CN104284849A - 用于饮料制备的配料胶囊 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于饮料制备机器(1)的胶囊(9)，所述胶囊包括限定封闭的腔室的侧壁(10)、底壁(12)和顶壁(11)，所述腔室容纳有配料，所述配料将通过在压力下注入到所述胶囊中的流体进行溶解和/或提取，所述流体通过能够刺穿所述腔室的注入壁的所述机器的注射元件(20)提供，所述胶囊还包括能够打开以释放由所述配料和所述流体制备的饮料的饮料分配壁，所述胶囊包括位于所述腔室内的分隔壁(14)，所述分隔壁以防漏的方式分隔开：-容纳有配料的隔室(15)，以及-流体注入隔室(16)，所述分隔壁(14)包括能够使流体在压力下仅从所述流体注入隔室(16)流向所述容纳有配料的隔室(15)的单向阀(17)。

Description

用于饮料制备的配料胶囊

技术领域

本发明涉及用于饮料制备机的胶囊；更具体地，本发明涉及具有抗回流特征的胶囊。

背景技术

饮料制备机在食品科学和消费品领域中是众所周知的。该机器允许消费者在家制备特定类型的饮料例如基于咖啡的饮料，如意式浓咖啡或冲煮类杯装咖啡。

现今，用于在家制备饮料的大部分饮料制备机包括由以下机器组成的系统，即，该机器可容纳用于饮料制备的分份配料。这些分份配料可为软质的易理包或垫包，或者包袋，但是越来越多的系统使用半刚性或刚性的分份配料，诸如刚性易理包或胶囊。在下文中，应认为本发明的饮料机器是与刚性或半刚性的胶囊一同工作的饮料制备机器。

该机器包括用于容纳所述胶囊的接收器和流体注入系统，所述流体注入系统用于使流体(优选为水)在压力下注入到所述胶囊中。在压力下被注入到胶囊中以用于根据本发明制备咖啡饮料的水优选为热的，即，温度高于70℃。然而，在一些特定情形下，也可处于室温。在胶囊中的容纳物的提取和/或溶解期间，胶囊的腔室内部的压力在用于溶解产品时通常为大约1巴到大约8巴，在用于提取烘焙研磨咖啡时为大约2巴到大约12巴。这一制备过程与饮料制备的所谓“冲煮”过程大不相同——特别是对于茶和咖啡而言，在该“冲煮”过程中，冲煮需要通过流体(如，热水)对配料进行长时间的浸泡，然而，该饮料制备过程允许消费者在几秒的时间里制备好饮料，例如咖啡。

在压力下提取和/或溶解封闭胶囊中的容纳物的原理是已知的，并且(该原理)通常包括将胶囊限制在机器的接收器内，一般在采用穿刺注射元件(诸如安装在机器上的流体注射针)刺穿胶囊的面之后将一定量的加压水注入到胶囊中，使得在胶囊内部产生加压环境以提取物质或溶解物质，然后通过胶囊释放所提取的物质或溶解的物质。允许应用上述原理的胶囊已经在例如申请人的欧洲专利EP 1472156 B1和EP 1784344 B1中有所描述。

允许应用上述原理的机器已经在例如专利CH 605293和EP 242556中有所描述。根据这些文献，所述机器包括用于胶囊的接收器和穿刺注射元件，该穿刺注射元件制成空心针的形式，该空心针包括位于它的远端区域中的一个或多个液体注射孔口。所述针具有两个功能，一方面所述针打开胶囊的顶部，并且另一方面形成进入到胶囊的水进入通道。

所述机器还包括流体箱，在大部分情况下该流体为水，所述流体箱用于存储在压力下溶解和/或浸泡和/或提取包含在胶囊内的配料的流体。所述机器包括加热元件诸如锅炉或热交换器，所述加热元件能够将其中使用的水加热至工作温度(通常为达到80-90℃的温度)。最后，所述机器包括用于使水从流体箱可选择地通过加热元件流通到胶囊的泵元件。水在机器内流通的方式可例如通过选择阀装置进行选择，所述选择阀装置诸如为申请人的欧洲专利申请EP 2162653 A1中所述的蠕动阀类型。

