JP5422391B2 - 可溶性原料および希釈剤から発泡液を製造するための装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、大気圧に開放されたチャンバ内で発泡液を製造するための装置であって、特に、希釈剤のジェットを使用して可溶性原料または液体濃縮物を溶解させてそれを発泡液の状態へと泡立たせる装置に関する。更に、本発明は、そのような装置を備える飲料製造機に関する。また、本発明は、可溶性原料を溶解させてそれを発泡液の状態へと泡立たせる希釈剤のジェットを使用し、粉末を溶解して発泡液を製造する方法に関する。

飲料製造機は、コーヒー粉末などの可溶性原料を溶解するために希釈剤を利用する発泡飲料液を製造するために存在する。既知のシステムは、一般に、ホイッパなどの機械的な高速回転要素を利用して、液体中に剪断力を生み出し、それにより、粉末を適切に溶解させることができるようにするとともに、満足な量の泡を生成できるようにする。

例えば、国際公開ＷＯ０３／０６８０３９および欧州特許ＥＰ １ ６３９ ９２４は、可溶性原料と希釈剤との混合物からの液体の泡立てを向上させるための回転型の機械的解決策に関するものである。

これらの解決策は、それらが騒々しく、高い機械的複雑度および更なる製造コストを伴うとともに、電気モータなどの推進要素を必要とするという点で欠点を有する。また、そのような解決策は、より頻繁な洗浄または濯ぎも必要とする。

したがって、圧力を使用するこれらの解決策は、特に家庭用の小型コーヒー機器のような小売販路に適用される、実行可能で低コストの騒音がない衛生的な飲料製造機を形成するのにあまり適していないのが分かる。

ホイッパを必要としない解決策が存在し、特にカプセルやポッドなどの個別容器内の可溶性原料から発泡液を提供する。一般に、これらの既知の解決策において、希釈剤は、実質的に閉鎖されたチャンバ内に加圧下で注入されるとともに、圧力低下および剪断力を生み出して発泡液を形成するために加圧下で有孔膜またはフィルタに通される。これらの解決策は、完全にうまく機能しているが、原料の浸出中または溶解中に耐圧チャンバを確保する必要があるため、実施するのが複雑で費用がかかる。更に、個別容器を使用する飲料システムは、包装廃棄物を生み出すという欠点を有する。

例えば、国際公開ＷＯ２００５／０２０７６９Ａ１は、可溶性の食品物質を収容するカプセルを通じた液体の注入によって食品を生成するための及び／又は抽出のための方法および装置であって、それによって、例えばカプセル内に注入された液体の乱流動作を生み出すために液体が少なくとも１つの注入ポイントから注入され、それにより、浸出が引き起こされる方法および装置に関する。前述したように、この解決策は、希釈剤および飲料物質が互いに混合して発泡飲料を形成するように特定の圧力がカプセル内でできあがるまでカプセルが水で完全に満たされる必要がある。他の問題点は、カプセル内の圧力が低下するときにカプセルが液体で一杯のままであるという点である。したがって、カプセルの完全な排出は不可能である。

国際公開ＷＯ０２／０８７４００は、発泡性原料を収容するカプセルを備え、カプセルから流出する流体を収集するように位置された容器を設け、発泡性原料と混合するように液体をカプセル内に注入し、液体と混合された発泡性原料がカプセルから容器内へ流出できるようにし、その後、更に液体を約０．５〜２ｍｍの直径を有するジェット状態で容器内へ注入して、容器内に発泡液を生成する、発泡飲料を生成するための方法に関するものである。しかしながら、この方法は、カプセル内および容器内のそれぞれで行なわれる２つの別個の発泡ステップを必要とするという欠点を有する。

加圧チャンバまたはモータ駆動の泡立て手段を使用せずに、また、固体残留物を残すことなく、希釈剤と可溶性原料または液体濃縮物との組み合わせから発泡液を製造できるようにする、より簡単で、衛生的な、低コストの解決策が必要とされる。

本発明は、大気圧に開放されるチャンバを備える装置であって、チャンバ内で液体を循環させる表面が、粉末を溶解させて発泡液を製造するのに有効な高い剪断力を受けるように、希釈剤の少なくとも１つのジェットと液体出口との組み合わせ手段で構成される装置に基づく。

本装置によって形成される泡の結果は、機械的な起泡装置と比べて更に改善され、圧力カプセルシステムに少なくとも匹敵するが、これらのシステムのいずれの前述した欠点をも伴わない。

具体的には、本発明の装置は、横断方向の底壁と長手方向の上向壁とを有する大気に開放されたチャンバと、少なくとも１つの希釈剤注入口と、少なくとも１つの液体供給出口とを備え、希釈剤注入口は、上向壁を貫通して設けられ、また、希釈剤注入口は、希釈剤のジェットがチャンバ内に向くように寸法付けられるとともに方向付けられ、また、チャンバ内の希釈剤注入口の方向および寸法によって、チャンバ内に入る希釈剤のジェットで液体が上向壁の側面に沿って上昇できるように、少なくとも１つの液体供給出口が底壁に形成される。

したがって、本発明の一般的原理によれば、チャンバは、循環する液体の層が生み出され、当該層が上向壁の側面に沿って上昇するように形成され、それにより、少なくとも１つの希釈剤のジェットから大きな剪断力を受ける液体表面が形成される。チャンバの底部に沿って液体の第２の表面を形成することもでき、この第２の表面も希釈剤のジェットから剪断力を受ける。循環する液体の層は、主に、チャンバ内に十分な量の液体が維持されるようにチャンバから出る液体流量を制御することにより、また、液体を渦状にして液体を泡立たせるために液体に対して適切に衝撃を与えなければならない希釈剤注入口の形態により、得られる。液体供給出口、および、希釈剤注入口の方向および寸法は、液体が上向壁の側面に沿って上昇できるように設定される。

