KR20100121529A - 원심력을 이용하여 셀로부터 액체 추출물을 조제하는 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

원심력을 이용하여 액체를 재료를 통해 지나가게 함으로써 셀로부터 액체 식료품을 조제하는 방법으로서, 셀에 수용된 가스는 액체가 셀에 충전됨에 따라 셀로부터 제어가능하게 배기되는 방법.

Description

원심력을 이용하여 셀로부터 액체 추출물을 조제하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR PREPARING A LIQUID EXTRACT FROM A CELL USING CENTRIFUGAL FORCES}

본 발명은 물을 원심작용을 받는 셀에 수용된 재료를 통해 지나가게 함으로써 액체 추출물을 조제하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명은 커피 등과 같은 음료 추출물의 조제를 위한 것이다.

우려낸 커피 및 커피 분말로 구성되는 혼합물을 원심력으로 분리하여 음료를 조제하는 것이 알려져 있다. 이러한 혼합물은 온수와 같은 액체 및 커피 분말을 규정된 시간 동안 함께 둠으로써 획득된다. 그 후, 액체는 차폐 분말 재료가 존재하는 차폐물을 통과하도록 강제된다.

GB1506074 와 같은 특정 방법에서, 셀은 커피가 캡슐 안에 충전될 수 있게 하기 위한 큰 개구부를 포함한다. 그리고, 액체가 셀에 충전되고 셀은 회전된다. 통상적으로, 셀은 액체로 완전히 충전되지 않는데, 그렇지 않을 경우 액체는 작은 배출 오리피스에서 형성되는 압력의 구배로 인해 큰 개구부로부터 누출될 것이다.

EP079713 은, 필터 요소를 결합하여 실질적으로 폐쇄된 필터 셀을 형성하는 덮개를 가지는 유사한 원심 장치에 관한 것이다. 문제점은, 공기가 우려내기 작동의 시작시에 필터 및 억제 간극을 통해 충분히 신속하게 새어나갈 수 없는 경우, 셀 안에 공기 주머니가 형성될 수 있다는 점이다. 공기 주머니는 재료의 완전한 습윤 및/또는 추출에 불리할 수 있고 용적이 불충분한 셀 안에서 액체의 압력의 상승을 일으킬 수도 있다.

WO 2006/112691 은, 분말/물 혼합물을 공급하기 위한 슬릿 및 실린더와 피스톤 사이에 한정되어 있는 공간으로의 통로를 포함하는 다른 원심 장치에 관한 것이다.

상기 원심 시스템의 한가지 문제점은, 셀 안에 과도하게 많은 가스가 남아있는 경우, 제한된 용적의 액체가 셀 안으로 들어갈 수 있다는 점이다. 그러므로, 셀 안에는 원료가 적절하게 습윤되지 않는 영역이 있을 수 있다. 추출의 질은 결과적으로 부정적인 영향을 받는다. 특히, 분말형 원료가 적절히 습윤되지 않는 경우, 배출된 액체는 저조한 추출률, 즉 낮은 총 고체 함량 ("Tc") 을 격는다. 또한, 불충분한 양의 액체가 캡슐 안에 도입되는 경우, 액체가 셀을 떠나기 위한 원심 압력은 과도하게 상승될 것이고 따라서 액체 추출물이 캡슐을 떠나도록 하기 위해 과도하게 높은 회전 속도를 요구한다.

또한, 셀 안에 형성되는 배출 개구부가 너무 작거나 또는 배출이 심지어 배출 밸브에 의해 폐쇄될 수 있어, 가스의 용적이 이 개구부 또는 밸브로부터 정확하게 또는 적시에 배출될 수 없다.

그러므로, 본 발명의 일 목적은, 유출되는 가스 유동 및 원심 시스템으로 들어가는 액체 유동의 평형을 유지시켜, 셀 안의 원료를 습윤하고 셀에 액체를 넣는 것에 대한 문제점이 과도한 회전 속도의 도달 없이 해결될 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 배출된 액체의 우수한 추출 특성을 얻기 위해, 셀 안의 원료를 적절하게 습윤하고 습윤이 적절하게 완료되었을 때에 추출 사이클을 개시하는 것을 보장함으로써 최적화된 음료 조제 사이클을 달성하는 것이다.

다른 목적은, 청결하며, 장치를 더럽히고 그리고/또는 손상시킬 수 있는 고체 및/또는 액체의 누출 (예컨대, 회전 구동 수단의 볼-베어링으로의 유입 같은 것) 을 일으키지 않는 해결책을 제공하는 것이다.

이를 위해, 본 발명은, 원심력을 이용하여 액체를 재료를 통해 지나가게 함으로써 셀로부터 액체 식료품을 제조하는 방법에 관한 것으로, 셀에 수용된 가스는 액체가 셀에 충전됨에 따라 셀로부터 제어가능하게 배기 (purge) 된다.

따라서, 본 발명의 중심 원리의 한가지는 액체가 캡슐에 충전될 때 전용 가스 배기를 제공하는 것이다. 그러므로, 셀은 액체로 정확하게 충전될 수 있어 액체의 추출 전에 적절한 습윤을 보장한다.

바람직하게는, 가스의 방출은 적어도 하나의 전용 관을 통해 제어된다.

가스 방출의 제어는 상이한 수단에 의해 더 달성될 수도 있다.

일 모드에서, 가스 배기의 선택 제어는 밸브에 의해 추가로 실행된다. 밸브는, 가스가 선택적으로 새어나갈 수 있도록 설계되고 셀로부터 오는 액체를 정지시키는 밸브일 수 있다.

동일한 모드 또는 대안적인 모드에서, 가스 배기의 선택 제어는 셀의 회전 속도를 증가시킴으로써 추가로 실행된다. 회전 속도의 증가의 결과로서, 셀 안에서 원심력은 더 높아지고, 이는 액체 추출이 개시되게 한다.

가능한 모드에서, 배기 관(들)은 능동적으로 제어가능한 밸브, 즉 개방 및/또는 폐쇄를 위한 신호의 수신을 요구하는 밸브 없이 대기에 연결될 수도 있다.

바람직하게는, 결정된 용적의 액체가 셀에 충전된 후에 또는 미리결정된 시간이 경화한 후에, 가스 배기 관이 밸브에 의해 폐쇄되고 그리고/또는 회전 속도는 증가된다.

이를 위해, 가스 배기 개구부를 제어하기 위해 제어가능한 밸브가 제공될 수 있다. 그러므로, 가스는, 건조 분말을 수용하는 셀이 액체로 충전되기 시작할 때 그리고 충분한 양의 액체가 셀 안에 충전될 때까지 배기될 수 있다. 또한, 가스 배기는 적시에 정지될 수 있어, 충분한 액체가 셀 안에 충전되었을 때 액체 또는 고체가 가스 배기로부터 누출되는 것을 회피하기 때문에, 액체 누출의 위험은 감소될 수 있다.

특별한 모드에서, 셀에 충전되는 결정된 용적의 액체는 셀로의 액체 공급 회로에 배치된 유량계에 의해 측정될 수 있다. 셀의 용량이 달성되면, 즉 셀이 액체로 실질적으로 충전되면, 밸브는 가스 배기 관을 폐쇄하고 그리고/또는 회전 속도는 추출 속도(들)에 도달하도록 증가된다.

가능한 모드에서, 가스 배기 관은, 미리결정된 레벨의 액체가 셀의 상부 또는 외부에서 검출될 때 폐쇄된다.

예컨대, 액체의 레벨은 가스 배기 관의 액체 센서에 의해 검출될 수 있다. 이러한 액체 센서는, 관 또는 셀과 관 사이의 유동 경로 또는 셀 자체의 상부에서, 액체의 전기적인 특성, 예컨대 전도성, 정전용량 또는 저항의 변화를 검출할 수 있다. 전기적인 특성 데이터는 제어 유닛에 의해 수신되고, 이 제어 유닛은 응답으로서 밸브를 활성화시켜 가스 배기 관을 폐쇄시키고 그리고/또는 셀을 회전 구동시키는 수단의 회전 속도를 증가시킨다.

다른 가능한 모드에서, 적어도 하나의 가스 배기 관은 제어 유닛의 개입 없이 밸브 개방 및 폐쇄에 의해 자체적으로 조절될 수 있다. 일 실시예에서, 밸브는 폐쇄에 있어 원심력의 효과에 의해 제어된다. 이를 위해, 밸브는 가스 배기 관에 가해진 원심력이 특정 임계값 이하일 때 가스 배기 관을 개방하는 제 1 위치 및 그 원심력이 임계값을 초과할 때 가스 배기 관을 폐쇄하는 제 2 위치를 취할 수 있다. 이런 경우, 관의 밸브는 원심력을 받기 위해 중심 축선에 대해 오프셋 위치에 위치되고, 밸브의 폐쇄는 셀이 충분한 회전 속도에서 원심작용을 받으며 구동될 때 자동으로 실행된다. 밸브는 예컨대 원심작용의 효과에 의해 관의 실링 시트에서 변형되거나 변위되는 고무 탄성질 부재일 수 있다.