当所要制备的饮料为咖啡时，一种令人感兴趣的制备咖啡的方法是提供给消费者包含有烘焙研磨咖啡粉的胶囊，该烘焙研磨咖啡粉通过注入到其中的热水而被提取。

已经研发了针对这种应用的胶囊，其在申请人的欧洲专利EP 1784344B1或在欧洲专利申请EP 2062831中被描述并要求保护。

简而言之，这种胶囊通常包括：

-空心体部和注入壁，该注入壁不透液体和空气并且附接到所述空心体部且适于被例如机器的注射针刺穿，

-容纳待提取的烘焙研磨咖啡床层的腔室，

-设置在胶囊的底端处的铝膜，所述铝膜封闭胶囊，用于保持所述腔室的内部压力，所述铝膜与穿刺装置相关联，用以当腔室的内部压力达到特定的预定值时在铝膜中刺出分配孔，

-可选择地，构造成打断流体射流的装置，以减小注入到胶囊内的流体射流的速度并且使流体以减小的速度分布在物质床层上。

现有技术中的胶囊具有注入壁或膜(称作顶膜)，该注入壁或膜被作为流体系统的一部分的饮料制备机的流体注射元件(如，针)刺穿。当流体注入到胶囊隔室中时，压力得以建立，用作提取和/或溶解包含在胶囊内的配料的提取装置，如上文所述。这些配料可为例如图1中所示的烘焙研磨咖啡床层“RG”。

在现有技术的胶囊中，在饮料完成制备和分配后，当注射针从胶囊注入壁上移走时，胶囊顶膜被刺穿并且留下如图1所示的孔“H”。然而，内部提取流体压力“P”至少部分地保留在胶囊隔室内。

用户可能在任意给定的时刻停止提取并且打开机器头部，这将会使顶膜上形成孔“H”同时胶囊仍处于所述机器内。这导致产品从顶部的孔中流出(这种现象称作“回流(backflow)”)并且引起机器的清洁问题。我们的试验显示，即使0.05巴也足够产生从胶囊上的顶部孔的产品回流，这是因为根据消费者停止机器的时间胶囊内充满了水或稀释的产品。

在一些例外情形中，所述回流非常重要，这是由于胶囊内的非常高的残余内部压力使得液体射流从胶囊中喷射出来，这称作“鲸鱼效应(whaleeffect)”。这种“鲸鱼效应”被表示为图1中的射流“J”。尽管这种现象很少发生，但它是不期望发生的，因为热的液体喷射出来造成一片狼藉。此外，对于液体为与配料混合的水的情形而言，从清洁的角度考虑这种在胶囊顶膜处的液体泄露也是不期望的，这迫使消费者在使用完后花费时间清洁机器及其周边环境。

在现有的机器中开发了一种方案用以防止过早地打开机器的冲煮头部，特别是直到胶囊内部的流体压力足够低时才打开。这一方案为机器上的五秒灯光闪烁，用以示意消费者不要打开机器头部直到该闪烁停止。然而，在停止向胶囊内部的流体注入之后需要超过5秒的时间来释放胶囊内部的压力的配方的提取期间，该方案并不奏效。

因此，本发明的一个目的是提供一种防止上述所谓的“回流”或“鲸鱼效应”现象的饮料制备系统和胶囊，而不论饮料制备条件或配料性能如何。

发明内容

上述主要目的通过一种用于饮料制备机器中的胶囊实现，所述胶囊包括限定封闭的腔室的侧壁、底壁和顶壁，所述腔室容纳配料，所述配料待通过在压力下注入到所述胶囊中的流体进行溶解和/或提取，所述流体通过能够刺穿所述腔室的注入壁的所述机器的注射元件提供，所述胶囊还包括能够打开以释放由所述配料和所述流体制备的饮料的饮料分配壁。