本発明によれば、希釈剤は、装置の特徴および状態を利用した食品可溶性原料の溶解に適用される任意の適切な液体であってもよい。好ましい希釈剤は温水であるが、冷水や他の水性液体などの他の希釈剤、例えば液体ミルクを利用することができる。

可溶性原料は、本発明の装置の特徴および状態を利用して、溶解して発泡液を製造する任意の発泡性食品原料であってもよい。好ましい原料は可溶性コーヒー粉末である。しかしながら、本発明の装置では、発泡液を提供するために、例えば可溶性の茶、乾燥料理原料、及び／又は、ミルクベースの原料など、他の原料を使用することができる。本発明の装置および方法は、希釈剤を用いた液体濃縮物の溶解および発泡にも適用できる。そのような液体濃縮物は、コーヒー濃縮物、チョコレート濃縮物、または、ミルク濃縮物であってもよい。

本発明によれば、底壁は１つの液体出口または複数の液体出口を備える。具体的には、出口の総表面積は、該出口を通じた液体の重力による排出流量が希釈剤注入口を通じた希釈剤によるチャンバの注入流量よりも少なくなるように決定される。よりも少ないとは、排出流量が注入流量に及ばないか、又は注入流量に等しいという意味である。無論、チャンバのよりゆっくりとした排出は、チャンバ内の流体の力学を考慮に入れる。例えば、チャンバの側面に沿う渦動作が維持されると、流体は排出されにくい。この形態の結果として、液体の層はチャンバ内で循環動作したままとなり、当該液体の層には少なくとも希釈剤がチャンバ内に入る限り、チャンバに流入する希釈剤のジェットが衝突する。好ましくは、１つの出口または複数の出口はその大部分が底壁の中央またはその直ぐ近くに位置される。この形態は、装置からの液体の排出を減速させることに関与する。装置の好ましい構成において、液体出口の総断面は、希釈剤がチャンバ内に入るときにチャンバ内に十分な液体を保持できるように十分小さいが、それでも、単なる重力の作用によってチャンバから効果的に排出させる。好ましくは、上向壁は、液体排出を促進させるために実質的に垂直である。装置は、動作後において固体残留物または泡残留物がチャンバ内に実質的に残されないという意味で自浄式であることが分かる。希釈剤はチャンバの内面を濯ぐことができ、また、液体残留物または固体残留物は出口へと完全に流出できる。確かに、チャンバを清浄に保ち且つ衛生問題を回避するために、チャンバを完全に空にして濯ぐことができることが重要である。単一の液体出口の断面は１２．６ｍｍ^２よりも小さいことが好ましい。底壁に複数の出口を含む形態におけるそれぞれの液体出口の断面は、約２ｍｍ^２よりも小さく、最も好ましくは１．５４ｍｍ^２よりも小さい。言うまでもなく、出口の断面は、チャンバの断面および容積にも依存する。断面間の関係は、希釈剤のジェットによる適切な溶解および発泡を可能にするような装置内の液体の制御を確保するべく決定される。

比較的小型のオフィス飲料システムに関して、チャンバは、１５〜４５ｍｍ、より好ましくは２５〜３６ｍｍの直径を有していてもよい。例えば更に大きな供給容量を与える飲料機のために、更に大きいチャンバが想定され得る。

想定し得る別の手段において、本発明の原理にしたがって液体をチャンバ内に保持するための態様は、開放可能な弁によって選択的に閉じられる少なくとも１つの液体出口を備える底壁によって達成され得る。弁は、液体の高さがチャンバ内で上昇できるようにするため、また、出口からの液体供給を十分に遅らせるために、チャンバを閉じられた状態に保つ。弁は、外部制御手段を使用して開放されるのが好ましい。弁は、希釈剤のジェットの開始から一定の時間遅延の後に、選択的に開放させることができる。

十分な速度、したがって、液体の表面に高い剪断力を与える十分な機械的エネルギに達する希釈剤のジェットを得るために、希釈剤注入口は、好ましくは約０．２〜１．０ｍｍの直径を有し、より好ましくは０．３〜０．８ｍｍの直径を有し、更に好ましくは０．４〜０．６ｍｍの直径を有する。希釈剤注入口の直径は、一般に、チャンバの直径にしたがって規定される。

希釈剤注入口の他の特徴は、液体の表面へ向けて希釈剤のジェットを適切に方向付けるためのチャンバ内での注入口の方向に関連するものである。液体の表面に対して適切に衝突させるための希釈剤注入口の形態に関しては、希釈剤注入口は、チャンバの長手方向中心軸にからずれた方向に沿ってチャンバ内に向けられることが好ましい。より具体的には、希釈剤注入口は、比率“ｄ／ｒ”が０．２〜０．９となるような方向に向けられる。ここで、“ｒ”はチャンバの半径であり、“ｄ”は、注入口の配向の方向からチャンバの中心軸まで垂直に測定された距離である。更に、希釈剤注入口は、チャンバの横平面に対して特定の角度で下方へと傾けられる。この角度は５〜３０度であることが好ましい。したがって、チャンバ内で循環する液体の表面へ向けて希釈剤注入口を適切に方向付けることができる。チャンバの横断平面は、通常、重力の作用によってチャンバから液体が良好に排出されるために好ましくは垂直に配置されるチャンバの長手方向に対して垂直である。

