CN101014513A - 用于通过向胶囊内注入加压流体制备和分送饮料的胶囊 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过注入加压流体分送饮料的胶囊，该胶囊包括体部(2)、注射壁(3)、容纳有待萃取的食品物质的床的腔室(4)、用于保持所述腔室内的内部压力的装置(5)。改进之处在于提供注入空间(7)，该注入空间允许穿过注射壁引入以至少一股流体射流的形式注入流体的装置，以及提供装置(6)，该装置(6)用于削弱流体射流并跨越物质床的表面以减小的速度分配流体。这些装置可采取多种形式例如刚性或柔性穿孔壁，或离散元件层或海绵状层。这种胶囊改进了液体萃取物通过压力保持装置(5)的流动并改进了萃取条件。

Description

用于通过向胶囊内注入加压流体制备和分送饮料的胶囊

技术领域

本发明涉及一种用于制备和分送饮料的胶囊，其中通过向所述胶囊内注入加压流体从容纳于所述胶囊中的食品物质萃取和/或溶解所述饮料。

背景技术

已知胶囊的许多示例，所述胶囊容纳有将在流体——通常是水——的压力下被萃取以便形成饮料的食品物质。专利EP 0512468中说明了胶囊的一个示例。该胶囊设计成被插入一萃取机器。该胶囊的封闭端包括可撕裂的隔膜，该隔膜在与隔膜支承件接触时在流体压力的作用下打开，所述支承件配备有用于撕裂隔膜的凹凸部和容许液体萃取物通过的管道。

申请WO 03/059778 A2中说明了胶囊的另一个示例。该胶囊包括容纳有待萃取或溶解的物质的封闭腔室，并且还包括用于打开该腔室的装置。该腔室的打开通过增加腔室内的压力实现；通过向腔室内引入一定量的加压流体来增加压力。当内部压力足够高时，隔膜或壁在接触凸起元件时撕破或刺穿，并且饮料流过由此生成的开口。

胶囊可选择地为包含过滤器的可渗透的封装件，或者可选择地为包括过滤器部件的半渗透的封装件。还存在包括一个或多个形成饮料射流的限制部的胶囊，该限制部可与过滤壁相关联或不相关联。

采用用于混合的物质(可溶或可分散)并使用相同机器在压力下执行萃取以便提供多种饮料是已知的实践。例如，可使用同一种机器在胶囊容纳研磨咖啡时制备浓缩咖啡(espresso)或者在物质包含可可和奶粉混合物时制备热巧克力。但是，已发现，利用不同特性的物质填充胶囊并不足以获得例如在香味、味道和/或泡沫体积方面具有优良品质的饮料。

具体地，各种注射、混合或润湿条件会对生成的饮料的质量有很大影响。不管是考虑从研磨得到的被压实在胶囊内的待萃取的物质，还是考虑将要溶解或分散在液体中的物质——例如速溶咖啡或基于牛奶的物质例如卡布奇诺(cappuccino)、热巧克力等，水循环通过胶囊的方式都会影响萃取或混合条件，从而会影响饮料的最终质量。因此，诸如咖啡或巧克力的产品优选地需要快速和充分地溶解或分散，优选地产生一些泡沫，而速溶茶优选地需要快速溶解而不产生任何泡沫。溶解或分散需要完全、均匀、迅速而不形成小块或絮凝。对于待萃取的产品例如研磨咖啡，最优的润湿条件不同。产品需要被均匀地完全润湿，也就是说，不会形成水流过咖啡床(bed)的优选路径。

因此，注射饮料的方式可根据胶囊内容纳的物质的类型改变。例如，2003年8月25日提交的共同待决欧洲专利申请No.03019163.9涉及一种通过注射液体穿过容纳有物质的胶囊以制备饮料的方法，该方法使用偏心地位于胶囊内的至少一股加压水射流在胶囊内形成涡流效应。这种构造可很好地适用于需要溶解的物质。加压水的射流造成湍流，其会促使胶囊内的物质迅速和充分地溶解。

但是，注入一股或多股加压水射流以便形成湍流并不适合于从物质例如研磨咖啡等的床萃取饮料。具体地，水流搅动物质并使细屑(或小尺寸的颗粒)沉淀在床的底部。因此，细屑会积聚在孔附近并堵塞孔，即使不会使饮料的流动停止，也会大大地降低饮料的流动。

因此需要这样一种胶囊，它能够接纳来自喷水式的注入装置的流体而不存在与这些装置相关联的问题；即不会生成床的混合，因此不会导致细屑沉积并因此不会堵塞饮料将要通过的开口。

胶囊领域内遇到的另一个问题涉及所分送产品的质量的可再现性。当饮料流动所花的时间从一个胶囊到另一个胶囊不同时尤其会影响此质量。存在多种影响此流动时间的因素，尤其包括待萃取的物质床的厚度、平坦性和/或密度。该物质床的厚度、平坦性和/或密度会在运输和存储胶囊时改变。例如，当胶囊没有保持水平时，物质床将倾向于在一侧堆积，这将形成流体更快地通过的区域，和其中流体较缓慢地通过物质的其它区域。

因此，重要的是确保控制待萃取的物质床的厚度、平坦性和/或密度以便保证萃取条件的良好的可再现性。

发明内容

本发明旨在提供这些问题的解决方法。因此，本发明涉及一种用于通过将加压流体注入胶囊来分送饮料的胶囊，该胶囊包括空心体部和连接在该体部上的注射壁、容纳有待萃取的至少一种食品物质的床的腔室、用于保持所述腔室内的内部压力的装置。根据本发明的改进，该胶囊包括用于削弱流体射流以便减小注入胶囊的流体射流的速度并以减小的速度跨越该物质床分配流体的装置。

在本发明的上下文中，食品物质是指适用于制备食品、汤、饮料、医药、临床和/或营养产品的任何可食用的物质。

在本发明的一个实施例中，提供注入空间，该注入空间容许通过注射壁引入形式为至少一股加压流体射流的注入装置。因此，流体注入空间通过用于削弱射流并减小注入的流体射流的速度并跨越物质床分配流体的装置保持与腔室隔开。