所述胶囊包括位于所述腔室内的分隔壁，所述分隔壁以防漏的方式分隔开：

-容纳有配料的隔室，以及

-流体注入隔室，

所述分隔壁包括能够使流体在压力下仅从所述注入隔室流向所述容纳有配料的隔室的单向阀。

当然，所述分隔壁的至少一部分定位在距所述注入壁的一定距离处，该距离足够大以确保机器的注射元件不会刺穿所述分隔壁而进入到所述容纳有配料的隔室中。

本发明描述了一个系统，在该系统中，由机器穿过胶囊的注入壁注入的流体(如，水)将首先填充流体(注入)隔室，并且在所述隔室中的液压将打开连接到容纳有配料的隔室的阀。

单向阀可放置在根据需要产生水射流的位置的任何地点。在提取结束时(此时泵停止)，顶部腔室中的液压将下降并且阀将关闭。这将进而阻止产品到达顶膜上的孔。由于顶层将充满水，这还将提供气密性。该气密性还确保了防止从胶囊底部的滴落。在任何情形下，即使一些液体会离开由机器的注射元件刺穿胶囊的注入壁所形成的孔，该液体也仅可能是水而不是产品，因而这将不会造成清洁问题。

根据本发明的一个基本方面，所述单向阀为：

-伞形阀或活塞阀，所述伞形阀或活塞阀能够使流体在压力下流通到容纳有配料的隔室内，以产生形式为至少一薄层水的多方向的分散的喷射流，或者，

-鸭嘴阀或活塞阀，所述鸭嘴阀或活塞阀能够使流体在压力下以射流的形式流通到容纳有配料的隔室内。

在所用的单向阀为活塞阀的情形下，注入到胶囊的容纳有配料的隔室中的水流的形状取决于导流通道(活塞在该通道内滑动)的形状。例如，若所述通道为直的柱体，则注入的水将大致呈单个射流的形状，该单个射流可被竖直地定向或者相对于胶囊的竖直轴线成一定角度。在导流通道具有例如呈狭槽形状的至少一个水平定向的出口的情况下，注入的水将表现为至少一薄层水的形式，该至少一薄层水在胶囊的整个配料隔室内喷射。

在本发明的一个优选实施例中，所述注入壁为顶壁，并且所述饮料分配壁为底壁。

优选将射流注入到容纳有可溶性配料的胶囊中，因为射流会在腔室内产生旋流，并且增强配料的溶解。另一方面，若胶囊内容纳有不能溶解的但需要流体的均匀分布以进行适当的饮料制备的配料时，例如在配料为烘焙研磨咖啡的情形下，那么将优选呈薄层水的形式的流体注射。在这种情形下，薄层流体(如，水)优选地在注射点的周边上连续不断地延伸并且以大致圆形的方式喷溅/弄湿配料。

有利地，该流体通过机器以0.1到20巴、优选地1到15巴、更优选地2到12巴的压力注入到胶囊中。所有的压力值都是相对于大气压给出的，为了简化起见将大气压认为是1巴。

在本发明的一个非常优选的实施例中，机器的流体注射元件包括至少一个流体注射针。

在任何情形下，饮料分配壁优选地包括：

-用于在所述腔室内部的流体压力增大至高于第一预定水平时打开所述壁的打开装置，以及

-用于在已经从所述腔室分配所述饮料并且所述腔室内的流体压力已经降低至低于第二预定水平之后闭合所述胶囊的重新闭合装置。

在本发明的领域中，容纳在胶囊中的配料可为烘焙研磨咖啡，和/或可选自以下水溶性配料列表，诸如：咖啡、茶、可乐、牛奶、汤、水果汁、蔬菜汁、苏打混合饮料或婴儿营养品，这些配料为粉末状、胶状、压实粉体/粉饼状或液体浓缩物形式或者它们组合的形式。

