用于制备饮料的胶囊、系统和方法与流程

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的胶囊。这种胶囊从欧洲专利申请0468079中已知。

背景技术：

在实践中，这种胶囊大多被布置并且用于通过在压力下将注入流体诸如热水压入通过研磨烘焙咖啡豆获得的粉末来提取咖啡。然而，该物质(可以是例如颗粒、碎片或薄片的形式)可也由要溶解和/或夹带的成分诸如糖或奶粉构成，或者含有这些成分。要提取的物质可也是咖啡以外的其他类型，诸如茶或草药。

在市场上广泛使用的是胶囊，其胶囊主体是铝或塑料的，并且其开口端部由薄片材(通常为铝薄片)密封。胶囊主体的闭合端部通常称为底部。咖啡机具有外壳和闭合构件，胶囊主体的主要部分可容纳在该外壳中。外壳和/或闭合构件可相对于另一者在操作位置和转移位置之间移动，在操作位置，胶囊的凸缘夹持在外壳和闭合构件之间，并且转移位置留有开口，可通过该开口从外壳移除用过的胶囊并且可通过该开口将新的胶囊定位在外壳中。提供了刺穿元件，其在使用中刺穿外壳内部的胶囊主体的底部部分。

当将加压流体供给到外壳中时，该加压流体通过由刺穿元件形成的孔渗入胶囊，并且引起内部压力增加，从而例如在闭合构件的刺穿构件的帮助下导致盖被撕裂。然后，将水流压入物质中，并且冲煮后的饮料离开胶囊并且被引导到机器外部的用户的容器中。例如，如果胶囊被包装在用于保持香味的阻挡材料中，在使用之前要移除阻挡材料，则在注入加压流体之前，盖可也在一定程度上打开。

欧洲专利1165398公开了一种胶囊，其在胶囊的底部水平的胶囊盘中包括保证固体物质在打开时被保留的装置，使得物质在刺穿元件从胶囊中缩回时或之后不会穿过刺穿的开口。这种装置可以是一种织物，其可通过穿孔针容易地刺穿，并且在提取结束时，其柔韧性和弹性允许刺穿的开口在从盒中取出所述针时再次关闭，使得研磨物不会离开胶囊。根据另一种解决方案，止回阀粘结到底部。该阀可具有十字形切口，该切口在插入和取出提取针时允许令人满意的打开和令人满意的重新闭合。

wo2010/115970公开了一种胶囊，其在胶囊中的物质的下游具有过滤器，该过滤器具有棱锥形开口，这些开口的尺寸被设计成防止粉末物质通过开口。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种胶囊，该胶囊可以低成本以简单的方式制造，并且该胶囊在将该物质加工成具有高感官和视觉质量的饮料方面被进一步改进。

根据本发明，该目的通过提供根据权利要求1所述的胶囊来实现。

由于通道的尺寸被设计成允许物质的颗粒以固体形式通过，因此在刺穿元件缩回并且不再将外部的压力施加到胶囊之后，颗粒可通过到达胶囊主体的外部。流出的物质的量将向用户显示冲煮饮料的物质，这增强了与在手动填充的冲煮设备(诸如，传统浓缩咖啡机)中冲煮咖啡的相似性，从而改善了真正的咖啡制备体验。因此，通过完全与前面提到的欧洲专利1165398中提出的相反来操作，实现了重要的优点。此外，实现了第二个优点。因为筛网设置有尺寸被设计成使得至少一部分物质可以固体形式通过的多个通道，所以水被压过其上的物质上的水分配被有效地引导，但是与没有尺寸被设计成使得至少一部分物质可以固体形式通过的通道的相同透水材料的筛网相比，其流动阻力较小。相对大的通道提供了流动阻力特别低的分配区域。具体地讲，筛网可由设置有多个通道的过滤材料制成。更具体地讲，过滤材料可以是非织造材料。这表明这种筛网可在物质床(特别是研磨咖啡床)上提供极好的水分配，从而改进提取。不受理论束缚，期望通过一方面过滤材料的孔隙率和另一方面过滤材料中的通道的组合来获得改进的提取。

开口可例如具有1mm至4mm的直径。筛网的直径可为例如20-40mm，例如22mm至30mm。胶囊底部的直径可为例如20mm至40mm，例如22mm至30mm。筛网的直径可与胶囊内部处的底部的直径大约相同(例如，为其95％至105％)。筛网可例如设置有4个至30个通道，优选地约15个至25个通道。包括通道图案的筛网区域可覆盖底部的50％至100％，筛网区域的其余部分没有通道图案。在一个实际实施方案中，筛网设置有15个至18个通道，每个通道的直径为1.5mm至2.5mm、优选地1.6mm至2.2mm、更优选地1.6mm至1.8mm。

