用于制备饮料的胶囊 本申请是申请号为 200680042553.7 的专利申请的分案申请， 原申请的申请日为 2006 年 10 月 2 日， 发明名称为 “用于制备饮料的胶囊” 。
技术领域 本发明涉及一种用于在冲煮 / 调制装置中制备和输送饮料的胶囊 (capsule)。本 发明更具体地在于提供一种适用于输送冲煮好的茶的胶囊， 尽管其他饮料也可成功地在该 胶囊中冲煮。
背景技术 用于在适当的饮料机器中冲煮饮料的不同饮料胶囊是已知的。然而， 现存的胶囊 中没有一个可以从容纳有叶茶产品或类似物的胶囊中输送高品质的茶饮料。
茶饮料的品质在很大程度上取决于叶茶成分的品质， 即叶茶的背景来源 ( 土壤， 烘干， 混合等 ) 和储存条件。例如， 茶成分一般对氧气和光比较敏感。优选的茶成分取自松 散的叶子， 并凿碎或粉碎成小碎片。 然而， 冲煮条件对于充分利用所用成分的品质也非常重 要。
有关茶饮料的另一个问题在于必须要避免串味。 串味发生在当两个胶囊先后在机 器中冲煮， 而第一个胶囊的残留味道留在机器的固有部件上时， 这就会影响紧跟着第一个 胶囊进行冲煮的第二个胶囊的味道。 这对于特定品种的具有高香气的茶如薄荷茶或者其他 高香味品种是个问题。 同时， 茶残渣可形成细菌生长的温床并可导致需要应对的卫生问题。
一种商业上成功的用于从胶囊中萃取咖啡饮料的胶囊系统是将一不透水不透气 的胶囊放置于萃取装置中， 将热水注入胶囊内， 直到胶囊的内部压力达到一定值， 在此压力 下封闭膜被撕裂或刺穿， 从而液体萃取物可流出胶囊。EP 0 512 468 描述了一种适用于这 种萃取工艺的胶囊。EP 0 512470 描述了这种工艺本身。该方法提供了一种高品质的蒸馏 (espresso) 咖啡。 新鲜的研磨咖啡被填充入所述胶囊中并可以保存几个月而没有明显的香 味损失。由于所述膜在压力下延迟地打开， 所以从开始将水注入胶囊到流出咖啡有稍微的 延迟。这样， 咖啡可以在最佳的压力和热条件下充分地萃取。由于该方法特有的高应力、 压 力释放及气体夹带条件， 会产生稳定且浓厚的咖啡脂 (crema) 或者泡沫。
然而， 这并不是最佳的用于泡制或冲煮诸如茶或草本茶等饮料的胶囊和工艺。其 结果不能获得好的味道， 饮料过于混浊并且有不希望的泡沫层。 因此， 这种方法不能制造出 好的茶饮料。
其他使用压力冲煮产品的胶囊只能用来输送不纯的、 产品浓度不高的和 / 或对于 茶专家来说没有充分的味道品质的茶饮料。
已知容纳有烘焙研磨咖啡的胶囊， 其中热水在重力作用下流过所述胶囊。英国 专利 No.1397116 描述了这种总体类型的胶囊。在这种方法中， 水从筒的顶部注入， 向下 流过研磨咖啡， 通过一过滤器并最终通过底部的刺穿孔。更复杂的系统是以使用例如 US 2002/0148356 中的截锥形筒， 或使用例如 US 2002/0148357 中的矩形筒的类似方法为基
础。 EP 0 615 921 涉及一种用于咖啡、 叶茶或者巧克力的刚性筒。饮料包装与向上流 动的水一起使用。 包装的侧壁由不透水材料制成以使水均匀流过饮料包装。 一个问题在于， 成分的新鲜度不能保持太久， 除非使用额外的气密性包装来包裹该筒。该方法的另一个问 题是饮料从包装中流出后不能被适当地引导至接受器 ( 茶杯， 酒杯， 玻璃杯， ......)。
EP 1 101 430 涉及一种饮料过滤筒系统， 其中加压水 ( 大约从 1.4bar 到 1.7bar) 从筒的上侧向下流动， 饮料在筒的底部收集。该文献也考虑到加压热水由底部引入并向上 流入饮料产品的解决方案。然而， 在这种方案中， 进口从底部横贯过滤器和产品块， 并且水 最终向下流过流体介质成分直至底部出口。根据该专利申请， 引入的加压热水将饮料粉末 挤压成块， 并且更有效地渗透粉末。
EP 1 440 904 A1 涉及一种带有底部盖的筒， 在使用中当筒处于水平取向时该底 部盖可刺穿以利于含水介质的流入和流出， 所述介质与室内的一种或多种饮料成分互相作 用形成饮料。 据其所述， 在使用中筒水平放置可使含水介质以最佳方式流过筒， 相反当筒垂 直放置时， 在重力作用下水流动太快从而可能绕过一部分饮料成分。 因此， 该文献宣称水平 取向的筒特别通过在进口和出口位置之间布置向上的流动分量来避免这个问题。
然而， 令人惊讶地发现， 较浓的冲煮饮料部分因为密度比其余饮料大而趋于停留 在筒的底部。因此， 在胶囊中将形成饮料浓度梯度， 浓的饮料部分保持在胶囊底部， 这部分 最终没有输送到杯子中。 结果， 尽管使用高品质的成分， 最终杯子中的饮料也达不到充分好 的品质。因此需要解决这一问题。
