专利名称：用于制备饮料的储盒及方法
技术领域：
本发明涉及用于制备饮料的储盒(cartidge)系统，尤其涉及密封储盒，其由基本上不透气和不透水的材料形成，并且包含用于制备饮料的一种或多种成分。还公开了一种制造储盒系统的方法。
之前已经提出将饮料制备成分密封在单独的不透气包装中。例如，含有速溶磨碎咖啡的储盒或胶囊已知可用于通常称为“蒸馏咖啡”机的某些咖啡制备机中。在采用这些制备机来生产咖啡的过程中，咖啡储盒放在冲泡腔中，使热水以较高的压力流过该储盒，从而从磨碎咖啡中提取出芳香咖啡成分来产生咖啡饮料。通常，这类机器在超过6×105Pa的压力下工作。上述类型的制备机到目前为止是比较昂贵的，这是因为机器的部件如水泵和密封件必须能够耐高压。
在WO01/58786中介绍了一种用于制备饮料的储盒，其可在大致处于0.7-2.0×105Pa范围内的压力下工作。然而，该储盒设计成用于针对商业或工业市场用途的饮料制备机中，因此比较昂贵，并且不能分配许多饮料类型。因此，仍然需要一种用于制备饮料的系统，其中系统的储盒和饮料制备机在成本、性能和可靠性方面尤其适用于家用市场。还需要用于这种系统的饮料制备机，其操作简单可靠，并且能够在较低压力下生产较宽范围的饮料类型。
因此，本发明提供了一种储盒，其含有一种或多种饮料成分并由基本上不透气和不透水的材料形成，所述储盒包括含有一种或多种饮料成分的储存腔，其特征在于，该储存腔的垂直高度与储存腔的宽度的高宽比处于0.10至0.43之间。
已经发现，采用了这些高宽比的储盒允许在低压下进行有效的冲泡。特别是已经发现，这样的高宽比可防止不希望有的高背压积聚，这种高背压会导致不均匀或不充分的水流通过储盒，从而导致饮料成分的不均匀或降低的提取、稀释或溶解。这种对高背压的阻碍允许使用带有低压系统的储盒，它比高压系统更便宜，因此更适合于家用市场。
另外，这些高宽比的使用在储盒于使用中水平地定位的情形下具有特别有利的效果。这种对储存腔的宽度和高度的仔细选择将导致储存腔内的改进流动，其具有向内和向上的流动分量，这将改善工艺的一致性。
优选的是，储存腔的垂直高度与储存腔的宽度的高宽比为0.21至0.28。更优选的是，该高宽比为大约0.25。
优选的是，储盒为盘形。作为备选，储盒不是盘形的，其中高宽比作为最大高度与最大距离之比来进行测量。
储盒可包括定向成径向地进入到储存腔内的一个或多个进口。
该一个或多个进口可设在储盒的周边处或其附近，以便将水介质的流动径向向内地引导到储存腔中。
储盒可包括设在储存腔与储盒顶部的下表面的至少一部分之间的过滤器，在过滤器和储盒顶部之间形成了一条或多条通道，该一条或多条通道与储盒出口连通，因此将该一个或多个进口与出口连起来的饮料流动路径向上经过过滤器而进入到该一条或多条通道中。
饮料成分可以是焙炒和磨碎的咖啡。提出了权利要求的高宽比的使用对于接受提取的成分如焙炒和磨碎咖啡是特别有利的。提取过程中储存腔内的正确压力和流型对于冲泡饮料的质量和一致性而言是非常重要的。
本发明还提供了一种从在储存腔内含有一种或多种饮料成分的储盒中分配饮料的方法，包括步骤使水介质通过储盒以形成源于所述一种或多种饮料成分的饮料，以及将饮料分配到储存容器中，其特征在于，该储盒具有处于0.10至0.43之间的储存腔垂直高度与储存腔直径的高宽比，并且水介质在0.1至2.0巴(10至200千帕)的压力下通过储盒。
优选的是，储存腔的垂直高度与储存腔的宽度的高宽比为0.21至0.28。
本发明还提供了一种储盒，其可使用2.0至4.0巴压力下的水介质，并包含一种或多种饮料成分并且由基本上不透气和不透水的材料形成，所述储盒包括含有一种或多种饮料成分的储存腔，其特征在于，该储存腔的垂直高度与储存腔的宽度的高宽比处于0.42至0.68之间。
本发明还提供了一种从在储存腔内含有一种或多种饮料成分的储盒中分配饮料的方法，包括步骤使水介质通过储盒以形成源于所述一种或多种饮料成分的饮料，将饮料分配到储存容器中，其特征在于，该储盒具有处于0.42至0.68之间的储存腔垂直高度与储存腔宽度的高宽比，并且水介质在2.0至4.0巴的压力下通过储盒。
本发明的储盒含有适于形成饮料产品的一种或多种饮料成分。该饮料产品例如可以为咖啡、茶、巧克力或者包括牛奶的奶基饮料中的一种。该饮料成分可以是粉末状的、磨碎的、叶片状的或者为液体。该饮料成分可以是不可溶的或可溶的。其例子包括焙炒和磨碎的咖啡、茶叶、粉末状的可可粉固体和汤、液态奶基饮料和浓缩果汁。
在以下介绍中，将采用用语“上”和“下”及等效用语来描述本发明特征的相对定位。用语“上”和“下”及等效用语应理解为指处于其正常定向中以用于插入到饮料制备机中并随后进行分配的储盒(或其它部件)，例如如图4所示。特别是，“上”和“下”分别指接近或远离储盒的顶面11的相对位置。另外，将采用用语“内”和“外”及等效用语来描述本发明特征的相对定位。用语“内”和“外”及等效用语应理解为分别指接近或远离储盒1(或其它部件)的中心或主轴线X的储盒(或其它部件)的相对位置。
下面将仅通过示例并参考附图来介绍本发明的实施例，在附图中