筛网材料的重量可例如为20g/cm²至200g/cm²、优选地40g/cm²至100g/cm²。筛网材料的厚度可例如为0.1mm至1mm、优选地0.2mm至0.5mm。筛网材料(没有通道)的透气性可例如在筛网材料上在100pa的压降下介于500l/(m²s)和3000l/(m²s)之间，优选地在筛网材料上在100pa的压降下介于1000l/(m²s)和1500l/(m²s)之间。

一般来讲，由于筛网处的压力损失相对较低，根据本发明的筛网允许水分配在包括相对较大长度的流动路径(其中每单位流动距离的压降本来相对较低)在内的流动路径上。而且，因为降低了筛网上的压降，所以减少了水沿着绕过筛网的流动路径通过或通过在筛网中刺穿的孔通过的任何趋势。减小筛网上的压降进一步提供了以下优点：更多总压降被留作物质上的净压降，使得提取可更加强烈。

从属权利要求中阐述了本发明的特定细节和实施方案。可还在根据权利要求23所述的系统中并且在根据权利要求25所述的用于冲煮饮料的方法中体现本发明。

从具体实施方式和附图可看出本发明的其他特征、效果和细节。

附图说明

图1是根据本发明的胶囊的第一示例的透视横截面视图；

图2是根据图1的胶囊的示意性横截面侧视图，该胶囊定位在咖啡制备机的外壳和闭合构件之间；

图3是根据本发明的胶囊的第二示例的透视横截面视图；

图4是根据本发明的胶囊的第三示例的筛网的顶部平面图；

图5是根据本发明的胶囊的第四示例的筛网的顶部平面图；并且

图6是根据本发明的胶囊的第五示例的筛网的顶部平面图。

具体实施方式

在图1和图2中，示出了根据本发明的胶囊1的第一示例。胶囊1具有胶囊主体2，该胶囊主体具有底部3、侧壁4、与底部3相对的端部5以及从侧壁4以及围绕开口端部5向外延伸的凸缘6。胶囊的盖7附接到向外延伸的凸缘6并且气密地闭合胶囊主体5的与底部3相对的端部5。出于说明目的，盖7被示为透明构件。例如，在其中胶囊被包装在使用之前要移除的香味保持阻挡件中以及其中不必进一步打开盖以允许冲煮的饮料流过的实施方案中，盖可也在一定程度上打开。

胶囊主体2和盖7界定胶囊室8。胶囊室8包含由大量松散的固体颗粒构成的物质9，通过在压力下将注入流体供应到胶囊中提取和/或溶解物质来制备饮用饮料。

在该示例中并且在本发明的其他实施方案中，物质可以是例如研磨的烘焙咖啡豆，但可也是将从中提取成分和/或当加压注入液体诸如热水通过时将溶解和/或乳化的其他物质，例如茶、奶粉和/或糖或干汤。物质可以是例如5克至40克、优选地5克至30克、更优选地5克至14克的烘焙和研磨咖啡。

为了与广泛使用的咖啡机兼容，一般优选的是，胶囊符合以下一个或多个特征，其中将根据使用胶囊的咖啡机的类型在这些范围内选择尺寸：

·向外延伸的凸缘的外径为大约37mm至45mm，

·胶囊的底部的直径为约23mm至30mm，

·向外延伸的凸缘的卷曲外边缘的内边缘围绕中心胶囊主体轴线的半径为至少32mm至42mm，

·向外延伸的凸缘的卷曲外边缘的最大尺寸为约1.2mm至1.6mm，

·胶囊主体的侧壁的自由端部的内径为约29mm至35mm，

·胶囊主体的侧壁的自由端部与向外延伸的凸缘的最外边缘之间的距离为约3.5mm至5mm，

·胶囊主体的高度为约28mm至40mm，

·胶囊主体是截头的，其中优选地胶囊主体的侧壁与横向于中心胶囊主体轴线的线封闭成约94°至98°的角度，

·胶囊主体的底部的最大内径为约23mm至29mm，

·胶囊主体的底部是截头的，优选地底部高度为约4mm至7mm，并且其中底部还具有与盖相对的大致平坦的中心部分，该中心部分的直径为约8mm至11mm，

·当封闭构件闭合时，密封构件部分首先被封闭构件的自由端部接触的高度为至少约0.1mm、更优选地至少0.2mm且最优选地至少0.8mm，并且至多3mm、更优选地至多2mm且最优选地至多1.2mm。

