CN104603029B - 具有安全结构的饮料胶囊 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种胶囊(12)，用于通过向其中注入加压流体而制备食品或饮料，所述胶囊包括容纳物质的腔室、可刺穿的底部膜(23)以及开口装置(24)，所述开口装置允许该胶囊通过被刺穿底部膜而打开以使饮料流出胶囊，该开口装置(24)包括具有多个刺穿元件(25)的表面，所述多个刺穿元件构造成在该腔室内压力增加的作用下与底部膜(23)接合，其特征在于，所述开口装置(23)进一步包括至少一个被安全壁(27)围绕的安全刺穿元件(26)，使得该安全刺穿元件的顶端(28)位于所述安全壁(27)的范围内。

Description

具有安全结构的饮料胶囊

技术领域

本发明涉及一种适用于饮料制备机器的、用于食品和/或饮料制备的胶囊，其包括用于紧急开启的内置结构。

背景技术

饮料制备机器在食品工业和消费品市场中被熟知。这样的机器允许消费者在家中制备特定类型的饮料，例如基于咖啡的饮料，例如意式浓缩咖啡或者冲煮类咖啡。

今天，大多数家庭式的饮料制备机器包括由能够容纳用于饮料制备的成份配料的机器构成的系统。这些成份配料可以是软质的易理包或垫包，或包袋，但是越来越多的系统使用半刚性或刚性的成份配料，例如刚性易理包或胶囊。在下文中，将考虑所述饮料机器是处理刚性或半刚性胶囊的饮料制备机器。

该机器优选包括用于容纳所述胶囊的容器以及用于将流体、优选为水在压力下注入到所述胶囊中的流体注入系统。在压力下注入到胶囊中用以制备咖啡饮料的水优选是热的，也就是说处于高于70℃的温度。然而在一些特定情形中，水也可以处于环境温度，或甚至冷却的温度。在胶囊内含物的提取和/或溶解期间，针对可溶解产品而言，胶囊腔室内部的压力典型地是约1bar至约8bar，而针对烘焙和研磨咖啡的提取而言则是约2bar至约12bar。本发明还可以包括饮料制备的所谓“冲煮”过程，尤其是用于茶和咖啡。冲煮涉及用流体(例如热水)浸泡配料一段时间，而提取或溶解制备过程允许消费者在数秒内制备例如为咖啡的饮料。

通常，在下面的说明书中，用流体对配料“冲煮”的表述意味着包括提取可食用的粉末材料例如烘焙和研磨咖啡粉，或者溶解可食用的可溶材料例如速溶茶或咖啡、牛奶、可可混合物，或者在很低的相对压力或大气压力下使用浸泡流体浸泡可食用材料，浸泡时间比提取或溶解所需的时间要长，例如用热水来浸泡茶叶。

在压力下提取和/或溶解密封胶囊内含物的原理是已知的，并且通常包括：将胶囊限制在机器的容器中，通常在利用诸如安装在机器上的流体注入针的穿刺注入元件刺入胶囊的表面以后，将一定量的加压水注入到胶囊中，从而在胶囊内部形成加压环境以提取或溶解物质，然后将所提取的或所溶解的物质从胶囊中释放。允许应用该原理的胶囊已经例如在申请人的欧洲专利EP1 472 156B1和EP 1 784 344 B1中描述。

允许应用所述原理的机器已经例如在专利CH 605 293和EP 242 556中描述。根据这些文献，机器包括用于胶囊的容器以及制造成中空针形式的穿孔和注入元件，所述的中空针在其远侧区域包括一个或多个液体注入孔。所述针具有双重功能：一方面打开胶囊的顶部部分，另一方面其形成水进入胶囊的进入通道。

机器还包括流体罐，该流体罐用于储存用来在压力下溶解和/或浸泡和/或提取容纳在胶囊中的配料的流体，在大部分情形下所述的流体是水。机器包括诸如为煮器或热交换器的加热元件，该加热元件能够将其中使用的水加热到工作温度(典型地高达80-90℃的温度)。最后，机器包括用于使水从罐可选地经加热元件循环到胶囊的泵元件。水在机器内循环的方式例如藉由选择用阀装置来选择，所述阀装置例如是在申请人的欧洲专利申请EP2162653A1中描述的类型的蠕动阀。

