KR20090058034A - 카트리지로부터 음료를 제조하기 위한 추출 시스템 - Google Patents

Abstract

압력 하에서 카트리지로 내로 주입되는 유체를 이용하여 상기 카트리지로부터 음료를 제조하는 추출 시스템 (1) 으로서, 카트리지 (3), 및 상기 카트리지를 수용하게 되는 추출 장치 (2) 를 포함하며, 그 장치는 주입 케이지 (4) 와 카트리지 지지부 (5) 를 포함하고, 상기 주입 케이지 (4) 와 상기 카트리지 지지부 (5) 는 폐쇄 장치에 의해 카트리지 주위에 폐쇄의 사전 주입 모드에서 서로에 대해 이동되도록 배치된다. 주입 케이지 (5, 48) 는 기부 (19, 42), 및 상기 기부에 대해 축선방향으로 이동할 수 있도록 장착되는 폐쇄 피스톤 유닛 (20, 41) 을 포함한다. 상기 폐쇄 피스톤 유닛 (20) 은 주입시 유체에 의해 가해지는 압력에 의해 기부 (19) 에 대해 이동될 수 있다.

Description

카트리지로부터 음료를 제조하기 위한 추출 시스템{EXTRACTION SYSTEM FOR THE PREPARATION OF A BEVERAGE FROM A CARTRIDGE}

본 발명은 카트리지 등을 수용하도록 설계된 추출 장치에서 카트리지로부터 음료를 제조하는 분야에 관한 것이다 (추출 장치/카트리지 조립체는 일반적으로 추출 "시스템"이라 부름) .

본 발명의 배경 기술은, 가루 커피와 같이 추출 장치에서 온수 압력 하에서 추출되는 식용가능한 성분을 함유하는 카트리지 분야에 관한 것이다. 온수는 구멍뚫기 시스템을 이용하여 주입면을 통해 카트리지 내로 주입되는데, 예를 들면 카트리지의 다른 면이 압력 효과 하에서 천공 수단에 의해 천공되거나 구멍이 날 때까지 유체의 압력이 증가하여 추출물이 카트리지로부터 전달된다. 천공 수단에 속하는 다중 양각은 카트리지의 면에 제어되는 개구가 형성되도록 하며, 동시에 가루 커피가 카트리지 내에서 유지되기 충분하도록 추출물을 여과한다.

이러한 방법을 이용하는 것과 같은 시스템이 예컨대, 특허 EP-A-512470에 공지되어 있다.

특허 출원 EP 1 654 966 은 추출 시스템의 폐쇄시 더 우수한 밀봉을 제공하여 추출 특징 (특히, 개방 및 추출 압력) 을 더 우수하게 제어하기 위한 개선책을 제안하고 있다. 이를 위해, 카트리지에는 카트리지에 부착된 시일 또는 카트리지에 일체로 형성된 시일이 장착되어, 추출되는 각각 새로운 카트리지는 추출 시스템 내로 완전하게 밀봉되어, 카트리지 닙 영역을 통한 위부로의 누수의 위험이 회피된다. 공지된 시스템에서, 시일은 일반적으로 장치에 의해 지지되며, 이는 추출 조건의 변화를 일으킬 수 있는 마모 및 오염의 문제를 나타낼 수 있다. 그 발명의 다른 이점은 흡입 또는 진공 효과를 통해 카트리지 케이지에서 카트리지의 "들러붙음"을 방지하여, 카트리지가 더 용이하게 해제될 수 있게 하는 것이다. 이를 위해, 상기 발명은 카트리지 케이지의 지지면에 홈과 같은 공기 통로를 제공할 수 있다.

만족스러운 밀봉을 얻기 위해, 카트리지에 의해 지지되는 시일은 충분한 두께의 가변형 재료를 포함할 필요가 있다. 폐쇄 후 그리고 추출시 장치가 최대 압력에 있는 경우, 이 시일은 임의의 분리를 위해 완전히 보상되도록 충분히 압축되는 방식으로 크기가 정해질 필요가 있다. 이제, 12 ~ 20 바일 수 있는 주입 압력은, 이러한 높은 압력 수준에서 카트리지 닙 영역에서 십분의 수 밀리미터로 장치를 개방시키는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 시일은 이러한 "동적" 분리를 위해 보상할 수 있을 필요가 있다. 밀봉이 충분히 크지 못하면, 불충분한 보상이 발생하며, 누출은 카트리지의 압력 증가가 정확하게 일어날 수 없다는 것을 의미한다.

그러나, 이러한 분리의 문제를 해결하기 위해 시일의 두께를 증가시키면, 카트리지의 제조 비용이 추가된다.

일반적으로, 기계적 마모 속도를 늦추고, 폐쇄를 용이하게 하기 위해, 또는 대안적으로 낮은 동력의 모터의 이용이 가능하도록 기계적 폐쇄 전동 장치에 가해지는 스트레스를 줄이는 것도 유익하다.

본 발명의 목적은 이러한 문제의 해결책을 제공하는 것이다.

특히, 본 발명의 일 목적은 카트리지와 연관된 시일의 장점을 유지하면서, 동시에 추출시 내부 압력의 효과 하에서 동적 분리의 문제에 대한 해결책을 제공하는 것이다.

이를 위해, 본 발명은 압력 하에서 카트리지로 내로 주입되는 유체를 이용하여 상기 카트리지로부터 음료를 제조하는 추출 시스템에 관한 것으로, 추출 시스템은

카트리지, 및 상기 카트리지를 수용하게 되는 추출 장치를 포함하며,

- 상기 카트리지는 카트리지 내의 유체의 압력 효과 하에서 천공될 수 있는 음료 전달 벽,

카트리지 내로 유체를 주입하기 위한 벽, 및

닙 영역을 포함하며,

- 상기 추출 장치는 유체 주입 수단을 포함하는 주입 케이지, 및

카트리지 내 유체의 압력 효과 하에서 카트리지의 전달 벽을 천공시키기 위한 천공 수단을 포함하는 카트리지 지지부를 포함하며,

상기 주입 케이지와 상기 카트리지 지지부는, 주입 전에 카트리지 주위에 그들을 폐쇄시키는 폐쇄 장치에 의해 서로에 대해 이동되고, 또한 상기 닙 영역에서 카트리지를 트랩하도록 되어 있으며,

주입 케이지는 기부, 및 상기 기부에 대해 축선방향으로 이동할 수 있도록 장착되는 폐쇄 피스톤 유닛을 포함하며,

상기 폐쇄 피스톤 유닛은 시스템이 압력을 받는 경우, 주입 케이지 및 카트리지 지지부가 서로에 대해 개방되는 것을 방지하는 클램핑력을 일으키도록, 카트리지의 닙 영역에 대한 유체 압력 효과 하에서 기부에 대해 이동할 수 있다.