发明内容
因此， 本发明的目的在于提出一种胶囊设计， 该设计可以改进用于制备茶饮料等 的最佳条件。
在本申请中， 术语 “胶囊” 或 “筒” 或 “包装” 都认为是同义词。术语 “胶囊” 将优选 使用。词语 “冲煮” 和 “泡制” 用作同义词。术语 “冲煮用流体” 一般指用于泡制饮料成分的 液体， 通常情况下指热水。
在本申请中， 术语 “茶”包括所有类型的叶茶， 例如绿茶、 红茶、 白茶、 印度拉茶 (chai tea)、 调味茶和草本茶或果茶。术语 “叶茶” 或 “叶成分” 指任何形式的可冲煮的茶 或者其它成分， 例如完整的、 切碎或凿碎的叶子， 叶子的小碎片， 茶粉或茶末。
本发明提供了一种适于在饮料机器中冲煮或泡制饮料的胶囊， 该胶囊具有以下优 点：
- 可以提高饮料的品质， 特别在流入杯中的饮料浓度、 味道及降低的浊度方面，
- 该胶囊的制造不复杂且成本不高，
- 输送饮料比较干净， 减少或消除串味和卫生问题，
- 可提高胶囊操纵， 也就是插入和收集用过的胶囊的便利性。
为了实现这些目的以及其他可能的目的， 本发明涉及一种用于在饮料机器中制备 饮料的胶囊， 其包括 ：
容纳有一种或多种饮料成分的包封件 ；
限定出包封件的至少一个过滤侧的过滤壁，其中， 所述胶囊包括位于过滤壁之后的冲煮液体 ( 冲煮好的液体 ) 的路径中的溢 流壁， 该溢流壁包括至少一个溢出孔口， 或者与能够形成或指示至少一个溢出孔口的至少 一个穿孔装置或穿孔指示装置相关联。
此外， 当该胶囊定位成使得至少一个溢出孔口或穿孔装置或穿孔指示装置位于穿 过所述包封件的中间水平面上方时， 所述过滤壁优选地从所述中间水平面下方延伸。
因此， 根据本发明的一个方面， 但并不局限于任何理论模型， 所述胶囊设计成象 “虹吸管” 作用， 从而可以使浓的液体离开胶囊并被分配， 同时饮料成分可以被冲煮用流体 浸没， 因此避免在包封件内出现旁通区域并确保饮料成分与冲煮用流体充分相互作用。
结果， 本发明的胶囊提供了一种结合有两种冲煮原理的优点的设计， 一种是在重 力作用下自顶向下冲煮从而获得浓的液体， 一种是向上冲煮使得所有成分可以充分并缓慢 地被浸没， 而没有所述冲煮原理的缺点。
在一个实施例中， 胶囊的过滤壁基本上沿着包封件的整个横断面延伸， 例如当胶 囊处于冲煮状况时过滤壁从包封件的底部延伸到顶部。 这种过滤壁由此为冲煮液体提供了 充分大的过滤表面， 这有利于在所述包封件内形成较低的冲煮压力和低的流速， 而流量可 保持在可接受的范围内。
在一个优选的方面， 胶囊的溢流壁分开地设置于过滤装置之前或邻近过滤装置。 在一种模式下， 溢流壁与过滤壁隔开， 二者之间具有一间隙。在另一种可能的模式下， 溢流 壁和过滤装置在形成间隙的同时相互邻近。溢流壁和过滤壁可以做成一个整体。这种构造 有利于形成 “虹吸” 效果， 使得包封件底部的浓饮料部分能够穿过过滤壁并在所述间隙中向 上运动。因此， 浓的液体不再一直留在包封件的底部， 而是会通过所形成的间隙被抽出。所 述间隙的尺寸可以从 0.1 到 8mm， 优选地约为 0.5 到 3mm。
一方面， 所述至少一个溢出孔口或穿孔装置或穿孔指示装置位于包封件高度的 3/4 以上的位置 ； 更优选地， 所述孔口与包封件的顶端基本水平对齐。结果， 不管包封件内 填充有多少饮料成分， 所有的饮料成分可以适当地被浸没， 并且都会得到适当的冲煮。
另一方面， 所述过滤壁和溢流壁基本彼此平行。这种构造可以促进浓液体向上运 动的效果， 而同时过滤壁可以在包封件的任一水平面过滤冲煮液体， 从而液体可以在足够 的流量下通过过滤器而不会使包封件内压力增加太多。
在本发明的一个实施例中， 溢流壁是可穿孔的膜。 膜可以在冲煮之前打开， 这样可 以避免包封件内压力上升， 压力上升对冲煮饮料的品质有负面影响。低压力可以提高饮料 的品质， 特别是可以降低其浊度。
在另一个可能的实施例中， 溢流壁至少包括预先制成的溢出孔口。溢出孔口可以 在制造胶囊本身时预先做好。溢流壁可以在胶囊的内部并由外部封闭膜保护。封闭膜可以 不透气的方式封闭胶囊从而改善包封件中容纳的饮料成分的新鲜度。 这个膜可以被形成为 胶囊一部分的或胶囊外部 / 与胶囊无关 / 不属于胶囊 ( 即形成为接收该胶囊的装置的一部 分 ) 的穿孔装置打孔。这个膜可以被打孔以形成出口来输送冲煮饮料使其流出胶囊。优选 地， 在包封件内部没有建立明显的正压时所述膜便被刺穿。
