CN103732511A - 包括致动元件的胶囊、处理所述囊的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产饮料的胶囊（1，1′），所述胶囊包括配置通道截面并控制穿过所述胶囊的加压流的进入和排出时间的致动元件（5）。尤其是，所述致动元件被事先配置和定义大小和/或以这种方式致动：作为施加机械和/或液压性质致动力的结果而执行一定的移位。本发明还公开了一种用于处理所述胶囊的方法和设备。

Description

包括致动元件的胶囊、处理所述囊的方法和装置

技术领域

本发明一般涉及用于芳香物质的胶囊领域，用于通过借助加压流体流穿过它的提取来制备饮料，尤其涉及到用于获得浓缩型咖啡的胶囊领域。

本发明还涉及处理所述容器的方法，以及用于执行所述处理方法的设备。

背景技术

有多种已知的用于在饮料提取机中使用的胶囊解决方案，例如浓缩咖啡，包括以基本上非气密材料提供的豆荚类型，以及以基本上气密材料提供的胶囊类型。这种容器用于提取流通过的开口，在技术上带来了几个问题，所述问题在于进入和退出时刻的控制（以及，由此，所述流驻留在其内部的时间）以及用于所述加压流体流的入口和出口的流动通道截面的配置（形式，大小，分布）。事实上，这些参数对得到的饮料的最终质量造成实质的影响，并且在一般情况下，根据所使用的芳香物质而有所不同。此外，重要的是还要考虑由提取装置所需的力量，特别是在相应的提取室中，执行所述胶囊入口和出口的开启，以及所述胶囊针对所使用物质的不同类型的最终变化。

为了打开所述胶囊，通常实施的解决方案涉及某种材料的一定形式的破裂，所述材料在所述胶囊的某个区域中的结构元件中使用，所述破裂通常是由于施加了一定的机械力。此外，人们经常尝试使用在胶囊内通过加压流体流产生的液压力，也至少部分地，致动其外面的出口。

文献EP 1975087提出了一种胶囊，所述胶囊包括设置在内部的管状元件，并且参与加压流体流从胶囊中的入口到其出口的分配。此外，在这种情况下，所述流的入口和出口的开启是通过在相应区域中的结构材料上穿孔来进行的。此外，在这种情况下，所述管状元件不被驱动以不进行任何移动。管状元件以被动方式对所述胶囊内部的流动分布提供了一种辅助功能，但不进行任何流动致动功能。

发明内容

本发明的目的是制造一种可用的胶囊或胶囊类型的容器，它在入口和出口处提供更好的流动状况，从而最小化相关的压力损失，胶囊内更好的流量分布，这样最大化提取工艺的功效，以及，特别是，更有效地控制并使用执行所述流的进入和排出所需的力，该方式更好地控制了所述流在胶囊的停留期间，并有可能为不同类型的芳香物质和饮料以最小的结构变化调整所述胶囊。

上述目标通过一种胶囊达成，所述胶囊以基本上柔性的或刚性，和基本上非气密或气密的材料制成，含有至少一种芳族物质，用于借助其被加压流体流穿过来生产饮料，从而所述胶囊的构建是通过：至少一个结构元件限定至少一个面向所述流的上游的胶囊区域和面向所述流的下游的胶囊区域，配置为彼此相对，并设置在面向所述流上游和下游的区域之间的距离的某部分上延伸的致动元件，优选地为主要部分，并且以可移动的方式保持在相应元件固定装置中，在每种情况下，所述元件固定装置设置在面向所述流的上游和下游的所述区域中。根据本发明的第一方面，所述致动元件和相应元件固定装置被配置为这样一种方式，其中包括和/或限定了在面向所述流下游的区域侧的蓄流室，以及至少一个事先定义的流动通道出口，用于将所述流排出所述蓄流室和胶囊。作为在所述蓄流室中蓄流结果，在机械力的作用下，该出口至少部分展开。

根据本发明的另一个方面，所述致动元件执行至少两个连续的移动，在每一情况下由于施加一定致动力导致，每种情况下分别发生在至少一个用于所述流进入所述胶囊的事先定义的流动通道中，以及至少一个用于所述流离开所述胶囊的事先定义的流动通道中。