图1是根据本发明的储盒的第一和第二实施例中的外部件的剖视图；图2是图1所示外部件的细节的剖视图，显示了向内朝向的圆柱形延伸部分；图3是图1所示外部件的细节的剖视图，显示了槽口；图4是图1所示外部件的从上方看去的透视图；图5是处于倒转方位中的图1所示外部件的从上方看去的透视图；图6是图1所示外部件的从上方看去的平面图；图7是储盒的第一实施例的内部件的剖视图；图8是图7的内部件的从上方看去的透视图；图9是处于倒转方位中的图7所示内部件的从上方看去的透视图；图10是图7所示内部件的从上方看去的平面图；图11是处于已装配状态的储盒的第一实施例的剖视图；图12是储盒的第二实施例的内部件的剖视图；图13是图12所示内部件的细节的剖视图，显示了孔；图14是图12所示内部件的从上方看去的透视图；图15是处于倒转方位中的图12所示内部件的从上方看去的透视图；图16是图12所示内部件的另一剖视图；图17是图12所示内部件的另一细节的剖视图，显示了空气进口；图18是处于已装配状态下的储盒的第二实施例的剖视图；图19是储盒的第三和第四实施例的外部件的剖视图；图20是图19所示外部件的细节的剖视图，显示了向内朝向的圆柱形延伸部分；图21是图19所示外部件的从上方看去的平面图；图22是图19所示外部件的从上方看去的透视图；图23是处于倒转方位中的图19所示外部件的从上方看去的透视图；图24是储盒的第三实施例的内部件的剖视图；图25是图24所示内部件的从上方看去的平面图；图26是图24所示内部件的细节的剖视图，显示了朝内翻的上缘边；图27是图24所示内部件的从上方看去的透视图；图28是处于倒转方位中的图24所示内部件的从上方看去的透视图；图29是处于已装配状态的储盒的第三实施例的剖视图；图30是根据本发明的储盒的第四实施例的内部件的剖视图；图31是图30所示内部件的从上方看去的平面图；图32是图30所示内部件的从上方看去的透视图；图33是处于倒转方位中的图30所示内部件的从上方看去的透视图；图34是处于已装配状态的储盒的第四实施例的剖视图；图35a是浓度相对于操作循环时间的曲线图；图35b是起泡能力相对于操作循环时间的曲线图；图35c是温度相对于操作循环时间的曲线图；和图36是标准化压力相对于高宽比的曲线图。
如图11所示，本发明的储盒1大致包括外部件2、内部件3和层压板5。外部件2、内部件3和层压板5装配在一起以形成储盒1，其具有用于容纳一种或多种饮料成分的内部120、进口121、出口122，以及将进口121与出口122相连并且经过内部120的饮料流动路径。进口121和出口122最初被层压板5密封，并在使用中通过刺穿或切开层压板5而打开。饮料流动路径通过外部件2、内部件3和层压板5之间的空间相互关系来限定，如下所述。在储盒1中可选择性地包含有其它部件，例如过滤器4，如下文中进一步介绍。
在图1至11显示了第一型式的储盒1。储盒1的第一型式特别设计成用于分配滤后产品，例如焙炒和磨碎的咖啡或茶叶。然而，这种型式的储盒1和如下所述的其它型式可用于其它产品，例如巧克力、咖啡、茶、甜味剂、甜酒、香料、酒精饮料、增香奶、果汁、带果肉果汁、酱汁和甜品。
从图5中可见，储盒1的整体形状为大致圆形或盘形，其中储盒1的直径或宽度远大于其高度。主轴线X经过外部件的中心，如图1所示。通常来说，外部件2的整体外径为74.5毫米±6毫米，整体外部高度为16毫米±3毫米。装配好的储盒1的容积通常为30.2毫升±20％。根据本发明，对于在高达2.0巴的压力下操作的储盒而言，储盒的高宽比处于0.10至0.43之间，对于在2.0至4.0巴的压力下操作的储盒而言，储盒的高宽比处于0.42至0.68之间。在小于2.0巴的压力下操作的储盒的高宽比优选处于0.21至0.28之间。该高宽比被定义为含有一种或多种饮料成分的内部120的最大内部垂直高度与内部120的内部宽度(在储盒为盘形的情况下为内径)之比。在所述实施例中，最大垂直高度为14.3毫米，而宽度(在这种情况下等于直径)为57.8毫米。如图36所示，从本发明的储盒中分配出饮料所需的压力根据储盒的高宽比而变化。已经发现，0.10至0.43之间的高宽比对于在使分配饮料所需的压力最小的要求与在分配期间使饮料的提取和起泡最大的要求之间实现平衡而言是有利的。0.42至0.68的较大高宽比可适用于更高压力的系统，这通常是在使用更大容积的储盒的情形下。
非盘形储盒的高宽比可定义为最大高度与最大距离之比。
外部件2一般包括碗形外壳10，其具有弯曲的环形壁13、封闭顶部11和敞开底部12。外部件2在顶部11处的直径小于在底部12处的直径，导致环形壁13在从封闭顶部11延伸到敞开底部12上张开。环形壁13和封闭顶部11一起限定了具有内部34的储存容器。
在封闭顶部11中以主轴线X为中心设置了向内朝向的中空圆柱形延伸部分18。如图2更清楚地显示，圆柱形延伸部分18包括台阶状的轮廓，其具有第一部分19、第二部分20和第三部分21。第一部分19为笔直的圆柱形。第二部分20为截头锥体的形状，并且向内变小。第三部分21为另一笔直的圆柱形，并且被底面31封闭。第一部分19、第二部分20和第三部分21的直径递增式地变小，使得圆柱形延伸部分18的直径在从顶部11延伸到圆柱形延伸部分18的封闭底面31上变小。在圆柱形延伸部分18上的第二部分20和第三部分21之间的接合处形成了大致水平的台肩32。