본 발명에 따라서, 카트리지 시일은, 장치에서 트랩될 때 변형될 수 있는 두께의 재료를 형성한다.

바람직하게는, 시일은 시일이 카트리지의 닙 영역에서 접촉하는 카트리지 지지부 보다 더 연성이며, 또한 피스톤 유닛의 닙 표면 보다 더 연성이다. 예컨대, 지지부는 전형적으로 카트리지의 닙핑 엣지이다. 피스톤 유닛의 닙 표면은 폐쇄력과 유체의 열의 작용 하에서 변형되지 않는 금속 또는 플라스틱과 같은 강성 재료로 형성될 수 있다.

시일의 두께는 바람직하게는 0.8 ㎜ 이하, 더 바람직하게는 0.2 ~ 0.6 ㎜ 이다. 이 정도의 시일의 두께는 장치에서 시일의 사용을 회피하는 것을 가능하게 하며, 동시에 고압, 예컨대 12 ~ 20 바의 압력을 견딜 수 있는 동적 밀봉을 제공한다.

카트리지 시일은 카트리지 케이지의 닙 표면에서 가능한 개방을 보상하기 더 쉽도록 탄성인 변형가능한 재료로 만들어질 수 있다. 시일을 위한 변형가능한 재료의 예는 TPE (열가소성 엘라스토머), LSR (액상 실리콘 고무), 실리콘 또는 EPDM 과 같은 엘라스토머 재료를 포함할 수 있다.

일부 경우, 시일은 합성 섬유, 셀룰로오스, 폼, 플라스틱 또는 매스틱 (mastic) 과 같이 변형가능하지만 조금 탄성적인 재료로 만들어질 수도 있다.

시일은 미리제조되어 임의의 연결 방식에 의해 카트리지에 조립될 수 있는 요소일 수 있고, 대안적으로 카트리지와 함께 제조될 수 있다. 시일은 카트리지에 조립되는 O 링 시일일 수 있다. 시일은 접합, 용접 또는 임의의 다른 연결 수단에 의해 카트리지에 고정될 수 있다. 시일은 현장에서 액상의 형태로 증착되어, 중합될 수 있고, 또는 카트리지의 재료에 따라 공동 인젝션 또는 오버 인젝션될 수 있다. 시일은 또한 카트리지의 벽의 일체 부분을 형성할 수 있고, 동일한 재료 예컨대 플라스틱으로 만들어질 수 있다.

추출 장치와 관련하는 한, 이 장치는 기부와 폐쇄 피스톤 유닛을 포함하는 주입 케이지를 포함한다. 폐쇄 피스톤 유닛은 주입시 유체의 작용 하에서 기부에 대해 이동될 수 있다.

주입 케이지는 일반적으로 카트리지의 외형을 적어도 부분적으로 수용하도록 설계된 형상의 내부 추출 캐비티, 유체를 이 캐비티에 공급하는 적어도 1 개의 유체 공급 덕트, 카트리지 내로 유체가 도입될 수 있도록 카트리지를 개방시키는 구멍뚫기 요소와 같은 적어도 1 개의 개방 수단을 포함한다.

"유체"는 고온수에 더 명확하게 관련되지만, 식음료와 같은 다른 액체의 이용이 제외되지는 않는다.

일 양태에 따르면, 피스톤 유닛은 기부에 대해 그와 동축선 방향으로 이동할 수 있도록 장착되며, 상기 유닛은 기부와 함께, 팽창될 수 있는 체적의 압력 챔버를 형성하며, 유체의 효과 하에서 압력 챔버가 팽창하면 카트리지를 향해 뒤로 상기 피스톤 유닛이 구동되며, 상기 피스톤 유닛은 이 피스톤 유닛에 유체에 의해 가해지는 추력의 효과 하에서 카트리지 닙 영역에 있는 카트리지 시일에 대해 폐쇄력을 가하는 닙 표면을 포함한다.

본 발명의 일 양태에 따라서, 압력 챔버와 외부 사이에 밀봉을 제공하기 위해, 적어도 1 개의 밀봉 수단이 피스톤 유닛과 기부 사이에 제공된다.

본 발명의 다른 양태에 따라서, 탄성적으로 변형가능한 비압축성 탄성 추력 수단이 압력 챔버에 제공되어 적어도 부분적으로 압력 챔버를 점유하고, 이 탄성 수단은 유체에 의해 변형되어 피스톤 유닛의 작용에 대해 축선방향 추력을 가할 수 있도록 압력 챔버 내에 위치된다. 가능한 일 실시예에 따라서, 탄성 수단은 압력 챔버가 휴지 위치에 있는 경우 압력 챔버를 완전히 점유한다. 그 목적은 탄성 수단으로 압력 챔버의 공간을 대체하여 압력 챔버에서 유체에 의해 점유되는 공간을 감소시키는 것이다. 탄성 추력 수단은 가압된 유체에 의해 가해지는 힘을 흡수하여, 피스톤 유닛에 그 힘을 전달한다. 그 장점은 폐쇄력을 더 잘 제어할 수 있고 (예컨대, 다른 경도의 재료를 제공하여), 유체 고임 영역을 감소시키고, 또한 커피 분말과 같은 식품 잔류물로 압력 챔버가 더러워지게 되는 것을 더 잘 방지하는 것이다.

따라서, 비압축성 탄성 추력 수단은 실리콘 재료 또는 일부 다른 엘라스토머로 형성될 수 있다. 이러한 재료의 경도는 요구되는 성능과 소망하는 전달될 폐쇄력에 적합하도록 조정된다.