盖(优选地由铝制成)的壁厚度优选地小于胶囊主体(其可为例如铝或塑料材料)的壁厚度，使得例如通过在胶囊中的流体压力的影响下使铝盖在饮料制备设备的闭合构件(诸如，饮料制备设备的提取板)上撕开，在施加到胶囊室的压力的帮助下可使盖打开。

在胶囊室8中，布置有透水但不透物质9的颗粒的主要部分的材料的筛网10。筛网10定位在物质9与胶囊的底部3之间，并且具有与胶囊1的中心线11大致同轴的中心。在该示例中，筛网10沿着与中心11间隔开并且彼此周向间隔开的附接区域12附接到胶囊主体1。筛网10可也松散地布置在胶囊中，而不附接到胶囊主体2。

周向分布的附接区域12将筛网10的外围部分保持在胶囊1中的适当位置，但是对通过筛网10的液流的干扰相对较小，使得筛网10的相对大部分一直到其外围边缘可用于液体通过。而且，筛网10可靠地保持刺穿元件13(图2)与物质分离，因为当刺穿元件13进入胶囊室8(通过由此在胶囊主体2的底部3中刺穿的穿孔)时，筛网10在附接区域12的中心的一部分自由地远离底部3移动。然而，可还规定刺穿元件刺穿筛网或者在筛网中设置通道，当刺穿元件刺入胶囊时，刺穿元件的尖端穿过该通道。

筛网10设置有多个通道23，这些通道的尺寸被设计成使得至少一部分物质9可以固体形式通过通道23。可通过(即足够小以通过)通道的物质9的部分可为例如物质9的最少10％、30％或50％。可还规定，物质的所有颗粒原则上都能够通过通道，或者一些通道允许更大部分的物质通过而其他通道不能。而且，即使颗粒原则上能够通过通道，实际上大部分物质以及可通过通道的大部分实际上不会通过通道。这是因为，在冲煮之后，大部分物质不会暴露于足够大小的回流以夹带这些颗粒通过通道，并且因为颗粒在被润湿后往往彼此粘附。然而，已经发现，大量的颗粒确实通过通道甚至到达胶囊的外部，因此在冲煮之后可以看到冲煮饮料的物质样品并且消费者可以容易地闻到该物质样品。

此外，这些通道23允许水分配在物质9上，在筛网上的较小压降下水被压过该物质，因为相对大的通道提供了流动阻力特别低的分配局部区域。这允许水分配在流动路径包括相对大长度的流动路径(其中每单位流动距离的压降本来相对较低)上。而且，因为降低了筛网10上的压降，所以减少了水沿着绕过筛网10的流动路径通过或通过在筛网中刺穿的孔相对较大程度地通过的任何趋势。减小筛网10上的压降进一步提供了以下优点：更多总压降被留作物质9上的净压降，使得提取可更加强烈。

为了留下筛网10的较大外围部分来使液体通过，在连续的附接区域12之间的圆周方向上的间隔优选地保持打开附接区域12所在的圆周区域的至少30％，或者按照优先级增加的顺序，保持打开40％、50％、60％或70％。

为了使筛网10容易被刺穿元件13移位而不被其刺穿，筛网10优选地由柔性材料(诸如，纸、塑料膜，或者织造、非织造或针织结构的纤维材料)制成。如果筛网10是滤纸，则可以低成本实现良好的冲煮结果。如果滤纸含有热塑性成分诸如纤维和/或粘结剂材料，则这些成分可用于在附接区域中密封到胶囊主体，如将更详细地描述。

为了使筛网10容易被刺穿元件13移位，如果所有附接区域仅沿着筛网元件的周边分配也是有利的。

在图2中，还示出了咖啡机的相关部件，其与胶囊1一起形成饮料冲煮系统。这些部件包括外壳14和闭合构件15，胶囊主体2的主要部分可容纳在该外壳中，该闭合构件具有通道17，用于允许制备的饮料从胶囊1流出。外壳14和/或闭合构件15可相对于另一者在操作位置和转移位置之间移动，在操作位置，胶囊1的凸缘6夹持在外壳14和闭合构件15之间，转移位置留有开口，可通过该开口从外壳14移除用过的胶囊1并且可通过该开口将新的胶囊1定位在外壳14中。刺穿元件13被布置用于在使用中在多个刺穿位置16刺穿外壳14内部的胶囊主体2的底部部分3(原则上，用于在单个位置中刺穿的单个刺穿元件也是可能的；在该示例中，提供了三个刺穿元件，它们围成一圈，使得每个刺穿元件恰好在底部的中心部分外部刺穿胶囊)。这种咖啡机是可商购的，因此不再详细描述。

