KR101648233B1 - 음료 준비 장치에서 원심분리에 의해 음료를 준비하기 위한 캡슐 및 상기 캡슐을 이용한 장치 - Google Patents

Abstract

액체를 캡슐 (1) 에 주입하고, 음료를 제조하기 위하여 원심력을 이용하여 액체를 재료에 통과시킴으로써, 캡슐에 수용된 재료로부터 음료를 준비하기 위한 음료 제조 장치 (23) 에 삽입가능한 캡슐을 개시한다. 음료는 원심 작동 중의 회전 축선에 대응하는 캡슐의 중심 축선 (A) 에 대하여 캡슐에서 주변으로 원심 작용을 받게 된다. 캡슐은 소정량의 음료 재료를 수용하는 인클로저, 컵형상 본체 (2) , 및 본체를 폐쇄하기 위한 상부 외측 벽부 (3) 를 포함하고, 캡슐은 본체로부터 외측으로 뻗어 있는 플랜지형 테두리부 (4) 를 포함하고, 상기 본체는 환형 융기부를 포함하고, 상기 환형 융기부는 상기 환형 융기부가 음료 제조 장치의 가압 표면에 의해 맞물리는 경우에 원심력을 받는 액체의 유동 경로에 대한 제한을 형성한다.

Description

음료 준비 장치에서 원심분리에 의해 음료를 준비하기 위한 캡슐 및 상기 캡슐을 이용한 장치 {CAPSULE FOR PREPARING A BEVERAGE BY CENTRIFUGATION IN A BEVERAGE PREPARATION DEVICE AND DEVICE ADAPTED THEREFORE}

본 발명은 원심력을 이용하여 음료 재료로 액체를 흘려보냄으로써 캡슐에 저장된 음료 재료로부터 음료를 준비하기 위한 장치 및 캡슐에 관한 것이다.

원두 커피와 커피 파우더로 구성되는 혼합물을 원심력으로 분리하여 음료를 준비하는 기술이 공지되어 있다. 이러한 혼합물은 뜨거운 물과 커피 파우더를 소정의 시간 동안 함께 공급함으로써 얻어진다. 그런 다음, 스크린 파우더 재료가 존재하는 스크린을 통하여 물이 가압된다.

기존 시스템은 커피 파우더를 수용부에 위치시키는 것을 포함하며, 수용부는 일반적으로 EP 0367 600B1 에 기재된 바와 같은 장치에서 분리될 수 없는 부분이다. 이러한 장치는 많은 단점을 가지고 있다. 먼저, 커피 파우더가 수작업으로 적절하게 수용부 안으로 정량 투입되어야 한다. 두번째로, 원심분리된 커피 찌꺼기가 마르게 되고, 수용부의 표면을 긁어내어서 제거되어야 한다. 그 결과, 커피 준비에 수작업이 많이 필요하게 되고 시간이 매우 많이 걸리게 된다. 일반적으로 커피의 신선도가 또한 크게 변할 수 있고, 이는 추출 품질에 영향을 줄 수 있는데, 일반적으로 커피는 벌크 패키지에서 얻어지거나, 커피가 수용부 자체에서 커피콩으로부터 분쇄되기 때문이다.

또한, 수작업 커피 공급양 및 추출 조건 (예컨대, 원심 속도, 수용부 크기) 에 따라, 추출 품질이 매우 다양하게 변할 수 있다.

그러므로, 이러한 시스템은 중요한 상업적 성공을 거둔 적이 없다.

독일 특허 출원 DE 102005007852 에서의 장치는 수용부의 개방된 컵 형상부가 위치되는 분리가능한 홀더, 및 상기 장치의 구동축에 부착되는 뚜껑 또는 다른 부품을 포함한다. 그러나, 이 장치의 단점은 수작업이 아주 많이 필요하다는 것이다. 다른 단점은 파우더의 양을 조절할 수 없고 커피 파우더의 신선도를 조절할 수 없기 때문에 커피의 품질을 조절하기 어렵다는 것이다.

원심력에 의해 커피를 추출하는 다른 장치는 WO2006/112691, FR2624364, EP0367600, GB2253336, FR2686007, EP0749713, DE4240429, EP0651963, FR2726988, DE4439252, EP0367600, FR2132310, FR2513106, FR2487661, DE3529053, FR2535597, WO2007/041954, DE3529204, DE3719962, FR2685186, DE3241606 및 US-A-4545296 에 기재되어 있다.

그러나, 커피를 추출하거나 다른 음식 재료를 준비하기 위하여 원심력의 효과를 이용하는 것은, 압력 펌프를 이용하는 일반적인 추출 방법에 비해 많은 이점을 갖는다. 예를 들어, "에스프레소" 종류의 커피 추출 방법에서, 최종 커피 추출물의 추출 품질에 영향을 주는 모든 파라미터를 통달하는 것은 매우 어렵다. 이러한 파라미터에는 일반적으로 압력, 압력에 따라 감소하는 유량, 커피 파우더의 압밀도 (이는 유동 특성에도 영향을 주고, 커피 분쇄 입자 크기에 의존함), 온도, 물 흐름 분포 등이 포함된다.

WO 2006/045537 은 플랜지형 테두리부에서 탄성 가압 부재를 포함하는 캡슐에 관한 것이다. 이 캡슐은, 원심 효과가 개입되지 않은 상태로, 압력 하에서 액체를 공급하는 커피 머신에 사용되기 위한 것이다. 탄성 가압 부재는 측벽부와 테두리부 사이에 위치되어 상기 머신의 주입부와 액체압 밀봉 구성을 제공한다. 그러나, 가압 부재는 원심 분리된 액체의 힘의 영향 하에서 선택적으로 개방되는 머신에 구비된 밸브 수단을 형성하려는 것은 아니다. 이와 반대로, 가압 부재는, 음료의 추출 동안에, 머신의 주입부와 테두리부 사이의 액밀 결합을 유지하는데 기여한다.

그러므로, 최종 음용 액체의 품질을 개선하기 위하여 추출 파라미터를 더 양호하게 그리고 더 독립적으로 제어할 수 있도록 구성된 새로운 캡슐 시스템을 개발할 필요가 있다.

또한, 원심분리의 원리를 이용하여, 기존 시스템 (예컨대, 커피 준비 장치) 의 추출 특성, 즉 총 고형물 함유량 (Tc), 거품/크레마의 수준 등을 개선할 수 있는 해법을 개발할 필요가 있다.

또한, 종래의 원심 커피 준비 장치에 비해 더 편리하고 깨끗한 음료 준비 방식, 특히 원심분리 수용부로부터 커피 찌꺼기를 제거하는 불편이 없는 해법이 필요하다.

이를 위해, 본 발명은 재료로부터 음료를 준비하기 위한 음료 제조 장치에 삽입가능한 캡슐에 관한 것으로, 상기 재료는 캡슐에 수용되어 있고, 음료 제조는 액체를 캡슐에 주입한 후, 음료를 제조하기 위하여 원심력을 이용하여 액체를 재료에 통과시킴으로써 이루어지고, 음료는 원심 작동 중에 회전 축선에 대응하는 캡슐의 중심 축선에 대하여 캡슐에서 주변으로 원심분리된다. 캡슐은 일정량의 음료 재료를 수용하는 인클로저, 컵형상 본체부 및 본체부를 폐쇄하기 위한 상부 외측 벽부를 포함한다. 또한, 캡슐은 본체부로부터 외측으로 뻗어 있는 플랜지형 테두리부를 포함하고, 본체부는 환형 융기부를 포함하고, 환형 융기부는 환형 융기부가 음료 제조 장치의 가압 표면에 의해 맞물리는 때 원심분리된 액체의 유동 경로에 대한 제한을 형성한다.

환형 융기부, 즉 힘 설정부는, 음료 제조 장치의 가압면과 함께, 음료 흐름을 위한 제한 밸브 수단을 형성한다. 특히, 융기부는, 액체가 캡슐로부터 배출되는 것을 지연시키고 배출되었을 때 흐름을 제어하기 위하여, 원심력이 가해지는 액체의 유동 경로를 선택적으로 차단 및/또는 제한하도록 구성된다. 더욱 구체적으로는, 원심력이 가해진 액체의 충분한 압력이 밸브 수단에 다다르게 되면 (즉, 원심력이 가해진 액체가 융기부에 대하여 힘을 가하게 되면), 밸브 수단이 개방된다 (즉, 캡슐의 융기부로부터 멀어지도록 이동하는 음료 제조 장치의 가압면 (혹은 가압면으로부터 멀어지도록 이동하는 융기부) 에 의해 제한된 유동 간극이 제공된다). 원심력이 가해진 액체의 압력이 달성되기 전에, 밸브 수단은 최소한의 간극으로 폐쇄되거나 제한된 채로 유지된다. 따라서, 융기부는 원심력이 가해진 액체를 위한 유동 경로를 차단 또는 제한한다. 이에 의하여, 환형 융기부는, 원심력이 가해진 액체가 일정한 유량으로 밸브를 통과할 수 있도록 극복하여야 하는 밸브 수단에서의 배압을 결정한다.