根据本发明的另一个方面，由于致动元件移动导致，至少一个事先定义的用于所述流进入所述蓄流室的流动通道被释放。

在这个意义上说，本发明指出了所述致动元件和相应元件固定装置的有利配置，由于相应的致动效果和所具有的结构装置简化。

根据本发明的另一个方面，所述致动元件和/或元件固定装置因此有利地提供了至少一个、优选多个通道和/或至少一种透液性材料和/或具有过滤效果的材料，从而优选地得到至少穿过所述蓄流室的流动通道，当所述流动通道设置在所述致动元件和/或元件固定装置中的每种情况时，所述流动通道没有被阻塞或相互基本上流体相通。

根据本发明的另一个方面，所述致动元件的部分被配置为使得至少暂时沿面向上游流动的区域与面向下游流动的区域之间距离的至少一部分彼此互动，优选使得它们相对另一方单独运动。

此外，在这个范围内，根据一个优选的实施例，所述致动元件设置为两个致动部件，都可以由至少各自移动的联合至少初始保持，优选地由正向锁定方式的联合来保持。此外，在面向所述流下游区的区域一侧上的致动元件的至少一部分被保持，优选地由两个沿主流动方向依次设置的两个联合保持，使其可以在相应元件固定装置中移动，因而至少它们中的第一个被配置为可移动的联合。

本发明的另外一个目标是能够调整所述胶囊，以使用不同类型的物质，相应颗粒的平均大小不同，并产生不同品质的饮料，仅通过配置和/或所述驱动元件的预设大小的变化，从而始终确保高的提取功效。

根据本发明的一个方面，以这样的方式达成了这个目标：事先将所述致动元件的总位移和/或蓄流室的容积，优选相应的内部高度，定义为至少是不同芳香物质的类型，或是所述物质的颗粒大小，或所述胶囊的内部容积的函数。

根据本发明的另一个方面，将至少进入所述蓄流室和从所述胶囊排出的流动通道的配置，优选包括相应流动通道的形式，大小和/或分布，事先定义为至少是不同芳香物质的类型，和/或是所述物质的颗粒大小，和/或所述胶囊的内部容积的函数。

根据一个优选的实施例，为增加对所述流胶囊内部流的驻留时间的控制选项，特别是对不同的芳香物质，至少在所述致动元件的出口室中和所述出口腔中分别设置了至少两个流动通道，由于可移动联合移动导致大量的流体相互连通。

根据一个优选的实施例，所述流动通道被配置为形式是多个通道和/或透液性材料和/或具有过滤效果的材料。这种材料的优选实施例包括基于纤维的结构，优选是可生物降解的材料。

本发明的另外一个目标是在胶囊内提供一定的流动模式，以更高的功效提取在其内部的芳香物质。

为此目的，根据本发明的另一方面，它设有多个依次沿主流动方向布置的流动通道，因而连续流动通道之间的距离是事先确定的尺寸，并且相应的通道相对于胶囊的中心对称轴以大致均匀的方式径向产生，优选以径向不对称方式径向产生。

根据本发明的另一个方面，部分致动元件被设置为使得至少一个可以至少部分沿另外一个移动，或至少一个可以沿相应元件固定装置的一部分移动，至少沿主流动方向移动。

根据一个优选的实施例，事先将所述致动元件的延伸，优选在面向流上游的区域上设置的致动元件的至少部分，定义为至少是不同芳香物质的类型，和/或是所述物质的颗粒大小，和/或所述胶囊的内部容积的函数。

根据另一个优选的实施例，所述胶囊设有识别某个事先定义的操作位置的装置，特别是当所述穿透流动应该沿大致水平方向进行时的某个相对取向，诸如例如，使识别的元件朝上。

本发明的另外一个目标是提供一种从根据本发明的胶囊中生产芳香饮料的方法。

通过一种方法达成了上面的目标，所述方法包括以下步骤：将胶囊引入到提取室中，在提取室中机械固定装置夹紧所述胶囊，这样至少在其面向所述流动的上游的区域的一侧将第一致动力施加在所述致动元件上，在根据事先定义的压力和时间期间将流体流注入，因而至少在其面向所述流动的下游的区域的一侧将第二致动力施加在所述致动元件上，使得第一致动力足以将所述致动元件以这样的方式移动，该方式至少降低所述第二致动力，仍然需要所述第二致动力以提供流出所述胶囊的流动通道。

