KR101073804B1

KR101073804B1 - 음료수 조제용 기계

Info

Publication number: KR101073804B1
Application number: KR1020057013525A
Authority: KR
Inventors: 앤드류 할리데이; 콜린 발라드; 샛와인더 페인사; 데이비드 스미쓰
Original assignee: 크라프트 푸즈 알앤디, 인크.
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2011-10-13
Also published as: EP1440640A2; TW200509843A; CA2773078C; CN100591253C; EP1440640A3; GB0301747D0; CA2513891C; MXPA05007864A; GB2409965A; RU2005126705A; DE602004009718D1; RU2331348C2; TWI352585B; NO20053933L; ES2295778T5; KR20050105986A; ES2332098T3; DE602004009718T3; EP1440640B9; PL377942A1

Abstract

본 발명은 일련의 음료수 카트리지로부터 일련의 음료수 유형을 자동으로 조제하기 위한 저압 음료수 조제 시스템에 관한 것이고, 시스템은 음료수 조제 기계(201)와, 각각 특정 음료수 유형과 관련된 하나 이상의 음료수 원료(200)를 함유하는 복수의 음료수 카트리지(1)를 포함하고, 음료수 조제 시스템은 상기 음료수 카트리지 상에 기록된 코드(320)를 자동으로 해석하기 위한 판독기(252)와 상기 코드에 기초하여 특정 증류 사이클을 생성하기 위한 처리 수단을 포함한다.

음료수 조제 기계, 카트리지, 음료수 원료, 바코드, 판독기

Description

음료수 조제용 기계 {Machine for the Preparation of Beverages}

본 발명은 특히 대체로 공기 및 물 불투과성 재료로부터 형성되며 음료수를 조제하기 위한 하나 이상의 원료를 함유하는 밀봉 카트리지와 함께 사용하기 위한 음료수 조제용 기계에 관한 것이다.

음료수 기계 내에서 사용하기 위한 개별 공기 불투과성 패키지 내에 음료수 조제 원료를 밀봉하는 것이 이전에 제안되었다. 예를 들어, 일반적으로 "에스프레소" 기계로 불리는 특정 커피 조제 기계 내에서 사용하기 위한 압축된 분쇄 커피를 함유하는 카트리지 또는 캡슐이 공지되어 있다. 이러한 조제 기계를 사용한 커피의 제조 시에, 커피 카트리지는 증류 챔버 내에 위치되고, 고온수가 비교적 고압으로 카트리지를 통과하고, 이에 의해 분쇄 커피로부터 방향성 커피 성분을 추출하여 커피 음료수를 제조한다. 전형적으로, 그러한 기계는 6 x 10⁵ Pa보다 높은 압력에서 작동한다. 지금까지 설명된 유형의 제조 기계는 비교적 고가이고, 이는 물 펌프 및 시일과 같은 기계의 구성요소들이 고압을 견딜 수 있어야 하기 때문이다.

WO01/58786호에서, 일반적으로 0.7 내지 2.0 x 10⁵ Pa의 범위 내의 압력에서 작동하는 음료수 조제용 카트리지가 설명되어 있다. 그러나, 카트리지는 상업 또 는 산업 시장용 음료수 조제 기계 내에서 사용하기 위해 설계되어 비교적 고가이다. 따라서, 카트리지 및 음료수 조제 기계가 특히 비용, 성능 및 신뢰성의 측면에서 가정 시장용으로 적합한 음료수 조제용 카트리지에 대한 요구가 남아있다. 또한, 작동하기 간단하고 작동이 신뢰할 수 있는 카트리지를 위한 음료수 조제 기계에 대한 필요성이 있다.

따라서, 본 발명은 일련의 음료수 카트리지로부터 일련의 음료수 유형을 자동으로 조제하기 위한 저압 음료수 조제 시스템을 제공하고,

시스템은 음료수 조제 기계와, 복수의 음료수 카트리지를 포함하고,

각각의 음료수 카트리지는 특정 음료수 유형과 관련된 하나 이상의 음료수 원료를 함유하고,

음료수 조제 시스템은,

a. 상기 음료수 조제 기계 내에 상기 복수의 음료수 카트리지를 수납하기 위한 수단, 및 사용 시에 함유된 하나 이상의 음료수 원료로부터 음료수를 제조하기 위해 2 바아보다 낮은 압력의 수성 매체를 상기 음료수 카트리지에 공급하기 위한 수단과,

b. 상기 음료수 카트리지 상에 기록된 코드를 자동으로 해석하기 위한 상기 음료수 조제 기계 내의 판독기와,

c. 상기 코드에 기초하여 특정 증류 사이클을 생성하기 위한 처리 수단과,

d. 상기 수성 매체의 음료수 카트리지로의 공급 이전에 상기 코드에 기초하여 상기 수성 매체의 온도를 자동으로 조정하기 위한 수단과,

e. 상기 복수의 음료수 카트리지 중 적어도 일부 내에서 음료수 유형에 기초하여 음료수의 거품을 선택적으로 제조하기 위한 이덕터 수단(eductor means)과,

f. 작동 사이클을 시작하기 위한 사용자 인터페이스를 포함하고,

음료수 조제 시스템은 적어도 여과 커피, 카푸치노, 차, 초콜릿 및 거품 우유를 포함하지만 그에 제한되지 않는 범위의 음료수 유형을 제조할 수 있고, 사용자 인터페이스의 작동은 분배되는 음료수 유형과 독립적이다.

유리하게는, 본 발명의 음료수 조제 기계는 작동이 간단하다. 특히, 동일한 작동 방법이 분배되어야 하는 음료수 유형에 관계없이 소비자에 의해 사용된다.

본원에서 사용되는 "카트리지"라는 용어는 설명된 방식으로 하나 이상의 음료수 원료를 함유하는 임의의 패키지, 용기, 봉지 또는 리셉터클을 의미한다는 것이 이해될 것이다. 카트리지는 강성, 반강성, 또는 가요성일 수 있다.

본 발명에서 사용하기 위한 카트리지는 음료수 제품을 형성하기에 적합한 하나 이상의 음료수 원료를 함유할 수 있다. 음료수 제품은 예를 들어 커피, 차, 초콜릿 또는 우유를 포함한 유제품 음료수 중 하나일 수 있다. 음료수 원료는 제분, 분쇄, 엽상 또는 액체일 수 있다. 음료수 원료는 불용성 또는 수용성일 수 있다. 예를 들어, 볶아서 분쇄된 커피, 잎차, 분말 코코아 가루 및 수프, 액체 유제품 음료수 및 농축 과일 주스가 포함된다.

양호하게는, 음료수 유형의 범위는 커피, 차, 초콜릿, 우유, 수프 및 과일 주스를 포함한다.

양호하게는, 음료수 조제 기계는 음료수의 분배 후에 음료수 카트리지를 세정하기 위한 수단을 더 포함한다.

시스템은 또한 소스 및 디저트와 같은 비음료 제품의 조제를 위한 하나 이상의 비음료 원료를 포함하는 하나 이상의 카트리지와 함께 사용될 수 있다.

판독기는 광학 바코드 판독기일 수 있다.

시스템은 가정용 저압 음료수 조제 시스템일 수 있다.

본 발명은 또한 일련의 음료수들 중 적어도 하나를 조제하는 방법을 제공하고, 방법은,

a. 하나 이상의 음료수 성분을 함유하는 적어도 하나의 음료수 카트리지를 저압 음료수 조제 기계 내로 삽입하는 단계와,

b. 작동 사이클을 시작하기 위해 상기 음료수 조제 기계의 사용자 인터페이스를 작동시키는 단계와,

c. 상기 음료수 카트리지 상에 기록된 코드를 검출하기 위해 판독기를 작동시키는 단계와,

d. 상기 코드에 기초하여 특정 증류 사이클을 생성하는 단계와,

e. 온도, 예비 습윤, 부피, 유량 및 공기 세정이 코드에 기초하여 설정된 수성 매체를 음료수를 제조하기 위해 음료수 카트리지를 통과시키는 단계와,

f. 음료수 범위의 적어도 일부에 대해, 음료수의 거품을 제조하는 단계를 포함하고,

방법은 적어도 여과 커피, 카푸치노, 차, 초콜릿 및 거품 우유를 포함하지만 그에 제한되지 않는 하나 이상의 음료수 카트리지를 사용하여 일련의 음료수 유형을 제조할 수 있고, 사용자 인터페이스는 분배되는 음료수 유형과 독립적이다.

본 발명은 또한 음료수를 조제하는 방법을 제공하고, 방법은,

a. 하나 이상의 음료수 성분을 함유하는 제1 음료수 카트리지를 음료수 조제 기계 내로 삽입하는 단계와,

b. 상기 음료수의 제1 부분을 리셉터클 내로 분배하기 위해 2 바아보다 낮은 압력에서 수성 매체를 제1 음료수 카트리지를 통과시키도록 상기 음료수 조제 기계를 작동시키는 단계와,

c. 제1 음료수 카트리지의 유형에 대한 정보를 상기 음료수 조제 기계의 메모리 내에 저장하는 단계와,

d. 하나 이상의 음료수 원료를 함유하는 제2 음료수 카트리지를 음료수 조제 기계 내로 삽입하는 단계와,

e. 상기 음료수의 제2 부분을 리셉터클 내로 분배하기 위해 2 바아보다 낮은 압력에서 수성 매체를 제2 음료수 카트리지를 통과시키도록 음료수 조제 기계를 작동시키는 단계를 포함하고,

제2 음료수 카트리지의 분배 중의 음료수 조제 기계의 하나 이상의 작동 파라미터는 제1 음료수 카트리지의 유형에 대해 메모리 내에 저장된 정보를 참조하여 설정된다.

선택적으로, 방법은 음료수의 셋 이상의 부분을 분배하기 위해 추가의 음료수 카트리지를 사용하는 단계를 더 포함한다.

양호하게는, 하나 이상의 작동 파라미터는 다음을 포함한다.

Ⅰ. 음료수 카트리지를 통과하는 수성 매체의 온도,

Ⅱ. 수성 매체의 유량,

Ⅲ. 예비 습윤 스테이지의 존재 여부,

Ⅳ. 공기 세척 스테이지의 존재 여부,

Ⅴ. 수성 매체의 압력, 및/또는

Ⅵ. 분배되는 수성 매체의 총 부피.

다음의 설명에서, "상부" 및 "하부"라는 용어와 등가물은 본 발명의 특징의 상대 위치를 설명하도록 사용될 것이다. "상부" 및 "하부"라는 용어와 등가물은 예를 들어 도4에 도시된 바와 같이 음료수 조제 기계 내로의 삽입 및 이후의 분배를 위한 그의 정상 배향에서의 카트리지 (또는 다른 구성요소들)을 지칭하는 것으로 이해되어 한다. 특히, "상부" 및 "하부"는 각각 카트리지의 상부 표면(11)에 더 가깝거나 그로부터 더 먼 상대 위치를 지칭한다. 또한, "내측" 및 "외측"이라는 용어와 등가물은 본 발명의 특징의 상대 위치를 설명하도록 사용될 것이다. "내측" 및 "외측"이라는 용어 및 등가물은 각각 카트리지(1) (또는 다른 구성요소)의 중심 또는 주축(X)에 더 가깝거나 그로부터 더 먼 카트리지 (또는 다른 구성요소들)에서의 상대 위치를 지칭하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 실시예들이 이제 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시적으로 설명될 것이다.

도1은 본 발명에서 사용하기 위한 카트리지의 제1 및 제2 실시예의 외측 부재의 단면도이다.

도2는 내측으로 향한 원통형 연장부를 도시하는 도1의 외측 부재의 세부의 단면도이다.

도3은 슬롯을 도시하는 도1의 외측 부재의 세부의 단면도이다.

도4는 도1의 외측 부재의 상부로부터의 사시도이다.

도5는 뒤집힌 배향에서의 도1의 외측 부재의 상부로부터의 사시도이다.

도6은 도1의 외측 부재의 상부로부터의 평면도이다.

도7은 카트리지의 제1 실시예의 내측 부재의 단면도이다.

도8은 도7의 내측 부재의 상부로부터의 사시도이다.

도9는 뒤집힌 배향에서의 도7의 내측 부재의 상부로부터의 사시도이다.

도10은 도7의 내측 부재의 상부로부터의 평면도이다.

도11은 조립된 상태에서의 카트리지의 제1 실시예의 단면도이다.

도12는 카트리지의 제2 실시예의 내측 부재의 단면도이다.

도13은 구멍을 도시하는 도12의 내측 부재의 세부의 단면도이다.

도14는 도12의 내측 부재의 상부로부터의 사시도이다.

도15는 뒤집힌 배향에서의 도12의 내측 부재의 상부로부터의 사시도이다.

도16은 도12의 내측 부재의 다른 단면도이다.

도17은 공기 입구를 도시하는 도12의 내측 부재의 다른 세부의 단면도이다.

도18은 조립된 상태에서의 카트리지의 제2 실시예의 단면도이다.

도19는 본 발명에서 사용하기 위한 카트리지의 제3 및 제4 실시예의 외측 부재의 단면도이다.

도20은 내측으로 향한 원통형 연장부를 도시하는 도19의 외측 부재의 세부의 단면도이다.

도21은 도19의 외측 부재의 상부로부터의 평면도이다.

도22는 도19의 외측 부재의 상부로부터의 사시도이다.

도23은 뒤집힌 배향에서의 도19의 외측 부재의 상부로부터의 사시도이다.

도24는 카트리지의 제3 실시예의 내측 부재의 단면도이다.

도25는 도24의 내측 부재의 상부로부터의 평면도이다.

도26은 내향 상부 림을 도시하는 도24의 내측 부재의 세부의 단면도이다.

도27은 도24의 내측 부재의 상부로부터의 사시도이다.

도28은 뒤집힌 배향에서의 도24의 내측 부재의 상부로부터의 사시도이다.

도29는 조립된 상태에서의 카트리지의 제3 실시예의 단면도이다.

도30은 카트리지의 제4 실시예의 내측 부재의 단면도이다.

도31은 도30의 내측 부재의 상부로부터의 평면도이다.

도32는 도30의 내측 부재의 상부로부터의 사시도이다.

도33은 뒤집힌 배향에서의 도30의 내측 부재의 상부로부터의 사시도이다.

도34는 조립된 상태에서의 카트리지의 제4 실시예의 단면도이다.

도35는 본 발명에 따른 음료수 조제 기계의 전방 사시도이다.

도36은 카트리지 헤드가 개방 위치에 있는 도35의 기계의 전방 사시도이다.

도37은 명확하게 하기 위해 몇몇 부품들이 생략된 도35의 기계의 후방 사시도이다.

도38은 명확하게 하기 위해 몇몇 부품들이 생략된 도35의 기계의 다른 후방 사시도이다.

도39는 명확하게 하기 위해 몇몇 부품들이 생략된 도35의 기계의 카트리지 헤드의 사시도이다.

도40은 명확하게 하기 위해 몇몇 부품들이 생략된 도35의 기계의 카트리지 헤드의 다른 사시도이다.

도41은 폐쇄 위치의 카트리지 헤드의 단면도이다.

도42는 개방 위치의 카트리지 헤드의 단면도이다.

도43은 도35의 기계의 개략적인 배치도이다.

도44a 및 도44b는 도35의 기계를 위한 제1 및 제2 코드 인식 수단의 개략적인 배치도이다.

