CN115884927A - 具有一体的开启装置的可生物降解胶囊 - Google Patents

具有一体的开启装置的可生物降解胶囊 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制备饮料的胶囊(100)，该胶囊包括胶囊主体(200)，该胶囊主体限定封闭腔室(210)，该封闭腔室封装用于通过将流体注入腔室(210)中来制备饮料的物质。胶囊主体(200)包括挡壁(220)，该挡壁限定腔室(210)的一部分。胶囊(100)还包括开启装置(300)，该开启装置用于打开封闭腔室(210)。其中，开启装置(300)和挡壁(220)相对于彼此设置，以使挡壁(220)和开启装置(300)在封闭腔室(210)中注入流体的压力上升的作用下进行接合，从而打开封闭腔室(210)。胶囊主体(200)及胶囊主体的挡壁(220)以及开启装置(300)均由可生物降解材料制成。本发明还涉及一种用于构造和制造胶囊(100)的方法。

Description

具有一体的开启装置的可生物降解胶囊
技术领域
本发明涉及一种用于制备饮料的胶囊，通过将流体注入封闭腔室来实现饮料制备，封闭腔室中包含用于制备饮料的物质。胶囊包括开启装置，开启装置用于在封闭腔室内注入流体的压力上升的作用下打开封闭腔室。本发明还涉及一种用于构造和制造本发明胶囊的方法。
背景技术
现有技术中已知的是用于饮料制备机器的可移除胶囊。这些胶囊通常用于按需分配饮料，饮料诸如咖啡、茶或热巧克力，还有汤或其他开胃菜。通常，胶囊内包含饮料配料，胶囊插入到饮料制备机器的胶囊容纳部中。关闭胶囊容纳部，开始制备饮料。将流体，诸如水或牛奶，输送到胶囊中，与胶囊中的饮料配料相互作用，从而产生需要的饮料。
在胶囊容纳部内，胶囊一端用针刺穿，进而将流体引入胶囊中。胶囊内压力增加，直到胶囊中的自开启机构在饮料配料萃取完成时被启动，然后允许饮料从胶囊内流出。所制备的饮料离开胶囊并分配到杯子中。专利EP1472156B1中描述了该类型胶囊工作原理的示例。
这样制备饮料很方便，用户只需选择自己喜欢的饮料，将包含所需饮料配料的胶囊放入机器中，之后很快便可进行饮用。但是，由于胶囊通常设计成一次性使用，因此必须对胶囊的处置进行管理。
通常，胶囊本身由铝制成，因为铝具有耐高压、耐用、柔韧性好、重量轻、耐腐蚀、保质期长以及保证所制备的饮料味道不变的优点。
可惜，铝难以循环利用，因为在许多国家，铝回收系统要么不到位，要么不够先进，要么需要设置额外的废物处理系统，诸如消耗品收集站，而这些系统在实践中很难建立。另外，生产胶囊所用的铝需要消耗大量的能源，这会导致胶囊生产过程中碳排放的增加。
此外，胶囊内的机械部件，例如用于实现上述自开启机构的功能，由塑料或金属材料制成，这是因为它们需要有一定的耐压性和刚性，并且不能改变饮料的味道。然而，正如铝一样，除非可回收，否则这些材料被认为对生态环境不利，而且很难确保有可行的回收系统。
因此，人们进行了各种尝试，试图用替代材料取代用于胶囊中的材料和胶囊的材料。
例如，有人提出用玉米淀粉制成的生物塑料或用甘蔗纤维制成的干浆作为胶囊材料。然而，这类材料的缺点是，它们不具有与目前使用的材料(如铝或塑料)相同的材料特性和优势。例如，由替代材料制成的胶囊往往保质期有限，因为它们不能提供可靠的氧气和水分屏障。此外，诸如纸浆等材料往往不能提供自开启功能所需的机械强度和刚性。现有技术中，通过回归到现有材料，如塑料，来解决这个问题。虽然这些材料提供了所需的机械性能，但通常，胶囊的元件必须作为独立的部件形成，这就导致制造方面的问题以及材料回收方面的潜在问题。此外，材料的多样性导致的问题是，如此构造的胶囊也并不能总是完全分解，在堆肥过程结束时仍有残留物。由于这个原因，工业堆肥通常不接受这种混合材料。
因此，本发明的目的是提供一种胶囊，其设计允许胶囊及其每个部件全部由可生物降解和/或可堆肥材料制成，但仍具有与现有技术中的胶囊至少相同甚至更多的功能。具体地，本发明的目的是提供一种具有自开启机构的胶囊，该机构集成在胶囊中，并由可生物降解和/或可堆肥材料制成，从而简化并改进胶囊在使用后的处置。
这些和其它在阅读说明书后变得显而易见的目的，由独立权利要求的主题解决。从属权利要求涉及本发明优选的实施方案。
发明内容
本发明的第一方面涉及一种用于制备饮料的胶囊。该胶囊包括胶囊主体，该胶囊主体限定封闭腔室，封闭腔室封装用于通过将流体注入腔室中来制备饮料的物质。胶囊主体包括挡壁，挡壁限定腔室的一部分。胶囊还包括开启装置，开启装置用于打开封闭腔室。开启装置和挡壁相对于彼此设置，以使挡壁和开启装置在封闭腔室中注入流体的压力上升的作用下进行接合，从而打开封闭腔室。胶囊主体及胶囊主体的挡壁以及开启装置均由可生物降解材料制成。
优选地，胶囊(包括胶囊主体、挡壁和开启装置)还由可堆肥材料制成。
其中，表述“可生物降解材料”可被理解为可以通过生物(诸如微生物，例如细菌、真菌或藻类)(的作用)分解成环境无害产物的任何材料。该过程可在有氧环境中进行，也可在无氧环境中进行。这可以理解为例如意味着堆肥可以毫无保留地进行。具体地，在堆肥过程结束时，不存在可能对环境造成问题的材料残余物，也不存在不可生物降解的成分。
可生物降解材料的示例可以是植物性材料，诸如木材、竹子、竹纤维、纤维素、纤维素纸浆、甘蔗渣浆、木浆、甘蔗浆、纸和/或纸板。此外还有生物塑料，诸如聚羟基丁酸酯(PHB)和共聚物、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚(丁二酸-己二酸丁二醇酯)(PBS-A/PBSa)、聚乳酸(PLA)、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)、醋酸纤维素、淀粉等。
