КАРТРИДЖ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКОВ
CARTRIDGE FOR DRINKS MAKING

Настоящее изобретение относится к картриджу, предназначенному для приготовления напитков и содержащему один или несколько ингредиентов для приготовления напитков.
Применение вспененного молока для приготовления напитков, таких как кофе «капучино», является известным. Обычно вспененное молоко получают посредством применения паровой трубки для направления струи пара в емкость с молоком. Это до сих пор является основным способом получения вспененного молока в коммерческих структурах. Желательно иметь возможность приготовить напитки в стиле «капучино» в домашних условиях. Однако в домашних условиях неудобно использовать создающее струю пара оборудование, поскольку при неправильном использовании оно может быть опасным и его трудно чистить. Это особенно невыгодно в случае оборудования, используемого с молоком и требующего тщательной очистки для предотвращения контаминации.
Картридж для домашних машин для приготовления напитков, подходящих для приготовления вспененного молока, раскрыт в EP 1716055. Вспененное молоко получают внутри картриджа путем обеспечения захвата воздуха потоком молока. Задача настоящего изобретения заключается в создании усовершенствованного картриджа для приготовления вспененных напитков, в частности вспененных напитков на основе молока.
Соответственно, настоящее изобретение относится к картриджу, содержащему один или несколько ингредиентов напитка, причем указанный картридж содержит:
входное отверстие для введения водной среды в картридж;
выходное отверстие для напитка, приготовленного из указанного одного или нескольких ингредиентов напитка;
отверстие в протоке для напитка, который связывает входное отверстие и выходное отверстие, создающее во время использования струю напитка;
расширительную камеру, расположенную ниже по потоку от отверстия, причем расширительная камера содержит входное отверстие расширительной камеры для приема струи напитка и выходное отверстие расширительной камеры; и входное отверстие для воздуха, расположенное в расширительной камере поблизости от входного отверстия расширительной камеры;
причем площадь поперечного сечения расширительной камеры уменьшается в направлении вниз по потоку от входного отверстия расширительной камеры к выходному отверстию расширительной камеры, и площадь поперечного сечения и профиль выходного отверстия расширительной камеры по существу такие же, как и площадь поперечного сечения и профиль потока напитка при его прохождении через выходное отверстие.
Характерная форма расширительной камеры эффективно способствует захвату воздуха в поток напитка при его прохождении через расширительную камеру. Уменьшенная площадь поперечного сечения расширительной камеры в выходном отверстии расширительной камеры обеспечивает предотвращение всасывания напитка обратно в расширительную камеру вместо воздуха, что снижало бы эффективность всасывания воздуха из атмосферы. Усовершенствованная конструкция обеспечивает получение большего объема вспененного напитка по сравнению с ранее известными картриджами.
Предпочтительно площадь поперечного сечения входного отверстия расширительной камеры больше площади поперечного сечения, создающего струю отверстия.
В частности, относительно большая площадь поперечного сечения расширительной камеры в непосредственной близости от входного отверстия для воздуха обеспечивает относительно большой объем с низким давлением вокруг входящей струи напитка, тем самым, обеспечивая относительно легкий вход воздуха в расширительную камеру.
Предпочтительно нижняя стенка и верхняя стенка расширительной камеры сходятся друг к другу в направлении вниз по потоку.
Расширительная камера может содержать расположенные напротив друг друга боковые стенки, и боковые стенки могут сходиться в направлении вниз по потоку.
Предпочтительно отверстие расположено так, что струя напитка, выпускаемая из отверстия, проходит из входного отверстия расширительной камеры в выходное отверстие расширительной камеры по существу без взаимодействия с нижней стенкой расширительной камеры.
Более предпочтительно отверстие расположено так, что струя напитка, выпускаемая из отверстия, проходит из входного отверстия расширительной камеры в выходное отверстие расширительной камеры по существу без взаимодействия с одной или несколькими боковыми стенками расширительной камеры.
Предпочтительно входное отверстие для воздуха выполнено в нижней стенке расширительной камеры.
Предпочтительно входное отверстие для воздуха содержит продолговатое щелевое отверстие.
Предпочтительно продолговатое щелевое отверстие расположено перпендикулярно к направлению потока струи напитка, выпускаемой из отверстия.
Согласно одному предпочтительному аспекту камера смешивания содержит выходное отверстие, сообщающееся с выходным отверстием картриджа,причем камера смешивания дополнительно содержит множество выступов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга вокруг выходного отверстия камеры смешивания.