도45는 바코드를 포함하는 본 발명의 음료수의 평면도이다.

도46a는 농도 대 작동 사이클 시간의 그래프이다.

도46b는 거품 형성 대 작동 사이클 시간의 그래프이다.

도46c는 온도 대 작동 사이클 시간의 그래프이다.

도11에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 사용하기 위한 카트리지(1)는 일반적으로 외측 부재(2), 내측 부재(3), 및 라미네이트(5)를 포함한다. 외측 부재(2), 내측 부재(3), 및 라미네이트(5)는 조립되어, 하나 이상의 음료수 원료를 함유하는 내부(120), 입구(121), 출구(122) 및 입구(121)를 출구(122)에 연결시키며 내부(120)를 통과하는 음료수 유동 경로를 갖는 카트리지(1)를 형성한다. 입구(121) 및 출구(122)는 초기에 라미네이트(5)에 의해 밀봉되고, 사용 시에 라미네이트(5)의 관통 또는 절단에 의해 개방된다. 음료수 유동 경로는 아래에서 설명되는 바와 같이 외측 부재(2), 내측 부재(3) 및 라미네이트(5) 사이의 공간적 상호 관계에 의해 한정된다. 필터(4)와 같은 다른 구성요소들이 아래에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 카트리지(1) 내에 선택적으로 포함될 수 있다.

예비 지식을 위해 설명될 카트리지(1)의 제1 버전이 도1 내지 도11에 도시되어 있다. 카트리지(1)의 제1 버전은 특히 볶아서 분쇄된 커피 또는 잎차와 같은 여과 제품을 분배하는데 사용하기 위해 설계되었다. 그러나, 카트리지(1)의 이러한 버전 및 아래에서 설명되는 다른 버전은 초콜릿, 커피, 차, 감미료, 향미제, 착향료, 알코올 음료, 착향 우유, 과일 주스, 과즙 음료, 소스 및 디저트와 같은 다른 제품에서 사용될 수 있다.

도5로부터 알 수 있는 바와 같이, 카트리지(1)의 전체적인 형상은 대체로 원형 또는 디스크 형상이며, 카트리지(1)의 직경은 그의 높이보다 상당히 크다. 주축(X)은 도1에 도시된 바와 같이 외측 부재의 중심을 통과한다. 전형적으로, 외측 부재(2)의 전체 직경은 74.5 mm ± 6 mm이고, 전체 높이는 16 mm ± 3 mm이다. 전형적으로, 조립되었을 때 카트리지(1)의 부피는 30.2 mL ± 20%이다.

외측 부재(2)는 일반적으로 만곡된 환형 벽(13), 폐쇄 상부(11) 및 개방 바 닥(12)을 갖는 보울(bowl) 형상의 쉘(10)을 포함한다. 외측 부재(2)의 직경은 폐쇄 상부(11)로부터 개방 바닥(12)으로 횡단할 때 환형 벽(13)의 확장으로 인해, 바닥(12)에서의 직경과 비교해서 상부(11)에서 더 작다. 환형 벽(13)과 폐쇄 바닥(11)은 서로 내부(34)를 갖는 리셉터클을 한정한다.

중공의 내측으로 향한 원통형 연장부(18)가 주축(X) 상에 중심이 맞춰진 폐쇄 상부(11) 내에 제공된다. 도2에 더욱 명확하게 도시된 바와 같이, 원통형 연장부(18)는 제1, 제2 및 제3 부분(19, 20, 21)을 갖는 단차형 프로파일을 포함한다. 제1 부분(19)은 직원 원통형이다. 제2 부분(20)은 절두 원추 형상이며 내측으로 테이퍼진다. 제3 부분(21)은 다른 직원 원통형이며, 하부면(31)에 의해 폐쇄된다. 제1, 제2 및 제3 부분(19, 20, 21)의 직경은 상부(11)로부터 원통형 연장부(18)의 폐쇄된 하부면(31)으로 횡단할 때 원통형 연장부(18)의 직경이 감소하도록 증분식으로 감소한다. 대체로 수평인 견부(32)가 제2 및 제3 부분(20, 21)들 사이의 접합부에서 원통형 연장부(18) 상에 형성된다.

외측으로 연장되는 견부(33)가 외측 부재(2) 내에서 바닥(12)을 향해 형성된다. 외측으로 연장되는 견부(33)는 환형 벽(13)과 동축인 2차 벽(15)을 형성하여, 2차 벽(15)과 환형 벽(13) 사이에 매니폴드(16)를 형성하는 환형 트랙을 한정한다. 매니폴드(16)는 외측 부재(2)의 원주부 둘레를 지난다. 일련의 슬롯(17)들이 매니폴드(16)와 동일 수준의 환형 벽(13) 내에 형성되어, 매니폴드(16)와 외측 부재(2)의 내부(34) 사이에 기체 및 액체 연통을 제공한다. 도3에 도시된 바와 같이, 슬롯(17)은 환형 벽(13) 내에 수직 슬릿을 포함한다. 20 내지 40개 사이의 슬롯이 제공된다. 도시된 실시예에서, 37개의 슬롯(17)이 매니폴드(16)의 원주부 둘레에서 대체로 등간격으로 제공된다. 슬롯(17)은 양호하게는 길이가 1.4 내지 1.8 mm 사이이다. 전형적으로, 각각의 슬롯의 길이는 외측 부재(2)의 전체 높이의 10%를 나타내는 1.6 mm이다. 각각의 슬롯의 폭은 0.25 내지 0.35 mm 사이이다. 전형적으로, 각각의 슬롯의 폭은 0.3 mm이다. 슬롯(17)의 폭은 음료수 원료가 저장 중에 또는 사용 시에 그를 통해 매니폴드(16) 내로 통과하는 것을 방지하기에 충분히 좁다.

입구 챔버(26)가 외측 부재(2)의 주연부에서 외측 부재(2) 내에 형성된다. 도5에 가장 명확하게 도시된 바와 같이 외측 부재(2)의 내부(34) 내에 입구 챔버(26)를 한정하여 그로부터 입구 챔버(26)를 구획하는 원통형 벽(27)이 제공된다. 원통형 벽(27)은 주축(X)에 대해 직교하는 평면 상에 형성된 폐쇄된 상부면(28)과, 외측 부재(2)의 바닥(12)과 공통 평면인 개방된 하단부(29)를 갖는다. 입구 챔버(26)는 도1에 도시된 바와 같이 2개의 슬롯(30)을 거쳐 매니폴드(16)와 연통한다. 선택적으로, 1 내지 4개 사이의 슬롯이 매니폴드(16)와 입구 챔버(26) 사이에서 연통하도록 사용될 수 있다.

외측으로 연장되는 견부(33)의 하단부는 주축(X)에 대해 직교하여 연장되는 외측으로 연장되는 플랜지(35)를 구비한다. 전형적으로, 플랜지(35)는 2 내지 4 mm 사이의 폭을 갖는다. 플랜지(35)의 일부는 확장되어 손잡이(24)를 형성하고, 이에 의해 외측 부재(2)가 쥐어질 수 있다. 손잡이(24)는 상향 림(25)을 구비하여 파지를 개선한다.

외측 부재(2)는 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에스터, 또는 이러한 재료들 중 둘 이상의 라미네이트로부터의 단일 통합체로서 형성된다. 적합한 폴리프로필렌이 디에스엠 유케이 리미티드(DSM UK Limited, 영국 레디치)로부터 구입 가능한 일련의 중합체이다. 외측 부재는 불투명, 투명, 또는 투광성일 수 있다. 제조 공정은 사출 성형일 수 있다.

내측 부재(3)는 도7 내지 도10에 도시된 바와 같이, 환형 프레임(41)과, 하방으로 연장되는 원통형 깔때기(40)를 포함한다. 주축(X)이 도7에 도시된 바와 같이 내측 부재(3)의 중심을 통과한다.

도8에 가장 잘 도시된 바와 같이, 환형 프레임(41)은 외측 림(51)과, 10개의 등간격 방사상 스포크(53)에 의해 결합된 내측 허브(52)를 포함한다. 내측 허브(52)는 원통형 깔때기(40)와 일체로 그로부터 연장된다. 여과 구멍(55)이 방사상 스포크(53)들 사이에서 환형 프레임(41) 내에 형성된다. 필터(4)가 환형 프레임(41) 상에 배치되어 여과 구멍(55)을 덮는다. 필터는 양호하게는 높은 습윤 강도를 갖는 재료, 예를 들어 폴리에스터의 부직포 섬유 재료로부터 만들어진다. 사용될 수 있는 다른 재료는 직조된 종이 섬유를 포함하는 셀룰로오스 재료와 같은 물 불투과성 셀룰로오스 재료를 포함한다. 직조된 종이 섬유는 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드 및/또는 폴리에틸렌의 섬유와 혼합될 수 있다. 이러한 플라스틱 재료의 셀룰로오스 재료 내로의 통합은 셀룰로오스 재료를 열 밀봉성으로 만든다. 필터(4)는 또한 열 및/또는 압력에 의해 활성화되는 재료로 처리되거나 코팅될 수 있어서, 이러한 방식으로 환형 프레임(41)에 밀봉될 수 있다.

도7의 단면 프로파일에 도시된 바와 같이, 내측 허브(52)는 외측 림(51)보다 낮은 위치에 위치되어, 환형 프레임(41)이 기울어진 낮은 프로파일을 갖게 한다.

각각의 스포크(53)의 상부 표면은 환형 프레임(41) 위의 공간을 복수의 통로(57)로 분할하는 직립 웨브(54)를 구비한다. 각각의 통로(57)는 웨브(54)에 의해 각 측면 상에서 그리고 필터(4)에 의해 하부면 상에서 경계를 이룬다. 통로(57)는 외측 림(51)으로부터 웨브(54)의 내측 말단부에 의해 한정된 구멍(56)에서 원통형 깔때기(40)를 향해 하방으로 연장되어 그 안으로 개방된다.

원통형 깔때기(40)는 내측 토출 주둥이(43)를 둘러싸는 외측 튜브(42)를 포함한다. 외측 튜브(42)는 원통형 깔때기(40)의 외부를 형성한다. 토출 주둥이(43)는 환형 플랜지(47)에 의해 토출 주둥이(43)의 상단부에서 외측 튜브(42)에 결합된다. 토출 주둥이(43)는 통로(57)의 개구(56)와 연통하는 상단부의 입구(45)와, 조제된 음료수가 컵 또는 다른 리셉터클 내로 토출되는 하단부의 출구(44)를 포함한다. 토출 주둥이(43)는 상단부에서 절두 원추형 부분(48)과 하단부에서 원통형 부분(58)을 포함한다. 원통형 부분(58)은 출구(44)를 향해 좁아지도록 약간의 테이퍼를 가질 수 있다. 절두 원추형 부분(48)은 음료수에 난류를 유도하지 않고서 음료수를 통로(57)로부터 출구(44)를 향해 아래로 운반하는 것을 돕는다. 절두 원추형 부분(48)의 상부 표면은 원통형 깔때기(40)의 원주부 둘레에서 등간격으로 4개의 지지 웨브(49)를 구비한다. 지지 웨브(49)들은 그들 사이에 채널(50)을 한정한다. 지지 웨브(49)의 상부 모서리들은 서로 동일 수준이며 주축(X)에 대해 직교한다.

내측 부재(3)는 전술한 바와 같이 폴리프로필렌 또는 유사 재료로부터 단일 통합체로서 외측 부재(2)와 동일한 방식으로 사출 성형에 의해 형성될 수 있다.

선택적으로, 내측 부재(3) 및/또는 외측 부재(2)는 생분해성 중합체로부터 만들어질 수 있다. 적합한 재료의 예는 분해성 폴리에틸렌(예를 들어, 영국 보레햄우드 소재의 심포니 엔바이어런멘탈(Symphony Environmental)에 의해 공급되는 SPITEK), 생분해성 폴리에스터 아미드(예를 들어, 심포니 엔바이어런멘탈에 의해 공급되는 BAK 1095), 폴리 락트산(미국 미네소타주 소재의 카길(Cargil)에 의해 공급되는 PLA), 전분계 중합체, 셀룰로오스 유도체 및 폴리펩티드를 포함한다.

라미네이트(5)는 2개의 층, 알루미늄의 제1 층 및 주조 폴리프로필렌의 제2 층으로부터 형성된다. 알루미늄 층은 두께가 0.02 내지 0.07 mm 사이이다. 주조 폴리프로필렌 층은 두께가 0.025 내지 0.065 mm 사이이다. 일 실시예에서, 알루미늄 층은 두께가 0.06 mm이고, 폴리프로필렌 층은 두께가 0.025 mm이다. 이러한 라미네이트는 조립 중에 말림에 대한 높은 저항을 가지므로 특히 유리하다. 결과적으로, 라미네이트(5)는 정확한 크기 및 형상으로 미리 절단되고 이후에 비틀림을 겪지 않고서 제조 라인 상의 조립 스테이션으로 반송될 수 있다. 결과적으로, 라미네이트(5)는 특히 용접에 매우 적합하다. PET/알루미늄/PP, PE/EVOH/PP, PET/금속화/PP 및 알루미늄/PP 라미네이트를 포함한 다른 라미네이트 재료가 사용될 수 있다. 롤 라미네이트 스톡이 다이 절단 스톡 대신에 사용될 수 있다.

카트리지(1)는 가요성 라미네이트 대신에 강성 또는 반강성 뚜껑에 의해 폐쇄될 수 있다.

카트리지(1)의 조립은 다음의 단계를 포함한다.

a) 내측 부재(3)가 외측 부재(2) 내로 삽입된다.

b) 필터(4)가 원통형 깔때기(40) 위에 수납되어 환형 프레임(41)에 대해 놓이게 되는 형상으로 절단되어 내측 부재(3) 상으로 위치된다.

c) 내측 부재(3), 외측 부재(2) 및 필터(4)가 초음파 용접에 의해 결합된다.

d) 카트리지(1)가 하나 이상의 음료수 원료로 충전된다.

e) 라미네이트(5)가 외측 부재(2)에 고정된다.

이러한 단계들은 아래에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.

외측 부재(2)는 개방 바닥(12)이 상방을 향하게 배향된다. 내측 부재(3)는 그 다음 외측 림(51)이 카트리지(1)의 상부(11)에서 축방향 연장부(14) 내에 헐겁게 끼워져서 수납된 채로 외측 부재(2) 내로 삽입된다. 외측 부재(2)의 원통형 연장부(18)는 동시에 내측 부재(3)의 원통형 깔때기(40)의 상부 내에 수납된다. 원통형 연장부(18)의 제3 부분(21)은 원통형 연장부(18)의 폐쇄된 하부면(31)이 내측 부재(3)의 지지 웨브(49)에 대해 지탱된 채로 원통형 깔때기(40) 내로 안착된다. 필터(4)는 그 다음 필터 재료가 환형 림(51)과 접촉하도록 내측 부재(3) 위에 위치된다. 초음파 용접 공정이 그 다음 필터(4)를 내측 부재(3)에 결합시키고, 동시에 동일한 공정 단계에서 내측 부재(3)를 외측 부재(2)에 결합시키도록 사용된다. 내측 부재(3) 및 필터(4)는 외측 림(51) 둘레에서 용접된다. 내측 부재(3) 및 외측 부재(2)는 외측 림(51)과 웨브(54)의 상부 모서리 둘레의 용접 라인에 의해 결합된다.