또한, 주목할 것은, 밸브 수단의 개방이, 음료 제조 장치에서 캡슐을 회전하도록 구동하는 구동 수단의 회전 속도에 기초할 수 있다는 것이다. 원심 추출에서, 준비될 음료의 품질은 파라미터, 특히 밸브 수단을 통하여 배출되는 음료의 유량의 제어에 기초한다. 따라서, 유량은 두 파라미터, 즉 캡슐의 회전 속도, 및 밸브 수단의 상류에서 원심력이 가해지는 액체에 작용하는 배압에 영향을 받는다. 캡슐의 테두리부의 융기부 또는 힘 설정부에 의해 설정된 대로 주어진 배압에 대하여, 회전 속도가 더 클수록, 유량이 더 커진다. 역으로, 주어진 회전 속도에 대하여, 배압이 클수록, 유동이 작아진다.

또한, 밸브 수단이 원심력하의 액체를 위한 유동 경로를 선택적으로 차단할 때, 음료 제조 장치로부터 액체가 아직 현저히 배출되지 않으면서 음료 재료 (예컨대 그라운드 커피) 의 사전 침액 단계가 수행될 수 있다. 사전 침액 및 음료의 지연 배출의 결과, 재료 전체의 침액이 가능하게 되고, 액체와 음료 재료 (예컨대 커피 파우더) 사이의 교류가 실질적으로 증가하며, 추출 특성 (예컨대 커피 고형물 함유량 및 음료 추출량) 가 현저히 개선될 수 있다.

본 발명의 일 형태에서, 환형 융기부는 플랜지형 테두리부의 횡단 연장면에 대하여 실질적으로 수직인 방향으로 뻗어 있다. 따라서, 캡슐이 그 중심 중선 주위로 회전할 때 플랜지형 테두리부를 따라 캡슐을 떠나는 원심력 하의 음료의 유동을 선택적으로 차단할 수 있도록 융기부의 위치가 구성된다.

바람직하게는, 환형 융기부는 플랜지형 테두리부의 내측의 상대적으로 하강된 환형부를 넘어 외측으로, 본체의 바닥부에 대향하는 방향으로 뻗어 있다.

융기부는 테두리부의 내측부로부터 소정의 높이로 뻗어 있다. 테두리부의 내측부는 평평한 것이 바람직하다. 일부 실시예에서는 내측부의 두께가 증가되도록 형성할 수 있다. 하강된 환형부는 측벽부와 합쳐지고 상부 벽부와 정렬될 수 있고, 대안적으로는 상부 벽부로부터 일정 간격으로 떨어진 상태로 캡슐에 배치될 수 있다. 따라서, 환형 융기부는, 캡슐 본체부의 두께와는 독립적으로 상승된 높이를 가질 수 있도록 테두리부의 내측 환형부 (평평한 것이 바람직함) 로부터 상가 간격으로 뻗어 있는 단차부 또는 돌출부를 형성할 수 있다. 그 결과, 상승된 높이의 제어가 테두리부 또는 본체부의 나머지 부분의 두께로부터 독립적으로 이루어질 수 있고, 따라서 음료 제조 장치에서 바람직한 배력을 설정하는데 융통성을 제공할 수 있으면서도, 캡슐의 전체적인 설계, 강성 및/또는 상부 벽부 (예컨대 상부 멤브레인) 와의 밀봉 강도 등에 영향을 주지 않는다.

일 형태에서, 내측 하강 환형부는 상부 벽부와 밀봉면을 형성한다. 그러므로, 캡슐이 음료 제조 장치에 결합될 때, 캡슐의 상부 외측 벽부와 융기부의 압축면 또는 압축선 사이에 간극이 생길 수 있어서, 원심력 영향에 있는 액체가 상부 벽부를 통과 (예컨대 상기 벽부를 통하여 형성된 천공부를 통과) 한 후 상기 액체가 더욱 쉽게 밸브를 향하여 순환할 수 있도록 한다.

특정 형태에서, 환형 융기부는 상부 벽부 (예컨대 폐쇄 멤브레인) 에 의해, 특히 상부 벽부와 밀봉된 면을 적어도 일부 형성함으로써, 덮혀진다.

특정 형태에서, 환형 융기부는 강성인 것이 바람직하다. 여기서 강성도는, 캡귤이 음료 준비 장치에 삽입될 때 음식 제조 장치에 폐쇄력을 가하면서 그 표면을 가압함으로써 압축에 저항하는 능력과 관련하여 평가된다. 다시 말해, 융기부는 음료 제조 장치에서 음료 준비 과정 중에 대체로 일정한 치수를 유지하고 있어서, 환형 융기부가 음료 유동 경로를 제한하는 역할을 할 수 있도록 하고 신뢰성있는 개방을 보장할 수 있도록 한다.

특정 형태에서, 환형 융기부는 플랜지형 테두리부와 일체로 형성된다. 그러므로, 중요한 경제적인 이유로, 환형 융기부는 컵형상 본체부와 함께 일체로 형성될 수 있다.

바람직하게는, 캡슐의 플랜지형 테두리부는, 본체부의 상기 측벽부와 합쳐지면서, 캡슐 홀더의 환형 지지면에 대하여 상보적으로 형성되도록 융기부에 직접 대향하는 영역에 형성되는 하측 표면을 구비한다.

이를 위하여, 테두리부의 하측 표면은 환형 융기부에 직접 대향하는 영역에서 돌출부가 전혀 형성되지 않을 수 있다. 예를 들어, 하측 표면은 테두리부의 밀봉된 상측 표면에 실질적으로 평행한 면을 따라 뻗어 있는 환형의 평평한 면을 형성한다. 따라서, 이에 의해 안정적인 기준 지지부, 예컨대 캡슐 홀더에 대하여 테두리부의 완벽하게 평평한 위치를 제공할 수 있고, 이는 고속의 원심분리 중에 균형을 잃은 질량을 형성하는 것을 방지하는데 중요하다.

플랜지형 테두리부는 환형 융기부에 직접 대향하는 표면에 환형 그루브를 또한 포함할 수 있다. 환형 그루브는, 특히 캡슐 홀더에 제공되는, 음료 제조 장치에 형성된 상보적 형상의 오목부를 수용하는 역할을 한다. 이 구성의 장점은 환형 융기부의 강성도를 기계적으로 지지 및 유지할 수 있고, 음료 제조 장치의 표면을 가압함으로써 발생하는 하중 하에서 변형되는 것을 방지한다. 또한, 캡슐이 캡슐 홀더 내에서 완벽하게 정렬되어 있지 않은 경우 (이 경우에는 원심력 작용 중에 소음 및/또는 진동을 발생시킴) 에, 불균형 질량 효과를 피하기 위해 캡슐을 캡슐 홀더 내에 정확하게 맞추어 설치할 수 있도록 위치 기준부를 형성할 수 있다. 결과적으로 캡슐의 플랜지형 테두리부는 대체로 얇게 유지될 수 있다. 예를 들어, 테두리부는 약 0.5 내지 1.5 ㎜ 사이를 포함하는 두께를 가질 수 있다.

유리하게도, 환형 융기부는 플랜지형 테두리부에서 엠보싱이 형성된다. 예를 들어, 환형 융기부 및 그루브는, 예컨대 컵형상 본체부가 딥 드로잉 또는 열성형에 의해 형성되는 경우에, 동일한 작업으로 제작된다. 엠보싱은 연속되는 작업에서 본체부의 캐비티를 형성한 후에 또한 작업될 수 있다.

또한, 컵형상 본체부는 열가소성 수지의 사출성형 몰딩에 의해 제작될 수도 있으며, 이때 융기부는 사출된 본체부와 일체로 되거나 그 위에 오버몰딩 된다.