根据本发明的另一个方面，通过在提取室中机械夹紧胶囊，施加到设置在面向流动上游的区域一侧上的致动元件的第一致动力的至少部分，由该致动元件传递到设置在朝向流动下游的区域一侧的致动元件，从而使该致动元件从其初始保持中移出。

根据另一个优选的实施例，在加压流体流的注入开始后，所述加压流体流立即穿过流动通道引入到胶囊内部。

根据另一个优选的实施例，通过在胶囊提取室的机械夹紧装置，在每种情况对应的流动通道中至少一个所述致动元件从初始的阻塞位置移动到下一打开位置。

根据另一个优选的实施例，借助穿过所述胶囊，至少在一定时间内，加压流体流蓄积在蓄流室中，因而在设置在朝向流动下游的区域一侧的致动元件上施加增加的液体压力，直到达到引起致动元件移动的一个最低值，这样释放至少一个相应的流动通道。

根据本发明的方法的另一个优选实施例，所述胶囊沿着事先定义的方向被引入到提取室内部，优选地使流出所述胶囊的流动通道面向下游。

本发明的另外一个目标是提供一种饮料提取装置，由此，通过一种用于使用本发明的胶囊的设备达成了此目标，所述胶囊包括至少一个提取室，用于执行根据本发明的方法。

附图说明

现在，将根据优选的实施例和附图更详细地解释本发明。

附图示出了：

图1a-1b：分别是根据本发明的胶囊（1）型和豆荚（1′）型的容器的顶视图，侧视图和底视图，包括一个入口和出口致动元件（5），同时保持在所述胶囊的面向所述流的下游的区域（2）中;

图2a-2b：根据本发明胶囊的实施例的第一类型沿在图1中定义的平面AA的剖分的示意性表示，包括在所述胶囊（1）内部的致动元件（5）的演变，特别是在具有在面向所述流的下游的区域（3）上形成的腔室的元件固定装置(7s)中;

图3：根据本发明胶囊的第二实施例的沿平面AA的剖分的示意性表示，包括在元件固定装置(7)中所述致动元件（5e,5s）的演变的三个连续时刻;

图4：根据本发明的处理方法的一个实施例的演变的三个时刻的示意图。

具体实施方式

图1a-1b是根据本发明的胶囊（1，1′）类型的容器的两个有代表性的实施例的外部视图，用于说明本发明的目的并且不限定本发明的范围。在第一种情况（图1a），胶囊（1）被配置为盒子的形状，并以基本上是刚性和气密的材料生产，以及在另一个示例性的情况下（图1b），胶囊（1′）被配置为豆荚的形状，并以基本上是柔性和非气密的材料生产。

这种类型的胶囊（1，1′）在其内部收集了芳族物质，并借助其由加压流体流(例如热水)穿过来生产芳香族饮料。通常情况下，胶囊（1）包括至少一个，优选两个结构元件，特别是在这种情况下，一个元件是容器类型，一个元件是盖类型，它们限定了至少一个面向流上游的区域（2）和一个面向流下游的区域（3）。

在本发明的情况中，所述胶囊（1，1′）还包括设置在其内部的至少一个致动元件（5），使其以可移动的方式，优选以气密方式的在压力下，保持在相应的元件固定装置（7）中，元件固定装置（7）在每一种情况中设置在流的上游区域（2）和流的下游区域（3）。胶囊（1，1′）由相应的设置在提取室（10）内部的设备进行处理，所述提取室（10）具有朝向流体注入器（11）的上游区域（2）和面向排出件（12）的下游区域（3），注入器（11）将加压流送入胶囊（1，1′）的内部，排出件（12）集中了来自胶囊（1，1′）内部的流体-见图4。