가능한 일 실시예에 따라서, 비압축성 탄성 추력 수단은, 유체 압력이 가해지며 반경방향으로 형성된 제 1 표면, 및 피스톤 유닛에 축선방향 추력을 가하도록 횡방향으로 형성된 제 2 추력 표면을 포함한다.

가능한 일 실시예에 따라서, 밀봉 수단 및 탄성 수단은 하나의 동일한 요소이다.

폐쇄를 실행하기 위해 카트리지 외부에서 유체의 압력이 가해지는 피스톤 유닛의 (투영된) 추력면은 카트리지의 전달면보다 더 크다. 그 결과, 항상 추력면에 유리한 표면적의 비를 제공하면, 장치를 개방하려고 하는 분리력은 카트리지 주위에 장치를 폐쇄하는 힘보다 작게 유지된다. 바람직하게는, 추력면은 전달면의 크기의 약 1.2 ~ 2 배이다.

제 1 실시예에 따라서, 압력 챔버는 추출 캐비티의 연속부를 형성한다. 그러면 압력 챔버에는 추출 캐비티의 적어도 1 개의 개구 또는 채널을 통해 유체가 직접 공급된다. 압력 챔버는 바람직하게는 추출 캐비티의 환형 연속부이다.

이 경우, 피스톤 유닛은 추출 캐비티를 부분적으로 구성하여, 피스톤 유닛과 기부가 함께 추출 캐비티의 표면을 형성하게 된다. 이 경우, 기부는 추출 캐비티와 직접 연통하는 유체 공급 덕트를 포함한다. 기부는 또한 바람직하게는, 예컨대 추출 캐비티 내로 돌출하는 구멍뚫기 요소와 같은 적어도 1 개의 개방 수단을 포함한다. 피스톤 유닛은 바람직하게는 추출 캐비티의 아랫쪽 (닙) 부분을 구성한다. 피스톤 유닛은 카트리지의 외부 형상에 내부적으로 맞는 적어도 실질적으로 원통형 또는 원추대형인 부분을 포함한다. 이 경우, 압력 챔버는 추출 캐비티 주위에 위치되는 실질적으로 환형 챔버이며, 따라서 추출 캐비티를 반경방향으로 연장시킨다. 이러한 구성은 장치의 크기를 상당히 감소시킨다.

이 동일한 실시예에서, 유체는 추출 캐비티와 환형 압력 챔버 사이에서 반경방향으로 위치되는 다수의 개구 또는 채널에 의해 압력 챔버에 공급된다. 이와 같은 구성은 챔버 내에서의 균일한 압력의 증가와 그에 따라 닙 표면의 주변에 양호하게 분포되는 폐쇄력을 보장할 수 있게 한다. 예컨대, 채널이 스케일 또는 고형 커피 입자로 막힐 수 있는 것을 방지하기 위해, 채널은 개방형이며, 피스톤 유닛과 기부 사이의 엣지 중 하나에 배치된다. 이 경우, 피스톤 유닛이 점진적으로 기부로부터 멀어지게 이동하면, 개구 또는 채널은 더 커지게 되며, 따라서 챔버 공급면은 증가한다.

가능한 제 2 실시예에 따라서, 압력 챔버는 추출 캐비티의 상류에 있다.

이 경우, 피스톤 유닛의 캐비티가 기부에 대해 이동될 수 있도록, 피스톤 유닛은 카트리지를 수용하기 위한 추출 캐비티를 전체적으로 형성할 수 있다. 이 경우, 압력 챔버는 그 챔버의 상류에서 기부에 위치된 적어도 1 개의 유체 채널을 통해 공급을 받는다. 그러면 추출 캐비티 자체는 피스톤 유닛을 통해 형성된 적어도 1 개의 유체 채널을 통해 압력 챔버를 통해 공급받는다.

다른 장점에 따르면, 카트리지를 분리하는 수단이 제공되어 닙 영역에서 진공 효과를 회피한다. 이를 위해, 피스톤 유닛의 닙 표면은 바람직하게는 카트리지의 닙 영역을 트랩하기 위해 불연속적인 닙 부분을 형성한다.

특히, 피스톤 유닛의 닙 표면은 반경방향으로 신장하며 상기 불연속적인 부분을 분리하는 개방 홈을 포함한다. 개방 홈의 크기는 카트리지 시일의 크기에 따라 결정된다.

바람직하게는, 홈은 시일의 두께에 의해 보상될 수 있는 높이로 되어 있으며, 그 높이는 시일의 두께보다 작다. 바람직하게는, 홈 (H) 의 높이는 시일 두께의 2/3 미만이며, 바람직하게는 시일 두께의 약 절반이다. 예컨대, 홈의 높이는 약 0.1 ~ 0.4 ㎜ 이다. 홈 폭은 또한 바람직하게는, 0.8 ~ 3 ㎜ 이다.

추출 장치는 압력이 증가하기 전에 카트리지 주위에 주입 케이지 및 추출 지지부를 폐쇄하기 위한 폐쇄 장치와 연관된다. 이 폐쇄는, 유체가 카트리지를 가압하기 전에 어느 정도의 폐쇄력이 상기 폐쇄 장치에 의해 닙 영역에서 카트리지에 이미 가해지므로 "예비 폐쇄 (pre-closure)"로 생각될 수 있다. 폐쇄 장치는 기계식, 유압식 또는 수압 기계식 장치일 수 있다. 폐쇄 장치는 또한 수동으로 작동되는 시스템 또는 모터에 의해 작동되는 시스템일 수 있다.

첨부된 도면의 상세한 설명에 의해 본 발명은 더 잘 이해되며, 다른 특징은 명백해진다.

도 1 은 본 발명에 따른 추출 시스템의 부분 사시도로서, 제 1 작동 상태에서, 특히 추출 장치에 카트리지의 삽입시의 개방 모드에서의 시스템을 나타내고 있다.

도 2 는 도 1 에 따른 상태에서 시스템의 일부의 사시도이다.

도 3 은 도 2 와 유사하지만, 제 2 작동 상태에서, 특히 시스템이 가압되기 전에 폐쇄 모드에 있는 시스템을 나타내고 있다.