바람직하게도, 융기부는 가스 유동 수단을 구비한다. 가스 유동 수단은 액체로 인클로저를 채우는 동안에 캡슐의 인클로저로부터 가스가 빠져나올 수 있도록 한다. 상기 수단이 없다면 가스 포켓이 캡슐에 형성될 수 있어서 재료가 정확하게 액체로 적셔지지 못하게 할 것이다. 이를 위하여, 환형 융기부는, 캡슐의 외측 방향으로 가스의 배출을 가능하게 하기 위하여, 적어도 하나의 방사상 오목부, 바람직하게는 다수의 방사형으로 배향된 오목부를 구비할 수 있다. 상기 적어도 하나의 방사상 오목부는, 가스를 선택적으로 배출할 수 있되, 인클로저에서 액체 흐름을 유지하거나 적어도 작은 액체 누출만을 형성할 수 있도록 치수가 결정되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 높이가 약 10 내지 200 미크론이고 폭이 약 1 내지 5 ㎜ 인 5 내지 10 개의 작은 방사형 슬롯이 적절한 가스 유동을 가능하게 하기 위해 융기부의 주변부에 제공될 수 있다. 물론, 여러종류의 방사형 오목부가 융기부에 제공될 수도 있다.

또한, 융기부는, 상부 벽부 (예컨대 멤브레인) 와 밀봉되는 구성에 있을 때, 테두리부로부터 상승하는 환형의 부분적으로 용융된 에너지 지시자로서 형성될 수도 있다.

다른 가능한 형태에서, 환형 융기부는 플랜지형 테두리부에 부착되는 분리된 요소이다. 예를 들어, 환형 융기부는, 초음파 또는 가열 밀봉에 의해서, 또는 플랜지형 테두리부에 제공되는 환형 수용 안착부 또는 그루브로 클리핑됨으로써, 플랜지형 테두리부에 밀봉될 수 있다.

이 경우에, 환형 융기부는 탄성 고무 재료 또는 연성 플라스틱 재료 등과 같은 압축성 재료로 만들어 질 수 있다.

캡슐의 환형 융기부는 반전된 V 자, U 자, W 자 또는 L 자 를 취할 수 있다.

본 발명에서, 컵형상 본체부는 알루미늄 및/또는 플라스틱을 포함할 수 있다. 컵형상 본체부는 또한 플라스틱으로만 만들어질 수도 있다. 또한, 캡슐은 컵형상 본체부를 폐쇄하기 위한 덮개 멤브레인을 포함한다. 캡슐은 가스 차단 재료로 형성될 수 있고, 가스 불침투성 방식으로 멤브레인에 의해 폐쇄될 수 있어서, 음료 재료 (예컨대 로스트 및 그라운드 커피 입자) 의 신선도가 더 오랜 시간동안 유지될 수 있다.

멤브레인은 본체부의 플랜지형 테두리부로 밀봉되는 멤브레인의 밀봉부에 인접한 적어도 주변 천공가능한 영역을 포함한다. 그러므로, 천공가능한 영역은 캡슐에 일련의 액체 배출구를 제공하기 위한 음료 제조 장치의 천공수단에 의해 천공될 수 있다. 그러므로, 캡슐에서 원심력 영향을 받는 액체는 일련의 배출구를 통하여 캡슐을 떠날 수 있고, 그 후 캡슐의 환형 융기부로 압력을 가할 수 있다. 개방 압력에 다다르면, 유동 제한 간극을 형성하기 위한 밸브 수단이 개방 또는 확대되고, 액체가 캡슐의 외측에서 원심력의 영향을 받아 디스펜스를 위해 수집될 수 있다.

가능한 다른 구성에서, 본 발명의 캡슐은, 천공 멤브레인 대신에, 적어도 주변부에서 액체에 대하여 다공성의 성질을 가지는 커버부를 포함한다. 다공성 커버부는 종이, 플라스틱 및/또는 알루미늄으로 형성될 수 있다.

컵형상 본체부 및/또는 커버부는 또한 종이, 카드보드 또는 다른 생분해성 재료로 형성될 수 있다.

실질적으로 강성의 생분해성 재료에 있어서, 캡슐 본체부는 PLA (폴리락트산), 녹말 및 수지 기반 재료, 및 이들의 조합 중에서 선택될 수 있다.

일 실시예에서, 상부 외측 벽부는 외측의 천공가능한 비다공성 멤브레인 및 내측의 다공성 층으로 형성된다. 멤브레인 및 다공성 층은 함께 라미네이트를 형성할 수 있다. 내측 다공성 층은 폴리프로필렌 또는 폴리우레탄 탄성중합체 등과 같은 여과층이 될 수 있다. 천공가능한 액체밀봉되는 멤브레인은 알루미늄 및/또는 플라스틱일 수 있다. 다공성 층은 상부 벽부의 중심 영역에서 주입 니들 주위로 액체 밀봉을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 고형물이 캡슐을 떠나는 것을 방지하기 위해 천공된 배출구에 청결함을 향상시킬 수 있다.

다른 가능한 형태에서, 캡슐은 컵형상 본체부에 삽입되는 내부 여과 요소를 포함한다. 캡슐은 내부 여과 장치를 덮는 덮개 멤브레인에 의해 폐쇄될 수 있다. 덮개 멤브레인은 천공가능하거나 벗겨질 수 있다. 예를 들어, 내부 여과 요소는 특허공보 WO 2008/148646에 개시된 것과 같은 원심력을 받는 액체를 여과하기 위한 여과 구멍 또는 슬롯을 구비한 플라스틱 편일 수 있다.

본 발명의 캡슐은 그라운드 커피 등과 같이 추출가능하거나 인스턴트 커피나 밀크 파우더 등과 같이 용해가능한 재료를 포함할 수 있다. 특히, 재료는 그라운드 커피, 인스턴트 커피, 초콜릿, 코코아 파우더, 영양 구성물 (예컨대 분유), 건조 과일 또는 채소, 요리 파우더 및 이들의 조합 중에서 선택될 수 있다.

캡슐은 음식 원료의 산화를 방지하는 가스 (예컨대 질수 및/또는 이산화탄소 등) 를 음식 원료와 함께 포함할 수 있다. 가스는, 예컨대 씻어내리는 (flushing) 방법으로, 상부 벽부를 본체부에 밀봉하기 전에 캡슐에 더해질 수 있다.

바람직하게, 캡슐은 원료의 구획을 감싸는 가스 차단 재료를 포함한다. 그러나, 캡슐이 그 자체로 가스 밀봉이 되지 않는 경우에는, 캡슐을 개별적으로 또는 여러 캡슐을 그룹으로 하여 포장하기 위해 외측 포장이 사용될 수 있다. 이 경우에, 포장은 캡슐이 음료 준비 장치에 삽입되기 전에 제거된다.

또한, 본 발명은 전술한 캡슐은 원료 준비 장치에 사용하는 것과 관련된다. 원료 준비 장치에서 캡슐은 원심력의 작용을 받는다.

또한, 본 발명은 캡슐에 있는 음료 재료를 통하여 액체를 통과시킴으로써 전술한 바와 같은 캡슐로부터 음료를 준비하는 장치와 관련되는데, 음료 준비 장치는

캡슐에 액체를 주입하기 위한 액체 주입 헤드부,

음료 준비 장치에서 캡슐을 유지하기 위한 캡슐 홀더, 및

캡슐을 원심분리하기 위한 수단을 포함하고, 음료 준비 장치는 음료를 향한 유동 경로를 실질적으로 폐쇄하기 위한 플랜지형 테두리부의 환형 융기부로 소정의 폐쇄력를 가하기 위한 가압면을 포함한다.

폐쇄력은, 원심력을 받는 액체의 충분한 압력이 환형 융기부의 상류에 직접 다다를 때 까지, 압력면 (즉, 밸브 수단) 및 환형 융기부 사이의 폐쇄를 유지할 수 있도록 결정된다. 이러한 압력 (대기압 이상) 은 0.1 ~ 18 바, 바람직하게는 0.5 ~ 4 바, 예컨대 1.5 ~ 2 바의 범위에 있을 수 있다.