Предпочтительно выступы расположены вокруг первой части периферии выходного отверстия камеры смешивания, а вторая часть периферии выходного отверстия камеры смешивания не содержит выступов, причем вторая часть периферии совпадает с выходным отверстием расширительной камеры и характеризуется такими размерами, чтобы струя напитка, выпускаемая во время использования из выходного отверстия камеры расширения, могла входить в центральную область камеры смешивания без предварительного соударения с выступами.
Выступы могут быть расположены по дуге. Предпочтительно выступы расположены по дуге окружности.
Предпочтительно картридж содержит от 3 до 20 выступов.
Предпочтительно выступы функционируют для уменьшения областей стоячего потока внутри камеры смешивания во время использования. Выступы обеспечивают отсутствие открытых пространств, в которых поток напитка может становиться относительно «стоячим». Было обнаружено, что такие «стоячие» области способствуют коалесцированию мелких пузырьков воздуха в нежелательно большие пузырьки воздуха. Выступы обеспечивают устранение этой проблемы посредством разделения потоков внутри камеры смешивания с созданием турбулентных потоков меньшего масштаба, предотвращающим коалесцирование пузырьков, в отличие от вихревых потоков большего масштаба, способствующим коалесцированию пузырьков. Таким образом, полученная пена характеризуется лучшим качеством по сравнению с пеной вспененных напитков, приготовленных при помощи ранее известных картриджей.
Один или несколько ингредиентов напитка могут быть жидкими ингредиентами. Один или несколько ингредиентов напитка могут быть жидкими ингредиентами на основе молока, такими как жидкое концентрированное молоко. Жидкое молоко может быть пастеризовано или стерилизовано посредством известных способов, таких как высокотемпературная обработка, мгновенная пастеризация, стерилизация в автоклаве и т.п.
Предпочтительно картридж запечатан перед использованием в машине для приготовления напитков с целью приготовления напитка.
Настоящее изобретение дополнительно относится к способу приготовления напитка при помощи картриджа, содержащего один или несколько ингредиентов напитка, причем способ предусматривает стадии
создания струи напитка, проходящей в расширительную камеру в картридже;
захвата воздуха в струю напитка при ее прохождении через расширительную камеру;
отличающемуся тем, что способ предусматривает стадию, на которой по существу уравнивают площадь поперечного сечения и профиль выходного отверстия расширительной камеры с площадью поперечного сечения и профилем потока напитка в расположенном ниже по потоку конце расширительной камеры.
Настоящее изобретение дополнительно относится к способу приготовления напитка при помощи указанного картриджа, причем способ предусматривает стадии установки картриджа в машину для дозирования напитка, предназначенную для приема картриджа, и дозирования напитка из него.
Настоящее изобретение дополнительно относится к системе для дозирования напитков, содержащей указанный картридж, и машину для дозирования напитков, предназначенную для приема картриджа и дозирования напитка из него.
Следует понимать, что под термином «картридж» в настоящем документе подразумевают упаковку, контейнер, пакет-саше или резервуар, описанным образом содержащий один или несколько ингредиентов напитка и подходящий для использования в машине для приготовления напитков. Картридж может содержать одиночный компонент или эквивалент множества компонентов, например, мягкий брикет, расположенный в отдельном фиксаторе брикета. Предпочтительно картридж приспособлен для приготовления индивидуальной порции напитка. Картридж может быть жестким, полужестким или гибким. Входное и выходное отверстия картриджа могут быть открытыми или требовать открытия во время использования, например, при помощи прокалывания.
В последующем описании термины «верхний» и «нижний» и эквиваленты будут использованы для описания относительного расположения признаков настоящего изобретения. Термины «верхний» и «нижний» и эквиваленты следует понимать как относящиеся к картриджу (или другим компонентам) в его нормальном положении для вставки в машину для приготовления напитков и последующего дозирования, как представлено, например, на фиг.1. В частности, термины «верхний» и «нижний», соответственно, относятся к относительным положениям, находящимся ближе или дальше от верхней поверхности 11 картриджа. Кроме того, термины «внутренний» и «внешний» и эквиваленты будут использованы для описания относительного расположения признаков настоящего изобретения. Термины «внутренний» и «внешний» следует понимать как относящиеся к относительным положениям в картридже (или других компонентах), находящимся, соответственно, ближе или дальше от центра или главной оси картриджа 1 (или другого компонента).