当待制备的饮料为咖啡时，制备所述咖啡的一种令人感兴趣的方式是向消费者提供容纳有烘焙和研磨咖啡粉末的胶囊，该烘焙和研磨咖啡粉末待由注入到胶囊中的热水来提取。

已经针对这种应用研发了胶囊，所述的胶囊在申请人的欧洲专利EP1784 344 B1中描述和要求保护，或者在欧洲专利申请EP 2 062 831中有所描述。

简而言之，这种胶囊典型地包括：

–中空的主体和注入壁，该注入壁不能渗透液体和空气并连接在所述主体上且适合由例如机器的注入针刺破，

–容纳一层待提取的烘焙和研磨咖啡或者例如为奶粉或可溶茶粉的可溶解的饮料前体配料的腔室，

–设置在胶囊底端的、气密地密封胶囊以用于保持腔室内部压力的铝膜，此底部膜与穿刺装置相关联，该穿刺装置用于在腔室内的内部压力达到特定的预定值时在所述的铝膜中刺出分配孔，

–可选地，构造成打断流体射流以降低注入到胶囊中的流体射流的速度并使流体以减低的速度在物质层上分配的装置。通常对于用户重要的是，知道何时在机器罐中的水位对于制备一份完整的饮料而言过低。

在很多情况下，饮料制备机器中使用的胶囊是如上所述的封闭胶囊。这些封闭胶囊是有意义的，因为其能够保护其内含的配料免受周围气体和湿气的影响并且允许长的储存时间。典型地，这种密封胶囊由气体和/或湿气不能渗透的材料制成，并且具有刚性的或半刚性的本体，所述本体的其中一个壁——例如顶壁——由将由饮料制备机器的流体注入针刺破的膜构成。当在胶囊隔室内注入流体后，其中就建立了压力，所述的压力作为用于通过胶囊的分配壁——典型地为底壁——提取胶囊内含的配料的提取手段。

然而，除了上述的对于客户明显的好处以外，密封胶囊也会产生特定的问题。

已经发现在一些情况下——通常是例外的情况下，当机器开始在压力下向胶囊内注入流体(例如水)，当胶囊内的流体压力增加时位于胶囊分配侧的膜没有适当地打开。更确切地说，我们发现，在这种情况下，胶囊的分配侧打开，并且在一些情况下，一些产品液滴可能会开始通过胶囊的分配侧流出。然而，由于产品的特性，特别是由于未溶解配料的一些聚集物，或由于大的颗粒，在胶囊的分配侧的孔几乎立即被堵塞，使得最终产品不能像通常情况那样适当地从中流至消费者的杯子。

第一个结果是，饮料没有分配给客户，客户需要从机器上抽出阻塞的胶囊，用一个新胶囊取代它。然而，抽出的工作可能会杂乱，因为胶囊内的流体处于压力状态，并且当客户打开机器时，注入针从胶囊的顶壁(例如顶膜)移开，处于压力下的流体从胶囊中流出，或者有时甚至喷溅出来，当然，这些都是不希望的。

更严重的是，在有些情况下，饮料制备机器包括一个安全装置，所述的安全装置在胶囊中的压力没有降低到预先设定值之前阻止打开胶囊隔室。在胶囊阻塞的情况下，机器不能重新打开，除非用一个刺破工具将胶囊刺破，例如从胶囊下方接近分配用的可刺破膜，这同样是不希望的并且不是用户友好的。

虽然这种胶囊阻塞的情况是个例外，但是非常需要提供一种解决方案以防止胶囊堵塞。这是本发明的主要目的。

发明内容

可以通过一种胶囊达到上述主要目的，该胶囊用于通过在其中注入加压流体而制备食品或饮料，其包括容纳物质的腔室、可刺穿的底部膜和开口装置，该开口装置允许该胶囊通过被刺穿底部膜而打开以使饮料流出胶囊，开口装置包括具有多个刺穿元件的表面，该多个刺穿元件构造为在该腔室内压力增加的作用下与底部膜接合，其特征在于，所述开口装置进一步包括至少一个被安全壁包围的安全刺穿元件，使得该安全刺穿元件的顶端位于所述安全壁的范围内。

重要的是，如上所述，由于最初包含在胶囊中的物质(该物质本应被注入胶囊的流体溶解以制备最终产品)的特性，由刺穿元件刺穿该底部膜导致的正常分配开口有可能被大的颗粒阻塞并断流(即胶囊被阻塞)。在那种情况下，在胶囊内的流体压力将随着更多的混合流体(如水)被注入其中而继续增加，这将会使其压在安全壁上直至实际上略微进入所述安全壁的范围，并被包含在其中的安全刺穿元件刺穿。可以理解的是，在产品被分配到胶囊外部的正常条件下，胶囊的内部压力不足以推动底部膜进入安全壁范围之中。因此，在正常使用条件下，该安全刺穿元件没有被使用，因为常规刺穿元件—其不被安全壁包围—足以形成胶囊的分配开口。

