具有形成受限的流动路径的输出壁的制备饮料用胶囊
技术领域
本发明涉及用于在饮料制备机器中制备含可提取的饮料配料如咖啡的胶囊。
背景技术
一次性使用的饮料胶囊很普及，因为它们能够快速、方便且清洁地提供新鲜品尝的饮料。因此，某些饮料胶囊系统提出从容纳在胶囊中的烘焙和研磨的咖啡配料中提取咖啡液体，该胶囊当足够量的水装入胶囊时在压力作用下打开。更具体地说，在胶囊的输出面打开之前，胶囊中液体的压力增加，因此形成良好的提取品质。
为使可提取的饮料配料例如研磨的咖啡和热水之间充分相互作用，希望延缓穿过输出侧的饮料的释放。已经存在许多不同的解决方案。特别地，如EP0512470B1中所述的，Nespresso![]()
胶囊系统基于下述原理，即，胶囊的提取面是抵靠饮料制备机器中的胶囊保持器的凸起元件和凹入元件撕裂的。当达到破裂应力时，提取面在凸起元件和/或凹入元件的部位撕裂，以便提取咖啡之后使液体例如咖啡提取液在某一正压下排出。EP0512468B1也说明了一种适于这种提取工艺和设备的胶囊。
存在另一些用于因注射的液体的内部压力而在输出壁中提供一个或多个孔口的方法，如涉及在胶囊之外的(外部)穿孔元件。
还存在这样的胶囊，所述胶囊包括具有预制的孔口的输出壁，即，该孔口不在胶囊中的压力下在液体的作用下打开。然而，多数时间，孔口在输出壁中的定位、数量和尺寸构造成产生可忽略不计的反压，该反压仅引起胶囊中低压升高。因此，在胶囊中产生并由其输送出较差提取的像肥皂一样的液体，例如“清亮的”咖啡。
发明内容
本发明旨在解决上述问题并提出一种解决方案，以用于在胶囊(碗杯)中提供更好的水-配料的相互作用，尤其是用于在其输出壁设有预制孔口以便在提取期间在胶囊中提供升高的压力的胶囊。
为此，本发明涉及一种用于在饮料制备机器中制备饮料的胶囊，该胶囊包括体部和输出壁(输送壁)，所述体部和输出壁形成含有可提取的饮料配料的室，所述输出壁包括至少一个出口，其中该输出壁包括内层和外层，所述内层包括至少一个第一孔口，所述外层包括至少一个第二孔口，
其中，第一孔口和第二孔口在胶囊的轴向方向上延伸，
其中，第一层和第二层是相邻的，或者第一层和第二层相距有限的间隙，且当存在间隙时，提供一种迷宫式结构，该迷宫式结构在所述第一和第二孔口之间的间隙中横向上跨过饮料流动路径延伸。
术语“轴向方向”涉及胶囊的纵向对称轴线，在使用中该轴线与穿过室的流动路径的主方向相对应。“横向方向”涉及在相对于所述纵向轴线垂直或稍微倾斜(即，小于45°)的平面中延伸的方向。
所谓“相邻的”是指所述层直接接触，或者沿着它们总表面的至少75％彼此相距不大于0.3mm(当胶囊未受到内侧液体的压力作用时)。
术语“孔口”是指设置在输出壁中以用于允许饮料离开胶囊的任何孔口。所述孔口可以在输出壁中实施。因此输出壁可以包括一个或多个孔口。孔口也可以在制备饮料之前或期间通过机械的或流体的方法形成。例如，可以通过当胶囊插入饮料制备机器中时刺穿或切割形成一个或多个孔口，或者由于机械应力或由液体、气体压力、热、激光及其组合所提供的其它应力的结果形成一个或多个孔口。因此，孔口可以不在使用胶囊之前具体化，而是可以在使用胶囊时出现。
在优选方式中，第二孔口在胶囊的横向方向上相对于第一孔口偏置。结果，在离开输出壁之前，饮料例如咖啡液体提取物的流动被强制沿两层之间的横向路径行进而非直接沿轴向路径行进，因此使饮料的行进放慢。
在一种方式中，第一孔口和/或第二孔口之间的路径是密封的。密封可以用任何合适的方式实现。密封可以通过内层和/或外层本身实现或通过附加的层—例如插在两层之间的中间密封层—实现。
在一种方式中，第一和第二孔口之间的流动路径在提取期间可以通过施加到输出壁上的内部压力打开。在一种方式中，流动路径通过在内孔口和外孔口之间于内层和外层之间存在的密封(例如，层离区)封闭。尤其是，流动路径能通过封闭孔口而封闭。可以将所述孔口，但通过低厚度膜或通过覆盖孔口的粘合剂层将其预先减弱。因此，所述孔口能通过任何合适的方式例如层离(脱层，剥离)、破裂、自穿孔等开封。