附图说明

在下文参照附图给出的对优选实施例的说明中描述了本发明的其它特征和优点，并且这些特征和优点将从该说明中显见，其中：

图1为现有技术中的胶囊的示意图，其中，出现了“鲸鱼效应”流体再次涌出；

图2为适于与根据本发明的胶囊一起使用的饮料制备机器的示意性透视图；

图3为根据本发明的胶囊的分解透视图；

图4为根据本发明的胶囊的侧向透视剖面图；

图5为示出位于胶囊的流体注入隔室内的所述机器的流体注射元件的设置的放大剖面侧视图；

图6A和6B分别为处于打开和关闭构型的位于根据本发明的胶囊内的伞形阀的示意性侧视图；

图7A和7B分别为处于打开和关闭构型的位于根据本发明的胶囊内的鸭嘴阀的示意性侧视图。

具体实施方式

根据本发明的胶囊用于如图2中所示的饮料制备机器中。

这种饮料制备机器包括具有贮箱2的基部、冲煮头部3、用于保持位于冲煮头部3下方的杯子的杯子托盘4，制备好的饮料流入该杯子中。饮料制备机器还包括用于设定机器的工作参数(如，待分配的饮料的体积、待注入到胶囊内的流体的压力、饮料的温度等)的控制面板5。

饮料制备机器还包括用于分别在用于接纳胶囊的构型和用于制备饮料的构型(处于工作构型的关闭的冲煮头部)打开和关闭冲煮头部的手柄6。该机器还包括用于向用户显示关于机器设置、饮料制备进程等信息的显示器7。而且，机器1包括用于保持胶囊9的胶囊保持器8。所述胶囊保持器适于可移除地被引入到冲煮头部3的特定凹部内。在图2中，示出胶囊保持器在冲煮头部内就位。

在图2中还示出了用于饮料制备机器1中的胶囊9。该胶囊9包括具有侧壁10的体部以及顶膜11。胶囊的侧壁10为刚性或半刚性的热塑材料，并且顶膜11由单层或多层热塑材料制成，该顶膜足够薄以致可被位于机器1的冲煮头部中的流体注射针刺穿。

在图3和4中详细示出根据本发明的胶囊。胶囊的底壁12和侧壁10制成一个整体部件。胶囊还包括顶膜11，该顶膜将密封在胶囊的侧壁10的顶部周缘13上。

根据本发明，分隔壁14设置在胶囊的内部腔室中。

壁14以防漏的方式分隔开：

-容纳有配料的隔室15，以及

-流体注入隔室16。

分隔壁14包括能够使流体在压力下仅从注入隔室流向容纳有配料的隔室的单向阀17。

在图5所示的胶囊实施例中，单向阀17为伞形阀，该伞形阀定向为使得该阀的伞形部18突出到容纳有配料的隔室中。该伞形部18覆盖住导流通道19。当流体(例如，水)从饮料制备机被注入到流体注入隔室16中时，流体注入隔室中的流体压力增加。在特定的预定压力水平下，该阀的伞形部18发生变形以使流体在压力下从流体注入隔室16流入到容纳有配料的隔室15中，如图6A中用双箭头所示的。

一旦停止机器的流体泵，则流体注射停止并且胶囊内的流体压力降低。当胶囊内的所述压力降低至低于特定的预定水平(其主要对应于阀的机械性能)时，伞形部18弹回至它的初始位置以关闭该阀，并且通过通道19的流体流通停止，如图6B所示。

在图7A和7B中示出一种可替代的胶囊构型，其中，伞形阀和刺穿分隔壁14形成的流体流通通道19由连接所述流体注入隔室和所述容纳有配料的隔室的鸭嘴阀代替。

采用鸭嘴阀的流体流通原理与上述的采用伞形阀的原理相同。伞形阀和鸭嘴阀之间的主要区别在于：所产生的流入到容纳有配料的隔室中的流体流的形状。在伞形阀的情形中，流体流的形状是扁平的、大致圆盘形的流体喷射流，该流体喷射流均匀地分布在所述配料的表面上。另一方面，在鸭嘴阀的情形中，流体直接地流过阀通道(如图7A中的双箭头所示)，使得在容纳有配料的隔室内的流体流呈高速射流的形状，这形成通过配料的旋流并且因此提高了配料和流体之间的混合效果。当配料为可溶物时(粉末状、胶状、压实的或液态的形式)，后一个实施例对于制备饮料尤其有用。