在一种构造中， 所述胶囊包括壳体和以不透气方式封闭该壳体的溢出膜。
根据本发明， 所述过滤壁优选为预先制造的过滤介质， 其能过滤掉冲煮液体中不 希望有的不能溶解的颗粒。 该过滤介质可以由各种各样的材料制成， 包括但不局限于塑料、金属薄片、 无纺织聚酯、 聚丙烯、 聚乙烯、 纸材料及其组合。 所述过滤介质包括一个或多个过 滤孔以允许泡制的溶液自由通过， 同时防止大量不希望有的不溶解成分颗粒通过。 特别地， 对于茶饮料， 过滤介质对于保留住绝大部分的来自于叶粉末或细碎地切、 凿或压碎的颗粒 的包封件内的茶固体颗粒是非常重要的。 过滤器优选地足够刚性以免在包封件内部水压的 作用下产生过大的变形， 过大的变形会关闭所述间隙， 并阻碍饮料向上流动。因此， 对于纸 2 2 过滤器， 过滤器的 G.S.M( 克每平方米 ) 优选在 10g/m 以上， 更优选为 15g/m 以上。 另外， 包 封件中应保持低压力， 这样过滤器有足够的流体渗透性以使饮料缓慢地通过过滤器而没有 太大的阻力。 为此， 可以用过滤器的透气性来定义其渗透性， 该渗透性应优选地高于 1200l/ 2 2 m， 更优选地高于 1650l/m 。过滤装置也可以由从溢流壁上突出的多个小针形成。
在一实施例中， 所述胶囊包括连接于壳体上并面对溢出膜的盖。该盖可以是刚性 或半刚性构件。所述至少一个穿孔装置或穿孔指示装置可由该盖支承。盖相对靠近可穿孔 的密封膜， 其可帮助打开密封膜， 生成冲煮饮料必要的溢流壁。 所述盖与膜之间的距离可为 0.5 到 10mm， 优选为 2 到 8mm。
使穿孔装置或穿孔指示装置成为胶囊本身 ( 或盖 ) 的一部分的优点是， 从根本上 减少饮料与机器构件之间的物理上的互相作用， 从而可以减少串味和清洗。机械穿孔器可 以由机器的致动系统 ( 例如由螺线管驱动的推杆 ) 触发或者由用户手动触发而不需要机器 的机械 / 液力干预。 穿孔装置可以被触发在溢流壁上形成至少一个孔口， 或者当溢流壁具有预制的溢 出孔口时在盖膜上形成输送出口。
所述盖同时具有引导冲煮液体平稳地流到不同于溢出孔口的饮料出口的作用。 为 此， 盖可以包括饮料流动导向装置， 该饮料流动导向装置构造成引导饮料流向胶囊的饮料 出口。
根据所述盖的另一个功能， 盖可以包括构造成引导饮料流向胶囊的饮料出口的饮 料流动导向装置。
因此， 在保持简单的胶囊结构并促进胶囊在机器中的简单操纵的情况下， 就可适 当并卫生地将冲煮液体分配到接受器 ( 茶杯， 酒杯 ......) 中。
此外， 在一种模式中， 饮料出口设置在盖上与穿孔装置或穿孔指示装置基本相对 的区域， 从而促进 “直流” 的方式从而减少冲煮液体污染冲煮装置部件的机会， 同时保证冲 煮期间胶囊中液体的溢出能恰当地完成， 从而饮料成分可以完全地被泡制并适当地控制杯 中的产品浓度。
在本发明的另一个方面， 胶囊包括位于盖上相对于盖的中心线基本相对的区域的 至少两个穿孔装置或穿孔指示装置， 以及位于所述导向装置的两端的两个出口装置。这种 结构具有如下优点， 即， 当胶囊插入冲煮装置中时胶囊可在多于一个方向中定向， 同时溢流 壁仍能正常工作， 从而为用户提供了便利。
在一种可能的模式中， 穿孔指示装置包括至少一个穿过盖的导向孔， 以导入胶囊 外部的 / 与胶囊无关的 / 不属于胶囊的穿孔器。因此穿孔器是机器的一部分。穿孔器可以 是机械的和 / 或液压的。机械穿孔器可以是一个或多个针或刀片。液压穿孔器可以是一股 或多股具有足够的速度以按时穿透溢流壁的流体射流。 该模式可以减少胶囊的复杂程度和 制造成本。
在另一种选择中， 穿孔装置由胶囊即盖支承， 并包括至少一个具有穿孔器的弯片。 穿孔装置可以在冲煮之前或冲煮工艺开始时通过冲煮装置的推杆触发或手动触发， 以便在 密封壁上形成溢出孔口。
胶囊可设计成具有一定的不对称性， 以便于用户将胶囊正确插入冲煮装置中。为 此， 胶囊可以是具有轴向距离和较短的横向距离的延长 / 细长形状， 所述至少一个穿孔装 置或穿孔指示装置可沿轴向距离排列。 结果， 用户只能以预定的取向插入胶囊， 以使胶囊如 前所述正确地工作。在一种模式下， 胶囊可以是卵形或矩形。 附图说明