在另一种方式中，第一孔口和第二孔口之间的流动路径是打开的，即不封闭或不密封。该流动路径能通过限流装置例如流动通道用任何方式在轴向和/或横向方向上阻碍。这些限流装置放在两个层的第一孔口和第二孔口之间。
在另一种方式中，第一和第二孔口是预制的，且密封材料至少部分地密封第一和第二孔口之间的路径。这种密封材料能插入，以便例如用相邻的方式将内层和外层附接在一起。
优选地，输出壁还包括一个或多个限流开口，例如通道，该限流开口在两个层之间并沿着胶囊的横向方向延伸。
限流开口对饮料的流动提供阻力，以便维持胶囊的室中的较高压力。限流开口还通过产生与液体的压力突然释放有关的剪切力而有助于形成泡沫或“乳油”。因此，优选限流开口形成的总开口表面积为0.25-2.5mm2。当设置多个开口时，“总开口表面积”代表每单个开口的表面积之和。
当开口通过选择性的柔性密封层—例如在休止时形成二维壁的薄的聚合物箔—形成时，开口的表面积是最大可能表面积，同时界定开口的密封件不破裂，该密封件可当液体通过时形成开口。
优选地，横向限流开口具有较大的尺寸，该较大的尺寸为小于1.0mm，优选地小于0.7mm。
所谓“较大的尺寸”是指各开口的横截面的最大尺寸，即，对圆形开口来说是直径，而对细长狭槽开口来说是长度。例如，对于通过选择性密封两个层所得到的二维输出壁来说，最大尺寸是各层在限流处的未密封部分的宽度。
优选地，横向定向的限流开口的数量为低于5个，最优选地为低于1至4。可将开口预制成使得它们的尺寸在使用胶囊之前是固定的。然而，可以设想，开口可以通过在使用胶囊期间或刚要向胶囊中注入液体之前破裂或刺穿得到。例如，开口可以通过密封件进行密封，该密封件设计成通过两个层之间压力下液体的作用破裂。
优选地，内层和外层是选择性地和部分固定地密封在一起，以便留下所述横向开口。
尤其是，横向开口在各层的未密封部分中形成，并由将内层连接到外层上的密封部定界。
在另一种可能的方式中，横向开口由密封在内层和外层之间的刚性插件形成或定界。
当在两个层之间存在间隙并且由此需要迷宫式结构以形成受限制且曲折的流动路径时，该迷宫式结构优选地布置成可形成沿胶囊的横向方向延伸的一个或多个限流开口。
一般，内层和/或外层包括多个孔口。然而，外层优选地具有有限数量的孔口，例如，少于20个孔口，更优选地是1-10个孔口。
在一种方式中，第一层的第一孔口具有足够小的直径，以便将可提取的饮料配料颗粒保持在室中。
优选地，第一层的孔口的平均直径为小于150微米，优选地小于100微米。结果，该层能基本上将可提取的饮料颗粒尤其是研磨的咖啡颗粒保持在胶囊的室中。
优选地，内层和外层是盘形。
所述层可以由柔性箔(金属薄片)形成，该柔性箔在休止时形成二维输出壁，并可变形以在两个层之间产生受限制的饮料流动路径。尤其是，所述箔可以部分地密封，以便当胶囊未受到液体压力时通过二维的未密封部分形成限流开口。尤其是，内层和外层可以是厚度在约50-250微米之间的柔性箔。
所述层还可以是柔性元件和刚性元件的组合，其中一个层形成迷宫式的壁结构。
优选地，第一层包括铝、PP、PE、PA、PS、PVDC、EVOH、PET、PET、纤维素、淀粉基材料及其组合，而第二层包括铝、PP、PE、PA、PS、PVDC、EVOH、PET、纤维素、淀粉基材料及其组合。
术语“内”和“外”涉及各层在输出壁中相对于彼此的定位。然而，不应将其解释为把输出壁限制到仅有两层。例如，可能设置最外层以用作过滤器或气密式封闭膜。
可提取的配料包括饮料配料，如研磨的咖啡、茶叶、奶粉或浓缩物、巧克力或可可粉或浓缩物及其组合。