더 바람직하게는, 가스는 실질적으로 셀의 회전 중심 축선에서 가스 배기를 일으킴으로써 제거 (remove) 된다. 액체에 가해지고 누출을 일으킬 수 있는 원심력이 그 영역에서 최소이기 때문에, 가스 배기가 중심 위치에서 일어나는 것이 바람직하다. 중심 위치는, 중심 축선으로부터 셀의 최대 반경의 1/5 이하로 떨어져 있는 축 위치를 의미한다.

일 가능한 모드에서, 가스 배기 관이 바람직하게는 셀의 뚜껑 막을 통해 셀안에 도입된다. 그러므로, 액체가 셀 안에 충전됨에 따라, 가스는 셀을 떠나기 전에 관의 가스 배기 입구 안으로 흡입된다.

다른 모드에서, 가스 배기 관은 셀의 외부에 배치된다. 바람직하게는, 셀은 뚜껑 막을 구비하며, 이 뚜껑 막은 관통되어 가스가 셀로부터 새어나가게 하고 이 뚜껑 막 위에 배치된 관을 통해 통기되도록 한다. 뚜껑 막의 관통은, 셀에 액체 출구를 제공하고 이에 따라 가스가 그 나름대로 셀을 떠나 배기 관으로 갈 수 있게 하기 위해 실행될 수 있다.

본 발명의 일 가능한 양태에 따르면, 원심작용을 받은 액체는 충분한 원심 속도가 도달될 때까지 셀로부터 배출되는 것이 방지된다. 특히, 원심작용을 받은 액체 유동은 셀을 떠나는 원심작용을 받은 액체에 대해 극복될 압력 임계를 형성하는 배출 밸브에 의해 정지된다. 배출 밸브는 셀의 둘레 영역에 배치된다. 유사하게는, 배출 밸브가, 제어가능한 압력 임계를 형성시키고, 차단되거나 막힐 위험이 있는 작은 오리피스가 셀에 제공되는 것을 필요로 하지 않는다. 그러나, 셀의 배출측에서 밸브는 또한 셀 안의 가스를 차단하여 폐쇄된 밸브를 통해 새어나갈 수 없게 한다. 그러므로, 배출 밸브는 이 밸브의 상류에 위치될 본 발명의 가스 배기 관(들)의 제공을 요구한다. 배출 밸브는 회전 속도의 증가의 함수로서 증가할 수도 있는 배출된 액체의 유동을 제한하도록 설계되는 것이 바람직하다. 예컨대, 배출 밸브는 스프링-바이어싱 수단에 의해 폐쇄 상태로 강제되는 링-형상 억제 수단이다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 가스는 액체가 분사되는 사전습윤 단계 동안 배기되는 것이 바람직하다.

가능한 모드에서, 유체 선택 실링 수단이 셀에 결합되는 회전 결합 기부의 보어와 액체 분사 수단의 공유영역에 제공되어, 용기가 물로 충전될 때 가스가 용기로부터 새어나갈 수 있게는 하지만, 이 공유영역 밖으로 물이 누출되는 것은 막는다.

이를 위해, 관은 선택적인 유체 배출을 제공하도록 설계되고 그리고/또는 치수가 정해지는 틈을 형성할 수도 있다. 특히, 가스와 같은 휘발성 화합물이 틈을 통해 이동할 수 있고, 점성이 더 큰 물 또는 물과 재료의 혼합물과 같은 액체는 틈을 통해 이동할 수 없다.

틈은 또한 액체가 틈을 완전히 가로지르는 것을 방지할 만큼 충분히 공유영역에서 길이를 따라 연장될 수도 있다. 특히, 틈은 적어도 10 mm, 더 바람직하게는 10 mm 초과의 길이를 가질 수도 있다. 틈의 두께는 약 0.1 mm 내지 1.0 mm 일 수 있다.

바람직한 모드에서, 틈은 회전 결합 기부의 나선형 치형부 (threading) 에 의해 획득된다. 치형부는 긴 나선형 유체 경로를 형성하며, 이 긴 나선형 유체 경로는, 물 분사기에 대한 그것의 회전 운동으로 인해, 물을 용기 방향으로 다시 밀어내는 경향이 있다.

더 바람직하게는, 비교적 낮은 압력에서 물 분사기를 통해 물을 제공하기 위해 물 분사기의 상류의 유체 회로에 물 운반 수단이 제공된다. 물 운반 수단은, 예컨대 원심 펌프, 다이아프램 펌프, 중력 펌프, 또는 연동 펌프 (peristaltic pump), 피스톤 펌프와 같은 압력 펌프일 수 있다. 펌프는, 대기압보다 높은 상대적으로 비정압에서 (relatively no positive pressure) 용기에 물을 충전하도록 설계될 수 있다. 물을 위한 압력 운반 수단은 또한, 액체가 다이내믹 실링 수단을 가로지를 충분한 운동량을 제공받지 않는 것을 보장하는데 기여한다. 실제로, 다이내믹 시일은 물 운반 수단에 의해 틈 내측으로 밀리는 액체에 제공될 수 있는 운동량에 대항하도록 액체에 더 큰 운동량을 제공한다.

또한, 용기의 입구 벽과 회전 결합 기부 사이에 접촉 시일 수단이 배치될 수도 있다. 바람직하게는, 접촉 시일은 용기의 표면에 대해 축 실링을 제공한다. 접촉 시일 수단은, 원심력으로 인해 용기의 원심작용을 받는 유동 경로를 우회할 수 있고 따라서 음료를 희석시킬 수 있는 액체가 용기와 회전 기부 사이에서 순환할 수 없도록 한다.

바람직하게는, 접촉 시일 수단은 축 실링 구성을 형성하는 고무 또는 실리콘 O-링과 같은 고무 탄성질 부재이다.

바람직한 모드에서, 접촉 시일 수단은 물 분사기 바로 주위에 배치된다. 결과적으로, 액체는 뚫린 출구에 의해 용기에서 새어나가서 용기의 외측 표면과 접촉하는 것이 방지된다. 장치가 개방되고 용기가 장치로부터 제거될 때, 제어되지 않은 방식으로 떨어질 수 있는 장치 안의 온수와 같은 잔류 액체가 더 적다.

본 발명의 특정 양태에 따르면, 회전 결합 기부는 용기의 벽에 적어도 하나의 출구를 뚫기 위해 기부의 둘레에 배치되는 적어도 하나의 뚫음 부재를 포함한다. 더 바람직하게는, 회전 결합 기부는 이 결합 기부의 둘레에 균등하게 분포되는 수개의 뚫음 부재를 포함한다.

회전 기부는, 용기 주위에 장치를 폐쇄하는 동안 용기의 벽에 결합 압력을 가하는 디스크 형태를 취할 수 있다. 가해진 결합 압력으로 인해, 뚫음 부재는 음료가 용기에서 나오게 하기 위해 용기에 출구를 뚫을 수 있다.

다른 양태에서, 회전 기부는 용기에서 유출되는 원심작용을 받은 액체의 특정 임계 압력에서 개방되는 탄성적으로 바이어스되는 밸브를 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 방법은 원심력을 이용하여 액체를 재료를 통해 지나가게 함으로써 셀로부터 액체 식료품을 제조하기 위한 것으로, 이 방법은 액체가 셀에 충전되고 셀이 제 1 회전 속도에서 회전하는 사전습윤 단계 및 액체가 캡슐 안에 계속해서 충전되고 셀이 제 1 회전 속도보다 더 높은 제 2 회전 속도에서 회전되는 추출 단계를 포함한다.

바람직하게는, 제 2 회전 속도는 셀 안의 액체의 충전의 레벨의 결과로서 증가된다. 특히, 제 2 회전 속도는, 액체의 레벨이 미리결정된 충전 레벨로 검출될 때 증가된다. 충전 레벨은 액체 센서에 의해 직접적으로 또는 셀에 공급되는 액체의 용적을 측정함으로써 간접적으로 검출될 수도 있다.

"사전습윤" 은, 원심작용이 예컨대, 배출 밸브를 개방시킴으로써 액체 추출물이 셀의 배출측으로 배출될 만큼 충분해지기 전에, 액체가 셀 안의 원료와 친밀하게 혼합되는 단계를 말한다.

"추출" 은, 액체가 원료를 통해 지나가고 원심력의 결과로 셀로부터 배출되는 단계를 말한다. 본 발명의 모드와 관련하여, 액체의 배출은, 셀의 충분한 회전 속도가 달성되는 것을 필요로 할 수도 있다.

사전습윤 동안, 셀은 추출 단계에서 보다 낮은 속도에서 회전 구동될 수도 있다. 사전습윤 동안, 셀은 정지해 있거나 간헐적으로 회전될 수도 있다.

재료, 특히 분쇄 커피의 사전습윤은 향상된 추출 및 결과적으로 향상된 맛 및 향을 제공한다. 이런 단계 동안, 회전 속도는, 액체 추출물이 셀 안에 유지되고 재료와 완전히 혼합되도록 충분히 낮게 유지되는 것이 바람직하다. 액체가 셀 안에 충전되고 셀은 느리게 회전됨에 따라, 셀 안에 수용된 적어도 상당한 양의 가스가 제거되어 액체가 셀을 점유하고 재료와 혼합되기 위한 충분한 공간을 남겨두도록 가스가 배기될 수 있다.