因此，根据本发明的胶囊可接受利用注入部件注入的流体，该流体在普通胶囊内会引起胶囊内的物质搅动，但是依靠削弱射流并以减小的速度分配流动的装置可防止在物质内发生混合并且尤其不会引起细屑沉淀。

根据本发明的一个方面，用于削弱射流并减小速度的装置包括横向壁，该横向壁用于以这种方式将注入空间与容纳有物质床的腔室隔开，即直接或间接地削弱由引入所述注入空间的注入装置所产生的射流。

根据本发明的一个实施例，所述壁包括焊接边缘，该边缘这样焊接在空心体部的内表面上，即从注射壁向后地将所述横向壁安置在空心体部内。

此特定实施例包括几个优点：

-射流削弱装置靠近食品物质例如研磨咖啡床的表面，这使得可以更好地将咖啡床保持在适当位置；

-将所述装置的边缘焊接在体部内侧使得能够防止液体和/或固体萃取物沿胶囊体部的边缘升高，物质床也在这样焊接的壁以及流体压力的共同作用下保持被更好地压实；

-出于同样的原因，使所述装置保持远离注射壁——包括沿着边缘，这确保了利用可在任何位置例如沿边缘插入胶囊的插入装置的注射，而不会破坏射流削弱装置的壁，例如刺穿该壁，

-结果，注射壁可由柔性和便宜的材料制成，因为其不会经受由系统的注入装置导致的拉伸或撕裂。

因此，在本发明的此实施例中，优选地使用由可变形柔性膜形成的壁。这种壁包括在食品物质的顶面附近应用于空心体部的内部的焊接边缘。

该壁以弯曲并焊接在体部内表面上的焊接边缘的形式横向延伸。焊接边缘的宽度大约为1到10mm。

柔性膜包括由适合于焊接在胶囊的空心体部上的材料制成的至少一个焊接层。在优选示例中，空心体部包括由食品级的聚烯烃、更优选地为聚丙烯制成的表面，并且柔性膜包括自身由食品级的聚烯烃、更优选地为聚丙烯制成的焊接层。

焊接层优选地设置在所述壁的面对注射壁的侧面上，从注射壁从边缘向后设置。

用于削弱射流的装置的壁可包括一个或多个用于焊接层的支承层。该支承层不必适合于焊接在空心体部上。它可以是牢固地连接在焊接层上的聚合物或编织物层、垫子等。因此，该壁可以是层压件例如PP/PET、PP/PE或PP/PA，或可选择地为单层例如PP或PE。

令人惊讶地，所述膜可非常精细并用作射流削弱器和分流器而不会破裂。其厚度小于500微米，优选地小于200微米，更优选地在20和100微米之间，例如30-40微米。

所述壁具有均匀地分布在该表面上的多个孔，以使射流液体可以通过物质床。

可通过一种连续方法将所述膜应用到胶囊体部上：从卷轴放出膜后，然后切割壁，并利用具有合适尺寸和形状的焊接模具应用和焊接边缘，以便其至少部分地插入胶囊体部。

可使用合适的技术例如热焊接、超声波或感应焊接执行焊接。

在一种构型中，将壁定向为面对来自所述注入装置的所述流体射流，以便直接削弱射流。在一个实施例中，将所述壁定位成基本平行于注射壁或相对于该注射壁凹入(凸出部朝向体部的封闭端或底部)。关于射流的表达“面对”应理解为将壁设置成使得射流定向为直接冲击该壁地进入，该射流可以以一定的倾角或垂直于该壁地到达该壁。

优选地，用于削弱射流并横跨腔室分配流体的装置包括这样穿过所述壁的多个开口，即该开口横跨物质床分配流体流动。

因此，该壁直接或间接地用于削弱进入胶囊去往腔室的更具体地在用于此目的的注入区域内的流体射流。因此，流体在直接或间接地冲击壁时损失一些动能，然后由此减慢的流体通过多个开口分成多股流，以便通过壁的流体的速度本身与开口的数量成比例地分割。因此生成流体活塞，其实际上在物质床的整个横截面上通过开口进入腔室，并且这促使腔室内的压力升高而不会在物质内产生湍流效果。因此，流体可以低速分布式地通过开口而不会产生湍流，不会使床显著升高并且不会搅动物质本身。通过多个开口分配(流体)还有助于均匀地润湿物质，同时避免促使形成通过物质的优选路径。

优选地，穿孔壁的开口基本均匀地分布在壁上以便基本均匀地横跨物质床分配流体流。开口分布的均匀性应理解为是开口在壁的整个表面上的分布，其不必是对称的，但两个相邻开口之间的间隙至少没有很大变化。但是，孔也可以随机方式或以有组织但不均匀的方式放置。例如，在胶囊周边处的孔的密度可大于在胶囊中心处的孔的密度，以有助于物质床中较大量的水从物质床的周边朝胶囊的中心线进入。

开口的数量必须足以确保横跨物质有良好的流体分布。优选地，开口的数量大于10，优选地至少为20，更优选地至少为50或更多。开口的形状并不重要。其可为圆形、椭圆形、矩形或一些其它形状。开口的大小可变。每个开口的面积优选地在0.1到3mm²之间。

壁可采取多种形式以便实现所需的减小流体射流的速度并横跨物质床分配流体的功能。通常，穿孔壁可选自带孔的塑料壁、带孔的膜、格栅、编织或非编织材料层、由多孔材料制成的层例如海绵、棉线或纱布层或它们的组合。例如，多孔材料层可作为活块插入胶囊。

根据本发明的一个方面，待萃取的物质基本上占据整个腔室。穿孔壁在距腔室内的物质床的表面1mm或更近的距离处或优选地实际上接触该表面地固定不动，以便将该物质限定在该腔室内。使壁固定不动应理解为壁在胶囊内设置成其在接触进入注入区域的流体射流时不移动也没有发生严重损坏。因此，壁保持其位置和物理完整性，以便在整个注入胶囊期间发挥其减小流体速度并横跨物质分配流体的作用。