现在参照附图仅作为示例对本发明的实施例进行描述， 在附图中 ： 图 1 是根据第一实施例的冲煮之前的胶囊冲煮系统的示意图 ； 图 2 是图 1 的胶囊冲煮系统在本发明胶囊的冲煮过程中的示意图 ； 图 3 示出根据本发明的第二实施例的胶囊的透视图 ； 图 4 是图 3 所示胶囊沿中间垂直面 A 的剖视图 ； 图 5 是图 4 所示胶囊的盖或罩的外部透视图 ； 图 6 是图 5 所示胶囊的盖或罩的内部透视图 ； 图 7 是图 5 所示盖或罩的内部平面图 ； 图 8 是图 5 所示胶囊的杯状外壳或壳体的透视图 ； 图 9 示出将图 3 到 8 所示胶囊插入冲煮装置的阶段 ； 图 10 示出冲煮装置围绕所述胶囊闭合的阶段 ； 图 11 示出在冲煮之前在冲煮装置中生成胶囊溢出孔口的阶段 ； 图 12 示出把胶囊移出冲煮装置的阶段 ； 图 13 是根据本发明第三实施例的截锥形胶囊的剖视图 ； 图 14 是图 13 所示胶囊在中间平面 B 的 I-I 方向的剖视图 ； 图 15 是根据本发明第四实施例的矩形胶囊的剖视图 ； 图 16 是图 15 所示胶囊在中间平面 B 的 II-II 方向的剖视图 ； 图 17 是根据第五实施例的胶囊的剖视图 ； 图 18 是图 17 所示胶囊在中间平面 B 的 III-III 方向的剖视图 ； 图 19 是根据第六实施例的原理胶囊的示意性透视图 ； 图 20 是图 19 所示胶囊的剖视图 ； 图 21 是图 20 所示胶囊的变型的剖视图。具体实施方式
首先， 将结合图 1 和 2 说明本发明总的冲煮原理以及本发明胶囊的第一实施例。
胶囊系统 1 包括一胶囊 2 和一饮料冲煮装置 10。为方便， 所述饮料冲煮装置只是 示意性地示出， 实际上， 本领域技术人员可以想到其还包括其他的技术特征。 所述胶囊包括 容纳有诸如叶茶等的饮料成分的包封件 20。该包封件由杯状外壳 21 和固定连接在外壳 21 周向的内部台阶 23 上的过滤壁 22 限定。该包封件优选地隔绝空气和光。所述外壳可具有 不同的截面， 例如圆形、 椭圆形、 正方形、 矩形或多边形截面， 所述截面决定过滤壁 22 的总体轮廓。 所述包封件的尺寸设计成可以容纳一定剂量的叶饮料成分， 通常为大约 1 ～ 10 克， 优选为 2 ～ 5 克。叶成分的剂量取决于待生产饮料的最终体积。对于单杯茶剂量通常为大 约 2 克， 而对于茶壶剂量通常为大约 8 ～ 10 克。如图 1 清楚地示出， 胶囊相对于冲煮装置 的定位使得过滤壁 22 基本从包封件的底部基本垂直地延伸。因此， 胶囊优选地 “垂直” 布 置在冲煮装置 1 中。杯状外壳 21 可以定位成使得其大开口及其底部处于垂直位置。
所述胶囊优选地被一密封壁 3 封闭， 该密封壁 3 密封地封闭包封件 20。密封壁例 如连接在杯状外壳的周向外部边缘 24 上。
密封壁和外壳都可以使用可以阻氧材料制成， 包封件中基本没有氧气， 从而可在 长时间内保持饮料成分的新鲜度。密封壁可以是柔性膜或半刚性的塑料件。可以优先考虑 可穿孔的密封膜， 例如单层或多层的膜， 典型地有 PET/ 铝 /PP、 PE/EVOH/PP、 PET/ 金属镀层 /PP、 铝 /PP 的层压件。
包封件中优选地无氧气而可以充入惰性气体如 N2， N2O 或 CO2。
胶囊还可以包括同样连接在外壳的边缘 24 并与密封壁 3 重叠的盖 4。 该盖形成在 其侧端终止于一出口 41 的内部通道 40。该盖具有以一预先设置的小孔或者一削弱的或者 易破的区域的形式存在的穿孔指示装置 85。 所述胶囊的外壳的形状不是很关键。根据需要可优选使用截锥形、 椭圆形或半球 形的形状。这样的话， 当密封壁穿孔时可以有较大的表面供饮料穿过密封壁流出以及使内 部压力降低。外壳还可以通过塑料热成型或铝深冲压低成本地工业化生产。这种有光滑圆 角的形状有利于操纵部件的移除和胶囊的排出。
对于冲煮装置 10， 其包括构造成在规定的 “垂直” 布置中保持胶囊的胶囊操纵部件 30 和 31。操纵部件 30 和 31 可以是机器卡爪或任何可围绕胶囊打开和闭合并将胶囊牢固 保持在适当位置的机械封装装置。 由于胶囊内的流体压力相对较低且优选地尽可能接近大 气压力， 因此不需要提供高闭合力。另外， 由于胶囊可以承受低的冲煮压力， 所以不需要完 全包封胶囊， 而只需要在冲煮期间保证不漏水。这样可以简化机器并降低机器成本。
所述冲煮装置包括一供水装置 32( 例如水槽 )、 一水泵 33、 一加热器 34 和一由操 纵部件 30 控制的注热水管线 35。冲煮装置还可包括控制器和用户界面板 ( 未示出 ) 来如 本领域公知的那样控制饮料制备循环。可设置反压阀 36 以降低胶囊的进口侧或注入部件 38( 例如针或刀片和进水口 ) 处的压力。当然， 也可以不用反压阀， 而使用传送低压流体的 低压泵。中压和高压泵因其耐用性和可靠性而是优先考虑的， 可以和反压阀配合使用。