특별한 실시형태에서, 가스는 셀 안에 액체를 공급하는 제 1 액체 관 이외의 적어도 하나의 관을 통해 배기된다. 특별한 모드에서, 가스 배기 관은 상기 제 1 액체 분사 관을 중심으로 동심으로 배치된다. 액체 공급 관은 셀의 뚜껑 막을 관통하는 중공 니들일 수 있다. 액체 공급 관은 회전 축선을 따라 정렬될 수 있다.

가능한 모드에서, 가스가 셀 밖으로 배기된 후, 액체 또한 가스 관을 통해 셀 안에 분사될 수 있다. 그러므로, 가스 배기가 실행된 후, 액체는 액체 관 및 가스 관 양자를 통해 분사될 수 있다. 이는, 가스 배기 작동 동안 가스 관으로 들어갈 수 있는 가능한 고체 입자를 가스 관으로부터 씻어낼 수 있다는 이점을 갖는다.

본 발명의 방법은, 추출 단계 후, 셀 안에 수용된 재료의 회전-건조 (spin-drying) 단계를 더 포함할 수도 있다. 회전-건조 단계 동안, 가스 관은 셀의 배출측에서 배출되는 액체를 대체하기 위해 셀 안에 공기를 도입시킴으로써 셀 안에 압력 평형을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 가스 관은 제어가능한 밸브에 의해 대기압에 배치될 수 있다. 이런 압력 평형은, 셀이 상대적인 진공 하에서 변형되지 않도록 보장한다.

본 발명은 또한,

셀의 원심작용에 의해 액체를 식품 재료를 통해 지나가게 함으로써 셀에 수용된 식품 재료로부터 액체 추출물을 조제하기 위한 음료 제조 시스템으로서,

- 셀 안에 액체를 충전하기 위한 액체 분사 수단,

- 적어도 하나의 원심작용 속도에서 셀을 회전 구동시키기 위한 회전 구동 수단,

- 상기 원심작용 속도에서 액체 추출물이 셀을 떠날 수 있게 하는 둘레 배출 수단을 포함하고,

액체가 셀에 충전됨에 따라 셀로부터 가스를 제거하도록 구성된 전용 가스 배기 수단을 포함하는 음료 제조 시스템에 관한 것이다.

가스 배기 수단은, 예컨대 액체가 셀 안에 공급되는 동안 셀의 내부 용적을 대기에 연결하기 위해 주 액체 공급 관과 별도인 전용 가스 배기 관을 포함할 수 있다.

시스템은, 사전습윤 단계로부터 추출 단계까지의 음료 조제 사이클을 변화시키기 위해 구동 수단의 회전 속도를 증가시키기 위한 속도 제어 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

시스템은 셀 안의 액체의 충전 레벨을 검출하기 위한 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 실제로, 이런 충전 레벨 검출 수단은 습윤 단계 이후의 추출 단계의 개시를 조정하는 것을 가능하게 하고 결과적으로 배출된 액체, 예컨대 적절한 Tc 를 가지는 커피 음료의 적절한 추출 특성의 달성을 보장한다.

가스가 제어가능한 방식으로 선택적으로 배기될 수 있도록 하기 위해 적어도 하나의 가스 배기 관에는 밸브가 추가로 연결될 수도 있다.

일 모드에서, 가스 배기 수단은, 액체가 별도의 액체 공급 관을 통해 캡슐에 충전될 때 가스 배기 관이 개방된 상태로 유지되는 시간을 제어하기 위해 제어가능한 밸브에 연결되는 적어도 하나의 가스 배기 관을 포함한다.

다른 모드에서, 가스 배기 관은 밸브 없이 대기에 연결된다.

특별한 실시형태에서, 가스 배기 관은 셀로 들어가는 가스 입구를 구비한다.

다른 실시형태에서, 가스 배기 관은 셀에 대해 외부에 있으며 바람직하게는 셀 위에, 특히 셀의 뚜껑 위에 배치되는 가스 입구를 구비한다.

더 구체적으로는, 가스 배기 관은, 액체가 셀 안에 분사되고, 셀은 액체 추출물이 원심력에 의해 배출 수단을 통해 셀을 떠나는 원심작용 속도 보다 낮은 속도에서 회전되는 사전습윤 단계에서 개방되도록 제어된다. 그러므로, 가스 관은 밸브에 의해 사전습윤 단계 동안 개방된 상태에서 유지될 수 있다. 밸브는 그 후 미리결정된 용적의 액체가 셀에 충전된 후 또는 특정 시간 후에 폐쇄되도록 제어될 수 있다. 예컨대, 시스템은 셀 안에 공급되는 액체의 용적에 대한 입력을 제공하기 위해 유량계를 포함할 수 있다. 유량계는, 예컨대 장치의 제어 유닛에 의해 계산되는 임펄스의 형태 하에 제어 유닛에 신호를 제공할 수 있다. 미리결정된 양의 임펄스가 도달되었을 때, 가스 회로의 밸브는 셀에 수용된 가스에 대해 관을 폐쇄한다.

제어의 가능한 모드에서, 시스템은 셀 안 또는 밖의 액체의 최대 레벨을 검출하기 위한 액체 검출 장치를 포함한다. 액체 검출 장치는, 예컨대 전기적인 저항, 유도 또는 전기 용량 센서를 포함할 수 있다. 센서는 예컨대 가스 배기 관에 또는 관과 셀 사이에, 예컨대 셀의 뚜껑 위에 배치될 수 있다. 제어 유닛은, 센서 위치에서의 가스 또는 액체의 검출에 대응하는 감지된 값의 변화에 대한 응답으로서 회전 속도의 증가 및/또는 밸브의 활성화를 보장한다. 예컨대, 속도가 셀 안에 가해지는 충분한 원심력에 대응하는 미리설정된 값을 초과하여 증가할 때, 액체의 추출이 배출 수단을 통해 시작된다. 결과적으로, 배출 밸브 수단은 개방되어 액체가 셀로부터 배출 또는 추출되게 한다. 액체의 레벨은 원하는 레벨에 대해 미리 감지되었기 때문에, 셀 안의 원료가 적절히 습윤되는 것을 보장하는 동안 추출이 일어날 수 있다.

액체 공급 관은, 관과 셀의 뚜껑, 예컨대 캡슐의 상부 막 사이의 공유영역에 실링을 적용하는 실링 부재에 연결될 수 있다. 결과적으로, 액체는 액체 공급 관의 기부에서 누출되는 것이 방지되며 원료, 예컨대 커피 입자의 더 우수한 습윤을 위해 셀 안의 재료를 가로지르도록 강제된다.

가능한 모드에서, 밸브는, 가스가 셀로부터 배기된 후 가스 배기 관을 통해 셀 안에 액체를 공급하기 위해, 가스 관을 액체 공급부와 소통 상태로 배치하도록 제어가능하고/제어된다. 그러므로, 가스 관의 폐쇄는, 가스 배기 관이 액체 공급부와 소통되는 위치로 밸브를 전환함으로써 이루어진다. 따라서, 주 액체 관 이외에, 가스 배기 관이 셀 안에 액체를 제공할 수 있다. 결과적으로, 액체 유량은 원심작용 단계 동안 셀 안에서 상당히 증가될 수 있고, 이 원심작용 단계에서는 셀의 회전 속도가 사전습윤 단계 동안 보다 더 높다. 따라서, 제 1 단계 동안 관에 도입될 수도 있는 고체 입자가 가스 관으로부터 씻겨질 수 있다.

밸브는 추가로 추출 단계 이후의 회전-건조 단계 동안 가스 관을 대기에 배치하도록 구성될 수도 있다. 회전-건조 단계 동안, 액체 공급 수단은 정지되고, 회전 구동 수단은 높은 속도에서 유지되어 액체가 셀의 둘레 배출 측을 통해 갭슐에서 배출될 수 있게 한다.

특별한 모드에서, 가스 관은 셀 안에 액체를 공급하기 위해 액체 공급 관 주위에 동심으로 배치될 수 있다.

바람직한 모드에서, 둘레 배출 수단은 배출된 액체의 유동을 제어하기 위한 억제 밸브를 포함한다. 억제 밸브는, 추출 단계 동안 회전 속도가 증가하는 동안 배출된 액체의 결정된 원심 압력이 밸브에 대해 도달될 때 개방되도록 작용하는 것이 바람직하다. 억제 밸브는 셀에서 유출되는 액체의 가압된 유동에 저항하기 위해 링-형상 폐쇄 수단 및 스프링 바이어싱 수단을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 양태에서, 본 발명은 또한 배기 동안 고체가 가스에 의해 운반되는 것을 방지하기 위한 필터를 포함하는 셀에 관한 것이다. 필터는 셀 안에 적어도 2 개의 용적을 분리하도록 배치될 수 있고; 이 용적 중 한 용적은 식품 원료를 수용한다. 실제로, 주요 문제는 셀로부터 제거되는 가스의 유동을 막는 고체 입자에 의해 일어날 수도 있다. 필터는 250 ㎛ 미만의 직경의 개구부 및/또는 이 값 미만의 폭의 슬롯을 포함하는 것이 바람직하다. 필터는 다공성 플라스틱 부분 또는 메쉬, 직포 또는 부직포 또는 필터 종이와 같은 셀의 일체부일 수 있다.

또한, 셀은 그것이 시스템 안에 도입되기 전에 밀봉식으로 폐쇄된 캡슐일 수 있다. 캡슐은 CO₂ 및/또는 질소와 같은 불활성 가스에 의해 보호되는 식품 재료를 수용할 수 있다.