图2a和2b分别对应于两个实施例的剖视图，其中每个对应于根据本发明的胶囊（1，1′）的提取的三个连续时刻中的一个。在这组实施例的情况下，元件固定装置（7）被设置为两个不同的部分（7e，7s），其中设置在出口侧的元件固定装置（7s）优选地配置为圆筒形和/或锥管形式的腔体。

在第一示例中（图2a），因此，致动元件（5）被设置为例如单件，最初以可移动的方式被保持在设置在面向所述流的上游的区域（2）的元件固定装置（7e）中，然后保持在和面向所述流下游的区域（3）的元件固定装置（7s）中。在第一时刻（左图），没有穿过胶囊（1）的可用流动通道。在第二时刻（中图），通过施加一定的第一致动力（F），优选至少以机械方式施加，例如，通过设置在根据本发明的设备的提取室（10）中的流注入器（11），致动元件（5）被移动，于是释放了流动通道（S₁），允许加压流进入所述胶囊内部。在当前情况中，所述流动通道（S₁）由设置在所述流注入器（11）上的多个通道（8）提供。在第三时刻（右图），通过施加第二致动力（F），其最终的大小与第一个不同，优选地至少以液压的方式（即，通过流体）施加，致动元件（5）被再次移动，于是，流动通道的第二截面（S₂）被释放，在这种情况下，允许加压流排出胶囊（1）。

在第二个例子中（图2b），所述致动元件被设置为两个元件部分（5e，5s），每个最初以可移动的方式保持在相应的元件固定装置（7e，7s）中，从而这些元件部分（5e，5s）至少暂时与对方结合。第一时刻（绘制在左侧），在入口上的致动元件（5e）因而被保持在一个位置，在该位置相应的通道（8）被相应的元件固定装置（7e）阻塞。在第二时刻（绘制在的中心），第一驱动力（F₁）施加到致动元件（5e），从而使致动元件（5e）至少移动这样的一段延伸，释放设置在所述开口元件（5e）中的所述通道（8）和/或可渗透材料（9）和/或有过滤效果的区域，并且相应进入所述胶囊内部的流动通道（S₁）也因此被释放。而且，在其移动过程中，致动元件（5e）同时将所述第一驱动力（F₁）的至少一部分传递到在出口处的致动元件（5s）。作为这种结合的结果，致动元件（5s）从第一保持位置移动到下一保持位置，在这种情况下，沿着这样的距离，它释放了设置在元件固定装置（7）中的多个通道（8）和/或透液性的材料（9）和/或有过滤效果的区域，从而释放定义在其内部的进入蓄流室（6）内部的流动通道（S₃）。在第三时刻（绘制在右侧），由于液体蓄积在所述蓄流室（6），在其内部产生增大的压力，直到至少通过液压方式将第二致动力（F₂）施加在所述致动元件（5s）时，使所述致动元件（5s）移动到下一保持位置，从而释放一个从所述蓄流室（6）到胶囊（1）外的流动通道（S₂）。

根据本发明的一个优选实施例，蓄流室（6）的容积是预先定义的大小，以便在该位置产生一定的液压致动力（F_H），对应于执行所述致动元件（5s）的移动所需要的致动力（F）。

图3对应于一个优选的实施例（也包括三个附图，其中每一个对应于连续的操作时刻），其中，胶囊（1）设置了以非对称方式分布的流动通道截面，至少沿径向，以改善产生的流动模式，特别是当它由沿着基本水平的方向产生的加压流穿过时。此外，在本实施例的情况下，元件固定装置（7）被设置为圆筒形和/或圆锥管状形式的单件，优选地以有至少一个其它的胶囊（1）结构元件的单件生产。