所述冲煮装置还可包括在胶囊密封壁的溢出位置打孔的装置 37。如图 1 所示， 打 孔装置 37 可以在操纵部件 30、 31 围绕胶囊闭合后起动。打孔装置通过穿孔指示装置 85 例 如比打孔装置直径略大的孔推动或引导穿过盖 4。打孔装置可以刺穿接合密封壁 3 生成溢 出孔口， 然后远离孔口缩回使溢出孔口完全打开。打孔装置可以由螺线管或其他等同驱动 装置或手动驱动。
重要的是， 在图 2 所示的冲煮操作中， 胶囊最终包括一具有溢出孔口 25 的溢流壁 3， 溢出孔口至少高于包封件的中间水平面 P。另外如图 2 所示， 过滤壁 22 和溢流壁 3 间隔 开一小的距离， 该距离足以形成一间隙 “s” ， 在不受理论限制的情况下， 该间隙 “s” 用作虹 吸管以促使主要位于包封件底部的较浓的饮料部分向上运动。
如图 2 所述， 本发明的工作方法如下。将胶囊插入冲煮装置中并且胶囊操纵部件
围绕该胶囊闭合， 将胶囊定位成使得密封壁基本垂直地取向。打孔装置 37 刺穿密封壁 3 并 缩回使孔口打开， 从而形成溢出孔口。 在胶囊的相对侧， 将流体注入部件引入胶囊的包封件 内。热水在较低的压力下 ( 优选不超过 0.2bar) 注入胶囊。热水慢慢流入胶囊并浸没包封 件内的饮料成分。冲煮的饮料通过过滤壁 22 过滤。较浓的饮料部分 5 停留在包封件的底 部， 因过滤壁适当地靠近这部分放置， 所以该饮料部分也通过过滤壁过滤。 由于所述间隙底 部和顶部的压力变化， 即类似于 “虹吸管” 作用， 使得浓饮料通过间隙 “s” 排出。其余的饮 料也通过在不同的垂直高度直至胶囊内流体的上部液面穿过过滤壁而过滤并通过溢出孔 口 25 排出。
需要注意的是， 溢出孔口优选设置在包封件总高度的 3/4 以上， 更优选地设置在 包封件总高度的 4/5 以上 ； 由此确保饮料成分更完全的浸没并且较慢地从包封件排出饮 料， 从而获得较好的泡制过程。
包封件的 “总高度” 指的是当胶囊被放到饮料机器中准备冲煮时从包封件的最低 点到最高点的距离。在一种可能的模式下， 过滤壁可基本等于包封件的总高度。
应当注意， 可以获得其中冲煮液体直接分配到接受器 6( 例如茶杯、 酒杯或其他 ) 的 “直流” 。 “直流” 意味着相对于冲煮装置将出口设置成使得当冲煮液体从出口流出时不 会碰到任何固定的装置部件。换句话说， 出口要足够低并且与胶囊操纵部件横向间隔开以 避免液体释放时接触到操纵部件上。
如图 1 和 2 所示的冲煮方法的原理包括有不同的变型和等同方案。
例如， 溢流壁 3 可以不是被刺穿而是由预切割溢出孔口预先打开。所述预切割溢 出孔口是指在胶囊制造阶段就已制成的孔口。饮料成分的保鲜可以选用不同方案， 例如可 以使用带有密封出口的气密性盖， 该密封出口在冲煮前打开， 或者使用气密性外包装封装 胶囊。
也可以设想胶囊不具有盖 4 及其通道功能。在这种情况下， 前操纵部件 31 可以设 计成在冲煮液体通过溢流壁 3 并流向接受器时收集该冲煮液体。
本发明胶囊的第二实施例结合图 3 到 8 进行说明。这些图示出实现本发明方法的 不同的饮料胶囊 2。
饮料胶囊 2 包括一容纳有一种或多种饮料成分的包封件 20。包封件 20 由一杯状 外壳 21 和一过滤壁 22 组成。如下面将说明的， 溢出密封壁 3B 密封地封闭外壳 21 同时起 溢流壁的作用。所述胶囊还包括一带有周向边缘的盖或罩 4， 其可以连接到外壳 21 的周向 边缘 42 上。罩和外壳之间的连接可以采用胶粘、 焊接、 卡扣配合和其组合方案。
溢出密封壁 3B 可由刚性、 半刚性、 非刚性材料或其组合构成。合适的材料包括但 不局限于塑料、 PET、 铝箔、 聚合物膜、 纸和类似材料。 在优选方案中， 所述壁是由单层制成或 与阻气层层压而成的柔性膜， 在制造过程中通过惰性气体冲刷或类似技术从包封件中基本 去除氧气， 由此在使用前保持饮料成分的新鲜度。
罩 4 作为用于至少一个穿孔装置或穿孔指示装置 8 的支承件。实际上， 所述胶囊 包括至少一个相对于密封壁 3B 设置、 能够在密封壁上形成至少一个溢出孔口的穿孔装置 8。在这里示出的优选示例中， 所述胶囊包括两个穿孔装置 8A， 8B。从下文的描述中会显见 胶囊上两个穿孔装置的好处， 简单的来说就是使得能够在冲煮机器中在两个可能的取向中 使用胶囊， 从而在操纵胶囊时为用户提供更多便利。穿孔装置相对于中间平面 B 偏心布置， 所述中间平面 B 表示当胶囊放置在冲煮装 置 3 中进行操作时包封件 20 的中心穿过的水平面。