그러므로, 본 발명은 또한 "개방" 시스템보다 더 깨끗한 용액 및 더욱 제어가능한 품질의 전달된 액체 추출물을 제공하기 위한 캡슐에 관한 것이다. 캡슐은 시스템의 뚫음 요소에 의해 뚫려 액체 입구 및 출구를 제공하는 폐쇄 막에 의해 폐쇄될 수 있다.

캡슐은, 고체가 액체 입구, 예컨대 캡슐의 뚫린 입구를 통해 캡슐에서 나오는 것을 방지하기 위해 내부 필터 부분을 포함할 수 있다. 이런 제 1 필터 부분은 캡슐의 중심 위치에 있는 것이 바람직하다.

캡슐은 또한 고체가 액체 출구, 예컨대 캡슐의 뚫린 출구를 통해 유출되는 것을 방지하기 위해 제 2 필터 부분을 포함할 수 있다. 이 제 2 필터 부분은 캡슐의 둘레 영역에 있는 것이 바람직하다. 필터 부분은 캡슐의 컵-형상 본체에 삽입된 동일한 내부 뚜껑의 일부일 수 있다. 제 1 및 제 2 필터 부분은 또한 캡슐의 별도의 요소의 일부일 수 있다.

캡슐은, 분쇄 커피, 잎 차, 인스턴트 커피, 인스턴트 차, 허브 차, 코코아, 밀크, 크리머 (creamer), 영양 원료 및 이들의 조합물을 포함하는 음료 원료를 수용할 수 있다.

본 적용에서 불필요한 반복을 회피하기 위해서, 본 발명에 관해 언급된 모든 특징은 시스템에도 적용가능할 수 있고 그 반대로도 될 수 있다.

첨부의 도면을 참조하여 이하에서 본 발명을 더 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 발명의 시스템의 개략적인 일반도이다.
도 2 는 본 발명의 시스템의 일부의 개략도이다.
도 3 은 사전습윤 단계 및 가스 배기 동안의 제 2 실시형태에 따른 본 발명의 일부의 개략도이다.
도 4 는 후속하는 추출 단계 동안의 본 발명의 일부의 개략도이다.
도 5 는 최종 회전-건조 단계 동안의 본 발명의 일부의 개략도이다.
도 6 은 본 발명의 셀의 실시형태의 내부 뚜껑의 도면이다.
도 7 은 다른 변형에 따른 시스템의 유체 분사 수단의 상세도이다.
도 8 은 가스 배기 동안의 다른 변형에 따른 본 발명의 시스템의 단면도이다.
도 9 는 사전습윤 단계 동안의 또 다른 변형에 따른 시스템의 상세 단면도이다.
도 10 은 추출 단계 동안의 도 9 의 시스템의 상세 단면도이다.
도 11 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 음료 조제 장치의 사시도이다.
도 12 는 도 11 의 도면의 A-A 를 따른 단면도이다.
도 13 은, 바람직한 실시형태에 따른, 도 12 의 도면의 상세 부분도, 특히 용기 및 분사 서브어셈블리의 구성을 나타낸다.
도 14 는 도 13 의 도면의 확대된 상세도, 특히 다이내믹 시일 수단을 나타낸다.

도 1 에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 원심 시스템은 원심 셀 (3) 이 배치되는 원심 유닛 (2) 을 포함한다. 원심 셀 (3) 은 구운 분쇄 커피 분할물과 같은 분할된 식품 원료를 수용하는 1회용 캡슐일 수도 있다. 원심 유닛에 캡슐을 삽입하기 전에, 캡슐은 거기에 수용된 식품 원료의 신선도를 유지하기 위해 기밀하게 밀봉되는 것이 바람직하다. 대안적으로는, 원심 셀 (3) 은 원심 유닛 (2) 의 재충전가능 셀일 수도 있다. 원심 유닛 (2) 은 전기 회전 모터 및 구동 축을 포함하는 구동 수단 (5) 에 연결된다. 구동 수단 (5) 은, 회전 축선 (A) 을 따라 원심 유닛의 회전 드럼을 회전시키고, 따라서 원심 셀의 동일 축선 (A) 을 중심으로 원심 유닛 (2) 의 회전 드럼 내에 수용된 원심 셀 (3) 을 회전시키도록 설계된다. 원심 셀은, 특히 원심 셀이 구체적으로 1회용 캡슐이 아니라 장치의 재충전가능 부분일 경우, 회전 드럼의 일부 또는 모두일 수 있다는 점을 유념해야 한다. 원심 유닛 (2) 은 수집 부분 및 배출 관 (35) 을 더 포함하고, 이 배출 관 (35) 을 통해 조제될 음료는 예컨대 이 배출 관 아래에 배치되는 컵 또는 머그와 같은 용기 (48) 안으로 배출된다.

시스템은 물 저장부 (6) 및 유체 회로 (4) 를 포함하는 액체 공급 수단을 더 포함한다. 저장부 (6) 는 저장부 (6) 에 수용된 물을 가열하기 위한 물 가열 수단 (31) 을 포함하는 것이 바람직하다. 가열 수단 (31) 은 가열 코일일 수도 있다. 물의 가열 수단은 또한 유체 회로 (4) 의 서모블록 (thermobloc) 에 의해 획득될 수도 있고 물 저장부 (6) 에 대해 상대적으로 하류에 배치될 수도 있다.

액체 공급 수단은 저장부 (6) 에 연결된 펌프 (7) 를 더 포함한다. 펌프 (7) 는 원심 펌프인 것이 바람직하다. 또한, 펌프 (7) 는 유체 회로 (4) 에 의해 원심 유닛 (2) 에 연결된다.

펌프 (7) 는 원심 셀 (3) 에 충분한 액체를 제공하는 역할을 하는 저압 펌프인 것이 바람직하다. 또한, 작동 동안, 원심 셀은 액체 공급부로부터 물을 당김으로써 원심 펌프로서 작용한다.

원심 유닛에는, 원심작용을 받은 액체가 유닛의 수집 부분에 수집되기 전에 원심 셀 (3) 을 떠나는 이 원심작용을 받은 액체의 유동 억제를 형성하기 위해 액체 배출 밸브 (19) 가 제공된다. 배출 밸브 (19) 는 원심 셀에서의 액체의 체류 시간을 증가시킬 수 있게 하고 따라서 특히 커피를 위한 추출을 향상시킬 수 있게 한다. 또한, 유동이 배출 밸브를 통해 지나가게 하는데 필요한 높은 회전력으로 인해, 유동은 상당히 가속된다. 결과적으로, 적절한 양의 폼 (foam) 또는 크레마 (crema) 가 획득될 수 있다.

바람직하게는, 액체에 의해 밸브에서 특정 압력 임계가 달성된 경우, 배출 밸브는 개방되어 환상 유동 간극을 남겨두고 원심작용을 받은 액체가 셀을 떠날 수 있게한다. 이를 위해, 밸브 (19) 는 주어진 하중까지 원심작용을 받은 액체의 압력에 대항하는 탄성 바이어싱 수단 (27) 을 포함한다. 또한, 밸브의 하중은 하중 구동 수단 (50) 에 의해 특정 압력 임계에서 개방하도록 조정가능하게 될 수 있다. 예컨대, 하중 구동 수단 (50) 은 밸브 (19) 에 대한 사전-하중을 변화시키도록 탄성 바이어싱 수단 (27) 에 작용한다. 그러므로, 탄성 수단이 예컨대 탄력적인 부재에 대한 구동 수단 (50) 의 압축 제약에 의해 더 높게 예응력 (pre-stressed) 을 받을수록, 일정한 유량을 유지하기 위해 밸브를 압도하는데 필요한 액체의 압력은 더 높아지고, 그러므로 회전 속도는 더 높아져야 한다. 결과적으로, 폼 또는 커피 크레마의 레벨은 밸브 수단 (19) 의 하중을 조정함으로써 제어될 수 있다.

유체 공급 수단과 원심 유닛 (2) 사이의 유체 회로 (4) 에는, 액체의 유량을 위한 계량 수단 (8) 이 제공된다. 계량 수단 (8) 은 전기 임펄스 데이터 (10) 를 발생시키는 예컨대 펄스-코드화된 (pulse-coded) 유량 계량 터빈이다. 그러므로, 발생된 임펄스의 기간은 유체 회로 (4) 내의 액체 유동의 속도에 비례하는 것이 바람직하다.

원심 시스템은 카운터 (11), 제어 루프 피드백 메커니즘을 제공할 수 있는 PID 제어기와 같은 중앙 제어기 (12), 및 수동 인터페이스 (13) 를 포함하는 제어 수단 (9) 을 더 포함한다. 제어 수단은, 유량에 관련된 공정 변수를 수신하기 위해 유량-계량 터빈 (8) 에 그리고 회전 모터에 조작된 변수, 즉 회전 속도를 입력하기 위해 회전 모터의 구동 수단 (5) 에 연결된다. 또한, 제어기 (12) 는 회로에서 액체 공급을 개시 및 중단시키기 위해 펌프 (7) 에 연결된다.

유량-계량 터빈 (8) 에 연결된 카운터 (11) 는 발생된 임펄스 데이터 (10) 의 분석을 가능하게 한다. 분석된 데이터는 그 후 중앙 제어기 (12) 에 전달된다. 따라서, 유체 회로 (4) 내의 액체의 정확한 실제 유량이 실시간으로 계산될 수 있다.