在操作中，胶囊1定位在外壳14中并且夹持在外壳14和闭合构件15之间，该闭合构件具有穿孔17，用于允许通过盖7输出的冲煮饮料从胶囊1流出。将外壳14内部的胶囊主体2的底部部分3刺穿，并且将加压注入流体诸如热水供给到外壳14中，使得注入流体通过在底部3中刺穿的至少一个孔16渗入胶囊1。可也在将胶囊放入外壳中之前(例如，在制造期间)在底部设置孔。

然后，优选地在胶囊1中的流体压力的影响下使盖7撕裂，并且注入流体流至少部分地通过筛网10，进入并且通过物质并且通过盖，使得冲煮的饮料离开胶囊；并且冲煮的饮料被引导到容器。

由于通道23的尺寸被设计成允许物质9的颗粒以固体形式通过，因此在刺穿元件13缩回并且不再将压力施加到胶囊2之后，相当数量的颗粒将通过到达胶囊主体2的外部。因此，用户可看到并且更好地闻到冲煮饮料的一些物质，这增强了与在手动填充的冲煮设备(诸如，必须手动填充研磨咖啡的传统浓缩咖啡机)中冲煮咖啡的相似性和相关性。

对于水的径向分配，优选的是通道23中的至少一些位于穿孔16的一个或多个位置的外围或在底部中预制造的开口的外围。

在根据本发明的系统中，附接区域12仅位于刺穿位置或多个刺穿位置16的外围。因此，确保了穿刺元件在由附接区域12围绕并且相对于附接区域居中定位的区域中接触筛网10，使得筛网10一方面可与接触筛网10的刺穿元件13的尖端一起移动，同时另一方面保持在围绕刺穿元件13的若干位置中的适当位置，使得通过绕过筛网10或通过在刺穿元件13缩回时夹带刺穿元件，可靠地防止物质9到达刺穿位置16。

为此目的，还优选的是，附接区域13全部被布置在距中心11一定距离处，该距离大于从中心11到相应附接区域13的方向上的筛网10的径向尺寸的60％或者更优选地大于70％。同样为此目的，并且为了便于制造，优选的是，附接区域12的数量小于25，更优选地小于20或15。因此，筛网仅在与中心间隔开并且彼此周向间隔开的附接区域处附接到胶囊。筛网不附接到底部的中心区域。筛网被布置成在流体的影响下和/或在刺穿元件的影响下远离底部的中心区域移动，所述流体经由底部中的开口注入，所述开口通过胶囊被定位在其中用于冲煮咖啡的设备产生，并且在使用中，通过所述刺穿元件在胶囊的底部中刺穿开口，以便将流体注入胶囊中。

如果如在本示例中那样，附接区域12直接邻近从底部3到侧壁4的过渡部20定位，则可实现沿着筛网10的周边进行特别可靠的固定。为了进行可靠的固定，还优选的是，附接区域的数量为至少三，更优选地至少四、五或六。

在图3中，示出了根据本发明的胶囊51的第二示例。原则上，仅描述了该胶囊51与图1和图2所示的胶囊1显著不同的特征。出于说明目的，图3的盖57被示为透明构件。

在该胶囊51中，附接区域62至少部分地位于从底部53到侧壁54的过渡部70中。这允许筛网60在距胶囊51的中心61更远处被附接。在本示例中，极端是通过将附接区域62布置在螺旋槽68的底部53附近的端部部分中，所述螺旋槽从侧壁54的大致圆锥形状向外凸出。

在该示例中，通过筛网60的通道73足够大以允许物质59的颗粒以固体形式通过，这些通道被布置成单个圆而不是两个同心圆，如图1和图2所示的示例。

在图4中，示出了用于根据本发明的胶囊的筛网110的又一个示例。在该示例中，通道123不是圆形形状，而是细长的三角形形状。通过提供细长通道，诸如狭槽、椭圆形通道或菱形通道，水，提供了相对较大的阻力减小的区域，而不是按比例地允许更多的物质通过。附接区域112被布置在通道123所在的环形区域外部的环形区域中。因此，即使附接区域112的位置在围绕筛网110的中心126的旋转方向上固定，筛网可也在围绕该中心的旋转方向上的任何位置附接到胶囊主体，因为附接区域总是在通道123之外。