胶囊优选地装有添加的惰性气体如氮气，以便减少氧化作用并延长配料的新鲜度时间。氮气通常是在用配料充装胶囊之后和密封之前充注。
关于胶囊的尺寸，胶囊的输出壁优选地具有30-40mm的直径。胶囊的体部优选地具有27-30mm的高度。胶囊的边沿优选地具有3-5mm的宽度。
优选地，胶囊的边沿包括密封机构，以用于在注射部分的压紧表面和胶囊之间提供液密的密封效果。该密封机构的尺寸有效地设计成可改善胶囊在设备中的液体压力接合，和此外充填在注射部分的端部压紧表面处所形成的径向槽(如在PE1654966或EP1702543中所述)，以便有利于从设备中取出胶囊。更优选地，密封机构形成至少一个从边沿延伸的一体式突起或唇边，或者是附件的密封元件，例如橡胶件、软塑料件、泡沫塑料或纤维(例如纸、纸板或者合成纤维或天然纤维)。
附图说明
图1是本发明第一实施例的胶囊的剖视图；
图1A是图1的胶囊的输出壁的细部图；
图2是在饮料提取期间在如EP0512470中所述的胶囊保持器上的输出壁的细部图；
图3是图1的胶囊的输出壁的部件分解图；
图4是图1的胶囊的第二实施例的输出壁的部件分解图；
图5是本发明第三实施例的胶囊的剖视图；
图6是图5的胶囊的输出壁的部件分解图。
具体实施方式
图1、1A、2和3中示出本发明第一实施例的胶囊1A。该胶囊1A包括输出壁3和圆形剖面的自支承式杯形体部2，该杯形体部2具有用于向胶囊中注射水的封闭的上部、截锥形侧壁4、向外延伸并终止于卷起的端部6的边沿5。如上所述，该体部可以用铝、塑料、纸、利用农业资源例如玉米淀粉(优选具有增塑剂)获得的材料及其组合制成。该体部可以比较坚硬，以便当它被咖啡制备机器的刀片刺穿时不会塌陷；该刀片提供穿过胶囊以用于注水的开口。该杯形体部限定一室8，该室含有饮料配料，优选烘焙和研磨的咖啡。烘焙和研磨的咖啡的用量可以根据咖啡的类型(ristretto、espresso或lungo)改变。一般地，装在该室中的咖啡的量在4.5克至7克之间。咖啡粉一般是Arabica(阿拉比卡)和/或Robusta(罗巴斯塔)研磨咖啡的一个产地或不同产地的混合物。应该注意，所述体部能采取其它的不同形状和构型。例如，它可以由不同的壁装配在一起制成，而非制成杯形件。
如图1A中详细示出的，输出壁3由分别作为内层9和外层10的第一层和第二层形成。这两个层邻近放置，并且仅沿它们的周缘密封线15密封。
在第一方式中，这两个层在界面11处，尤其是在第一孔口和第二孔口之间的流动路径中，基本上没有任何密封连接。优选地，第一层9可通过设在其厚度中的多个小尺寸孔口12而透过液体。孔口12形成穿过该层的小孔(毛孔)，该小孔的直径优选地低于装在室8中的咖啡颗粒的平均直径(D4，3)。所述孔口优选地分布在第一层9中，以保证咖啡提取液能流过基本上是该层的整个表面(图3)。这保证不会在室内的配料层中形成优先流动路径，而是所有可提取的饮料颗粒(例如，咖啡颗粒)都被液体合适地润湿。
第二(外)层10也制成可通过孔口13渗透液体。第二孔口13形成胶囊的用于输送饮料的出口。因此，第二层的每个孔口13都沿着轴线A排列，该轴线A基本上平行于胶囊的纵向轴线L。第二孔口13的数量和尺寸可以与第一孔口12的数量和尺寸不同。优选地，外层提供比第一层更高的反压。尤其是，第二层10具有比第一层9少的孔口数，但单个孔口具有较大的直径。总之，由孔口13形成的外层中的开口表面积小于由孔口12形成的内层中的开口表面积。在另一种可能的方式中，由孔口13形成的外层的开口表面积大于由孔口12形成的内层的开口表面积。
如图1A中所示，通过使得所述两个层沿它们的表面接触来布置该输出壁，以使层9、10彼此相邻(在胶囊中产生液体压力之前)，并且第二孔口13相对于第一孔口12偏置。所谓“偏置”是指孔口13的轴线A不与任何孔口12的轴线B对准。如图3中所示，第一孔口12在这样的区域中穿过内层安放和分布，所述区域与包括穿过第二层的第二孔口13的区域不同。