도 2 를 참조하면, 본 발명의 시스템은 셀 (3) 안에 액체를 주로 분사하기 위한 유체 분사 수단 (20) 을 더 포함한다. 유체 분사 수단은 유닛 (2) 에 고정식으로 장착되지만 볼 베어링 (54) 을 통해 링-형상 배출 밸브 (19) 를 포함하는 회전 플레이트 (55) 에 연결된다.

유체 분사 수단은 실질적으로 회전 축선 "A" 을 따라 정렬되는 제 1 액체 공급 관 (21) 을 포함한다. 제 1 액체 공급 관 (21) 은 셀, 예컨대 밀봉된 캡슐에 삽입가능한 니들 (needle) 또는 란스 (lance) 의 형태를 취할 수 있어, 음료 재료를 수용하는 용적 (22) 안에 액체를 제공한다. 제 1 액체 공급 관 (21) 을 둘러싸는 제 2 관 (23) 이 제공될 수 있다. 이하에서 설명되는 바와 같은 제 2 관 (23) 은 상이한 기능을 가질 수 있으며, 이 기능 중 한가지 기능은 가스가 셀로부터 제거 또는 배기될 수 있게 하는 것이다. 바람직한 실시형태에서 도시되는 바와 같이, 제 2 관 (23) 은 제 1 관 (21) 에 대하여 동심으로 배치된다. 그러나, 다른 배열, 예컨대 제 1 관 (21) 에 인접하게 (즉, 나란히 또는 밀접하게) 배치되는 제 2 관 (23) 에 대해 생각할 수 있다.

가스가 셀의 위쪽 중앙 영역에 모이는 경향이 있기 때문에, 가스를 캡슐 밖으로 배기하기 위한 제 2 관 (23) 은 셀 안으로 더 깊이 들어가는 제 1 관 (21) 의 자유 분사 출구 (25) 위에 있는 셀 안의 제 1 자유 단부 (24) 를 갖는다. 이런 바람직한 설계는 또한 액체가 제 2 관 안으로 흡입되는 위험을 감소시킨다.

바람직하게는, 고무 가스켓 (72) 과 같은 실링 부재가 최외측 관 (23) 주위에 배치되어 캡슐 밖으로 나오는 액체가 볼 베어링 (54) 으로 들어가지 않는 것을 보장한다.

제 1 실시형태에서, 제 2 관 (23) 은 대기에 직접적으로 또는 제 2 자유 단부 (26) 에 의해 선택 밸브 (73) 를 통해 간접적으로 연결된다. 결과적으로, 가스는 관 (23) 에 의해 직접적으로 통기될 수 있고 대기로 방출될 수 있다. 밸브 (73) 는 가스의 선택 통과를 허용하지만 액체에 대해서는 폐쇄되는 체크 밸브일 수 있다. 관 (23) 은 셀 안에 수용된 가스의 용적의 함수로서 보정 (calibrating) 될 수 있는 가스의 제어 누출부를 형성한다. 셀 안에 수용된 가스는 공기, 이산화탄소 또는 질소와 같은 불활성 가스, 또는 이런 가스의 혼합물일 수 있다는 점을 유념해야 한다.

또한, 도 2 에서 명확한 것처럼, 셀 (3) 에는, 셀의 컵-형상 본체 (29) 에 맞춰지는 뚜껑 (28) 이 제공될 수 있다. 실링 막 (56) 이 캡슐의 본체의 둘레 가장자리 (51) 위에 밀봉될 수 있고, 이 둘레 가장자리 (51) 위에 밸브 (19) 가 폐쇄력을 가할 수 있다. 따라서, 실링 막은, 뚜껑을 덮으며, 또한 이 막이 뚫리거나 또는 이 막이 결국 제거 또는 개방되기 전에는 캡슐을 가스 및 액체에 대하여 불침투성이 되게 한다. 막에 일련의 출구를 뚫으며 음료의 유동이 셀 밖으로 방출될 수 있도록 하기 위해, 뚫음 부재 (52) 가 원심 유닛에 제공될 수 있고, 바람직하게는 중심 축선에 대하여 둘레에 배치될 수 있다. 뚜껑 (28) 은 유동을 모으고 이 유동을 막의 뚫린 출구에 분배하기 위해 작은 둘레 환상 홈 (53) 을 형성할 수 있다.

물론, 셀의 설계는 본 발명의 범위 내에서 많은 상이한 구성을 취할 수 있다. 예컨대, 막을 지지하기 위한 뚜껑은 필수가 아니다.

상이한 실시형태에 대하여 도 3 을 참조하면, 가스 배기 작동 및 원심작용 및 회전-건조 단계를 포함하는 유체 분사 수단 (21) 의 상이한 작동 모드를 제어하기 위해 제어가능 밸브 (70) 가 제공된다. 밸브 (70) 는 바람직하게는 멀티플-웨이 밸브 (multiple-way valve) 이다. 밸브 (70) 는 솔레노이드 수단 또는 다른 적절한 수단에 의해 상이한 위치 (통기, 액체 공급, ...) 에서 운동되도록 구성될 수 있다.

도 3 에 도시된 제 1 모드에서, 유체 회로 (4) 와 직접적으로 유체 소통하는 제 1 관 (21) 을 통해 액체를 분사함으로써 셀 안에서 재료의 사전습윤이 실행된다. 액체 펌프 수단 (7) 은 켜지고, 회전 구동 수단 (모터) 은 상대적으로 낮은 회전 속도 (v1) 로 셀을 구동시킨다. 예컨대, 셀의 회전 속도 (v1) 는 200 RPM 보다 더 낮다. 이 사전습윤 단계 동안, 밸브 (70) 는 가스 배기 관 (23) 을 예컨대 중간 소통 라인 (77) 을 통해 대기와 소통하는 통기 출구 (75) 와 연결하도록 구성되는데, 예컨대 운동한다. 가스와 혼합된 소량의 액체가 결국 출구 (75) 에 의해 방출될 수도 있고 저장부로 배수될 수도 있다 (도시 생략). 이 단계 동안, 재료에 의해 점유되지 않는 셀의 용적은 액체로 완전히 충전되는 것이 바람직하다. 액체는 재료, 예컨대 커피 입자와의 혼합 및 습윤을 개시할 수 있다. 회전 속도는, 액체가 재료를 가로지르는데, 또는 적어도 액체의 충분한 압력이 배출 밸브 (19) 를 개방시키는데 불충분하다.

사전습윤이 완료된 후, 도 4 에 도시된 더 높은 회전 속도 (v2) 에서 셀을 구동시킴으로써 원심 추출이 실행된다. 속도 증가는, 미리결정된 시간 후에 또는 유량계 (8) 에 의해 측정되는 바와 같이 액체의 미리결정된 용적이 셀에 공급된 후에, 제어 유닛에 의해 제어된다.

그 후, 가스 배기 관 (23) 은, 밸브 (70) 의 제어에 의해, 예컨대 밸브 (70) 의 상대적인 운동에 의해 통기구에 대해 폐쇄되고 고정된 중간 소통 라인 (77) 을 통해 액체 공급 라인 (76) 에 연결된다. 이런 구성에서, 액체는 유체 분사 수단 (20) 의 2 개의 관 (21, 23) 에 의해 공급된다. 예컨대, 약 4000 RPM 내지 15000 RPM 의 더 높은 속도의 결과로서, 셀로 들어가는 액체는 셀의 측벽에 대해 원심작용을 받는 재료를 통해 지나가도록 강제된다. 셀의 출구를 통해 지나가고 압력하에 배출 밸브 (19) 를 강제하여 개방시키는 액체 추출물이 형성된다. 액체 추출물은 유닛의 충돌 벽 (30) 에 발사되고, 그 후 수집되며 분배된다. 밸브에 의한 액체 라인 (76) 에의 가스 배기 관 (23) 의 연결은 생략될 수 있고 관 (23) 은 그냥 폐쇄될 수도 있다는 점을 유념해야 한다. 만약, 액체 공급 라인 (76) 과 관 (23) 의 연결이 밸브에 의해 실행되는 경우, 이는 액체의 미리결정된 용적이 유량계에 의해 측정된 후에 일어날 수도 있다. 더 정확하게는, 제어기가 액체의 양에 관하여 유량계 (8) 로부터 임펄스 데이터 (10) 를 수신하고, 제어기는 그에 따라 밸브를 구동시킨다. 사전습윤 단계가 종료될 때 가스의 잔류량이 비워지기 위해 잔잔하게 있을 수도 있기 때문에, 밸브의 구동은 더 높은 속도에서의 추출 단계가 시작된 후에 일어날 수도 있다. 특히, 원심력의 결과로, 액체보다 더 낮은 밀도의 잔류 가스가 셀의 중심부에 주로 남아있고, 액체는 둘레로 이동하여, 가스 배기 관에 의해 비워질 수 있는 중심부에 가스 원기둥을 형성시킨다. 액체가 유체 분사 수단의 가스 배기 관 (23) 을 통해 공급될 때, 가스 배기 관 (23) 에서 이 관에 들어갔을 수도 있는 고체 입자가 씻겨진다. 그러므로, 관이 막히는 위험이 크게 감소된다.