가압면 및/또는 캡슐 홀더는, 환형 융기부로부터 대체로 멀어지도록 이동하는 가압면에 의해 원심력을 받는 액체를 위한 유동 제한 간극을 개방할 수 있도록 스프링 하중 수단에 결합된다. 주목할 것은 유동 제한 간극이 가압면과 캡슐 사이에서 서로의 상대적인 이동에 의해 개방될 수 있다는 것이다. 이러한 상대적인 이동은 캡슐로부터 멀어지도록 이동하는 가압면에 의해 또는 가압면으부터 멀어지도록 이동하는 캡슐 (예컨대 캡슐 홀더를 이동 요소로 하는 등으로) 에 의하여 얻어질 수 있다. 세 번째 옵션은 스프링 가압 수단의 힘에 대하여 이동하기 위하여 캡슐 홀더를 지지하는 면 및 주입 헤드의 가압면 모두를 구비하는 것이다.

음료 준비 장치의 바람직한 형태에서, 가압면은 헤드의 주입부로부터 별도로 이동가능한 밸브부의 표면을 형성한다. 그 결과, 밸브 수단은 헤드의 주입부에 의해 가해지는 접촉 압력으로부터 독립적으로 작동할 수 있다. 바람직한 설계에서, 주입부는 캡슐로 물을 주입할 뿐만 아니라 캡슐로부터 원심력을 받는 액체를 추출하기 위한 천공 부재를 포함한다.

특히, 주입부는, 캡슐과 맞물릴 때 원심력 영향을 받는 액체를 위한 캡슐에서 천공 결합될 때 여과 수단을 형성하는 배출구 천공 부재를 포함한다.

따라서, 밸브부가 헤드의 다른 부분과 독립적으로 만들어지기 때문에, 밸브는 캡슐에 대한 천공 부재의 상대적인 위치에 영향을 주지 않으면서 개방될 수 있다.

특정 형태에서, 가압면은 캡슐의 환형 융기부가 가압하는 대체로 평평한 환형 표면을 형성한다. 그러므로, 폐쇄 동작이 환형 밀봉 라인이 형성되는 경우에 밸브 수단에서의 맞물림에 의하여 촉진된다. 바람직하게는, 가압면은 캡슐의 플랜지형 테두리부에 실질적으로 평행하다. 물론, 가압면은 원심구동의 축선에 대한 반경 방향에서 다소 만곡된 오목부 또는 볼록부를 구비할 수도 있다.

음료 준비 장치의 다른 구성에 따르면, 캡슐 홀더는 캡슐의 플랜지형 테두리부를 지지하기 위할 뿐만 아니라 플랜지형 테두리부의 환형 그루브에 맞추어지도록 오목하게 형성된 환형 오목부를 포함하기 위한 지지면을 포함한다. 전술한 바와 같이, 캡슐 홀더의 지지면의 이러한 구성에 의하여, 주입 헤드가 캡슐의 플랜지형 테두리부에 대하여 압축되어 맞물릴 때 음료 준비 장치에 캡슐의 변형을 피할 수 있다.

음료 준비 장치의 다른 구성에서, 주입 헤드는 중심 주입 니들을 포함한다. 니들은 캡슐의 덮개 멤브레인을 천공하도록 구성된다. 니들은 캡슐에 액체를 주입하기 위한 하나 이상의 액체 주입구에 의해 종료될 수 있다. 바람직하게는 니들이 중심, 즉 회전 축선과 정렬하여 위치한다. 니들은 캡슐이 상부 벽부에 제공되는 중심 주입구 포트를 구비하고 있다면 생략될 수 있다.

본 발명은 전술한 하나 이상의 캡슐 및 전술한 음료 준비 장치의 조합, 또는 전술한 음료 준비 장치에 삽입된 캡슐을 포함하는 시스템에 관한 것이기도 하다.

도 1 은 본 발명에 따른 시스템의 밀봉된 캡슐의 상부 사시도이다.
도 2 는 도 1 의 캡슐의 저면도이다.
도 3 은 도 1 및 2 의 캡슐의 단면도이다.
도 4 는 본 발명의 음료 제조 장치의 사시도이다.
도 5 는 내부에 캡슐을 구비한 음료 제조 장치의 단면도이다.
도 6 은 밸브 수단이 폐쇄된 상태에서 도 5 의 상세 단면도이다.
도 7 은 밸브 수단이 폐쇄된 상태에서 도 6 의 확대 단면도이다.
도 8 은 밸브 수단이 개방된 상태에서 도 6 의 확대 단면도이다.
도 9 는 음료 제조 장치의 커버부를 상세히 나타내는 저면 사시도이다.
도 10 은 다른 실시예에 따른 캡슐의 단면도이다.
도 11a 는 밸브 수단이 폐쇄된 상태에서 도 10 의 확대 단면도이다.
도 11b 는 액체가 캡슐로부터 원심분리될 때 밸브 수단이 개방된 상태에서 도 10 의 확대 단면도이다.
도 12 는 다른 실시예에 따른 캡슐의 단면도이다.
도 13 은 다른 실시예에 따른 캡슐의 단면도이다.
도 14 는 상부 벽부가 상부 멤브레인 및 하부 다공층을 포함하는 라미네이트로 형성되는 다른 실시예에 따른 캡슐의 단면도이다.
도 15 는 멤브레인이 융기부 또는 힘설정부의 상부에 밀봉되는 다른 실시예에 따른 캡슐의 단면도이다.
도 16 은 본 발명의 캡슐의 다른 변형례의 단면도이다.

본 발명의 구체적인 구성이 첨부된 도면을 참조하여 이하 상세히 설명된다.

도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일회용 캡슐 (1) 은 일반적으로 접시형 본체 (2) 를 포함하고, 천공가능한 멤브레인 (3) 이 접시형 본체 (2) 에 밀봉된다. 멤브레인 (3) 은 내향 환형 밀봉부 (5) 에서 본체의 주변 테두리부 (4) 로 밀봉된다. 테두리부 (4) 는 외측으로 확장되어, 약 2 ~ 10 ㎜ 사이의 환형 밀봉 소형부 (5) 를 형성한다. 접시형 본체는 바닥벽부 (6) 및 바닥벽부에 대향하여 본체의 확장 개방 단부의 방향으로 넓어지는 것이 바람직한 측벽부 (7) 를 포함한다. 접시형 본체는 강체이거나 반강체인 것이 바람직하다. 접시형 본체는 식용 등급 플라스틱 (예컨대 폴리프로필렌) 으로 형성될 수 있으며, EVOH 및 이와 유사한 종류, 알루미늄 합금, 플라스틱과 알루미늄 합금의 라미네이트, 또는 생분해성 재료 (예컨대, PLA 또는 녹말 및 섬유기반 수지 등) 등의 가스 배리어를 구비할 수 있다. 멤브레인 (3) 은 배리어 층 또는 알루미늄 합금 또는 플라스틱과 알루미늄 합금의 조합을 또한 포함하는 플라스틱 필름과 같은 더 얇은 재료로 이루어질 수 있다. 멤브레인의 두께는 일반적으로 20 ~ 250 미크론이다. 멤브레인은 후술하는 것처럼 물 입구를 형성하기 위해 천공된다. 또한, 멤브레인은 천공될 수 있는 주변 영역을 포함한다.

캡슐이 중심 축선 (A) 을 중심으로 회전 대칭인 것이 바람직하다. 그렇지만, 캡슐은 축선 (A) 주위로 원형 단면을 반드시 가질 필요는 없고, 정사각형, 직사각형 또는 다른 다각형 형태를 취할 수 있다는 점에 주목해야 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 캡슐은 플랜지 형상 테두리부 (4) 로부터 상향 확장되는 환형 융기부 (8) 를 포함하고, 캡슐이 후술하는 바와 같이 음료 제조 장치에 삽입될 때 밸브 수단의 힘 설정 수단을 형성한다. 더욱 구체적으로는, 융기부 (8) 는 평면 (P) 를 따라 뻗어 있는 플랜지 형상 테두리부의 밀봉부 (5) 로부터 양각으로 뻗어 있다. 따라서, 밀봉부 (5) 는 융기부 (8) 에 대하여 테두리부의 내측 하강된 환형부를 형성한다. 따라서, 융기부는 본체의 바닥부 (6) 에 대향하는 방향으로 뻗어 있다. 융기부 (8) 는, 이하 후술하는 바와 같이, 캡슐로부터 빠져나오는 원심분리된 액체의 흐름을 선택적으로 차단하기 위한 밸브 수단의 일부를 형성한다.