特定の形態によれば、本発明の装置は、チャンバ上向壁の異なる高さに配置される２つの希釈剤注入口を備えることができる。チャンバの上端からより近い距離に配置される第２の希釈剤注入口は、他方の下側の希釈剤注入口と同じ特定の特徴の寸法および方向を有している必要はない。これは、その機能が液体を発泡させることではなく希釈剤を単に加えることだからである。これらの２つの希釈剤注入口は、通常、希釈剤供給手段との接続を容易にするために上向壁を貫通して互いに上下に配置される。

チャンバは様々な形状をとることができる。好ましい形態では、長手方向の上向壁が実質的に円筒状である。当該壁は、液体が希釈剤のジェットの作用によって衝突され循環される際にチャンバから液体が溢れ出ないようにするため、その長手方向距離（すなわち、高さ）がその直径（すなわち、幅）よりも長くなっている。チャンバの多角形断面、例えば六角形または楕円の断面など、他の形状を想定することができる。底壁は、実質的に頂部が切られた錐体の一部であってもよい。この形状は、希釈剤ジェットに衝突される液体の遠心作用の結果としてチャンバの上向壁に沿って上昇する層状の液体の分散を向上させることができる。

チャンバは、空気がチャンバ内に流入でき、最終的にチャンバ内の可溶性原料を計量することを可能にする上方へ向けられる大きな開口を備える。例えば、チャンバは蓋によって閉じられておらず、上向壁は自由上端で終端する。例えば、大きな上部開口は、上方へと広がる漏斗の形態であってもよいし、あるいは、上向壁の直線延在部であってもよい。

液体が出口を通じてチャンバから出る前に液体を減速させるため、複数の径方向翼部を底壁に設けることができる。チャンバから出る液体速度が低いと、スムーズな液体供給を行なうことが可能になり、装置の供給側での過度の飛び散りが回避される。

本発明の装置は、装置を少なくとも部分的に横切って配置される少なくとも１つのバッフル手段を備えることができる。

第１の形態によれば、これらのバッフル手段を希釈剤注入口よりも上側に配置することができる。そのようなバッフルは、液体がチャンバ内で過度に上昇してチャンバから上端開口を介して溢れ出るのを防止する。バッフル手段は、希釈剤注入口よりも上側の高さの液体の速度を断ち切るようにチャンバ内での形状、位置および数を設定することができる。１つの変形では、チャンバと交差する壁の形態を成す単一のバッフルが設けられる。通常、この壁は基本的に垂直に方向付けられる。他の可能な変形では、長手方向中心軸に沿って垂直に方向付けられ、及び／又は長手方向中心軸に対して傾けられる複数のバッフルが設けられる。これらのバッフルは、長さがチャンバの直径より短くてもよい。したがって、バッフルは、チャンバの直径の全体にわたって延びてもよいし、あるいは、チャンバを部分的にのみ横切って延びてもよい。この第１の形態によれば、バッフル手段は、全体的であることが好ましく、オリフィスを有さない。

第２の好ましい形態によれば、バッフル手段は希釈剤注入口と対向する。これらのバッフル手段は、チャンバを全体的に横切って配置され、オリフィスを備えることが好ましい。そのようなバッフル手段は、オリフィスを有するプレートであってもよく、あるいは、好ましくは篩であり、この篩は、１ｃｍ^２当たり５０〜１００個の多数の目を有することが好ましい。篩の目は任意の形態であってもよい。正方形または長方形の目を有する篩が最も一般的である。バッフル手段は、バッフル手段に希釈剤ジェットが衝突し、且つバッフル手段がオリフィスを備える場合には好ましくはバッフル手段を希釈剤ジェットが横断しなければならない点を除き、チャンバ内で任意の方向性を有することができる。バッフル手段は垂直に向けられることが好ましい。特定の変形によれば、バッフル手段は、希釈剤ジェットの方向に対して実質的に直交している。希釈剤ジェットの方向に対して実質的に直交しているとは、バッフル手段の長手方向軸の水平突出部分と希釈剤注入口の長手方向軸とが直交しているという意味である。したがって、希釈剤注入口から出る希釈剤ジェットがこれらのバッフル手段と衝突し、これは、希釈剤ジェットの力および速度を同時に断ち切って、希釈剤ジェットがチャンバから飛散するのを回避するとともに、粉末または液体の濃縮物の溶解を向上させ且つ泡を生み出す剪断力を液体に引き起こすという効果を有する。この第２の好ましい形態の特定の変形によれば、装置は、チャンバ上向壁の異なる高さに配置される２つの希釈剤注入口であって、前述したバッフル手段と対向して配置される第１の希釈剤注入口と、上記バッフル手段よりも上側に配置される第２の希釈剤注入口とを備えてもよい。この変形において、バッフル手段は、チャンバを全体的に横切って配置されることが好ましく、オリフィスを備えるとともに、前述したような篩であることが更に好ましい。チャンバの底部の近傍に配置された第１の希釈剤注入口は、液体を発泡させるという本発明の課題を解決することを目的とする。これに対し、チャンバの上端近傍に配置された第２の希釈剤注入口は、泡を伴わない飲料を製造するためにチャンバが使用される場合に単純に希釈剤を導入することを目的とする。

本発明の変形によれば、チャンバは、チャンバの上端に配置される管路を備えることができ、上記管路は、液体がチャンバ容量を超えたときにチャンバから出ることを可能にする液体出口を提供する。液体出口は、通常、チャンバの上縁よりも下側に配置され、また、管路はチャンバの外面に接続される。

本発明の装置は、飲料製造機の混合・発泡部品として設置することができる。したがって、飲料製造機は、希釈剤注入口に接続できる希釈剤供給手段を伴って構成される。接続は、永久的であってもよいし、あるいは、洗浄または濯ぎのために取り外し可能であってもよい。