在外部件2中形成了朝向底部12的向外延伸的台肩33。向外延伸的台肩33形成了与环形壁13同轴的第二壁15以便限定环形轨道，其在第二壁15和环形壁13之间形成了集流管16。集流管16围绕着外部件2的周边延伸。一系列槽口17设在环形壁13中并与集流管16平齐，以便在集流管16和外部件2的内部34之间提供气体和液体连通。如图3所示，槽口17构成了环形壁13中的垂直狭缝。设置了20到40个之间的槽口。在所示实施例中，37个槽口17大致等间距地围绕集流管16的周边设置。槽口17优选具有1.4到1.8毫米之间的长度。各槽口的典型长度为1.6毫米，其为外部件2的整体高度的10％。各槽口的宽度在0.25到0.35毫米之间。通常，各槽口的宽度为0.3毫米。槽口17的宽度应足够窄，以防止在储存期间或在使用中饮料成分从中经过而进入集流管16中。
在外部件2中的外部件2周边处形成了进口腔26。如图5最清楚地显示，设有圆柱形壁27，其在其中限定了进口腔26，并将进口腔26与外部件2的内部34分隔开。圆柱形壁27具有形成在垂直于主轴线X的平面上的封闭顶面28，以及与外部件2的底部12共面的敞开下端29。进口腔26经由两个槽口30而与集流管16相连通，如图1所示。或者，可采用一个至四个槽口来在集流管16和进口腔26之间形成连通。
向外延伸的台肩33的下端设有向外延伸的凸缘35，其垂直于主轴线X而延伸。典型的凸缘35具有2到4毫米之间的宽度。凸缘35的一部分扩展开，以形成可通过它来握住外部件2的手柄24。手柄24设有向上翻起的缘边25，以便增进抓握。
外部件2为由高密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯所形成的单件整体件，或者为这些材料中的两种或多种制成的层压板。合适的聚丙烯包括可从DSM英国有限公司(英国Redditch地区)中得到的一定范围内的聚合物。外部件可以为不透明的、透明的或半透明的。制造工艺可以为注塑成型。
图7至10所示的内部件3包括环形框架41和向下延伸的圆柱形漏斗40。主轴线X经过内部件3的中心，如图7所示。
如图8最佳地示出，环形框架41包括通过十条等间距的径向辐条53相连的外缘边51和内毂52。内毂52与圆柱形漏斗40形成一体并从中延伸出。在环形框架41中的径向辐条53之间形成了过滤孔55。过滤器4设在环形框架41上，以便覆盖过滤孔55。过滤器优选由具有较高湿强度的材料如聚酯的非织造纤维材料制成。可使用的其它材料包括不透水的纤维素材料，例如含有织造纸纤维的纤维素材料。织造纸纤维可与聚丙烯、聚氯乙烯和/或聚乙烯的纤维掺混在一起。将这些塑料材料结合在纤维素材料中，使得纤维素材料可被热封。过滤器4还可利用可被热量和/或压力活化的材料来进行处理或涂覆，使得它可这样密封在环形框架41上。
如图7的横截面轮廓所示，内毂52设在比外缘边51更低的位置处，从而使环形框架41具有倾斜的下方轮廓。
各辐条53的上表面设有直立辐板54，其将环形框架41以上的空隙空间分成多个通道57。各通道57在两侧上由辐板54限定，在底面上由过滤器4限定。通道57从外缘边51中向下延伸，并在由辐板54的内端所限定的开口56处通入到圆柱形漏斗40中。
圆柱形漏斗40包括外管42，其包围了内喷口43。外管42形成了圆柱形漏斗40的外部。喷口43通过环形凸缘47在喷口43的上端处连接在外管42上。喷口43包括位于与通道57的开口56连通的上端处的进口45，以及位于下端处的出口44，所制备的饮料可通过出口44而排入到杯子或其它储存容器中。喷口43包括上端处的截头锥体部分48和下端处的圆柱形部分58。圆柱形部分58可具有略微的锥形，使得它朝向出口44变窄。截头锥体部分48有助于将饮料从通道57向下引向出口44，而不会引发饮料紊流。截头锥体部分48的上表面设有四个支承辐板49，其等间距地围绕着圆柱形漏斗40的周边。支承辐板49在它们之间限定了通道50。支承辐板49的上边缘相互间平齐，并且垂直于主轴线X。
内部件3可由聚丙烯或上述类似的材料通过与外部件2相同的注塑成型形成为单件整体件。
或者，内部件3和/或外部件2可由生物可降解的聚合物制成。合适材料的示例包括可降解的聚乙烯(例如由英国Borehamwood的Symphony Environmental公司提供的SPITEK)、生物可降解的聚酯酰胺(例如由Symphony Environmental公司提供的BAK1095)、聚乳酸(由美国明尼苏达州的Cargil公司提供的PLA)、淀粉基聚合物、纤维素衍生物和多肽。