在所有的实施例中，阀是由柔性可变形的材料诸如天然或合成的橡胶或硅树脂制成的。

如图5中所示，分隔壁14距离顶膜11足够远以确保机器的流体注射针20不会刺穿所述壁14，并且仅穿过顶壁11突出到流体注入隔室16的内部空间中。

在单向阀为活塞阀(在附图中未示出)的情形下，活塞以滑动布置方式安装在导流通道内，该导流通道在注入隔室和配料隔室之间延伸。活塞通常安装有弹簧，使得：

-在它的正常关闭位置，没有流体可以穿过该通道，并且弹簧处于它的伸展的休息构型，并且

-在它的打开位置，流体(水)可从注入隔室流向配料隔室，并且弹簧被压缩。

活塞阀通过位于胶囊内部或外部的任何适当的装置致动，但最优选地，当注入隔室内的流体压力增加时活塞阀向它的打开位置移动，使得所述压力以增大至高于弹簧的机械阻力的推力/反作用力推动活塞。当饮料机器的泵停止时，胶囊的注入隔室内的压力降低至低于弹簧力，并且该活塞阀重新关闭。

应理解的是，对于本领域技术人员而言，对本文中所描述的优选实施例作出各种变型和改变将是显而易见的。可以在不偏离本发明的精神和范围并且不减少所伴随的优点的情况下作出这些变型和改变。因此，这些变型和改变旨在由所附权利要求书涵盖。

Claims (6)

1.一种用于饮料制备机器(1)的胶囊(9)，所述胶囊包括限定封闭的腔室的侧壁(10)、底壁(12)和顶壁(11)，所述腔室容纳有配料，所述配料将通过在压力下注入到所述胶囊中的流体进行溶解和/或提取，所述流体通过能够刺穿所述腔室的注入壁的所述机器的注射元件(20)提供，所述胶囊还包括能够打开以释放由所述配料和所述流体制备的饮料的饮料分配壁，所述胶囊包括位于所述腔室内的分隔壁(14)，所述分隔壁以防漏的方式分隔开：

-容纳有配料的隔室(15)，以及

-流体注入隔室(16)，

所述分隔壁(14)包括能够使流体在压力下仅从所述流体注入隔室(16)流向所述容纳有配料的隔室(15)的单向阀(17)，

其特征在于，所述单向阀为：

-伞形阀或活塞阀，所述伞形阀或活塞阀能够使流体在压力下流通到所述容纳有配料的隔室内，以产生形式为至少一薄层水的多方向的分散的喷射流，或者，可替代地

-鸭嘴阀或活塞阀，所述鸭嘴阀或活塞阀能够使流体在压力下以射流的形式流通到所述容纳有配料的隔室内。

2.根据权利要求1所述的胶囊(9)，其中，所述流体注入壁为所述顶壁(11)，并且所述饮料分配壁为所述底壁(12)。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的胶囊(9)，其中，所述流体通过所述机器以0.1巴到20巴、优选地1巴到15巴、更优选地2巴到12巴的压力注入到所述胶囊中。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的胶囊(9)，其中，所述机器的流体注射元件(20)包括至少一个流体注射针。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的胶囊(9)，其中，所述饮料分配壁包括：

-用以在所述腔室内部的流体压力增大至第一预定水平以上时打开所述饮料分配壁的打开装置，以及

-用以在已经从所述腔室分配所述饮料并且所述腔室内的流体压力已经降低至第二预定水平以下之后闭合所述胶囊的重新闭合装置。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的胶囊(9)，其中，所述配料为烘焙研磨咖啡，和/或选自以下水溶性配料列表，诸如：咖啡、茶、可乐、牛奶、汤、水果汁、蔬菜汁、苏打混合饮料或婴儿营养品，所述水溶性配料为粉末状、胶状、压实粉体状或液体浓缩物形式、或者它们组合的形式。