国际标准(例如，EU13432或USASTMD6400)规定了用于确定材料的可生物降解性和可堆肥性的技术要求和程序。例如，为了被认为是“工业可堆肥的”，测试中的一个测试要求至少90％的材料在受控条件下在6个月内被生物降解。类似的测试方案也用于家庭可堆肥认证。
因此，可将可堆肥材料简单丢弃在堆肥堆中，该堆肥堆是指定场地，其特定条件取决于风、阳光、排水和其他因素，由此一旦材料完全分解，就可以为土地提供营养。堆肥可以用工业堆肥场地和/或家庭堆肥器或食品箱完成。例如，根据前述国际公认的法律标准，可堆肥塑料材料必须同时具有以下特性，以便将材料定义为可堆肥的。该材料必须是可生物降解的(如上所述)和可分解的，即根据干重，至少90％的碎片小于2mmx2mm，并且在最终堆肥中不可见，而且不得对堆肥过程和质量产生负面影响。
换言之，本发明提供了一种用于制备饮料的胶囊，该胶囊全部(例如作为整体来看)由(至少)可生物降解材料制成。反过来说，该胶囊(及其部件)不包含任何由不可生物降解(不可堆肥)材料制成的元件。这使得在饮料制备完成后，胶囊的处理方式可使其生物成分以现有的最佳方式进行有机回收。这可减少胶囊生产中的能量消耗，并且由于可生物降解(和可堆肥)材料通常是植物性的，这些材料为可持续的资源。
其中，术语“胶囊”可以理解为包含“物质”的封闭容器，该物质可以是具有特定或明确化学组成的任何类型的(固体、液体、至少部分可溶的和/或可渗滤的)物品。物质的示例可以是烘焙研磨咖啡、速溶咖啡、茶叶、浓缩糖浆、浓缩水果提取物、巧克力产品、脱水可食用物质(如脱水原液)、可生物降解物质和/或它们的组合。因此，用此类物质制备的饮料的示例可以是咖啡类或巧克力类饮料、汤、肉汤或其他类似类型的食品。
通常，为了制备饮料，可能需要在胶囊中注入流体。该流体可以是任何类型的流动的、液体和/或不同温度的物质。流体可以是液态的水(热的或冷的)或奶。
胶囊包括具有挡壁的胶囊主体，通过每个挡壁限定封闭腔室，封闭腔室封装用于饮料制备的物质。因此，可以提供一种胶囊，在其胶囊主体上设置有不具有入口的隔室，该隔室容纳和封装用于饮料制备的物质。此外，胶囊包括开启装置，开启装置用于打开封闭腔室。因此，可在使用时打开封闭腔室，从胶囊中获得制备的饮料。具体地，可在不提供附加组件的情况下打开胶囊，例如在相应的胶囊机上提供附加组件。
此外，开启装置和挡壁相对于彼此设置(和/或构造)，使得挡壁和开启装置不仅在封闭腔室中流体的压力上升的作用下相互作用(即，它们可相互作用或相互配合)，而且还设置成(和/或构造成)能够在封闭腔室中注入用于饮料制备的流体并且该流体的压力在封闭腔室内上升时，打开封闭腔室。
因此，可通过在规定时间内引入封闭腔室的流体的压力上升来实现开启装置和挡壁之间的接合。例如，表述“接合”可以指开启装置或挡壁，或者另选地二者可相对于彼此移动以进行开启操作。此外，这种构造还便于用于开启装置和挡壁的材料表现出开启封闭腔室所需的机械性能。因此，通过该胶囊的构造，可以使用对生态有益的材料，解决了不得不恢复使用对生态不那么有益的材料的问题。此外，这种构造允许根据物质和饮料制备方法(例如，设定压力或制备时间、在流体中萃取/溶解/注入物质)来调整胶囊的配置，例如选择合适的可生物降解材料。
根据一个优选实施方案，开启装置和胶囊主体可由具有不同物理特性的可生物降解(并且优选地，可堆肥)材料制成，该物理特性诸如刚度(即，物体在施加的力的作用下抵抗变形的程度，例如抗弯曲性)、强度、延展性、密度和/或弹性。优选地，用于开启装置的材料可能比用于胶囊主体的材料具有更高的刚度和/或刚性。例如，开启装置可包括(由其制成)相对刚性的材料，诸如实心或固化木材。胶囊主体可包括相对柔性的材料或由相对柔性的材料制成，该相对柔性的材料诸如基于纸浆的材料，如纸浆纤维素、甘蔗渣浆、竹浆和/或木浆。
例如，在用诸如基于纸浆的材料等相对柔性的材料制成胶囊主体的同时，通过使开启装置在机械上比胶囊主体(例如，包括挡壁)更坚固和/或更坚硬，则可以为胶囊设置适合打开封闭腔室的自开启机构。因此，通过提供具有与胶囊主体不同的抗拉强度的开启装置，可控制胶囊内部的压力。
优选地，胶囊可由木浆和木质部件制成。术语“纸浆材料”或“纸浆”可指来自(天然的/植物类)纤维源的任何材料，诸如木质纤维素纤维，其可用作纸浆纤维模制过程的起始材料。通常，可通过制浆或通过将纤维素纤维与植物材料(如木材、竹子、甘蔗渣、纤维作物或废纸)化学或机械分离来获得模制纸浆纤维。优选地，胶囊和/或胶囊主体和/或开启装置可通过(湿法或干法)纸浆模塑制成。
术语“木材”可被理解为原始(天然和/或粘合)结构的木质部件、夹板或木片。木质部件或木片可经过化学或物理处理，诸如木材的固化。例如，经过处理，可增强木制部件对机械压痕或磨损引起的局部塑性变形的抵抗力。
根据另一优选的实施方案，开启装置可包括至少一个或多个立柱元件，立柱元件用于与挡壁接合以打开封闭腔室。优选地，立柱元件可由刚性材料制成，诸如实心或固化木材、注塑木材、可堆肥树脂和/或锋利的纸。优选地，立柱元件可由硬度为至少(大于或等于)1.0kg/mm2的材料制成，更优选地至少1.8kg/mm2。
