CN102740746A - 具有流动调节装置的胶囊系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种胶囊系统，用于通过胶囊（1）在离心煮泡设备中的离心作用来制备饮料，并且包括：-包含控制装置（25）的离心煮泡设备，所述控制装置能够通过控制饮料流量和/或饮料体积来操作设备进行离心作用，以及-待插入煮泡设备中的胶囊，其中所述胶囊设计为单独地或者与离心煮泡设备协作而形成为离心液体提供背压的限流结构或限流阀，其中设备的控制装置（25）根据由限流结构或限流阀施加的背压，选择性调节插入的胶囊（1）的离心转速和/或注入胶囊中的液体的体积。

Description

具有流动调节装置的胶囊系统
技术领域
本发明涉及一种通过利用离心力使液体通过容纳在胶囊中的饮料物质从所述饮料物质制备饮料的系统。
特别地，本发明涉及一种具有流动调节装置的系统和设备，所述流动调节装置使得能够在利用所述设备生产饮料期间调节流量和/或背压（back-pressure）。
背景技术
存在通过利用离心力迫使液体通过容纳在胶囊中的配料来制备饮料例如咖啡的系统。
例如，WO 2008/148604涉及一种胶囊，该胶囊通过利用煮泡离心力使水通过容纳在胶囊中的物质而在离心煮泡单元内从所述物质制备饮料或液体食物，该胶囊包括：容纳预定剂量的物质的封壳；在离心作用下打开以允许经煮泡的液体离开胶囊的开口装置。该胶囊还可包括用于使胶囊与离心煮泡装置的外部旋转驱动装置接合的接合装置，其中该接合装置构造为在胶囊的旋转期间对扭矩提供阻力，以将胶囊维持在基准旋转位置。
其中，与使用压力泵的常规煮泡方法相比，离心力对煮泡咖啡或制备其它食物的作用具有许多优点。例如，在使用压力泵的传统的浓缩咖啡（espresso）或加长咖啡（lungo coffee）型煮泡方法中，非常难以控制影响所输送的咖啡提取物的提取品质的所有参数。这些参数通常是压力、随着压力而降低的流量、咖啡粉末的密实度（compaction）、温度、水流分布等等，其中咖啡粉末的密实度还影响流动特性并且取决于咖啡研磨颗粒尺寸，特别地，改变提取压力和流量不太容易，因为它们实际上通过可由泵输送的静态压力、咖啡床的阻力和下游过滤系统确定。
对于离心提取，旋转的胶囊用作离心泵。因而转速确定了从胶囊出来的离心液体的流量。待制备的饮料的品质取决于特别是对流量的控制。特别地，流量受两个参数的影响：胶囊在设备中的转速，以及在离心液体从胶囊喷出之前施加在离心液体上的背压。对于给定的背压，转速越高，流量越大。相反，对于给定的转速，背压越大，流量越小。然而，胶囊的转速通常由选择性启动离心饮料生产设备的旋转马达的控制装置所控制，并且预定的背压优选是通过在胶囊的出口处或在承载胶囊的离心室的外部处的离心液体的限流结构而获得的。
例如，EP 651 963教导了通过插在离心室的盖和杯之间的接口处的橡胶弹性元件来获得压力梯度。当在接口处获得一定压力时，这种元件弹性变形以留出用于液体的过滤通道。当离心液体被允许通过所述过滤通道的同时，咖啡颗粒被保留在所述室中。此外，文献FR 2 487 661和WO2006/112691涉及离心系统，其中固定的限流结构设在过滤器的下游以产生压力梯度。
此外，WO 2008/148646提出了一种方案，在该方案中限流结构设在离心室的内部或外部。该限流结构可包括提供有效背压的调节弹簧偏压阀。在施加在该弹簧偏压阀上的液体的足够压力的作用下，该弹簧偏压阀打开。速度越高，经由该阀的通过量越大，并且流量越高。该阀可被弹性元件例如橡胶或弹簧元件预加载。
因此，需要能够在一种简单和通用的系统中提供具有不同的浓度、口味、香味、泡沫/克丽玛（crema）特性的饮料（例如咖啡）。
对于不具有背压调节的现有技术系统，问题是仅能通过增加离心速度来增加流量。因此，这对于改变饮料的流量造成限制，从而还限制了输送不同特性饮料的可能性。此外，太高的转速可能产生诸如噪声、设备的机械部件的振动和过早磨损之类的问题。
因此，需要提出一种新的系统，在该系统中，煮泡参数尤其是背压和/或流量在饮料制备期间能够更好地和更独立地控制，以提高所输送的液体食物的品质。
本发明提供了对上述问题的解决方案，并且提供了相对于现有技术的其它优点。
发明内容
本发明的第一方面涉及一种胶囊系统，用于通过胶囊在离心煮泡设备中的离心作用来制备饮料，并且包括：
-包含控制装置的离心煮泡设备，所述控制装置能够通过控制饮料流量和/或饮料体积来操作设备进行离心作用，以及