융기부 (8) 는 반드시 연속적인 환형부를 형성할 필요는 없다. 특히, 적어도 하나의 가스 유동 채널 (80) 에 의해 부분적으로 또는 전체가 간섭되거나 오목하게 될 수 있다. 채널 (80) 은, 캡슐의 인클로저에 수용되어 있는 가스가 액체로 캡슐을 충전하는 동안에 캡슐로부터 밀려 빠져나오도록 하기 위하여, 융기부를 통하여 가스 연통을 형성하는 통로를 생성하도록 환형으로 배열되어 있다. 채널을 대신하여, 융기부가 가스에 투과성을 가지기에 충분한 다수의 극소 주름에 의해 오목부가 형성될 수도 있다. 주목할 점은, 융기부에 의해 생성된 압력 손실이 인클로저에서의 압력 상승을 생성한 후 밸브 수단의 개구부로의 이동을 생성할 정도로 충분히 유지되는 상태에서, 일정 정도의 액체 누출은 상기 유동 수단 (80) 을 통하여 허용될 수 있다.

본 발명의 캡슐 및 음료 준비 장치를 포함하는 시스템의 제 1 실시예가 도 4 내지 도 8 에 도시되어 있으며, 이 실시예에 대해 설명한다. 시스템은 전술한 바와 같은 캡슐 (1) 및 음료 준비 장치 (23) 를 포함한다. 음료 준비 장치는 캡슐이 삽입될 수 있는 모듈 (24) 을 구비한다. 캡슐은 추출될 음식 물질을 수용하고, 캡슐은 사용 후 폐기되기 위해 (예컨대, 유기물 및 무기물 원료로 재활용하거나 폐기물로 버리기 위해) 모듈로부터 제거된다. 모듈 (24) 은 물 저장부 (25) 와 같은 물 공급부와 유체 연통된다. 펌프 (26) 와 같은 유체 전달 수단이 모듈과 물 공급부 사이의 유체 회로 (27) 에 제공된다. 또한, 물이 모듈에 들어가기 전에 유체 회로에서 물을 가열하기 위하여 물 가열장치 (28) 가 제공된다. 물 가열장치는 물 저장부로부터 나오는 신선한 물을 가열하기 위하여 유체 회로에 삽입될 수 있다. 대안적으로, 물 가열장치는 물 저장부 자체 내에 위치될 수 있고, 이 경우 물 보일러가 된다. 물론, 급수전 (water plug) 연결을 통해 가정용 급수원으로부터 직접 물이 공급될 수도 있다. 또한, 음료 준비 장치는 음료 준비 방법 (도시 생략) 을 실행시키기 위한 작동 수단 및 제어 수단을 포함할 수 있다.

물은 저압 또는 심지어 중력압에서 모듈 (24) 에 공급될 수 있다. 예를 들어, 모듈의 물 입구에 0 바에서 대기압 이상인 2 바 사이의 압력이 형성될 수 있다. 피스톤 펌프와 같은 압력 펌프가 이용된다면, 2 바 이상의 고압의 물이 전달될 수도 있다.

추출 모듈 (24) 은 부조립체 (29, 30) 를 수용하는, 즉, 물 주입 부조립체 (또는 물 주입 헤드) 및 캡슐 홀더를 포함하는 액체 수용 부조립체를 주로 포함하는 2 개의 메인 캡슐을 포함할 수 있다. 2 개의 부조립체는 음료 준비 장치에서 캡슐의 회전에 기준을 제공하기 위한 위치설정 및 중심맞춤 수단을 형성한다. 2 개의 부조립체는 내부에 캡슐을 수용하도록 서로 닫혀지는데, 이는 예컨대 총검형 연결 시스템 (31) 또는 하악형 폐쇄 원리에 기초한 메커니즘과 같은 임의의 다른 적절한 폐쇄 수단에 의해 이루어진다. 액체 수용 부조립체 (30) 는 예컨대 부조립체의 측면에서 돌출하는 액체 덕트 (32) 를 포함하고, 이 덕트는 캡슐로부터 흘러나온 원심분리된 액체를 컵 또는 유리잔 등의 용기로 안내하기 위한 것이다. 액체 덕트는 캡슐 홀더를 감싸는 U자 또는 V자 형상의 환형부를 형성하는 액체 인클로저 (33) 와 연통되고, 캡슐 홀더는 회전 드럼 (34) 을 포함하며, 회전 드럼에는 도 5 에서 도시된 바와 같이 캡슐이 삽입될 수 있다. 액체 인클로저 (33) 는 후술하는 바와 같이 액체를 수집하기 위한 수집 공동 (63) 을 형성한다. 액체 수용 부조립체 (30) 아래에는, 부조립체 내에서 캡슐 수용 드럼 (34) 을 회전하도록 구동하기 위한 수단이 배치되어 있다.

구동 수단은 전기 또는 가스 동력으로 구동될 수 있는 회전식 모터 (40) 를 포함하는 것이 바람직하다.

물 주입 부조립체는 물 유체 회로 (27) 와 상류 연통하는 물 입구 (35) 를 포함하는 물 입구측을 포함한다.

회전 드럼 (34) 은 회전 축 (37) 에 의해 스스로 축방향으로 유지되고, 회전 축은, 볼 베어링 또는 니들 베어링 등의 회전 안내 수단 (39) 에 의하여, 액체 리시버 (33) 의 외측 기저부 (38) 에 대하여 회전가능하게 유지된다. 따라서, 회전 드럼은 중간 축선 (I) 주위로 회전하도록 설계되어 있는 반면, 인클로저의 외측 기저부 (30) 는 음료 준비 장치에 대하여 고정되어 있다. 드럼의 회전 축 (37) 및 모터 (40) 의 축 (42) 사이의 인터페이스에 기계적 커플링이 위치될 수 있다.

물 주입 부조립체 (29) 를 살펴보면, 물 주입 부조립체는 음료 준비 장치의 길이방향 축선 (I) 에 대하여 고정되어 있는 중심에 배열된 물 주입장치 (45) 를 포함한다. 물 주입장치는 물을 주입구 (35) 로부터 물 배출구 (47) 로 전달하기 위한 중심 관형 부재를 포함하고, 물 배출구 (47) 는 캡슐의 인클로저 (14) 내로 돌출되어 있다. 중심 관형 부재는 캡슐 내부로 침투하여 액체를 내부로 주입하기 위한 중공 니들 (90) 에 의해 뻗어 있다. 이를 위하여, 물 배출구는, 캡슐의 멤브레인 뚜껑 (3) 을 통하여 천공된 구멍을 생성할 수 있는 날카로운 관형 단부 (48) 와 같은 천공 수단이 결합된다.

물 주입장치 주위에는 회전식 결합부 또는 커버부 (49) 가 설치된다. 결합부 (49) 는, 결합부 (49) 와 주입장치 (45) 사이에 삽입되는 볼 또는 니들 베어링 (50) 과 같은 회전 안내 수단 및 물 주입장치를 수용하기 위한 중심 보어를 구비한다. 액체가 캡슐로부터 베어링으로 침투하는 것을 방지하기 위해, 밀봉 수단 (89) 이 볼 베어링 (50) 과 주입 니들 (90) 사이에 위치된다.

또한, 캡슐 결합 부조립체 (29) 는 스커트 (62) 의 관형부를 포함할 수 있고, 스커트의 관형부는, 2 개의 부조립체가 캡슐 주위에서 서로에 대하여 닫힐 때, 액체 수용 부조립체 (30) 의 내부 환형 챔버 (63) 내부로 돌출한다. 이러한 스커트 (62) 의 관형부는, 원심력이 작용한 캡슐을 빠져나가는 원심분리된 액체를 위한 충격 벽부를 형성한다. 이 관형부 (62) 는 부조립체 (29) 에 고정되는 것이 바람직하다. 부조립체는 액체 수용 부조립체 (30) 와의 연결을 용이하게 하기 위한 조작부 (64) 를 또한 포함한다. 조작부 (64) 는 조작을 위하여 마디가 형성된 외주면을 구비할 수 있다. 조작부는 부조립체 (29) 의 고정 기저부에 나사 (67) 에 의해 고정될 수 있다.