도 4 는 도 3 에 따른 폐쇄 상태에 있는 시스템의 상세 단면도이다.

도 5 는 제 3 의 작동 상태에서 있는, 특히 시스템이 압력하에 있을 때의 추출 시스템의 단면 사시도이다.

도 6 은 추출 압력 하에서 시스템 (카트리지 막 없음) 의 상세 사시도이다.

도 7 은 개방하고 추출 장치 내로 카트리지가 삽입되는 모드에서 본 발명을 나타내는 제 2 실시예에 따른 추출 시스템의 단면의 측면도이다.

도 8 은 기계적으로 폐쇄된 후, 시스템이 가압되기 전의 시스템의 상세 단면도이다.

도 9 는 시스템이 가압될 때의 시스템의 상세 단면도이다.

도 10 은 기계적으로 패쇄된 후, 시스템이 가압되기 전의 제 3 실시예의 상세한 단면도이다.

도 11 은 시스템이 가압되어진 경우의 도 10 의 실시예에 따른 상세 단면도이다.

도 1 및 도 2 를 참조하면, 비한정식 예로 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 추출 시스템 (1) 은 음료를 제조하기 위해 식품 성분을 포함하는 카트리지 (3) 가 장착되어 있는 추출 장치 (2) 로 이루어진다.

제조는 통상적으로 카트리지 내로 가압된 유체를 주입하고, 그 유체의 압력 하에서 성분을 추출하여 이루어진다. 카트리지는 일회용 카트리지이므로, 사용된 카트리지는 일반적으로 버려지거나 재활용된다. 그 후, 새로운 카트리지가 장치 내로 삽입된다.

"장치-카트리지" 조립체는 본 출원의 명세서에서 "추출 시스템"으로 알려져 있다. 상세한 설명 후에 명백해 질 바와 같이, 장치 및 카트리지는 하나가 없으면 작동될 수 없으며, 또한 음료를 형성하기 위한 액상 추출물을 추출하기 위해 서로 상보적이게 물리적으로 상호작용하는 수단을 구성한다.

이러한 추출 장치는 주입 케이지 (4) 와 카트리지 지지부 (5) 를 포함하는 조립체이다. 주입 케이지와 카트리지 지지부는 카트리지 (3) 주위를 폐쇄하도록 서로에 대해 이동될 수 있다. 이 경우, 주입 케이지 (4) 는 이동식 상부 구조체 (6A) 에 장착되며, 카트리지 지지부 (5) 는 고정된 하부 구조체 (6B) 에 장착되고, 상부 구조체는 관절부 (7) 의 축선에 대한 회전 운동을 통해 하부 구조체에 더 가까이 이동한다. 반대의 경우도 기대될 수 있는데, 즉 카트리지 케이지가 고정되고, 카트리지 지지부가 이동될 수도 있으며, 대안적으로는 두 부품이 서로를 향해 이동되는 것도 기대될 수 있다. 주입 케이지와 카트리지 지지부의 폐쇄를 지배하는 역학적 구성에는 다양한 가능한 예가 있다. 실제로, 부품이 (비선형 곡선이 아닌) 선형 경로로 서로 더 가까이 이동하는 역학적 구성은 하나의 가능한 예이다.

주입 케이지는 카트리지 내로 가압된 유체를 주입하는 수단을 포함하는 부품 을 의미한다. 이러한 수단은 일반적으로 적어도 1 개의 주 유체 공급 덕트 (8) 와 카트리지 개방 수단을 포함한다. 개방 수단은 예컨대, 유체를 유입하도록 카트리지에 1 이상의 개구를 생성하는 역할을 하는 구멍뚫기 요소 (9) 일 수 있다. 구멍뚫기 수단은 도시된 바와 같이 덕트 (8) 와는 별개의 것일 수 있다. 그 수단은 예컨대 날, 바늘 또는 스파이크의 형태의 요소일 수 있다. 일 변형예에서, 덕트는 이와 같은 구멍뚫기 요소를 통해 이어질 수 있다. 다른 개방 수단이 카트리지의 특성에 따라 기대될 수 있다.

주입 케이지는 폐쇄시 카트리지의 주입면을 수용하는 내부 캐비티 (10) 를 갖는다. 내부 캐비티 (10) 는 카트리지의 형상에 따라 깊이가 변할 수 있다. 케이지의 자유 단부는 닙 표면 (11) 을 갖는다. 주입 케이지는, 장치에 유체를 공급하기 위한 시스템 (도 1 에서 간단함을 목적으로 일부만 나타냄) 에 연결된다. 유체 공급 시스템은 요구되는 추출 온도에서 유체를 전달하기 위해 일반적으로 물 탱크, 압력 펌프, 유체 전달 덕트 및 써모블럭 (thermoblock) 과 같은 물 가열기를 포함한다. 펌프는 수 바 (bar) 의 정적 압력을 일으킬 수 있는 전자기적 피스톤 펌프 또는 어떤 다른 종류의 등가의 펌프일 수 있다.

카트리지 지지부 (5) 는 카트리지의 압력 증가 효과 하에서 카트리지가 천공되게 하는 추출 표면 (60) 을 포함한다. 이를 위해, 이 표면은 카트리지를 천공하는 수단을 형성하는 적어도 1 개의 양각 (relief), 바람직하게는 일련의 양각 (12) 을 갖는다. 이 양각은 카트리지의 종류와 요구되는 추출 조건에 따라서 형상이 다를 수 있다. 실시예에서, 각 양각은 절두 피라미드형이다. 액상 추출물이 유동할 수 있는 채널 (61) 의 네트워크가 양각의 구조 사이에 형성되어, 액체는 용기 (컵 등) 에 수집될 수 있다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템에 따른 카트리지 (3) 는 카트리지가 장치 내로 삽입되거나 배치되는 경우 폐쇄될 수 있는 주입 벽 (13) 을 갖는다. 이 주입 벽은 접시형 본체 (14; 예컨대 절두 원뿔의 형상임) 에 형성될 수 있다. 카트리지는, 개구가 지지부의 추출 표면의 천공 수단 (12) 에 의해 형성되면 추출물이 유동될 수 있는 운반 벽 (15) 을 갖는다. 이러한 벽 (15) 은 알루미늄, 플라스틱 또는 플라스틱/알루미늄 적층체로 만들어진 막일 수 있으며, 천공될 수 있다. 예컨대, 상기 벽은, 카트리지, 성분 및 막의 두께에 따라 6 ~ 20 bar 일 수 있는 압력으로 양각 (12) 과 접촉시 그 파열 응력에 도달하게 되면 찢어지는 십분의 수 미크론 두께의 알루미늄 포일이다. 카트리지의 본체는 알루미늄, 플라스틱 또는 알루미늄-플라스틱 적층체와 같은 강성 또는 반 강성 재료로 만들어질 수 있다.