在图5中，示出了用于根据本发明的胶囊的筛网160的另一个示例。在该示例中，通道173、174、175布置在围绕筛网160的中心176同心的三个环形区域中。内环中的通道173、174由筛网160的材料中的开口形成，这些开口由筛网160的材料周向地界定。外部环形区域中的通道175由筛网160的外周边缘中的隔间形成。隔间形成流动阻力减小的区域，其中水可在筛网160的周边和胶囊主体的侧壁之间通过。

在图6中，示出了用于根据本发明的胶囊的筛网210的又一个示例。在该示例中，通道223(并非全部由附图标记指定)以在筛网210的整个表面区域上均匀的图案布置。根据均匀图案布置的通道的优点在于，可在由筛网材料切出筛网之前非常有效地为筛网材料设置通道。然后可由图案化的筛网材料切割或以其他方式切出筛网。

在该示例中，图案是相互距离均匀的均匀图案的列和行。然而，还有其他图案，诸如连续行在纵向方向上相互交错例如连续列之间的间距的一半的图案，或者通道以虚拟六边形单元的角为中心的图案。

为了有效地将水分配到胶囊和物质59的径向外部部分，有利的是，至少一些通道73被布置在距中心一定距离处，该距离大于外围边缘距中心的距离的40％并且更优选地大于50％或者大于60％，这是在从中心到相应通道的方向上测量的。如果这适用于所有通道，则径向向外的水分配甚至进一步增强。

径向向外的水分配(这可也使用具有均匀图案的开口的筛网来有效地实现)是特别相关的，例如如图1至图3所示的示例。胶囊主体2、52具有沿着平行于盖7、57的平面的内部横截面面积，该内部横截面面积在盖7、57处比在底部3、53处更大。在这样的胶囊1、51中，横截面面积从底部3、53到盖7、57即在水流过物质的方向上增大，使得当水流过物质9、59时，其将需要分配在更大的横截面面积上。通过径向向外引导相对大部分的水同时在筛网上仅产生相对小的压力损失，确保了水同样有效地分配到靠近盖7、57的物质的横截面的外部区域。

如果在所述胶囊主体的侧壁中设置肩部，则径向向外的水分配甚至更加相关，所述内部横截面面积在肩部的盖侧处比在肩部的底部侧处更大。

如果至少一些或所有通道的横截面表面积各自为至少3mm²，例如3mm²至7mm²、更优选地4mm²至5.5mm²，并且/或者横截面尺寸为至少1mm至4mm，则局部流动阻力的特别有效的减小得以实现。筛网的横截面尺寸可为例如20mm至40mm，例如22mm至30mm。胶囊底部的直径可为例如20mm至40mm，例如22mm至30mm。筛网的直径可与胶囊内部的底部直径大致相同。筛网可例如设置有4个至30个通道，优选地约15个至25个通道。通道所在的筛网区域可覆盖底部的50％至100％。在一个实际实施方案中，筛网设置有15个至18个通道，每个通道的直径为1.5mm至2.5mm、优选地1.6mm至2.2mm、更优选地1.6mm至1.8mm。

筛网材料的比重可例如为20g/cm²至200g/cm²、优选地40g/cm²至100g/cm²。筛网材料的厚度可例如为0.1mm至1mm、优选地0.2mm至0.5mm。筛网材料(没有通道)的透气性可例如在筛网材料上在100pa的压降下为500l/(m²s)至3000l/(m²s)，优选地在筛网材料上在100pa的压降下介于1000l/(m²s)和1500l/(m²s)之间。

筛网的表面区域可被认为是由内表面区域以及围绕内表面区域的外表面区域构成的，内表面区域形成筛网的总表面区域的至少25％，并且内表面区域中的内部部分的通道提供第一比例的内表面区域的开放表面区域，而外表面区域中的外部部分的通道提供第二比例的外表面区域的开放表面区域。如果第二比例大于第一比例，则对向外水分配是有利的。内表面区域可例如构成筛网的总表面区域的至少40％、50％或60％，并且内表面区域可也至少在冲煮之前没有通道。内表面区域可具有圆形边界，筛网的中心形成内表面区域的中心。

筛网优选地是透水材料(例如，一层或多层纤维材料，诸如滤纸、毡材料或织造材料)，使得并非所有的水流都通过通道集中。然而，如果通道的数量足够大并且通道足够均匀地分布，则筛网可也是不透水材料。

已经描述了若干特征作为相同或单独实施方案的一部分。然而，应当理解，本发明的范围还包括具有除了示例中体现的特征的特定组合之外的所有或一些这些特征的组合的实施方案。