-待插入煮泡设备中的胶囊，
其中所述胶囊设计为单独地或者与离心煮泡设备协作而形成为离心液体提供背压的限流结构或限流阀，
其中根据由限流结构或限流阀施加的背压，设备的控制装置选择性调节插入的胶囊的离心转速和/或注入胶囊中的液体的体积。
术语“阀装置的背压”是指由限流结构或限流阀所产生的压力损失。由于限流结构或限流阀形成“瓶颈效应”，在其上游通过离心作用形成液体压力。由于该限流结构，在该限流结构之前的压力增加，正是此压力对于液体与配料的相互作用（例如提取）过程具有作用。限流阀的这种压力也可以定义为力（“反力”）、特别是压力生产设备的弹簧加载表面施加在胶囊上的力，除以限流阀处的接触表面的面积的比。
在一个优选模式中，所述胶囊包括边缘部分，所述边缘部分设计为与煮泡设备的封闭构件相互作用以形成在胶囊的边缘上施加背压的限流阀。
通过旋转冲击限流阀的液体所产生的离心力在阀的前面产生液体加压作用。一旦这种压力达到阈值，阀将开始打开，即，胶囊的边缘将稍微离开饮料生产设备的配合表面。
离心转速的调节可以是在使得离心液体能够通过阀装置从胶囊释放的至少两个、优选至少三个不同的胶囊转速值或范围当中进行的选择。
在离心液体释放期间，转速可以调节为匹配注入胶囊中的液体的基准流量。
在一个可能的模式中，在离心液体释放期间，转速可以调节为匹配注入胶囊中的液体的基准压力。可以在泵和胶囊之间的流体线路中的任何方便的位置测量注入液体的压力。
可以通过在给定范围内的用户操作附加地改变胶囊转速的预定值。
可以利用胶囊的物理结构优选自动地调节胶囊的转速的预定值。
特别地，胶囊的边缘的几何结构可以设计为改变限流阀所施加的背压的值。
更特别地，对于至少两个不同胶囊、优选至少三个不同胶囊，所述边缘的厚度是不同的，从而标定（calibrating）阀装置的至少两个不同的背压。特别地，通过胶囊的边缘与饮料设备的弹簧偏压阀部的接合来执行标定。
根据胶囊封装的饮料物质的存储体积和/或重量、和/或要制备的饮料的类型，所述边缘的厚度可以增加或减小
根据胶囊的类型，胶囊的所述边缘的厚度的值可以在0.2-5mm之间变化。
此外，胶囊的边缘可以在与胶囊的旋转轴线基本垂直的方向上与胶囊的体部一体形成。
本发明的另一方面涉及一种通过胶囊的离心作用制备饮料的离心煮泡设备，包括：
所述煮泡设备的用于保持胶囊的旋转胶囊保持器，
驱动胶囊进行旋转离心作用的旋转驱动装置，
用于在胶囊中注入液体的注入装置，其中所述注入装置连接到泵，
所述设备还包括至少连接到旋转驱动装置和泵的控制装置，所述控制装置设计为改变饮料的流量和/或饮料的体积，
其中，所述设备还包括与背压相关的感测装置，所述感测装置连接到控制装置并且设计为直接或间接感测限流结构或限流阀的背压，所述限流结构或限流阀在胶囊中提供或者通过胶囊与离心煮泡设备的协作而提供。
所述控制装置可以构造为根据所感测的背压调节旋转驱动装置的转速。
所述控制装置可以设计为根据所感测的背压改变注入胶囊中的液体的体积。
所述控制装置可以调节用于提取的起动转速。转速可以在提取期间改变，以便特别是确保在提取期间基准流量的控制。
所述限流阀可包括接合部分和弹簧偏压装置，所述弹簧偏压装置将接合部分压在胶囊的边缘部分上。
在第一可能的模式中，背压感测装置可以包括构造为测量由所述接合部分施加在胶囊的边缘上的背压的至少一个压力传感器。
在第二可能的模式中，背压感测装置可以包括用于检测直接反映背压的阀装置中的压缩距离的变化的至少一个距离传感器。
所述离心煮泡设备还可以包括流量计量装置，所述流量计量装置用于感测供给胶囊的液体的流量，并且通过改变转速来调节流量以匹配基准流量。
根据本发明的系统的胶囊可进一步包括与该组中的不同胶囊相关联的附加的胶囊识别装置，以用于调节选自以下的至少一个煮泡参数：液体温度、泵流量、转速、液体体积、水压、预润湿时间以及它们的组合。这种附加的胶囊识别装置可以是条形码、RFID、颜色标识、铁磁性元件、机械插脚（mechanical prongs）以及它们的组合。
本发明的设备因此包括适合于读取胶囊的附加识别装置的读取器。该读取器连接到设备的控制单元，以便响应被检测的胶囊控制设备的不同装置。读取器适配成读取选自以下的代码：条形码、RFID、颜色标识、铁磁性元件、机械插脚（mechanical prongs）以及它们的组合。