카트리지는 닙 영역 (16) 을 포함하며, 장치가 카트리지 상에 폐쇄되면 카트리지는 이 닙 영역을 통해 트랩 (trap) 된다. 트랩은 주입 케이지 (4) 와 추출 지지부 (5) 를 서로 더 가까이 위치시키고, 그런 다음 상기 닙 영역 (16) 의 양 측에서 그들을 클램핑시켜 이루어진다. 닙 영역 (16) 은 카트리지의 주변을 반경방향으로 둘러싸는 가장자리로 형성된다. 그 가장자리는 적어도 부분적으로 카트리지의 본체로 형성될 수 있다. 막 (15) 은 밀봉 또는 용접에 의해 닙 영역 (16) 에서 가장자리의 아래 측과 결합될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따라서, 닙 영역은 가장자리의 전부 또는 일부를 점유하는 시일 (17) 형태의 밀봉 수단을 포함한다. 이 시일 (17) 은 바람직하게는 비교적 연성이며 림 (rim) 에 대해 부착되거나 고정되는 변형가능한 재료로 만들어진 요소이다. 비교적 연성인 재료는, 이하 설명될 바와 같이 적어도 닙 표면에서 주입 케이지의 개방을 보상하도록 변형될 수 있는 재료를 의미하는 것으로 이해된다. 바람직하게는, 시일은 엘라스토머와 같은 탄성 재료로 만들어진다. 시일의 두께는 바람직하게는 0.8 ㎜ 이하이다.

시일의 형상은 압력이 상승함에 따라 크립되도록 하여 최소 양의 재료를 이용하여 더 우수한 시일을 제공하도록 설계될 수 있다. 도시된 실시예에서, 시일은 림의 자유 단부에서보다 카트리지의 본체 (14) 의 벽을 향하는 림에서 더 두꺼운 두께를 가져, 캐비티와 카트리지의 벽에 대해 가압하는 유체의 압력 효과 하에서 재료가 외부를 향해 이동할 수 있게 된다. 측 벽 측의 시일의 두께는 약 0.5 ㎜ 일 수 있으며, 외측을 향해서 0 ~ 0.2 ㎜ 의 값까지 감소한다. 카트리지 림은 이미 알려진 바와 같이 이론적으로는 트랩핑력이 가해지지 않는 주름진 시임 (18) 에서 끝날 수 있다.

본 발명에 따라서, 주입 케이지는, 장치가 기계적으로 폐쇄된 후 닙 영역에대한 폐쇄력을 증가시키는 방식으로 가압되도록 설계된다. 이를 위해, 주입 케이지는 기부 (19) 와 제어된 운동을 할 수 있게 기부에 대해 축선방향으로 장착되는 피스톤 유닛 (20) 을 포함한다. 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 피스톤 유닛은 기부 (19) 에 형성된 홈 (22) 내에 끼워지는 측면 림 (21) 을 포함한다. 림/홈 조립체는 체적이 팽창될 수 있는 압력 챔버 (23) 를 규정한다. 이 챔버는 림/홈 계면의 외측에 대해 챔버를 밀봉하는 탄성 블록과 같은 밀봉 수단 (24) 에 의해 부분적으로 점유될 수 있다. 유체는 개시 채널 또는 채널 (25) 에 의해 내부 추출 캐비티로부터 챔버 내로 이송된다. 이 채널은 예컨대, 캐비티의 상부를 형성하는 기부와 피스톤 유닛이 만나는 라인 (26) 에 형성된다. 도시된 예에서, 개시 채널은 캐비티를 향해 넓어지는 노치를 형성하며, 피스톤 유닛 (20) 의 상부 림에 위치된다. 개시 채널은 적어도 부분적으로 기부의 하부 림에 형성될 수도 있다. 챔버의 가압을 조절하고, 피스톤이 기부를 따라 가능한 선형으로 이동하도록 하기 위해, 채널 및 개시 채널 (25) 은 반경방향으로 배치되며, 캐비티의 주변에 균등하게 분포된다.

장치는 또한 액상 추출물을 수집하고 전달하기 위한 수단 (27) 을 포함하며, 이 수단은 추출 지지부의 하류에 위치된다 (도 1 및 도 5). 이러한 수단은 이미 알려진 바와 같이 예컨대, 깔때기 형상 수집기와 제트-조정 요소를 포함하다.

장치에는 이미 공지된 바와 같이 기계적인 폐쇄 장치 (28) 가 장착된다. 이러한 장치는 본 출원에서는 상세하게 설명될 필요가 없다. 이는 주입 케이지를 지지하는 구조체에 수동 레버 (29) 또는 모터 (도시되지 않음) 로부터 동력을 전달하는 기구에 기초한다. 이러한 기구는 예컨대, 특허 출원 EP 1090574 또는 선택적으로 EP 1495702 에서 기재된 것과 같은 랫치 록 레버의 원리를 이용하는 기구일 수 있다. 이는 캠 기구, 전자기장 (솔레노이드) 를 포함하는 기구, 및/또는 유압 기구일 수 있다.

도 3 및 도 4 는, 장치가 폐쇄 장치 (28) 를 이용하여 카트리지 주위에 폐쇄된 후의 추출 시스템을 나타낸다. 레버 (29) 는 카트리지의 닙 영역 (16) 이 견고하게 트랩될 때까지 추출 지지부에 더 가까이 주입 케이지 (4) 를 이동시키도록 작동된다. 이 작동 상태에서, 캐비티가 카트리지를 향해 이동하여, 구멍뚫기 요소 (9) 가 카트리지 (3) 의 주입 벽을 통과하게 된다.