도11에 더욱 명확하게 도시되어 있는 바와 같이, 외측 부재(2) 및 내측 부재(3)는 서로 결합될 때, 환형 플랜지(41) 아래에서 원통형 깔때기(40) 외부의 내부(120) 내에 여과 챔버를 형성하는 공간(130)을 한정한다. 여과 챔버(130) 및 환형 프레임(41) 위의 통로(57)는 필터 종이(4)에 의해 분리된다.

여과 챔버(130)는 하나 이상의 음료수 원료(200)를 함유한다. 하나 이상의 음료수 원료는 여과 챔버(130) 내로 충진된다. 여과 음료수에 대해, 원료는 전형적으로 볶아서 분쇄된 커피 또는 잎차이다. 여과 챔버(130) 내의 음료수 원료의 충진 밀도는 원하는 대로 변화될 수 있다. 전형적으로, 여과 커피 제품에 대해, 여과 챔버는 전형적으로 5 내지 14 mm의 여과 베드 내에 5.0 내지 10.2 그램 사이의 볶아서 분쇄된 커피를 함유한다. 선택적으로, 내부(120)는 음료수의 토출 중에 난류를 유도하여 음료수 원료의 침전물을 파괴함으로써 혼합을 보조하기 위해 내부(120) 내에서 자유롭게 이동 가능한 구와 같은 하나 이상의 물체를 포함할 수 있다.

라미네이트(5)는 그 다음 라미네이트(5)의 주연부 둘레에 용접부(126)를 형성함으로써 외측 부재(2)에 고정되어 라미네이트(5)를 외측으로 연장되는 플랜지(35)의 하부 표면에 결합시킨다. 용접부(126)는 입구 챔버(26)의 원통형 벽(27)의 하부 모서리에 대해 라미네이트(5)를 밀봉하도록 연장된다. 더욱이, 용접부(125)가 라미네이트(5)와 원통형 깔때기(40)의 외측 튜브(42)의 하부 모서리 사이에 형성된다. 라미네이트(5)는 여과 챔버(130)의 하부 벽을 형성하고, 아울러 입구 챔버(26) 및 원통형 깔때기(40)를 밀봉한다. 그러나, 작은 갭(123)이 분배 이전에 라미네이트(5)와 토출 주둥이(43)의 하부 모서리 사이에 존재한다. 열 및 초음파 용접과 같은 다양한 용접 방법이 라미네이트(5)의 재료 특징에 의존하여 사용될 수 있다.

유리하게는, 내측 부재(3)는 외측 부재(2)와 라미네이트(5) 사이에 걸친다. 내측 부재(3)는 폴리프로필렌과 같은 비교적 강성인 재료로부터 형성된다. 이와 같이, 내측 부재(3)는 카트리지(1)가 압축될 때 라미네이트(5) 및 외측 부재(2)를 이격되게 유지하도록 작용하는 내하중 부재를 형성한다. 카트리지(1)가 사용 시에 130 내지 280 N 사이의 압축 하중을 받는 것이 양호하다. 압축력은 카트리지가 내부 가압 하에서 고장나는 것을 방지하도록 작용하며, 아울러 내측 부재(3) 및 외측 부재(2)를 상호 압착하도록 역할한다. 이는 카트리지(1) 내의 통로 및 구멍의 내부 치수가 고정되어 카트리지(1)의 가압 중에 변할 수 없도록 보장한다.

카트리지(1)를 사용하기 위해, 카트리지는 먼저 (아래에서 더욱 상세하게 설명될) 음료수 조제 기계 내로 삽입되고, 입구(121) 및 출구(122)가 라미네이트(5)를 천공하여 접는 음료수 조제 기계의 관통 부재에 의해 개방된다. 압력 하의 수성 매체, 전형적으로 물은 0.1 내지 2.0 바아 사이의 압력으로 입구(121)를 통해 입구 챔버(26) 내로 카트리지(1)로 들어가지만, 더 높은 압력이 본 발명의 카트리지에서 사용될 수 있다. 거기서부터, 물은 슬롯(30)을 통해 매니폴드(16) 둘레로 그리고 복수의 슬롯(17)을 통해 카트리지(1)의 여과 챔버(130) 내로 유도된다. 물은 여과 챔버(130)를 통해 방사상 내측으로 이송되어, 그 안에 함유된 음료수 원료(200)와 혼합된다. 물은 동시에 음료수 원료를 통해 상방으로 이송된다. 음료수 원료를 통한 물의 통과에 의해 형성된 음료수는 필터(4) 및 여과 구멍(55)을 통해 환형 프레임(41) 위에 놓인 통로(57) 내로 통과한다. 필터(4)의 스포크(53) 상으로의 밀봉 및 림(51)의 외측 부재(2)와의 용접은 단락 회로가 없고 모든 음료수가 필터(4)를 통과하는 것을 보장한다.

음료수는 그 다음 웨브(54)들 사이에 형성된 방사상 통로(57)를 따라 하방으로 개구(56)를 통해 원통형 깔때기(40) 내로 유동한다. 음료수는 지지 웨브(47)들 사이의 채널(50)을 따라 토출 주둥이(43) 아래로 출구(44)로 통과하고, 여기서 음료수는 컵과 같은 리셉터클 내로 토출된다.

양호하게는, 음료수 조제 기계는 압축 공기가 작동 사이클의 종료 시에 카트리지(1)를 통해 이송되어 잔류 음료수를 리셉터클 내로 세정하는 공기 세척 설비를 포함한다.

카트리지(1)의 제2 버전이 도12 내지 도18에 도시되어 있다. 카트리지(1)의 제2 버전은 특히 크림과 같은 작은 버블의 거품을 갖는 음료수를 제조하는 것이 바람직한 볶아서 분쇄한 커피와 같은 에스프레소 스타일의 제품을 분배하는데 사용하기 위해 설계되었다. 카트리지(1)의 제2 버전의 많은 특징들은 제1 버전과 동일하고, 유사한 도면 부호가 유사한 특징을 표시하도록 사용되었다. 다음의 설명에서, 제1 및 제2 버전 사이의 차이점이 설명될 것이다. 동일한 방식으로 기능하는 공통 특징은 상세하게 설명되지 않을 것이다.

외측 부재(2)는 카트리지(1)의 제1 버전과 도1 내지 도6에 도시된 바와 동일하다.

내측 부재(3)의 환형 프레임(41)은 제1 버전에서와 동일하다. 또한, 필터(4)가 환형 프레임(41) 상에 배치되어 여과 구멍(55)을 덮는다. 원통형 깔때기(40)의 외측 튜브(42) 또한 전과 같다. 그러나, 제1 버전에 비해 제2 버전의 내측 부재(2)의 구성에서 있어서 다수의 차이점이 있다. 도16에 도시된 바와 같이, 토출 주둥이(43)는 출구(44)로부터 토출 주둥이(43)로 부분적으로 위로 연장되는 격벽(65)을 구비한다. 격벽(65)은 음료수가 토출 주둥이(43)를 빠져 나올 때 음료수가 분사되고 그리고/또는 튀는 것을 방지하는 것을 돕는다. 토출 주둥이(43)의 프로파일 또한 다르고, 튜브(43)의 상단부 근방에서 독특한 굽힘부(66)를 구비한 단차형 프로파일을 포함한다.

림(67)이 환형 플랜지(47)로부터 직립하게 제공되어, 외측 튜브(42)를 토출 주둥이(43)에 결합시킨다. 림(67)은 입구(45)를 토출 주둥이(43)에 대해 둘러싸고, 림(67)과 외측 튜브(42)의 상부 사이에 환형 채널(69)을 한정한다. 림(67)은 내측으로 향한 견부(68)를 구비한다. 림(67)의 원주부 둘레의 하나의 지점에서, 도12 및 도13에 가장 명확하게 도시된 바와 같이 림(67)의 상부 모서리로부터 견부(68)의 수준의 약간 아래의 지점으로 연장되는 슬롯 형태의 구멍(70)이 제공된다. 슬롯은 0.64 mm의 폭을 갖는다.

공기 입구(71)가 도16 및 도17에 도시된 바와 같이 구멍(70)과 원주 방향으로 정렬되어 환형 플랜지(47) 내에 제공된다. 공기 입구(71)는 플랜지(47) 위의 지점과, 외측 튜브(42)와 토출 주둥이(43) 사이의 플랜지(47) 아래의 공간 사이에 연통을 제공하기 위해 플랜지(47)를 통과하는 구멍을 포함한다. 양호하게는, 도시 된 바와 같이, 공기 입구(71)는 상부 절두 원추형 부분(73)과 하부 원통형 부분(72)을 포함한다. 공기 입구(71)는 전형적으로 핀과 같은 성형 공구에 의해 형성된다. 공기 입구(71)의 테이퍼진 프로파일은 성형 공구가 성형된 구성요소로부터 더욱 쉽게 제거되도록 허용한다. 공기 입구(71) 주위의 외측 튜브(42)의 벽은 공기 입구(71)로부터 토출 주둥이(43)의 입구(45)로 이어지는 슈트(75; chute)를 형성하도록 형성된다. 도17에 도시된 바와 같이, 경사 견부(74)가 공기 입구(71)와 슈트(75) 사이에 형성되어 슬롯(70)으로부터 송출되는 음료수의 분출이 공기 입구(71)의 바로 주위에서 플랜지(47)의 상부 표면 상에 바로 충돌하지 않도록 보장한다.

카트리지(1)의 제2 버전에 대한 조립 절차는 제1 버전의 조립과 유사하다. 그러나, 몇몇 차이점이 있다. 도18에 도시된 바와 같이, 원통형 연장부(18)의 제3 부분(21)은 지지 웨브에 대해서가 아니고 지지 림(67) 내부에 안착된다. 제2 부분(20)과 제3 부분(21) 사이의 원통형 연장부(18)의 견부(32)는 내측 부재(3)의 지지 림(67)의 상부 모서리에 대해 지탱된다. 따라서, 접속 구역(124)이 내측 부재(3)와 외측 부재(2) 사이에 형성되어, 원통형 연장부(18)와 카트리지(1)의 거의 전체 원주부 둘레에서 연장되는 지지 림(67) 사이에 면 밀봉을 형성한다. 원통형 연장부(18)와 지지 림(67) 사이의 밀봉은 지지 림(67) 내의 슬롯(70)이 지지 림(67)을 통해 견부(68) 약간 아래의 지점으로 하방으로 연장되므로, 방수되지 않는다. 결과적으로, 원통형 연장부(18)와 지지 림(67) 사이의 접속 맞춤은 도18에 가장 명확하게 도시된 바와 같이 슬롯(70)을 구멍(128)으로 변형시켜서, 환형 채널(69)과 토 출 주둥이(43) 사이에 기체 및 액체 연통을 제공한다. 구멍은 전형적으로 폭이 0.64 mm이고 길이가 0.69 mm이다.

음료수를 분배하기 위한 카트리지(1)의 제2 버전의 작동은 제1 버전의 작동과 유사하지만 몇몇 차이점이 있다. 방사상 통로(57) 내의 음료수는 웨브(54)들 사이에 형성된 통로(57)를 따라 하방으로 개구(56)를 통해 원통형 깔때기(40)의 환형 채널(69) 내로 유동한다. 환형 채널(69)로부터, 음료수는 압력 하에서 여과 챔버(130) 및 통로(57) 내에 수집된 음료수의 부압에 의해 구멍(128)을 통해 이송된다. 따라서, 음료수는 구멍(128)을 통해 분출되어 토출 주둥이(43)의 상단부에 의해 형성된 연장 챔버 내로 이송된다. 도18에 도시된 바와 같이, 음료수의 분출은 공기 입구(71) 위로 직접 통과한다. 음료수가 토출 주둥이(43)로 들어갈 때, 음료수 분출의 압력은 강하한다. 결과적으로, 공기가 공기 입구(71)를 통해 위로 흡입될 때, 공기는 복수의 작은 공기 버블의 형태로 음료수 스트림 내로 혼입된다. 구멍(128)으로부터 송출되는 음료수의 분출은 출구(44)로 하방으로 집중되고, 여기서 음료수는 컵과 같은 리셉터클 내로 토출되어 공기 버블이 원하는 크림을 형성한다. 따라서, 구멍(128) 및 공기 입구(71)는 서로 공기를 음료수 내로 혼입시키는 이덕터를 형성한다. 이덕터 내로의 음료수의 유동은 압력 손실을 감소시키기 위해 가능한 한 매끄럽게 유지되어야 한다. 유리하게는, 이덕터의 벽은 '벽 효과' 마찰로 인한 손실을 감소시키도록 오목하게 만들어져야 한다. 구멍(128)의 치수 공차는 작다. 양호하게는, 구멍 크기는 ±0.02 mm²으로 고정된다. 헤어(hair), 섬유 또는 다른 표면 불균일부가 유효 단면적을 증가시키기 위해 이덕터의 출구 내에 또는 출구에 제공될 수 있고, 이는 공기 혼입의 정도를 증가시키는 것으로 발견되었다.

카트리지(1)의 제3 버전이 도19 내지 도29에 도시되어 있다. 카트리지(1)의 제3 버전은 특히 분말, 액체, 시럽, 겔 또는 유사한 형태일 수 있는 수용성 제품을 분배하는데 사용하기 위해 설계되었다. 수용성 제품은 수성 매체가 사용 시에 카트리지(1)를 통과할 때, 물과 같은 수성 매체에 의해 용해되거나 수성 매체 내에서 현탁액을 형성한다. 음료수의 예는 초콜릿, 커피, 우유, 차, 수프 또는 다른 수화성 또는 수용성 제품을 포함한다. 카트리지(1)의 제3 버전의 많은 특징은 이전의 버전들과 동일하며, 유사한 도면 부호가 유사한 특징을 표시하도록 사용되었다. 다음의 설명에서, 제3 및 이전 버전들 사이의 차이점이 설명될 것이다. 동일한 방식으로 기능하는 공통 특징은 상세하게 설명되지 않을 것이다.

이전 버전의 외측 부재(2)에 비해, 제3 버전의 외측 부재(2)의 중공의 내측으로 향한 원통형 연장부(18)는 도20에 도시된 바와 같이 더 큰 전체 직경을 갖는다. 특히, 제1 부분(19)의 직경은 전형으로 이전 버전의 외측 부재(2)의 13.2 mm에 비해 16 내지 18 mm 사이이다. 또한, 제1 부분(19)은 도10에 가장 명확하게 도시된 바와 같이 볼록한 외측 표면(19a) 또는 돌출부를 구비하고, 그의 기능은 아래에서 설명될 것이다. 그러나, 카트리지(1)의 제3 부분(21)들의 직경이 동일하여, 견부(32)의 면적이 카트리지(1)의 이러한 제3 버전에서 더 크다. 전형적으로, 조립될 때의 카트리지(1)의 부피는 32.5 mL ± 20%이다.

환형 벽(13)의 하단부 내의 슬롯들의 개수 및 위치도 다르다. 3 내지 5개 사이의 슬롯이 제공된다. 도23에 도시된 실시예에서, 4개의 슬롯(36)이 매니폴드(16)의 원주부 둘레에 등간격으로 제공된다. 슬롯(36)들은 0.35 내지 0.45 mm 사이, 양호하게는 0.4 mm의 폭으로 카트리지(1)의 이전 버전에서보다 약간 더 넓다.