将物质限定在腔室内使得可避免物质在萃取期间被显著搅动，并且在运输和存储期间确保不管胶囊的空间取向如何均可保持床的厚度。

更优选地，射流削弱装置的壁构造成在胶囊内压缩物质床。因此，保持其处于压缩状态使得物质床在从胶囊填充后被密封到使用胶囊期间在不与水结合的状态下保持其初始密度基本不变。该压缩还可防止物质的任何混合以及尤其在床的底部最小尺寸的固体颗粒发生任何可能的移动。

在一个有利的实施例中，用于削弱流体射流并用于分配流体的装置包括具有穿孔壁的碟状物，该碟状物插入体部并在该体部内的合适位置处固定不动。碟形表现出一些优点。该碟状物在其本身内部限定有接纳注入装置所需的注入区域。因此，碟状物的深度根据注入装置和它们在预期的注入空间内的设置来确定。碟形比简单的刚性板更稳定，因此在胶囊的体部内更好地保持固定不动。因此，碟状物可通过焊接在胶囊体部上并靠置在碟状物边缘上的隔膜保持与物质床接触，或更好地压缩地紧靠物质床。因此，隔膜可被注入装置刺穿以在碟状物内生成一股或多股射流。碟状物的另一个优点是在制造时其易于插入。因此，可容易地将碟状物放置在胶囊内而无需固定。但是，碟状物的一个缺陷在于固体和/或液体萃取物可能会沿边缘升高并离开腔室。如果用于注入的空间被例如研磨咖啡弄脏，则会导致壁本身内的孔被阻塞、从而通过物质床的水流的分配变差的危险，以及注入装置被阻塞的危险。另一个缺陷源于胶囊的工业布置，其需要用于数个连续工作站的空间：碟状物的存储、拾取、对齐和应用。因此，碟状物的使用在工业规模上要比使用膜更昂贵，更不必说与碟状物的材料和制造相关联的附加成本了。

在不脱离本发明范围的情况下射流削弱装置还可存在其它可能的形式。它们包括安置成与物质床接触的平的、波状的或其它形状的简单薄板，并且其横截面基本对应于物质床的顶面的横截面。薄板的边缘因此通过固定装置保持在原位，或仅抵靠在胶囊体部的内壁上。在此情况下，壁可能为刚性的以便避免在胶囊内的任何不期望的移动，尤其是由于运输或射流的力导致的任何倾斜。但是，一个缺陷是萃取物可能会因没有密封而沿边缘升高。

在另一种可能的形式中，用于削弱射流并横跨物质床分配流体的装置包括具有孔并焊接在体部边缘上的柔性膜，该柔性膜能够在注入流体的推力下膨胀并压靠在物质床的表面上。

在另一种可能的形式中，分配和射流削弱装置包括将流体射流入口与物质床的表面隔开的离散元件的层或堆或至少一海绵状材料的层。离散元件或海绵状材料的层或堆然后代替或补充穿孔壁，并基本上占据腔室和/或注入空间的“死”体积的全部或一部分。离散元件的形式可为小珠、颗粒、棒状物等。它们优选地由膨胀塑料制成。塑料可以是聚苯乙烯、聚丙烯或其它合适的材料。用于形成离散元件的材料的密度优选地选择为低于物质的密度以便防止元件例如小珠沉积在胶囊的底部。该元件防止射流直接冲击物质床的表面并由此形成能够生成用于流体进入物质床的流动网络的多个小空间。海绵状材料可以是合成或天然海绵或织物例如纱布或棉线。

如前文所述的，用于削弱射流的壁还可以是简单的柔性隔膜，但是在此情况下，优选地希望隔膜在胶囊内相对于物质床固定不动以便防止隔膜移动或本身卷起，因为这会使其无效。固定不动可通过多种方法例如通过连接在胶囊体部上或连接在物质床本身上实现。在一个可能的实施例中，壁形成穿孔包装，其将物质床保持为一块。包装可由围绕床热收缩的膜材料制成，以便保持床处于希望的密度。在优选实施例中，将壁焊接或粘结在体部的内表面上。

根据本发明的一个方面，胶囊包括压力保持装置，该装置允许腔室内的流体压力足够地升高以改进物质的萃取。这些保持装置还通过因胶囊内的压力升高而得到的至少一个孔或通过胶囊内的结构过滤饮料。因此，压力保持装置包括至少一个壁，该壁包括至少一个流孔，或者能够由于胶囊内的压力例如通过用于将流体保持在腔室内的壁紧靠合适的凸起装置撕裂、刺穿、切割而生成至少一个流孔。

因此，根据一个可能的实施例，用于在胶囊内保持压力的装置包括：

可穿孔的隔膜；

打开所述隔膜以便生成穿孔并容许液体萃取物通过所述穿孔的凸起元件；所述隔膜中的穿孔是在引入胶囊的腔室中的流体压力升高的作用下获得的。

此构型的一个优点是胶囊携带自己的打开装置，因此可以调整打开特性以适合于胶囊内容纳的物质类型和/或将要生产的饮料类型。另一个优点是减小了在接连地制备各种饮料时发生交叉污染的危险。

在一个有利的实施例中，凸起元件位于腔室的外部。然后，将隔膜压靠在放置于腔室外部的凸起元件上。这种构造具有更好地控制尤其是打开时间、穿孔大小以及饮料萃取物的流动的优点。在另一个实施例中，凸起元件位于腔室本身内部。凸起元件由进入腔室本身的流体加压，并且该元件压靠在可穿孔的隔膜上以生成穿孔并允许饮料萃取物自由流动。

根据需要，凸起元件可以具有不同的形状、大小以及数量不同。凸起元件的形状、大小和数量尤其决定萃取特性、胶囊内压力的升高、打开的延时、饮料的流速和流动时间。凸起元件可包含角锥体、圆顶状物、截头圆锥体、细长肋板、钉状物或刀片。例如对于延时时间长的打开——这可促使从咖啡萃取一定量的芳香组分或分子，凸起元件更合适地为非凸出形状；将选择角锥体、截头圆锥体、肋板或圆顶状物。为了加速生成穿孔从而生成开口和流动，推荐使用凸出元件例如钉状物或刀片。凸起元件的数量也依赖于预期饮料的特性和性质。数量较多的凸起元件将延迟在打开之前的时间和液体萃取物的流动。它们的数量因此可在1和200个元件之间改变。