도 4 에 도시된 바와 같이, 피스톤 유닛은 그 자유 단부 (30) 쪽으로 닙 표면 (11) 에 의해 연장되어 있는데, 이 닙 표면은 기계적 패쇄의 결과로 카트리지 시일에 클램핑력을 가하게 된다. 시일은 이미 예압되어 있고, 어느 정도로 압축되어 있다. 추출 지지부는 림을 트랩하고 상기 영역에서 카트리지를 움직이지 못하게 하기 위해 대향력을 일으키는 역할을 한다.

바람직하게는, 닙 표면 (11) 은 추출 캐비티에 의해 형성된 회전면의 축선 (Ⅰ) 에 대해 반경 방향으로 이어지는 홈 (31) (도 1) 을 사이에 한정하는 불연속적인 닙부를 갖는다. 홈 (31) 의 수는 다양할 수 있지만, 바람직하게는 10 개보다 많으며, 더 바람직하게는 20 개보다 많다. 홈은 바람직하게는 닙 표면의 전체 주변부에 분포되어 있다.

바람직하게는 또한, 피스톤 유닛의 단부는 서로를 향해 모여 비교적 좁은 국부적인 표면 (11) 을 형성하는 내부 엣지 (32) 및 외부 엣지 (33) 를 갖는 닙 표면에서 끝난다. 닙 표면 (11) 의 폭은 바람직하게는 1 ㎜ 이하이다. 마찬가지로, 닙 표면은 바람직하게는 가장자리의 자유 엣지보다 카트리지의 본체의 측벽에 더 까가이 힘을 가한다. 닙 표면의 좁은 폭은, 국부적으로 더 높은 힘이 가 해질 수 있음을 의미하고 또한 우수한 밀봉을 보장하는 동시에 시일의 두께 및/또는 폭을 최소화할 수 있게 해준다. 바람직하게는, 내부 엣지 (32) 는 외부 엣지 (33) 의 각 (B) 보다 더 작은 각 (A) 을 만든다 (각 (A) 및 각 (B) 는 축선 (I) 에 대한 것임). 각 (A) 은 바람직하게는 5 ~ 10 도이며, 각 (B) 은 30 ~ 60 도이다.

도 3 및 도 4 의 작동 상태에서, 아직 유체는 덕트를 통해 주입되지 않았으며 피스톤 유닛은 후퇴 위치에 있다. 압력 챔버 (23) 에는 아직 유체 압력이 가해지지 않았다.

도 5 및 도 6 은 추출 단계를 적절하게 나타내고 있다. 주입 유체는, 카트리지 (3) 와 내부 캐비터의 압력이 증가할 때까지, 장치의 펌프에 의해 공급 덕트 (8) 를 통해 보내진다. 피스톤 유닛이 시일과 카트리지의 림에 대해 폐쇄되는 경우, 가압된 유체는 개시 덕트를 통해 그리고 집합 라인 (26) 을 따라서, 캐비티, 카트리지 및 압력 챔버를 채운다. 압력 챔버는 캐비티와 카트리지의 유체의 가압 효과 하에서 팽창한다. 압력 챔버의 축선 방향 투영면은 카트리지의 전달면보다 상당히 크며, 이는 피스톤 유닛에 의해 닙 표면에 가해지는 클램핑력이 닙 영역에서 내부 캐비티 측 (카트리지의 벽과 캐비티 사이) 에 가해지는 분리력보다 항상 높게 유지된다는 것을 의미한다. 따라서, 생성된 밀봉은 추출 과정 전체를 통해 유지된다.

추출 과정시, 밀봉이 유지되는 사실에 의해, 양각에 대해 막에 가해지는 압력이 소정 값 (카트리지에 따라서 약 6 ~ 20 bar 의 범위) 에 도달하면, 막 재료의 파열 응력에 도달하여 양각에 대한 막의 찍어짐을 일으킨다. 따라서, 막은 제어되고 국부적인 방식으로 찢어져, 양각의 모서리에서 개구를 형성한다. 어떤 경우, 카트리지의 커피층의 가능한 압밀에 의해 카트리지의 압력은 계속해서 상당히 증가한다. 추출물은 막과 양각에 의해 여과된다. 추출물은, 지지부의 측면을 통해 그리고/또는 그 측면에 형성된 구멍 (도면 번호는 없음) 까지 추출 지지부의 채널에서 수집된다.

도 7 및 도 9 는 주입 케이지 (40) 가 기부 (42) 에서 축선방향으로 안내되는 피스톤 유닛 (41) 으로 형성되는 다른 가능한 실시예를 나타내고 있는데, 상기 피스톤 유닛 (41) 은 내부 캐비티 (43) 를 완전하게 형성한다. 카트리지 (3) 는 이전의 실시예의 시스템과 동일하다.

주입 케이지 (40) 는, 개방 위치 (도 7) 와 기계적으로 폐쇄된 위치 (도 8) 사이에서 움직일 수 있도록 장착된다. 따라서, 주입 케이지는 운동시 구조체의 측에 형성된 안내 수단 (45) 에 의해 잡혀 안내되고, 이 안내 수단은 케이지 안내 수단 (예컨대, 리브/홈 조립체) 을 보충하여 주입 케이지가 폐쇄 장치 (46) 의 작동에 의해 한 위치에서 다른 위치로 이동할 수 있게 된다. 폐쇄 장치는 예컨대, 랫치 잠금 레버 유형이며, 레버 또는 모터 (도시되지 않음) 에 의해 작동된다. 카트리지 지지부 (47) 가 제공되고, 주입 케이지 (40) 가 폐쇄되고 카트리지의 닙 영역 (16) 이 트랩되는 경우, 카트리지는 그 카트리지 지지부에 대해 위치된다.

카트리지 지지부 (47) 는 카트리지의 전달면을 개방하기 위한 양각 (48) 의 구조체 (이전의 실시예와 동일함) 를 포함한다.

이전과 같이, 이동 피스톤 유닛 (41) 은 카트리지 시일 (17) 에 압력을 가하는 견고한 닙 표면 (49) 을 갖는다.