在第一时刻（绘制在左侧），所述致动元件（5e，5s）被保持在元件固定装置（7）中，以这样的方式，没有可穿过胶囊（1）的流动通道。在第二时刻（绘制在中心），通过施加一定的第一致动力（F₁），所述致动元件（5e，5s）沿着这样的距离共同移动，在该距离通道（8）进而与相应的设置在元件固定装置（7）中的每种情况下的可渗透材料区（9）流体连通。其结果是提供了进入所述胶囊和定义在致动元件（5s）内部的所述蓄流室（6）的流动通道（S₁，S₃）。在这方面，特别要注意，所述通道（8）设置了不同大小，并在两者之间设置了一定的距离，并在径向上非对称，于是它导致穿过芳族物质的更有效的流分布。在这种情况下，作为一个例子，在进入胶囊（1）的开口被设置在朝上的致动元件（5e）的外围区域上，而进入蓄流室（6）的开口设置在朝下的致动元件（5s）的外围区域上。在第三时刻，作为第二致动力（F₂）的结果，所述致动元件（5s）沿着这样一个延伸移动，使从胶囊（1）流出的流动通道（S₂）被释放，在这种情况下，流动通道（S₂）由多个通道（8）提供，所述通道（8）设置在朝向下游的区域周边，以及腔体内部，所述腔体相应地设置在元件固定装置（7）的周边的一部分。

图4是根据本发明的方法和装置的优选实施例在连续时刻的每一种情况下的示意图。因而，根据本发明的一个胶囊（1）首先被沿任意方向引入根据本发明的装置的提取室（10），优选沿着事先定义的方向。根据一个优选的实施例，引入发生在，以便使在上游侧和下游侧的所述致动元件（5e，5s）在每一种情况下都与流注入件（11）和排出件（12）分别基本对齐（绘制在左边）。在随后的步骤中，执行在各提取位置的胶囊（1）的机械夹紧。根据一个优选的实施例，同时在胶囊的致动元件（5）上施加的第一致动力（F1）（绘制在中心）。之后，或基本上同时，通过胶囊（1）的致动元件（5）的流注入件（11），以机械夹紧启动加压流体流（例如热水）的注入。进入胶囊的流动通道（S₁）的开启可能在机械夹紧后立即发生，或仅在所述流开始注入后。在接下来的时刻（绘制在右侧），作为流入所述胶囊的结果，施加或产生了一定的第二致动力（F₂），从而使流动通道（S₂）释放，它允许所述流流出胶囊（1）。

Claims (16)

1.一种由至少一个结构元件构建的胶囊（1，1′），所述胶囊限定彼此相对布置的面向流上游的区域（2）和面向流下游的区域（3），并沿面向流上游和流下游的所述区域（2,3）之间的距离的一部分、优选大部分设置一个致动元件（5），并且，所述致动元件（5）通过两个元件部分（5e；5s）以可移动的方式保持在相应的元件固定装置（7；7e,7s）中，固定装置（7；7e,7s）在每种情况下设置在面向所述流上游和下游的所述区域（2，3）中，

其特征在于，

所述致动元件（5；5e，5s）包括和/或与所述元件固定装置（7；7e，7s）一起限定一个蓄流室（6），该蓄流室（6）设置在面向流下游的区域（3）一侧，并且

其中所述致动元件（5；5e，5s）包括和/或与所述元件固定装置（7；7e，7s）一起限定至少一个用于所述流排出所述蓄流室（6）和胶囊（1，1′）的流出通道（S₂），所述流出通道（S₂）至少部分是由于在所述蓄流室（6）中蓄流所导致。

2.根据权利要求1所述的胶囊，其特征在于，所述致动元件（5；5e，5s）执行至少两个连续的移动，在每一种情况下，作为施加一定致动力（F₁，F₂）的结果，在每一种情况下，都分别导致释放至少一个用于所述流进入胶囊（1）内部的流动通道（S₁），和至少一个用于所述流排出胶囊（1）之外的流动通道（S₂）。