其中，结构和/或材料的硬度可被理解为其对压头穿透的阻力。有几种测定材料硬度的试验，例如布氏试验，在本案例中可使用这种试验。例如，布氏硬度值(BHN)表示作用在表面上的机械载荷除以压痕的实际面积之间的关系。然而，也可以用其他试验来确定材料的硬度。
因此，开启装置(和/或其材料)可构造成抵抗由机械压痕或磨损引起的局部塑性变形。因此，开启装置可具有一种适于其实现开启封闭腔室的目标功能的结构。通过设置多个该元件，也可形成通向腔室的多个开口。
根据一个优选的实施方案，开启装置还可包括支撑结构，立柱元件至少部分地嵌入和/或包覆于支撑结构。优选地，支撑结构可由柔性材料制成，诸如纸浆纤维素、甘蔗渣浆、竹浆和/或木浆。更优选地，支撑结构可与胶囊主体成一体(例如，支撑结构可为胶囊主体的一部分)。
因此，可将开启装置连接和附接到胶囊主体上，和/或使开启装置为胶囊主体的一体部分。具体地，利用上述构造，可以仅通过将立柱元件嵌入胶囊主体的壁部分中而使开启装置集合与胶囊主体成一体。此外，开启装置可兼具柔性材料和刚性材料的特性。例如，立柱元件可由特别适于穿透或抵抗挡壁的(刚性)材料提供，而支撑结构可由(柔性)材料制成，该(柔性)材料适当地与胶囊主体附接，并且消除由上升压力和/或开启装置与挡壁的接合引起的张力。因此，可以以简单且特别有利的方式设置开启装置。
根据一个优选的实施方案，开启装置(立柱元件)可相对于挡壁形成凹部和/或凸部。另选地或除此之外，开启装置(立柱元件)可具有圆锥形状和/或棱锥形状。优选地，立柱元件的至少一部分可朝向挡壁突出。该部分可从支撑结构朝向挡壁突出。该部分可布置成通过封闭腔室内压力的上升而穿透和/或部分地剥离挡壁。以下，为简单起见，上述部分可称为“突出部分”。立柱元件或至少其突出部分可朝向挡壁逐渐变细，优选地从而形成尖锐的和/或锋利状的尖端，用于在压力上升时刺穿、撕裂、切割和/或破坏挡壁，从而打开所述封闭腔室。
因此，可以将开启装置设为限定构造，使其能够弯曲、拉伸或破坏挡壁，形成通向封闭腔室的开口。例如，在上升压力的作用下，开启装置的凸部可克服挡壁的材料阻力，从而刺穿挡壁。此外，挡壁可能由于缺少开启装置的支撑而与胶囊主体分离，从而可实现剥离。
根据一个优选的实施方案，开启装置可以是胶囊主体的一体部分。其中，开启装置可嵌入胶囊主体的一部分内。另选地或除此之外，支撑结构可与胶囊主体一体成形。
通过为胶囊设置集成在胶囊主体内的开启装置，例如，可以使开启装置具有足够刚度以在压力作用下与挡壁接合，从而实现例如刺穿挡壁的目的。而且，由于可精确限定开启装置相对于挡壁的位置，从而可简化制造过程。
其中，表述“一体”可以被理解为，例如，两个元件形成一个整体和/或构成一个(单个)整体的组成部分。例如，如果开启装置不能在不破坏两个元件中的一个的情况下从胶囊主体移除，则该开启装置可被认为是胶囊主体的一体部分。
根据一个优选的实施方案，至少部分挡壁和/或至少部分开启装置可以是柔性的，以允许二者在封闭腔室中注入流体的压力上升的作用下相对运动进行接合，从而打开封闭腔室。
因此，可以以一种有利的方式利用封闭腔室中的压力所产生的推力，方便挡壁和开启装置的接合。此外，利用该构造，可以精确地控制开启机构。
根据另一个优选的实施方案，挡壁可为薄膜或隔膜。挡壁可由可堆肥和/或柔性材料制成。挡壁的厚度可构造成使其在流体注入过程中，一旦封闭腔室中的压力超过(预定)压力，通过与开启装置接合而破裂、撕裂和/或破坏。
因此，可限定挡壁与开启装置有关的特性。例如，根据薄膜/隔膜的材料和/或厚度，挡壁可在限定压力下打开。因此，可更准确地限定自开启过程的进程。从而可改善饮料制备工艺和饮料质量。此外，还可对挡壁进行限定，以便在自开启机构发生故障的情况下(例如，在自开启机构被启动之前，在封闭腔室中形成了过多的压力)，挡壁在封闭腔室内的压力超过限定压力时突然爆裂开。
根据一个优选的实施方案，胶囊主体可具有连续侧壁，用于限定封闭腔室。胶囊主体可具有至少一个开口，其由挡壁覆盖和封闭。优选地，胶囊主体可具有朝向一侧逐渐变细的圆锥形状。开启装置可设置在侧壁的一部分中，优选地，胶囊主体在一侧由侧壁的部分限定。胶囊主体可由基于纸浆的材料制成，诸如纸浆纤维素、甘蔗渣浆、竹浆和/或木浆。
根据另一优选的实施方案，胶囊主体可包括注入壁，该注入壁由可生物降解且优选地还可堆肥的材料制成。注入壁可限定封闭腔室的一部分和/或可构造成允许插入注入装置以注入流体。其中，注入壁可覆盖和封闭胶囊主体的注入口。注入口可由连续侧壁限定。注入壁可以是薄膜或隔膜，其可以包括用于阻隔氧气和/或水分的(双向)屏障。
因此，可以以简单和安全的方式形成封闭腔室。此外，通过设置封闭腔室，可注入流体，并且压力可上升到足以使开启装置与挡壁接合。
根据一个优选的实施方案，优选地，胶囊主体可包括双向阻隔层，用于阻隔气体(如氧气)和/或水分进入和/或离开封闭腔室。阻隔层可作为内衬和/或涂层设置在胶囊主体的面向封闭腔室的内表面的至少多个部分上。优选地，阻隔层可以是可堆肥聚合物或可堆肥聚合物的混合物，诸如聚乳酸(PLA)、聚羟基烷酸酯(PHA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸-己二酸丁二醇酯(PBSa)、聚乙烯醇(PVOH)、聚乙醇酸(PGA)、再生玻璃纸、滑石粉和/或淀粉或其化合物。
因此，可在保持胶囊的可生物降解性(和可堆肥性)的同时延长胶囊的贮存期限。此外，可实现饮料的味道不被胶囊主体的材料改变，而且在饮料制备过程中，胶囊主体不被浸泡。