层压板5由两层形成，即第一层铝和第二层铸型用聚丙烯。铝层的厚度在0.02到0.07毫米之间。铸型用聚丙烯层的厚度在0.025到0.065毫米之间。在一个实施例中，铝层为0.06毫米厚，聚丙烯层为0.025毫米厚。该层压板是特别有利的，因为它在装配过程中具有很强的抗卷曲能力。结果，层压板5可预先切割成正确的尺寸和形状，并随后传送至生产线上的装配工位而不会出现变形。因此，层压板5特别适合于焊接。可用的其它层压板材料包括PET/铝/PP、PE/EVOH/PP、PET/金属化层/PP以及铝/PP层压板。可用层压板卷材来取代冲切备料。
储盒1可通过刚性或半刚性的盖子而非柔性层压板来封闭。
储盒1的装配涉及以下步骤a)将内部件3插入到外部件2中；b)将过滤器4切割成形并放在内部件3上，以便被容纳在圆柱形漏斗40上并靠在环形框架41上；c)通过超声波焊接将内部件3、外部件2和过滤器4结合在一起；d)用一种或多种饮料成分来填充储盒1；e)将层压板5固定在外部件2上。
这些步骤将在下文中更详细地介绍。
外部件2定向成使得敞开底部12向上。然后将内部件3插入到外部件2中，其中外缘边51以松配合的形式在储盒1的顶部11处容纳在轴向延伸部分14中。外部件2的圆柱形延伸部分18同时容纳在内部件3的圆柱形漏斗40的上部中。圆柱形延伸部分18的第三部分21安放在圆柱形漏斗40内，其中圆柱形延伸部分18的封闭底面31靠在内部件3的支承辐板49上。然后将过滤器4放在内部件3上，使得过滤器材料与环形缘边51接触。然后采用超声波焊接工艺将过滤器4结合在内部件3上，同时在同一工艺步骤中将内部件3结合在外部件2上。内部件3和过滤器4焊接在外缘边51的周围。内部件3和外部件2通过围绕在外缘边51和辐板54的上边缘周围的焊接线而结合起来。
如在图11中最清楚地示出，外部件2和内部件3在结合在一起时在内部120中在环形凸缘41之下和圆柱形漏斗40之外限定了空隙空间130，其形成了过滤腔。过滤腔130和环形框架41以上的通道57通过过滤纸4分隔开。
过滤腔130包含一种或多种饮料成分200。所述一种或多种饮料成分装入到过滤腔130中。对于滤过风格的饮料而言，此成分通常为焙炒和磨碎的咖啡或茶叶。饮料成分在过滤腔130中的装填密度可根据需要来改变。通常，对于滤过的咖啡产品而言，在厚度一般为5至14毫米的过滤床中，过滤腔包含5.0到10.2克之间的焙炒和磨碎的咖啡。作为选择，内部120可包含一个或多个例如球的物体，其可在内部120中自由地运动，以便在饮料的释放期间通过引发紊流和破坏饮料成分的沉积来促进混合。
然后通过围绕层压板5的周边形成焊缝126来将层压板5结合在向外延伸凸缘35的底面上，从而将层压板5固定在外部件2上。焊缝126然后延伸，以便将层压板5密封在进口腔26的圆柱形壁27的下边缘上。另外，在层压板5和圆柱形漏斗40的外管42的下边缘之间形成了焊缝125。层压板5形成了过滤腔130的下壁，并且还密封了进口腔26和圆柱形漏斗40。然而，在分配之前在层压板5和喷口43的下边缘之间存在有小间隙123。可采用多种焊接方法如热焊接和超声波焊接，这取决于层压板5的材料特性。
有利的是，内部件3跨置于外部件2和层压板5之间。内部件3由比较刚性的材料如聚丙烯形成。这样，内部件3形成了承载件，其用于在储盒1受压时使层压板5和外部件2保持间隔开。储盒1优选在使用中承受到130到280N之间的压缩载荷。该压力用于防止储盒在内部受压时失效，并且还可用于将内部件3和外部件2挤压在一起。这保证了储盒1内的通路和孔的内部尺寸是固定的，并且在储盒1的受压期间不会变化。
为了使用储盒1，首先将它插入到饮料制备机中，并通过饮料制备机的穿刺件来打开进口121和出口122，该穿刺件将层压板5穿孔并折起来。通常为水的水介质在压力下通过进口121而进入储盒1，在0.1-2.0巴之间的压力下进入进口腔26。水从这里被引导而流经槽口30并围绕集流管16流动，并经过多个槽口17而进入储盒1的过滤腔130。水被迫径向向内地流过过滤腔130，并与其中所包含的饮料成分200混合。同时水被迫向上透过饮料成分。通过使水经过饮料成分而形成的饮料经由过滤器4和过滤孔55而进入到环形框架41上方的通道57中。过滤器4在辐条53上的密封以及缘边51与外部件2的焊接保证了不存在捷径，所有的饮料都必须经过过滤器4。
饮料然后沿着形成于辐板54之间的径向通道57向下流经开口56而进入圆柱形漏斗40中。饮料沿着支承辐板47之间的通道50而向下经喷口43到达出口44，在这里饮料排入到储存容器如杯子中。
饮料制备机优选包括空气清洗工具，其中在操作循环结束时迫使压缩空气通过储盒1，以便冲走残留在储存容器内的饮料。
在图12至18中显示了第二型式的储盒1。第二型式的储盒1特别设计成用于分配蒸馏咖啡风格的产品如焙炒和磨碎的咖啡，其中需要产生称为crema的带微小泡沫的饮料。第二型式的储盒1的许多特征与第一型式中的相同，因此采用类似的标号来表示类似的特征。在以下描述中将论述第一和第二型式之间的区别。以相同方式起作用的共同特征将不会详细介绍。
外部件2具有与第一型式的储盒1相同的构造，并且如图1至6所示。