输出壁3能插入和密封到体部的环形凹部14中，该凹部14例如通过侧壁4的阶梯形部分得到，如图1中所示。可供选择地，壁3能密封到法兰式边沿5上。另一种可选方案是将第一层9密封到凹部14，并将第二层10密封到法兰式边沿5上。尤其是，这两个层可在它们的周缘处用耐撕的周缘密封部密封(图3)。因此，外层10在提取期间不能整个地从胶囊拆卸而仍然是至少在某些区域如在密封线15处牢固地保持与内层9连接。
在图1、1A和2的第二实施方式中，内层的孔口12和外层的孔口13之间的流动路径通过密封界面或密封部11封闭。为此，密封部11将第一层9和第二层10连接在一起，并沿着相对于各孔口13的轴线A成约90°取向的密封平面P排列。事实上，密封部封闭用于液体从第一孔口12到第二孔口13的流动路径。
密封部分制成为使得当足够的液体的压力作用于其上和/或在通过第一孔口12之后作用到第二层10上时，该密封部能破裂或层离。密封部可由加在所述两个层之间的可热熔的材料或胶粘剂制成，如薄的密封膜(例如，PE、EVA等)。密封膜能很薄，例如仅有几微米。该密封部也能是层9、10的一体部分，以便形成如通过热封合所得到的可破裂的接合。例如，这两个层能通过例如使用热辊或压力机在加热和压力下层压两个可渗透的薄片而生产。可能需要中间可熔化的薄膜，以便在两个薄片之间得到可破裂的密封。然后将层压体切割，以便形成圆形输出壁，该圆形输出壁能密封到胶囊的体部2上。应当指出，流动路径也能在内层9和外层10之间不形成粘合的情况下单独地通过密封孔口12和/或孔口13进行封闭或密封。然后通过胶囊中液体的压力将密封的孔口打开和/或开封。
图2示出当经受胶囊中的咖啡液体的提取压力时，输出壁的状况。胶囊通常插在饮料制备设备中，如EP0512470B1中所述的设备。该设备包括胶囊保持器16，胶囊被支承和压紧到所述保持器16上。胶囊保持器16具有一系列凸起元件17如两级截锥棱锥体和凹入元件或通道18。所述通道彼此相通，以便形成液体提取物的收集网络。在凹入元件18的底部中设置小的孔口19，以用于使液体提取物能穿过胶囊保持器流向该设备的输出导管(未示出)。当通过由刀片7提供的穿孔向胶囊的室中填充水时，固体咖啡配料被逐渐填充该室的液体润湿，直至在该室中产生压力。加压热水和咖啡颗粒之间的相互作用形成咖啡提取物；该液体提取物最后被强制通过第一层9的孔口12。随着胶囊中压力的升高，第二层10往往会向外—即抵靠胶囊保持器16—变形。下层10的位于凹入元件18上方的区域20往往会比由凸起元件17支承的区域21变形更多。因为第一层9对压力的阻力较小，所以它的变形按比例小于第二层10。输出壁3的这种有差异的变形导致用于流过所述两个层之间的液体的受限制的区域22的产生。然而，因为至少一部分孔口12、13相互偏置，所以液流被强制在两个层9、10之间的该受限制的区域22中沿曲折路径行进，直至流出第二(外)层和孔口13。此外，受限制的曲折流动路径可通过阻挡由胶囊保持器上的压力例如在凸起元件处形成的区域而形成，在该区域中这两个层保持接触。结果，液流的释放不是直的而是十分曲折和受限制，以便在室内部保持一定压力。在停止向胶囊中注入热水后，因为第二层的变形优选地是永久变形以便保持孔口12、13之间的流动路径充分打开，所以胶囊仍可排空液体。
图4提出图1-3的胶囊的输出壁的变型。除了输出壁的设计方法之外，该胶囊与胶囊1A相同或类似。尤其是，将内层9和外层10选择性地密封在一起，以便形成位于第二孔口12和第一孔口13之间的饮料限流开口50。内层9中的孔口12能布置在该层的局部区域70中。外层的孔口13布置在该外层的区域71中，该区域71在轴向上相对于内层的孔口12的区域70偏置。更具体地说，当这两个层装配成形成输出壁时，用于内部孔口12的区域70与外层的未穿孔的区域73叠加。同样，用于外部孔口13的区域71与内层9的未穿孔的区域72叠加。开口50在横向上相对于孔口定向。更具体地说，将连接内层9和外层10的密封部51设计成限制在横向方向上朝向出口孔口13的饮料流动路径。