根据本发明的另一个可能的实施例，压力保持装置包括过滤壁，该过滤壁具有预先形成的开口或弱化线或弱化点。因此，可用这样的壁限制压力，即该壁本身产生足够的压降以促使胶囊内的压力升高并延迟饮料流动，而不是通过刺穿接触凸起元件的隔膜来形成开口以便饮料可以流动。预先形成的开口可以是简单的孔、小孔、弯管等。一旦超过预定的压力阈值，则弱化线或弱化点将形成开口以便饮料可以通过。这些弱化线或弱化点可以是在过滤壁中形成的厚度减小的点或线，或者在流体压力下会打开和/或变宽的预切割。同样，本发明旨在避免物质的任何严重的搅动，其会导致细屑沉积并阻塞这些开口，从而妨碍饮料通过。

在一个有利的实施例中，体部包括用于饮料的收集器和至少一个用于分配饮料的管或通道。同样，收集器包括饮料溢流装置，该装置与该管合作以便减缓离开胶囊的饮料流。

本发明还涉及一种用于通过将加压流体注入胶囊生产和分送多份饮料的系统，该系统包括：

用于在胶囊内产生至少一股加压流体射流的注入装置；

以及至少一个如前文所述的胶囊。

根据优选实施例，注入装置构造为刺穿注射壁并引入至少一个注射喷嘴，该注射喷嘴构造成沿优选方向发送至少一股加压流体射流。这种方向优选地朝向物质床。在这种情况下，该装置构造成在没有所述用于削弱该流体射流的装置的胶囊内在物质内产生湍流，这可促进快速溶解和/或生成泡沫。注入装置偏心地将注射喷嘴引入胶囊，使得其距离胶囊的边缘比距离胶囊中心更近。这种注入方向进一步促使在不具有所述射流削弱装置的胶囊内产生涡流运动，这改进了物质的溶解并减小了为此花费的时间。射流速度必须足够高以在没有射流削弱装置的胶囊内的产品中产生湍流。为此，注入装置产生至少一股射流，其初始线速度至少为5m/s，优选地至少为7m/s。

本发明还涉及一种用于通过将加压流体注入胶囊生产和分送多份饮料的系统，该系统包括：

在胶囊内产生至少一股加压流体射流的注入装置；

以及分类的至少第一和第二胶囊；

该分类中的每个胶囊包括：

体部和注射壁，

容纳有至少一种食品物质的腔室，

用于保持所述腔室内的内部压力的装置，

其特征在于，

该第一胶囊包括构造为削弱射流并横跨物质分配流体流动以便与所述第二胶囊相比减小或消除腔室内的物质的混合的装置，该第二胶囊本身不具有这些装置，以便不同于所述第一胶囊，促使第二胶囊的腔室内的物质发生一定的混合。

根据本发明的系统因此提供了一种解决方案，其中胶囊可适合于通用的注入装置，而同时根据胶囊类型一方面搅动或另一个方面不搅动，或最低限度大大减小搅动量。

根据该系统的优选实施例，第一胶囊包括其中在没有顶部空间的情况下限制物质的腔室；第二胶囊包括其中物质占据腔室的1％到100％的腔室。因此，在第一胶囊内，消除了胶囊内物质颗粒运动的可能性，而第二胶囊对于其腔室的填充没有具体限制，填充率依赖于诸如物质的性质、将要生产的饮料的体积等因素。

根据另一特征，第一胶囊包括待萃取的物质，例如研磨咖啡或不可溶茶；而第二胶囊包括将要溶解或分散在液体中的物质。

因此，在第一胶囊中，在萃取时物质被流体润湿，但是物质保持被限定在腔室内，从而不发生明显的搅动。

相反，在第二胶囊中，可用的气体体积在开始时可以很大或很小(接近0％)，但是由于物质的完全溶解与饮料的流动相结合，所以总是可生成足够的气体体积，使得能够分送泡沫饮料。加压流体的射流促使在这些第二胶囊内发生混合以便产生大量的搅动并从而产生泡沫。

第二胶囊优选地容纳有可溶食物凝胶、液体或粉末，其是这样的物质，即，要使该物质良好和迅速地溶解或分散在液体中以便在数秒内分送饮料，需要在胶囊内保持足够程度的湍流。第二胶囊内的物质可包括例如可溶咖啡浓缩物、可溶茶浓缩物、牛奶浓缩物、汤或可选择地果汁或这些物质的组合。

本发明还涉及一种用于制造通过将加压流体注入胶囊来分送饮料的胶囊的方法，该胶囊包括空心体部和连接在该体部上的注射壁，容纳有至少一种待萃取的食品物质的床的腔室，用于保持所述腔室内的内部压力的装置，其特征在于，横向于该空心体部放置形成射流削弱和水分配壁的穿孔元件，并在距该注射壁一距离处将其焊接在该空心体部的内侧。