飲料製造機は、装置に粉末を供給するために装置の投与開口よりも上側に配置される粉末投与ユニットを備えてもよい。投与ユニットを粉末リザーバに接続させてもよい。粉末投与ユニットによる供給は、粉末を取り扱うことなく自動的に制御できる。他の形態では、投与ユニットを液体濃縮物リザーバに接続させてもよい。

可能な形態において、装置は、所定量の可溶性原料を収容する使い捨て可能な、あるいはリサイクル可能なカートリッジを形成する。カートリッジは、１回投与量の原料で予め満たされており、原料の鮮度を保つためにガスを通さないように形成することができる。例えば、カプセルが射出成形プラスチックから形成され、その希釈剤注入口および空気開口が少なくとも１つの気密性の除去可能な膜によって密封される。

本発明は、更に、飲料製造機内で発泡液を製造するための方法であって、
横断方向の底壁と長手方向の上向壁とを有するチャンバを準備するステップと、
チャンバに可溶性原料を投与するステップと、
希釈剤注入口を通じて希釈剤を供給して、チャンバ内に希釈剤のジェットを形成し、希釈剤を可溶性原料と混合させて可溶性原料を液体内に溶解させるステップと、
希釈剤がチャンバ内に供給されるときに液体が上向壁の側面に沿って特定の高さまで上昇できるように、且つ、チャンバの希釈注入口の方向および寸法によって希釈剤のジェットがエネルギ衝突する液体の剪断面を液体が形成するように、チャンバから供給される液体流量を制御するステップと、
チャンバ内への希釈剤の取り込みを停止して、少なくとも１つの出口で発泡液を上記チャンバから排出するステップと、
を備える方法に関する。

可溶性原料が粉末の場合、チャンバの出口よりも上側にコーヒー粉末が存在することが、チャンバの排出を送らせる原因の一つとなり得る。

好ましい形態によれば、本方法は、チャンバ内への希釈剤の取り込みよりもチャンバからの液体流出を遅らせることによってチャンバから供給される液体流量を制御するステップを更に備える。この結果は、チャンバの出口に可溶性原料が存在することによって助長することができる。

また、本方法は、希釈剤を希釈剤注入口に通すステップと、チャンバの長手中心軸からずれた方向でチャンバ内に希釈剤のジェットを方向付けることにより、チャンバ内に希釈剤を供給するステップとを備える。本発明の好ましい方法によれば、方向付けられた希釈剤ジェットは、チャンバを横切って配置される篩を通じて投入される。

本方法は、可溶性コーヒー原料を基にしたコーヒーの生成に特に適用できる。この場合、本方法は、コーヒー原料をチャンバ内に投与するステップを備える。

本発明の方法は、チャンバ内の発泡液を排出した後に希釈剤を希釈剤注入口に通すことによってチャンバを濯ぐステップと、更に濯ぎ液を排出するステップとを更に備えてもよい。したがって、装置は、不完全に可溶化されたコーヒー固体残留物などの固体残留物または泡残留物がチャンバ内に残されないように十分に濯ぐことができる。

ここで、添付図面を参照して、本発明の特定の実施形態を一例として更に説明する。

本発明に係る装置を備える飲料製造装置の概略図である。 希釈剤注入口を通る長手方向平面Ｄ（平面Ｄは図４に示されている）に沿う断面図である。 図２の長手方向平面Ａに沿う他の長手方向断面図である。 図２の平面Ｂに沿う横断面図である。 図２の平面Ｃに沿う横断面図である。 図５の装置の第１の変形に係る図２の平面Ｃに沿う横断面図である。 図２の装置の第２の変形に係る希釈剤注入口を通る長手方向平面に沿う断面図である。 図７の平面Ｄに沿う断面図である。 図２の装置の第３の変形に係る希釈剤注入口を通る長手方向平面に沿う断面図である。 図７の平面Ｅに沿う断面図である。 第４の実施形態に係る装置の上部の斜視図である。 図１１の装置の一部の底面図である。 図１２のＥ−Ｅ線に沿う長手方向図である。 図１２のＦ−Ｆ線に沿う長手方向図である。 図１１の装置の底部の斜視図である。 図１５の底部の底面図である。 図１５の底部の側面図である。 図１６のＧ−Ｇに沿う底部の断面図である。 図１５の底部の内部の図である。 希釈剤注入口を通る長手方向平面Ｄ’（平面Ｄ’は図２２に示されている）に沿う断面図である。 図２０の長手方向平面Ａ’に沿う長手方向断面図である。 図２０の平面Ｂ’に沿う横断面図である。 ２つの希釈剤注入口を通る長手方向平面に沿う断面図である。 図２３の他の長手方向平面に沿う他の長手方向断面図である。

図１を参照すると、流入してくる原料および希釈剤から発泡液を製造するための本発明の装置２を含む飲料製造機１が示されている。以下の説明では、本発明の装置を“混合・発泡装置”または単に“装置”と呼ぶ。

飲料製造機は、装置よりも上側に配置され且つ投与システム４と結合される可溶性原料のリザーバ３を備える。投与システムの主な機能は、混合・発泡装置内への原料の投与量を要求に応じて計量することである。リザーバは、可溶性原料を収容する常設の容器、あるいは使い捨て可能な容器であるホッパであってもよい。投与システムは、投与スクリューまたは往復投与ピストンなどの任意の適したシステムであってもよい。無論、投与技術は可溶性原料の性質にも依存する。可溶性原料は一般に乾燥した食品粉末である。しかしながら、可溶性原料は液体濃縮物であってもよい。装置には、要求に応じてコントローラ１１およびコマンド１２により促されて原料が手動または自動で供給される。なお、言うまでもなく、リザーバおよび投与システムは製造機において選択的なものである。したがって、装置には、例えばすくいさじを使用して手動で供給することができる。