Далее исключительно в качестве примера будет описан предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 представлен вид в поперечном сечении известного из предшествующего уровня техники картриджа, раскрытого в EP 1716055;
на фиг.2 представлен вид в перспективе части внутреннего элемента картриджа типа, раскрытого в EP 1716055;
на фиг.3 представлен увеличенный вид в перспективе части внутреннего элемента, представленного на фиг.2;
на фиг.4 представлен вид в перспективе части внутреннего элемента согласно настоящему изобретению;
на фиг.5 представлен увеличенный вид в перспективе части внутреннего элемента согласно фиг.4;
на фиг.6 представлен вид в перспективе поперечного сечения части внутреннего элемента согласно фиг.4;
на фиг.7 представлен вид в перспективе поперечного сечения части внутреннего элемента согласно фиг.4 с установленным внешним элементом;
на фиг.8а и 8b представлены виды сверху и сбоку в разрезе содержащих напитки емкостей, показывающие сравнительные объемы напитков между напитком, приготовленным при помощи известного из предшествующего уровня техники картриджа, и напитком, приготовленным при помощи картриджа согласно настоящему изобретению; и
на фиг.9а и 9b представлены виды сверху и сбоку в разрезе содержащих напитки емкостей, показывающие сравнительные вариации размеров пузырьков между напитком, приготовленным при помощи известного из предшествующего уровня техники картриджа, и напитком, приготовленным при помощи картриджа согласно настоящему изобретению.
На фиг.1 представлен известный из предшествующего уровня техники картридж 1, описанный заявителем в более раннем европейском патенте с номером публикации EP 1716055. Для получения полного описания картриджа 1 читателю следует обратиться к описанию документа EP 1716055, которое включено в настоящий документ посредством ссылки. В дальнейшем будут описаны подробно только те части картриджа 1, которые относятся к настоящему изобретению.
Картридж 1 согласно EP 1716055, как правило, содержит внешний элемент 2, внутренний элемент 3 и крышку 5 из многослойного материала. Внешний элемент 2, внутренний элемент 3 и крышка 5 из многослойного материала собраны с образованием картриджа 1, содержащего камеру 134 для хранения одного или нескольких ингредиентов 200 напитка, входное отверстие (не показано), выходное отверстие 122 и проток для напитка, связывающий входное отверстие с выходным отверстием 122.
Внутренний элемент 3 содержит выпускной патрубок 43, окруженный внешней трубой 42, присоединенной к выпускному патрубку 43 посредством кольцеобразного фланца 47. Внутренний элемент 3 также содержит часть 80 в виде юбки, соединенную с внешней трубой 42 посредством ребер 82 юбки. Кольцеобразный канал 69 образован между внутренней стенкой части 80 в виде юбки и внешней стенкой внешней трубы 42. Кольцеобразный канал 69 содержит нижнюю часть 69L, расположенную ниже ребер 87 юбки, и верхнюю часть 69U, расположенную выше ребер 87 юбки. Пространства между ребрами 87 обеспечивают гидравлическое соединение между нижней частью 69L и верхней частью 69U кольцеобразного канала 69. И, наконец, часть 80 в виде юбки внутреннего элемента 3 содержит чашу 101 для регулирования смешивания ингредиента напитка.
Проток для напитка проходит через камеру 134, кольцеобразный канал 69 и выпускной патрубок 43, как будет более подробно описано ниже.
Входное отверстие и выходное отверстие 122 изначально герметично закрыты крышкой 5 из многослойного материала, и во время использования их открывают посредством прокалывания или разрезания крышки 5 из многослойного материала. Проток для напитка задают посредством пространственного взаимного расположения внешнего элемента 2, внутреннего элемента 3 и крышки 5 из многослойного материала. В состав картриджа 1 могут необязательно входить другие компоненты, такие как фильтр.
Различные типы картриджа, раскрытые в ЕР 1 716 055, могут быть применены для дозирования обжаренных и молотых продуктов или жидких продуктов, таких как концентрированное жидкое молоко. Кроме того, возможно выполнять дозирование жидких кофейных продуктов.
Особенное преимущество картриджей, представленных на фиг.18 и 34 EP 1716055, заключается в обеспечении средств, например, в форме эдуктора, для захвата воздуха в напиток. Используемый в настоящем документе термин «эдуктор» относится к применению отверстия или подобной структуры для образования струи напитка, причем отверстие расположено в протоке для напитка выше по потоку от входного отверстия для воздуха и расширительной камеры, и указанное отверстие размещено для образования струи напитка, которую впрыскивают в расширительную камеру для создания зоны низкого давления поблизости от входного отверстия для воздуха, что вызывает всасывание воздуха через входное отверстие для воздуха и захват воздуха струей напитка.