在本发明的一种模式下，在已用食品物质填充空心体部之后和将注射壁连接到空心体部上之前执行穿孔元件的焊接操作。

可利用热或超声波将该穿孔元件焊接在空心体部上。

穿孔元件可以是包括可焊接侧面的隔膜，该侧面的焊接起始点(welding initiation point)或熔点比相对侧面低。

在一种模式下，这样来执行穿孔元件的焊接，即将空心体部保持在支承模具上，并将焊接模具接合在该空心体部中以定位穿孔元件并将其焊接到该空心体部的内侧。

该方法还包括：

-将打开装置插入空心体部中，然后焊接第一隔膜以形成腔室的底部并将该打开装置与所述腔室隔开，

-将食品物质定量供给到胶囊内直到胶囊内从体部的边缘向内设定的某一高度处，

-在穿孔元件接触食品物质的表面或与该表面平齐的情况下焊接该穿孔元件，

-将注射壁连接到空心体部上。

附图说明

下文将结合附图说明本发明的可能的实施例，在附图中：

图1示出根据本发明的胶囊的第一实施例的垂直中间平面上的剖视图；

图2示出将用于削弱流体射流的柔性装置焊接在胶囊中的步骤；

图3示出焊接操作的第二步骤；

图4示出所述装置已被焊接之后的胶囊的体部；

图5示出根据本发明的胶囊的第二实施例的垂直中间平面上的剖视图；

图6示出减小注入流体的速度并分配该注入流体的装置的一个示例的俯视图；

图7示出图6的装置的自上而下的透视图；

图8示出图6和图7的装置的自下而上的透视图；

图9为示出使用穿过胶囊的注射壁的注射针头将流体注入胶囊的剖视图；

图10示出包括用于打开胶囊的凸起元件的设置的部件的示例，该凸起元件构造成在打开时与胶囊的隔膜配合；

图11示出包括用于打开胶囊的凸起元件的设置的部件的第二示例；

图12示出根据本发明的胶囊的另一个实施例，其中打开装置包括具有弱化线的过滤壁；

图13示出根据本发明的胶囊的另一个实施例，其中打开装置包括具有用于液体萃取物通过的预先形成的孔的过滤壁；

图14示出用于本发明的胶囊的用于减小射流速度以及用于分配(流体)的装置的另一个示例；

图15示出根据本发明的胶囊的另一个实施例的垂直中间平面上的剖视图。

具体实施方式

图1到4示出根据本发明的原理的胶囊的第一示例。胶囊1包括杯形式的体部2和封闭该杯的开口部分的注射壁3。体部可由例如热成型塑料制成。体部包括上部边缘20，注射壁3靠在该上部边缘上并焊接和/或粘结于其上。注射壁3有利地为可被刺穿并且不透液体和不透气的塑料或铝制隔膜或复合多层件。

体部2包括其中容纳有待萃取的食品物质的腔室4。食品物质以物质床(bed of substance)的形式占据该腔室中的一个位置，该物质床的横向于通过该床的流体通路的表面一方面由打开装置5限定，另一方面由削弱注入流体并横跨腔室4分配该流体的装置6限定。腔室还由体部的侧面21限定。食品物质通常包含待萃取的产品，例如研磨咖啡或茶。咖啡在研磨工艺期间产生相当高百分比的细屑，大约为5-30％。细屑是其尺寸低于正常值——通常低于90微米——的咖啡颗粒。

用于削弱注入流体的射流并在腔室内分配该流体的装置6总体上包括一壁60，该壁能够在流体到达待萃取的物质之前削弱进入胶囊的流体的射流以便避免搅动该物质。在所示出的优选但非限制性示例中，用于削弱注入流体的射流并分配该流体的装置6是穿孔的柔性隔膜60，其包括紧靠体部的侧面21的内表面焊接的卷起的边缘61。从而，隔膜形成由此限定一注入空间7的碟状物，该注入空间允许引入与胶囊无关的注入装置。隔膜包括使得流体可以横跨胶囊内的物质床18分配的方式流动的多个穿孔或孔。

如图2到4所示，用于削弱射流的元件6是一薄膜形式的元件，其在已向所述胶囊填充食品物质例如一定剂量的研磨咖啡之后焊接在胶囊体部的内壁上。因此，制造胶囊的方法的一般步骤包括：

a-将打开装置5插入体部2，然后焊接第一隔膜50以将该打开装置与胶囊的腔室的底部隔开；

b-将食品物质18定量供给到胶囊内直到胶囊内从体部的边缘向内设定的某一高度处；

c-在用于削弱胶囊内射流的穿孔元件6接触食品物质的表面或与该表面平齐的情况下焊接该穿孔元件；

d-最后，紧靠胶囊的边缘20焊接注射壁3。

图2到4更具体地示出在胶囊中焊接元件6的步骤“b”。

为此，将已填充有食品物质(步骤a)的胶囊放置在支承模具12内，体部的边缘20支靠在支承模具的承载边缘120上。然后，将元件6插入所述支承模具和包括一焊接模具部分的焊接模具13之间。然后，可将元件6预切割成预期尺寸并通过抽吸空气或吸管作用保持该元件紧靠焊接模具，或简单地将该元件紧靠胶囊体部的边缘20放置，或者通过将该元件轻微地限制在这两个模具部件12、13之间来保持该元件。

焊接模具具有变窄的例如截头圆锥形的焊接部14，该焊接部与体部的壁的形状相配合。加热元件15围绕模具以通过传导作用向焊接部提供所需的热量。该加热元件可具有穿过该加热元件的电阻加热元件，或连接到电阻加热元件(未示出)。

图3示出将焊接模具13降低到胶囊体部内以便驱动隔膜6向后进入焊接位置，并紧靠体部的内侧实际焊接该隔膜。焊接在足够的边缘区域17上进行，该区域使所述元件足以抵抗流体压力。焊接通过加热该边缘部分直到与体部内表面接触的膜的表面熔化来实现。该膜的相对表面——即与焊接模具接触的表面——没有达到其熔化或焊接起始点，从而防止在取出模具时膜粘在模具上，因为这将撕下膜或撕裂膜。焊接起始点在此是指形成密封剂的材料获得最小密封强度的焊接温度。密封强度是给定焊接温度下的粘合剂强度。密封是膜表面形成可在一段时间内抵抗压力和热量影响下的撕开、剥落、剥离或故障的粘合剂或密封件的能力。作为优选方案，该膜是由多层聚合物包括焊接层600(在体部内壁侧上)形成的层压件，该焊接层由熔点或焊接起始点比该膜的外层601(图4)低的材料制成。当胶囊的体部由聚丙烯制成时内部焊接层例如由聚丙烯制成；然后外层由一种材料例如聚酰胺制成。如果必要的话，冷却模具的中心部分以防止膜尤其因层600熔化而粘到模具上，因为层600的熔化会堵塞穿孔并使膜粘到模具上。

应指出，可使用超声波焊接装置或其它合适的装置来代替热焊接装置。在一个可能的变型中，形成元件6的膜以由卷轴放出的连续薄片或板的形式出现并置于夹具12和模具13之间，然后被焊接和切割。焊接可依次进行或同时进行。

图5到9示出根据本发明的原理的胶囊的第二示例。胶囊1包括杯形式的体部2和封闭该杯的开口部分的注射壁3。在此情况下，用于削弱注入流体的射流并分配该流体的装置6是一自支承塑料件例如刚性或半刚性塑料件。装置6是在没有焊接的情况下放置于体部内的简单的碟状物。