内部件3的环形框架41与第一型式中的相同。同样，过滤器4设在环形框架41上以便覆盖过滤孔55。圆柱形漏斗40的外管42也与前面所述的相同。然而，与第一型式相比，第二型式的内部件2的构造具有许多不同之处。如图16所示，喷口43设有分隔件65，其从出口44朝向喷口43的上方延伸了一段距离。分隔件65有助于防止饮料在离开喷口43时出现喷射和/或喷溅。喷口43的轮廓也是不同的，并在管43的上端附近包括带有明显折弯段66的台阶状轮廓。
缘边67从将外管42结合在喷口43上的环形凸缘47上直立地设置。缘边67围绕着通向喷口43的进口45，并在缘边67和外管42的上部之间限定了环形通道69。缘边67设有向内朝向的台肩68。在缘边67的周边周围的一点处设有槽口形式的孔70，其从缘边67的上边缘延伸至台肩68的水平高度以下的某点处，如图12和13最清楚地显示。槽口具有0.64毫米的宽度。
空气进口71设在环形凸缘47中，并与孔70在周向上对准，如图16和17所示。空气进口71包括穿过凸缘47的孔，以便在外管42和喷口43之间在凸缘47以上的点和凸缘47以下的空隙空间之间提供连通。优选的是如图所示，空气进口71包括上截头锥体部分73和下圆柱形部分72。空气进口71通常通过模制工具如顶针形成。空气进口71的锥形轮廓允许模制工具更容易从模制部件中取出。外管42的位于空气进口71附近的壁成形为可形成斜槽75，其从空气进口71通往喷口43的进口45。如图17所示，在空气进口71和斜槽75之间形成了切角台肩74，以保证源于槽口70的饮料射流不会立即弄脏紧邻空气进口71的凸缘47上表面。
第二型式的储盒1的装配程序类似于第一型式的装配。然而，存在有若干不同之处。如图18所示，圆柱形延伸部分18的第三部分21安放在支承缘边67内而非安放在支承辐板上。第二部分20和第三部分21之间的圆柱形延伸部分18的台肩32靠在内部件3的支承缘边67的上边缘上。因此，在内部件3和外部件2之间形成了界面区124，其包括沿着储盒1的几乎整个周边延伸的位于圆柱形延伸部分18和支承缘边67之间的面密封。尽管由于支承缘边67中的槽口70延伸穿过支承缘边67并向下延伸至台肩68下面一点的位置点处，但是圆柱形延伸部分18和支承缘边67之间的密封不是流体密封的。因此，圆柱形延伸部分18和支承缘边67之间的界面配合使槽口70变形成孔128，如图18最清楚地显示，从而在环形通道69和喷口43之间提供了气体和液体的连通。孔通常为0.64毫米宽，0.69毫米长。
第二型式的储盒1分配饮料的操作类似于第一型式中的操作，但存在有一定的区别。径向通道57中的饮料沿着形成于辐板54之间的通道57向下流动，并经过开口56进入到圆柱形漏斗40的环形通道69中。通过聚集于过滤腔130和通道57中的饮料的背压，饮料在压力下被迫从环形通道69经过孔128。因此，饮料作为射流被迫经过孔128而进入由喷口43的上端所形成的膨胀腔。如图18所示，饮料射流直接越过空气进口71。当饮料进入喷口43时，饮料射流的压力降低。结果，当空气经过空气进口71而被向上抽时，空气以大量小气泡的形式夹带在饮料流中。源于孔128的饮料射流以漏斗一样的形式向下流到出口44，在这里饮料排到储存容器如杯子中，其中气泡形成了所需的crema。因此，孔128和空气进口71一起形成了用于将空气夹带在饮料中的喷射结构。饮料进入喷射结构的流动应尽可能保持平稳以减少压力损失。有利的是，喷射结构的壁应制作成下凹的，以便减少因“附壁效应”摩擦而导致的损失。孔128的尺寸公差较小。孔尺寸优选为固定值加减0.02平方毫米。可在喷射结构的出口内或出口处设置毛发、微丝或其它的表面不规则结构以增大有效横截面积，已经发现这种手段可增强空气夹带的程度。
在图19至29中显示了第三型式的储盒1。第三型式的储盒1特别设计成用于分配可溶产品，其可以为粉末状、液体、浆状、凝胶或类似形式。在使用中，可溶产品在水介质如水经过储盒1时被水介质溶解或形成悬浮液。饮料的示例包括巧克力、咖啡、奶、茶、汤或者其它可再水化或可水溶解的产品。第三型式的储盒1的许多特征与上述型式中的相同，因此采用类似标号来表示类似特征。在以下描述中将论述第三型式和上述型式之间的区别。以相同方式起作用的共同特征将不会详细介绍。
与上述型式的外部件2相比，第三型式的外部件2的向内朝向的中空圆柱形延伸部分18具有更大的总体直径，如图20所示。特别是，与用于上述型式的外部件2的13.2毫米相比，第一部分19的直径通常在16到18毫米之间。另外，第一部分19设有凸出的外表面19a或凸起，如图20最清楚地示出，其功能如下所述。然而，储盒1的第三部分21的直径是相同的，导致该第三型式的储盒1中的台肩32的面积更大。已装配储盒1的典型容积为32.5毫升±20％。
环形壁13下端处的槽口的数量和定位也是不同的。设有3个到5个槽口。在图23所示的实施例中，四个槽口36等间距地围绕集流管16的周边设置。槽口36比上述型式储盒1中的略宽，处于0.35到0.45毫米之间，优选为0.4毫米宽。
储盒1的外部件2在其它方面是相同的。