Как представлено на фиг.1 (основанной на фиг.34 документа EP 1716055), на внутреннем элементе 3 выполнен обод 67, выступающий вверх из кольцеобразного фланца 47, соединяющего внешнюю трубу 42 с выпускным патрубком 43. Обод 67 окружает входное отверстие 45, ведущее к выпускному патрубку 43. Обод 67 снабжен направленным вовнутрь бортом 68. В одной позиции на периметре обода 67 выполнено щелевое отверстие 70, причем щелевое отверстие проходит от верхнего края обода 67 к позиции, расположенной немного ниже уровня борта 68.
Входное отверстие 71 для воздуха выполнено в кольцеобразном фланце 47 и совмещено по окружности со щелевым отверстием 70. Входное отверстие 71 представляет собой отверстие, проходящее через фланец 47 таким образом, чтобы обеспечить сообщение между позицией, расположенной выше фланца 47, и свободным пространством, расположенным ниже фланца 47 между внешней трубой 42 и выпускным патрубком 43. Входное отверстие 71 для воздуха содержит верхнюю часть в форме усеченного конуса и нижнюю цилиндрическую часть. Стенка внешней трубы 42 вблизи входного отверстия 71 для воздуха характеризуется такой формой, чтобы образовывать желоб, проходящий от входного отверстия 71 для воздуха к входному отверстию 45 выпускного патрубка 43.
Три аксиальных ребра 105 выполнены на внутренней поверхности выпускного патрубка 43 для направления дозированного напитка вниз к выходному отверстию 44 с тем, чтобы помочь собрать дозированный напиток в относительно узкий контролируемый поток.
Как представлено на фиг.1, когда картридж находится в собранном состоянии, цилиндрическая выступающая часть 18 внешнего элемента 2 посажена в обод 67. Цилиндрическая выступающая часть 18 по существу закрывает входное отверстие 45 выпускного патрубка 43, включая закрытие верхнего конца щелевого отверстия 70. Поскольку щелевое отверстие 70 в ободе 67 проходит ниже уровня борта 68, отверстие 128 остается открытым с тем, чтобы обеспечить проток через кольцеобразный фланец 47. Таким образом, в собранном состоянии щелевое отверстие 70 выполнено таким образом, чтобы становиться отверстием 128 приблизительно в форме прямоугольника.
Во время применения картридж 1 вставляют в машину для приготовления напитков и входное отверстие и выходное отверстие 122 открывают при помощи прокалывающих элементов машины для приготовления напитков, которые перфорируют и загибают крышку 5 из многослойного материала. Водная среда, обычно вода, под давлением входит в картридж 1 через входное отверстие и направленно течет в камеру 134. Воду нагнетают по протоку для напитка через камеру 134 и смешивают с содержащимися в камере ингредиентами 200 напитка. Одновременно воду нагнетают вверх через ингредиенты напитка.
Противодавление напитка, собранного в камере 134, нагнетает напиток под давлением через отверстие 128, выходящий в виде струи в камеру смешивания 49 в верхнем конце выпускного патрубка 43. Струя напитка проходит непосредственно над входным отверстием 71 для воздуха. При входе напитка в желоб и входное отверстие 45 выпускного патрубка 43 давление струи напитка падает. В результате происходит захват воздуха в поток напитка в форме множества мелких пузырьков воздуха при всасывании воздуха через входное отверстие 71 для воздуха. Струя напитка, выходящая из отверстия 128, турбулентно течет в камере 49 смешивания, прежде чем направится вниз к выходному патрубку 44, где происходит выпуск напитка в емкость, такую как чашка, в которой пузырьки воздуха сформируют желаемую пенку.
На фиг.2 и 3 представлены виды в перспективе картриджа, содержащего другой внутренний элемент 3' в соответствии с предшествующим уровнем техники. Многие из признаков внутреннего элемента 3' аналогичны описанным выше в отношении внутреннего элемента 3, и подобные цифровые обозначения были использованы для ссылки на подобные признаки.
Внутренний элемент 3' отличается от внутреннего элемента 3 по форме и размеру эдуктора, а также тем, что дополнительно содержит перегородку 65 в нижней части выпускного патрубка 43. Перегородка 65 обеспечивает предотвращение распыления и/или разбрызгивания напитка при его выходе из выпускного патрубка 43. Кроме того, внутренний элемент 3' не содержит чаши 101.
Как лучше всего представлено на фиг.3, эдуктор этого картриджа содержит продолговатый желоб 300, выполненный во внутреннем элементе 3'. Желоб 300 содержит нижнюю поверхность 302, боковые стенки 303 и расположенную выше по потоку стенку 304. Желоб 300 дополнительно содержит раструб 290, расположенный в расположенном ниже по потоку конце желоба 300 и сообщающийся с камерой 49 смешивания. Щелевой паз 70 эдуктора совмещен с желобом 300 таким образом, чтобы желоб образовывал проток от отверстия 128 (образованного из щелевого отверстия 70 при сборке картриджа) к камере 49 смешивания. Входное отверстие 71 для воздуха сообщается с желобом 300 и выполнено в его нижней поверхности 302 рядом с расположенным выше по потоку концом желоба 300.