다른 점에서, 카트리지(1)의 외측 부재(2)는 동일하다.

내측 부재(3)의 원통형 깔때기(40)의 구성은 카트리지(1)의 제1 버전과 동일하며, 외측 튜브(42), 토출 주둥이(45), 환형 플랜지(47) 및 지지 웨브(49)들이 제공된다. 단 한 가지 차이점은 토출 주둥이(45)가 상부 절두 원추형 섹션(92) 및 하부 원통형 섹션(93)을 구비하여 형성되는 것이다.

이전 실시예에 대조적으로 도24 내지 도28에 도시된 바와 같이, 환형 프레임(41)은 원통형 깔때기(40)를 둘러싸는 스커트 부분(80)에 의해 대체되어 환형 플랜지(47)에서 또는 그 근방에서 원통형 깔때기(40)와 인접하는 8개의 방사상 스트럿(87)에 의해 그에 결합된다. 스커트 부분(80)의 원통형 연장부(81)는 스트럿(87)으로부터 상방으로 연장되어 개방된 상부면을 구비한 챔버(90)를 한정한다. 원통형 연장부(81)의 상부 림(91)은 도26에 도시된 바와 같이 내향 프로파일을 갖는다. 스커트 부분(80)의 환형 벽(82)은 스트럿(87)으로부터 하방으로 연장되어 스커트 부분(80)과 외측 튜브(42) 사이에 환형 채널(86)을 한정한다.

환형 벽(2)은 하단부에서, 주축(X)에 대해 직교하게 놓인 외부 플랜지(83)를 포함한다. 림(84)이 플랜지(83)의 하부 표면으로부터 하방으로 현수되어 림(84) 둘레에 원주 방향으로 등간격인 5개의 구멍(85)을 포함한다. 따라서, 림(84)은 골진(castellated) 하부 프로파일을 구비한다.

구멍(89)은 스트럿(87)들 사이에 제공되어 챔버(90)와 환형 채널(86) 사이에 연통을 허용한다.

카트리지(1)의 제3 버전에 대한 조립 절차는 제1 버전의 조립과 유사하지만 몇몇 차이점이 있다. 외측 부재(2) 및 내측 부재(3)는 도29에 도시된 바와 같이 서로 밀어서 맞춰지고, 서로 용접되기보다는 스냅 결합 장치에 의해 보유된다. 두 부재들을 결합시킬 때, 내측으로 향한 원통형 연장부(18)는 스커트 부분(80)의 상부 원통형 연장부(81) 내부에 수납된다. 내측 부재(3)는 원통형 연장부(18)의 제1 부분(19)의 볼록한 외측 표면(19a)의 상부 원통형 연장부(81)의 내향 림(91)과의 마찰식 맞물림에 의해 외측 부재(2) 내에 보유된다. 내측 부재(3)가 외측 부재(2) 내에 위치된 채로, 혼합 챔버(134)가 한정되어 스커트 부분(80)의 외부에 위치된다. 혼합 챔버(134)는 분배 이전의 음료수 원료(200)를 함유한다. 4개의 입구(36) 및 5개의 구멍(85)이 서로에 대해 원주 방향으로 엇갈려 있다는 것을 알아야 한다. 두 부품들의 서로에 대한 방사상 위치는 4개의 입구(36) 및 5개의 구멍(85)의 사용이 구성요소들의 어떠한 상대 회전 위치에서도 입구와 구멍 사이에서 오정렬이 일어나지 않도록 보장하므로, 조립 중에 결정되거나 고정될 필요가 없다.

하나 이상의 음료수 원료가 카트리지의 혼합 챔버(134) 내로 충진된다. 혼합 챔버(134) 내의 음료수 원료의 충진 밀도는 원하는 대로 변화될 수 있다.

라미네이트(5)는 그 다음 이전 버전에서 전술한 바와 같이 동일한 방식으로 외측 부재(2) 및 내측 부재(3)에 고정된다.

사용 시에, 물이 카트리지의 이전 버전과 동일한 방식으로 4개의 슬롯(36)을 통해 혼합 챔버(134)로 들어간다. 물은 혼합 챔버를 통해 방사상 내측으로 이송되어 그 안에 함유된 음료수 원료와 혼합된다. 제품은 물 속에 용해되거나 혼합되어 혼합 챔버(134) 내에서 음료수를 형성하고, 그 다음 혼합 챔버(134) 내의 음료수 및 물의 부압에 의해 구멍(85)을 통해 환형 채널(86) 내로 보내진다. 4개의 입구 슬롯(36) 및 5개의 구멍(85)의 원주 방향으로의 엇갈림은 물의 분출이 먼저 혼합 챔버(134) 내에서 순환하지 않고서 입구 슬롯(36)으로부터 방사상으로 직접 구멍(85)으로 통과할 수 없도록 보장한다. 이러한 방식으로 제품의 용해 또는 혼합의 정도 및 일관성이 현저하게 증가된다. 음료수는 환형 채널(86) 내에서 상방으로 스트럿(87)들 사이의 구멍(89)을 통해 챔버(90) 내로 이송된다. 음료수는 챔버(90)로부터 지지 웨브(49)들 사이의 입구(45)를 통해 토출 주둥이(43) 내로 그리고 출구(44)를 향해 통과하고, 여기서 음료수는 컵과 같은 리셉터클 내로 토출된다. 카트리지는 점성 액체 또는 겔의 형태인 음료수 원료에서의 특수 용도가 있다. 하나의 용도에서, 상온에서 1700 내지 3900 mPa 사이 그리고 0℃에서 5000 내지 10000 mPa 사이의 점성과 67 브릭스(Brix) ± 3의 굴절 입체를 갖는 액체 초컬릿 원료가 카트리지(1) 내에 함유된다. 다른 용도에서, 상온에서 70 내지 2000 mPa 사이 그리고 0℃에서 80 내지 5000 mPa 사이의 점성을 갖는 액체 커피가 카트리지(1) 내에 함유되고, 커피는 40 내지 70% 사이의 총 고형물 수준을 갖는다. 액체 커피 원료는 0.1 내지 2.0 중량% 사이, 양호하게는 0.5 내지 1.0 중량% 사이의 탄산수소나트륨을 함유할 수 있다. 탄산수소나트륨은 커피의 pH 수준을 4.8 이하로 유지하도록 기능하여 커피가 충전된 카트리지에 대한 보존 기간을 12개월까지 가능 케 한다.

카트리지(1)의 제4 버전이 도30 내지 도34에 도시되어 있다. 카트리지(1)의 제4 버전은 특히 농축 액체 우유와 같은 액체 제품을 분배하는데 사용하기 위해 설계되었다. 카트리지(1)의 제4 버전의 많은 특징들은 이전 버전에서와 동일하고, 유사한 도면 부호가 유사한 특징을 표시하도록 사용되었다. 다음의 설명에서, 제4 및 이전 버전들 사이의 차이점이 설명될 것이다. 동일한 방식으로 기능하는 공통 특징은 상세하게 설명되지 않을 것이다.

외측 부재(2)는 카트리지(1)의 제3 버전에서 도19 내지 도23에 도시된 바와 동일하다.

내측 부재(3)의 원통형 깔때기(40)는 카트리지(1)의 제2 버전에서 도시된 것과 유사하지만 몇몇 차이점이 있다. 도30에 도시된 바와 같이, 토출 주둥이(43)는 상부 절두 원추형 섹션(106) 및 하부 원통형 섹션(107)을 구비하여 형성된다. 3개의 축방향 리브(105)가 토출 주둥이(43)의 내측 표면 상에 제공되어, 분배되는 음료수를 출구(44)를 향해 하방으로 유도하며 토출되는 음료수가 주둥이 내에서 회전하는 것을 방지한다. 결과적으로, 리브(105)는 배플로서 작용한다. 카트리지(1)의 제2 버전에서와 같이, 공기 입구(71)가 환형 플랜지(47)를 통해 제공된다. 그러나, 공기 입구(71) 아래의 슈트(75)는 제2 버전에서보다 더 신장되었다.

스커트 부분(80)이 전술한 카트리지(1)의 제3 버전에서 도시된 것과 유사하게 제공된다. 5 내지 12개 사이의 구멍(85)이 림(84) 내에 제공된다. 전형적으로 구멍들은 카트리지(1)의 제3 버전에서 제공된 5개 이외로 제공된다.

스커트 부분(80)의 플랜지(83)로부터 그와 일체로 연장되는 환형 보울(100)이 제공된다. 환형 보울(100)은 상방으로 향한 개방된 상부 개방부(104)를 갖는 벌어진 몸체(101)를 포함한다. 도30 및 도31에 도시된 4개의 공급 구멍(103)이 보울(100)의 하단부에서 또는 그 근방에서 몸체(101) 내에 위치되어 스커트 부분(80)과 결합한다. 양호하게는, 공급 구멍들은 보울(100)의 원주부 둘레에서 등간격이다.

라미네이트(5)는 이전 실시예에서 전술한 유형이다.

카트리지(1)의 제4 버전의 조립 절차는 제3 버전에 대한 것과 동일하다.

카트리지의 제4 버전의 작동은 제3 버전과 유사하다. 물이 전과 동일한 방식으로 카트리지(1) 및 혼합 챔버(134)로 들어간다. 거기서, 물은 액체 제품과 혼합되어 그를 희석시키고, 그 다음 전술한 바와 같이 보울(100) 아래로 구멍(85)을 통해 출구(44)를 향해 이송된다. 도34에 도시된 바와 같이 초기에 환형 보울(100) 내에 함유된 액체 제품의 비율은 혼합 챔버(134)로 들어간 물에 의해 즉시 희석되지 않는다. 오히려, 혼합 챔버(134)의 하부 내의 희석된 액체 제품은 위로 상부 개방부(104)를 통해 환형 보울(100) 내로 이송되기보다는 구멍(85)을 통해 빠져나가는 경향이 있다. 결과적으로, 환형 보울(100) 내의 액체 제품은 혼합 챔버(134)의 하부 내의 제품에 비해 작동 사이클의 초기 단계 중에 비교적 농축되어 잔류할 것이다. 환형 보울(100) 내의 액체 제품은 중력 하에서 공급 구멍(103)을 통해 제품의 스트림 내로 적하되어, 구멍(85)을 통해 보울(100) 아래로 혼합 챔버(134)를 빠져나간다. 환형 보울(100)은 일정 비율의 농축 액체 제품을 유지하여, 이를 존 재하는 총 고형물의 백분률로서 측정된 우유의 농도가 대략 15초의 작동 사이클 중에 도시되어 있는 도46a에 도시된 바와 같이 작동 사이클 전반에 걸쳐 안정적으로 기존의 액체 스트림 유동 경로 내로 방출함으로써 원통형 채널(40)로 들어가는 희석된 액체 제품의 농도를 균일화하도록 작용한다. 선(a)은 보울(100)이 있는 농도 프로파일을 도시하고, 선(b)은 보울(100)이 없는 농도 프로파일을 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 컵(100)이 있는 농도 프로파일은 작동 사이클 중에 더욱 균일하고, 보울(100)이 없을 때 발생하는 농도의 즉각적인 큰 강하가 없다. 우유의 초기 농도는 전형적으로 30 - 35% SS이고, 사이클의 종료 시에 10% SS이다. 이는 약 3 대 1의 희석비를 생성하지만, 1대 1 내지 6 대 1 사이의 희석비가 본 발명에서 가능하다. 다른 액체 음료수 원료에 대해, 농도는 변할 수 있다. 예를 들어, 액체 초콜릿에 대해, 초기 농도는 대략 67% SS이고, 사이클의 종료 시에 12 - 15% SS이다. 이는 약 5 대 1의 희석비(분배되는 음료수 내의 수성 매체 대 음료수 원료의 비율)을 생성하지만, 2 대 1 내지 10 대 1 사이의 희석비가 본 발명에서 가능하다. 액체 커피에 대해, 초기 농도는 40 - 67% SS이고 분배의 종료 시의 농도는 1 - 2% SS이다. 이는 20 대 1 내지 70 대 1 사이의 희석비를 생성하지만, 10 대 1 내지 100 대 1 사이의 희석비가 본 발명에서 가능하다.

환형 채널(86)로부터, 음료수는 압력 하에서 여과 챔버(134) 및 챔버(90) 내에 수집된 음료수의 부압에 의해 구멍(128)을 통해 이송된다. 따라서, 음료수는 분출되어 구멍(128)을 통해 토출 주둥이(43)의 상단부에 의해 형성된 팽창 챔버 내로 이송된다. 도34에 도시된 바와 같이, 음료의 분출은 공기 입구(71) 위를 직접 통과한다. 음료수가 토출 주둥이(43)로 들어갈 때, 음료수 분출의 압력은 강하한다. 결과적으로, 공기가 공기 입구(71)를 통해 위로 흡입될 때, 공기가 복수의 작은 공기 버블 형태로 음료수 스트림 내로 혼입된다. 구멍(128)으로부터 송출되는 음료수의 분출은 출구(44)로 하방으로 집중되고, 여기서 음료수는 컵과 같은 리셉터클 내로 토출되어 공기 버블이 원하는 거품 모양을 형성한다.

유리하게는, 내측 챔버(3), 외측 챔버(2), 라미네이트(5) 및 필터(4)는 모두 구성요소들이 분리 가능하며 구불구불한 통로 또는 좁은 틈을 개별적으로 포함하지 않음으로 인해 쉽게 살균될 수 있다. 오히려, 살균 후에 필요한 통로들이 형성되는 것은 구성요소들을 결합시킨 직후이다. 이는 음료수 성분이 액체 우유 농축액과 갖는 유제품일 때 특히 중요하다.

음료수 카트리지의 제4 실시예는 특히 액체 우유와 같은 농축 액체 유제품을 분배하는데 유리하다. 이전에, 분말 우유 제품은 미리 조제된 음료수에 첨가하기 위해 봉지 형태로 제공되었다. 그러나, 카푸치노 스타일의 음료수에 대해, 우유를 발포시킬 필요가 있다. 이는 이전에 스트림을 액체 우유 제품을 통과시킴으로써 달성되었다. 그러나, 이는 음료수를 분배하는데 사용되는 기계의 비용 및 복잡성을 증가시키는 증기 공급의 제공을 필요로 한다. 증기의 사용은 또한 카트리지의 작동 중에 상해의 위험을 증가시킨다. 따라서, 본 발명은 내부에 농축 액체 유제품을 갖는 음료수 카트리지를 제공한다. 우유 제품을 농축시킴으로써 신선 또는 UHT 우유에 비교할 때 더 많은 양의 거품이 우유의 특정 부피에 대해 생성될 수 있다는 것이 발견되었다. 이는 우유 카트리지에 대해 요구되는 크기를 감소시킨다. 신선 반탈지 우유는 대략 1.6%의 지방 및 10%의 총 고형물을 함유한다. 본 발명의 농축 액체 우유 조제품은 0.1 내지 12% 사이의 지방 및 25 내지 40%의 총 고형물을 함유한다. 전형적인 예에서, 조제품은 4%의 지방 및 30%의 총 고형물을 함유한다. 농축 우유 조제품은 아래에서 설명되는 바와 같이 저압 조제 기계를 사용한 거품 생성에 적합하다. 특히, 우유의 거품 생성은 전술한 제4 실시예의 카트리지를 사용하여 2 바아, 양호하게는 대략 1.5 바아 아래의 압력에서 달성된다.