内部件3的圆柱形漏斗40的构造与第一型式储盒1中的相同，设有外管42、喷口45、环形凸缘47和支承辐板49。唯一的区别在于，喷口45成形为上截头锥形段92和下圆柱形段93。
与上述型式相比，如图24至28所示，环形框架41被套筒部分80取代，套筒部分80围绕着圆柱形漏斗40并通过8个径向撑杆87而连接于其上，撑杆87在环形凸缘47处或其附近与圆柱形漏斗40相接。套筒部分80的圆柱形延伸部分81从撑杆87向上延伸，限定了带有敞开顶面的腔90。圆柱形延伸部分81的上缘边91具有朝内翻的轮廓，如图26所示。套筒部分80的环形壁82从撑杆87向下延伸，在套筒部分80和外管42之间限定了环形通道86。
环形壁82在下端包括外凸缘83，其设置成垂直于主轴线X。缘边84从凸缘83的底面向下悬垂，并包括围绕缘边84周向等间距地设置的五个孔85。因此，缘边84设有城堡形的下轮廓。
在撑杆87之间设有孔89，从而允许腔90和环形通道86之间的连通。
用于第三型式储盒1的装配程序类似于第一型式的装配，但具有一定区别。外部件2和内部件3如图29所示地推入配合在一起，并通过卡扣配合结构来固定而非焊接在一起。在这两个部件结合的过程中，向内朝向的圆柱形延伸部分18容纳在套筒部分80的上圆柱形延伸部分81内。通过圆柱形延伸部分18的第一部分19的凸出外表面19a与上圆柱形延伸部分81的内翻缘边91的摩擦式相互接合，就可将内部件3固定在外部件2中。通过将内部件3设在外部件2中，就在位于套筒部分80的外部形成了混合腔134。混合腔134在分配之前包含有饮料成分200。应注意到，四个进口36和五个孔85在周向上相互间错开。这两个部件的相对位置在装配期间不必为确定的或固定的，这是由于四个进口36和五个孔85的使用保证了不管这些部件之间的相对旋转位置如何，在进口和孔之间总是未对准的。
将一种或多种饮料成分装填在储盒的混合腔134中。饮料成分在混合腔134中的装填密度可根据需要来变化。
然后将层压板5以与以上型式中的上述相同方式固定在外部件2和内部件3上。
在使用中，水以与以上型式储盒中的相同的方式经由四个槽口36进入混合腔134。水被迫径向向内地经过混合腔，并与包含在其中的饮料成分混合。产品溶解在水中或与之混合，并在混合腔134中形成了饮料，然后通过混合腔134中的饮料和水的背压而被驱动经孔85进入到环形通道86中。四个进口槽口36和五个孔85的周向错开保证了水射流必须首先在混合腔134进行循环，然后才能从进口槽口36沿径向通往孔85。这样就显著地提高了产品的溶解或混合的程度和一致性。饮料在环形通道86中被迫向上经过撑杆87之间的孔89而进入到腔90中。饮料从腔90中经过支承辐板49之间的进口45而进入喷口43，并流向出口44，在这里饮料排入到储存容器如杯子中。该储盒尤其可应用于粘性液体或凝胶形式的饮料成分。在一种应用中，在储盒1中包含有液体巧克力成分，其粘度在室温下为1700到3900mPa之间，在0℃下为5000到10000mPa之间，并且固体折射率为67Brix±3。在另一种应用中，在储盒1中包含有液体咖啡，其粘度在室温下为70到2000mPa之间，在0℃下为80到5000mPa之间，其中咖啡具有40到70％之间的总固体量水平。液体咖啡成分可含有0.1到2.0％重量之间的小苏打，优选在0.5到1.0％重量之间。小苏打用于将咖啡的pH值水平维持为4.8或更低，从而使填充有咖啡的储盒的贮藏期限长达12个月。
在图30至34中显示了第四型式的储盒1。第四型式的储盒1特别设计成可用于分配液体产品如浓缩液态奶。第四型式的储盒1的许多特征与上述型式中的相同，因此采用类似标号来表示类似的特征。在以下描述中将论述第四型式和以上型式之间的区别。以相同方式起作用的共同特征将不会详细介绍。
外部件2与第三型式的储盒1中的相同，并且在图19至23中示出。
内部件3的圆柱形漏斗40类似于第二型式储盒1中的所示，但具有一定区别。如图30所示，喷口43成形为带有上截头锥形段106和下圆柱形段107。在喷口43的内表面上设有三条轴向凸棱105，以便将所分配的饮料朝着出口44向下引导，并且防止所排出的饮料在喷口内回旋。因此，凸棱105用作隔片。如同第二型式储盒1中的一样，空气进口71设置成穿过环形凸缘47。然而，空气进口71下方的斜槽75比第二型式中的更长。
套筒部分80设置成类似于上述第三型式储盒1中的所示。在缘边84中设有5到12个孔85。通常设有10个孔，而非如第三型式的储盒1中的5个孔。
环形碗状件100设置成从套筒部分80的凸缘83上延伸出来并与之形成一体。环形碗状件100包括张开的主体101，其带有朝向上的敞开上口部104。四个进给孔103如图30和31所示地设在主体101中，并位于或接近碗状件100的下端，在这里它与套筒部分80相结合。优选的是，进给孔围绕碗状件100的周边等间距地设置。
层压板5为上述实施例中所述的类型。
第四型式储盒1的装配程序与第三型式中的相同。