根据另一优选的实施方案，胶囊可包括用于将制备好的饮料分配出胶囊的出料部分。在挡壁和开启装置接合之后，出料部分可与腔室流体连接。出料部分可以是胶囊主体的至少一部分的一体部分。例如，出料部分可为纸管或可与胶囊主体一体成形。而且，可设置出料部分，使其充当充气泵，用于将所分配的饮料打出泡沫或油脂。
因此，离开胶囊的所制备的饮料的流动特性可被设定成使饮料可在限定方向上以限定速度分配。
本发明另一方面涉及一种用于构造和制造根据本发明第一方面提供的胶囊的方法。该方法包括以下步骤：
提供开启装置的至少第一部分(至少一个立柱元件)，其由第一可生物降解材料制成，诸如木材或固化木材。将开启装置的第一部分(至少一个立柱元件)放置在模具中。优选地，可通过切割由固体可生物降解材料如木块或固化木块制成的开启装置形成该开启装置的第一部分(至少一个立柱元件)。
将第二可生物降解材料压入模具中以形成开启装置，该第二可生物降解材料诸如纸浆纤维素、甘蔗渣浆、竹浆和/或木浆，使得开启装置的第一部分被第二可生物降解材料至少部分地包覆模制。其中，第一可生物降解材料与第二可生物降解材料不同。优选地，将纸浆材料压入模具中，使开启装置具有限定的形状，如棱锥形状。
此外，将可生物降解纸浆材料压入模具中以形成至少部分胶囊主体，该可生物降解纸浆材料诸如纸浆纤维素、甘蔗渣浆、竹浆和/或木浆，以使开启装置成为胶囊主体的一体部分。优选地，将材料压入模具中以形成开启装置和形成至少部分胶囊主体的步骤可同时进行，并且优选地，采用相同的可生物降解纸浆材料。
优选地，可将由可生物降解材料制成的出料部分放置在模具中，并且可将纸浆材料压入模具中，使出料部分与胶囊主体成为一个整体(出料部分成为胶囊主体的一体部分)。
将形成的胶囊主体(和/或开启装置)进行干燥。挡壁与胶囊主体的其余部分一起形成，通过纸浆模塑和/或通过在胶囊主体干燥之后将作为挡壁的隔膜或薄膜附接到胶囊主体(例如，使用可生物降解粘合剂)，形成封闭腔室。优选地，由可生物降解材料制成的阻隔层，可通过例如热成形的方式添加到胶囊主体的表面上。优选地，可使用用于制备饮料的物质填充胶囊主体。
因此，可生产具有自开启机构的胶囊，由此胶囊及其内部的每个部件全部由可生物降解和/或可堆肥材料制成。此外，可将自开启机构集成在胶囊中。因此，可生产对生态有益的胶囊，而不必放弃任何以前在这种胶囊中提供的功能。
附图说明
当结合附图阅读本发明的实施方案的以下详细描述时，本发明的另外特征、优点和目的对于技术人员而言将变得显而易见。在例如为了清楚起见从图中省略了数字的情况下，对应的特征仍可存在于图中。
图1示出了根据本发明第一实施方案的胶囊的示意图。
图2示出了根据本发明第二实施方案的胶囊的示意图。
图3示出了根据本发明第一实施方案的开启装置的放大横截面示意图。
图4示出了根据本发明第二实施方案的开启装置的放大横截面示意图。
具体实施方式
附图示出了根据本发明的用于制备饮料的胶囊100的不同实施方案的不同视图。胶囊100可适于通过将流体注入胶囊100中来制备饮料。优选地，胶囊100可全部(排他地)由可生物降解(优选地，也可堆肥)材料制成。
胶囊100包括胶囊主体200。胶囊主体200由可生物降解材料且优选地可堆肥的材料制成。优选地，胶囊主体200可由纸浆制成，诸如纸浆纤维素、甘蔗渣浆、竹浆和/或木浆。然而，这仅仅是示例性的而不是完整的列举。
胶囊主体200可具有任何形状或形式。例如，胶囊主体200可具有环形或杯形形状。图1和图2示例性地示出了具有朝向一侧逐渐变细的圆锥形状的胶囊主体200。胶囊主体200可具有连续侧壁211。优选地，侧壁211可以是周向的，侧壁在两个相对的侧面之间延伸，并在胶囊主体200内围出空间。胶囊主体200可以具有至少一个开口，优选地，两个开口，用于进入胶囊主体200内部空间。开口可设置在两个相对侧面中的每一个侧面上。胶囊主体200可具有边缘部分215，该边缘部分可设置在胶囊主体200的第一侧上并且可限定开口中的一个开口。胶囊主体200还可包括肩部部分213，该肩部部分可在由胶囊主体包围的空间中延伸。
胶囊主体200限定封闭腔室210，用于封装用于制备饮料的物质。例如，侧壁211可构成腔室210的一部分。图1和图2中示例性示出这一情况。
胶囊主体200包括挡壁220，该挡壁还限定腔室210的一部分。挡壁220可为胶囊主体200的一体部分或单独部分。胶囊主体200可具有至少一个开口，由挡壁220覆盖和封闭。挡壁220可具有任何形状或形式。例如，挡壁220可为薄膜或隔膜，其优选地，至少在开口上延伸。挡壁220可附接到胶囊主体200上。例如，挡壁220可附接到侧壁211的肩部部分213。图1和图2中示例性示出这一情况。例如，挡壁220可通过粘合剂层附接到肩部部分213。挡壁220的厚度可被配置为使其在封闭腔室210中的压力超过限定压力时破裂、撕裂和/或断裂。挡壁220由可生物降解材料，优选地可堆肥和/或柔性材料制成。
例如，挡壁220可以是单层结构，诸如聚乳酸(PLA)、聚羟基烷酸酯(PHA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸-己二酸丁二醇酯(PBSa)、聚乙烯醇(PVOH)、再生玻璃纸、滑石粉和/或淀粉制成的薄膜或共混物。还可以想到的是，挡壁220可设置为分层/层压结构。例如，挡壁220可以是一层纸，诸如羊皮纸、超级压光纸或标准纸，有一层用于密封的涂层。此外，挡壁220可包括两层或多层。例如，挡壁220可以是一种纸，诸如羊皮纸、超级压光纸或标准纸，其上设置有诸如PVOH的附加膜。挡壁220也可以是一种纸，诸如羊皮纸、超级压光纸或标准纸，其上设置有再生纤维素层。另选地或除此之外，挡壁220可以是两层纸和一层PVOH的组合，PVOH可设置在两层纸之间。然而，还可以想到的是，第一层是由PLA、PHA、PBS、PBSa、滑石粉、淀粉或其材料家族中的任何一种材料制成。此外，可在第一层上设置第二层，第二层由PVOH制成。然后可在第二层之上设置第三层，可由纸、PLA、PHA、PBS、PBSa、滑石粉或淀粉中的任何一种材料制成。然而，这些仅是可适用于挡壁220的材料及其组合的示例，因此不是完整的列举。