농축 우유의 거품 형성은 카푸치노 및 밀크쉐이크와 같은 음료수에 대해 특히 유리하다. 양호하게는, 구멍(128)을 통해 공기 입구(71) 위로의 우유의 통과와 보울(100)의 선택적인 사용은 우유에 대해 40%, 양호하게는 70%보다 큰 거품 생성 수준을 가능케 한다. 액체 초콜릿에 대해, 70%보다 큰 거품 생성 수준이 가능하다. 액체 커피에 대해, 70%보다 큰 거품 생성 수준이 가능하다. 거품성 수준은 분배되는 액체 음료수 원료의 부피에 대한 생성된 거품의 부피의 비로서 측정된다. 예를 들어, 58.3 mL가 거품인 138.3 mL의 음료수가 분배되는 경우에, 거품성은 [58.3/(138.3 - 58.3)]*100 = 72.9%로서 측정된다. 우유 (및 다른 액체 원료)의 거품성은 도46b에서 볼 수 있는 바와 같이 보울(100)의 제공에 의해 향상된다. 보울(100)이 존재할 때 분배되는 우유의 거품성(라인 a)은 보울이 없을 때 분배되는 우유의 거품성(라인 b)보다 크다. 이는 우유의 거품성이 우유의 농도에 대해 양의 상관 관계가 있으며 도46b에 도시된 바와 같이 보울(100)이 작동 사이클의 대부분에서 우유의 더 높은 농도를 유지하기 때문이다. 우유의 거품성은 도46c에 도시된 바와 같이 수성 매체의 온도에 대해 양의 상관 관계가 있다는 것도 공지되어 있다. 따라서, 보울(100)은 수성 매체가 가장 고온에 있을 때 더 많은 우유가 작동 사이클의 종료 근방까지 카트리지 내에 유지되므로 유리하다. 이는 다시 거품성을 개선한다.

제4 실시예의 카트리지는 또한 액체 커피 제품을 분배하는데 유리하다.

본 발명의 음료수 카트리지의 실시예들이 양호하게는 종래 기술의 카트리지에 비교할 때 증류 음료수의 개선된 일관성을 제공한다. 볶아서 분쇄된 커피를 함유하는 카트리지 A 및 B 각각의 20개 샘플에 대한 증류 수율의 결과를 도시하는 아래의 표1이 참조된다. 카트리지 A는 본 발명의 제1 실시예에 따른 음료수 카트리지이다. 카트리지 B는 본 출원인의 WO01/58786호에 설명된 바와 같은 종래 기술의 음료수 카트리지이다. 증류 음료수의 굴절 지수는 브릭스 단위로 측정되어 표준 표 및 공식을 사용하여 수용성 고형물의 백분율(% SS)로 변환된다. 아래의 예에서,

% SS = 0.7774 * (브릭스 값) + 0.0569

% 수율 = (% SS * 증류 값(g))/(100 * 커피 중량(g))

카트리지 A

샘플	증류량(g)	커피 중량(g)	브릭스	% SS(*)	% 수율
1	105.6	6.5	1.58	1.29	20.88
2	104.24	6.5	1.64	1.33	21.36
3	100.95	6.5	1.67	1.36	21.05
4	102.23	6.5	1.71	1.39	21.80
5	100.49	6.5	1.73	1.40	21.67
6	107.54	6.5	1.59	1.29	21.39
7	102.70	6.5	1.67	1.36	21.41
8	97.77	6.5	1.86	1.50	22.61
9	97.82	6.5	1.7	1.38	20.75
10	97.83	6.5	1.67	1.36	20.40
11	97.6	6.5	1.78	1.44	21.63
12	106.64	6.5	1.61	1.31	21.47
13	99.26	6.5	1.54	1.25	19.15
14	97.29	6.5	1.59	1.29	19.35
15	101.54	6.5	1.51	1.23	19.23
16	104.23	6.5	1.61	1.31	20.98
17	97.5	6.5	1.73	1.40	21.03
18	100.83	6.5	1.68	1.36	21.14
19	101.67	6.5	1.67	1.36	21.20
20	101.32	6.5	1.68	1.36	21.24
				평균	20.99

카트리지 B

샘플	증류량(g)	커피 중량(g)	브릭스	% SS(*)	% 수율
1	100.65	6.5	1.87	1.511	23.39
2	95.85	6.5	1.86	1.503	22.16
3	98.4	6.5	1.8	1.456	22.04
4	92.43	6.5	2.3	1.845	26.23
5	100.26	6.5	1.72	1.394	21.05
6	98.05	6.5	2.05	1.651	24.90
7	99.49	6.5	1.96	1.581	24.19
8	95.62	6.5	2.3	1.845	27.14
9	94.28	6.5	2.17	1.744	25.29
10	96.13	6.5	1.72	1.394	20.62
11	96.88	6.5	1.81	1.464	21.82
12	94.03	6.5	2.2	1.767	25.56
13	96.28	6.5	1.78	1.441	21.34
14	95.85	6.5	1.95	1.573	23.19
15	95.36	6.5	1.88	1.518	22.28
16	92.73	6.5	1.89	1.526	21.77
17	88	6.5	1.59	1.293	17.50
18	93.5	6.5	2.08	1.674	24.08
19	100.88	6.5	1.75	1.417	22.00
20	84.77	6.5	2.37	1.899	24.77
				평균	23.09

상기 데이터에 대한 t-검정 통계 분석을 수행하여 다음의 결과가 주어진다.

t-검정: 2개의 샘플이 동일한 편차를 취함

	% 수율(카트리지 A)	% 수율(카트리지 B)
평균	20.99	23.09
분산	0.77	5.04
관찰	20	20
합동 분산	2.90
가정된 평균차	0
df	38
t 통계	-3.90
P(T≤t) 단측	0.000188
t 임계치 단측	1.686
P(T≤t) 양측	0.000376
t 임계치 양측	2.0244
표준 편차	0.876	2.245

분석은 본 발명의 카트리지에 대해 증류 강도와 동등한 % 수율의 일관성이 종래 기술의 카트리지보다 (95% 신뢰 수준에서) 현저하게 양호하며 2.24%에 비해 0.88%의 표준 편차를 갖는다는 보여준다. 이는 본 발명의 카트리지로 증류된 음료수가 더욱 반복 가능하며 균일한 강도를 갖는 다른 것을 의미한다. 이는 음료를 반복해서 동일하게 맛보기를 바라며 증류 강도의 임의적인 변화를 원치 않는 소비자에 의해 선호된다.

전술한 카트리지의 재료는 산소 및/또는 수분 및/또는 다른 오염물 침입에 대한 저항을 개선하기 위해 장벽 코팅을 구비할 수 있다. 장벽 코팅은 또한 카트리지 내부로부터의 음료수 원료의 누출에 대한 저항을 개선할 수 있고 그리고/또는 음료수 원료에 악영향을 줄 수 있는 카트리지 재료로부터의 추출물의 투과 정도를 감소시킬 수 있다. 장벽 코팅은 PET, 폴리아미드, EVOH, PVDC 또는 금속화 재료의 그룹으로부터 선택된 재료일 수 있다. 장벽 코팅은 증착, 진공 증착, 플라즈마 코팅, 공압출, 주형내 라벨링 및 2단/다단 성형을 포함하지만 그에 제한되지 않는 복수의 메커니즘에 의해 도포될 수 있다.

전술한 음료수 카트리지에서 사용하기 위한 본 발명에 따른 음료수 조제 기계(201)가 도35 내지 도45에 도시되어 있다. 음료수 조제 기계(201)는 통상 물 탱크(220), 물 가열기(225), 물 펌프(240) 및 카트리지 헤드(250)를 포함하는 하우징(210)을 포함한다. 카트리지 헤드(250)는 결국 일반적으로 사용 시에 음료수 카트리지(1)를 유지하기 위한 카트리지 홀더(251)와, 카트리지 인식 수단(252)과, 사용 시에 음료수 카트리지(1) 내에 입구(121) 및 출구(122)를 형성하기 위한 입구 및 출구 관통기(253, 254)를 포함한다.

하우징(210)은 기계(201)의 다른 구성요소들을 제 위치에 포함하여 유지한다. 하우징(210)은 양호하게는 전체적으로 또는 부분적으로 ABS와 같은 튼튼한 플라스틱 재료로부터 만들어진다. 선택적으로, 하우징(210)은 전체적으로 또는 부분적으로 스테인리스강 또는 알루미늄과 같은 금속성 재료로부터 만들어질 수 있다. 하우징(210)은 양호하게는 기계(201) 구성요소들의 맞춤을 위한 조립 중에 접근을 허용하며 그 후에 서로 결합되어 하우징(210)의 내부(213)를 한정할 수 있는 전반부(211) 및 후반부(212)를 갖는 조개 껍질 설계를 포함한다. 후반부(212)는 물 탱크(220)의 부착을 위한 리세스(214)를 제공한다. 하우징(210)은 분리된 섀시를 필요로 하지 않고서 기계(201)의 구성요소들을 제 위치에 보유하기 위한, 멈춤쇠, 맞닿음부, 보스 및 나사부와 같은 수단을 구비하여 형성된다. 이는 기계(201)의 전체적인 비용 및 중량을 감소시킨다. 하우징(210)의 기부(215)는 양호하게는 기계를 그 위에 안정된 방식으로 세우기 위한 발을 구비한다. 선택적으로, 기부(215) 자체가 안정된 지지부를 형성하는 형상을 가질 수 있다.

하우징(210)의 전반부(211)는 음료수의 분배가 일어나는 분배 스테이션(270)을 포함한다. 분배 스테이션(270)은 드립 트레이(272)를 형성하는 중공 내부를 갖는 리셉터클 스탠드(271)를 포함한다. 리셉터클 스탠드의 상부 표면(273)은 리셉터클이 위치되는 그릴(274)을 구비한다. 드립 트레이(272)는 수집된 물을 쉽게 비우기 위해 하우징(210)으로부터 제거 가능하다. 리세스(275)가 리셉터클의 치수를 수용하도록 리셉터클 스탠드(271) 위에서 하우징(210)의 전반부 내에 형성된다.

카트리지 헤드(250)는 도35 및 도36에 도시된 바와 같이 리셉터클 스탠드 위에서 하우징(210)의 상부를 향해 위치된다. 양호하게는, 카트리지 헤드(250)에 대한 그릴(274)의 높이는 상이한 크기의 리셉터클을 수용하도록 조정될 수 있다. 리셉터클이 가능한 한 카트리지 헤드(250)에 가까이 있으면서, 여전히 리셉터클을 분배 스테이션(270) 내로 삽입하고 그로부터 취출하는 것을 허용하여, 분배되는 음료수가 리셉터클과 접촉하기 전에 떨어지는 높이를 최소화하는 것이 양호하다. 이는 음료수가 분사되고 튀는 것을 최소화하여 혼입된 공기 버블이 존재할 때 그의 손실을 최소화하도록 작용한다. 양호하게는, 높이가 70 mm 내지 110 mm 사이인 리셉터클이 그릴(274)과 카트리지 헤드(250) 사이에 삽입될 수 있다.

기계 사용자 인터페이스(240)는 하우징(210)의 전방에 위치되며, 시작/정지 버튼(241) 및 복수의 상태 표시부(243 - 246)를 포함한다.

상태 표시부(243 - 246)는 양호하게는 기계(201)의 준비를 표시하는 발광 다이오드(LED), 기계(210) 작동 시에 오류가 발생했는 지를 표시하는 LED(244), 및 기계(201)가 수동 모드로 작동하는 지 또는 자동 모드로 작동하는 지를 표시하는 하나 이상의 LED(245 - 256)를 포함한다. LED(243 - 246)는 기계(201)의 상태에 따라, 일정 강도로 또는 점멸하여 발광하도록 제어될 수 있다. LED(243 - 246)는 녹색, 적색 및 황색을 포함한 다양한 색깔을 가질 수 있다.

시작/정지 버튼(241)은 작동 사이클의 개시를 제어하며, 수동 작동식 푸시 버튼 스위치 등이다.

부피 조정 제어부가 기계(201)의 사용자가 다른 작동 특징을 변경하지 않고서 전달되는 음료수의 부피를 수동으로 조정하게 하도록 제공될 수 있다. 양호하게는, 부피 조정 제어부는 ±20%의 부피 조정을 허용한다. 부피 조정 제어부는 회전식 노브, 선형 슬라이더, 증가 및 감소 버튼을 갖는 디지털 판독부 등일 수 있다. 더욱 전형적으로, 부피는 시작/정지 버튼(241)을 작동시키는 사용자에 의해 제어된다.

(도시되지 않은) 수동 전력 스위치가 기계(201) 상에 제공될 수 있다. 선택적으로, 전원은 단순히 전원 플러그의 주 전원 내로의 삽입 및 그로부터의 제거에 의해 제어될 수 있다.

물 탱크(220)는 하우징(210)의 후방에 위치되어 하우징(210)의 후반부(212)에 연결된다. 물 탱크(220)는 미적인 이유로 원하는 대로 원형 또는 절두형일 수 있는 대체로 원통형인 몸체(221)를 포함한다. 탱크는 수동으로 제거 가능한 뚜껑(222)에 의해 사용 시에 폐쇄될 수 있는, 탱크를 물로 충전시키기 위한 입구를 포함한다. 물 펌프(230)와 연통하는 출구가 탱크의 하단부를 향해 제공된다. 물 탱크(220)는 투명 또는 투광성 재료로부터 만들어져서 사용자가 탱크 내에 남아있는 물의 양을 보게 할 수 있다. 선택적으로, 물 탱크(220)는 불투명 재료로부터 만들어져서 그 안에 관찰 창이 제공될 수 있다. 위에 대해 추가로 또는 그 대신에, 물 탱크(220)는 탱크 내의 수위가 소정의 수위로 하강했을 때 물 펌프(230)의 작동을 방지하고 선택적으로 LED와 같은 경고 표시부를 작동시키는 저수위 센서를 구비할 수 있다. 물 탱크(220)는 양호하게는 대략 1.5 리터의 내부 용량을 갖는다.

물 펌프(230)는 도43에 개략적으로 도시된 바와 같이 물 탱크(220)와 물 가열기(225) 사이에 작동식으로 연결되어 제어 프로세서에 의해 제어된다. 펌프는 2.5 바아의 최대 압력에서 물의 900 mL/min의 최대 유량을 제공한다. 양호하게는, 정상 사용 시에, 압력은 2 바아로 제한될 것이다. 기계(201)를 통한 물의 유량은 제어 프로세서에 의해 펌프로의 전원을 사이클 변환함으로써 펌프의 최대 유량의 백분률이 되도록 제어될 수 있다. 양호하게는, 펌프는 최대 규정 유량의 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 또는 100% 중 하나로 구동될 수 있다. 펌핑되는 물의 부피의 정확성은 양호하게는 ±5%이며, 이는 분배되는 음료수의 최종 부피의 ±5%의 정확성으로 이어진다. 적합한 펌프는 울카 에스.알.엘(Ulka S.r.l, 이탈리아 파비아)에 의해 제작되는 에볼루션(Evolution) EP8 펌프이다. (도시되지 않은) 체적 유량 센서가 양호하게는 물 펌프(230)의 상류 또는 하류의 유동 라인 내에 제공된다. 양호하게는, 체적 유량계는 회전식 센서이다.