물론, 밸브 (70) 의 구동은 또한 단지 시간에 관련될 수 있고 반드시 유량계에 의해 측정되는 바와 같은 액체의 용적에 관련한 것은 아닐 수 있다. 이 경우, 제어기는 예컨대 펌프 (7) 의 시동으로부터 미리결정된 시간이 경과한 후에 밸브를 구동시킬 수 있다.

마지막 단계에서, 도 5 에 도시된 바와 같이, 회전 구동 수단은 셀 안의 재료의 회전-건조를 실행하기 위해 속도 (v3) 에서 제어기에 의해 구동된다. 회전-건조 단계는 원심 추출 속도 (v2) 보다 더 높게, 예컨대 10 % 내지 50 % 더 높게 설정될 수도 있다. 제어기는 또한 액체 공급 펌프 (7) 를 정지시켜 액체가 더 이상 셀 안으로 들어가지 않도록 한다. 밸브 (70) 는 또한 액체 라인 (76) 과 액체 공급 관 (21) 사이의 소통을 차단하도록 구동된다. 펌프의 구동-해제 (de-activation) 는 컵 용적에 대응하는 미리결정된 액체 용적이 유량계 (8) 에 의해 측정된 후에 일어나는 것이 바람직하다. 예컨대, 에스프레소 커피의 조제는 약 40 mL 의 액체가 셀에 공급될 것을 요구한다. 예컨대, 다양한 커피 음료 (예컨대, 리스트레토 (ristretto), 에스프레소, 룽고 (lungo), 아메리카노) 를 조제할 수 있게 하는 25, 40, 110 및 220 mL 의 상이한 음료 용적이 제어기에 설정 점으로서 저장될 수 있다.

이 단계 동안, 가스 배기 관은 밸브 (70) 에 의해 통기 출구 (75) 에 재연결되어, 높은 회전력으로 인해 셀 안에서 가해지는 압력의 차에 의해 셀 안에서 공기가 당겨질 수 있다. 액체가 점진적으로 셀로부터 제거되고 액체가 더 이상이 셀 안으로 들어가지 않음에 따라, 셀 안의 압력은 감소하고 대기는 진공의 효과에 의해 셀 안에 흡입된다. 따라서, 셀 안의 압력은 회전이 정지할 때까지 평형을 유지한다. 제어기는 미리결정된 시간 후에 셀의 회전을 정지시킨다.

음료 조제 시스템은 셀 및/또는 유체 분사 수단 안에 배치되는 입자의 필터를 포함할 수도 있다는 점을 유념해야 한다. 도 2 에서, 셀은 재료를 수용하는 용적 (22) 과 위쪽 표면 또는 막 (56) 사이에 배치되는 필터 (80) 를 포함하는 1회용 캡슐로서 도시되어 있다. 필터는 식품 원료의 입자의 평균 직경보다 더 작은 개구부를 가지는 다공성 부분인 것이 바람직하다. 다공성 부분은 강성적 또는 탄성적일 수도 있다. 다공성 부분은 작은 구멍 또는 슬릿을 가지는 다공성 플라스틱, 메쉬형 재료, 직포, 부직포 또는 종이 필터로 만들어질 수 있다. 다공성 부분은 식품 입자를 수용하는 용적 (22) 으로부터 유체 분사 관 (21, 23) 의 일부의 삽입을 위한 자유 삽입 용적 (81) 을 분리하도록 배치된다. 이에 따라, 필터는 고체 입자가 자유 삽입 용적 (81) 을 오염시키는 것을 방지하고 결과적으로 관 (21, 22) 에 들어가는 것을 방지한다. 필터는 가스 배기 관 (23) 및/또는 주 액체 공급 관 (21) 의 입구 (24, 25) 에 배치될 수 있다는 점을 유념해야 한다. 예컨대, 필터는 소결된 다공성 재료의 조각일 수도 있다. 다른 변형에서, 가스 배기 관 (21) 은 물 분배 수단 및 입자를 위한 여과 수단을 형성하는 많은 얇은 출구 슬롯을 가지는 노즐로서 셀 안에서 종료될 수 있다.

도 6 은 도 2 의 캡슐의 뚜껑 (28) 의 실시예를 나타낸다. 뚜껑은 캡슐의 원료실 (용적 (22)) 안에 고체 입자를 보유시키도록 작용하는 일련의 슬롯 (83) 이 제공된 중앙 홈 (81) 을 포함한다. 슬롯 (83) 은 캡슐로부터 배기되는 가스를 여과할 때 작용한다. 뚜껑 (28) 의 둘레에는, 캡슐 밖으로 원심작용을 받는 액체를 여과하기 위한 제 2 일련의 슬롯 (84) 을 포함하는 환상 홈 (53) 이 있다. 그러므로, 액체는 홈 (53) 에 모여서 뚫린 출구를 통해 캡슐을 떠나며 그 후 배출 밸브를 통해 배출된다.

도 7 은 입자 필터 (85) 가 가스 배기 관 (23) 에 직접 연결되어 있는 변형을 나타낸다. 예컨대, 여기서 입자 필터는 그리드, 메쉬 또는 소결된 블록으로서 가스 배기 관의 자유 단부 또는 입구 (24) 에 삽입된다.

도 8 은 본 발명의 시스템의 다른 변형을 나타낸다. 시스템은, 원심 유닛 (2) 안에 수용되는 추출될 식품 재료, 예컨대 분쇄 커피의 도즈 (dose) 를 포함하는 1회용 캡슐과 같은 셀 (3) 을 포함한다. 셀과 결합되는 회전 판 (55) 위에, 캡슐의 둘레 가장자리 (51) 에 탄성적인 압력을 가하는 액체 배출 밸브 (19) 가 제공된다. 캡슐은, 유체가 캡슐에서 새어나가게 하기 위해, 출구 뚫음 수단 (52) 에 의해 뚫려서 일련의 출구, 예컨대 관통부를 형성하는 뚜껑 막 (56) 을 포함한다.

판 (55) 의 중심 부분에는, 그것의 관입 분사 출구 (25) 를 통해 캡슐의 용적 (22) 안에 온수를 분사하기 위한 분사 관 (21) 이 제공된다. 가스 배기 관 (23) 이 액체 공급 관 (21) 주위에 동심으로 배치된다. 가스 배기 관은 캡슐의 위쪽 표면, 즉 뚜껑 막 위에서 끝나고, 짧은 거리를 남겨두는 것이 바람직하다. 액체 센서 (57) 가 가스 배기 관의 입구에 배치된다. 액체 센서는, 제어 유닛 (12) (도 1) 에 연결되고, 그러므로 캡슐이 액체로 충전될 때 원심 유닛 (2) 의 회전 속도를 조절, 즉 증가시키기 위해 제어 유닛에 데이터를 전송할 수 있다. 만약, 제어 밸브 (선택적) 가 관 (23) 의 단부에 제공되는 경우, 액체 센서는 또한 캡슐이 액체로 실질적으로 충전될 때 관 (23) 을 폐쇄하기 위해 데이터를 전송할 수도 있다.

본 발명의 독립적인 양태로서, 가스켓 또는 실리콘 패드 (86) 와 같은 실링 부재가 액체 공급 관 (21) 과 캡슐의 위쪽 표면 또는 뚜껑 막 (56) 사이의 공유영역에 배치된다. 실리콘 패드는 캡슐의 막 (56) 에 연결될 수도 있다. 결과적으로, 분사 후에 회전력의 영향에 의해 누출될 수 있고 따라서 원료의 주요부를 우회할 수 있는 액체는 없다. 실링 부재는, 예컨대 막에 접착된 관의 일부 또는 캡슐의 일부일 수 있다는 점을 유념해야 한다. 본 실시형태에 있어서, 캡슐 안의 필터는 필요하지 않지만 식품 재료의 고체 입자가 막 (56) 을 통해 지나가는 위험을 감소시키기 위해 제공될 수 있다.

시스템은 이하와 같이 작동한다. 사전습윤 단계에서, 유닛은 낮은 회전 속도에서 구동되고 액체는 관 (21) 에 의해 캡슐을 충전하기 시작한다. 액체는 원료를 통해 흐르도록 강제될 것이고, 캡슐에 수용된 가스는 위치 (52) 에서 뚜껑 막의 뚫린 출구를 통해 밀린다. 실링 패드 (86) 에 의해 시일이 형성되기 때문에, 액체 공급 관 (21) 의 기부에서 유출될 수 있는 유체는 없다. 대조적으로, 가스 유동 (88) 은, 뚫린 출구에서 막을 가로지를 것이고, 캡슐의 뚜껑 막 (56) 과 회전 판 (55) 의 아래쪽 표면 사이의 통로 (87) 에서 가스 배기 관 (23) 을 통해 유동하도록 강제될 것이다. 회전 속도는 낮기 때문에, 배출 밸브 (19) 는 사전습윤 동안 폐쇄된 상태로 유지된다. 그러므로, 가스 및 액체는 오직 관 (23) 쪽으로 새어나갈 수도 있다. 가스가 캡슐로부터 실질적으로 제거된 후, 그리고 캡슐이 액체로 충전됨에 따라, 액체는 둘레 출구 (관통부) 를 통해 지나가서 관 (23) 으로 들어갈 수 있다. 액체가 관으로 들어감에 따라, 액체 센서는 액체를 검출하고 제어 유닛을 통해 회전 속도 및/또는 배기 밸브 (도시 생략) 의 폐쇄를 제어한다. 그러므로, 다음 단계, 즉 추출 단계에서, 캡슐은 더 높은 속도, 예컨대 5000 RPM ~ 16000 RPM 에서 구동되고, 물은 액체 공급 관 (21) 에 의해 캡슐에 계속 공급된다. 회전 속도는 높은 회전력을 형성시키는데 충분하기 때문에, 원심작용을 받은 액체는 밸브 (19) 를 강제하여 개방시킨다. 추출된 액체는, 시스템의 충돌 표면에 높은 속도로 발사되는 액체의 환상 층을 형성함으로써 배출 수단에 대해, 즉 개방된 상태에 있는 밸브 (19) 를 통해 방출되고, 그 후 모여서 음료 용기에 따라진다. 물론, 액체 센서는 예컨대 통로 (87) 를 따라 가스 배기 관 (23) 의 더 상류에 배치될 수 있다. 예컨대, 액체 센서는, 회전 판 (55) 의 내측 표면의 고정된 지점과 니들 (25) 사이에서 전기적인 값, 예컨대 전기 저항을 측정하는 센서일 수 있다.