도 8 에 도시된 바와 같이, 피스톤 유닛은 유체 통로와 피스톤 유닛과 기부 사이에서 압력 챔버 (56) 의 생성을 위한 개시 채널로서 작용하는 반경방향 홈 (50) 을 포함한다. 이 홈 (50) 은 피스톤 유닛에서 형성된 중심 공급 덕트 (51) 로부터 신장되어 있다. 중심 덕트 (51) 는 기부 (42) 에 형성된 마스터 공급 덕트 (52) 와 연통하며, 이 공급 덕트 자체는 더 상류에 위치된 압력 유체 공급 수단 (펌프, 물 가열기 등) 에 의해 공급을 받는다.

O 링 시일과 같은 시일 (53) 이 또한 외부 누출을 방지하기 위해 기부와 피스톤 유닛 사이에 제공된다. 이를 위해, 피스톤 유닛은 O 링 시일이 장착되는 환형 홈을 포함한다. 마찬가지로, 피스톤 유닛의 이동은 기부와 그 유닛 사이의 정지 수단에 의해 제어된다. 이 정지 수단은 예컨대 기부의 슬록 (55) 에서 움직이는 페그 (54; peg) 이다. 이는 기부로부터 피스톤 유닛이 분리되는 것을 방지할 수 있다.

주입 케이지의 피스톤 유닛 (41) 은 카트리지의 주입면에 구멍을 뚫는 수단 (62) 이 형성되는 폐쇄 단부를 포함하는 벨 (bell) 형상이다.

도 8 의 작동 상태에서, 주입 케이지는 폐쇄 수단 (46) 에 의해 카트리지와 추출 지지부에 대해 폐쇄된다. 단지 피스톤 유닛의 닙 표면 (49) 의 기계적 압력만이 카트리지 시일 (17) 에 가해진다.

도 9 의 작동 상태에서, 시스템은 유체로 가압되고, 피스톤은 후방으로 구동 되어, 카트리지 시일 (17) 에 추가의 클램핑력을 가하게 된다.

도 10 및 도 11 은, 압력 챔버가 비압축성 탄성 추력 수단 (57) 에 의해 점유되는 다른 대안적인 형태를 나타내고 있다. 이 수단은 후퇴 위치 (즉, 가압이 실행되기 전임) 에서 압력 챔버를 점유한다. 비압축성 탄성 추력 수단 (57) 은 유체 압력이 가해지며 반경방향으로 형성된 제 1 표면 (58), 및 피스톤 유닛 (41) 에 축방향 추력을 가하기 위해 횡방향으로 형성된 제 2 추력 표면 (59) 을 포함한다. 추력 표면 (58) 은 유체가 내부 캐비티에 전달되도록 유닛을 통과하는 팽창 덕트 (70) 를 한정한다. 표면 (58) 의 반대측에 있는 유닛의 외부면은 피스톤 유닛의 내부면에 의해 차단된다. 따라서, 유닛은 변형되는 경향이 있어, 축선방향 추력을 가한다.

이와 같은 비압축성 탄성 추력 수단은 변형가능하지만 비교적 비압축성의 재료의 블록일 수 있다. 블록이 실리콘 엘라스토머와 같은 변형가능한 재료로 만들어지고, 압력 챔버의 전체 부피를 실질적으로 차지하기 때문에, 그 블록은 휴지 위치 (도 10) 로부터 덕트 (70) (도 11) 의 실질적인 반경 방향으로 변형 추력을 경험하게 된다. 유체 압력이 가해지는 초기 추력 표면은 엘라스토머 블록의 내부 환형 표면의 크기와 실질적으로 동일하다. 따라서, 유체로부터의 추력은 실질적으로 반경방향이다. 이와 같은 블록은 비압축성이므로, 축선방향 추력이 유체의 반경방향 추력에 수직하게 흡수되어 닙 영역 (16) 의 방향으로 피스톤 유닛에 가해지도록, 상기 블록의 외부면은 피스톤 유닛 내부면과 끝면에 대해 압축된다. 따라서, 피스톤 유닛 (41) 은 닙 영역을 향해 이동하여, 시일 (17) 에 대 해 피스톤 유닛이 폐쇄되도록 하는 힘을 가하게 된다.

일반적으로, 본 발명에는 폐쇄력을 줄이기 위해 추출 장치를 폐쇄하기 위한 어떠한 기계적 장치에도 적용될 수 있다. 예컨대, 폐쇄력의 감소로 인해 수동식 폐쇄 장치 (레버 등) 대신에 모터를 사용하는 것이 가능하게 된다. 전술한 유압 수단에 의해 제공되는 보조에 의해, 기계적 폐쇄를 위해 필요한 힘은 상당히 감소된다. 이 적용은 시일이 있거나 없는 카트리지를 사용하는 추출 시스템에서 생각될 수 있다. 시일이 없는 카트리지의 경우, 밀봉은 주입 케이지에 형성된 시일에 의해 제공되어야 한다.

Claims (24)

1. 압력 하에서 카트리지로 내로 주입되는 유체를 이용하여 상기 카트리지로부터 음료를 제조하는 추출 시스템 (1) 으로서,

   카트리지 (3), 및 상기 카트리지를 수용하게 되는 추출 장치 (2) 를 포함하며,

   - 상기 카트리지 (3) 는 카트리지 내의 유체의 압력 효과 하에서 천공될 수 있는 음료 전달 벽 (15), 카트리지 내로 유체를 주입하기 위한 벽 (13), 및 닙 영역 (16) 을 포함하며,

   - 상기 추출 장치 (2) 는 유체 주입 수단 (8, 9, 51, 52, 62, 70) 을 포함하는 주입 케이지 (4, 40), 및 카트리지 내 유체의 압력 효과 하에서 카트리지의 전달 벽 (15) 을 천공하기 위한 천공 수단 (12, 60) 을 포함하는 카트리지 지지부 (5, 48) 를 포함하며,

   상기 주입 케이지 (4, 40) 와 상기 카트리지 지지부 (5, 48) 는, 주입 전에 카트리지 주위에 그들을 폐쇄시키는 폐쇄 장치 (28, 46) 에 의해 서로에 대해 이동되고, 또한 상기 닙 영역에서 카트리지를 트랩하도록 되어 있는 상기 추출 시스템에 있어서,