第四型式储盒的操作类似于第三型式的操作。水以如前所述的相同方式进入储盒1和混合腔134。在那里水与液体产品混合并将其稀释，其然后被迫在碗状件100之下流出，并经过孔85流向出口44，如上所述。最初包含在图34所示环形碗状件100内的那部分液体产品并未被进入混合腔134的水立即稀释。相反，混合腔134下部中的经稀释的液体产品将倾向于经孔85离开，而非被迫向上经由上口部104进入环形碗状件100中。因此，与混合腔134下部中的产品相比，环形碗状件100中的液体产品在操作循环的初期保持为比较浓缩。环形碗状件100中的液体产品在重力作用下经由进给孔103而滴落到经由孔85在碗状件100下面离开混合腔134的产品流中。环形碗状件100用于使进入圆柱形漏斗40的经稀释的液体产品的浓度均匀化，这是通过保持一部分浓缩液体产品，并在整个操作循环中将其稳定地释放到离开液体流流动路径中来实现的，如图35a所示，其中显示了在约15秒的操作循环期间所测得的作为所存在总固体量百分比的奶浓度。线a显示了带有碗状件100的浓度曲线，而线b显示了没有碗状件100的储盒的浓度曲线。可以见到，带有杯子100的浓度曲线在操作循环期间更平稳，不存在象未带碗状件100那样地出现浓度的初始较大下降。通常来说，奶的初始浓度为30-35％SS，在循环结束时为10％SS。这导致了稀释比为约3比1，然而1比1到6比1之间的稀释比也可用于本发明。对于其它液体饮料成分而言，该浓度可以变化。例如对于液体巧克力而言，初始浓度为约67％SS，在循环结束时为12-15％SS。这导致稀释比(所分配饮料中的水介质与饮料成分之比)为约5比1，然而2比1到10比1之间的稀释比也可用于本发明。对于液体咖啡而言，初始浓度在40-67％之间，分配结束时的浓度为1-2％SS，等等。这导致稀释比在20比1到70比1之间，然而10比1到100比1之间的稀释比也可用于本发明。
通过聚集于过滤腔134和腔90中的饮料的背压，饮料在压力下被迫从环形通道86中流经孔128。因此，饮料作为射流被迫经过孔128，并进入由喷口43的上端形成的膨胀腔中。如图34所示，饮料射流直接越过空气进口71。当饮料进入喷口43时，饮料射流的压力下降。结果，当空气经过空气进口71而被向上抽时，空气以大量小气泡的形式夹带在饮料流中。源于孔128中的饮料射流以漏斗的形式向下流到出口44，在这里饮料排到储存容器如杯子中，其中气泡形成了所需的泡沫状外观。
有利的是，内部件3、外部件2、层压板5和过滤器4都可容易地进行消毒，这是因为这些部件是可分开的，并且均不单独地包括曲折通路或狭窄缝隙。相反，只有在消毒之后在这些部件相结合在一起之后，才会形成必要的通路。这在其中饮料成分为奶基产品如液态奶浓缩物的情形下是尤其重要的。
饮料储盒的第四实施例可特别有利地用于分配浓缩奶基液体产品，例如液态奶。之前，粉末状奶制品以成袋的形式来提供，用于添加到预先准备好的饮料中。然而，对于卡普齐诺风格的饮料而言，必须使牛奶起泡。以前这通过使蒸气经过液态奶制品来实现。然而，这就必须提供蒸气供应源，从而增加了用于分配饮料的机器的成本和复杂性。使用蒸气还增大了在储盒的操作期间受伤的危险。因此，本发明提供了在其中具有浓缩奶基液体产品的饮料储盒。已经发现，对于特定体积的奶而言，通过使奶制品浓缩，可以产生出比新鲜奶或UHT奶更多的泡沫。这减小了奶储盒所需的尺寸。新鲜的半脱脂奶含有约1.6％的脂肪和10％的总固体量。本发明的浓缩液态奶制品含有0.1和12％之间的脂肪和25至40％的总固体量。在一个典型示例中，制品含有4％的脂肪和30％的总固体量。这种浓缩奶制品适于采用如下所述的低压制备机来进行起泡加工。特别是，奶的起泡在2巴以下的压力下实现，在采用上述第四实施例的储盒时优选为约1.5巴。
浓缩奶的起泡对于例如卡普齐诺和奶昔的饮料而言是特别有利的。奶经过孔128并越过空气进口71以及碗状件100的最佳使用优选可使奶的起泡水平大于40％，优选大于70％。对于液体巧克力而言，可以实现大于70％的起泡水平。对于液体咖啡而言，可以实现大于70％的起泡水平。起泡能力水平以所产生的泡沫体积与所分配的液体饮料成分体积之比来测量。例如，在分配138.3毫升的饮料时，如果其中的58.3毫升为泡沫，则起泡能力就计算为[58.3/(138.3-58.3)]×100＝72.9％。奶(和其它液体成分)的起泡能力可通过设置碗状件100来得以增强，如图35b所示。利用碗状件100来分配的奶的起泡能力(线a)大于未利用碗状件100来分配的奶的起泡能力(线b)。这是因为奶的起泡能力与奶浓度正相关，如图35a所示，碗状件100在较大一部分的操作循环中使奶保持更高浓度。还已知道，奶的起泡能力与水介质的温度正相关，如图35c所示。因此，碗状件100是有利的，因为更多的奶保持在储盒中，直到接近操作循环结束，此时水介质最热。这又增强了起泡能力。
第四实施例的储盒也可有利地用于分配液体咖啡产品。
已经发现，与现有技术的储盒相比，本发明的饮料储盒的实施例有利地提供了所冲泡饮料的增强一致性。参见下表1，其中显示了含有焙炒和磨碎的咖啡的储盒A和B的各自20份样品的冲泡产出率。储盒A是根据本发明第一实施例的饮料储盒。储盒B是如本申请人的文献WO01/58786中所述的现有技术的饮料储盒。冲泡饮料的折射率以Brix为单位来测得，并采用标准表和公式转换成可溶固体百分比(％SS)。在以下示例中％SS＝0.7774×(Brix值)+0.0569％产出率＝(％SS×冲泡体积(g))/(100×咖啡重量(g))表1储盒A