优选地，根据胶囊的类型，由限流结构或阀装置所施加的背压（即，大气压力以上的压力）可以在5N/cm2（0.5巴）和180N/cm2（18巴）之间，更优选在15N/cm2（1.5巴）和134N/cm2（13.4巴）之间，最优选在27N/cm2（2.7巴）和87N/cm2（8.7巴）之间。
由处于打开构型的阀或由孔形成的限流结构优选通过胶囊和/或设备的设计被控制在0.5-4.0mm2之间，更优选在0.75-3.0mm2之间，最优选在1.0-2.5mm2之间，例如为大约1.7mm2。
转速优选控制在2000-16500rpm之间，最优选在4000-10000rpm之间。对于该组中的至少两个胶囊，优选对于该组中的至少三个胶囊，在液体在胶囊中的离心作用期间，在受控范围内，至少一个转速是不同的。
流量优选控制在0.1-10ml/sec的范围内，更优选在0.5-3.5ml/sec之间。同样，对于该组中的至少两个胶囊，优选对于该组中的至少三个胶囊，在液体在胶囊中的离心作用期间，至少一个流量是不同的。
在本发明的另一个模式中，该组胶囊包括作为一个整体的限流阀。换句话说，所述阀不是通过胶囊的阀部与胶囊的阀部的联合获得的，而是通过胶囊本身的部分获得的。在WO 2008/148604中描述了具有这种限流阀的胶囊的一个示例，该公报的内容通过引用包含于此。在该引用的公报中，限流阀被称为开口装置，其在离心作用下打开以允许经煮泡的液体离开胶囊。所述开口装置或阀装置可包括弹性阀。例如，所述开口装置包括与胶囊的壁成一体的至少一个径向偏转唇部。例如，胶囊的盖连接到体部并且可偏转唇部是所述盖的一部分。所述唇部具有精确的尺寸以提供预定的打开压力。在本发明的上下文中，开口装置或阀装置构造为提供用于离心液体的阀的关闭压力，该关闭压力对于该组中的至少两个胶囊、优选地至少三个不同胶囊是不同的，和/或开口装置或阀装置构造为打开以便在阀的打开构型中形成限流面积，所述限流面积对于该组中的至少两个胶囊、优选至少三个胶囊是不同的。结果是，由阀装置产生的压力损失对于该组中的至少两个胶囊、优选三个胶囊是不同的。
还应注意的是，阀的接触部分可以在胶囊本身上，但是弹簧偏压装置在所述设备上，以迫使胶囊的所述部分闭合在一起。阀将仍然是胶囊的一部分，但是设定背压的阀的闭合力由设备确保。
在另一模式中，胶囊具有限流孔（即，代替上述的限流阀），所述限流孔的总表面积在该组胶囊中根据该组中的胶囊的粉末数量和/或尺寸的增加而增加。因此，胶囊越大，该胶囊中用于离心液体的流动面积越大，相应地由限流孔施加的背压越低。此外，当胶囊中的咖啡粉末的数量减小和/或胶囊的尺寸减小时，设备中的转速也设定为增加。感测装置可以适配成感测所述限流结构上游的背压。
在一个优选实施例中，根据本发明的系统的胶囊容纳不同种类的咖啡粉末，以生产具有特性（浓度、香味、口味、克丽玛等）和不同体积例如25、40、110、250、400ml（例如超级浓缩咖啡、浓缩咖啡、加长咖啡、双份浓缩咖啡〔doppio〕、美式咖啡、加长黑咖啡等）并具有优选可变的克丽玛特性（体积和/或质地）的咖啡饮料。
饮料物质或咖啡的“不同种类”是指关于以下方面的任何区别：胶囊中的重量、研磨尺寸、振实密度（tap density）、烘焙水平、来源、混合物、配料的性质（咖啡、茶、可可、添加剂等）以及它们的组合。
附图说明
通过结合附图阅读以下对本发明的实施例的详细说明，本领域技术人员将会显然看到本发明的其它特征、优点和目的。
图1a-1c是根据本发明的具有不同尺寸的胶囊以及这些胶囊的边缘的高度变化的不同实施例的侧向剖视图。
图2a和2b是系统的具有不同构型的边缘部分的胶囊的其它实施例的侧向剖视图。
图3是根据本发明的胶囊插入其中的离心设备的示意图，其中由弹簧加载装置施加背压。
图4是根据本发明的胶囊插入其中的离心设备的侧向剖视图，其中由磁性装置施加背压。
图5是通过提供不同背压的两个不同胶囊根据胶囊在离心设备中的转速可获得的咖啡流量的图表。
具体实施方式
图1a、1b和1c涉及根据本发明的一组胶囊1A、1B、1C的优选实施例。胶囊优选地包括体部2、边缘3和上壁构件或可穿孔的膜4。由此，膜4和体部2围成一封壳或配料隔室6。如图所示，膜4优选地连接到边缘3的内部环形部分R上，该内部环形部分R优选地在1-5mm之间。膜4通过诸如热或超声波焊线之类的密封装置连接到体部的边缘3。
边缘不必需如图所示为水平的。其可以稍微弯曲以便增加密封装置对于由于胶囊配料随时间的排气（degassing）而随着时间增加的推压在膜上的压力的抵抗力。