Площадь поперечного сечения желоба 300, то есть внутренняя площадь поперечного сечения, перпендикулярная направлению потока и параллельная расположенной выше по потоку стенке 304, постепенно увеличивается в направлении вниз по потоку от расположенной выше по потоку стенки 304 к раструбу 290 желоба 300. Таким образом, площадь поперечного сечения раструба 290 больше площади поперечного сечения желоба 300 поблизости от расположенной выше по потоку стенки 304 и входного отверстия 71 для воздуха. Постепенное увеличение поперечного сечения желоба 300 достигают при помощи нижней поверхности 302, характеризующееся постепенным уклоном вниз от расположенной выше по потоку стенки 304. Боковые стенки 303 являются по существу параллельными, в результате чего ширина желоба 300 не будет изменяться вдоль длины. Во время использования желоб 300 закрыт вдоль его верхней части посредством самой нижней поверхности 31 цилиндрической выступающей части 18, когда картридж 1 находится в собранном состоянии. Таким образом, желоб 300 образует расширительную камеру ниже по потоку от отверстия 128.
Во время использования струя напитка выходит из отверстия 128 и входит в желоб 300. Входное отверстие 71 для потока расположено внутри желоба 300 таким образом, чтобы оно сообщалось с областью низкого давления, созданной струей. Поскольку входное отверстие 71 для воздуха сообщается с атмосферой, происходит всасывание воздуха через входное отверстие 71 для воздуха и захват воздуха проходящим потоком напитка. Поток напитка течет по желобу 300 и затем входит в камеру 49 смешивания, в которой происходит дальнейшее смешивание захваченного воздуха и напитка до тех пор, пока они не выйдут из картриджа через выходной патрубок 44.
Известные из предшествующего уровня техники картриджи, содержащие описанные выше внутренние камеры 3 и 3′, успешно использовались в домашних машинах для приготовления напитков с целью приготовления вспененных напитков, таких как эспрессо, кофе «капучино» и вспененные напитки на основе молока. С целью дальнейшего усовершенствования качества пены согласно настоящему изобретению был разработан усовершенствованный внутренний элемент 3″ (описанный более подробно ниже). Усовершенствованный внутренний элемент 3″ образует больший объем пены, характеризующейся более постоянным размером более мелких пузырьков воздуха.
На фиг.4 и 5 представлены виды в перспективе усовершенствованного внутреннего элемента 3″, образующего часть усовершенствованного картриджа согласно настоящему изобретению. Некоторые из признаков внутреннего элемента 3″, аналогичны описанным выше в отношении внутреннего элемента 3 и 3′, и подобные цифровые обозначения были использованы для ссылки на подобные признаки.
Внутренний элемент 3″ подобен раскрытому выше внутреннему элементу 3′, за исключением добавления выступов 400 в камере 49 смешивания, (необязательного) удаления ребер 105 из выпускного патрубка 43 и модификации эдуктора. Кроме того, вместо части 80 в виде юбки внутреннего элемента 3″, присоединенной к внешней трубе 42 при помощи ребер 87 юбки, используют часть 80 в виде юбки внутреннего элемента 3″, присоединенную к внешней трубе 42 при помощи борта 87′ юбки.
Как лучше всего представлено на фиг.4 и 6, борт 87′ юбки содержит по существу непрерывное кольцо, окружающее внешнюю трубу 42. Борт 87' юбки содержит отверстие (не показано), совмещенное с щелевым отверстием 70 в кольцеобразном ободе 67. Отверстие в борте 87' юбки обеспечивает гидравлическое соединение между нижней частью 69L кольцеобразного канала 69 и щелевым отверстием 70. Две направляющие поток стенки 320 расположены с каждой стороны отверстия в борте 87′ юбки. Направляющие поток стенки 320 проходят между внутренней стенкой части 80 в виде юбки и ободом 67 внешней трубы 42 для создания желобообразного направляющего поток канала 321. Как представлено на фиг.7, во время использования верхняя часть 69U кольцеобразного канала 69, содержащего направляющий поток канал 321, закрыта вдоль ее верха посредством самой нижней поверхности 31 цилиндрической выступающей части 18, когда картридж 1 находится в собранном состоянии.