물 가열기(225)는 하우징(210)의 내부에 위치된다. 가열기(225)는 1550 W의 전력 등급을 가지며, 물 펌프(230)로부터 받은 물을 대략 20℃의 시작 온도로부터 약 85℃의 작동 온도로 1분 내에 가열할 수 있다. 양호하게는, 하나의 작동 사이클의 종료와 이후의 작동 사이클을 개시할 수 있는 가열기(225) 사이의 머무름 시간은 10초 미만이다. 가열기는 선택된 온도를 작동 사이클 중에 ±2℃ 내로 유지한다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 물은 작동 사이클에 대해 83℃ 또는 93℃에서 카트리지 헤드(250)로 전달될 수 있다. 가열기(225)는 전달 온도를 85℃의 공칭 수온으로부터 83℃ 또는 93℃로 신속하게 조정할 수 있다. 가열기(225)는 온도가 98℃를 초과하면 가열기를 차단하는 과열 차단기를 포함한다. 가열기(225)로부터의 물 출력은 3방향 밸브에 의해 카트리지 헤드(250) 및 카트리지(1)로 공급된다. 물 유동의 압력이 허용 가능하면, 물은 카트리지(1)로 통과된다. 압력이 소정의 한계보다 낮거나 높으면, 물은 3방향 밸브에 의해 드립 트레이 회수 리셉터클(270) 내로 전환된다.

공기 압축기(235)는 1방향 밸브에 의해 카트리지 헤드(250)에 작동식으로 연결되어 제어 프로세서에 의해 제어된다. 공기 압축기(235)는 1.0 바아에서 500 mL/min의 최대 유량을 제공한다. 사용 시에, 35 mL의 작동 부피가 2.0 바아로 가압된다. 양호하게는, 공기 압축기(235)는 두 가지 유량, 신속 (또는 최대) 유량 및 저속 유량을 생성할 수 있다.

음료수 조제 기계(201)의 제어 프로세서는 처리 모듈 및 메모리를 포함한다. 제어 프로세서는 물 가열기(225), 물 펌프(230), 공기 압축기(235) 및 사용자 인터페이스(240)에 작동식으로 연결되어 이들의 작동을 제어한다.

제어 프로세서의 메모리는 음료수 조제 기계(201)에 대한 하나 이상의 작동 파라미터에 대한 하나 이상의 변수를 포함한다. 도시된 실시예에서, 작동 파라미터는 작동 스테이지 중에 음료수 카트리지(1)를 통과하는 수온, 음료수 카트리지(1)를 충전하는 속도, 침지 단계의 존재 여부, 음료수의 총 분배 부피, 토출 스테이지의 유량, 세정 스테이지의 유량 및 기간이다.

작동 파라미터에 대한 변수는 메모리 내에 저장된다. 카트리지(1)는 카트리지(1) 내의 음료수의 최적 분배를 위해 요구되는 작동 파라미터를 나타내는 카트리지(1) 상에 또는 내에 제공된 코드를 포함한다. 코드는 이진 형식이고, 제어 프로세서 메모리 내에 저장된 변수에 대응하는 복수의 데이터 비트를 포함한다. 표3은 13 비트의 데이터가 어떻게 전술한 작동 파라미터에 대해 필요한 변수를 나타내도록 사용될 수 있는 지를 보여준다.

비트	파라미터	설명
0 & 1	수온	00 = 01 = 10 = 83℃ 11 = 93℃
2 & 3	카트리지 충전	00 = 침지되는 신속 충전 01 = 침지되지 않는 신속 충전 10 = 침지되는 저속 충전 11 = 침지되지 않는 저속 충전
4, 5, 6, 7	음료수 부피	0000 = 50 mL 0001 = 60 mL 0010 = 70 mL 0011 = 80 mL 0100 = 90 mL 0101 = 100 mL 0110 = 110 mL 0111 = 130 mL 1000 = 150 mL 1001 = 170 mL 1010 = 190 mL 1011 = 210 mL 1100 = 230 mL 1101 = 250 mL 1110 = 275 mL 1111 = 300 mL
8, 9 & 10	유량	000 = 30% 001 = 40% 010 = 50% 011 = 60% 100 = 70% 101 = 80% 110 = 90% 111 = 100%
11 & 12	세정	00 = 저속 유동/단기간 01 = 저속 유동/장기간 10 = 신속 유동/단기간 11 = 신속 유동/장기간

카트리지(1) 상의 또는 내의 코드는 보통 오류 확인을 위한 하나 이상의 잉여 데이터 비트를 포함할 것이다. 일례에서, 16 비트 코드가 제공된다. 예를 들어, 표3에 나열된 변수를 사용하여, 코드 "1000100011110"을 지닌 카트리지(1)는 다음의 작동 파라미터를 가질 것이다.

10 83℃의 수온

00 침지에 의한 신속 충전

1000 150 mL의 분배 음료 부피

111 100%와 동등한 유량

10 신속 공기 유동 세정/단기간

따라서, 이전의 음료수 조제 기계에서와 달리, 제어 프로세서의 메모리는 카트리지 유형에 기초한 음료수 카트리지에 대한 작동 지시, 즉 커피 카트리지에 대한 지시, 초콜릿 카트리지에 대한 지시, 차 카트리지에 대한 지시 등을 저장하지 않는다. 대신에, 제어 프로세서의 메모리는 작동 사이클의 개별적인 작동 파라미터를 조정하기 위한 변수를 저장한다. 이는 여러 장점을 갖는다. 첫째로, 분배 사이클의 더 높은 정도의 제어가 실행될 수 있다. 예를 들어, 약간 상이한 작동 파라미터들이 모든 유형의 커피에 대해 동일한 파라미터를 사용하기보다는 커피의 상이한 등급 또는 블렌드(blend)에 대해 사용될 수 있다. 개별적인 파라미터보다는 카트리지 유형에 의한 저장 지시에 의존한 이전의 코딩 방법은 유사한 음료수 유형에 대한 작동 사이클에서의 미세한 차이에 부적합하고, 이는 코딩 매체 및 제어 프로세서 내의 가용 저장 공간을 빨리 소비하기 때문이다. 둘째로, 본 발명의 코딩 방법은 새로운 음료수 카트리지(1)에 대한 작동 사이클에 대한 작동 파라미터들이 음료수 조제 기계(201)의 판매 이후에만 결정되는 경우에도 새로운 음료수 카트리지 유형이 기존의 음료수 조제 기계 내에서 사용되는 것을 허용한다. 이는 음료수 조제 기계(201)의 제어 프로세서가 음료수가 새로운 유형이라는 것을 인식할 필요가 없기 때문이다. 오히려, 작동 사이클에 대한 작동 파라미터는 음료수 유형을 직접 참조하지 않고서 설정된다. 따라서, 본 발명의 코딩 방법은 새로운 음료수 유형에 대해 음료수 조제 기계의 우수한 이전 기계와의 호환성을 제공한다. 대조적으로, 이전의 기계에서, 제조자는 시판되는 기계에 의해 결정되는 바와 같이 기존의 분배 사이클들 중 하나를 사용하여 새로운 음료수 유형을 분배하는 것으로 제한된다.

카트리지 헤드(250)는 도39 내지 도42에 도시되어 있다. 카트리지 헤드(250)의 카트리지 홀더(251)는 고정된 하부 부품(255), 회전 가능한 상부 부품(256), 및 고정된 하부 부품(255)과 회전 가능한 상부 부품(256) 사이에 위치된 피벗 가능한 카트리지 장착부(257)를 포함한다. 상부 부품(256), 하부 부품(255) 및 카트리지 장착부(257)는 공통 힌지 축(258)에 대해 회전된다. 도39 내지 도42는 명확하게 하기 위해 기계(201)의 일부 구성요소들이 생략된 채로 카트리지 홀더(251)를 도시한다.

회전 가능한 상부 부품(256) 및 피벗 가능한 카트리지 장착부(257)는 클램핑 메커니즘(280)에 의해 고정된 하부 부품(255)에 대해 이동된다. 클램핑 메커니즘(280)은 제1 및 제2 부재 또는 부품(281, 282)을 갖는 클램핑 레버를 포함한다. 클램핑 레버의 제1 부품(281)은 카트리지 홀더(251)의 각 측면 상에 하나씩 2개의 제1 피벗 지점(283)에서 상부 부품(256)에 피벗식으로 장착된 U형 아암을 포함한다.

클램핑 레버의 제2 부품은 상부 부품(256)을 고정된 하부 부품(255)에 결합시키는 힌지 축(258)에 상에 위치된 제2 피벗 지점(285)에서 상부 부품(256)에 각각 피벗식으로 장착된 카트리지 홀더(251)의 각 측면 상에 하나씩 2개의 오버-센터(over-center) 아암(282)을 포함한다. 각각의 오버-센터 아암(282)은 실린더(282a), 스템(282b) 및 탄성 슬리브(282c)를 포함하는 왕복 부재이다. 실린더(282a)는 내부 보어이며, 힌지 축(258)에서 일단부에 회전 가능하게 장착된다. 스템(282b)의 제1 단부는 실린더(282a)의 보어 내에 활주식으로 수납된다. 스템(282b)의 대향 단부는 제3 피벗 지점(286)에서 U형 아암(281)에 회전 가능하게 장착된다. 제3 피벗 지점(286)은 상부 부품(256) 및 하부 부품(255)에 연결되지 않고 그에 대해 자유롭게 이동 가능하다. 탄성 슬리브(282c)는 스템(282b) 상에 외부에서 장착되어, 사용 시에 실린더(282a)의 맞닿음 표면과 스템(282b) 사이에서 연장된다. 탄성 슬리브(282c)는 오버-센터 아암(282)의 단축을 수행하지만 오버-센터 아암(282)을 연장된 구성으로 편위시킨다. 따라서, 제3 피벗 지점(286)의 힌지 축(258)을 향한 그리고 그로부터의 이동은 실린더(282a) 내의 스템(282b)의 상대 이동에 의해 가능하다. 탄성 슬리브(282c)는 양호하게는 실리콘으로부터 형성된다.

U형 아암(281)은 카트리지 홀더(251)의 전방 둘레에서 연장되고, 카트리지 홀더(251)의 각 측면 상에 하나씩 2개의 하방으로 현수되는 후크 부재(287)를 포함하고, 이는 각각 힌지 축(258)에 대면하는 캠 표면(288)을 포함한다. 카트리지 홀더(251)의 고정된 하부 부품(255)은 후크 부재(287)와 대체로 정렬된 전방 모서리(260)에서 또는 그 근방에서 하부 부품(255)의 각 측면 상에 하나씩 위치된 2개의 보스(259) 또는 멈춤쇠를 구비한다.

도39에 도시된 바와 같이, U형 아암(281)은 아암과 일체인 인간 환경 공학 적인 손잡이 그립 및 후크 부재(287)를 포함하여 단일편 플라스틱 성형으로부터 형성될 수 있다.

카트리지 장착부(257)는 카트리지 홀더(251)의 상부 및 하부 부품(255, 256)들 사이에 회전 가능하게 장착된다. 장착부(257)는 사용 시에 음료수 카트리지(1)를 수납하는 대체로 원형인 리세스(290)를 구비한다. 리세스(290)는 카트리지 홀더(251) 내에서 음료수 카트리지(1)의 회전을 방지하도록 작용하는 음료수 카트리지(1)의 손잡이를 수용하기 위한 불균일부(291)를 포함한다. 카트리지 장착부(257)는 개방 위치에서 도41에 도시된 바와 같이 카트리지 장착부(257)가 출구 및 입구 관통 부재(254, 253)와의 접촉으로부터 벗어나도록 카트리지 장착부(257)가 고정된 하부 부품(255)과의 접촉으로부터 편위되도록 고정된 하부 부품(255)에 대해 튀어 오른다. 카트리지 장착부(257)는 카트리지 장착부(257)가 폐쇄 위치로 이동될 때 입구 및 출구 관통기(253, 254)를 그를 통해 수납하기 위한 구멍(292), 및 카트리지 인식 수단(252)의 헤드(300)를 구비한다.

상부 부품(255)은 소비자가 작동 사이클 중에 음료수 카트리지(1)를 볼 수 있으며 또한 카트리지(1)가 기계(201) 내에 적재되었는 지를 시각적으로 확인하는 원형 관찰 창(312)을 수용하는 대체로 원형인 몸체(310)를 포함한다. 관찰 창(312)은 카트리지 홀더(251)가 폐쇄될 때 음료수 카트리지(1)의 플랜지(35)를 하부 부품(256)에 대해 맞물려서 파지하는 하방으로 향한 림(311)을 갖는 컵 형상이다. 동시에, 창(312)은 카트리지(1)의 폐쇄된 상부(11)와 접촉한다. (도시되지 않은) 파형 스프링이 관찰 창(312)과 원형 몸체(310) 사이에 위치되어, 관찰 창(312)이 원형 몸체(310)에 대해 축방향으로 소량으로 이동하는 것을 가능케 한다. 플랜지(35) 상의 림(311) 및 폐쇄된 상부(11) 상의 창(312)에 의해 가해지는 압력은 카트리지(1)와 카트리지 홀더(251) 사이의 방수 밀봉을 보장한다.

하부 부품(255)은 입구 및 출구 관통기(253, 254)와, 카트리지 인식 수단(252)의 헤드(300)를 포함한다. 입구 관통기(253)는 사용 시에 음료수 카트리지(1)의 라미네이트(5)를 천공하기 위한 예리한 단부(261)를 갖는 중공 니들형 튜브(260)를 포함한다. 입구 관통기(253)는 하부 부품(255)을 통과하여 물 가열기(225)의 출구 도관(263)에 연결되는 도42에 도시된 바와 같은 물 도관(262)과 유체 연통한다. 출구 관통기(254)는 본 출원인의 유럽 특허 EP 0 389 141호 및 EP 0 334 572호에 설명된 출구 관통기와 유사한 유형이며, 토출 주둥이(43)보다 큰 치수를 갖는 원형 또는 D형 단면의 개방 단부 실린더(264)를 포함한다. 출구 관통기(254)의 상단부의 아치형 부분(265)은 음료수 카트리지(1)의 라미네이트를 관통하여 결국에 절단하도록 톱니가 형성된다. 나머지 상단부는 음료수가 출구 구멍을 통해 분배되기 전에 절단된 라미네이트(5)를 출구 구멍으로부터 멀리 접거나 당기기 위해 실린더의 종방향으로 적어도 톱니형 부분의 치형부(266)의 기부까지 다시 절단된다. 출구 관통기(254)는 토출 주둥이(43) 외부에서 라미네이트(5)를 관통하고, 카트리지 장착부(257)가 폐쇄 위치에 있을 때, 토출 주둥이(43)와 토출 깔때기(40)의 외측 벽(42) 사이의 환형부 내에 놓인다. 출구 관통기(254)는 절단된 라미네이트(105)를 환형부 내로 다시 접는다. 이에 의해, 출구 관통기(254) 및 절단된 라미네이트(105) 모두가 토출되는 음료수의 경로 밖에 유지된다.

출구 관통기(254)는 그의 주변부에 대해 0.5 mm만큼 상승된 레지(254a, ledge)에 의해 둘러싸인다.