胶囊的边缘3优选在相对于胶囊1的旋转轴线Z（参见图3）基本垂直（如图所示）或者稍微倾斜（在如上所述弯曲的情况下）的方向上向外延伸。由此，旋转轴线Z代表胶囊在煮泡设备中的离心作用期间的旋转轴线。
应理解的是，所示的实施例仅是示例性实施例，根据本发明的胶囊1、尤其是胶囊体部2可采用各种不同的实施例。
胶囊1A、1B、1C优选地为一次性胶囊。但是，应注意的是，胶囊可以一次输送一份以上的饮料，例如，足以同时填充两杯的一定体积的咖啡提取物。
相应胶囊的体部2具有单个凸起部分5a、5b、5c，这些凸起部分5a、5b、5c分别具有可变的深度d1、d2、d3。由此，部分5a、5b、5c也可以是连续平截的（truncated）或者部分圆柱形的部分。
因此，胶囊1A、1B、1C优选地包括不同的体积，但是具有相同的插入直径‘D’。图1a的胶囊表示小体积胶囊1A，而图1B和1C的胶囊表示较大体积的胶囊1B或1C。这里，插入直径‘D’在边缘3的下表面和体部2的上部部分之间的交线处被确定。但是，其可以是胶囊在设备中的另一参考直径。
胶囊的体部2优选为刚性或半刚性的。其可以由具有阻气层例如EVOH等的食品级塑料例如聚丙烯或者铝合金或者塑料和铝合金的层叠件形成。膜4可以由更薄的材料制成，例如同样包括阻气层的塑料薄膜或者铝合金或者塑料和铝合金的组合。例如，膜4通常具有10-250微米的厚度。如在说明书中稍后描述的，所述膜被穿孔以形成进水口。所述膜还进一步包括可穿孔的周边区域。
作为膜4的替代，胶囊1A、1B、1C也可包括刚性或者半刚性的盖部件，其优选地具有塑料盘的形式，包括具有能够引入注水部件的进入端口的中心部分和具有沿圆周布置的出口孔的周边部分。
小胶囊和大胶囊之间的体积区别尤其通过改变该组胶囊的体部2的深度（d1、d2、d3）来获得。特别地，较小胶囊1A的体部的深度低于较大胶囊1B、1C的体部的深度。
当然，获得不同体积的一种等同（未示出）模式是改变胶囊的底部形状或者胶囊的其它尺寸，例如胶囊的直径。
相比大体积胶囊1B、1C，小体积胶囊1A优选地容纳更少量的提取配料，例如研磨咖啡。因此，小胶囊1A预期使用数量在4-8克之间的研磨咖啡来输送10ml-60mL的小份咖啡（short coffee）。较大的胶囊1B预期用于输送例如在60-120mL之间的中份咖啡，并且最大的胶囊预期用于输送例如在120-500mL之间的大份咖啡。此外，中份咖啡胶囊1B可容纳数量在6-15克之间的研磨咖啡，大份咖啡胶囊1C可容纳数量在8-30克之间的研磨咖啡。
另外，根据本发明的该组胶囊可容纳烘焙和研磨咖啡或者不同来源的和/或具有不同的烘焙和/或研磨特性的咖啡的不同混合物。
如图1a至1c所示，边缘3的几何结构适配成包含例如L形截面，其具有在与设有膜4的平面垂直的方向上形成的环形外突出部8。由此，边缘3的厚度h1、h2、h3优选地适配于所示的胶囊1A、1B、1C所容纳的饮料物质的数量和/或特性，以便当胶囊被饮料生产设备的专用封闭构件15封闭时，能够调整施加到胶囊上的背压。
特别地，对于容纳少量饮料物质的胶囊，例如胶囊1A，为了制备例如超级浓缩咖啡或浓缩咖啡饮料，可能希望缓慢提取以使咖啡具有高浓度（即，在咖啡提取物中输送的大量的总的咖啡固体物）以及厚的克丽玛。这些特性可与更快的提取形成比较，对于来自容纳更大量的咖啡粉末的胶囊1B或1C的饮料可能希望这种更快的提取。因此，对于饮料提取期间的给定转速，容纳较少量物质的较小体积的胶囊1A的背压应适配成高于容纳较大量物质的较大胶囊1B或1C的背压。相应地，胶囊1A的边缘的阀部8的所示的厚度h1选择为高于胶囊1B或1C的所示的厚度h2或h3。因此，各胶囊1A、1B、1C的厚度h适配成根据胶囊的体积和/或相应胶囊内包含的饮料物质的量而增加。
例如，对于如图1a所示的较小尺寸的胶囊，厚度h1优选地选择为1.0-2.5mm。对于如图1b和1c所示的较大尺寸的胶囊，厚度h2或h3优选地分别选择为0.8-1.8mm和0.5-1.5mm。当然，这些值可根据尤其在设备侧的阀装置的构造而显著改变。
但是，如下文将参照图4所说明的，应指出的是，取决于当胶囊被封闭在饮料生产设备中时（参见图3和4）在胶囊1的边缘3或突出部8上施加预定力的力加载装置，所述厚度也可以根据胶囊中包含的饮料物质的体积而减小。