Как лучше всего представлено на фиг.5, щелевое отверстие 70 внутреннего элемента 3″ сообщается с содержащим параллельные стороны пазом 310, ведущим к входному отверстию расширительной камеры 305 с образованием зоны расширения. Расширительная камера 305 содержит расположенную выше по потоку стенку 308, две боковые стенки 307 и нижнюю поверхность 306 или нижнюю стенку. Расширительная камера 305 дополнительно содержит выходное отверстие 309, расположенное в расположенном ниже по потоку конце расширительной камеры 305, который сообщается с камерой 49 смешивания. Во время использования расширительная камера 305 закрыта вдоль ее верхней части посредством самой нижней поверхности 31 цилиндрической выступающей части 18, когда картридж 1 находится в собранном состоянии. Таким образом, расширительная камера 305 расположена ниже по потоку относительно отверстия 128.
Расширительная камера 305 характеризуется такой формой, что площадь поперечного сечения, то есть площадь поперечного сечения, перпендикулярная направлению потока и параллельная расположенной выше по потоку стенке 308, входного отверстия значительно больше площади поперечного сечения, создающего струю паза 310. Кроме того, площадь поперечного сечения выходного отверстия 309 расширительной камеры 305 меньше площади поперечного сечения возле входного отверстия расширительной камеры 305, параллельного расположенной выше по потоку стенке 308, вблизи расположенной выше по потоку стенки 308 и входного отверстия 71′ для воздуха. Это уменьшение площади поперечного сечения предпочтительно достигнуто при помощи боковых стенок 307, постепенно сходящихся вдоль длины камеры 305 таким образом, чтобы ширина камеры 305 уменьшалась вдоль ее длины, и/или при помощи нижней поверхности 306, проходящей под наклоном вверх от основы расположенной выше по потоку стенки 308 к выходному отверстию 309 (см. фиг.6 и 7) таким образом, чтобы высота камеры 305 постепенно уменьшалась вдоль ее длины.
Как представлено на фиг.5, входное отверстие для воздуха выполнено предпочтительно в форме продолговатого щелевого отверстия 71′ в основе расположенной выше по потоку стенки 308 расширительной камеры 305 таким образом, чтобы щелевое отверстие 71′ лежало в основании расширительной камеры 305. Щелевое отверстие 71′ проходит по ширине через расширительную камеру 305 и оканчивается, не доходя до обеих боковых стенок 307, как представлено на фиг.5. Входное отверстие 71′ для воздуха расположено сразу после расположенной выше по потоку стенки 308 и ниже по потоку от нее таким образом, чтобы оно было как можно ближе к позиции, в которой струя напитка, выходящая из отверстия 128, входит в расширительную камеру 305. Это обеспечивает то, что входное отверстие 71′ для воздуха расположено в области самого низкого давления в расширительной камере 305. Это обеспечивает оптимизацию перепада давлений на протяжении входного отверстия 71′ для воздуха и, таким образом, количества воздуха, всасываемого через входное отверстие 71′ для воздуха. Входное отверстие 71′ для воздуха может характеризоваться любой желаемой формой. Однако было обнаружено, что входное отверстие для воздуха в форме продолговатого щелевого отверстия является предпочтительным, поскольку это позволяет расположить входное отверстие для воздуха ближе к расположенному выше по потоку концу расширительной камеры 305, чем известные из предшествующего уровня техники входные отверстия для воздуха, и в тоже время также позволяет выполнить входное отверстие для воздуха увеличенного размера по сравнению с известными из предшествующего уровня техники конструкциями. Кроме того, продолговатое щелевое отверстие позволяет применять более прочный инструмент для формования по сравнению со стержнем литьевой формы, характеризующимся малым диаметром.
Уменьшенная площадь поперечного сечения выходного отверстия 309 расширительной камеры имеет форму в виде отверстия почтового ящика, характеризующуюся относительно большой шириной и небольшой высотой.
Выпускной патрубок 43 образует выходное отверстие 44 картриджа. Входное отверстие 45 выпускного патрубка 43 специально образовано как центрально расположенное отверстие в нижней стенке камеры 49 смешивания. Как наиболее ясно представлено на фиг.4, множество выступов 400 выполнены в камере 49 смешивания, окружающей входное отверстие 45 выпускного патрубка 43. Выступы 400 выполнены в форме усеченного пологого конуса для облегчения процесса формовки.