封闭腔室210可设置成通过将流体注入封闭腔室210而使腔室210内部的压力上升。封闭腔室210可适于容纳物质。除了物质之外，封闭腔室210内可包含惰性气体，延长胶囊100的保存期限。
胶囊主体200还可包括双向阻隔层400，用于阻隔气体诸如氧气或水分进入或离开封闭腔室210。阻隔层400可作为内衬或涂层设置在胶囊主体200的面向封闭腔室210的内表面214上，或设置在其外表面上。图1和图2中示例性示出这一情况。阻隔层400可由可生物降解且优选地还可堆肥的材料制成。
例如，阻隔层400可以是可堆肥聚合物或可堆肥聚合物的混合物，如聚乳酸(PLA)、聚羟基烷酸酯(PHA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚(丁二酸-己二酸丁二醇酯)(PBSa)、聚(乙烯醇)(PVOH)、再生玻璃纸、滑石粉和/或淀粉。阻隔层400可设置为分层/层压的方式。例如，阻隔层400可以是单层或多层(不同层)。可以想到的是，第一层可以是选自PLA、PHA、PBS、PBSa、滑石粉、淀粉或PVOH中的一种或不同材料的混合物。第二连续层可由PVOH制成。第三层可以是材料PLA、PHA、PBS、PBSa、滑石粉、淀粉和/或PVOH中的一种或混合物(共混物)。然而，这不是完整的列举，可能会有更多的示例。
例如，阻隔层400可通过热成形的方式施加到胶囊主体200上。此外，还可以想到的是，挡壁220可包括阻隔层400和/或实现胶囊100的密封的附加涂层或叠层。
胶囊主体200还可包括注入壁500，限定封闭腔室210的一部分。注入壁500可具有任何形状或形式。例如，在图1和图2中，注入壁500被示为薄膜或隔膜。优选地，注入壁500密封地附接到胶囊主体200，例如附接到边缘部分215上。然而，这不是限制性的，注入壁500可具有不同的结构，并且可通过不同的方式进行附接。例如，注入壁500可构成胶囊主体200的一部分。其中，注入壁500和胶囊主体可形成可焊接在一起的两个半壳。注入壁500可构造成允许流体输送注入装置(例如，饮料制备机器的注入装置)插入以注入流体。注入壁500可覆盖和封闭由连续侧壁211限定的胶囊主体200的注入口。
例如，注入壁500可以是由可生物降解材料制成的薄膜或隔膜，优选地可堆肥材料。优选地，注入壁500的材料可包括用于阻隔氧气和/或水分的(双向)屏障。具体地，注入壁500可由上面已经描述的用于底膜220的相同材料和/或材料组合制成。例如，注入壁500可具有不同层，这些层可由PVOH、纸、PLA、PHA、PBS、PBSa、滑石粉和/或淀粉中的任何一种材料形成。然而，还可以想到的是，注入壁可设置为单层结构，由PVOH、纸、PLA、PHA、PBS、PBSa、滑石粉或淀粉中的一种制成。
胶囊100还包括开启装置300，用于打开封闭腔室210。开启装置300由可生物降解且优选地还可堆肥的材料制成。图1至图4中示例性地示出了该开启装置300。
开启装置300可构造成使得其相对于挡壁220形成凹部和/或凸部。例如，开启装置300可具有圆锥形状和/或棱锥形状，可形成抵顶着挡壁220面向开启装置300的表面的凸部和凹部。图1至图4中示例性示出这一情况。
其中，开启装置300可包括至少一个或多个立柱元件310，用于与挡壁220接合，以打开封闭腔室210。图1至图4中示例性地示出了该立柱元件310。立柱元件310可至少包括刚性材料或由刚性材料制成，诸如实心或固化木材、注塑木材、可堆肥树脂和/或锋利的纸。立柱元件310由硬度为至少(等于或大于)1.0kg/mm2，更优选地，至少1.8kg/mm2的材料制成。例如，开启装置300可设有单独的木钉，这些木钉可形成多个棱锥形状的立柱元件310。另选地或除此之外，立柱元件310可彼此成一体，如图4中示例性地示出的。例如，开启装置300可设置为棱锥形状的板(即，具有多个棱锥形状的立柱元件310的圆盘)。立柱元件310可朝向挡壁220逐渐变细，从而形成尖锐的和/或锋利状的尖端，用于在压力上升时刺穿、撕裂、切割和/或破坏挡壁220，从而打开封闭腔室210。图3和图4中示例性示出这一情况。因此，通过这种构造，立柱元件310可提供如刺钉、刀、刀片和/或柳叶刀的刺穿或切割功能。
开启装置300可包括支撑结构320，立柱元件310可至少部分地嵌入和/或包覆于支撑结构。支撑结构320可由柔性材料制成，如木浆，和/或，由用于胶囊主体200的相同材料制成。
支撑结构320可以是胶囊主体320的壁部分，使得开启装置300可嵌入胶囊主体200的一部分中，如图1、图3和图4所示。其中，由于支撑结构320构成胶囊主体200的一部分，所以开启装置300可以是胶囊主体200的一体部分。然而，还可以想到的是，开启装置300可包括作为胶囊主体200的单独部分的支撑结构320，该支撑结构可粘接到胶囊主体200上。图2中示例性示出这一情况。