如图9所示，注入装置可以是具有钉状物80和一个或多个孔81的穿刺喷嘴8。因此，注入装置用于朝空间7的内部为一股或多股加压流体射流定向。加压流体射流优选地朝向胶囊内容纳的物质对准，或者向下或者成一定的倾角(如图所示)。射流强度较大，线速度至少为5m/s，优选地至少为7m/s。该注入装置用于生成围绕胶囊中心轴线I的流体湍流或涡流运动，或可选择地指向该轴线I的运动。这种装置对于在胶囊内生成物质的搅动的同时溶解粉末或其它可溶物质尤其有效。但是，根据本发明的胶囊的确具有用于削弱该流体射流的装置，由此避免腔室内的物质的搅动，从而使得胶囊也适合于接纳这种类型的注入装置。因此，应理解，根据本发明的胶囊适合于这样的注入装置，即对于咖啡粉、可可和/或奶粉的情况，在没有用于减小射流速度并用于分配的装置6的情况下，该注入装置原则上设计成在胶囊内产生物质搅动。但是，对本发明的胶囊所作的变型使得可以使用这些注入装置而不会产生与物质搅动相关联的问题，这是因为通过削弱射流的装置6以及流体通过所提供的多个开口消除了搅动。因此，可萃取其它物质例如研磨烘焙咖啡而不需要改变注入装置。

因此，碟状物6包括具有多个孔62的横向壁或端壁60，所述多个孔优选以均匀地覆盖所述壁的整个表面的方式分布在所述壁上。这种构型旨在分配进入腔室并通过物质的流体流，从而分割流体通过物质的速度，并避免形成优选的流体循环路径。

如图5所示，碟状物仅通过放置而插在体部内。注射壁3——优选为焊接在边缘20上的隔膜——用于保持碟状物60在体部具有变窄的形状时沿碟状物的支承线64和/或碟状物的边65靠着体部的侧面支承，或者可选择地直接靠着物质支承，或者优选地同时靠着体部和物质支承。因此，碟状物通过壁3和体部2和/或物质床的顶面(未示出)之间的靠置而固定不动。碟状物的壁60因此可保持物质被限定在腔室内并处于压缩状态，这确保了可再现的流动特性。

碟状物有利地可由单个热成型的或注射成型的塑料构件制成，或可选择地由单个压制的或注射成型的金属构件制成。

图1到9的胶囊包括压力保持装置5，该压力保持装置使得当腔室内达到一定压力时可以通过通道或管9释放液体萃取物或饮料。为此，打开装置包括连接到体部的内缘22上的可刺穿的隔膜50，该内缘位于腔室的下部边界。隔膜可通过任何合适的密封连接装置例如通过焊接、粘合或其它等效装置连接。隔膜与盘形部件51配合以便打开，该盘形部件包括限定出一系列的管道或空间53的凸起元件52。

图10示出包括这些凸起元件的打开构件的示例。该构件5A是包括截头圆锥形凸起元件520和用于收集通过隔膜的液体萃取物的空间530的注射成型的盘。在该构件的侧面上具有边54，该边54限定开口、通道或狭槽55以在体部的收集器25和打开构件5A之间排放饮料。可在打开构件下面设置肋板以提高该构件的耐压力，并使其更易于朝输送管9排送饮料。管9优选地包括例如形式为S形边的溢流装置，其迫使液体流重新定中心，保持泡沫的质量并且从而限制飞溅。

图11示出用于打开隔膜的构件5B的另一个示例，其中凸起元件521为角锥状，并且分离的管道522在该构件的表面之上形成流动网络。该构件的边540为用于饮料通过的狭槽550划定界限。

当施加在隔膜50上的压力使得隔膜在凸起元件的位置被刺穿，从而在隔膜内生成多个孔时，胶囊被打开以便释放液体萃取物。流体可在凸起元件的表面和具有过滤效果的隔膜的孔的边缘之间流动，从而所有的固体颗粒仍保留在腔室内。萃取物因此可在空间530或管道522之间流动，然后经过狭槽55、550，沿位于(打开)构件下方远至管9的收集器和/或凹槽(未示出)的边缘流动。在没有射流削弱装置例如碟状物的穿孔壁时，一些孔马上会被阻塞并且饮料不再流动或至少不再以足够的流速流动。假定由于存在用于减小射流6的速度的装置而在物质内没有搅动，则细屑不会围绕通路或紧靠这些孔或凹凸部沉淀，从而饮料可正常地流动。

图12示出根据本发明的胶囊的另一个实施例，其中与前面的实施例的差别在于具有过滤壁58的保持装置5，该过滤壁具有弱化点或弱化线580。在没有加压流体时，壁58和注射壁3形成一闭合的封装件。当流体在腔室内积累，压力增加到打开压力阈值，其强迫通过该点或线580形成开口并容许饮料萃取物流过。可设置支承元件59例如一个包括非穿刺肋板的元件以便防止壁58由于在腔室内施加的压力而塌陷。因此，液体可流过存在于这些支承元件59内或下方的凹槽或管道590，并通过饮料输送管9排出。

图13示出胶囊的另一个实施例，其中腔室4的压力保持装置的壁581具有预先形成的开口582，该开口构造成在腔室内的压力高于一定压力时流体可以通过。在此情况下，壁已经打开并且产生必须克服以便可通过管9收集流体的压降。这种胶囊的一个缺陷是需要外包装或至少气密性地封闭管9的可剥离的密封件以便保持其容纳的物质新鲜。

在不脱离本发明的总体范围的情况下可以设想压力保持装置的其它可能的实施方式。

图14示出一示例，其中用于减小射流速度并分配流体流的装置包括元件66，该元件66包括至少一个编织或非编织材料层。这种层可以是由塑料、纤维素、棉线或一些其它材料制成的编织物、垫子。该元件可包括使该装置具有刚性的其它层或棉网，例如细丝、条带或金属和/或塑料肋板、多孔材料层等。元件66可如图10所示地为盘形，或者如前文所示地为碟形。元件66可选择地为放置在由金属或塑料细丝制成的支承篮内的盘的形式，该支承篮的高度限定了注入空间7。