在这个优选实施例中， 该胶囊包括两组 ( 分别用 “A” 、 “B” 表示 ) 穿孔装置 8A、 8B 和饮料出口 41A、 41B ； 每一组相对于密封出口壁的中间中心平面 B 偏置布置并彼此相对。 具 体地， 所述两组穿孔装置和出口 8A、 41A 和 8B、 41B 相对于穿过密封出口壁的中心平面的中 间平面 (B) 对称布置。
这种构造的主要优点是胶囊可以在相互成大约 180 度的两个可能取向定向， 由此 可以很方便地将胶囊插入或放入机器中。 当然， 组的数量可以大于 2， 优选是偶数， 例如彼此 成 90 度的两个一组的 4 组， 从而其在机器中提供 4 个可能的取向。
所述胶囊还包括一过滤壁 22， 其与密封壁间隔开一小的距离， 以便在它们之间形 成一间隙 “s” 。过滤壁可通过任何适当的手段例如焊接、 胶粘、 卡扣配合或任意等同手段连 接到外壳的周向台阶部 23 上。过滤介质可由多种材料构成， 包括但不限于塑料薄片、 无纺 织聚酯、 聚丙烯、 聚乙烯、 纸材料及其组合。
饮料流动导向装置 40 可优选布置为靠近密封出口壁的外侧。这样， 胶囊可以垂直 地定向， 例如其出口密封壁垂直地定向， 以便经由饮料流动导向装置 40 和饮料出口直接将 流动向下引导到杯子。另一个优点是所述胶囊可以是 “直流” 的， 也就是说饮料在离开机器 后直接向下进入杯子而不会碰到机器的任何部件。这有利于减少串味和清洗。 根据本发明的一个方面， 穿孔装置 8A、 8B 和饮料出口 41A、 41B 相对于密封出口壁 或包封件的中心或中间平面 B 分别位于两个偏心位置处。结果， 饮料在近似最高点离开包 封件， 以及在胶囊的相对的近似最低点离开饮料出口， 其综合的优点在于， 胶囊可保持在垂 直取向以改进冲煮， 同时饮料可 “直流” 至杯子。
优选地， 根据胶囊在冲煮装置中取向的不同， 饮料出口 8A、 8B 中的一个向下定向 以释放饮料， 释放饮料的方向和饮料流出溢出位置的方向基本垂直。这种构造可以使胶囊 在机器中这样布置， 即使得饮料垂直向下释放到杯子中， 从而实现 “直流” 而不接触机器。
在优选方案中， 流动导向装置 40 由两组 A、 B 共享。结果， 胶囊的构造合理而且制 造成本低。
更具体地如图 5 或 6 所示， 所述胶囊可以成形为促进和指示用户以特定的方向插 入冲煮装置中。例如， 胶囊， 更具体地是盖， 可设置为具有轴向距离 L 和较短的横向距离 W 的延长形状 ； 其中， 所述至少一个穿孔装置 8A、 8B 和至少一个出口 41A、 41B 基本沿轴向距离 布置。
图 6 详细示出包括两个弹簧偏压机械打孔部件的穿孔装置 8A、 8B。每个打孔部件 包括一个与盖的其余部分一体成形的弹性塑料舌状物 810。舌状物在其弯曲端部 811 处支 承有一足够大的可以在密封壁上形成足够截面的溢出孔口的内部穿刺件 812。舌状物在其 附装端部 813 一体地与盖的横向表面连接。因此， 上述两个穿孔装置和出口排列在盖的长 轴上。
所描述和示出的穿孔装置 8A、 8B 可以有许多其它等同的构造， 而不应局限于已经 描述和示出的形式。 例如， 弹性塑料舌状物 810 可以由一不必与盖制成一体的弹簧替代。 内 部穿刺件可以采用其它形状。例如， 它可以由能够形成多个小开口的若干分离的针组合而 成。也可以用不同形状如三角形、 梯形、 矩形、 锯齿状或正弦形等等的刀片代替穿刺件。
在盖的内部凹陷 81 中， 设置有位于穿孔装置两侧且互相平行延伸的内部壁部分 820、 821。壁部分 820 向内且垂直于凹陷 81 延伸并靠近密封壁 3。优选地， 所述壁部分从 靠近两个出口 41A、 41B 的位置延伸从而形成内部通道 40， 该内部通道能够引导冲煮液体从 溢出孔口流到布置在盖的相对侧的相应出口。壁 820、 821 形成饮料的引导通道同时使盖坚 硬。出口 41A、 41B 根据其在冲煮过程中的位置可以起到两个作用， 当出口置于胶囊底部时 可起到第一输送功能， 当出口位于胶囊顶部时可起到第二通风功能。 当然， 该引导通道也可 以有不同的设计， 例如， 它可以形成为插入盖 4 和密封壁 3B 之间或者是盖本身的一体部分 的管状部件。所述管状部件也可以 ( 向上和向下 ) 延伸越过盖本身的界限， 形成管道部分 以帮助引导冲煮液体流到杯子。