물론, 이러한 조작부는 레버 메커니즘 또는 유사한 조작 수단으로 대체될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 회전 결합부는 회전 결합부의 주변부에 위치한 천공 부재 (53) 를 포함한다. 천공 부재는 캡슐의 멤브레인 (3) 을 천공하기 위해 주변부에, 더욱 상세하게는 캡슐의 상부 멤브레인 (3) 의 환형 주변 영역에 배치된다. 더욱 상세하게는, 천공 부재는 결합부의 하부 표면으로부터 돌출된 날카로운 돌출부로 형성된다. 바람직하게는, 음료 준비 장치, 즉 2 개의 부조립체 (29, 30) 가 캡슐 주위로 닫히는 동안에, 캡슐이 하부 부조립체 (30) 의 캡슐 홀더에 적절하게 위치하여 있는 경우에, 물 주입 부조립체 (29) 가 캡슐에 대하여 이동될 때 멤브레인이 천공된다.

천공 요소는 결합부의 적어도 하나 (또는 그 이상) 의 원형 경로를 따라 분포되는 것이 바람직하다.

바람직한 실시예에서, 천공 부재 (53) 는 단부에서 중실체이다 (즉, 액체 공급 도관에 의해 가로질러지지 않는다).

천공 요소의 하류의 원심분리된 액체의 유동 경로에서 시스템에 밸브 수단 (51) 이 제공된다. 밸브 수단은, 주어진 압력 한계점에 다다를 때 캡슐을 떠나는 원심분리된 액체의 유동 경로의 개방 또는 확장을 제공하는 임의의 적절한 밸브일 수 있다. 밸브 수단은 주어진 압력에서 개방되도록 교정된다. 예를 들면, 개방 압력이 약 0.5 ~ 4 바, 바람직하게는 1.5 ~ 2.5 바 (예컨대 약 2 바) 의 압력일 수 있다.

중요한 점은, 교정은 캡슐의 압력 설정부 (8) 의 거리 "d" 에 기초한다는 것이다. 이 거리가 후술하는 바와 같이 밸브의 예압을 자동으로 조절함으로써 밸브 수단의 배압을 설정한다. 이와 같은 방법으로, 밸브의 교정은 주어진 회전 속도에 대하여 전달되는 음료의 유량을 결정한다.

바람직한 실시예에서, 도시하는 바와 같이, 밸브 수단은 결합부의 일부, 즉 캡슐의 융기부 (8) 를 포함하고, 융기부는 캡슐의 플랜지형 테두리부 (4) 로부터, 더 구체적으로는 밀봉부 (5) 의 외측면으로부터 돌출한다. 결합부의 융기부 (8) 는 테두리부의 실질적으로 평평한 표면으로부터, 또는 테두리부의 비교적 하강된 내측 밀봉부 (5) 로부터 뻗어 있다. 결합부의 상기 일부 (8) 는 플랜지형 테두리부로부터 일체로 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 플랜지형 테두리부를 포함하는 캡슐의 본체 (2) 는 플라스틱 및/또는 알루미늄으로 만들어지는 것이 바람직하다. 대향하는 측면에서, 밸브 수단은 회전식 커버부 (49) 의 결합면 (83) 을 포함한다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 멤브레인 (3) 과 융기부 (8) 사이에 액체용 간극이 남겨져 있어서, 덮개의 하부 표면 (54) 에 의해 캡슐에서 과도하게 방해를 받거나 차단되지 않으면서, 액체가 밸브 수단을 향하여 방사 방향으로 멤브레인을 가로지를 수 있게 된다. 결합면 (83) 은 돌출부 (8) 의 특정 형상에 따라 다양한 형상을 포함할 수 있다. 바람직한 일 실시예에서, 결합면 (83) 은 환형의 평평한 면 등과 같은 실질적으로 평평한 표면이다. 결합면은 커버부 (49) 의 하측 표면 (54) 의 주변부에서 표면의 환형 리세스로서 형성되어, 천공 부재의 기저부가 돌출부 (8) 의 단부 또는 상부 압축면보다 낮게 되도록 할 수 있다.

본 발명의 모든 실시예에서, 도 7 에 도시된 바와 같이 평면 (P) 를 따라 뻗어 있는 플랜지형 테두리부의 내측부 (5) 에 대한 융기부의 높이 (d) 는 0.2 ~ 10 ㎜, 더욱 바람직하게는 0.5 ~ 5 ㎜, 가장 바람직하게는 0.8 ~ 2 ㎜ 일 수 있다.

주목할 것은, 결합면 (83) 이 평평한 면 이외에 오목형 또는 볼록형 등의 다른 많은 형상을 취할 수 있다는 것이다.

도 8 에 도시된 바와 같이, 캡슐의 플랜지형 테두리부는 돌출부 (8) 에 대향하는 표면, 즉 플랜지형 테두리부의 하측면 (82) 또는 본체의 바닥부 (6) 를 향하여 배향된 표면에 환형 그루브 (81) 를 포함할 수 있다. 음료 준비 장치의 캡슐 홀더는, 캡슐의 환형 그루브 (81) 의 형상에 맞춰지는 환형 오목부 (92) 가 뻗어 있는 지지면을 구비하는 지지부를 포함한다. 그러므로, 오목부 (92) 는 음료 준비 장치에서 캡슐의 위치를 설정하고 기준을 잡는 역할을 할 뿐만 아니라, 회전부 (49) 에 의해 압축될 때 밸브 수단의 환형 돌출부 (8) 를 지지하는 역할을 한다. 오목부 (92) 는 날카로운 환형의 연속 돌출부일 수 있거나, 캡슐 홀더의 표면의 환형 경로 상에 분포된 비연속적 돌출부로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 돌출부 및 이와 반대되는 형상 (81) 은, 캡슐의 본체를 성형하는 동안, 예컨대 엠보싱, 딥 드로잉, 사출성형, 또는 열성형의 제조 과정에 의해 형성될 수 있다.

밸브 수단 (51) 은 스프링 가압 요소 (71) 을 포함하는 하중 생성 시스템 (70) 에 의해 얻어지는 탄성 폐쇄 하중의 영향 하에서 폐쇄되도록 구성된다. 스프링 가압 요소 (71) 는 탄성 하중을 회전식 덮개판 (49) 상에 가한다. 하중은, 캡슐의 융기부 (8) 에 대하여 폐쇄하도록 작용하는 결합면 (83) 상에 주로 분포한다. 천공 요소에 의해 생성된 오리피스를 통해 배출되는 원심분리된 액체에 의해 돌출부에 충분한 압력이 가해질 때까지, 밸브가 원심분리된 액체의 유동 경로를 정상적으로 폐쇄한다. 따라서, 액체는 멤브레인 (3) 과 회전식 커버부 (49) 의 상측 표면 (54) 사이에서 흐르고, 도 8 에 도시된 바와 같이, 스프링 가압 요소 (71) 의 힘에 대하여 커버부 (49) 전체를 위쪽으로 밀어 밸브 (51) 가 개방되게 한다. 따라서, 원심분리된 액체가 충격면 (62) 에 고속으로 분출될 수 있다.

도 5 또는 도 6 에 도시된 바와 같이, 하중 생성 시스템 (70) 은 밸브 수단의 개방 압력을 제어하기 위하여 조절가능하게 이루어 수 있다. 특히, 시스템 (70) 은 스프링 가압 요소 (71) 의 제 1 단부가 맞추어지는 기저부 (55) 를 포함할 수 있다. 스프링 가압 요소 (71) 의 대향 단부에서 인접 부재 (56) 가 고정되고, 인접 부재는 나사 요소 (57) 에 연결된다. 기저부 (55), 스프링 가압 요소 (71), 및 인접 부재 (56) 는 관형 프레임 (58) 에 수용된다. 나사 요소 (57) 및 관형 프레임 (58) 은 함께 구동 수단 (72) 을 형성하고, 구동 수단은 스프링 가압 요소 (71) 의 압축 하중을 결합부 (49) 에 맞추는 것을 가능하게 하는 상보적 나사산 (73) 을 포함한다.

주목할 점은, 하중을 밸브 수단에 가하기 위한 탄성 수단이 다르게 설계될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 탄성 수단 (71), 예컨대 스프링 또는 고무탄성 요소가, 예컨대 별도의 환형 블록에 의하여, 표면 (54) 로부터 독립적으로 표면 (83) 에 직접 결합되거나 또는 밸브 수단의 링형상 돌출부 (8) 에 결합될 수 있다.