在另一个实施例(未示出)中，用于削弱射流的装置的壁包括柔性膜，该柔性膜具有多个孔，其紧固在体部2和/或注射壁3上并构造成在流体射流的作用下在其表面和注射壁之间膨胀，并使流体通过其孔散播。该膜可有利地通过其边缘保持在胶囊体部的边缘20和注射壁3的焊接线之间。该膜可以是由聚丙烯或弹性体制成的薄膜(例如厚度为100到600微米)，例如具有多个孔(例如在30到100之间)。当穿过壁3将注射喷嘴引入时，其朝内部向后推动该膜而不会刺穿膜。然后，在壁3和膜之间引入水，使得膜膨胀并因此压靠在物质床的表面上。该膜可从较小的初始尺寸弹性地变形，和/或如果设有较大的初始尺寸则展开。因此该膜使物质床稳定并防止在腔室内生成湍流/搅动状态。水均匀地流过膜的孔并流过物质的表面。

在图15所示的另一个可能的实施例中，用于削弱射流并跨越物质床分配流体的装置包括层67，该层将流体射流的入口与物质床的表面分隔开，层67包括多个肉眼可见的元件670，例如小珠、颗粒或棒状物或其它等效元件。这些元件670优选地由密度低于胶囊内容纳的物质18的密度的材料制成，和/或层67单位体积的质量小于物质床单位体积的质量，使得在干燥状况或萃取的水力状况下元件都保持位于物质床的表面上。这些元件可以是例如由泡沫塑料或纤维素制成的元件。该元件占据进入胶囊的流体射流和物质床的表面之间的容积的全部或一部分，同时在每个邻近的元件670之间空出间隙671的网络以便流体以这样的速度通过层67，该速度与离开注入装置的流体射流的初始速度相比减小。该元件优选地由食品级的材料制成，并优选地在萃取的热、压力和湿度条件下以及在接触食品物质的存储条件下为惰性。元件的大小可变化，并大约为1到8mm，优选地为2.5到6mm。这些元件可防止射流直接冲击物质床18的表面并由此形成能够生成用于流体进入物质床的流动网络的多个小空间。该元件优选地由食品级的塑料例如聚丙烯、聚苯乙烯或一些其它合适的材料制成。

本发明还涉及一种用于通过将加压流体注入胶囊来生产和分送多份饮料的系统，该系统包括图9所示类型的或可选择地在名称为“FoodPreparation method”的共同待决欧洲申请EP No.03019163.9内详细说明的注入装置。该注入装置在所述胶囊内产生至少一股加压流体的射流。在该系统内提供分类的第一和第二胶囊，这些(胶囊)设计成与该注入装置相结合。因此，分类中的每个胶囊都包括体部和注射壁、容纳有至少一种食品物质的腔室、用于保持所述腔室内的内部压力的装置。第一胶囊为此申请内所述的类型，即它们除了上面定义的一般装置之外，还包括构造成削弱所注入的流体射流并在流体通过物质时分割流动以便减小或消除腔室内的物质搅动的装置。第二胶囊的设计方式总体上相同，但是没有所述装置6、60、62以便——与所述第一胶囊不同——促使在第二胶囊的腔室内产生一定程度的物质搅动。例如在专利申请WO 03/059778内详细说明和示出了不采用这些用于削弱流体射流的装置的胶囊，该申请在此引入作为参考。

本发明并不局限于精确地说明和示出的实施例，而是包括落入下文权利要求的范围内的任何技术等同物。

Claims (41)

1.用于通过将加压流体注入胶囊来分送饮料的胶囊(1)，所述胶囊包括：

空心体部(2)和连接在该体部上的注射壁(3)，

容纳有待萃取的至少一种食品物质的床的腔室(4)，

用于保持所述腔室内的内部压力的装置(5)，

其特征在于，所述胶囊包括用于削弱流体射流以便减小注入胶囊的流体射流的速度并以减小的速度跨越物质床分配流体的装置(6，60，62，67)。

2.根据权利要求1的胶囊，其特征在于，所述胶囊包括注入空间(7)，该注入空间容许通过注射壁(3)引入形式为至少一股加压流体射流的注入装置(8)，并且该流体注入空间(7)通过用于减小射流速度的装置(6，60，62)保持与所述腔室隔开。