图 8 示出胶囊的外壳或壳体 21。 特别地， 该外壳可以由热成型的、 吹塑的或注射成 型的塑料制成， 例如 PP 或者包含阻氧材料或任何合适的食品级聚合物的 PP 层压件， 或者由 深拉成型铝或者铝聚合物层压件制成。外壳具有像凸缘一样延伸的周向边缘， 以形成一基 本平坦的密封部分， 在其上面可以密封有密封壁并且卡扣配合和 / 或密封有盖 4。从边缘 径向向内构造有一小的台阶 23 以接纳过滤壁， 该过滤壁可以密封或连接到台阶的平的径 向部分上。台阶的深度由过滤壁的厚度和对提供虹吸效果的间隙的控制决定。例如， 过滤 壁 ( 厚度 ) 范围是从 0.1 到 1.5mm， 而台阶的深度范围是从 0.2 到 5mm， 那么间隙的范围是 从 0.1 到 3.5mm。 在外壳 21 的后部， 外壳的壁可以包括一突起区域 26， 该突起区域形成用来向胶囊 内导入流体的注入区域。该突起区域可以承受住注入装置 38 的压力同时容易在其中心打 孔。
应当注意， 穿孔装置可以由单纯的穿孔指示装置代替， 例如， 穿过盖设置的至少一 个孔， 所述孔策略地布置在包封件的中间平面上方来以类似于图 1 实施例的方式引导冲煮 装置的外部穿孔器。
在另一个没有示出的变型中， 该胶囊包括具有两个以上穿孔装置或穿孔指示装置 的盖。例如， 盖可以是圆的， 包括四个分别于 0、 90、 180、 270 度径向分布在盖上的穿孔装置， 以在冲煮装置中提供四种可能的胶囊插入位置。
图 9 到 12 涉及冲煮过程和图 3 到 8 所示胶囊的相关机器系统。在这些附图中， 胶 囊在冲煮装置中 “垂直” 布置的优点更加明显， 胶囊从插入到取出的操作非常便利。
一个示例性的冲煮模块将结合图 9 和 12 进行详细描述， 其分别示出胶囊插入和移 出的方式。 冲煮模块 3B 包括两个接合地配合以围绕胶囊 2 闭合的主要的胶囊操纵部件 30、 31。前操纵部件 31 可相对于冲煮装置固定 ( 没有完全示出 )， 而后操纵部件 30 相对于部 件 31 是可移动的。 应注意， 这也可以是相反的 ； 前部件是可移动的而后部件是固定的， 或者 两个都是可移动的。前操纵部件具有能够将胶囊插入冲煮装置的导向插入装置 320。装置 320 可以是包括两个侧向槽 320 的侧向部件， 所述槽位于胶囊的两侧以与胶囊的边缘 24 接 合。 所述槽可以这样一种方式稍微朝向前操纵部件倾斜， 即， 可以使胶囊在冲煮装置中在重 力作用下逐渐向下运动时慢慢靠近前操纵部件。 操纵部件的底部有一保持装置 310， 其可以 在胶囊插入后将胶囊保持在合适位置。这样， 胶囊边缘 24 的较低部分与装置 310 的靠接部 分相接合。
所述前操纵部件中设置有一机械推杆 370， 其通过操纵部件的支承部分 371 可滑
动地安装。 所述机械推杆可与一致动装置关联， 如机电螺线管、 凸轮或其他任何可以使上述 机械推杆通过所述支承部分来回移动的等同装置 ( 未示出 )。该机械推杆因此可在两个位 置中移动 ； 如图 9 所示的第一缩回位置， 其中当胶囊放置于装置中时推杆自由端 372 远离所 述胶囊， 和如图 11 所示的第二伸出位置， 其中所述推杆实际上接合至上部穿孔装置 8。
后操纵部件 30 包括形状基本与所述胶囊的壳体 21 互补的外壳 300。该外壳在其 底端具有一流体注入部件 38， 其可以是比如被流体导管 381 横穿的尖状针 380。在后操纵 部件的后端安装有一密封压盖， 其与连接于饮料装置的流体系统的流体管道 ( 未示出 ) 相 连接。所述外壳 300 在其开口端具有一小的周向凹槽 301， 该凹槽内容纳有环形密封接头 302， 在闭合时其可以靠在胶囊的台阶状边缘 24 背部实现流体密封。
后操纵部件 30 可通过曲柄连杆系统 9 沿基本水平的路径移动。该系统在此不再 做详细的说明， 因为本领域技术人员可以想到， 许多不同的机械或液压辅助闭合装置都可 用来将 ( 后 ) 操纵部件移动至与前操纵部件协力围绕胶囊的闭合布置中。
图 10 示出后操纵部件 30 在向所述冲煮装置的闭合位置延伸的曲柄连杆系统 9 作 用下移动。