Выступы 400 так расположены в камере 49 смешивания, что они окружают первую часть 403 периферии входного отверстия 45, проходящего к выпускному отверстию 43. Вторая часть периферии входного отверстия 45, проходящего к выпускному отверстию 43, не содержит выступов 400, так, что вторая часть периферии образует зону 405 входа в область 406, расположенную по существу в регионе, ограниченном первой частью периферии 403. Выступы 400 расположены так, что зона 405 входа расположена по существу поперек раструба 309 расширительной камеры 305. Таким образом, во время использования напиток, выходящий из расширительной камеры 305 через раструб 309, первоначально не будет встречать помех при входе в камеру 49 смешивания.
Выступы 400 расположены по дуге. Предпочтительно дуга является частью окружности. Выполнено шесть выступов 400. Выступы 400 выступают из нижней стенки камеры 49 смешивания и являются свободно стоящими так, что они не контактируют с верхней стенкой.
Во время использования картридж устанавливают в машине для приготовления напитков и воду впрыскивают в картридж как описано выше. Согласно указанному выше струя напитка, такого как напиток на основе молока, выходит из отверстия 128 и входит в расширительную камеру 305. Область низкого давления создают поблизости от входного отверстия 71′ для воздуха, и это вызывает захват воздуха, который всасывается через щелевое отверстие, являющееся входным отверстие 71′ для воздуха, проходящим потоком напитка.
Конфигурация расширительной камеры 305 создает режим потока внутри картриджа, который способствует захвату потоком напитка большего объема воздуха по сравнению с известными из предшествующего уровня техники картриджами. В частности, расширительная камера 305 сконфигурирована так, что во время использования струя напитка, входящая в расширительную камеру 305 через создающий струю паз 310, сталкивается с моментальным большим (в отношении площади сечения потока струи) расширением площади сечения потока во входном отверстии расширительной камеры 305. При выходе струи напитка из создающего струю паза 310 происходит ее расширение в ширину и высоту. Площадь поперечного сечения потока напитка увеличивается в направлении вниз по потоку по мере приближения к выходному отверстию 309 расширительной камеры 305. Выходное отверстие 309 характеризуется таким размерами, что площадь поперечного сечения и профиль выходного отверстия 309 по существу совпадают с площадью поперечного сечения и профилем потока напитка в расположенном вниз по течению конце расширительной камеры 305 (т.е. в выпускном отверстии 309). Кроме того, поскольку поток напитка характеризуется меньшим поперечным сечением потока по отношению к площади поперечного сечения расширительной камеры 305, чем в известных из предшествующего уровня техники системах, большее количество потока напитка окружено воздухом по меньшей мере в расположенном выше по потоку конце расширительной камеры 305. Таким образом, большее количество доступного воздуха может быть захвачено потоком напитка, поскольку воздух может проходить вокруг всей или большей части периметра потока напитка. Этот эффект усилен при помощи выполнения формы входного отверстия 71′ для воздуха в виде щелевого отверстия, занимающего всю площадь входного отверстия для воздуха в зоне самого низкого давления.
Этот эффект дополнительно усиливается благодаря склонности струи жидкости притягиваться к ближайшей поверхности (эффект Коанда), а именно самой нижней поверхности 31 внешнего элемента 2, которая функционирует в качестве верхней стенки расширительной камеры 305 (см. фиг.7). Таким образом, при прохождении через расширительную камеру 305 поток напитка будет стремиться присоединиться к поверхности 31 и рассеяться по ней. Этого нельзя достичь в известных из предшествующего уровня техники картриджах, в которых расширительная камера является более узкой, и боковые стенки расширительной камеры, таким образом, влияют на динамику течения потока напитка.
Поскольку площадь поперечного сечения и профиль входного отверстия 309 по существу совпадают с площадью поперечного сечения и профилем потока напитка во входном отверстии 309, в основном предотвращается повторный вход воздуха и/или напитка в расширительную камеру 305 из камеры 49 смешивания под воздействием потока напитка, выходящего из расширительной камеры 305. Было установлено, что известным из предшествующего уровня техники внутренним элементам, таким как описанный выше элемент 3′, присущи повторный вход воздуха и/или напитка в зону низкого давления возле входного отверстия для воздуха из камеры смешивания. Это является нежелательным, поскольку рециркулирующий поток может частично блокировать входное отверстие для воздуха, препятствуя эффективному забору воздуха. В результате этого меньше воздуха будет захвачено в выпускаемую струю.