我们发现，“安全刺穿元件的高度与安全壁的高度”的比例基本上决定了安全开口压力，即在胶囊的正常开口没有产生情况下的开口压力。该比例越高，开口压力越低。另外，安全刺穿元件的高度和形状控制开口压力和开口时间。考虑到该安全壁和安全刺穿元件的基部在同一水平线，该比例优选为介于0.5-1之间。换句话说，该安全刺穿元件的尺寸应设定为使得它的高度介于安全壁的一半高度与安全壁的整个高度(在那种情况下，该安全刺穿元件的顶端与安全壁的上边缘在同一水平线上)之间。因此，根据本发明的安全刺穿元件不会突出于安全壁范围之外，因此只有在胶囊内的压力超过正常使用压力的情况下(正常的刺穿元件没有适当起作用的情况下)才能接触到胶囊的底部膜。

更优选的，“安全刺穿元件的高度与安全壁的高度”的比例介于0.7-0.9之间。

优选的，该开口装置的表面在其位于安全壁和安全刺穿元件之间的部分中至少部分开口，使得流体可以在所述表面的两侧之间流动。

该安全壁可以为圆柱形，其更加易于通过注塑成型加工。

优选的，所述安全壁的内径介于1到10mm之间，优选的介于2到5mm之间。

另外优选的，该安全刺穿元件的顶端为圆锥形。

该刺穿元件可以为中空的或者普通的/实心的(plain)。

在本发明第一个实施方式中，安全刺穿元件和安全壁与该开口装置一体成型。

在本发明第二个替代实施方式中，安全刺穿元件为独立的元件，并且附接、焊接或以类似方式固定在该开口装置的安全壁内部。

在后一种情况下，刺穿元件可有利地包括连接到安全壁的内表面上的基部，沿着至少一个径向方向，所述基部的横截面小于所述安全壁的对应的内部横截面。

附图说明

本发明的其它特征和优点在下面结合附图给出的对当前优选实施例的描述中将予以说明和变得明显，在附图中：

图1是根据本发明的饮料制备机器的立体示意图；

图2是图1所示的机器的冲煮头的内部放大立体示意图；

图3为根据本发明的胶囊的立体示意剖视图；

图4为根据本发明的刺穿板的立体俯视示意图。

具体实施方式

本发明涉及图1示出类型的机器1。这种机器1包括水贮存器2、冲煮头3、能相对于冲煮头设置在不同高度的杯托盘4、控制面板和按钮。在一个可能的实施例中，控制按钮更具体地包括旋转轮6，并且所述的控制面板为屏幕7。配料胶囊可以放置在胶囊保持件8中，该胶囊保持件可拆卸地插入至冲煮头3中。屏幕7适于向顾客显示各种信息，例如在杯中分配的体积液位9。用户还可以通过致动位于冲煮头表面上的靠近所述的轮和屏幕的热或冷按钮11来选择将要制备的饮料的温度。

图2示意性的示出一个实施例中冲煮头3在其打开位置时的内部构造。胶囊保持件8装载有一个胶囊12。所述的胶囊具有可刺破的顶膜13和顶部外周边缘14。冲煮头3典型地包括具有手柄15的打开/关闭机构和机械地连接手柄至支持板17的关节机构16。支撑板17承载注入板18，当冲煮头位于关闭位置时，注入板18被移动至以不可泄露的方式与胶囊的外周边缘14和顶膜13直接接触。该注入板为承载一个注入针19的针板18，在冲煮头关闭时该注入针19刺穿胶囊的顶膜。针19以流体的方式(通过管道)与机器的泵、加热元件、贮存器(未在图中示出的元件)连接。

如图3所示，该胶囊包括胶囊侧壁20和胶囊顶壁13，该顶壁13为密封在胶囊顶部外周边缘14的表面上的膜，所述膜可被针19刺穿以用于在压力下注入水，如图3所示。该胶囊进一步包括底壁21，其具有底部分配开口22以使胶囊内制备的饮料通过重力流出并分配至下方的杯子中。该胶囊通过柔性可刺穿底部膜23被气密地密封。底部膜23例如可以为铝膜，其下表面涂有热塑性塑料以便可密封在胶囊的内表面上。