製造機には、希釈剤、特に温水を混合・発泡装置２に対して供給することができる希釈剤供給回路が設けられている。そのため、新鮮な水を補充することができるウォーターリザーバ５が設けられる。送水ポンプ６は、リザーバ５からの希釈剤を、サーモブロックまたはカートリッジタイプヒータなどの水加熱システム７へ、最終的には、逆止弁８へと送る。ポンプは、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプ、または、蠕動ポンプなどの任意のタイプのポンプであってもよい。最終的には、水は管手段９によって装置に供給される。

図１に示されるように、混合・発泡装置をサービストレイ１０の真上に配置することができ、サービストレイ１０上には発泡液を受けるための容器が配置される。

また、ユーザが製造機上のコマンド１２を作動するとき、あるいはコマンド１２を押すように促されるときに、投与システム４による可溶性原料の投与とポンプ６による希釈剤の投与とを協働させるためのコントローラ１１を更に設けることができる

図２および図３を参照すると、本発明の混合・発泡装置が更に詳しく示されている。装置は、底壁１４と側壁１５とによって画定されるチャンバ１３を備えており、側壁１５は、上方へ延び、製造機における機械的な把持を確実にし、大きな上部中央開口１７を取り囲むフランジ壁１６によって終端する。中央開口１７により、飲料製造機の投与システムによって、あるいは計量器具により手動で落とし込まれる可溶性原料をチャンバに供給することができる。原料がチャンバ内に直接に落下するように、上向壁１５の表面は、滑らかで比較的垂直であることが好ましいが、垂直に対して僅かに傾斜することも考えられる。中央開口１７は、空気がチャンバ内に流入し、形成されている発泡液と混合されることを可能にするための空気吸入口としての機能も果たす。

チャンバは、約１５〜４５ｍｍ、より好ましくは２５〜３６ｍｍの直径を有することができる。液体が上部開口を通じてチャンバから溢れ出るおそれを回避しつつ液体がチャンバ内を適切に循環するように、チャンバは１：２〜１：１０、最も好ましくは１：２．５〜１：５の直径：高さの比率を有することが好ましい。ここで、高さは、上向壁の距離“ｆ”である。

希釈剤は、希釈剤注入口１８によって比較的高速でチャンバ内へ供給される。本発明の重要な態様によれば、希釈剤注入口は上向壁１５を貫通して設けられる。注入口は、液体の遠心循環および液体の表面の剪断の両方を促進させるように寸法付けられるとともに、方向付けられる。その結果、液体が短期間で発泡される。

そのため、注入口１８は、高い直線速度を伴うジェットをチャンバ内に生み出すことができるようにする小径のノズルを形成する。好ましくは、注入口の直径“ａ”は、０．３〜０．８ｍｍ、最も好ましくは０．４〜０．６ｍｍの範囲である。流量は、好ましくは１．５〜５ｍｌ／ｓ、最も好ましくは約２〜４．５ｍｌ／ｓである。ノズルのそのような流量条件およびサイズによれば、１０〜５０ｍ／秒、最も好ましくは１２〜３０ｍ／秒、例えば約１８ｍ／秒程度の線速度を生み出すことができる。

したがって、希釈剤注入口は、チャンバの長手方向中央軸Ｏからずれた方向に向けられる。より正確には、注入口の方向は、比率ｄ／ｒが０．２〜０．９となるように設定される。ここで、“ｄ”は、注入口が中心軸から離れる方向の直交距離であり、“ｒ”は、注入口の水平高さにおけるチャンバの半径である（図３）。

希釈剤注入口１８の垂直位置も、当該注入口と液体との間で適切な距離を確保するために重要となり得る。底壁の内縁からの希釈剤注入口の好ましい垂直位置“ｃ”は、約５〜２０ｍｍであり、最も好ましくは６〜１５ｍｍである。

また、希釈剤注入口は、流れの力により、すなわち、遠心作用により液体が壁の表面に沿って上昇することによって液体が跳ね飛ぶこと、あるいはチャンバから液体が溢れ出ることが防止されるように、上向壁１５の長手方向寸法“ｆ”に対して比較的低い位置に位置されることが好ましい。好ましくは、希釈剤注入口は、開口１７よりも底壁の底部の方に近い距離で位置される。より好ましくは、注入口は、チャンバの下側約１／４に、あるいは下側１／４内（上向壁１５の高さ“ｆ”によって測定される）に位置される。

重要なことには、チャンバの底壁１４は、装置を通じた発泡液の供給流量を制御するための手段を備えている。一般的な原理は、上向壁１５の側面に沿って上昇する液体の層を形成できるように、液体が非常に急速にチャンバから出ることが防止されるという点にある。当該液体の層には希釈剤のジェットが衝突することができ、その結果として、高い大きさの剪断を生み出すことができる。図２は、例えば、チャンバ内の液体に対するジェットにより促される遠心作用に起因する循環状態の液体の表面１９を表している。

したがって、流量を制御する手段は、供給出口のサイズおよび形態の制御によって得られる。

図５の形態では、単一の液体出口２０が底壁に形成される。単一の出口の表面積は０．８〜１２．６ｍｍ^２であることが好ましい。

図６の形態では、複数、好ましくは２〜１５個、最も好ましくは７〜１２個の出口２１が設けられる。ここで、各出口の個々の表面積は約０．２８〜１．５ｍｍ^２である。

遠心作用と小さい出口との組み合わせに起因して、液体は、チャンバ内に蓄積させられ、希釈剤が注入口を介して高速でチャンバ内に導入される限りチャンバの上向壁に沿って上昇する傾向がある。一方、装置は、固体または泡残留物が装置内に実質的に何ら残されることなく液体が出口を介してチャンバから完全に出ることができるという点で自己排液式装置である。チャンバの濯ぎは、ノズルを介してチャンバ内に連続的に、あるいは間欠的に送られる希釈剤によって、例えばチャンバ内の希釈剤を脈動させることによって行なわれてもよい。また、チャンバを装置から全体的に取り外して洗浄することもできる。