유리하게는, 출구 관통기(254)는 하부 부품(255)으로부터 제거 가능하여, 예를 들어 식기 세척기 내에서 완전히 세척되는 것을 가능케 한다. 제거 가능한 출구 관통기(254)는 하부 부품(255) 내의 리세스(267) 내에 수납되어 안착된다. 입구 관통기(253) 및/또는 출구 관통기(254)는 스테인리스강과 같은 금속 또는 플라스틱 재료로부터 만들어질 수 있다. 유리하게는, 플라스틱 절단 요소의 사용은 비금속 재료에 의해 펀칭되어 절단될 수 있는 라미네이트(5)의 사용에 의해 가능해진다. 결과적으로, 관통기(253, 254)는 덜 예리하게 만들어질 수 있으며, 이는 사용자에 대한 상해의 위험을 낮춘다. 또한, 플라스틱 관통 요소는 녹슬지 않는다. 양호하게는, 입구 관통기(253) 및 출구 관통기(254)는 하부 부품(255)으로부터 제거 가능한 하나의 일체형 유닛으로서 형성된다.

사용 시에, 카트리지 홀더(251)의 상부 부품(256)은 도36에 도시된 바와 같이 수직으로 또는 수직을 향해 배향된 개방 위치로부터 대체로 수평으로 고정된 하부 부품(255) 및 카트리지 장착부(257)와 맞물려서 배향된 폐쇄 위치로 이동 가능하다. 상부 부품(256)은 클램핑 레버의 작동에 의해 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동된다. 상부 부품(256)을 폐쇄하기 위해, 사용자는 U형 아암(281)에 의해 클램핑 레버를 잡고 하방으로 당긴다. 결과적으로, 상부 부품(256)은 회전하며, 이는 먼저 관찰 창(312)의 림(311)을 카트리지 장착부(257) 내의 음료수 카트리지(1)의 플랜지(35)와 접촉시키고 창(312) 자체를 카트리지(1)의 폐쇄된 상부(11)와 접촉시킨다. 상부 부품(256)의 계속되는 회전은 상부 부품(256) 및 카트리지 장착부(257)를 아래로 회전시켜서 하부 부품(255)과 접촉시킨다. U형 아암(281)의 추가의 회전은 U형 아암(281)을 상부 부품(256) 및 하부 부품(255)에 대해 회전시켜서, 상부 부품(256)의 후크 부재(287)가 하부 부품(255)의 보스(259)를 보스(259) 위에 얹혀진 캡 표면(288)과 맞물리게 한다. 이러한 회전의 최종 스테이지 중에, 카트리지(1)는 카트리지 장착부(257)와 관찰 창(312) 사이에서 압축된다. 결과적으로, 관찰 창(312)은 파형 스프링의 바이어스에 대항하여 상부 부품(256)의 원형 몸체(310)에 대해 축방향으로 이동된다. 이러한 이동은 음료수 카트리지(1) 및 음료수 조제 기계 내의 공차의 흡수를 허용하고, 카트리지에 인가되는 압축력의 양이 허용 가능한 범위 내에 유지되도록 보장한다. 파형 스프링의 작용에 의해 완화되는 메커니즘의 클램핑력은 130 내지 280 N 사이의 카트리지 상의 클램핑 압력을 보장한다. 양호하게는, 힘은 대략 200 N이다. 약 130 N보다 작은 힘은 적절한 밀봉을 제공하지 않지만, 약 280 N보다 큰 힘은 카트리지(1)의 구성요소들의 소성 파손으로 이어진다. 카트리지 헤드의 폐쇄 중에, 카트리지(1)의 라미네이트(5)는 출구 관통기(254)를 둘러싸는 레지(254a)와 접촉하여 인장되고, 이는 원통형 깔때기의 외측 튜브(42)의 말단부가 플랜지(35)에 대해 0.5 mm만큼 상방으로 이동될 때 라미네이트(5)가 평면으로부터 휘어지게 한다. 이러한 이동은 또한 카트리지에 인가되는 압축력의 대부분이 내하중 내측 부재(3)를 통해 카트리지(1)의 중심 영역을 통해 작용하도록 보장한다. 따라서, 폐쇄 위치에서, 카트리지(1)는 관찰 창(312)의 림(311)에 의해 플랜지(35) 둘레에 클램핑되어 관찰 창(312) 및 레지(254a)와의 접촉에 의해 카트리지의 폐쇄된 상부(11)와 내측 부재(3)의 외측 튜브(42) 사이에 견고하게 클램핑된다. 이러한 클램핑력은 가압 중에 카트리지(1)의 파손을 방지하는 것을 돕고, 내측 부재(3) 및 외측 부재(2)가 서로에 대해 완전히 안착되어 모든 내부 통로 및 구멍들이 내부 가압 중에도 그들의 의도된 치수를 유지하는 것을 보장한다.

가상 기준 라인이 카트리지 홀더(251)의 제1 및 제2 피벗 지점(283, 285)들 사이에 그려질 수 있다. 도41에서 알 수 있는 바와 같이, 개방 위치에서, 제3 피벗 지점(286)들은 고정된 하부 부품(255)에 가장 가까운 기준 라인의 측면 상에 위치된다. 상부 부품(256)이 폐쇄 위치에 도달할 때, 클램핑 레버의 제3 피벗 지점(286)들은 제1 및 제2 피벗 지점(283, 285)들을 고정된 하부 부품(255)으로부터 가장 먼 라인의 대향 측면에 결합시키는 기준 라인을 통과한다. 결과적으로, U형 아암(281)은 제1 안정 위치로부터 제2 안정 위치로 '스냅 통과'된다. 스냅 통과 작용은 오버-센터 아암(282)의 단축 및 탄성 슬리브(282c)의 결과적인 압축에 의해 수용된다. 제3 피벗 지점(286)들이 가상 기준 라인을 지나면, 탄성 슬리브(282c)의 회복은 제3 피벗 지점(286)들의 가상 기준 라인으로부터의 이동을 계속하도록 작용한다. 따라서, 클램핑 레버는 레버가 개방 또는 폐쇄 위치에서 안정되지만 제3 피벗 지점(286)들이 제1 및 제2 피벗 지점(283, 285)들을 결합시키는 가상 기준 라인 상에 놓이는 지점에서 불안정하다는 점에서 쌍안정 작동을 갖는다. 따라서, 클램핑 레버의 스냅 통과 작용은 클램핑 레버의 회전의 최종 스테이지에서 U형 아암(281) 및 제2 아암(284)의 스냅 통과 작용이 후크 부재(287)를 보스(259)와 견고하게 맞물리게 하는 확실한 폐쇄 작용으로 이어지는 확실한 폐쇄 메커니즘을 제공한다. 또한, 탄성 슬리브(282c)는 제3 피벗 지점(286)들을 제1 및 제2 피벗 지점(283, 285)들을 결합시키는 기준 라인 내로 다시 이동시키기에 충분하게 슬리브(282c)를 압축시키는데 최소의 힘이 요구되므로, 상부 부품(256)의 재개방에 대한 저항성을 제공한다. 유리하게는, 후크 부재(287) 및 보스(259)의 맞물림은 클램핑 레버의 회전에 의해서가 아니면 상부 및 하부 부품들의 분리를 방지한다. 이는 카트리지 헤드(250)가 내부 가압을 받는 작동 중에 카트리지 헤드(250)의 개방을 방지하는데 유용하다.

카트리지 인식 수단(252)의 목적은 기계(201)가 삽입된 음료수 카트리지(1)의 유형을 인식하여 이에 따라 하나 이상의 작동 파라미터를 조정하도록 하는 것이다. 전형적인 실시예에서, 카트리지 인식 수단(252)은 도45에 도시된 바와 같이 음료수 카트리지(1)의 라미네이트(5) 상에 제공된 인쇄된 바코드(320)를 판독하는 광학 바코드 판독기를 포함한다. 바코드(320)는 대조되는 색깔의 복수의 바아로부터 형성된다. 양호하게는, 바아는 대조를 최대화하기 위해 백색 바탕 위의 검은색이다. 바코드(320)는 공적 표준에 일치하도록 요구되지 않지만 EAN-13, UPC-A, 또는 Interleaved 2 of 5와 같은 바코드에 대한 표준 형식이 사용될 수 있다. 광학 바코드 판독기는 바코드(320)를 조사하기 위한 하나 이상의 LED(321)와, 바코드의 화상을 획득하기 위한 포커싱 렌즈(322)와, 획득된 화상을 표시하는 전기 신호를 생성하기 위한 전하 결합 장치(323; CCD)와, LED 및 CCD를 위한 지원 회로를 포함한다. 바코드 판독기를 수용하기 위한 하부 부품 내의 공간은 제한된다. 거울(324)(들)이 LED(321)로부터의 광을 하부 부품(255) 내에 위치되지 않은 포커싱 렌즈로 반사시키도록 사용될 수 있다. 개략적인 배열이 도44a 및 도44b에 도시되어 있다. 하부 부품(255)은 음료수 카트리지(1) 상의 바코드(320)와 동일한 크기의 구멍(326)을 포함한다. 사용 시에, 생성된 전기 신호는 신호 처리 소프트웨어에 의해 디코딩되고, 결과가 제어 프로세서로 전송된다. 소프트웨어는 바코드의 판독이 오류를 포함하는 지를 인식할 수 있다. 바코드(320)는 오류 메시지가 소비자에게 제공되기 전에 수회 재스캔될 수 있다. 기계(201)가 바코드를 판독할 수 없으면, 사용자는 음료수 카트리지(1)를 수동 작동 모드를 사용하여 음료수를 분배하도록 사용할 수 있다.

카트리지 헤드(250)는 카트리지가 카트리지 홀더(251) 내에 존재하는 지를 검출하기 위한 카트리지 센서를 또한 포함한다.

카트리지 헤드(250)는 카트리지 홀더(251)가 적절하게 폐쇄되었는 지를 검출하는 로크 센서를 또한 포함한다. 양호하게는, 로크 센서는 카트리지 홀더(251)가 폐쇄되어 로킹될 때 작동되는 마이크로 스위치를 포함한다. 양호하게는, 카트리지 센서 및 로크 센서는 이들 센서의 출력이 만족스럽도록, 즉 작동 사이클이 개시될 수 있기 전에 카트리지가 존재하고 메커니즘이 로킹되도록 직렬로 연결된다.

기계(201)의 작동은 음료수 카트리지(1)의 카트리지 헤드(250) 내로의 삽입과, 음료수가 분배되는 작동 사이클의 수행과, 기계로부터 카트리지(1)의 제거를 포함한다.

기계(201)의 작동 거동은 제어 프로세서에 내장된 소프트웨어에 의해 결정된다. 기계의 작동은 기계(201)가 보통 특정 상태에서 상태를 변화시키는 사건이 발생할 때까지, 상태 전이로 불리는 단계까지 존재하는 '상태'의 측면에서 설명될 수 있다.

표4는 음료수 조제 기계(201)의 일 실시예에 대한 상태 및 상태 전이를 설명하는 상태 전이 표를 보여준다.

상태	상태 설명	온도	로크 센서	카트리지 센서 변수(OK, NOK, CLR)	수위 표시기	물 유량	시작/정지
1	물 가열	≥ 85 2로 도약	폐쇄:[카트리지 센서 = readpod()] 개방:[카트리지 센서 = CLR]	해당 없음	낮음 10으로 도약	해당 없음	작용 없음
2	물 준비 중단이 10분이면 9로 도약	< 85 2로 도약	폐쇄:[카트리지 센서 = readpod()] 개방:[카트리지 센서 = CLR]	카트리지 센서 = OK 4로 도약 카트리지 센서 = NOK 3으로 도약	낮음 10으로 도약	해당 없음	작용 없음
3	자동 증류 준비	해당 없음 [기본 온도 제어]	개방:[카트리지 센서 = CLR] 2로 도약	해당 없음	낮음 10으로 도약	해당 없음	5로 도약
4	증류 자동 진행[증류 상태 실행] 7로 도약	해당 없음 [기본 온도 제어]	개방:[카트리지 센서 = CLR] 10으로 도약	해당 없음	낮음 10으로 도약	유동 없음 10으로 도약	물 차단 6으로 도약
5	증류 보류	해당 없음 [기본 온도 제어]	개방:[카트리지 센서 = CLR] 10으로 도약	해당 없음	낮음 10으로 도약	해당 없음	5로 도약
6	수동 증류 준비	해당 없음 [기본 온도 제어]	개방:[카트리지 센서 = CLR] 2로 도약	해당 없음	낮음 10으로 도약	해당 없음	[물 공급] 8로 도약
7	증류 수동 진행	해당 없음 [기본 온도 제어]	개방: [카트리지 센서 = CLR] 10으로 도약	해당 없음	낮음 10으로 도약	유동 없음 10으로 도약	해제 7로 도약
8	세정 [물 차단, 공기 공급, 중단 n초 9로 도약]	해당 없음 [기본 온도 제어]	개방: [카트리지 센서 = CLR] 10으로 도약	해당 없음	작용 없음	해당 없음	작용 없음
9	증류 완료 [공기 세정] [카트리지 센서 = CLR] 중단 10초 2로 도약	해당 없음 [기본 온도 제어]	개방 2로 도약	해당 없음	낮음 10으로 도약	해당 없음	9로 도약
10	대기	해당 없음 [가열기 차단]	개방:[카트리지 센서 = CLR] 1로 도약 폐쇄:[카트리지 센서 = readpod()]	해당 없음	낮음 10으로 도약	해당 없음	1로 도약
11	오류 소거를 위해 전원 켜짐/꺼짐 요구됨	해당 없음	해당 없음	해당 없음	해당 없음	해당 없음	해당 없음
12	물 낮음				낮음 10으로 도약

다음의 예는 제어 프로세서에 의한 상태 전이의 사용을 예시하기 위해 작동 사이클을 설명한다.

기계(201)가 초기에 꺼져 있고 카트리지(1)가 카트리지 헤드(250) 내에 삽입되는 것으로 가정된다. 기계(201)가 켜질 때, 제어 프로세서는 상태 1에 있다. 물 가열기(225)가 켜진다. 온도가 85℃에 도달하면, 제어 프로세서는 상태 2로 이동한다. 상태 1 또는 2 중 임의의 시점에서 카트리지 홀더(251)가 폐쇄되면, 로크 센서는 카트리지 홀더(251)가 적절하게 폐쇄되었다는 것을 표시하는 신호를 제어 프로세서에 보내도록 작동될 것이다. 제어 프로세서는 그 다음 '포드 판독(readpod)' 지시를 보냄으로써 카트리지 센서에 질의한다. 카트리지 센서는 카트리지가 카트리지 홀더(251) 내에서 제 위치에 있는 지를 표시하는 신호를 제어 프로세서로 반환한다. 카트리지가 존재하지 않으면, 제어 프로세서는 상태 3으로 이동하여, 제어 프로세서가 다시 상태 2로 이동하는 카트리지 홀더(251)가 재개방될 때까지 준비 상태로 유지된다. 카트리지가 상태 2에서 존재하면, 제어 프로세서는 상태 4로 이동하고, 작동이 자동으로 개시된다. 상태 4 내지 9 중에, 수온은 음료수 카트리지(1) 상의 바코드에 의해 설정된 작동 파라미터에 의해 설정되는 원하는 온도의 요구되는 공차 범위 내에 유지되도록 기본 제어된다. 분배의 토출 스테이지가 완료되면, 공기 세정이 상태 8에서 개시된다. 공기 세정이 완료되면, 작동 사이클은 완료되고 기계는 상태 10에서 대기 모드로 들어간다. 작동 중에, 오류가 발생하면, 프로세서는 상태 11로 이동한다. 저수위가 검출되면, 프로세서는 상태 12로 이동한다.