如图4所示，该胶囊12进一步包括开口装置24，该开口装置24包括具有多个刺穿元件25的表面，所述刺穿元件构造为在胶囊腔室内压力升高的作用下与底部膜23接合。刺穿元件优选为带有切割顶端的角锥形。

根据本发明，并且如图4所示，该开口装置进一步包括被安全壁27包围的安全刺穿元件26。如图4所示，该安全通道27相对于安全刺穿元件26的高度使得所述安全刺穿元件的顶端28位于所述安全通道27范围之中。所述安全通道的内径大约为4mm。安全刺穿元件和安全通道与开口装置一体成型。安全刺穿元件的形状可以是任何合适的形状，如圆锥形或角锥形。优选地，安全刺穿元件的顶端28是尖锐的。该开口装置24的表面通过安全通道29而打开，使得流体能够穿过以及通过胶囊的分配开口流出。

如上所述，在正常操作期间，在胶囊内的压力升高，并且胶囊在其分配侧(底侧)打开以使得饮料流至下方放置的杯子中。

当胶囊内流体压力增加时，如果胶囊堵塞，其底部膜将会向下弯曲并且其形状将与刺穿板的下表面紧密贴合，同时进入圆柱形腔室内。然后它将接触刺穿元件的顶端，这将刺穿所述底部膜以释放压力并疏通胶囊。加压流体有利地流过出口通道并流向胶囊的分配开口，如同正常的分配循环那样。

通过疏通胶囊，机器的安全装置—如果存在的话—被断开连接，其允许用户解锁所述机器的冲煮头，并对其正常使用。

我们发现，通过把安全刺穿元件的顶端放置成略微位于刺穿板的圆柱形通道内部，并且与所述通道的上边缘的距离不大于1mm，并且设计所述通道的直径介于2到5mm之间，可以保证当胶囊内部的流体压力稍微高于所述胶囊的最大正常开口压力时，即在胶囊内的压力介于10到15巴，如果胶囊堵塞，则胶囊的底部膜会向下弯曲并被刺穿。

应当理解的是，对于本领域技术人员而言，对此处描述的当前优选的实施方式进行的各种变动和修改是显而易见的。在不背离本发明的精神和范围并且不降低所伴随的优点的情况下，可以做出这些变动和修改。因此，这些变动和修改旨在由所附的权利要求涵盖。

Claims (11)

1.一种胶囊(12)，用于通过向其中注入加压流体而制备食品或饮料，所述胶囊包括容纳物质的腔室、可刺穿的底部膜(23)以及开口装置(24)，所述开口装置允许该胶囊通过被刺穿底部膜而打开以使饮料流出胶囊，该开口装置(24)包括具有多个刺穿元件(25)的表面，所述多个刺穿元件构造成在该腔室内压力增加的作用下与底部膜(23)接合，其特征在于，所述开口装置(23)进一步包括至少一个被安全壁(27)围绕的安全刺穿元件(26)，使得该安全刺穿元件的顶端(28)位于所述安全壁(27)的范围内。

2.根据权利要求1所述的胶囊(12)，其中，所述开口装置的表面通过安全通道(29)而至少部分打开，所述安全通道位于所述表面的在安全壁(27)和安全刺穿元件(26)之间的部分中，使得流体能够在所述表面的两侧之间流动。

3.根据权利要求1或2所述的胶囊(12)，其中，所述安全壁(27)为圆柱形。

4.根据权利要求3所述的胶囊(12)，其中，所述安全壁(27)的内径介于1mm到10mm之间。

5.根据权利要求3所述的胶囊(12)，其中，所述安全壁(27)的内径介于2mm到5mm之间。

6.根据权利要求1或2所述的胶囊(12)，其中，所述顶端(28)为圆锥形。

7.根据权利要求1或2所述的胶囊(12)，其中，所述安全刺穿元件(26)为中空的。

8.根据权利要求1或2所述的胶囊(12)，其中，所述安全刺穿元件(26)为实心的。

9.根据权利要求1或2所述的胶囊(12)，其中，安全刺穿元件(26)和安全壁(27)与开口装置(24)一体成型。

10.根据权利要求1或2所述的胶囊(12)，其中，安全刺穿元件(26)为独立的元件，并且附接、焊接或以类似方式固定在该开口装置(24)的安全通道内部。

11.根据权利要求10所述的胶囊(12)，其中，所述安全刺穿元件(26)包括附接到安全壁(27)的内表面上的基部，沿着至少一个径向方向，所述基部的横截面小于所述安全壁(27)的对应的内部横截面。