储盒B
对以上数据进行t检验统计分析，得出以下结果表2t检验两样品，采用均方差
分析表明，本发明储盒的可折合为冲泡浓度的％产出率的一致性显著优于现有技术的储盒(在95％置信度下)，并且与现有技术储盒的2.24％标准偏差相比，其标准偏差为0.88％。这意味着利用本发明的储盒来冲泡的饮料更具重复性和具有更均匀的浓度。这对于喜欢其饮料反复具有相同味道并且不希望在冲泡浓度上出现随意变化的消费者而言是优选的。
上述储盒的材料可设有屏障涂层，以改进其对氧气和/或湿气和/或其它污染物进入的抵抗性。屏障涂层还可增强防止饮料成分从储盒内漏出的抵抗性，和/或降低会对饮料成分产生负面影响的可提出物从储盒材料滤出的程度。屏障涂层的材料可选自PET、聚酰胺、EVOH、PVDC或金属化材料。屏障涂层可通过许多种机理来施加，包括但不限于气相沉积、真空沉积、等离子涂镀、共挤塑、模内贴涂和两级/多级模制。
权利要求
1.一种储盒(1)，其含有一种或多种饮料成分(200)并由基本上不透气和不透水的材料形成，所述储盒包括含有所述一种或多种饮料成分的储存腔(130；134)，其特征在于，所述储存腔的垂直高度与所述储存腔的宽度的高宽比处于0.10至0.43之间。
2.根据权利要求1所述的储盒(1)，其特征在于，所述储存腔的垂直高度与所述储存腔的宽度的高宽比为0.21至0.28。
3.根据权利要求2所述的储盒，其特征在于，所述高宽比为约0.25。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的储盒(1)，其特征在于，所述储盒为盘形。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的储盒(1)，其特征在于，所述储盒不是盘形的，其中所述高宽比作为最大高度与最大距离之比来进行测量。
6.根据上述权利要求中任一项所述的储盒(1)，其特征在于，所述储存腔(130；134)包括定向成径向地进入到所述储存腔内的一个或多个进口(17；36)。
7.根据权利要求6所述的储盒，其特征在于，所述一个或多个进口(17；36)设在所述储盒(1)的周边处或其附近，以便将水介质的流动径向向内地引导到所述储存腔中。
8.根据权利要求7所述的储盒，其特征在于，所述储盒还包括设在所述储存腔(130；134)与所述储盒的顶部(11)的下表面的至少一部分之间的过滤器(4)，在所述过滤器(4)和所述储盒的顶部之间形成了一条或多条通道(57)，所述一条或多条通道(57)与所述储盒的出口(44)连通，使得将所述一个或多个进口(17；36)与所述出口(44)连起来的饮料流动路径向上经过所述过滤器(4)而进入到所述一条或多条通道(57)中。
9.根据上述权利要求中任一项所述的储盒，其特征在于，所述饮料成分(200)为焙炒和磨碎的咖啡。
10.一种用于从在储存腔(130；134)内含有一种或多种饮料成分(200)的储盒(1)中分配饮料的方法，其包括步骤使水介质通过所述储盒以形成源于所述一种或多种饮料成分的饮料，以及将所述饮料分配到储存容器中，其特征在于，所述储盒具有处于0.10至0.43之间的储存腔垂直高度与储存腔直径的高宽比，所述水介质在0.1至2.0巴的压力下通过所述储盒。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述储存腔的垂直高度与所述储存腔的宽度的高宽比为0.21至0.28。
12.一种储盒(1)，其可使用2.0至4.0巴压力下的水介质，并包含一种或多种饮料成分(200)且由基本上不透气和不透水的材料形成，所述储盒包括含有所述一种或多种饮料成分的储存腔(130；134)，其特征在于，所述储存腔的垂直高度与所述储存腔的宽度的高宽比处于0.42至0.68之间。
13.一种用于从在储存腔(130；134)内含有一种或多种饮料成分(200)的储盒(1)中分配饮料的方法，其包括步骤使水介质通过所述储盒以形成源于所述一种或多种饮料成分的饮料，以及将所述饮料分配到储存容器中，其特征在于，所述储盒具有处于0.42至0.68之间的储存腔垂直高度与储存腔宽度的高宽比，所述水介质在2.0至4.0巴的压力下通过所述储盒。
全文摘要
一种储盒(1)，其含有一种或多种饮料成分(200)，并且由基本上不透气和不透水的材料形成，所述储盒包括含有该一种或多种饮料成分的储存腔(130；134)，其特征在于，该储存腔的垂直高度与储存腔的宽度的高宽比处于0.10至0.43之间。
文档编号B65D81/00GK1761424SQ200480007404
公开日2006年4月19日 申请日期2004年1月23日 优先权日2003年1月24日
发明者A·哈利迪, C·巴拉德 申请人:卡夫食品研发公司