3.根据权利要求2的胶囊，其特征在于，分配和射流削弱装置(6，60，62)包括至少一个壁(60)，该壁将注入空间(7)与容纳有物质床的腔室(4)隔开。

4.根据权利要求3的胶囊，其特征在于，所述壁包括焊接边缘，该边缘焊接在空心体部的内表面上，使得所述壁从注射壁向内定位。

5.根据权利要求4的胶囊，其特征在于，所述壁为可变形的柔性膜。

6.根据权利要求3的胶囊，其特征在于，所述射流削弱装置的壁(60)基本平行于所述注射壁(3)、相对于所述注射壁(3)凸起或凹入地定向。

7.根据权利要求1到4中任一项的胶囊，其特征在于，所述射流削弱装置(6)包括这样穿过所述壁(60)的多个开口(62)，即所述开口横跨物质床分配流体流动。

8.根据权利要求7的胶囊，其特征在于，穿孔壁(60)的开口(62)基本均匀地分布在该壁上以便基本均匀地横跨物质床分配流体流。

9.根据权利要求7或8的胶囊，其特征在于，穿孔壁(60)选自带孔的塑料壁、带孔的膜、格栅、编织或非编织材料层、多孔层或它们的组合。

10.根据权利要求5到7中任一项的胶囊，其特征在于，待萃取的物质基本上占据整个腔室，并且穿孔壁(60)因此在距床的表面1mm或更近的距离处固定不动。

11.根据权利要求10的胶囊，其特征在于，穿孔壁(60)实际上接触腔室(4)内的物质床的表面。

12.根据权利要求11的胶囊，其特征在于，穿孔壁(60)定位成保持物质床处于压缩状态。

13.根据权利要求3的胶囊，其特征在于，所述射流削弱装置的壁(60)为刚性。

14.根据权利要求13的胶囊，其特征在于，所述射流削弱装置的壁(60)形成插入体部内的碟状物的底部。

15.根据权利要求1或2的胶囊，其特征在于，分配和射流削弱装置包括将流体射流入口与物质床的表面隔开的离散元件(670)的层或堆(67)或至少一海绵状材料的层。

16.根据权利要求15的胶囊，其特征在于，所述离散元件(670)的形式为小珠、颗粒或棒状物。

17.根据前述权利要求中任一项的胶囊，其特征在于，压力保持装置(5)包括：

可穿孔的隔膜(50)，

打开所述隔膜以便生成穿孔并容许液体萃取物通过所述穿孔的凸起元件(52)；所述隔膜(50)中的穿孔是在胶囊的腔室中压力升高的作用下获得的。

18.根据权利要求17的胶囊，其特征在于，所述凸起元件(52)位于腔室(4)外部。

19.根据权利要求17的胶囊，其特征在于，所述凸起元件(52)位于腔室(4)内部。

20.根据权利要求17或18的胶囊，其特征在于，所述凸起元件分布在板(5，5A，5B)上，该板包括通向饮料可从中流过的开口、通道或狭槽(55，550)的管道(53，530，522)。

21.根据权利要求17到20中任一项的胶囊，其特征在于，所述凸起元件(52，520，521)为角锥体、截头圆锥体、圆顶状物、细长肋板、钉状物或刀片。

22.根据权利要求1到16中任一项的胶囊，其特征在于，保持装置(5)包括：

具有预先形成的开口(582)或弱化线或弱化点(580)的过滤壁(58)。

23.根据前述权利要求中任一项的胶囊，其特征在于，体部(2)包括用于饮料的收集器(25)和至少一个用于分配饮料的通道或管(9)。

24.根据权利要求23的胶囊，其特征在于，所述收集器(25)包括饮料溢流装置(90)，该饮料溢流装置作为所述通道或管的边界以便减缓离开胶囊的饮料流。

25.根据前述权利要求中任一项的胶囊，其特征在于，食品物质包含研磨咖啡或茶。

26.用于通过将加压流体注入胶囊生产和分送多份饮料的系统，所述系统包括：

用于在胶囊内产生至少一股加压流体射流的注入装置(8)；

以及至少一个根据权利要求1到24中任一项的胶囊。

27.根据权利要求26的系统，其特征在于，所述注入装置用于引入至少一个注射喷嘴，该注射喷嘴构造成沿优选方向发送至少一股加压流体射流。

28.根据权利要求26的系统，其特征在于，所述注入装置刺穿注射壁以便将喷嘴引入胶囊。

29.根据权利要求28的系统，其特征在于，所述注入装置偏心地将注射喷嘴引入胶囊，从而注射喷嘴距离胶囊的边缘比距离胶囊中心近。

30.根据权利要求26到29中任一项的系统，其特征在于，以至少5m/s的线速度发送流体射流。

31.用于通过将加压流体注入胶囊生产和分送多份饮料的系统，所述系统包括：

用于在胶囊内产生至少一股加压流体射流的注入装置(8)；

分类的至少第一胶囊和第二胶囊；

该分类中的每个胶囊包括：

体部(2)和注射壁(3)，

容纳有至少一种食品物质的腔室(4)，

用于保持所述腔室内的内部压力的装置(5)，

其特征在于，所述第一胶囊包括用于削弱射流并横跨物质分配流体流动以便与所述第二胶囊相比减小或消除腔室内物质的混合的装置(6，60，62)，所述第二胶囊本身不具有这些装置(6，60，62)，以便与所述第一胶囊不同，促使在第二胶囊的腔室内的物质发生一定的混合。

32.根据权利要求31的系统，其特征在于，所述第一胶囊包括其中在没有顶部空间的情况下限制物质的腔室；

所述第二胶囊包括这样的腔室，即其中物质占据该腔室的1％到100％。

33.根据权利要求31或32的系统，其特征在于，所述第一胶囊包含待萃取的物质，例如研磨咖啡或不可溶茶；

所述第二胶囊包含将要溶解的物质或可分散在流体内的物质。

34.根据权利要求32的系统，其特征在于，所述第二胶囊容纳有可溶食物凝胶、液体或粉末。

35.用于制造通过将加压流体注入胶囊来分送饮料的胶囊的方法，所述胶囊包括空心体部(2)和连接在该体部上的注射壁(3)，容纳有至少一种待萃取的食品物质的床的腔室(4)，用于保持所述腔室内的内部压力的装置(5)，所述方法的特征在于，

横向于所述空心体部放置形成射流削弱和水分配壁(60)的穿孔元件(6)，并在距注射壁一距离处将其焊接在空心体部的内侧。

36.根据权利要求35的方法，其特征在于，在已用食品物质填充空心体部之后和将注射壁(3)连接到空心体部上之前执行所述穿孔元件(6)的焊接操作。

37.根据权利要求35、36或37的方法，其特征在于，利用热或超声波将所述穿孔元件焊接到空心体部上。

38.根据权利要求37的方法，其特征在于，所述穿孔元件是包括可焊接侧面的隔膜，该侧面的焊接起始点或熔点比相对侧面低。

39.根据权利要求35到39中任一项的方法，其特征在于，这样来执行所述穿孔元件的焊接，即将空心体部保持在支承模具上，并将焊接模具接合在该空心体部中以定位穿孔元件并将其焊接到该空心体部的内侧。

40.根据权利要求39的方法，其特征在于，所述穿孔元件的焊接在该穿孔元件的焊接边缘上执行，该焊接边缘在焊接区域内与空心体部的内部轮廓柔性地保持一致。

41.根据权利要求35到40中任一项的方法，其特征在于，所述方法包括：

-将打开装置(5)插入空心体部(2)中，然后焊接第一隔膜(50)以形成腔室的底部并将该打开装置与所述腔室隔开，

-将食品物质(18)定量供给到胶囊内直到胶囊内从体部的边缘向内设定的某一高度处，

-在穿孔元件(6)接触食品物质的表面或与该表面平齐的情况下焊接该穿孔元件，

-将注射壁(3)连接到空心体部上。

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