立柱元件310的至少一部分可朝向挡壁220突出，作为立柱元件310的突出部分312。图3和图4中示例性示出这一情况。优选地，突出部分312可从支撑结构320朝向挡壁220突出，并且可被布置成通过封闭腔室210内部的压力上升而穿透和/或部分地剥离挡壁220。突出部分312可从支撑结构320上伸出，并逐渐变细，从而形成尖锐的和/或锋利状的尖端，用于刺穿、撕裂、切割和/或破坏挡壁220。立柱元件310还可包括根部部分313，用于附接到支撑结构320上。
开启装置300和胶囊主体200可由具有不同物理性质(诸如硬度、刚度、强度、延展性、密度和/或弹性)的可生物降解材料制成。图1和图2中示例性地指示通过将开启装置300的部件着色为黑色(与胶囊主体200不同)。例如，开启装置300可包括相对刚性或坚硬的材料，诸如实心或固化木材。相对的，胶囊主体200可包括诸如基于纸浆的材料的相对软性或柔性材料，如木浆。其中，用于开启装置300的材料可比用于胶囊主体200的材料具有更高的刚度。另选地或除此之外，用于开启装置300的材料比用于胶囊主体200的材料具有更高的硬度(例如，在布氏试验中测量得到)。
因此，用于立柱元件310的材料可以是刚性或硬性材料，诸如木材或固化木材、注塑木材、可堆肥树脂和/或锋利的纸。相对的，用于支撑结构320的材料可以是诸如基于纸浆的材料的柔性或软性材料，诸如纸浆纤维素、甘蔗渣浆、竹浆和/或木浆。
图3和图4示出了开启装置300的示例性构造。其中，开启装置300(立柱元件310)可具有复合结构，其包括至少两个部件。如示例所示，这些部件可构成一个整体。其中，第一部件可由立柱元件310形成。至少部分地包覆第一部件的第二部件可由支撑结构320形成。
开启装置300和挡壁220相对于彼此设置，使得挡壁220和开启装置300在封闭腔室210中注入流体的压力上升的作用下进行接合，以打开封闭腔室210。图1至图4示出了这种构造的示例。然而，这些不应被理解为限制本发明。而是可以想到实现所需功能的其他构造。
至少部分挡壁220或至少部分开启装置300可设置为柔性的，从而在封闭腔室210中注入流体的压力上升的作用下相对运动进行接合，以打开封闭腔室210。另选地或除此之外，开启装置300和挡壁220两者可相对于彼此是灵活的。例如，图1、图3和图4示例性地示出了胶囊100的构造，其中，挡壁220可相对开启装置300运动。相对的，图2示出了胶囊100的构造的示例，其中，开启装置300可相对挡壁220运动。例如，支撑结构320可设置为柔性构件，在封闭腔室210中压力上升的作用下被推向挡壁220。
在该示例中，支撑结构320可设置为柔性构件，并且在饮料制备过程中，在封闭腔室210中注入流体的压力上升的作用下可被推向挡壁220。因此，支撑结构320可作为机械杠杆。在挡壁220与立柱元件310的例如刀片状的突出部分312接合时，挡壁220可被刺穿，从而在挡壁220上形成开口。
挡壁220的厚度可构造成在流体注入过程中一旦封闭腔室210中的压力超过优选的预定压力，则挡壁通过与开启装置300接合而破裂、撕裂和/或破坏。例如，可能需要在封闭腔室210内建立限定的压力差，以提供足够的力来执行开启装置300与挡壁220之间的接合。
图1和图2还示例性地示出了开启装置300可设置在封闭腔室210的内部或外部。还可以想到的是，开启装置300设置在挡壁220侧面的侧壁211的一部分中。此外，开启装置300可设置在胶囊主体200的一部分上，使得开启装置300在一侧上限定胶囊主体200。
胶囊100还可包括出料部分600，用于将所制备的饮料从胶囊100中分配出去。其中，一旦通过挡壁220与开启装置300(成功)接合而打开挡壁220，出料部分600就可与腔室210流体连接。出料部分600可具有过滤功能。出料部分600可以是胶囊主体200的至少一部分的一体部分。出料部分600可以是可生物降解且优选地还可堆肥的材料。例如，出料部分600可以是纸管。另选地或除此之外，还可以想到的是，开启装置300可包括至少一个出口360，用于将制备的饮料从腔室210导向胶囊100的外部。图3和图4中示例性示出这一情况。出口孔360和/或出料部分600可包括过滤器。出口孔360可具有过滤功能，例如用于过滤掉物质的不溶性残留物。
本发明的另一方面涉及一种用于制备饮料的系统。该系统未在图中示出。该系统包括具有上述特征的胶囊100，还包括用于从胶囊100制备和分配饮料的饮料制备机器。饮料制备机器包括用于容纳胶囊100的胶囊入口、用于将流体注入胶囊100的注入装置、用于以优选限定的压力将流体输送到注入装置的压力装置、以及用于分配制备的饮料的出水口。
本发明的另一方面涉及一种用于制备饮料的工艺，包括提供如上所述的用于制备饮料的系统的步骤。然后，将胶囊100放入饮料制备机器中，例如放入胶囊入口中。优选地，可操作注入装置，使注入壁500被注入装置的喷嘴刺穿。随后，操作饮料制备机器，使流体在压力作用下注入胶囊100，从而一旦胶囊100内的压力达到预定水平，挡壁220和开启装置300相互接合，打开胶囊100。然后，制备好的饮料从胶囊100中分配出来。这也可以说明胶囊100用于制备饮料的用途，这可以构成本发明的另一个方面。
本发明的另一个方面涉及一种用于构造和制造上述胶囊100的方法。以下是一个示例性的过程。