在图 11 中， 当上述操纵部件已经围绕所述胶囊闭合， 并且所述胶囊被沿其台阶状 边缘紧密地固定时， 触发机械推杆 370 使其处于延伸位置， 以推动上部穿孔装置 8 紧靠胶囊 的密封壁 3。这使所述密封壁被局部刺破形成一溢出孔口。然后所述机械推杆移动至其缩 回位置， 使上述孔口完全打开。 接下来， 如已经说明的那样， 冲煮开始， 流体注入到所述胶囊 中以冲煮所述饮料成分。 在图 12 中， 操纵部件打开， 也就是说， 后操纵部件缩回， 使胶囊被轻微地拉回， 然 后在重力作用下掉落， 最后被丢弃。
图 13 和 14 举例说明了本发明胶囊的另一个变型， 其设想将胶囊 “水平地” 设置在 冲煮机器中进行冲煮。其总的冲煮原理与以上实施例相同。所述胶囊包括容纳有一种或多 种待冲煮成分的包封件 20。该包封件由截锥形壳体 21、 底部壁 27 和内部过滤壁 22 限定。 所述过滤壁将壳体的内部容积横向划分为两部分 ： 上述包封件和第二饮料收集空间 26。过 滤壁布置成从包封件的两个顶端 / 底端延伸， 从而趋于停留在底部附近的浓液体也可以通 过过滤器流出。底部壁 27 可以是比如通过压接、 焊接、 胶粘或其组合连接于所述壳体 21 的 边缘 24 的圆形部分。其包括一溢流壁 3C， 该溢流壁位于过滤器的前面， 在所述壳体内向上 延伸， 并在靠近壳体 21 上底部的区域留有一溢出孔口 255。溢流壁与过滤壁 22 间隔开一 小的距离 “s” 。一饮料出口 41 位于收集室 26 中并穿过底部壁 27。图 15 和 16 所示的饮料 胶囊在水平方向上冲煮， 也就是说， 底部壁和出口 41 朝向下方。水在低压下注入所述包封 件， 优选为从底部壁注入。冲煮的液体流过过滤壁 22 并被驱动穿过溢出孔口 3C 流至收集 室 26， 然后从出口 41 流出。
图 15 和 16 举例说明了根据本发明的方法进行冲煮的胶囊的又一变型。所述胶囊 除了其为矩形形状外， 具有与图 13 和 14 所示胶囊一样的特征。所述胶囊还包括一注射点 29， 其可以是预先设有刻痕的或削弱的部分， 以引入冲煮装置的水喷嘴。 所述削弱区域可以 是当喷嘴导入时破裂的塑料部分。
图 17 和 18 示出根据本发明的一般原理进行冲煮的胶囊的又一可能的实施例。在 该实施例中， 溢流壁是一将出口 41 在胶囊内延长的漏斗 3D。 所述漏斗仍短于包封件的总高
度， 以在漏斗的端部和胶囊的上表面之间形成一上部缺口 256， 以构成溢出孔口。需要注意 的是， 所述胶囊的支承结构可以包括很多变型， 如在本示例中所示出的。在这里， 所述胶囊 具有一倒置的 U 型壳体 210， 其底部壁 211 形成胶囊的底部 ； 并由盖 260 封闭。所述壳体被 一平面的垂直取向的过滤壁 22 划分为两个空间。水向容纳有饮料成分的包封件 20 的注入 可以通过盖 260 进行， 在此情况下， 盖 260 优选为可刺穿的膜， 或者通过壳体 210( 即， 从侧 面或底部 ) 进行。
图 19 和 20 示出胶囊的又一变型， 其中胶囊由直径逐渐减小的同心的管状元件 ( 即， 分别为第一至第三部分 ) 制成。该胶囊的外体部或外壳由第一管状体部 220 构成。溢 流壁由具有较小直径和较小高度的第二管状部分 3E 构成。过滤部件 22 由具有较小直径且 高度与外体部基本相同的第三管状部分构成。 所述第三管状部分可以是比如海绵或纸或纺 织物， 或非纺织物或烧结塑料管或其组合。所述饮料成分填充在构成包封件 20 的第三管状 部分内。所述外体部在其上下端可分别由上部和下部盖 261、 262 进行密封。由于第二管状 体部具有较小的高度， 所以形成一溢出孔口 257， 其可以让经由过滤管状部分 22 过滤的冲 煮液体穿过。当然， 所述下部盖 262 可以与所述溢流壁一体形成， 例如以注塑的方式。所述 下部盖、 溢流壁和第一部分也可以由一体模制塑料制成。 所述第一部分也可以是非管状的。 点 O1、 O2 表示水向胶囊内的可能注入点。如图所示， 水可以在胶囊的上部或下部中心处通 过上部或下部盖直接注入包封件内。点 P1、 P2 表示冲煮饮料的可能出口点。所述饮料可以 从胶囊内沿位于第一和第二管状部分之间的任何合适位置通过下部盖 262 分配。
图 21 示出直径逐渐减小的管状部分 ( 也就是分别从第一至第三部分 ) 同心布置 的另一变型， 其与之前实施例略微不同的是包封件 20 设置于第一外部部分 220 和第二过滤 管状部分 22 之间的最外面的环状容积中。在该实施例中， 具有较小直径和较低高度的第三 管状部分位于中心， 形成冲煮饮料的溢出通道。点 O1、 O2、 O3、 O4 表示可能的流体进口位置。 点 P1 表示可能的饮料出口位置。