카트리지(1)를 삽입하기 위해, 카트리지 홀더(251)가 전술한 바와 같이 개방되어 카트리지 장착부(257)를 노출시킨다. 카트리지(1)는 그 다음 카트리지의 손잡이(24)가 불균일부(291) 내에 위치되도록 리세스(290) 내에 수납된 카트리지 장착부(257) 상에 위치된다. 카트리지(1)의 광학 또는 자기 바코드(320)는 카트리지 장착부(257) 내에서 구멍(326) 바로 위에 배향된다. 카트리지 홀더(251)는 그 다음 전술한 바와 같이 클램핑 레버의 작동에 의해 폐쇄된다. 폐쇄 중에, 입구 및 출구 관통기(253)는 카트리지(1)의 라미네이트(5)를 관통하여 카트리지 입구(121) 및 출구(122)를 형성한다. 전술한 바와 같이, 출구 관통기(254)에 의해 절단된 라미네이트(5)는 토출 주둥이(43)를 둘러싸는 환형부 내로 접힌다. 폐쇄될 때, 카트리지 홀더(251)는 카트리지 장착부(257)와 상부 부품(256) 사이와 창(311)과 카트리지(1)의 상부(11) 사이에서 카트리지(1)를 림(35) 둘레에 파지하여, 작동 사이클 중에 발현되는 압력을 견디기에 충분한 무결성의 방수 밀봉을 형성한다.

작동 사이클을 개시하기 위해, 소비자는 시작/정지 버튼(241)을 작동시킨다.

작동 사이클은 카트리지 인식 및 토출 사이클의 단계들을 포함한다.

카트리지 인식은 카트리지 센서 및 로크 센서로부터의 출력이 만족스럽다고 가정하여, 전술한 바와 같이 광학 카트리지 인식 수단(252)에 의해 수행된다. 바코드(320)가 디코딩되면, 기계(201)의 작동 파라미터는 제어 프로세서에 의해 조정된다. 토출 사이클이 그 다음 자동으로 개시된다.

토출 사이클은 4개의 주요 스테이지를 갖지만, 이들 모두가 모든 음료수 유형에 대해 사용되지는 않는다.

(ⅰ) 예비 습윤

(ⅱ) 일시 정지

(ⅲ) 증류/혼합

(ⅳ) 세정

예비 습윤 스테이지에서, 카트리지(1)는 물 펌프(230)에 의해 물 저장 탱크(220)로부터 물로 충전된다. 물의 충전은 여과 챔버(130) 내의 음료수 원료(200)가 습윤되게 한다. 충전은 600 mL/min의 "신속" 유량 또는 325 mL/min의 "저속" 유량으로 일어날 수 있다. 저속 충전 유량은 특히 원료들이 더 높은 체적 유량으로 펌핑될 수 있기 전에 다소의 희석을 요구하는 점성 액체 음료수 원료를 함유하는 카트리지에 대해 유용하다. 카트리지(1) 내로 주입되는 물의 부피는 물 또는 음료수가 이러한 스테이지 중에 카트리지 출구(122)로부터 적하되지 않게 보장하도록 선택된다.

일시 정지 스테이지는 음료수 원료(200)가 소정의 기간 동안 예비 습윤 스테이지 중에 주입된 물 속으로 침지되게 한다. 예비 습윤 및 침지 스테이지는 모두 음료수 원료(200)로부터의 추출물의 수율을 증가시키고 음료수의 최종 향미를 개선하는 것으로 알려져 있다. 예비 습윤 및 침지는 특히 음료수 원료가 볶아서 분쇄된 커피인 경우에 사용된다.

증류/혼합 스테이지에서, 물은 음료수 원료(200)로부터 음료수를 제조하기 위해 카트리지(1)를 통과한다. 수온은 물 탱크(220)로부터 카트리지 헤드(250)로 통과하는 물을 가열하기 위해 물 가열기(225)에 지시를 보내는 제어 프로세서에 의해 결정된다. 물은 입구 밸브 및 입구 관통기(253)를 거쳐 도관(262)을 통해 카트리지 홀더(251)의 하부 부품(255)으로 음료수 카트리지(1)의 입구 챔버(126) 내로 들어간다. 증류 및/또는 혼합 및 이후의 음료수 카트리지(1)로부터의 음료수의 분배는 음료수 카트리지(1)의 버전들을 참조하여 전술한 바와 같다.

공기 세정은 모든 음료수가 분배되고 유동 경로가 세척되어 다른 음료수를 분배하기 위해 준비되는 것을 보장하기 위해 음료수 조제 기계 및 음료수 카트리지(1)를 통한 가압 공기의 송풍을 포함한다. 공기 세정은 유체의 대부분이 유동 경로에서 제거되도록 하기 위해 증류/혼합 스테이지의 중지 직후에 개시되지 않는다. 이는 공기 세정을 개시할 때 내부 압력의 허용 불가능한 급격한 상승을 방지한다.

정상 작동 시에, 사용자는 시작/정지 버튼(241)을 작동시킴으로써 기계(201)를 수동으로 정지시킨다.

작동 사이클이 완료되면, 소비자는 카트리지 홀더(251)를 개방하여 카트리지를 수동으로 제거하고 처리함으로써 제거한다. 선택적으로, 기계(201)는 카트리지 홀더(251)를 개방할 때 자동으로 카트리지를 제거하기 위한 자동 방출 메커니즘을 구비할 수 있다.

기계(201) 및 카트리지(1)를 사용한 음료수에 대한 전달 시간은 전형적으로 볶아서 분쇄된 커피에 대해 10 내지 120초 사이, 양호하게는 30 내지 40초이고, 초콜릿에 대해 5 내지 120초 사이, 양호하게는 10 내지 20초 사이이고, 우유에 대해 5 내지 120초 사이, 양호하게는 10 내지 20초 사이이다.

기계(201)는 또한 유리하게는 사용자에 의해 분배되는 음료수의 유형에 대한 정보를 저장하는 제어 프로세서와 작동식으로 연통하는 메모리를 포함할 수 있다. 기계(201)의 작동 사이클은 그 다음 다음의 카트리지(1)에 대해 조정될 수 있다. 이는 특히 둘 이상의 음료수 카트리지(1)가 음료수를 형성하기 위해 순차적으로 사용되는 경우에 유리하다. 예를 들어, 커피 카트리지가 카푸치노 음료를 형성하기 위해 우유 카트리지에 뒤이어 분배될 수 있다. 선택적으로, 초콜릿 카트리지가 크림 핫초코 음료를 제조하기 위해 우유 카트리지에 뒤이어 사용될 수 있다. 분배되는 첫 번째 음료수에 대한 정보를 저장하는 메모리를 사용함으로써, 두 번째 카트리지, 즉 우유 카트리지를 분배하는 방식은 최적의 음료수를 달성하기 위해 바뀔 수 있다. 상기 예에서, 핫초코를 위해 분배되는 우유는 전형적으로 커피에 첨가되는 우유보다 적게 희석될 수 있다. 또한, 초콜릿을 위해 분배되는 우유는 음료수의 거품 형성 정도를 감소시키기 위해 저속 유량으로 분배될 수 있다. 당업자에게 명백한 카트리지 및 작동 파라미터의 많은 조합이 가능하다. 또한, 메모리는 사용자가 다음으로 분배하기를 원하는 음료수의 유형을 기계(201)가 '예측'하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 주로 한 가지 음료수 유형을 마시면, 기계는 물 가열기가 그러한 음료수 유형에 대한 최적 온도로 유지되도록 지시할 수 있다.

Claims

일련의 음료수 카트리지로부터 일련의 음료수 유형을 자동으로 조제하기 위한 저압 음료수 조제 시스템이며,

시스템은 음료수 조제 기계(201)와, 복수의 음료수 카트리지(1)를 포함하고,

각각의 음료수 카트리지는 특정 음료수 유형과 관련된 하나 이상의 음료수 원료(200)를 함유하고,

음료수 조제 시스템은,

a. 상기 음료수 조제 기계 내에 상기 복수의 음료수 카트리지 중 하나를 수납하기 위한 수단, 및 사용 시에 함유된 하나 이상의 음료수 원료로부터 음료수를 제조하기 위해 2 바아보다 낮은 압력의 수성 매체를 상기 음료수 카트리지에 공급하기 위한 수단과,

b. 상기 음료수 카트리지 상에 기록된 코드(320)를 자동으로 해석하기 위한 상기 음료수 조제 기계 내의 판독기(252)와,

c. 상기 코드에 기초하여 특정 증류 사이클을 생성하기 위한 처리 수단과,

d. 상기 수성 매체의 음료수 카트리지로의 공급 이전에 상기 코드에 기초하여 상기 수성 매체의 온도를 자동으로 조정하기 위한 수단과,

e. 상기 복수의 음료수 카트리지 중 적어도 일부 내에서 음료수 유형에 기초하여 음료수의 거품을 선택적으로 제조하기 위한 이덕터 수단(eductor means)과,

f. 작동 사이클을 시작하기 위한 사용자 인터페이스(240)를 포함하고,

음료수 조제 시스템은 적어도 여과 커피, 카푸치노, 차, 초콜릿 및 거품 우유를 포함하지만 그에 제한되지 않는 일련의 음료수 유형을 제조할 수 있고, 사용자 인터페이스의 작동은 분배되는 음료수 유형과 독립적인 저압 음료수 조제 시스템.
제1항에 있어서, 상기 일련의 음료수 유형은 커피, 차, 초콜릿, 우유, 수프 및 과일 주스를 포함하는 저압 음료수 조제 시스템.
제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 음료수 조제 기계(201)는 음료수의 분배 후에 음료수 카트리지를 세정하기 위한 수단을 더 포함하는 저압 음료수 조제 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 카트리지 내로의 수성 매체의 유량을 제어하기 위한 수단을 더 포함하는 저압 음료수 조제 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 카트리지로 전달되는 수성 매체의 부피를 제어하기 위한 수단을 더 포함하는 저압 음료수 조제 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 음료수 원료들 중 하나 이상은 액체인 저압 음료수 조제 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 음료수 원료들 중 하나 이상은 유제품인 저압 음료수 조제 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 시스템은 또한 소스 및 디저트와 같은 비음료 제품의 조제를 위해, 하나 이상의 비음료 원료를 포함하는 하나 이상의 카트리지와 함께 사용될 수 있는 저압 음료수 조제 시스템.
음료수 제조 기계(201) 및 각각 하나 이상의 음료수 원료(200)를 함유하는 복수의 음료수 카트리지(1)를 포함하는 저압 음료수 조제 시스템이며,

음료수 조제 기계는 처리 수단과, 음료수 조제 기계에 의해 분배되는 음료수 카트리지에 대한 정보를 저장하기 위한 메모리를 포함하고,

제2 음료수 카트리지의 분배동안 음료수 조제 기계의 하나 이상의 작동 파라미터는 메모리에 저장된 제1 음료수 카트리지의 유형에 대한 정보를 참조하여 설정될 수 있는 저압 음료수 조제 시스템.
제9항에 있어서, 상기 메모리는 음료수 조제 기계에 의해 분배되는 음료수 카트리지 내에 함유된 음료수 원료에 대한 정보를 저장하는 저압 음료수 조제 시스템.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 메모리는 음료수 조제 기계에 의해 분배되는 음료수 카트리지들의 순서에 대한 정보를 저장하는 저압 음료수 조제 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 판독기는 광학 바코드 판독기인 저압 음료수 조제 시스템.
제1항, 제2항, 제9항 또는 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 가정용 저압 음료수 조제 시스템인 저압 음료수 조제 시스템.
음료수를 조제하는 방법이며,

a. 하나 이상의 음료수 원료를 함유하는 하나 이상의 음료수 카트리지(1)를 저압 음료수 조제 기계(201) 내로 삽입하는 단계와,

b. 작동 사이클을 시작하기 위해 상기 음료수 조제 기계의 사용자 인터페이스를 작동시키는 단계와,

c. 상기 음료수 카트리지 상에 기록된 코드(320)를 검출하기 위해 판독기를 작동시키는 단계와,

d. 상기 코드에 기초하여 특정 증류 사이클을 생성하는 단계와,

e. 코드에 기초하여 온도, 예비 습윤, 부피, 유량 및 공기 세정이 설정된 수성 매체를 음료수 카트리지로 통과시켜 음료수를 제조하는 단계와,

f. 일련의 음료수 중 적어도 일부에 대해, 음료수 카트리지에 또는 적어도 하나의 음료수 카트리지에 이덕터 수단을 제공함으로써 음료수의 거품을 제조하는 단계를 포함하고,

상기 방법은 적어도 여과 커피, 카푸치노, 차, 초콜릿 및 거품 우유를 포함하지만 그에 제한되지 않는 하나 이상의 음료수 카트리지를 사용하여 일련의 음료수 유형을 제조할 수 있고, 사용자 인터페이스는 분배되는 음료수 유형과 독립적인

음료수를 조제하는 방법.
음료수를 조제하는 방법이며,

a. 하나 이상의 음료수 원료(200)를 함유하는 제1 음료수 카트리지(1)를 음료수 조제 기계(201) 내로 삽입하는 단계와,

b. 상기 음료수의 제1 부분을 리셉터클 내로 분배하기 위해 2 바아보다 낮은 압력에서 수성 매체를 제1 음료수 카트리지를 통과시키도록 상기 음료수 조제 기계를 작동시키는 단계와,

c. 제1 음료수 카트리지의 유형에 대한 정보를 상기 음료수 조제 기계의 메모리 내에 저장하는 단계와,

d. 하나 이상의 음료수 원료(200)를 함유하는 제2 음료수 카트리지(1)를 음료수 조제 기계 내로 삽입하는 단계와,

e. 상기 음료수의 제2 부분을 리셉터클 내로 분배하기 위해 2 바아보다 낮은 압력에서 수성 매체를 제2 음료수 카트리지로 통과시키도록 음료수 조제 기계를 작동시키는 단계를 포함하고,

제2 음료수 카트리지의 분배 중의 음료수 조제 기계의 하나 이상의 작동 파라미터는 제1 음료수 카트리지의 유형에 대해 메모리 내에 저장된 정보를 참조하여 설정되는 음료수를 조제하는 방법.
제15항에 있어서, 음료수의 셋 이상의 부분을 분배하기 위해 추가의 음료수 카트리지를 사용하는 단계를 더 포함하는 음료수를 조제하는 방법.
제15항 또는 제16항에 있어서, 하나 이상의 작동 파라미터는,

Ⅰ. 음료수 카트리지를 통과하는 수성 매체의 온도,

Ⅱ. 수성 매체의 유량,

Ⅲ. 예비 습윤 스테이지의 존재 여부,

Ⅳ. 공기 세정 스테이지의 존재 여부,

Ⅴ. 수성 매체의 압력, 및

Ⅵ. 분배되는 수성 매체의 총 부피

중 하나 이상을 포함하는 음료수를 조제하는 방법.