可以提供至少一个立柱元件310，其由第一可生物降解材料，诸如木材或固化木材制成，并将其置于模具中。然后，可将第二可生物降解材料压入模具以形成开启装置300，该第二可生物降解材料诸如纸浆纤维素、蔗渣浆、竹浆和/或木浆，从而使至少一个立柱元件310至少部分地被第二生物降解材料包覆模制，同时形成胶囊主体200。其中，第二可生物降解材料可与第一可生物降解材料不同。开启装置300可成为胶囊主体200的一体部分。然后，可对如此形成的至少包括胶囊主体200和开启装置300的胶囊100进行干燥。之后，挡壁220可与胶囊主体200的其余部分一起形成，从而通过纸浆模塑或将隔膜或薄膜作为挡壁220附接到胶囊主体200上(例如，使用可生物降解粘合剂)，形成封闭腔室210。
优选地，可通过切割由固体可生物降解材料如木块或固化木块制成的开启装置300形成该至少一个立柱元件310。优选地，立柱元件310可具有特定形状，如棱锥形状。或者，立柱元件310可由模具中的注塑木材、可堆肥树脂和/或锋利的纸制成。此外，由可生物降解材料制成的出料部分600可首先放置在模具中，并且可将纸浆材料压入模具中，以使出料部分600成为胶囊主体200的一体部分。由此该步骤可与形成开启装置300和/或胶囊主体200的步骤同时进行。由可生物降解材料制成的阻隔层400，可通过例如热成形的方式添加到胶囊主体200的表面214上。然后，可使用用于制备饮料的物质填充胶囊主体200。
只要由所附权利要求书所涵盖，本发明不受本文以上所述的实施方案的限制。上文描述的实施方案的所有特征可以以任何可能的方式组合并且可互换地提供。例如，胶囊100的制造方法的上述步骤顺序可以任意改变。

Claims (15)

1.一种用于制备饮料的胶囊(100)，所述胶囊包括:
-胶囊主体(200)，所述胶囊主体限定封闭腔室(210)，所述封闭腔室封装用于通过向所述腔室(210)中注入流体来制备所述饮料的物质，其中所述胶囊主体(200)包括挡壁(220)，所述挡壁限定所述腔室(210)的一部分，和
-开启装置(300)，所述开启装置用于打开所述封闭腔室(210)，
其中所述开启装置(300)和所述挡壁(220)相对于彼此设置，以使所述挡壁(220)和所述开启装置(300)在所述封闭腔室(210)中注入流体的压力上升的作用下进行接合，从而打开所述封闭腔室(210)，
其中所述胶囊主体(200)及所述胶囊主体的挡壁(220)以及所述开启装置(300)均由可生物降解材料制成。
2.根据权利要求1所述的胶囊(100)，其中所述开启装置(300)和所述胶囊主体(200)由具有不同物理特性的可生物降解材料制成，所述不同物理特性诸如刚度、强度、延展性、密度和/或弹性，其中所述开启装置(300)包括相对刚性的材料，诸如实心或固化木材，并且所述胶囊主体(200)包括相对柔性的材料，诸如基于纸浆的材料，如木浆，并且/或者其中用于所述开启装置(300)的材料比用于所述胶囊主体(200)的材料具有更高的刚度。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的胶囊(100)，其中所述开启装置(300)包括至少一个立柱元件(310)，优选地多个立柱元件，其用于与挡壁(220)接合以打开所述封闭腔室(210)；优选地所述立柱元件(310)由刚性材料制成，诸如实心或固化木材、注塑木材、可堆肥树脂和/或锋利的纸，其中优选地所述立柱元件(310)由硬度等于或大于1.0kg/mm2的材料制成，
其中优选地所述开启装置(300)还包括支撑结构(320)，所述立柱元件(310)至少部分地嵌入和/或包覆于所述支撑结构；优选地所述支撑结构(320)由柔性材料制成，诸如木浆，并且更优选地与所述胶囊主体(200)一体成形，并且
其中优选地所述立柱元件(310)的至少一部分朝向所述挡壁(220)突出，更优选地从所述支撑结构(320)朝向所述挡壁(220)突出，并且布置成通过所述封闭腔室(210)内的压力上升而穿透和/或部分地剥离所述挡壁(220)。
4.根据权利要求3所述的胶囊(100)，其中所述立柱元件(310)或至少所述立柱元件的突出部分朝向所述挡壁(220)逐渐变细，优选地从而形成尖锐的和/或锋利状的尖端，用于在压力上升时刺穿、撕裂、切割和/或破坏所述挡壁(220)，从而打开所述封闭腔室(210)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊(100)，其中所述开启装置(300)，优选地所述立柱元件(310)，相对于所述挡壁(220)形成凹部和/或凸部，和/或具有圆锥形状和/或棱锥形状。
6.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊(100)，其中所述开启装置(300)为所述胶囊主体(200)的一体部分，其中优选地所述开启装置(300)嵌入所述胶囊主体(200)的一部分内，并且/或者其中所述支撑结构(320)与所述胶囊主体(200)一体成形。
7.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊(100)，其中至少部分所述挡壁(220)和/或至少部分所述开启装置(300)是柔性的，以允许二者在所述封闭腔室(210)中注入流体的压力上升的作用下相对于彼此相对运动而接合，从而打开所述封闭腔室(210)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊(100)，其中所述挡壁(220)为薄膜或隔膜，优选地由柔性材料制成，并且/或者其中所述挡壁(220)的厚度被构造成在流体注入过程中一旦所述封闭腔室(210)中的压力超过优选的预定压力，则所述挡壁通过与所述开启装置(300)接合而破裂、撕裂和/或破坏。