此外，应指出的是，设在设备中的力产生装置可以制成为不可调节，以便不改变在封闭构件上施加的力，一旦胶囊被接合在设备内该封闭构件就在胶囊的边缘上施加背压。相应地，所施加的背压的适配优选地仅通过胶囊的边缘的几何结构的变化而实现。
如图1a-1c所示，突出部8的宽度b沿径向限定了边缘的阀部。优选地，对于该组胶囊1A、1B、1C的不同实施例，该宽度具有相同的值。
应理解的是，特定胶囊的边缘3或者环形突出部8的厚度（h1，h2，h3）不仅可以关于体积进行适配，而且可以关于胶囊内包含的饮料物质的性质（例如，数量、密度、组成等）进行适配，从而当胶囊的边缘3与专用设备的阀部接合时得到的背压被调整为希望的值。
图2a和2b涉及根据本发明的胶囊的另外的优选实施例。其中，所示的胶囊1D和1E的实施例优选地包括与胶囊1A、1B和1C相同的直径D。
如图2a所示，胶囊1D为截头圆锥形式，其包括具有优选恒定的壁厚t的体部2。其中，胶囊的边缘3与体部2一体地形成。如图中所示，胶囊的边缘3优选具有厚度为h且宽度为b的基本矩形的横截面。其中，厚度h和/或宽度b优选适配于胶囊的类型。厚度h可以不同于胶囊的优选恒定的壁厚t。
在所示的实施例中，膜4密封到胶囊的边缘3的上表面上的环形部分R。但是，膜4也可以密封到边缘3的整个上表面，从而部分R等于宽度b。
图2b示出了根据本发明的一组胶囊中的另一个胶囊1E。在此实施例中，边缘3的几何结构适配成具有居中的基本浮凸的突出部8，该突出部8在所述边缘上的上壁4的密封平面上方突出。
在本发明的上下文中，厚度“h”（或“h1”、“h2”、“h3”等）是从边缘3的下表面到边缘的最高点测量的，即，当设有延伸部时从边缘3的延伸部8的最高点测量。
在任何情况下，如下文进一步说明的，所述厚度是适合于通过胶囊在设备中的插入在饮料提取过程期间调整背压的有效距离。
如参照图1a至1c以及2a和2b所说明的，胶囊边缘部分3可采取各种几何结构设计，以便在饮料提取过程期间影响并且适配至少一个煮泡参数。
图3示出了根据本发明的系统的设备在其闭合状态下的侧向截面图。其中，该设备包括旋转胶囊保持器10、驱动装置27和收集器11，离心液体冲击在该收集器上并且通过饮料出口12排出。驱动装置27可以是旋转马达，其在底侧（如图所示）或者在顶侧（未示出）联接到胶囊保持器10。
此外，该设备包括水注入装置18，该注入装置18具有布置成在胶囊1的膜4的中心部分处刺穿该膜4的注入部件13。注入装置18优选还包括如WO2008/148604中所描述的一系列出口穿孔件24。相应地，在膜4的环形部分中产生出口，这使得被提取的饮料能够在胶囊1的旋转运动期间离开胶囊1。注入装置18连接到液体回路22，该液体回路22包括液体供应源21、泵20和加热装置19，该加热装置19用于在液体提取过程期间向胶囊1提供预定体积的经加热的加压液体。
该设备进一步包括阀部15，该阀部15沿水注入单元18的圆周布置并且具有下部环形加压表面15a。
阀部15和注入单元18优选地可相对于胶囊保持器10移动，以使得能够在饮料提取过程之前将胶囊1插入胶囊保持器10以及在饮料提取过程之后从胶囊保持器10排出胶囊1。
此外，水注入装置18、阀部15和胶囊保持器10能够围绕轴线Z旋转。
阀部15还制成为可独立于注入单元18移动，以便对胶囊的不同的可能厚度予以考虑，同时不影响在与胶囊接合时注入部的相对位置。为此，部分15可以关于注入单元18可滑动地安装。
在阀的打开构型中，形成相对小的限流结构，其使得能够迫使离心液体流形成喷射到设备的冲击表面11上的细的液体射流。该限流结构形成表面积优选在1.0-10.0mm2之间的环形开口。限流结构的表面积可以根据由胶囊在阀中设定的背压值以及胶囊的转速而改变，通常速度越高，表面积越大。
胶囊保持器10具有内部圆周表面10b，其形成基本等于胶囊1的直径‘D’的基准直径，以便确保胶囊在胶囊保持器10中紧密配合而不存在可能的径向游隙。
胶囊保持器10优选在其中心为中空的或者足够深，以便能够容纳该组中的全部胶囊。因此，唯一的胶囊保持器足以接纳该组的全部胶囊1A、1B、1C、1D、1E。所示的收集器11终止于饮料出口12，该饮料出口例如形成为指向用于收集制备好的饮料的一个或多个杯子的至少一个开口管。
应指出的是，胶囊保持器可采取各种形状，也可以由简单的环形中空环形成。
胶囊1还通过其边缘3稳固地放置在胶囊保持器10的上部凸缘10a上，而体部2基本没有沿径向变型。在此构型中，水注入单元18和阀部15分别靠接膜4和所述边缘。由此通过设备的阀部15与胶囊的阀部8的接合该系统形成阀23。