底壁１４の形状は、液体の層の拡散が促進されるように円錐にすることができる。Ｏに垂直な平面に対する底壁の円錐の角度“ｊ”は、１度から４５度まで変わることができる。無論、底壁に丸みをもたせることもできるし、底壁を平坦にすることもできる。

図４は、チャンバ内のバッフル２２の存在を示しており、バッフルの機能は、主に、希釈剤注入口よりも上側のチャンバ内の液体の循環流を遮断することである。結果として、液体は、上側の空気・投与開口１７を通じてチャンバから溢れ出ることが防止される。バッフルは、図示のようにチャンバを横断する単一の壁であってもよい。バッフルは、実質的に長手方向軸Ｏと平行して、あるいは整列して位置する壁を形成する。

したがって、バッフルは、装置の通常の使用では実質的に垂直である。バッフルの寸法は、チャンバの幾何学的形態およびサイズによって決まる。好ましい例では、バッフルは、１０〜３０ｍｍの高さＨと、例えば２０〜３１ｍｍのチャンバの直径に等しい長さと、約１〜２ｍｍの厚さとを有する。図示の垂直バッフルでは、湿潤状態で装置の壁に固着する能力が比較的低い、コーヒーまたはミルクの凝集粉末などの粉末を用いると、良好な結果が得られた。非凝集粉末では、あまり良くはない結果が認められた。これは、一部の粉末が、装置内に落とし込まれるときにバッフルに固着する傾向があるからである。

図７および図８は、バッフル手段が複数のバッフル、例えば上向壁に配設される４つのバッフル２３へと分けられる形態を示している。バッフルは、長手方向軸と実質的に平行に延び且つ中央通路２４を残すようにチャンバを径方向に部分的にのみ横切って延びる壁の部分である。好ましくは、バッフルは、チャンバの内面からチャンバの半径の値の０．１〜０．５の距離だけ突出して横断方向に延びている。したがって、中央通路２４が設けられ、それによって、粉末が重力によって装置内に落下するときにバッフルの表面に固着する機会を制限しつつ粉末を投与開口１７からチャンバの中心に投与できるという利点がある。コーヒーまたはコーヒー混合物の非凝集粉末を用いると、特に良好な結果が得られた。想定し得る限定されるものではない例では、バッフルの高さＨは、１０〜３０ｍｍであり、長さＬは約５ｍｍからチャンバの内径“ｅ”の半分までの長さである。バッフルの数は、２〜６個で、チャンバ内において均一に、また壁１５から径方向に分散配置されることができる。図では、均等に９０度離間される４つのバッフルが設けられている。

図９および図１０は、バッフル２３が長手方向中心軸Ｏに対して相対的に傾けられた壁の部分を形成する他の変形例を示している。バッフルは水平に対して傾けられており、それらの自由端２８は開口１７の方向、すなわち上方へ向けられている。バッフルは、約５ｍｍの値とチャンバの半径の値との間の距離だけ内側に延びることができる。バッフルは、チャンバの内面からチャンバの半径の値の０．１〜０．５倍の距離Ｌだけ横断方向に突出して延びることが好ましい。また、バッフルは、それらの側縁２６，２７が互いに異なる高さとなるように横断方向に傾けて方向付けることができる。あるいは、側縁２６，２７を互いに対して同じ高さにすることもできる。コーヒーまたはコーヒー混合物の非凝集粉末を用いると、特に良好な結果が得られた。

あるいは、バッフルは、空気および粉末が空気・投与開口１７からチャンバ内に入るための特定の隙間を残しつつ互いに交差することができる。

無論、バッフルは、平坦な壁の部分とは大いに異なる様々な形状をとることができる。バッフルは、ピン、針、格子もしくは格子の一部、または、湾曲壁、螺旋壁、もしくは環状壁または星形壁であってもよい。

図１１〜図１９は、２つの組立部品の状態で本発明の装置の可能な構造を示している。第１の上側部品３０が図１１〜図１４によって示されている。第２の下側部品４０が図１５〜図１９によって示されている。２つの部品は、プラスチック射出成形によって製造されて、それらの間に密封部材を伴い、あるいは伴うことなく、圧入によって組み立てることができ、あるいは、最終的に、液密な組み立てを提供するために溶接されたり接着されたりしてもよい。

上側部品は、装置の上向壁１５を形成する管形状の一体成形品を成している。希釈剤注入口１８は、接続部３１だけ上向壁から延び、それによって図１の飲料製造機１の希釈剤フレキシブルラインとの容易で迅速な結合が可能になる。チャンバ内にバッフル２２を設けることができ、このバッフルも管状の上側部品３０との１つの一体部品として成形される。部品３０の下端には、環状内側溝などの圧入タイプの接続部３２が設けられる。接続部３２は、図１５〜図１９に示される装置の下側部品４０の相補的な圧入接続部に相補嵌合するようになっている。

下側部品４０は、装置の円錐底壁および出口部４１を形成する。出口部は、装置から出る液体の流れを案内するために円錐壁の中心から延び、より小さな断面を有する管状部として形成することができる。液体が出口部を通じて出る前に液体の速度を減速させるために、壁の内側中心に収束する複数の小翼部４２を下側部品の内側に形成することができる。一連の小出口４３が底壁の中心の直ぐ周囲に小さい円形経路に沿って分散配置される。出口、例えば８個の出口が、各小翼部同士の間に、中心から約０．５ｍｍを越えない距離で配置されるのが好ましい。各出口の直径は約０．８〜１．１ｍｍである。円錐部の上側外周では、小さい弾性フランジ４４が上方へと延びて、装置の相補的な圧入接続のロック突起を形成している。この下側部品は、プラスチックで成形できるとともに、本発明の装置を形成するために上側部品に対して直接に圧入することができる。