도 8 및 도 9 에 도시된 바와 같이, 커버부 (49) 의 하측 표면 (54) 은 하측 표면의 주변 영역에 원형 패턴으로 분포되어 있는 일련의 천공 요소 또는 돌출부 (53) 를 포함한다. 각각의 천공 요소 (53) 는 캡슐의 상부 멤브레인에 천공부를 형성하고, 따라서 회전하여 맞물린 캡슐에서 원심분리된 액체가 배출되기 위한 통로를 형성한다. 커버부를 제거하고 그 커버부를 더 많은 개수의 천공 요소를 갖는 플레이트로 교체함으로써, 천공 요소의 개수를 변경할 수 있다. 바람직하게는, 천공 요소와 밸브 수단 사이에서 커버부와 멤브레인 사이에 제어된 유동 간극이 유지되는 것을 보장하기 위해, 하측 표면 (54) 은 하측 표면에 제공된 일련의 채널 (85) 에 의해 형성되는 채널 수단 (84) 을 포함할 수 있다. 채널 (85) 은 간격설정 수단을 형성하는 양각 요소 (86, 87) 에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 일련의 양각 요소 (87) 가 천공 요소 (53) 사이에 구비되어서, 멤브레인이 천공 요소 사이에서 붕괴되어 액체 유동의 차단을 야기하지 않도록 할 수 있다. 또한, 다른 일련의 양각 요소 (86) 가 천공 요소 (53) 와 밸브 수단 사이의 유동 경로에 배치되어서 캡슐의 플랜지형 테두리부 (4) 와 하측 표면 (54) 사이에 채녈이 존재할 수 있도록 하고, 이에 의하여 액체의 유동이 밸브 수단을 향하여 적절하게 전달될 수 있다. 유동 간극을 유지하기 위해 간격설정 수단, 예컨대 분리된 일련의 양각 요소 (86, 87) 가 캡슐의 플랜지형 테두리부에 형성될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 예를 들어, 플랜지형 테두리부는, 링형상 돌출부 (8) (도시 생략) 에 대하여 내측으로 분포하는 소형의 동심으로 배열된 일련의 돌출부를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 캡슐 표면의 환형 돌출부 (8) 는 캡슐의 플랜지형 테두리부의 재료와는 다른 재료로 만들어진 요소로 형성된다. 상기 요소는 압축성 재료로 만들어 질 수 있다. 상기 재료는 탄성 또는 비탄성 재료일 수 있다. 특히, 상기 요소는 플라스틱으로 만들어질 수 있거나, 플랜지형 테두리부 상에 밀봉되는 고무 O링일 수 있다. 예를 들어, 상기 링은 가열 또는 초음파에 의해 밀봉되거나, 액체 (예컨대 액체 실리콘 고무 (LSR)) 로서 삽입될 수 있고, 테두리부 상에서 경화되도록 할 수 있다. 또한, 돌출부 (8) 는 다른 수단에 의해, 예컨대 접착제에 의하거나 캡슐의 환형 그루브로 클리핑함으로써, 캡슐에 결합될 수 있다.

도 10, 도 11a, 및 도 11b 는 본 발명의 다른 실시예를 보여주는데, 본 실시예에서는 융기부 (8) 가 플랜지형 테두리부의 하강된 밀봉부 (5) 로부터 상승되는 계단부로 형성된다. 계단부는 실질적으로 평평한 상측 표면을 가지고 있고, 상기 상측 표면은 밸브 수단을 형성하기 위해 음료 준비 장치의 커버부 (49) 의 하부 결합면 (83) 과 가압 결합되도록 서로 협력한다. 계단부는 융기부의 높이 (d) 를 넘어서는 폭 (w) 을 가질 수 있다. 또한, 융기부의 폭 (w) 은 밀봉부 (5) 의 폭과 동일하거나 더 클 수 있다. 도 11b 에서 명확하게 도시된 바와 같이, 캡슐의 상부 외측 벽부 (3) 과 융기부의 상측 표면 사이에 간극이 유지되어서, 액체가 현저히 방해받지 않으면서 밸브 수단 (51) 을 향하여 순환할 수 있다.

본 발명의 상기 실시예 및 임의의 다른 실시예에서, 음료 준비 장치는 커버부 (49) 가 천공 내측 블록 (49a) 및 외측 밸브 블록 (49b) 으로 분리되는 것을 포함한다. 밸브 블록 (49b) 은 환형이고, 탄성 수단 (710) (예컨대 스프링) 의 힘에 대항하여 블록 (49a) 에 대하여 독립적으로 설치된다. 이러한 분리형 구성의 커버부 (49) 에 의하여, 밸브 수단 (51) 에 의해 생성되는 압력 하중이 천공 블록에 가해지는 압력 하중으로부터 독립적이 된다. 그러므로, 캡슐의 회전 속도의 함수로서, 밸브 수단 (51) 의 개방 또는 확장이 원심분리 동안에 더욱 신뢰성있게 제어될 수 있다. 또한, 캡슐에 대한 배출구 천공 부재 (53) 의 위치는 밸브 부재 (51) 가 개방될 때 영향을 받지 않는다. 천공 부재 (53) 와 멤브레인 (3) 사이에서 추출된 액체의 여과는 캡슐 상에서 블록 (49a) 의 폐쇄에 의해 제어되고, 따라서 밸브 수단 (51) 의 상대 위치와는 상관없이 일정하고 효과적으로 유지되게 된다.

도 10 의 캡슐은 음료 준비 장치의 니들을 액체 밀봉 방식으로 결합하는 액체 밀봉 생성 부재 (91) 을 또한 포함한다 (도 1 에서도 도시됨). 부재 (91) 는 멤브레인에서 니들에 의해 생성되는 천공을 통하여 캡슐 외부로 액체가 새어나갈 수 없도록 한다. 밀봉 생성 부재 (91) 는 외측벽부 (30) 의 외측면, 또는 외측벽부 (30) 의 내측면에 위치될 수 있다. 밀봉 생성 부재는 탄성 고무 및/또는 섬유성 재료로 만들어지는 것이 바람직하다. 또한, 벽부 (3) 의 외측면 전체를 따라 뻗을 수도 있다. 중심 밀봉 부재를 포함하는 캡슐의 다른 균등범위의 변형례가 함께 출원된 유럽 특허출원 제 09169679.9 호 (발명의 명칭: 원심분리에 의한 음료 준비용 캡슐) 에 개시되어 있다.

도 12 의 캡슐은 다른 실시예를 나타내는데, 외측 벽부를 구성하는 천공가능 멤브레인이 다공성 벽부 (36) 로 교체된다. 따라서, 상부 벽부는, 캡슐 내부에 음료 원료를 유지하면서도, 천공을 필요로하지 않으면서 원심분리된 액체가 캡슐을 빠져나갈 수 있도록 하는 벽부를 형성한다. 또한, 중심 니들에 의한 천공을 반드시 필요로 하지는 않으면서 벽부를 통하여 액체를 캡슐에 주입시킬 수 있다. 벽부는 벽부를 따라 부분적으로만 (예컨대 외측 영역 또는 내측 영역 또는 양쪽 모두) 액체에 다공성의 성질을 가질 수 있다. 벽부는 50 에서 500 미크론, 바람직하게는 80 에서 300 미크론 사이를 포함하는 크기의 다공을 포함할 수 있다. 벽부 (36) 을 위한 적절한 재료는 여과종이, 직조 또는 비직조 폴리머, 사이즈가 조절된 구멍을 가진 폴리머 멤브레인, 또는 이들의 조합이다.

도 13 의 캡슐은 캡슐의 본체가 서로 다른 강성을 가진 적어도 두개의 구성요소 (43, 52) 로 형성된다는 점에서 다른 실시예와 다르다. 본체의 제 1 구성요소 (43) 는 플랜지형 테두리부 (4) 를 형성하고, 본체의 제 2 구성요소 (52) 는 측벽부 (7) 과 바닥부 (8) 의 필수 부분을 형성한다. 제 2 구성요소 (52) 는 제 1 구성요소보다 더욱 탄성이 있는 재료로 만들어지는 것이 바람직하다. 제 2 구성요소는 예컨대 얇은 알루미늄 및/또는 폴리머 호일일 수 있으며, 반면에 제 1 구성요소 (43) 는 단단한 플라스틱일 수 있다. 테두리부 구성요소 (43) 는 연결부 (59) 에 의해 뻗어 있고, 연결부 (59) 에는 탄성의 하부 구성요소 (52) 가 밀봉된다. 물론, 상부 벽부가 도 12 의 실시예에서와 같이 다공성 벽부, 또는 이전 실시예에서와 같은 천공형성가능 멤브레인으로 될 수 있다.