阀23设计成在通过负载产生系统16、17获得的弹性关闭负载的力的作用下闭合，所述负载产生系统包括优选地弹簧偏压的元件16。弹簧偏压元件16在封闭构件15上施加预定的弹性负载。负载主要沿阀部15的加压表面15a分布，并且相对于边缘3的阀部的环形表面起闭合作用。所述表面也可以是简单的环形接触线。因此，阀23通常关闭离心液体的流动路径，直到通过由穿孔元件24形成的孔口离开的离心液体在阀的上游区域施加足够的压力。应指出的是，可能需要通过阀装置23的小的液体泄漏部，其有助于在用液体填充胶囊期间（未示出）排出胶囊中包含的气体或空气。这种泄漏部可通过设在任何阀部（设备的部分15和/或胶囊的边缘3）中的小的径向凹槽或者孔口获得。所述泄漏部还可通过在膜4上的用于产生泄漏的小的浮凸获得。所述小的浮凸可位于阀部15的表面上。因此液体在膜4和阀部15之间流动，并且通过抵抗弹簧偏压元件16的力将整个封闭构件15向上推动而迫使阀23打开。离心液体因此可横穿在部分15的表面15a和边缘3或突出部8的上表面或线之间形成的限流结构。因此，如图3中的箭头A所示液体以高速朝收集器11喷射，或者朝该设备的设在收集器和阀23之间的另一竖直取向的环形壁（未示出）喷射。
其中，通过驱动注入单元18、阀部15和胶囊保持器10与胶囊一起以例如在500-16500rpm之间的提取速度围绕轴线Z旋转（Y），实现从胶囊1对饮料的提取。所述旋转由旋转马达28驱动，该旋转马达28至少连接到胶囊保持器10或者注入单元18。因此，在放入根据本发明的系统的胶囊1的操作期间，胶囊1围绕其轴线Z旋转。由此，被居中注入胶囊1内的液体将趋向于沿体部2的侧壁的内表面被引导，向上直至膜4的内侧，然后通过由穿孔部件24在膜4中形成的被穿孔的出口过滤开口。由于胶囊1中的液体的离心作用，使得液体和在胶囊内提供的配料或者物质相互作用以便形成可食用液体（例如，液体提取物）。
应理解的是，由加压表面15a作用在胶囊1的边缘3上的力可通过边缘3的几何结构（例如边缘3的厚度h）进行调节。因此，特别地，可以通过将边缘3的厚度h适配为预定值来调节所施加的作用在边缘3上的背压。其中，通过更大的厚度h可获得更高的背压，这是因为更大的厚度h导致弹簧偏压元件16的更大的压缩，则该弹簧偏压元件16在加压表面15a上施加更高的力。因此，较低的厚度h的值导致弹簧偏压元件16的较小的压缩，并因此导致作用在加压表面15a上的相对较低的力，从而导致较低的背压。因此，厚度h优选地设计成为获得作为结果的更高的背压而增加。
因此，在本发明的一个简单模式中，由于所描述的背压的特定调节，例如根据设备中插入的胶囊的类型（例如1A、1B或1C）来设定得到的流量。
因此，本发明构成嵌入式解决方案，根据该方案，对于将制备不同性质的饮料的每个饮料制备过程，不必需从外部操控将胶囊1封闭在设备中的封闭构件15的弹簧负载。相反，该弹簧负载优选地保持为恒定的预定值，以便能够利用胶囊的边缘3的几何结构的变化来精确调节背压。因此，在根据本发明的系统中的饮料煮泡期间，能够实现胶囊1上的背压的更方便和可靠的调节。
在本发明的一个更复杂的模式中，胶囊1还可包括识别装置以控制煮泡参数和/或与饮料生产设备相互作用。
其中，该识别装置优选使得能够提供关于接合在饮料生产设备中的胶囊的类型的信息。相应地，可以根据所提供的胶囊信息由设备自动调节煮泡参数、体积和/或制备饮料的转速。还可向用户提供定制选项，以使用户能够在给定的范围内修改某些提取参数。
在一个优选实施例中，胶囊1的边缘3的阀部可设计为形成识别装置，该识别装置向设备提供与其几何结构（例如，其特定厚度）有关的可辨别的信息。其中，该设备优选地包括感测装置26，该感测装置设计成与胶囊的识别装置相互作用。
如图3所示，设备的感测装置26可以是与设备的负载产生装置16、17连接的压力传感器。感测装置26优选地连接到设备的控制装置25，以便提供与作用在被接合的胶囊的边缘3上的当前背压有关的信息，即压力或力的值。其中，控制装置25优选地至少连接到驱动装置27、泵20和加热装置19。因此，根据感测装置26提供的信息，可以调节在饮料生产过程期间的煮泡参数，诸如马达27的转速、提供给胶囊的液体的温度、压力和/或体积。特别地，边缘3的厚度h设计成改变阀23的结果得到的背压，以便适配要制备的特定饮料的煮泡参数。此外，根据压力传感器26感测的信息，将转速调节为与希望的流量对应的希望的值。结果是，可以根据感测装置26感测的信息选择不同的速度或者速度范围。在控制单元25中提供了速度选择，该控制单元25继而根据所选择的速度控制旋转马达26，并且必要时控制泵20的流量以确保在胶囊中足够地供给液体。