   주입 케이지 (5, 48) 는 기부 (19, 42), 및 상기 기부에 대해 축선방향으로 이동할 수 있도록 장착되는 폐쇄 피스톤 유닛 (20, 41) 을 포함하며, 상기 폐쇄 피스톤 유닛 (20, 41) 은, 시스템이 압력을 받는 경우 주입 케이지 및 카트리지 지지 부가 서로에 대해 개방되는 것을 방지하는 클램핑력을 일으키도록, 카트리지 (16) 의 닙 영역에 대한 유체 압력 효과 하에서 기부 (19, 42) 에 대해 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 추출 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 카트리지는, 이 카트리지에 속하거나 카트리지에 부착되며 피스톤 유닛 (20, 41) 의 클램핑력이 가해지는 밀봉 수단 (17) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 추출 시스템.
3. 제 2 항에 있어서, 카트리지 밀봉 수단 (17) 은 변형가능한 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 추출 시스템.
4. 제 3 항에 있어서, 카트리지 밀봉 수단 (17) 은 0.8 ㎜ 이하의 두께의 시일인 것을 특징으로 하는 추출 시스템.
5. 제 4 항에 있어서, 카트리지 밀봉 수단 (17) 은 약 0.2 ~ 0.6 ㎜ 의 두께의 시일인 것을 특징으로 하는 추출 시스템.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 피스톤 유닛은 1 ㎜ 이하의 폭의 닙 표면 (11) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 추출 시스템.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 주입 케이지 (4, 48) 는 적어도 부분적으로 카트리지를 수용하도록 설계된 형상의 내부 추출 캐비티 (10, 43) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 추출 시스템.
8. 제 7 항에 있어서, 캐비티 (10, 43) 는 적어도 1 개의 유체 공급 덕트 (8, 51) 및 가능하다면 적어도 1 개의 개방 요소 (9, 62) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 추출 시스템.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 주입 케이지는 압력 챔버 (23, 56) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 추출 시스템.
10. 제 9 항에 있어서, 압력 챔버 (23, 56) 는 탄성 추력 수단에 의해 적어도 부분적으로 점유되는 것을 특징으로 하는 추출 시스템.
11. 제 10 항에 있어서, 압력 챔버 (23, 56) 는 휴지시 완전히 탄성 추력 수단 (57) 에 의해 점유되는 것을 특징으로 하는 추출 시스템.
12. 제 9 항, 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 압력 챔버 (23) 는 추출 캐비티 (10) 의 연장부를 형성하는 것을 특징으로 하는 추출 시스템.
13. 제 12 항에 있어서, 압력 챔버 (23) 는 추출 캐비티 (10) 의 환형 연장부를 형성하는 것을 특징으로 하는 추출 시스템.
14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 압력 챔버 (23) 는 적어도 1 개의 개구 또는 채널 또는 개시 채널 (25) 을 통해 추출 캐비티 (10) 와 연통하는 것을 특징으로 하는 추출 시스템.
15. 제 14 항에 있어서, 추출 캐비티 (10) 와 압력 챔버 (23) 사이에서 반경방향으로 위치되는 다수의 개구 또는 채널 또는 개시 채널 (25) 에 의해 유체가 압력 챔버에 공급되는 것을 특징으로 하는 추출 시스템.
16. 제 9 항, 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 압력 챔버 (56, 58) 는 추출 캐비티 (43) 의 상류에 있는 것을 특징으로 하는 추출 시스템.
17. 제 9 항, 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 비압축성 탄성 추력 수단은 덕트 (70) 를 한정하는 엘라스토머 또는 실리콘 블록인 것을 특징으로 하는 추출 시스템.
18. 제 17 항에 있어서, 비압축성 탄성 추력 수단 (57) 은 압력 챔버 내에 있으며, 또한 유체 압력이 가해지며 덕트 (70) 에 대해 반경방향으로 형성된 제 1 표면 (58), 및 피스톤 유닛 (41) 에 축방향 추력을 가하도록 횡방향으로 형성된 제 2 추력면 (59) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 추출 시스템.
19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 피스톤 유닛의 닙 표면 (11) 은 카트리지의 닙 영역을 누르는 불연속적인 압력면 부분을 형성하는 것을 특징으로 하는 추출 시스템.
20. 제 18 항에 있어서, 피스톤 유닛은 반경방향으로 신장하며, 상기 불연속 닙 부분을 분리시키는 개방 홈 (31) 을 포함하는 닙 표면 (11) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 추출 시스템.
21. 카트리지를 수용하게 되는 추출 장치 (2) 로서,

    유체 주입 수단 (8, 9, 51, 52, 62, 70) 을 포함하는 주입 케이지 (4, 40), 및

    카트리지 지지부 (5, 48) 를 포함하며,

    상기 주입 케이지 (4, 40) 및 상기 카트리지 지지부 (5, 48) 는, 폐쇄 장치 (28, 46) 에 의해 주입 전에 카트리지 주위에 폐쇄되는 모드에서 서로에 대해 이동되고, 닙 영역에서 카트리지를 트랩하도록 되어 있는 상기 추출 장치에 있어서,

    주입 케이지 (5, 48) 는 기부 (19, 42), 및 상기 기부에 대해 축선방향으로 이동할 수 있도록 장착되는 폐쇄 피스톤 유닛 (20, 41) 을 포함하며,

    상기 폐쇄 피스톤 유닛 (20, 41) 은, 압력 발생 동안 주입 케이지 및 추출 지지부가 서로에 대해 개방되는 것을 막는 클램핑력을 일으키도록, 카트리지의 닙 영역에서 유체에 의해 가해지는 압력에 의해 기부 (19, 42) 에 대해 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 추출 장치.
22. 제 21 항에 있어서, 주입 케이지는 압력 챔버 (23, 56) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 추출 장치.
23. 제 22 항에 있어서, 압력 챔버는 비압축성 탄성 추력 수단 (57) 에 의해 적어도 부분적으로 점유되는 것을 특징으로 하는 추출 장치.
24. 제 22 항에 있어서, 피스톤 유닛은 1 ㎜ 보다 작은 폭의 닙 표면 (11), 및 반경방향 홈 (31) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 추출 장치.

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