更具体地说，密封部51界定限流开口50，以便例如形成各层的未密封区域52和密封区域51之间的通道。因此，开口50由各层的未密封的相邻部分形成，并且还在输出壁的横向方向上—即沿着图1A的平面P—延伸。密封部的阻力应当足以抵抗饮料的压力并且避免层离或破裂，因此保证对限流开口的尺寸的控制。
为使饮料穿过输出壁离开胶囊，饮料必须经由第一开口12通过内层9，以便进入未密封的区域52—该未密封区域不包括外层中的任何贯通孔口，由此迫使饮料改变方向，并在横向上在两个层之间的受限制的区域22中行进，直至它流过横向取向的开口50，并再次改变方向(即，转到轴向方向)以通过设在外层中的第二孔口13。结果，为饮料流在输出壁中提供曲折而受限制的流动路径，该流动路径有助于在饮料提取期间维持胶囊内的压力梯度。
应该注意，可以在两个层之间设置不连续的密封部以取代连续的密封部51。另外，各开口50能用刚性插件得到或定界，所述刚性插件密封在两个层之间，如小的管道部分、钢丝束、波纹塑料件等。
图5和6示出本发明的另一实施例，其中胶囊1B包括杯形体部2和输出壁30，该杯形体部2具有用于装配料的室8，该输出壁30用于封闭该室。输出壁由内层31和外层32形成，所述内层和外层被迷宫式结构36、37分开，以用于通过在两层之间存在小间隙42而提供受限制的曲折路径。两个平面层31、32之间的间隙具有小厚度，该厚度优选地小于1.5mm，最优选地小于1.0mm，例如在0.2mm至1mm之间。
内层31是硬质塑料元件，它包括带孔的平面壁35和隆起部分36、37，所述隆起部分36、37朝外平面层32的方向突出。带孔的壁35包括多个孔口38，所述孔口38足够小以便将咖啡颗粒保持在室8的内部(例如，孔口直径小于150微米)。在由最中心的隆起部分37定界的第一层31的中心区39中，该壁没有任何孔口。隆起部分能成形并设置成同心环。在隆起部分36、37中形成小的横向开口60、62，所述横向开口提供用于饮料流动路径的限流通道。例如，每个隆起部分都有单个限流开口，以用于强制饮料流到达该部分周围，以便找到它流出的道路。另外，各开口能相互成180°放置在每个环形部分上，如图6所示。优选地，开口61、62具有非常小的横断面，该横截面足以在胶囊中产生压力梯度。例如，该横截面(的尺寸)为0.25mm2至2.5mm2。
当然，图5和6的胶囊1B的输出壁也可包括单个隆起的环形部分例如部分37和单个限流开口例如开口62，在所述情况下可省略第二隆起的环形部分。另外，隆起的部分的形状不受限制，但优选地它们将提供迷宫，所述迷宫能形成有限数量的限流开口。
如在图6中显而易见的，这两个层可以在隆起部分36、37的自由端处，在层32的密封线33、34处选择性地密封在一起(用虚线示出)，以用于形成连接的输出壁，并避免限流开口可能被饮料绕过。通过将所述层密封在一起，可以保证强行使进入间隙的饮料穿过限流开口60、62。
应该注意，上述胶囊1A、1B中任一个的输出壁的横向限流开口都能在使用胶囊之前通过连接所述两个层的可破裂密封件密封。该密封件可通过胶囊中液体的压力或通过机械机构破坏。
另外，当存在间隙时，迷宫式结构能通过放置在内层和外层之间的独立的插件实现。
另外，输出壁可以部分地或完全形成在体部自身中，例如，形成体部的底部的一部分或整个底部。例如，体部可以是其中底部形成内层或外层的杯形元件。
另外，胶囊可以已经具有不需要利用刀片刺穿的开口的注射壁。
最后，可以设置与输出壁相关联的附加层，例如保护性的不透气层，该不透气层覆盖外层并且可在使用胶囊之前除去。