도 14 의 캡슐은, 캡슐의 본체를 폐쇄하는 상부 벽부 (3) 가 적어도 두개의 층 (37, 38), 즉, 외측 천공형성가능 액체불침투성 층 (41) 및 내측 액체 다공성 층 (68) 으로 형성된다는 점에서 최소한 이전의 실시예와 차이가 있다. 바람직하게는, 상기 복수층은 박판, 즉 가능한 한 밀봉제 층을 사이에 포함하는 접착 층 구조를 형성한다. 내층 (68) 은 폴리프로필렌 또는 폴리우레탄 탄성중합체 등과 같은 탄성 플라스택으로 형성될 수 있다. 상층 (41) 은 알루미늄 또는 알루-PP 집합체 (alu-PP complex) 로 형성될 수 있다. 또한, 내층 (68) 은 하나 이상의 분리된 영역에서 (예컨대, 중심 영역에서만) 상층에 밀봉될 수 있고, 상기 영역 이외에서 상층에 대하여 자유롭게 분리될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 캡슐의 상측에서 물이 우회하는 것을 방지하도록 음료 준비 장치의 중심 주입 니들 주위로 액체 밀봉 구성을 형성할 수 있고, 또한 액체가 원심분리 효과에 의해 추출되는 벽부 (3) 의 테두리부에서 여과 작용을 할 수 있게 된다. 도 14 의 캡슐은, 특히 본체 (2) 와 외측 멤브레인 (41) 에 대하여 추가적으로 가스 차단 성질을 가지는 포장 재료로부터 선택될 수 있다.

도 15 의 캡슐은, 캡슐의 본체를 폐쇄하는 상측 벽부 (3) 가 융기부 (8) 의 상부로 밀봉된다는 점에서 이외 다른 실시예와 차이가 있다. 캡슐의 플랜지형 테두리부 (4) 는, 일단부에서 본체의 측벽부 (7) 와 합쳐지고 타단부에서 단차가 형성된 힘 설정부 (8) 와 합쳐지는 환형 하강부 (5) 를 포함한다. 그러나, 하강부 (5) 는 융기부 (8) 의 높이를 나타내는 간격 "d" 만큼 상측 벽부 (3) 으로부터 이격된다. 하강부 (5) 는 융기부 (8) 에서 테두리부의 전체 두께 "d + d1" 보다 더 작은 두께 "d1" 을 가지고 있다. 두께 d1는 측벽부의 두께와 실질적으로 동일할 수 있다. 바람직하게, 내측부 (5) 의 폭은 그 두께 "d1" 보다 더 크다.

도 18 의 캡슐은 다른 실시예를 나타내는데, 이 실시예에서, 힘 설정부 (8) 는 부부적으로 용융된 에너지 지시자에 의해 형성되고, 에너지 지시자는 상측 벽부 (3) 가 밀봉된다. 에너지 지시자 (89) 는 상측 벽부 (3) 의 초음파 밀봉 전에 "d" 보다 큰 최초 높이 (점선으로 표시) 를 가지고 있으나, 밀봉 후에는 더 낮은 높이인 "d" 로 줄어든다.

본 발명의 다른 자명한 변형 사항으로서, 본 발명의 캡슐은, 인클로저에 일정량의 음료 원료를 채우기 위해 개방될 수 있는 상측 벽부를 구비한 재충전가능한 인클로저일 수도 있다. 예를 들면, 상측 벽부는 가압 피팅에 의해 본체에 연결된다. 상측 벽부와 본체 사이의 연결을 유지하기 위해, 두 개의 요소가 국소적인 가요성 플라스틱 힌지에 의해 연결될 수 있다.

Claims (24)

1. 액체를 캡슐에 주입하고, 음료를 제조하기 위하여 원심력을 이용하여 액체를 재료에 통과시킴으로써, 캡슐에 수용된 재료로부터 음료를 준비하기 위한 음료 제조 장치에 삽입가능한 캡슐로서, 원심 작동 중에 상기 음료가 회전 축선에 대응하는 캡슐의 중심 축선에 대하여 캡슐에서 주변으로 원심력 작용을 받게 되는 상기 캡슐에 있어서,
   소정량의 음료 재료를 수용하는 인클로저,
   측벽부 (7) 를 포함하는 컵형상 본체 (2),
   본체를 폐쇄하기 위한 상부 외측 벽부 (3), 및
   본체로부터 외측으로 뻗어 있는 플랜지형 테두리부 (4) 를 포함하고,
   상기 본체는 환형 융기부를 포함하고, 상기 환형 융기부는 밸브 수단의 힘 설정부를 형성하고, 또한 상기 환형 융기부 및 음료 제조 장치의 가압 표면의 맞물림에 의해 원심력 영향을 받는 액체의 유동 경로에 대한 제한을 형성하여, 원심력 영향을 받는 액체가 상기 밸브 수단에 대하여 힘을 가하게 되면, 캡슐의 환형 융기부로부터 멀어지도록 이동하는 음료 제조 장치의 가압면에 의해 제공되는 제한된 유동 간극을 형성하는 것에 의해, 밸브 수단이 개방되도록 하고,
   상기 환형 융기부 (8) 는 본체의 바닥부 (6) 에 대향하는 방향으로 뻗어 있고,
   상기 본체는, 일단부에서 그로부터 소정의 높이 ("d") 만큼 뻗어 있는 환형 융기부 (8) 와 합쳐지고 타단부에서 상기 본체의 측벽부 (7) 와 합쳐지는, 테두리부 (4) 의 평평한 환형 내향부 (5) 를 포함하는, 캡슐.
2. 제 1 항에 있어서, 환형 융기부 (8) 는 내향부 (5) 의 증가된 두께 ("d+d1") 를 형성하는 캡슐.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 환형 내향부 (5) 는 상부 벽부 (3) 를 위한 밀봉부를 형성하는 캡슐.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 환형 융기부는 플랜지형 테두리부의 횡단 연장면에 수직인 방향으로 뻗어 있는 캡슐.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 환형 융기부는 강성인 캡슐.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 환형 융기부는 플랜지형 테두리부와 일체로 형성되는 캡슐.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 본체의 상기 측벽부 (7) 와 합쳐지는 플랜지형 테두리부의 하측 표면 (82) 은 환형 융기부 (8) 에 대향하는 방향으로 돌출부를 갖지 않는 캡슐.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 플랜지형 테두리부는 환형 융기부에 직접 대향한 표면에서 환형 그루브 (81) 를 포함하는 캡슐.
9. 제 8 항에 있어서, 환형 융기부는 플랜지형 테두리부에서 엠보싱 형성되어 있는 캡슐.
10. 제 8 항에 있어서, 컵형상 본체부가 알루미늄, 플라스틱, 또는 알루미늄 및 플라스틱의 조합을 포함하는 캡슐.
11. 제 1 항에 있어서, 환형 융기부는 플랜지형 테두리부에 부착된 개별 요소인 캡슐.
12. 제 11 항에 있어서, 환형 융기부는 탄성 고무 재료로 이루어진 캡슐.
13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 융기부는 가스 유동 수단 (80) 을 포함하는 캡슐.
14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 캡슐은 음료 제조 장치에서 사용되고, 상기 캡슐이 상기 음료 제조 장치에서 원심력의 영향을 받는 캡슐.
15. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 캡슐 및 상기 캡슐 내에서 음료 재료를 통하여 액체를 통과시킴으로써 음료를 준비하기 위한 음료 제조 장치의 조합체로서,
    상기 음료 제조 장치는 상기 캡슐에 액체를 주입하기 위한 액체 주입 헤드부, 음료 제조 장치에서 캡슐을 유지하기 위한 캡슐 홀더, 및 캡슐을 원심 구동시키기 위한 수단을 포함하고,
    상기 음료 제조 장치는 음료를 향한 유동 경로를 폐쇄하기 위한 플랜지형 테두리부의 환형 융기부에 소정의 폐쇄력를 가하고, 원심력 영향을 받는 액체의 유동 경로를 제한하기 위한 밸브 수단을 형성하기 위한 가압면을 포함하며,
    원심력 영향을 받는 액체가 상기 밸브 수단에 대하여 힘을 가하게 되면, 캡슐의 환형 융기부로부터 멀어지도록 이동하는 음료 제조 장치의 가압면에 의해 제공되는 제한된 유동 간극을 형성하는 것에 의해 밸브 수단이 개방되도록, 원심력 영향을 받는 액체의 유동 경로를 제한하는, 조합체.
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