在一个不同模式（未示出）中，压力感测装置可由一个或多个距离传感器替代。例如，边缘的厚度h可以直接或者间接地感测。例如，可以通过距离传感器感测负载产生装置16、17的长度变化（例如，弹簧长度），并且作为信息提供给控制单元25，以用于调节煮泡参数，例如转速和/或所喷射液体的体积。
本发明的流动控制原理在图5中示出。该图示出对于两个不同的胶囊（即反力），随着马达转速（以rpm为单位）而变化的饮料流量例如咖啡流量（以mL/sec为单位）。这里，设想与部分8的接触表面相接触的加压表面为大约186mm2，所述反力是由于设备的弹簧加载部件16的压缩而由环形加压表面15a施加在胶囊边缘的部分8的接触表面上的力。下部曲线代表设定240牛顿的反力（或者1.29Mpa或12.9巴的背压）的胶囊。上部曲线代表另一胶囊，其部分8具有较小的厚度，因此设定仅150牛顿的较低的反力（或者0.819Mpa或8.19巴的背压）。很明显，对于两个胶囊，在保持相对窄的转速范围（即9000-12000rpm）的同时，流量可以在大的范围（例如0.5-3.5mL/sec）内设定。如果仅使用提供150牛顿的单个反力的单个胶囊，则仅通过大得多的速度范围（即，9000与16500rpm以上之间）来覆盖相同的流量范围。因此，本发明提供了通过大得多的流量范围来调整饮料特性的更大的机会。特别地，一个优点还可以是在保持在较大的流量范围内输送饮料的机会的同时，减小可用速度范围。
图4涉及根据本发明的设备的另一优选实施例，示出了由设备的胶囊保持器10和阀部15所包围的边缘部分3构成的阀装置23的侧向截面图。但是，所获得的背压是由于负载产生装置16而获得的，该负载产生装置16在此实施例中包括分别布置在阀部15和胶囊保持器10内的两个磁体M。其中，磁体M可围绕设备的轴线Z（见图3）沿圆周布置，以便能够在包围胶囊的边缘3的封闭构件15和胶囊保持器10之间实现均匀的力分布。
与根据图3所示的实施例形成对比，应指出的是，所得到的背压随着边缘3的厚度h的增加而减小，这是因为两个相对的磁体M之间的吸引力在磁体之间的距离增加的情况下减小。对于边缘的高度h的设计来说必须考虑这一点。因此，在这样的实施例中，为了获得作用在封闭构件15和胶囊保持器10或者胶囊1的边缘3之间的更高的最终的背压，高度h减小。
在本发明的另一可能的模式（未示出）中，通过胶囊与设备的协作获得的阀可以由仅作为胶囊的一部分的阀所替代。在此情况下，针对至少两种类型的胶囊，优选地针对该组胶囊中的每种类型的胶囊，对阀在几何结构上进行设计，以便为离心液体提供不同的背压。
在本发明的另一可能的模式（未示出）中，通过例如由穿过胶囊设置的至少一个、但优选地多个沿径向定位的出口孔所实现的固定限流结构来获得背压，所述出口孔的总开口表面积根据该组中胶囊的类型而改变。限制孔提供了与出口孔的数量以及每个孔的单个开口截面有关的背压。例如，孔可以沿通过胶囊的上壁的圆形路径设置，或者沿通过胶囊的侧壁的环形路径设置。限流结构的总表面积可以在0.5-5.0mm2之间，更优选地在0.75-3.0mm2之间，最优选地在1.0-2.5mm2之间，例如为大约1.7mm2。在胶囊的周边内用于形成限流结构的出口孔的数量可以在1-300的范围内，更优选地在3-150之间。例如，第一胶囊包括由10个孔形成的限流结构，每个孔为0.2mm2,第二胶囊具有由15个孔形成的限流结构，每个孔为0.2mm2。在另一模式中，第一胶囊包括由10个孔形成的限流结构，每个孔为0.2mm2,第二胶囊具有由10个孔形成的限流结构，每个孔为0.25mm2。第一胶囊提供了与第二胶囊不同的流量-压力函数。特别地，由于其限流结构的较低的总表面积，第一胶囊对于离心液体提供了比第二胶囊更高的背压。转速可被控制在特定值，以确保用于第一和第二胶囊的对应于要生产的饮料的特性的流量。当然，可以对该组胶囊中的其它胶囊类型进行设计，以确保其它不同的背压特性。
尽管已参照本发明的优选实施例对本发明进行了描述，但是本领域普通技术人员可以进行多种修改和变型而不会背离由所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (17)