9.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊(100)，其中所述胶囊主体(200)具有连续侧壁(211)，所述连续侧壁用于限定所述封闭腔室(210)，所述胶囊主体(200)具有至少一个开口，所述至少一个开口由所述挡壁(220)覆盖和封闭，其中优选地所述胶囊主体(200)具有朝向一侧逐渐变细的圆锥形状，其中更优选地所述开启装置(300)设置在所述侧壁(211)的一部分中，所述胶囊主体(200)在所述一侧由所述侧壁的所述部分限定，并且/或者
其中所述胶囊主体(200)由基于纸浆的材料制成，诸如纸浆纤维素、甘蔗渣浆、竹浆和/或木浆。
10.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊(100)，其中所述胶囊主体(200)包括注入壁(500)，所述注入壁由可生物降解且优选地还可堆肥的材料制成，所述注入壁限定所述封闭腔室(210)的一部分，并且所述注入壁被构造成允许注入装置插入以注入流体，其中优选地所述注入壁(500)覆盖并封闭所述胶囊主体(200)的注入口，优选地所述注入口由所述连续侧壁(211)限定，其中优选地所述注入壁(500)为薄膜或隔膜，更优选地所述薄膜或隔膜包括用于阻隔氧气和/或水分的屏障。
11.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊(100)，其中所述胶囊主体(200)包括优选地双向阻隔层(400)，所述双向阻隔层用于阻隔气体，诸如氧气，和/或水分进入和/或离开所述封闭腔室(210)，其中优选地所述阻隔层(400)作为内衬和/或涂层设置在所述胶囊主体(200)的面向所述封闭腔室(210)的内表面(214)的至少多个部分上，并且/或者
其中所述阻隔层(400)以分层方式设置和/或由可堆肥聚合物或可堆肥聚合物的混合物制成，诸如聚乳酸(PLA)、聚羟基烷酸酯(PHA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚(丁二酸-己二酸丁二酯)(PBSa)、聚(乙烯醇)(PVOH)、聚(乙醇酸)(PGA)、再生玻璃纸、滑石粉、淀粉和/或它们的组合。
12.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊(100)，其中所述胶囊(100)包括用于将制备的饮料从所述胶囊(100)分配出来的出料部分(600)，其中优选地在所述挡壁(220)和所述开启装置(300)进行接合后，所述出料部分(600)与所述腔室(210)流体连接，其中优选地所述出料部分(600)为所述胶囊主体(200)的至少一部分的一体部分，并且/或者其中优选地所述出料部分(600)为纸管。
13.一种用于构造和制造根据前述权利要求中任一项所述的胶囊(100)的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供所述开启装置(300)的至少第一部分，优选地至少一个立柱元件(310)，所述至少一个立柱元件由诸如木材或固化木材的第一可生物降解材料制成；
-将所述开启装置(300)的所述第一部分，优选地所述至少一个立柱元件(310)放置在模具中；
-将第二可生物降解材料压入所述模具中以形成所述开启装置(300)，所述第二可生物降解材料诸如纸浆纤维素、甘蔗渣浆、竹浆和/或木浆，以使所述开启装置(300)的所述第一部分由所述第二可生物降解材料至少部分地包覆模制，其中所述第一可生物降解材料与所述第二可生物降解材料不同；
-将可生物降解纸浆材料压入所述模具中以形成至少部分所述胶囊主体(200)，所述可生物降解纸浆材料诸如纸浆纤维素、甘蔗渣浆、竹浆和/或木浆，以使所述开启装置(300)形成所述胶囊主体(200)的一体部分；
-对所形成的胶囊主体(200)进行干燥；以及
-与所述胶囊主体(200)的其余部分一起形成挡壁(220)，从而通过以下方式形成所述封闭腔室(210)：
○纸浆模塑，以及/或者
○在对所述胶囊主体(200)进行干燥后，将作为挡壁(220)的薄膜或隔膜附接到所述胶囊主体(200)，例如使用可生物降解粘合剂。
14.根据权利要求13所述的方法，其中通过切割由固体可生物降解材料如木块或固化木块制成的所述开启装置(300)，形成所述开启装置(300)的所述第一部分，优选地为所述至少一个立柱元件(310)，并且/或者
其中将所述材料压入模具中以形成所述开启装置(300)和形成至少部分所述胶囊主体(200)的步骤采用相同的可生物降解纸浆材料同时进行。
15.根据权利要求13或权利要求14所述的方法，所述方法还包括以下步骤中的至少一个步骤:
-将所述纸浆材料压入所述模具中，以使所述开启装置(300)具有限定的形状，如棱锥形状；
-将由可生物降解材料制成的所述出料部分(600)放置在所述模具中，并将所述纸浆材料压入所述模具中，以使所述出料部分(600)成为所述胶囊主体(200)的一体部分；
-将由可生物降解材料制成的所述阻隔层(400)通过例如热成形的方式添加到所述胶囊主体(200)的表面(214)上；以及/或者
-使用用于制备所述饮料的所述物质填充所述胶囊主体(200)。
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