3.根据权利要求1或2所述的胶囊，其特征在于，由于所述致动元件（5；5e，5s）移动导致，至少一个用于所述流进入蓄流室（6）的流动通道（S3）被释放。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的胶囊，其特征在于，所述致动元件（5；5e，5s）和/或元件固定装置（7；7e，7s）设有至少一个，优选多个通道（8）和/或设有至少一种可渗透料和/或具有过滤功效的材料（9），并且其中，当在所述致动元件（5；5e，5s）和/或元件固定装置（7；7e，7s）中的所述通道（8）在每种情况下都未阻塞或处于实质上相互流体连通时，至少设置了穿过蓄流室（6）的流动通道（S₂，S₃）。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的胶囊，其特征在于，所述致动元件的部分（5e，5s）被配置为以便彼此至少暂时相互作用，优选地一个相对于另一个，沿所述流的上游区域（2）和下游区域（3）之间距离的至少一部分独立运动。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的胶囊，其特征在于，所述致动元件（5；5e，5s）的总位移和/或蓄流室（6）的容积，优选对应的内部高度，预先定义为至少一个类型的芳香物质或所述物质的颗粒大小或胶囊（1，1′）内部容积的函数。

7.根据权利要求1-6中的任一项所述的胶囊，其特征在于，至少进入蓄流室（6）内的流动通道（S₂）和流出胶囊（1，1′）之外的流动通道（S3）的配置，被预先定义为至少是芳香物质类型或所述物质的颗粒大小或胶囊（1，1′）内部容积的函数，所述配置包括相应通道（8）的形状、大小和分布。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的胶囊，其特征在于，它设有多个沿主流动方向依次布置的流动通道（S₁，S₂，S₃，...），从而相对于所述胶囊（1）的中心对称轴以大致均匀的方式、优先以非对称方式，径向地产生相应的通道（8）。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的胶囊，其特征在于，所述致动元件的部分（5e，5s）被设置为使得：至少一个致动元件可以至少部分地沿另外一个移动，或至少一个致动元件可以沿相应元件固定装置（7）的至少一部分移动，至少沿主流动方向移动。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的胶囊，其特征在于，所述致动元件部分（5；5e，5s）的延伸，优选地至少元件部分（5e）在面向所述流上游的区域（2）的一侧上的延伸，被预先定义为至少是芳香物质类型或所述物质的颗粒大小或胶囊（1，1′）的内部容积的函数。

11.根据权利要求1-10中的任一项所述的胶囊来生产芳族饮料的方法，包括以下步骤：

-将胶囊（1，1′）引入到提取室（10）中，

-通过机械夹紧将所述胶囊（1，1′）固定在所述提取室（10）中，这样，至少在面向流上游的区域（2）的一侧上将第一致动力（F₁）施加到致动元件（5；5e），

-在先前定义的压力下注入流体流并且保持一段时间，这样，至少在面向流下游的区域（3）的一侧上将第二致动力（F₂）施加到致动元件（5；5e），

其特征在于，所述第一致动力（F₁）足以移动所述致动元件（5；5e，5s），这样，至少降低了第二致动力（F₂），仍然需要第二致动力（F₂）以提供流出胶囊（1，1′）之外的流动通道（S₂）。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过在提取室（10）中机械夹紧胶囊（1），施加到在面向流上游的区域（2）的一侧上的致动元件（5；5e）的第一致动力（F₁）的至少一部分，由所述致动元件（5；5e）传递到面向流下游的区域（3）的一侧上的致动元件（5；5s），从而使所述致动元件（5；5s）移出其初始保持位置。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，通过在提取室（10）中机械夹紧胶囊（1，1′），所述致动元件（5；5e，5s）从初始阻塞位置移动到至少一个相应流动通道（S1，S2，S3）的下一开口保持位置。

14.根据权利要求11到13中任一项所述的方法，其特征在于，通过穿过所述胶囊（1，1′），所述加压流体流最初蓄积在出口室（6s）中，从而将增加的液压致动力（F₂）施加到设置在面向所述流下游的区域（3）的一侧上的所述致动元件（5；5e），直到达到一个值，该值引起所述致动元件（5；5s）移动，这样，释放至少一个相应的流动通道（S₃）。

15.根据权利要求11到14中任一项所述的方法，其特征在于，沿着先前定义的方向将胶囊（1，1′）引入到提取室（10）中，优选地使得流出胶囊（1，1′）的流动通道（S₃）朝向下方。

16.一种使用根据权利要求1到11中任一项所述的胶囊（1）的设备，其特征在于，它包括至少一个提取室（10）来执行根据权利要求11到15所述的方法。

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