図２０および図２１は、バッフル２２がチャンバを横切って配置される篩であり且つ篩が希釈剤注入口１８と対向する点を除き、図２および図３と同様である。篩は、希釈剤注入口１８から出現する希釈剤ジェットが篩２２に衝突して篩を横断して通るように、チャンバ１３の下部の全体にわたって延びている。図２２に示されるように、篩２２の長手方向平面は、希釈剤注入口の軸の水平投影に対して垂直である。幾つかの出口２１がチャンバの底部に設けられる。

チャンバ内の篩２２は、希釈剤注入口よりも上側のチャンバ内の液体の循環流を遮断し且つ液体が上側の空気および投与開口１７を通じてチャンバから溢れ出るのを防止することを目的としている。篩２２は、希釈剤中の可溶性粉末原料の溶解を向上させ且つ液体を泡立たせることも目的としている。図２〜図４の説明で与えられたチャンバおよびバッフルの寸法の範囲は、図２０〜図２２に関しても同じである。

図２３および図２４は、第１の希釈剤注入口１８よりも上側に配置され且つ篩２２よりも上側に配置される第２の希釈剤注入口１８１をチャンバが備える点を除き図２０および図２１と同様である。第２の注入口１８１は、液体の遠心循環および液体の表面の剪断の両方を促進させる態様で寸法付けられるとともに方向付けられている。使用の際、望まれる飲料がエスプレッソタイプのコーヒーのように多くの泡を伴う飲料であるか、または、フィルタタイプ、もしくはアメリカンタイプのコーヒーのように泡を伴わないか殆ど伴わない飲料であるかどうかに応じて、第１の注入口または第２の注入口を通じて希釈剤が導入される。発泡性の高い飲料が望まれる場合には、希釈剤は、篩と対向する希釈剤注入口のみを通じて注入される。泡を殆ど伴わないか全く伴わない飲料が望まれる場合には、希釈剤は、篩と対向しない第２の希釈剤注入口のみを通じて注入される。

図１に戻って、本発明の飲料製造機の動作を以下の例で説明することができる。ユーザは、コマンド１２のボタンを押して、製造機を作動させる。コントローラ１１は、コマンド１２から命令を受けて、ユーザにより成された選択にしたがって投与ユニット４を駆動させる。投与ユニットは、リザーバ３からの特定量の可溶性原料を計量する。そのような量は、本発明の発泡装置の上部開口を通じて当該発泡装置内に供給される。可溶性原料は、例えば、凝集または非凝集コーヒー粉末であってもよい。粉末は、特に粉末が壁またはバッフルに固着する傾向を有する（例えば、非凝集コーヒー粉末）ときに、好ましくはバッフル間の中央通路を通じて重力によりチャンバの底部に落下する。粉末が、一度装置内に入ると、コントローラ６は、ポンプをＯＮにし、温水が必要とされる場合には最終的にはヒータもＯＮする。水が粉末と混合され、それによって、発泡液が製造される。２５〜２５０ｍｌの量で水を投与することができる。少量のコーヒーの場合には、１回の連続ジェットで４０ｍｌまたは７０ｍｌの水が投与されるのが好ましい。コントローラは、特に量が多い場合には、発泡液を排出させるために一定の間隔でポンプを停止させることができる。その後、コントローラはポンプをＯＦＦにする。必要に応じて、コントローラは、少量の濯ぎ水を供給して濯ぎステップを行なうために更にポンプを再びＯＮにする。あるいは、濯ぎステップは、発泡液を製造する際の単一のジェットによって連続的に行なわれる。

本発明の１つの利点は、エスプレッソまたはルンゴなどの焙煎して挽かれたコーヒー飲料に品質が匹敵する、濃厚で均質なクレマを伴うコーヒーなどの高品質の発泡液を、出発材料として可溶性原料を使用して効率的に溶解させて提供できる能力である。しかしながら、本発明は、装置またはカートリッジ内に固体残留物を残すという欠点を有しておらず、また、包装廃棄物となり得るものを生み出すという欠点も有していない。本発明は、容易に自動化することができ、且つ、小型飲料機器や“バリスタ”型マシンなどの処理量の多い飲料製造装置の両方での使用できるため、都合よく利用することができる。また、本発明は、高圧希釈剤ポンプの使用を必要としない。すなわち、４〜５バールの圧力で希釈剤を供給するポンプで十分である。

上記実施形態を単なる一例として説明してきた。添付の請求項の範囲内に入る多くの他の実施形態が当業者である読者に明らかである。

Claims (30)