1.一种胶囊系统，用于通过胶囊（1）在离心煮泡设备中的离心作用来制备饮料，并且包括：
-包含控制装置（25）的离心煮泡设备，所述控制装置能够通过控制饮料流量和/或饮料的体积来操作设备进行离心作用，以及
-待插入煮泡设备中的胶囊，其中所述胶囊设计为单独地或者与离心煮泡设备协作而形成为离心液体提供背压的限流结构或限流阀，
其中，根据由限流结构或限流阀施加的背压，设备的控制装置（25）选择性调节插入的胶囊（1）的离心转速和/或注入胶囊中的液体的体积。
2.根据权利要求1所述的胶囊系统，其特征在于，所述胶囊（1）包括边缘部分（3），所述边缘部分设计为与煮泡设备的封闭构件（15）相互作用以形成在胶囊（1）的边缘（3）上施加背压的限流阀（23）。
3.根据权利要求1或2所述的胶囊系统，其特征在于，离心转速的调节是在使得离心液体能够通过限流结构或限流阀装置（23）从胶囊释放的至少两个、优选三个不同的胶囊转速值或范围当中进行的选择。
4.根据权利要求1或2所述的胶囊系统，其特征在于，在离心液体释放期间，转速调节为匹配注入的液体或胶囊中的饮料的基准流量或者注入的液体的基准压力。
5.根据权利要求4所述的胶囊系统，其特征在于，可以通过用户操作来改变胶囊的转速的预定值或范围。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的胶囊系统，其特征在于，利用胶囊的物理结构来自动调节胶囊的转速的预定值或范围。
7.根据前述任一项权利要求所述的胶囊系统，其特征在于，胶囊（1）的边缘（3）的几何结构设计为改变限流阀（23）所施加的背压的值。
8.根据前述任一项权利要求所述的胶囊系统，其特征在于，对于该组胶囊中的至少两个不同胶囊、优选至少三个不同胶囊，所述边缘的厚度（h）是不同的，从而当胶囊接合在饮料设备中时，分别标定限流阀（23）的至少两个、优选至少三个不同的背压。
9.根据权利要求8所述的胶囊系统，其特征在于，根据胶囊（1）封装的饮料物质的存储体积和/或重量、和/或要制备的饮料的类型，所述边缘（3）的厚度（h）增加或减小。
10.根据权利要求8或9所述的胶囊系统，其特征在于，根据胶囊的类型，胶囊（1）的所述边缘（3）的厚度（h）的值在0.2-3mm之间变化。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的胶囊系统，其特征在于，胶囊的边缘（3）在与胶囊（1）的旋转轴线（Z）基本垂直的方向上与胶囊（1）的体部（2）一体形成。
12.一种通过胶囊的离心作用制备饮料的离心煮泡设备，包括：
所述煮泡设备的用于保持胶囊（1）的旋转胶囊保持器（10），
驱动胶囊进行旋转离心作用的旋转驱动装置（24），
用于在胶囊（1）中注入液体的注入装置（18），其中所述注入装置连接到泵（20），
所述设备还包括至少连接到旋转驱动装置（24）和泵（20）的控制装置（25），所述控制装置设计为改变饮料的流量和/或饮料的体积，
其中，所述设备还包括与背压相关的感测装置（26），所述感测装置连接到控制装置（25）并且设计为直接或间接感测限流结构或限流阀（23）的背压，所述限流结构或限流阀在胶囊中提供或者通过胶囊与离心煮泡设备的协作而提供。
13.根据权利要求12所述的离心煮泡设备，其特征在于，所述控制装置（25）构造为根据所感测的背压调节至少一个煮泡参数，特别是旋转驱动装置（24）的转速。
14.根据权利要求12或13所述的离心煮泡设备，其特征在于，所述控制装置（25）设计为根据所感测的背压改变注入胶囊（1）的液体的体积和/或压力。
15.根据权利要求12-14中任一项所述的离心煮泡设备，其特征在于，所述限流阀（23）包括接合部分（15）和所述设备的弹簧偏压装置（16、17），所述弹簧偏压装置将接合部分（15）压在胶囊的边缘部分（8）上。
16.根据权利要求12-15中任一项所述的离心煮泡设备，其特征在于，背压感测装置包括构造为测量由所述接合部分施加在胶囊的边缘上的背压的至少一个压力传感器，或者用于检测直接反映背压的限流阀（23）中的压缩距离的变化的至少一个距离传感器。
17.根据权利要求12-16中任一项所述的离心煮泡设备，其特征在于，所述离心煮泡设备还包括流量计量装置，所述流量计量装置用于感测供给胶囊的液体的流量，并且通过改变转速来调节流量以匹配基准流量。
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