도 9 및 도 10 에 도시된 다른 실시형태에서, 본 발명의 시스템은 원심력의 효과하에 폐쇄되는 배기 수단을 포함한다. 그러므로, 음료 조제 공정 동안 회전 속도가 증가함에 따라, 밸브는 관을 폐쇄시킨다. 더 구체적으로는, 셀 (3) 로부터 오는 가스가 막 (56) 에 제공된 출구 관통부 (92, 93) 를 지난 후에 통기될 수 있도록 하기 위해 일련의 가스 배기 관 (90, 91) 이 회전 판 (55) 에 제공된다. 배출 밸브 (19) 는 이 단계 동안 폐쇄된 상태로 유지되기 때문에, 가스는 관 (90, 91) 을 통해 자유롭게 유출될 것이다. 관은 고무 가스켓과 같은 실링 요소 (94, 95) 와 더 연결된다. 실링 요소는, 예컨대, 압축 효과에 의한, 도 9 에 도시된 바와 같은 관의 개방에 대응하는 실링 요소의 시트 (96, 97) 안의 수용된 위치로부터, 예컨대 실링 요소의 완화에 의한, 도 10 에 도시된 관의 폐쇄에 대응하는 시트 (96, 97) 로부터의 전개된 위치로 운동할 수 있다. 제 1 위치로부터 제 2 위치로의 이동은, 회전 속도가 실링 요소의 변형을 일으키는 특정 임계치를 초과할 때 달성된다. 따라서, 실링 요소는 관의 축 방향에서 바깥쪽으로 팽창한다. 회전 속도가 감소하거나 정지되자마자, 실링 요소는 실링 요소의 시트 (96, 97) 에서 실링 요소의 휴지 위치로 복귀한다. 결과적으로, 셀 (3) 의 회전 속도를 조절함으로써 밸브는 개방/폐쇄에 있어서 자동으로 조절될 수 있기 때문에, 시스템은 단순화된다.

이제, 도 11 내지 도 14 와 관련하여 본 발명의 다른 모드를 설명한다.

장치는 캡슐이 삽입될 수 있는 모듈 (124) 을 구비한다.

캡슐은 우려내기 위한 식품 재료를 수용하고, 캡슐은 처분을 위해 (예컨대, 유기질 및 무기질 원료 재료의 폐기 또는 재생을 위해) 사용 후에 모듈로부터 제거된다. 모듈 (124) 은 물 저장부 (125) 와 같은 물 공급부와 유체 소통된다. 압력 펌프 (126), 예컨대 원심 펌프와 같은 유체 운반 수단이 모듈과 물 공급부 사이에서 유체 회로 (127) 에 제공된다. 물이 모듈로 들어가기 전에 유체 회로에서 물을 가열하기 위해 물 가열기 (128) 가 더 제공된다. 물 가열기는 저장부로부터오는 담수를 가열하기 위해 유체 회로 안에 삽입될 수 있거나 또는 대안적으로 물 저장부 안에 있을 수 있으며, 이런 경우에는 물 저장부는 물 보일러가 된다. 물론, 물은 또한 급수전 연결 (water plug connection) 을 통해 가정용 물 공급부로부터 직접적으로 공급될 수 있다.

물은 낮은 압력에서 또는 심지어 중력압 (gravity pressure) 에서 모듈 (124) 에 공급될 수 있다. 예컨대, 모듈의 물 입구에서 대기압보다 높은 바람직하게는 2.5 bar 미만, 예컨대 0 bar 와 2.0 bar 사이의 압력을 생각할 수 있다.

우려내기 모듈 (124) 은 서브-어셈블리 (129, 130) 를 넣는 2 개의 주 캡슐을 포함할 수 있고; 서브-어셈블리 (129, 130) 는 주로 물 분사 서브-어셈블리 및 액체 수용 서브어셈블리를 포함한다. 2 개의 서브어셈블리는 장치의 회전 축선 (I) 을 따라 캡슐을 원심작용시키기 위해 위치지정 및 조심 (centring) 수단을 형성한다.

2 개의 어셈블리는 예컨대 바이오넷-타입 (bayonet-type) 연결 시스템 (131) 에 의해 그 내부에 캡슐을 넣기 위해 함께 폐쇄된다. 액체 수용 서브어셈블리 (130) 는 캡슐에서 나오는 원심작용을 받은 액체를 컵 또는 유리그릇과 같은 서비스 용기로 안내하기 위해 예컨대 서브어셈블리의 측부에서 돌출하는 액체 관 (132) 을 포함한다. 액체 관은, 도 12 에 도시된 바와 같이 캡슐 (120) 이 삽입되는 회전 드럼 (134) 을 중심으로 짧은 거리에 배치된 원통형 벽을 형성하는 액체 수용부 (133) 와 소통한다. 액체 수용부는 이하에서 설명되는 바와 같이 액체를 모으기 위한 중간 캐비티 (163) 를 규정한다. 액체 수용 서브어셈블리 (130) 아래에는, 서브어셈블리 내측에서 캡슐 수용 드럼 (134) 을 회전 구동시키기 위한 수단이 배치된다.

구동 수단은 전기 또는 가스 동력을 공급받을 수 있는 회전 모터 (140) 를 포함하는 것이 바람직하다. 물 분사 서브어셈블리는 물 유체 회로 (127) 와 상류에서 유체 소통하는 물 입구 (135) 를 포함하는 물 입구측을 포함한다.

도 12 에 관하여, 회전 드럼 (134) 은 캡슐을 수용하도록 상보적으로 형상화된 내부 캐비티 (136) 를 가지는 중공 캡슐 홀더로서 형상화된다. 회전 드럼 (134) 은, 볼 베어링 또는 니들 베어링 같은 회전 안내 수단 (139) 에 의해 액체 수용부 (133) 의 외측 기부 (138) 에 대해 회전 관계에서 유지되는 회전 축 (137) 에 의해 축방향으로 자체적으로 연장된다. 그러므로, 회전 드럼은 중간 축선 (I) 주위에서 회전하도록 설계되고, 수용부의 외측 기부 (138) 는 장치에 대해 고정된다. 액체 수용부 (133) 는 예컨대 볼트 (144) 에 의해 모터 (140) 의 하우징 (143) 에 고정될 수 있다. 기계적인 커플링 (141) 이 드럼의 회전 축 (137) 과 모터 (140) 의 축 (142) 사이의 공유영역에 배치된다. 도 13 및 도 14 에 도시된 바와 같은 물 분사 서브어셈블리 (129) 를 고려하면, 물 분사 서브어셈블리 (129) 는 장치의 종축선 (I) 에 대해 장치에 고정되는 중앙에 배치된 물 분사기 (145) 를 포함한다. 물 분사기는, 입구 영역 (135) 으로부터, 캡슐 (120) 의 동봉물 안쪽으로 돌출하는 물 출구 (147) 로 물을 운반하기 위한 중앙 관 부재 (146) 를 포함한다. 물 출구 (147) 는, 캡슐의 폐쇄 포일 (135) 및 동봉물 안의 재료를 여과하기 위한 개구부 또는 슬롯을 포함하는 내부 요소 (180) 의 최종 파괴가능한 부분에 관통 구멍 (115) 을 형성할 수 있는 날카로운 관 첨단과 같은 관통 수단 (148) 으로 형성된다.

물 분사기를 중심으로 회전 관계에서 캡슐 회전 결합 기부 (149) 가 장착된다. 회전 결합 기부 (149) 는, 물 분사기 (145), 특히 뚫음 관 부재 (146), 및 기부 (149) 와 분사기 (145) 사이에 삽입되는 볼 또는 니들 베어링 (151) 과 같은 회전 안내 수단을 수용하기 위한 중앙 보어 (150) 를 구비한다.

결합 기부는 디스크-형상 결합 기부 (149) 로부터 돌출하는 출구 뚫음 부재 (152, 153) 를 더 포함한다. 뚫음 부재 (152, 153) 는 캡슐의 실링 포일 (135) 에 작은 구멍을 절삭하거나 관통할 수 있는 경사진 절단면을 가지는 작은 원통형 부분일 수 있다.