1. 横断方向の底壁（１４）および長手方向の上向壁（１５）を有する大気に開放されたチャンバ（１３）であって、上向中央開口を有する、前記チャンバと、
   少なくとも１つの希釈剤注入口（１８）と、
   少なくとも１つの液体供給出口（２０，２１）と、
   を備える、発泡液を製造するための装置（２）であって、
   前記希釈剤注入口（１８）は、前記上向中央開口より前記底壁の底部の方に近い距離で、前記上向壁（１５）を貫通して設けられ、該希釈剤注入口（１８）は、希釈剤のジェットが前記チャンバ（１３）内に向くように、寸法付けられるとともに方向付けられ、
   前記チャンバ内の前記希釈剤注入口の方向および寸法によって、前記チャンバ内に入る前記希釈剤のジェットで、液体が前記上向壁（１５）の側面に沿って上昇でき衝突されるように、前記底壁（１４）内の前記少なくとも１つの液体供給出口（２０）と、前記希釈剤注入口の前記方向及び寸法とが形成されることを特徴とする装置。
2. 前記液体供給出口（２０，２１）の総表面積が、該出口（２０，２１）を通じた前記液体の重力による排出流量が前記希釈剤注入口（１８）を通じた希釈剤によるチャンバの注入流量よりも少なくなるように決定されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 断面積が１２．６ｍｍ^２よりも小さい単一の液体供給出口（２０）が前記底壁に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 複数の液体供給出口（２１）が前記底壁に設けられ、それぞれの個々の前記出口の断面が１．５２ｍｍ^２よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
5. 前記液体供給出口（２０，２１）が前記底壁の中央またはその直ぐ近傍に設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記底壁が少なくとも１つの液体供給出口を備え、該出口が、該出口からの液体供給を遅らせるための外部制御手段を使用して開放可能な弁によって閉じられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記希釈剤注入口（１８）の直径が０．２〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記希釈剤注入口（１８）が、前記チャンバの長手方向中心軸（Ｏ）からずれた方向に沿って前記チャンバ内に向けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記希釈剤注入口が、前記チャンバの半径“ｒ”に対する直交距離“ｄ”の比率が０．２〜０．９となるような方向に向けられることを特徴とする請求項７または８に記載の装置。
10. 前記希釈剤注入口（１８）が、横平面に対して特定の角度（ｂ）で前記底壁へ向けて下方へと傾けられることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記チャンバの横平面に対する前記角度（ｂ）が５〜３０度であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記チャンバ上向壁の異なる高さに配置された２つの希釈剤注入口を備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記チャンバを少なくとも部分的に横切って配置される少なくとも１つのバッフル手段を備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記少なくとも１つのバッフル手段（２２）が前記希釈剤注入口（１８）よりも上側に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 前記長手方向中心軸に沿って垂直に方向付けられた及び／又は前記長手方向中心軸に対して傾けられた複数のバッフルを備えることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. 前記少なくとも１つのバッフル手段が前記少なくとも１つの希釈剤注入口（１８）と対向することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
17. 前記バッフル手段が、前記チャンバを全体的に横切って配置されるとともに、オリフィスを備えることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 前記バッフル手段が篩であることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
19. 前記篩が、１ｃｍ^２当たり５０〜１００個の多数の目を有することを特徴とする請求項１８に記載の装置。
20. ２つの希釈剤注入口を備え、一方の希釈剤注入口が前記バッフル手段よりも上側に配置されることを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の装置。
21. 前記チャンバが、該チャンバの上端に配置される管路を備え、前記管路が、前記液体が前記チャンバの容量を超えたときに前記チャンバから出ることができるようにする液体出口を備えることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか一項に記載の装置。
22. 所定量の可溶性原料を収容する使い捨て可能な、あるいはリサイクル可能なカートリッジを形成することを特徴とする請求項１〜２１のいずれか一項に記載の装置。
23. 前記希釈剤注入口および空気開口が少なくとも１つの気密性の除去可能な膜によって密閉されることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
24. 請求項１〜２３のいずれか一項に記載の装置を備える飲料製造機であって、
    前記希釈剤注入口に対して接続できる希釈剤供給手段を備える、飲料製造機。
25. 飲料製造機内で発泡液を製造するための方法であって、
    横断方向の底壁（１４）と長手方向の上向壁（１５）とを有するチャンバ（１３）を準備するステップであって、前記チャンバ（１３）が上向中央開口を有する、前記ステップと、
    前記チャンバ（１３）に可溶性原料を投与するステップと、
    前記上向中央開口より前記底壁（１４）の底部の方に近い距離で、前記上向壁（１５）を貫通して設けられた希釈剤注入口（１８）を通じて希釈剤を供給して、前記チャンバ（１３）内に希釈剤のジェットを形成し、前記希釈剤を前記可溶性原料と混合させて前記可溶性原料を液体内に溶解させるステップと、
    希釈剤が前記チャンバ内に供給されるときに前記液体が前記上向壁の側面に沿って特定の高さまで上昇できるように、且つ、前記チャンバの前記希釈注入口の方向および寸法によって前記希釈剤のジェットがエネルギ衝突する液体の剪断面を液体が形成するように、前記チャンバから供給される液体流量を制御するステップと、
    前記チャンバ内への前記希釈剤の取り込みを停止して、少なくとも１つの出口で前記発泡液を前記チャンバから排出するステップと、
    を備える方法。
26. 前記チャンバから供給される前記液体流量を制御する前記ステップが、前記チャンバ内への希釈剤の取り込みよりも前記チャンバからの液体流出を遅らせるステップを備えることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
27. 前記チャンバ内に前記希釈剤を供給する前記ステップが、
    前記希釈剤を希釈剤注入口に通すステップと、
    前記チャンバの長手方向中心軸からずれた方向で前記チャンバ内に前記希釈剤のジェットを方向付けるステップと
    を備えることを特徴とする請求項２４または２５に記載の方法。
28. 方向付けられた前記希釈剤のジェットが、前記チャンバを横切って配置される篩を通じて投入されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
29. 可溶性コーヒー原料が前記チャンバ内に投与されることを特徴とする請求項２４〜２８のいずれか一項に記載の方法。
30. 前記チャンバ内の発泡液を排出した後に希釈剤を前記希釈剤注入口に通すことによって前記チャンバを濯ぐステップと、
    その濯ぎ液を排出するステップと
    を更に備えることを特徴とする請求項２４〜２９のいずれか一項に記載の方法。

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