Было установлено, что сочетание расширительной камеры 305, характеризующееся площадью поперечного сечения входного отверстия большей площади поперечного сечения выходного отверстия 309, выходного отверстия 309, характеризующегося площадью поперечного сечения и профилем, по существу совпадающими с площадью поперечного сечения потока и профилем струи, выходящей из расширительной камеры, и выходного отверстия 71′ для воздуха, расположенного возле входного отверстия в камеру, обеспечивает значительное увеличение объема приготовленного вспененного напитка. Площадь поперечного сечения входного отверстия 309 является по существу полностью такой же, как и площадь поперечного сечения потока напитка, поскольку любая большая площадь будет вызывать обратный поток напитка из камеры смешивания, и любая меньшая площадь повлечет за собой чрезмерное разбрызгивание потока напитка или соударение потока напитка с поверхностями расширительной камеры, а также обратный поток в расширительную камеру.
Расширительная камера не обязательно должна состоять из по существу плоских стенок, как описано выше в отношении внутренней камеры 3″. Конфигурация расширительной камеры 305 внутреннего элемента 3″ хорошо подходит для широкомасштабного производства. Тем не менее могут быть применены любые структуры, характеризующиеся расположенной выше по потоку площадью сечения потока, большей расположенной ниже по потоку площади сечения потока, и площадью выходного отверстия, по существу совпадающей с площадью сечения потока напитка в выходном отверстии.
Направление струи, выпускаемой из отверстия 128, изначально контролируют посредством создающего струю паза 310 с параллельными сторонами так, что имеется меньшая чувствительность к небольшим отклонениям в размерах частей или неправильному расположению. Тем не менее паз 310 может отсутствовать, в результате чего щелевое отверстие 70 сообщается непосредственно с расширительной камерой 305, проходя через расположенную выше по потоку стенку 308. Кроме того, нижняя поверхность 306 расширительной камеры 305 может быть по существу перпендикулярной расположенной выше по потоку стенке 308.
Поток напитка и захваченного воздуха выходит из расширительной зоны 305 через выходное отверстие 309 в камеру 49 смешивания, в которой он продолжает перемешиваться. Поскольку зона 405 входа расположена поперек выходного отверстия 309 расширительной камеры 305, поток напитка не встречает помех при вхождении в область 406, окруженную выступами 400.
Выступы 400 обеспечивают отсутствие открытых пространств внутри камеры 49 смешивания без создания большого падения давления. Они также создают более равномерные турбулентные потоки внутри камеры 49 смешивания и обеспечивают устранение завихрений. Это, в свою очередь, обеспечивает предотвращение коалесцирования захваченных в напитке маленьких пузырьков воздуха для создания больших пузырьков. Таким образом, полученная пена обладает лучшим качеством, чем пена, полученная посредством известных из предшествующего уровня техники картриджей, поскольку она содержит меньшие пузырьки воздуха с более равномерным размером.
На фиг.8а и 9а представлены изображения вспененного молочного напитка, приготовленного при помощи картриджа, содержащего известный из предшествующего уровня техники внутренний элемент (такой как внутренний элемент 3 или 3′), а на фиг.8b и 9b представлены снимки вспененного молочного напитка, приготовленного при помощи картриджа, содержащего внутренний элемент согласно настоящему изобретению. Согласно представленному на фиг.8b и 8b, объем вспененного молочного напитка, приготовленного при помощи картриджа, содержащего известный из предшествующего уровня техники внутренний элемент (фиг.8а), значительно меньше объема вспененного молочного напитка, приготовленного при помощи картриджа, содержащего внутренний элемент согласно настоящему изобретению (фиг.8b). Кроме того, согласно представленному на фиг.9а и 9b, максимальные размеры пузырьков вспененного молочного напитка, приготовленного при помощи картриджа, содержащего известный из предшествующего уровня техники внутренний элемент (фиг.9а), значительно больше максимальных размеров пузырьков вспененного молочного напитка, приготовленного при помощи картриджа, содержащего внутренний элемент согласно настоящему изобретению (фиг.9b). Кроме того, вспененный молочный напиток, приготовленный при помощи картриджа, содержащего внутренний элемент согласно настоящему изобретению, характеризуется более постоянным размером пузырьков, что приводит к лучшим вкусовым ощущениям.
Настоящее изобретение было описано выше посредством примера, воплощенного в картридж, содержащий, среди прочих частей, внешний элемент и внутренний элемент. В частности, отверстие 128 было описано как ограниченное частями внешнего и внутреннего элементов. Однако понятно, что настоящее изобретение также применимо к отверстиям, выполненным в единственном компоненте, а не при помощи соединения двух элементов. Кроме того, хотя описанный вариант осуществления картриджа содержит усовершенствованную структуру эдуктора согласно настоящему изобретению и характеризуется усовершенствованным применением препятствий в камере смешивания, следует понимать, что усовершенствованная структура эдуктора может быть применена в картридже согласно настоящему изобретению без наличия усовершенствованных препятствий и наоборот.