿着其倾斜轴线在过滤袋10内产生膨胀。如果过滤袋10以小于30°的角度倾斜，则与颗粒沿倾斜轴线移动相比，袋的两侧面更倾向于要分开。还有，在较低的倾向角下，位于过滤袋底端的颗粒不是那样均匀一致，调制水可能不落在颗粒上。相反会通过袋的另一侧面而在颗粒旁流过。如果过滤袋10从水平面倾斜大于约60°，则调制筐16的深度过大。许多调制器在喷头和安放调制筐的接受容器之间具有一个固定的空间。一个较短而厚的过滤袋可能容许在调制筐16内相对于水平面大于60°的角度。
同时，在颗粒14与过滤袋10接触的过滤袋周围所有地方，从颗粒14产生的液体提取物54连续地离开过滤袋10。由于液体提取物54的粘性比调制水52高，并且由于颗粒14倾向于充填过滤袋10的孔隙，希望离开过滤袋10的液体提取物54的有效表面积明显大于调制水52进入过滤袋10的有效表面积，从而流速的实际匹配保持了在过滤袋10内的液压差高度56。液压差高度56最好在大部分调制时间内至少与过滤袋10内颗粒14的深度一样大，从而可以由调制水52渗入、液化和悬浮最大数量的颗粒。图8还表示了在孔28后面的倾斜底26上调制筐16内积聚的液体提取物。孔28的尺寸最好大到足以不容许液体提取物54积聚到与过滤袋10接触的高度，从而不会干扰从过滤袋10排出液体提取物54的速率。孔28最好把排出液流60从调制筐16集中到等在调制筐16下面的容器中。在底26上有多个孔也是有利的。
图9表示了在调制完成后取出用过的过滤袋10。柔性指状物36再次挠曲，从而袋可以采用与进入调制筐16的相同方式移出调制筐。或者是，如果贮槽30可以从调制筐16取出，则可以先取出贮槽30，然后更方便地取出过滤袋10。
在替代采用调制筐16的一个的实施例中，可以把过滤袋垂直地或者至少倾斜30°悬挂在一个支承横条上，把调制水基本上垂直喷溅到过滤袋的上端，从而调制水进入过滤袋而不需要柔性指状物的接触。在这种实施例(图中未表示)中，与调制筐实施例中一样，调制水液化了过滤袋中的颗粒。但是，离开过滤袋的液体提取物直接从过滤袋落在下面的一个敞开容器中。因此，在这个实施例中不需要本发明的调制筐。但是，在调制器中除了被导向的喷嘴，还需要悬挂或支承过滤袋的装置。
过滤袋10是充分柔顺的袋，仅由柔性过滤过滤制成，以尽量降低制造成本。在先前技术中有其它充分柔顺的袋，它们用于平放在调制筐中，以其柔顺性来把过滤袋密封在调制筐上，以便尽量减小调制水的旁流。但是，由于在水平放置的袋中颗粒位置不能预料，已知这种过滤袋提供了不可靠的密封。为了克服这个问题，某些先前技术的盒子包括了刚性边缘区，在调制筐中提供了较可靠的密封。但是，这种折衷方式明显提高了这些盒子的制造成本。
本发明的过滤袋与先前技术相反，因为调制筐和过滤袋不需要密封。事实上，在供替代的实施例中，甚至也不需要调制筐。这是由于本发明的调制系统把调制水导入倾斜的过滤袋，从而不产生调制水的外部液压差高度。本发明的液压差高度位于袋内，而不是高于调制筐中的过滤袋。本发明的好处是袋的成本最小和调制水的旁流也最小。
在先前技术的过滤袋中，在袋中作出开口来把调制水导入袋中。由于消除了任何过滤材料的阻力，这种开口降低了调制水旁流的可能。但是，任何开口损害了过滤袋的完整性。也就是说，在调制后的处理中，渣滓可能通过开口漏出。由于袋的一个主要优点是减少开口过滤器共有的颗粒污染，提供一个开口从任何理由上说是完全否定的。本发明的袋总是保持完全封闭以防止颗粒漏出。把调制水导入过滤袋10而不需要袋中的开口。
在一个优选的实施例中，过滤袋10最好具有12cm×12cm的尺寸，内部容积约300毫升。调制筐16外部尺寸最好为16cm宽、16cm长和10cm高。支承件38最好与贮槽30隔开一个2.5cm距离，以容许过滤袋10的进出。贮槽30最好具有约150毫升的容积。泄水孔34直径最好约为3mm。最好集中有5个孔，离开调制筐16的每条边约4cm。柔性指状物36最好直径约1.5mm和长约3cm。每个指状物最好通过一个泄水孔伸出。
尽管以上大部分讨论集中在单个过滤袋的使用，但应该理解到，本发明的原理可以适用于以并排、扇形或其它容许按本发明调制的设置方式采用许多过滤袋的构形和过程。
尽管已经用图阐明和描述了本发明的特定实施例，对熟悉本技术的人员来说很明显，可以作出各种变化和修改而不会背离本发明的精神和范围，并且设想在所附权利要求中覆盖了本发明范围内的所有这种修改。