뚫음 부재는, 원심작용을 받은 액체가 수개의 액체 스트림을 형성하면서 캡슐을 떠나도록 캡슐에 수개의 개구부를 제공하기 위해 결합 기부의 표면의 둘레에 배치되고 바람직하게는 균등하게 분포된다. 뚫음 부재는 캡슐을 기부와 함께 회전 구동시킬 수 있는 기부 (149) 와 캡슐 사이의 연결을 제공한다. 본 발명의 일 양태에 따르면, 물 분사 서브어셈블리 (129) 는 장치로부터 배출되는 액체의 유동을 제어하기 위한 밸브 시스템 (156) 을 더 포함한다. 밸브 시스템 (156) 은, 압축 스프링과 같은 탄성 하중 수단 (158) 의 힘 하에 바이어스되는 환상 결합부 (157) 의 형태로 캡슐 회전 결합 기부 (149) 주위에 배치될 수 있다. 환상 결합부 (157) 는, 탄성 하중 수단의 힘 하에 액체의 유동을 억제할 수 있도록 하기 위해 캡슐의 둘레 림 (168) 에 폐쇄력을 가하는 가압 둘레면 (159) 을 포함한다. 결합부 (157) 는, 환상 결합부 (157) 와 결합 기부에 부착된 부분 (160) 사이의 공간에 삽입된 탄성 하중 수단 (158) 에 의해 캡슐의 림에서 스프링 바이어스된다. 그러므로, 휴지 위치에서, 밸브 시스템의 결합부 (157) 는 탄성 하중 수단 (158) 의 압축 효과 하에 캡슐의 림에 대해 폐쇄를 유지한다.

본 발명의 양태에 따르면, 물 분사기 (145) 와 캡슐 결합 기부 (149) 사이의 공유영역에는 다이내믹 시일 수단 (dynamic seal means) (161) 이 제공된다. 다이내믹 실링 수단은 뚫음 관 부재 (148) 와 기부의 보어 (150) 사이의 자유 틈 (162) 의 형태를 가질 수 있다. 바람직하게는, 틈은 보어 자체에 남겨지는 치형부이다. 따라서, 다이내믹 실링 수단은 캡슐에 수용되는 가스를 위해 통기를 제공하도록 설계된다. 캡슐이 물 분사기에 의해 뚫릴 때, 가스는 가스 분자가 통과할 수 있을 만큼 충분히 큰 틈, 예컨대 치형부를 통해 새어나갈 수 있다. 캡슐에 수용된 가스는 커피에 대한 이산화탄소와 같은 재료 자체에 원래 포함된 가스 및/또는 폐쇄 전에 용기에 흘러들어온 질소와 같은 불활성 가스일 수 있다. 물이 캡슐에 충전되기 시작함에 따라, 가스는 캡슐의 음료 출구 및 뚫린 물 입구를 통해 밀린다. 밸브 수단 (156) 은 특정 임계 압력하에 수집 캐비티 (163) 로의 통로를 폐쇄하기 때문에, 가스는 밸브 수단 (156) 을 통해 새어나가는 것이 허용되지 않는다. 그러므로, 가스는 캡슐의 포일에 뚫린 입구 (115) 를 통해 그리고 그 후 틈 (162) 을 통해 방향 A 로 새어나가는 경향이 있다.

결합 기부 (149) 가 원심작용 작동 동안 캡슐 (120) 과 함께 회전 구동될 때, 보어의 치형부 (162) 는 나선형으로 회전하도록 배치되어 방향 B 로 액체를 캡슐로 다시 밀어낸다. 치형부 틈에서 액체에 대해 회전 결합 기부의 회전에 의해 형성된 운동량은 펌프에 의해 액체에 제공된 운동량을 초과하여, 액체가 회전 결합 기부 (149) 의 위쪽 부분의 유출 레벨 (163) 아래에 머물도록 한다. 그러므로, 실링 액체에 대한 실링 수단의 효율성이 장치에 의해 형성된 회전 운동량에 의존하기 때문에, 실링 수단은 "다이내믹" 으로서 규정될 수 있다.

캡슐의 표면, 즉 폐쇄 포일 (135) 과 회전 결합 기부 사이에 추가적인 실링 수단 (164) 이 제공될 수 있다. 실링 수단 (164) 은 접착제 등과 같은 어떤 적절한 연결 수단에 의해 기부의 표면에 연결될 수 있다. 이 실링 수단은 캡슐의 표면에 축 실링력을 가하여 액체가 원심 방향 C 로 캡슐의 표면에서 유동하는 것을 방지하는 실링 수단인 것이 바람직하다. 그러므로, 이 실링 수단은 또한 캡슐의 외측 표면을 통해 장치의 수집 캐비티 (163) 의 방향으로 물 또는 액체가 우회하는 것을 방지한다. 바람직하게는, 접촉 실링 수단은 캡슐의 외측 표면과 액체 사이의 접촉을 감소시키기 위해서 물 분사기에 가능한 가깝게 배치된다. 접촉 실링 수단은 고무 또는 실리콘 O-링과 같은 고무 탄성질 재료의 조각일 수 있다.

Claims (22)

1. 원심력을 이용하여 액체를 재료를 통해 지나가게 함으로써 셀로부터 액체 식료품을 조제하는 방법으로서, 셀에 수용된 가스가 액체가 셀에 충전됨에 따라 셀로부터 제어가능하게 배기되는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 배기는 밸브로 적어도 하나의 가스 배기 관을 폐쇄함으로써 끝나는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 셀의 회전 속도는 액체가 셀에 충전된 후에 증가되는 방법.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 결정된 용적의 액체가 셀 안에 충전된 후에 또는 미리결정된 시간이 경과 한 후에, 상기 가스 배기 관은 폐쇄되고 그리고/또는 회전 속도는 증가되는 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 셀의 상부 또는 외부에서 액체의 레벨이 검출된 후에, 상기 가스 배기 관은 폐쇄되고 그리고/또는 회전 속도는 증가되는 방법.
6. 제 2 항에 있어서, 상기 가스 배기 관은 밸브의 폐쇄에 대해 작용하는 원심력의 효과에 의해 자동으로 폐쇄되는 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스는 실질적으로 셀의 회전 중심 축선에서 제어된 가스 배기를 발생시킴으로써 제거되는 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스는 셀의 외부에서 제어된 가스 배기를 발생시킴으로써 제거되는 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스는 제 1 액체 분사 관 이외의 적어도 하나의 가스 배기 관을 통해 배기되는 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 가스는 상기 제 1 액체 분사 관 주위에 동심으로 배치된 관을 통해 배기되는 방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원심작용을 받은 액체는 충분한 원심 속도가 도달될 때까지 배출 밸브에 의해 셀로부터 배출되는 것이 방지되는 방법.
12. 원심력을 이용하여 액체를 재료를 통해 지나가게 함으로써 셀로부터 액체 식료품을 조제하는 방법으로서, 액체가 셀 안에 충전되고 셀이 제 1 회전 속도에서 회전하는 사전습윤 단계 및 액체가 캡슐 안에 계속해서 충전되고 셀이 제 1 회전 속도 보다 높은 제 2 회전 속도에서 회전하는 추출 단계를 포함하는 방법.
13. 셀의 원심작용을 이용하여 액체를 식품 재료를 통해 지나가게 함으로써 셀 안에 수용된 식품 재료로부터 액체 추출물을 조제하는 음료 제조 시스템으로서,
    - 셀 안에 액체를 분사하기 위한 액체 분사 수단,
    - 적어도 하나의 원심 속도에서 셀을 회전 구동시키기 위한 회전 구동 수단,
    - 상기 원심 속도에서 액체 추출물이 셀에서 배출될 수 있게 하기 위한 둘레 배출 수단을 포함하고,
    액체가 셀에 충전됨에 따라 셀로부터 가스를 제거시키도록 구성된 가스 배기 수단을 포함하는 음료 제조 시스템.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 가스 배기 수단은 적어도 하나의 가스 전용 배기 관을 포함하는 음료 제조 시스템.
15. 제 14 항에 있어서, 가스 배기 관의 개방 및 폐쇄를 제어하기 위한 밸브를 포함하는 음료 제조 시스템.
16. 제 12 항 또는 제 14 항에 있어서, 사전습윤 단계로부터 추출 단계까지의 음료 조제 사이클을 변화시키기 위해 구동 수단의 회전 속도를 증가시키기 위한 속도 제어 수단을 포함하는 음료 제조 시스템.
17. 제 13 항 또는 제 15 항에 있어서, 셀 안의 액체의 충전 레벨을 검출하기 위한 수단을 포함하는 음료 제조 시스템.
18. 제 13 항에 있어서, 상기 가스 배기 수단은 유체 선택 실링 수단을 포함하는 음료 제조 시스템.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 유체 선택 실링 수단은 셀에 결합되는 회전 결합 기부의 보어와 액체 분사 수단 사이에 자유 틈을 포함하는 음료 제조 시스템.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 자유 틈은 나선형 치형부에 의해 획득되는 음료 제조 시스템.
21. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법에서 사용되는 셀로서, 배기 동안 고체가 가스에 의해 운반되는 것을 방지하기 위한 필터를 포함하는 셀.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 필터는 캡슐의 컵-형상 본체에 삽입된 내부 뚜껑의 중심 부분에 배치되는 셀.

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